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2021

Vöhringer, Lutz: Stabilisierung eines Fahrrades mittels eines Gyroskops

Abschluss
Diplom
Abgabedatum
18.01.2021

Eine der Voraussetzungen für ein autonom fahrendes Zweirad ist die Fähigkeit, sich beim Halten selbstständig aufrecht zu halten. Aus diversen Möglichkeiten, ein Zweirad sowohl im Stand, als auch in der Fahrt zu stabilisieren, wurde der Kreiselscheibanstabilisator (Gyroskop) ausgewählt.

Dieses Prinzip ist bereits seit Anfang des 19. Jahrhunderts bekannt und wurde bereits wenige Jahre später, z.B. im Schilowski-Car, einem Kfz, das ohne umzufallen auf zwei Rädern fahren und halten konnte, eingesetzt. Ähnliche Konstruktionen gab es auch für Schienen gebundene Fahrzeuge wie die Monorail, die auf nur einer mittig unter dem Fahrzeug liegenden Schiene fahren konnte. Für die Massenproduktion konnten sich die damaligen Konstruktionen, trotz ihres progessiven Entwicklungscharakters aber leider nicht durchsetzen. Heutzutage werden Gyroskope in Hochseeschiffen, Flugzeugen und Raumflugkörpern zur Lagestabilisierung eingesetzt.

Untersucht wird die Anwendbarkeit des Gyroskops zur Stabilisierung eines Fahrrads. Hierfür kam ein eBike zum Einsatz, für das CAD unterstützt ein spezifisch dafür konzipiertes Gyroskop konstruiert wurde. Hiermit konnte die mechanische Beweglichkeit der Komponenten geprüft werden. Um das Verhalten des dynamischen Systems Fahrrad und Gyroskop vorhersagen zu können, wurde das Gesamtsystem mit Hilfe  von Bewegungsgleichungen modelliert. Das Modell lieferte die Basis zur Simulation der Dynamik des Systems, auch in Grenzbereiche hinein und darüber hinaus. Die gewonnenen Daten waren eine wertvolle Unterstützung des gesamten Entwicklungsprozesses. Unter anderem trugen sie dazu bei, den zur aufrechten Balancierung des Fahrrades notwendigen Regelmechanismus zu entwickeln.

Im letzten Schritt wurde die Konstruktion aufgebaut, am Fahrrad getestet und die Ergebnisse mit den Simulationsvorhersagen verglichen.