Mit Licht und Radar zu mehr Sicherheit für Velofahrer

Früher hatte das Licht nur die Funktion des Beleuchtens, heute sieht dies ganz anders aus. Fünf Studenten der Hochschule Luzern (HSLU) entwickelten bereits in ihrem ersten Semester ihr erstes Innovations-Projekt: Ein Velo-Rücklicht, das erkennt, wenn sich ein anderer Verkehrsteilnehmer von hinten nähert, und diesen mit blinkendem Licht warnt.

Autor

Lars Rominger

Licht wird in der Wissenschaft vielfältig verwendet und genutzt: Es dient zum Beispiel Geschwindigkeits- und Distanzmessungen oder Sternbeobachtungen in der Astronomie. Die Projektarbeit der Studenten Fabio Asaro, Philipp Bächler, Felix Bieri, Philipp Businger sowie Bleron Bytyqi widmete sich dem Licht als Distanzmesser und Informationstransporter. Die Hauptanforderung dieses Innovations-Projekts: ein Produkt zu entwickeln, das neben der eigentlichen Beleuchtung einen weiteren Sicherheits-Aspekt abdeckt.

Die Initialzündung

Die Studenten entwickelten unter der Leitung von Michael Kellerhals, Leiter des Instituts für Innovation und Technologiemanagement, ein Modell für ein Sicherheits-Fahrradrücklicht und testeten dieses. Wie erwähnt, soll das fertige Produkt durch Distanzmessung erkennen, wenn sich ein anderer Verkehrsteilnehmer von hinten nähert, und aufblinken. Diese visuelle Warnfunktion schafft zusätzliche Sicherheit im allgemeinen Strassenverkehr.

Bleron Bytyqi erinnert sich: «Wir waren uns schnell einig: Die Lampe sollte sich in der Grössenordnung bekannter Rücklichter bewegen.» Fabio Asaro ergänzt: «Tendenziell konnte sie grösser werden, weil die Distanzmesstechnik in das Gehäuse integriert werden musste.» Und das Produkt sollte nicht mehr als 500 Gramm wiegen.

Gesagt, getan: Das vom Team entwickelte Rücklicht-Modell lässt sich an der Sattelstütze befestigen. Sogar an die spätere Vermarktung haben die Studenten gedacht, wie Felix Bieri betont: «Als Nutzer sind alle Fahrradbesitzer vorgesehen, wobei wir im Speziellen Stadtmenschen, Schüler und Frühschichtarbeiter ansprechen würden.»

Das Konzept der Sicherheitslampe

Die Konstruktion besteht aus drei wichtigen Funktionen: Die Befestigung erfolgt dauerhaft an der Sattelstütze mit einem Rohrschellensystem. Damit das Licht individuell im passenden Winkel eingestellt werden kann, benötigt es ein Gelenk. Dieses wird mit einem Klickverschluss an der Rohrschelle montiert und das Rücklicht mit einer Arretierschraube daran befestigt. Für die Distanzerkennung verwendeten die Studenten einen Leddar-One-Lidar-Sensor und für die Lichtquelle ein Superbright LED.

Als Materialien für das Lampengehäuse und das Lichtfenster werden zwei Kunststoffe verwendet: Für die Ummantelung ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol), ein weitverbreiteter Kunststoff. Er ist besonders widerstandsfähig gegen Öle, Fette und hohe Temperaturen. Das Lichtfenster besteht aus PMMA (Polymethylmethacrylat), einem transparenten, kratzfesten thermoplastischen Werkstoff. Er wird häufig als leichte und splittersichere Alternative zu Glas eingesetzt.

Und so wird der Abstand gemessen

Bei Abstandsmessungen beliebt, jedoch vergleichsweise teuer, sind Radarsensoren aus dem 76–77-GHz-Frequenzbereich. Für die Abstandsmessung in diesem Projekt verwendeten die Studenten eine Alternative: die Lidar-Technologie (Light Detection and Ranging). Bei dieser verschmelzen Licht und Radar.

Die Sensoren basieren auf Laserlaufzeitmessung, sind wesentlich kostengünstiger und haben mit bis zu 200 Metern eine mit Radarsensoren vergleichbare Reichweite. Mit mehreren Sensorkanälen ausgestattet, hat Lidar eine bessere Auflösung und kann neben dem Abstand eines Objekts auch dessen Grösse im Raum erkennen.

Mockup – ein Modell aus dem 3D-Drucker

Auf ihrem Konzept aufbauend, entwickelten die Studenten ein Modell bzw. «Mockup». Dieses erstellten sie mit einem 3D-Drucker. Das Muster besteht aus drei Teilen: der Halterung für den Fahrradsattel, dem Klickmechanismus und der Rücklampe selbst. Verwendet wurden die Materialien PLA (Polyactid) und ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol).

ABS hat ein gutes Schalldämpfungsvermögen und ist deshalb besonders geeignet für den Klickmechanismus. PLA hingegen ist hart und ist für die Fahrradrücklampe sowie ihre Halterung verwendet worden. Nach der Fertigstellung im 1:1-Format testeten die fünf Erstsemestrigen das Mockup und werteten es bezüglich des angestrebten Erreichungsgrades aus.

Erkenntnisse und Blick in die Zukunft

Die Studenten zeigen sich mit dem Resultat zufrieden. Grob betrachtet, könnte das Fahrradrücklicht ähnlich wie geplant umgesetzt werden. Dennoch deckten die Testauswertungen Verbesserungspotenzial auf. Philipp Businger: «Es waren mehrere Punkte. Erstens könnte das Rücklicht durch die Bauweise bestimmter Räder in der Benutzung eingeschränkt werden.»

Zweitens sei es mit montiertem Sicherheitslicht unmöglich, die niedrigste Position des Fahrradsattels einzustellen. «Und für eine zusätzliche Schutzabdeckung an der Sattelstütze wäre auch kein Platz mehr», fügt Philipp Bächler hinzu.

Fazit des Autors

Es müssen weitere Tests mit einem verbesserten Modell erfolgen. Anschliessend kann ein funktionaler Prototyp gebaut werden. Nach Erfüllen des «Proof of Concept» besteht der nächste Schritt in einem Businessplan. Dieser zeigt potenziellen Investoren, wie mit dem innovativen Fahrradrücklicht der Strassenverkehr ein gutes Stück sicherer werden könnte.

Durch die aktive Auseinandersetzung der Studenten mit dem Thema kamen weitere Ideen auf wie etwa der Ansatz, zusätzliche Lichter direkt in die Reifen zu verbauen. Deren Antrieb könnte durch reibungsfreie magnetische Induktion gewährleistet sein.

Vorstellbar wäre auch die Anwendung von künstlicher Intelligenz, die auf jedes Ereignis passend reagieren könnte. Ein anderer Gedanke war, kleine Leuchten an den Griffen des Lenkers zu befestigen, um die Fahrradbreite besser anzuzeigen. Dies kann ein entscheidender Vorteil beim Abbiegen sein.  Hinsichtlich der Energiequellen könnte man beispielsweise den während des Fahrens aufkommenden Wirbelstrom durch eine Kombination von Magnet und Kupferdrahtspule einsetzen. Es bleibt spannend, was sich das Studententeam noch dazu einfallen lässt!