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Reichweite und Unterstützungsfaktor

Die Berechnung der Reichweite und des Unterstützungsfaktors im ExtraEnergy Test.
 

 
Die ermittelten Daten eines jeden Testrades sind mittlere Werte aller von den Testfahrern durchgeführten Fahrten. Jedes Rad wird von den selben Testfahrern einmal jeweils im höchsten Unterstützungsmodus gefahren.

Reichweite
Die Reichweite wird als ein wichtiger Wert für Pedelecs angesehen. Jedoch sollten bei diesem Wert die Anforderungen an das jeweilige Gefährt beachtet werden. Ein Faltrad, das zum Beispiel in Verbindung mit den öffentlichen Verkehrsmitteln genutzt wird, sollte eher gut transportabel, also auch leicht sein. Es benötigt im Normalfall keine sehr großen Reichweiten. Bei einem Tourenrad ist die Reichweite dagegen ein bedeutsamer Faktor, denn setzt der Motor mitten in der Tour aus, ist der Fahrspaß vorbei. Im ExtraEnergy Test wird dies durch die Gewichtung der Reichweite für den Kunden der jeweiligen Zielgruppe bewerkstelligt. Außerdem wirkt sich das Gelände ebenfalls erheblich auf die Reichweiten aus.

Die Reichweite wird jeweils für die Abschnitte Tour, Stadt und Berg berechnet. Die Erfahrung zeigt, dass die unterschiedlichen Geländeprofile und Anforderungen der Streckenteile Auswirkungen auf die Reichweite haben. An der Berg-Strecke wird die geringste Reichweite erzielt, da der Motor am Berg sehr stark gefordert wird. Dann folgt die Stadt-Strecke mit vielen Stops. Die Tourstrecke, mit Berg- und Talfahrten, zeigt die höchste Reichweite.

Die im Test angegebene Reichweite ist ein errechneter Wert und kann als Minimalwert betrachtet werden, welcher bei maximal eingestelltem Unterstützungsmodus erreichbar ist.

Für die Berechnung ist es notwendig, für jeden Streckenabschnitt den jeweiligen Verbrauch der elektrischen Energie mit Hilfe eines Stromsensors zu messen.

Die Akkuenergie AE [Wh] der Batterie ergibt sich aus Akkukapazität und Akkuspannung und beruht auf Herstellerangaben. Sie wird durch den ermittelten Verbrauch dividiert, da die angegebene Energie nicht komplett entnommen werden kann, denn um eine solche Tiefentladung zu vermeiden, regelt die Elektronik den Motor früher ab.

Ferner gibt es auch Schwankungen in der Fertigung der Batterien, die zu unterschiedlichen Kapazitäten führt. Deshalb wird die Akkuenergie AE [Wh] noch mit einem Unsicherheitsfaktor von 0.8 multipliziert. Der Wert von 0.8 ist ein Erfahrungswert von ExtraEnergy.

Unterstützungsfaktor
Der Unterstützungsfaktor (U-Faktor) drückt aus, mit wie viel Kraft der Antrieb des Pedelecs den Fahrer zusätzlich zu seiner getretenen Leistung unterstützt. Was diese Leistung aber wirklich ist, beziehungsweise was hinter der Angabe zur Unterstützung steht, variiert.

Viele Fahrradhersteller nutzen den U-Faktor mittlerweile um zu zeigen, mit welcher Kraft der Motor den Fahrer nach vorne bringt. Allerdings beziehen sich diese Angaben dabei fast ausschließlich auf die rein elektrische Leistung des Motors. Die so ermittelte Unterstützung wird meist in Prozent angegeben. Dadurch entstehen häufig vermeintlich fantastische Werte von 300 % Unterstützung.

Solch eine Angabe ist trügerisch, denn obwohl sich durch technologischen Fortschritt Batterie, Steuerung und Antrieb inzwischen deutlich verbessert haben, geht ein kleiner Prozentsatz der Motorleistung (ca. 10 %) durch das zusätzliche Batterie- und Antriebsgewicht, Steuerungstechnik und ähnliches verloren. Möchte man also die reale Unterstützung (mechanische Leistung), die tatsächlich auf der Straße ankommt ermitteln, muss man die Verlustleistung mit berücksichtigen.

Der U-Faktor, der im ExtraEnergy Test angegeben ist, bezeichnet nicht die rein elektrische Kraft, sondern die mechanische oder reale Kraft. Das heißt, die Leistung, die den Fahrer wirklich spürbar weiter bringt. Dazu wird die Trittkraft bzw. -leistung mit eigens angefertigten Messpedalen in Fahrtests genau ermittelt und zwar am jeweiligen Testpedelec und an dem Referenzrad.

An diesem Referenzrad (siehe Beitrag zum Referenzrad) müssen sich alle Testpedelecs messen. Die auf diesem Rad erbrachte Trittleistung wird mit der getretenen Leistung auf dem Pedelec bei dessen erreichter Durchschnittgeschwindigkeit abgeglichen. Die Trittleistung, welche auf dem Pedelec weniger eingesetzt wird, ist vom Motor beigesteuert. Diese zusätzliche Unterstützung wird mit dem U-Faktor ausgedrückt.

Die Vorgehensweise des Vergleichs mit nur einem Referenzrad hat den Vorteil, dass der U-Faktor sich immer auf die „Leichtlaufeigenschaften“ des Referenzrades bezieht.
Würde man die exakte, reine mechanische Leistung eines jeden Pedelecs angeben wollen, müsste man mit einem identischen Rad (nur ohne Batterie, Steuerung, Motor) wie das zu testende Pedelec die Referenzfahrten machen.

Im ExtraEnergy Test geht es jedoch darum, auch die einzelnen Pedelecs untereinander vergleichen zu können. Der Vergleich aller Testpedelecs mit ein und demselben Referenzrad hat den Vorteil, dass die Leichtlaufeigenschaften des Pedelecs in Bezug zu denen des Vergleichsrades mit in den U-Faktor einfließen und so die reelle Unterstützung noch besser miteinander vergleichbar ist.
Die Fahrradmechanik des Pedelecs ist schließlich eine wichtige Einflussgröße in Bezug auf die tatsächliche Unterstützung. Denn was letztlich an mechanischer Leistung auf der Straße ankommt, hängt wesentlich von der Machart des Pedelecs ab. Allein die Komponenten eines Pedelecs beeinflussen die Leichtläufigkeit des Rades und somit auch die tatsächliche zusätzliche Kraft, die den Fahrer vorantreibt.
Zu beachten ist außerdem ein weiterer Einflussfaktor auf die reale Unterstützung, das Fahrverhalten des Fahrers. Neben Größe und Gewicht spielen hier Schaltverhalten, Trittfrequenz und natürlich die Trittleistung eine Rolle.

Der U-Faktor entsteht somit aus dem Vergleich der Trittleistung der Fahrer auf dem Referenz- und dem Elektrorad. Dazu vergleichen wir die gemessenen Leistungswerte (in Watt) bei einer bestimmten Geschwindigkeit.
Um die Trittleistung bei derselben Geschwindigkeit miteinander vergleichen zu können, wird erst auf dem Referenzrad eine Geschwindigkeits-Leistungskurve erstellt. Dazu wird die Trittkraft jedes Fahrers auf drei Fahrten, das heißt in langsamem, mittlerem und schnellem Tempo auf der Touren- und Alltagsstrecke gemessen.

Aus den ermittelten Punkten ergeben sich Kurven, aus denen man Funktionen ableitet, anhand derer man für jede Geschwindigkeit die dazugehörige Fahrer-Leistung ermitteln kann.

Die Funktionen aus Leistung und Geschwindigkeit verlaufen für einen ebenen Streckenabschnitt quadratisch. Der Luftwiderstand nimmt bei zunehmender Geschwindigkeit zu und macht schnelleres Fahren zunehmend schwieriger. Am Berg spielt der Luftwiderstand eine untergeordnete Rolle. Dafür sind die Einflussgrößen Hangabtriebskraft sowie der Rollwiderstand entscheidend für den linearen Verlauf der Kurve.

Aus den entstandenen Kurven bzw. ermittelten Funktionen kann man durch Einsetzen der auf dem Pedelec gefahrenen Durchschnittgeschwindigkeit die Leistung der Fahrer ermitteln, die auf dem Referenzrad bei dieser Geschwindigkeit erbracht werden muss.
Auf dem Pedelec tritt der Fahrer zum Beispiel 80 W, um auf eine Geschwindigkeit von 23 km/h in der Ebene zu kommen. Auf dem Referenzrad hätte es 200 W an Leistung bedurft, um so schnell zu fahren.

Formel zur Berechnung des U-Faktors auf der Tourenstrecke:

UTour = ((0,2792xvpedelec^2+2,2841*vpedelec+0,0465)/Ppedelec)-1

UTour = Unterstützungsfaktor Tour

Vpedelec = Durchschnittsgeschwindigkeit Pedelec Tour

Ppedelec = Trittleistung Testfahrer Pedelec Tour

Text und Bild: ExtraEnergy e.V.

Veröffentlichung: Angela Budde

Datum: 5. Februar 2015
 

 
 

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