Seit 2013, als das Elektrofahrrad zum ersten Mal vorgestellt wurde, ist es zu regelrechten technologischen Sprüngen auf dem Sektor gekommen. Darauf folgte die Ära der elektrischen urbanen Mobilität, die neue Fortbewegungsmittel auf unsere Straßen und in die Innenstädte brachte: elektrisch unterstützte Fahrräder (EABs), Roller, Skateboards und viele andere…
Diese Fahrzeuge werden immer raffinierter, was die großen Hersteller dazu anregt, sich weiter zu entwickeln und damit neue Industrie- und Produktstrategien zu schaffen. In diesem Artikel werden wir uns ansehen, wie man eine der meistgenutzten Technologien in der Automobilbranche, der Luft- und Raumfahrt und in der Industrie insgesamt auf diese neuen Transportmittel anwenden kann.
Kontext und Herausforderungen
Seit 2016 befindet sich die sanfte Elektromobilität in einem rasanten Wachstum. Beachtenswert hierbei ist, dass der Absatz von elektrisch unterstützten Fahrrädern im Jahr 2018 mit 338.000 verkauften Einheiten (bei 2,7 Millionen verkauften Fahrrädern) in Frankreich gegenüber dem Vorjahr um 21% gestiegen ist. In der EU liegt die jährliche Wachstumsrate bei Elektrofahrrädern bei durchschnittlich 20 %.
Wachstum von Elektrofahrrädern in Europa in Tausenden von Einheiten. Quelle: Statistica.
Selbiges gilt für den Markt für Elektroroller, dessen Wachstum von Land zu Land variiert und zwischen +50% und +100% pro Jahr liegt. Dieser Unterschied ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass die Regulierungen für diese neuartigen Fortbewegungsmittel, die einen anderen Verwendungszweck als das Fahrrad haben, noch nicht genau festgelegt sind.
Es gibt verschiedene Kategorien von Elektrofahrrädern und -rollern, wobei der grundsätzliche Trend jedoch eindeutig zur gehobenen Klasse tendiert. Sowohl Privat- als auch Geschäftskunden (Flottenmanager im operativen Leasing, Free-Floating und Docking) wünschen sich Fahrzeuge, die dauerhaft und zuverlässig sind. Noch vor 3 Jahren war dies nicht ausschließlich der Fall.
Um Fahrzeuge langfristig zukunftsfähig zu machen, beginnen Hersteller und Ausrüster damit, Anpassungen vorzunehmen, um Fahrzeuge wartbar und Ausrüstungen zunehmend interoperabel werden zu lassen, d.h. die Hersteller arbeiten zusammen, um die nötigen Informationen zu teilen. Dies hat die urbane Mobilitätsindustrie dahin gebracht, Industrie- und Produktstrategien zu entwickeln, die nicht nur den Preis, die Autonomie, das Ausstattungsniveau und den Kundensupport berücksichtigen, sondern auch mehrjährige Wartung, Sicherstellung der Ersatzteilversorgung für mehr als 3 Jahre und die Berücksichtigung der Langlebigkeit der Ausrüstung bei der Preisgestaltung.
Neben der Langlebigkeit der Produkte ist auch die Wartung ein zentrales Thema für die Branche des sanften urbanen Mobilität. Wenn derzeit ein Motor, ein Regler oder eine Batterie eines Elektrofahrrads oder -rollers ausfällt, ist das Fahrzeug für mehrere Wochen oder sogar Monate nicht zu gebrauchen. Dieser Umstand ist für den Benutzer äußerst unangenehm und für den Flottenmanager bzw. Hersteller sehr teuer. Wie kann also die Wartung durch Reduzierung von Ausfallzeiten möglichst einfach und kostengünstig gestaltet werden?
Schließlich ist die Benutzersicherheit eines der Hauptanliegen sowohl der Hersteller als auch der staatlichen Behörden. Die technologische Innovation befindet sich in stetem Wandel und die Vorschriften ändern sich von Land zu Land, um die Sicherheit der Benutzer zu gewährleisten. Wie können also neue Sicherheitsausrüstungen an Fahrrädern oder Rollern angebracht und trotzdem mit einem Fahrzeug kompatibel gemacht werden, das bereits vor Jahren gekauft wurde?
Was ist das CAN-Kommunikationsprotokoll?
Die CAN-Protokoll genannte Kommunikation über das Controller Area Network wurde ursprünglich für die Automobilindustrie entwickelt, um den Verdrahtungsaufwand zu reduzieren und die verschiedenen Sensoren und Aktoren im Auto interoperabel zu machen.ure.
Im Gegensatz zum seriellen Kommunikationsprotokoll UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter), bei dem es sich um eine Komponente zur Verknüpfung verschiedener Geräte handelt, ermöglicht der CAN-Bus eine einfachere und sicherere Kommunikation dieser Geräte. Dadurch wird das Fahrzeug zuverlässiger und kann mit Sicherheitsausrüstungen (intelligente, leistungsstarke Scheinwerfer, elektrische Bremsen, Doppelbatterien, Konnektivität usw.) ausgestattet werden, ohne dass sich die Integration der Konnektivität komplizierter gestaltet. Ebenfalls wird die Interoperabilität einiger Produkte (z.B. Austausch des Akkus der 1. Generation einen der 3. Generation ohne Kostenaufwand für einen Umbau) ermöglicht
Im Automobil erfolgt die Kommunikation mit zwei Geschwindigkeiten: einer von 250 kbit/sec (für Recheneinheiten und Sicherheitseinrichtungen) und der anderen von 125 kbit/sec. Bei Elektrofahrrädern und -rollern wird die höhere Geschwindigkeit von beiden bevorzugt, da diese Fahrzeuge noch nicht über die Technologie verfügen, beide Frequenzen nutzen zu können.
Dieses Protokoll ist neu in der sanften urbanen Mobilität und wird zunehmend für Elektrofahrräder verwendet, jedoch bisweilen noch eher wenig für E-Roller. Um Fahrzeuge zu orten, Fernwartungen durchzuführen und sie für die Nutzer sicherer zu machen wird es immer wichtiger, sie zu vernetzen.
Wie funktioniert der CAN-BUS?
Der CAN BUS (Controller Area Network) ist ein Fahrzeugkommunikationssystem, das so konzipiert ist, dass verschiedene elektronische Komponenten (oft als „Knoten“ bezeichnet) miteinander kommunizieren können, ohne dass ein Zentralcomputer erforderlich ist. Jeder Knoten ist in der Lage, Daten über das CAN Protokoll zu empfangen und zu senden, was eine effiziente Integration und Koordination der verschiedenen Fahrzeugfunktionen wie Motorsteuerung, Sicherheitsmanagement und Unterhaltungssysteme ermöglicht. Die Daten werden über einen Zwei-Draht-Bus übertragen, wodurch der Bedarf an komplexer Verkabelung verringert und die Zuverlässigkeit des Systems erhöht wird.
Der CAN protokoll verwendet ein Kommunikationsmodell, das auf Nachrichten statt auf Adressen basiert, wobei jede Nachricht eine eindeutige Kennung enthält, die ihre Wichtigkeit und Priorität im Netzwerk angibt.
Dies ermöglicht eine effiziente Verwaltung des Datenverkehrs und stellt sicher, dass sicherheitskritische Nachrichten Vorrang haben, wodurch die Leistung und Sicherheit des gesamten Fahrzeugsystems verbessert wird.
In welchen Bereichen werden CAN-Protokoll eingesetzt?
Die CAN-BUS-Technologie findet dank ihrer Robustheit und Zuverlässigkeit in einer Vielzahl von Bereichen Anwendung, die weit über ihre ursprüngliche Verwendung in der Automobilindustrie hinausgehen.
In der Automobilbranche ist sie für die Kommunikation zwischen den verschiedenen elektronischen Komponenten des Fahrzeugs, wie Bremssystem, Motor und Beleuchtung, von entscheidender Bedeutung und erleichtert so die bessere Integration von Sicherheits- und Fahrerassistenzsystemen.
Darüber hinaus wird der CAN-Bus häufig in industriellen Steuerungssystemen eingesetzt, wo er eine effiziente Kommunikation zwischen Maschinen und Sensoren in Produktionsumgebungen ermöglicht. Er wird auch in der Präzisionslandwirtschaft eingesetzt, wo er bei der Datenerfassung und Steuerung von landwirtschaftlichen Geräten hilft und so die Betriebsabläufe und das Ressourcenmanagement optimiert. In der Schifffahrt wird es zur Überwachung und Steuerung von Systemen an Bord von Schiffen eingesetzt.
Darüber hinaus wird der CAN BUS mit dem Aufkommen von Heimautomatisierung und intelligenten Gebäuden zur Integration und Verwaltung von Beleuchtungs-, Heizungs-, Sicherheits- und anderen Gebäudemanagementsystemen verwendet und bietet so eine einheitliche Plattform für die Steuerung des Innenraumklimas.
Daher bringt die Verwendung von CAN als Kommunikationsmodus einen Mehrwert für viele Branchen. Das Fahrrad ist hier keine Ausnahme. Angewandt auf die E-Bike-Industrie ermöglicht das CAN-Protokoll durch die Vereinfachung der Kommunikation zwischen den verschiedenen Parteien die Schaffung eines sicheren und vernetzten Ökosystems.
Wie wird CAN zum Wachstum des Marktes für die sanfte urbane Mobilität beitragen?
Die Verwendung des CAN-Kommunikationsprotokolls bei diesen Fahrzeugen ist eine erste Antwort auf die diversen im ersten Absatz aufgeführten Probleme. Die Verwendung bietet folgende Vorteile:
- Erleichterte Integration durch den Anschluss verschiedener Systeme an dieselbe Kommunikationskette. Eine industrielle Integration der Kabel in die Fahrzeuge reduziert die Komplexität der Wartung, erleichtert die Montage der Fahrzeuge und begrenzt die Kosten (je mehr Geräte, desto höher die Verkabelungs- und Montagekosten).
- Interoperabilität der Systeme untereinander bei Verwendung der selben Kommunikationssprache. Das CAN-Protokoll ist zwar standardisiert, aber die Komponenten (Motoren, Lampen, elektrische Bremsen, Konnektivität usw.) müssen die Sprache auf die gleiche Weise interpretieren. Zum Beispiel ist die von Herstellern von Motoren eigens entwickelte Sprache für das CAN-Kommunikationsprotokoll noch nicht mit der von Batterie-, Beleuchtungs-, ABS- (Antiblockiersystem) und Konnektivitätslieferanten kompatibel. Eine der größten Herausforderungen für die Branche wird es daher sein, die Hersteller der verschiedenen Komponenten erfolgreich zusammenzubringen, um eine gemeinsame Sprache zu entwickeln und damit alle Systeme und Komponenten vollständig interoperabel zu machen.
- Neue Geräte mit mehr Bandbreite, in den Kommunikations-BUS integriert, sorgen für mehr Sicherheit für Fahrzeuge und Benutzer. Dies ist bei der Konnektivität der Fall, die das Ver- und Entriegeln des Fahrzeugs, die Geolokalisierung im Falle eines Diebstahls und die Auslösung eines akustischen Alarms sowie die Fernselbstdiagnose zum Zwecke der vorbeugenden Wartung ermöglicht.
CAN ist Dank dieser drei Vorteile die perfekte Antwort auf die drei Herausforderungen der urbanen Mobilität – Nachhaltigkeit, Wartung und Sicherheit von Fahrzeugen und Benutzern.
Auf diese Weise werden Fahrräder, Elektroroller und andere sanfte Transportmittel, die in städtischen Gebieten genutzt werden, zu echten Transportmitteln, die sich auf die Bedürfnisse der Kunden – ob Berufstätige oder Privatpersonen – einstellen und gleichzeitig ein angepasstes und sich ständig weiterentwickelndes Serviceniveau bieten, wie die Gesetzgebung es vorsieht.
Initiation von Austausch oder gleich direkte Zusammenarbeit
CAN BUS ist eine wichtige Antwort sowohl auf aktuelle als auch auf die zukünftigen Herausforderungen der sanften Mobilität. Wenn Sie mehr über dieses Thema erfahren oder die mögliche Anwendung auf Ihre Fahrzeuge diskutieren möchten, kontaktieren Sie bitte unser Expertenteam.