UART in E-Bikes verstehen: Wie einfache serielle Kommunikation Ihr Fahrrad antreibt

In der Welt der E-Bikes und Lastenräder geht es bei der Kommunikation nicht nur um Bluetooth oder Apps, sondern auch darum, wie die verschiedenen Komponenten im Fahrzeug miteinander "kommunizieren". Eines der gängigsten und wichtigsten Kommunikationsprotokolle ist UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter).

Bei RegenWir sind davon überzeugt, dass das Verständnis der Funktionsweise von Protokollen wie UART nicht nur unseren Ingenieuren, sondern auch Flottenmanagern, B2B-Einkäufern und OEM-Partnern hilft, bessere Entscheidungen zu treffen - ganz gleich, ob Sie ein neues Display integrieren, einen Controller debuggen oder Ihr eigenes Cargo-Bike-System anpassen möchten.

In diesem Artikel werden wir das aufschlüsseln:

• Was UART ist und wie es funktioniert
• Seine Rolle in elektrischen Systemen für E-Bikes
• UART gegenüber anderen Kommunikationsprotokollen
• Anwendungsbeispiele bei E-Bikes und Lastenrädern
• Beschränkungen, Sicherheitserwägungen und Einhaltung der Vorschriften

Lassen Sie uns dieses wichtige, aber oft übersehene Kommunikationsprotokoll entschlüsseln.

Um zu erfahren, was die Kommunikationsprotokolle sind, besuchen Sie unsere: E-Fahrrad-Kommunikationsprotokolle: Ein kompletter Leitfaden für Ingenieure und Einkäufer

Was ist UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)?

UART steht für Universeller asynchroner Empfänger/Sender - ein hardwarebasiertes Protokoll für die serielle Kommunikation. Es ist eine der ältesten und einfachsten Möglichkeiten, Daten zwischen Geräten zu senden und zu empfangen.

Wesentliche Merkmale:

Im Gegensatz zu komplexeren Protokollen wie CAN oder I²C benötigt UART kein Taktsignal. Stattdessen einigen sich beide Geräte auf den Baudrate (Bitgeschwindigkeit) vor.

Wie UART in einem E-Bike funktioniert

In einem typischen E-Bike oder Cargo-E-Bike wird der UART verwendet für Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zwischen wichtigen elektronischen Komponenten:

• Motorsteuerung ↔️ Anzeige
• Batterie-Management-System (BMS) ↔️ Controller
• Anzeige ↔️ Drosselklappen- oder PAS-Sensor
• Bluetooth-Modul ↔️ Steuergerät

Hier ist ein vereinfachtes Diagramm der UART-Verwendung in einem Frontlader-E-Bike:

Jede UART-Verbindung ist normalerweise engagiert - keine gemeinsame Nutzung wie bei CAN-Bussen. Diese Einfachheit ist ideal für eingebettete Systeme mit weniger Knoten und geringem Leistungsbedarf.

Warum UART? Wichtige Vorteile für E-Bike Systeme

Während moderne Kommunikationsprotokolle wie CAN (Controller Area Network) auf dem Vormarsch sind, bleibt UART bei E-Bike-Designs im unteren bis mittleren Preissegment dominant - und das aus gutem Grund:

✅ Einfachheit und geringe Kosten

UART benötigt keine zusätzlichen Taktleitungen, keine komplexen Controller-ICs und nur minimalen Software-Overhead. Das ist perfekt für kostensensible Modelle oder minimalistische Lastenfahrräder.

✅ Kompatibilität

Viele ältere und preisgünstige Komponenten - insbesondere Motoren und Displays aus dem asiatisch-pazifischen Raum - sind standardmäßig mit UART ausgestattet. Es ist ein De-facto-Standard in Hubs und Mid-Drives von Unternehmen wie Bafang (UART-Varianten), Ananda und Tongsheng.

✅ Einfache Fehlersuche

Sie können UART-Leitungen mit einem USB-zu-TTL-Konverter und Open-Source-Tools wie Serieller Monitor oder PuTTY - was bei CAN- oder LIN-Bussen nicht so einfach möglich ist.

UART vs. CAN vs. I²C: Ein schneller Vergleich

In der Praxis:

• UART ist am häufigsten in E-Bikes und Lastenrädern für Verbraucher zu finden.
• CAN wird in hochwertigen oder flottengerechten Systemen verwendet (z. B. Bosch, Shimano STEPS commercial systems).
• I²C ist normalerweise auf die Kommunikation innerhalb der Leiterplatte beschränkt.

UART-Anwendungsfälle in Cargo-E-Bikes: Real-World Beispiele

1. Anzeige ↔️ Controller

Die meisten einfachen E-Bike-Displays - wie Bafang 500C, C965 oder SW102 - verwenden UART, um Geschwindigkeit, Modus, Batteriespannung und Fehlercodes zu übermitteln. Regen hat mit mehreren Kunden zusammengearbeitet, um UI der Anzeige anpassen durch UART-Befehlssequenzen.

2. Bluetooth oder IoT-Modul ↔️ Controller

Wenn Sie eine Ferndiagnose oder einen GPS-Tracker nachrüsten möchten, können viele Bluetooth-UART-Module (z. B. HC-05, HM-10) über TX/RX mit dem Controller verbunden werden, was grundlegende Befehle und Datenberichte ermöglicht.

3. Prüfung und Firmware-Updates

UART wird üblicherweise verwendet für Firmware-Flashing von Controllern und Displays. Während der Tests vor der Auslieferung stellen die QA-Ingenieure von Regen häufig eine Verbindung zum UART-Port des Controllers her, um Motor- und Sensorreaktionen zu protokollieren.

Beschränkungen und Überlegungen

Trotz seiner Stärken gibt es bei UART einige technische Einschränkungen zu beachten, insbesondere bei großen oder kommerziellen Cargo-E-Bikes:

❌ Keine Bus-Fähigkeit

Sie können nicht mehrere Geräte an dieselbe Leitung anschließen. Das schränkt die Skalierbarkeit in komplexeren Systemen mit GPS, intelligenten Schlössern, Beleuchtungssystemen usw. ein.

❌ Keine Fehlerkorrektur

Basic UART enthält keine CRC oder Prüfsumme. Bei Rauschen oder Paketverlusten können die Nachrichten verstümmelt werden. Einige Anbieter fügen proprietäre Prüfsummenmethoden hinzu, aber das ist nicht nativ.

❌ Baudrate muss übereinstimmen

Falsche Baudrateneinstellungen können zu einem totalen Kommunikationsausfall führen - insbesondere bei Nachrüstungen oder dem Austausch von Teilen.

Tipp von Regen: Überprüfen Sie immer die UART-Spezifikationen, wenn Sie Displays oder Controller von Drittanbietern austauschen - insbesondere bei Lastenfahrrädern mit längeren Kabeln, die anfälliger für Störungen sind.

Sicherheit, Einhaltung von Vorschriften und Industriestandards

UART ist zwar ein technisches Protokoll, aber seine korrekte Implementierung kann folgende Auswirkungen haben Sicherheit und Einhaltung der Vorschriften. Zum Beispiel:

• EN 15194:2017 (EU-Norm für EPACs) erfordert eine zuverlässige Stromversorgungskommunikation und Fehlererkennung.
• CE-Konformität prüft auf EMI (elektromagnetische Störungen), die die UART-Stabilität beeinträchtigen können.
• EN 50604-1:2016 (Batterie-BMS-Norm) empfiehlt, dass digitale Kommunikationsleitungen abgeschirmt, geerdet und ordnungsgemäß abgeschlossen werden.

Regen befolgt diese Empfehlungen in allen OEM-Konfigurationen. Bei Hochleistungs-Lastenrädern, die in der Logistik eingesetzt werden, empfehlen wir häufig, die UART-Kabel auf geschirmte Varianten umzurüsten und die Steckverbinder mit Verriegelungsmechanismen (z. B. wasserdichte Higo-Stecker), um ein versehentliches Trennen der Verbindung zu verhindern.

Wann man sich für UART entscheidet - und wann nicht

Bei Regen helfen wir unseren Kunden bei der Entscheidung zwischen UART-, CAN- und Hybridsystemen auf der Grundlage ihrer Nutzungsszenario, Produktstufe, Und langfristige Instandhaltungsstrategie.

Was kommt als Nächstes? Der Aufstieg der Hybridkommunikation bei E-Bikes

UART ist zwar nach wie vor beliebt, aber es zeichnet sich ein Wandel ab:

• Dual-Protokoll-Controller: Einige Bafang-Controller unterstützen sowohl UART als auch CAN, was OEMs Flexibilität bei Upgrades bietet.
• Intelligente Displays: Geräte wie der DP-C245 unterstützen jetzt UART-zu-BLE-Bridges, die eine App-Integration unter Beibehaltung der alten Verkabelung ermöglichen.
• CAN-über-UART-Emulation: Experimentelle Setups ermöglichen einfaches Multiplexing über UART - ideal für den Einstieg in das IoT in Frachtflotten.

Bei Regen arbeiten wir bereits mit Kunden zusammen an CAN-integrierte Lastenfahrräder mit UART-Fallback - eine Kombination aus Einfachheit und Skalierbarkeit.

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Abschließende Überlegungen: UART treibt immer noch das alltägliche E-Bike an

Trotz seines Alters, UART ist noch lange nicht veraltet. Es treibt weiterhin Millionen von E-Bikes und Lastenfahrrädern an - vom Einsteiger-Fahrrad für die Familie bis zum Lastenrad in Städten wie Berlin und Amsterdam.

Das Verständnis von UART hilft Ingenieuren, OEM-Käufern und Flottenmanagern gleichermaßen:

• Bessere Systeme entwerfen
• Vermeiden Sie kostspielige Kompatibilitätsfehler
• Funktionen für ihre Endnutzer anpassen

Ob Sie Ihr erstes Lastenfahrrad bauen oder eine Flotte von 500 Fahrrädern verwalten, Regen hilft Ihnen bei der Auswahl des richtigen Kommunikations-Backbones.

Referenzliste

• Bafang Electric. (2024). Bafang System Handbücher. https://www.bafang-e.com
• EN 15194:2017. Fahrräder - Elektrisch unterstützte Fahrräder - EPAC Bicycles. CEN.
• EN 50604-1:2016. Sekundäre Lithiumbatterien für leichte Elektrofahrzeuge. IEC.
• STMicroelectronics. (2022). Grundlagen der UART-Kommunikation. https://www.st.com
• TI. (2021). Asynchrone serielle Kommunikation (UART). Texas Instruments.
• Bosch eBike-Systeme. (2024). Technischer Überblick: Kommunikationsprotokolle in eBikes. Bosch Mobilität.