Drive-by-Wire
Drive-by-Wire (DBW), wortwörtlich etwa „Fahren per Kabel“, ist ein Konzept zur Steuerung eines Fahrzeugs über eine elektronische statt einer klassischen elektrisch-mechanischen Verbindung.
Grundsätzlich und historisch betrachtet bezeichnet der Begriff „Drive-by-Wire“ das elektronische Gaspedal (E-Gas) für eine Vielzahl von Fahrzeugen, speziell für Autos. Dies wird in diesem Artikel näher behandelt.
Systembeschreibung[Bearbeiten]
Bei Drive-by-Wire-Systemen wird die Stellung der Bedienelemente (Eingaben), wie Gaspedal oder Lenkrad, elektrisch abgefragt und elektronisch an ein Steuergerät (genauer: Motorsteuergerät) zur Verarbeitung übermittelt. Die Datenübertragen bzw. Kommunikation erfolgt mittels Feldbusssystemen wie CAN. Das Steuergerät prüft die Eingabebefehle (Daten) auf Plausibilität und steuert bzw. regelt über einen oder mehrere Aktoren (z. B. Servomotor) das Stellelement, z. B. die Drosselklappe (Ausgabe). Aus Sicherheitsgründen sind mache System redundant ausgelegt.
Die neuere Entwicklung im Kraftfahrzeugbau tendiert dazu, alle Fahrerbefehle nur noch elektrisch weiterzuleiten. Elektronisches Gaspedal und Schaltung sind inzwischen in Serie; eine vollektrische Lenkung<ref>§ 38 StVZO - Einzelnorm - Straßenverkehrs-Zulassungs-Ordnung (StVZO) § 38 Lenkeinrichtung. Abgerufen am 28. Juli 2026.</ref> als auch Bremse<ref>§ 41 StVZO - Einzelnorm - Straßenverkehrs-Zulassungs-Ordnung (StVZO) § 41 Bremsen und Unterlegkeile. Abgerufen am 28. Juli 2026.</ref> sind in Deutschland gesetzlich aktuell nicht erlaubt.
Abgrenzung[Bearbeiten]
Drive-by-Wire-Systeme ermöglichen die elektrisch-elektronische Steuerung eines Kraftfahrzeugs. Dabei werden mechanische Seile, Stellglieder usw. durch elektrische Leitungen und Datenkommunikation ersetzt. Im Extremfall kann ein Fahrzeug somit vollständig mit einem Joystick bedient werden. Dies ist jedoch nicht bei Serienfahrzeugen üblich.
Es gibt verschiedene Systeme, die mechanische Systeme in elektrische umwandeln (siehe dort für die Details):
- Elektronisches Gaspedal (Drive-by-Wire)
- Shift-by-Wire (Schaltung)
- Brake-by-Wire (Bremssteuerung)
- Steer-by-Wire (Lenkung)
Die Systeme zählt man zu dem Überbegriff X-by-Wire. In Flugzeugen ist die Benennung entsprechend Fly-by-Wire.
Elektronisches Gaspedal[Bearbeiten]
Das elektronische Gaspedal wird auch E-Gas oder Electronic Power Control (kurz „EPC“) bezeichnet. Bei historischen Ottomotoren war die Drosselklappe, mit der das Drehmoment gesteuert werden kann, durch ein Seilzugsystem mit dem Gaspedal verbunden. Bei aktuellen Fahrzeugen mit elektronischem Gaspedal wird die Gaspedalstellung aus Redundanzgründen durch zwei gegenläufige Potentiometer erfasst und der Wert elektronisch an das Motorsteuergerät weitergeleitet. Die Drosselklappe wird durch einen Schrittmotor elektronisch bewegt. Dadurch hat das Gaspedal keinen direkten Durchgriff mehr auf die Drosselklappe, sondern teilt dem Steuergerät nur noch den Fahrwunsch des Fahrers mit.
Das Motorsteuergerät hat dadurch jederzeit uneingeschränkt Einfluss auf die Drosselklappenstellung und damit das Drehmoment des Motors und kann dadurch schneller und genauer auf sich ändernde Bedingungen (wie beispielsweise Notlauf, Abriegelung, Eingriff von ESC, ASR, EDS, Schubbetrieb, Tempomatbetrieb) reagieren. Frühere mechanische Regelungssysteme die durch Änderungen des Einspritz- oder Zündzeitpunktes Einfluss auf Drehmoment des Motors nehmen, können durch das E-Gas ersetzt werden. Ein fehlerhaftes System wird durch eine Warnleuchte im Kombiinstrument angezeigt. Bei einigen Systemen geht das EPC in einen Notlauf mit permanent erhöhter Drehzahl (z. B. VW und Audi, 1500/min).
Automobile[Bearbeiten]
Der Honda NSX war ab 1995 der erste Serienwagen, der sowohl elektronische Drosselklappensteuerung (E-Gas, verbunden mit der Regelung von Tempomat und der PGM-FI-Saugrohreinspritzung), als auch eine vollelektronische Servolenkung hatte. Das Drive-by-Wire-System ermöglichte ein schnelleres Ansprechen des Motors auf Gaspedalbefehle und eine exaktere Steuerung der Traktionskontrolle.
Die erste serienmäßige Anwendung eines DBW-Systems wurde 1987 von BMW im E30 in Verbindung mit dessen ab 1987 wählbaren M21 Turbodiesel-Motor pioniert.
Ein Beispiel für den konsequenten Einsatz der DBW-Technik ist das Hybridfahrzeug Toyota Prius.
Auch im Automobil-Rennsport kommen Teillösungen wie Steer-by-Wire zum Einsatz. Ziel ist es, die Technologie unter diesen anspruchsvollen Bedingungen zu testen und weiterzuentwickeln. 2021 starteten vom Unternehmen Paravan ausgerüstete Rennwagen ohne mechanische Lenksäule beim 24-Stunden-Rennen auf dem Nürburgring sowie bei der DTM-Rennsportserie.<ref>M. Zeitler: Mit Space Drive durch die Hölle. In: Auto Bild. Nr. 22, 2. Juni 2021, S. 54.</ref><ref>DTM bekommt Steer-by-Wire-Technologie. sport.de, 22. April 2021, abgerufen am 21. Januar 2021.</ref>
Motorräder[Bearbeiten]
Inzwischen geht auch bei Motorrädern der Trend zur elektrischen Übertragung der Fahrsignale. Dies sind alle verfügbaren Informationen aus Sensoren in Form von Daten für eines oder mehrere Steuergeräte. Hier wird jedoch in der Regel von „Ride-by-wire“ gesprochen. Yamaha (YZF-R6 2006) und KTM (690 Duke 2007) brachten die elektronische Drosselklappensteuerung „YCC-T (Yamaha Chip Controlled-Throttle)“ bzw. „EPT (Electronic Power Throttle)“. Hierbei blieb der Gaszug vorhanden und es war bereits möglich, verschiedene Fahrmodi, wie z. B. verhaltenes Ansprechen des Motors bei Regen oder direkte Gasannahme im Sport-Modus, zu realisieren: Yamahas D-Mode (Sport, Town), KTMs MTC (Motorcycle Traction Control)-Mode (Street, Sport, Rain) und Aprilias Tri-Map (Sport, Touring, Regen; siehe: SL 750 Shiver). Erstmals hat dann die 690 Duke 2012, „das erste Motorrad mit einem echten RBW-System“, „die klassische, mechanische Verbindung zwischen dem Gasdrehgriff am rechten Lenkerende und dem Schieber im Vergaser oder dem Drosselklappenkörper zu Grabe [ge]tragen“.<ref>Vorlage:Cite book/NameVorlage:Cite book/Name: [Internetquelle: archiv-url ungültig Kein Zug mehr, sondern Elektronik.] In: Motorrad online. , archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am Vorlage:Cite book/URL; abgerufen am 5. Juli 2014.Vorlage:Cite book/URLVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung2Vorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung</ref> Dabei wird die Stellung des Gasgriffes elektronisch erfasst und an den Motor und die Drosselklappen weitergeleitet. Mittlerweile bieten auch andere Modelle und Marken diese Technologie: so die KTM 1190 Adventure (hat zusätzlich „[v]ier verschiedene MTC Modi“: Sport, Street, Rain, Offroad, Off-Mode);<ref>Vorlage:Cite book/Name: [Internetquelle: archiv-url ungültig MTC (Motorcycle Traction Control).] In: KTM-Sportmotorcycle AG. , archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am Vorlage:Cite book/URL; abgerufen am 6. Juli 2014 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).Vorlage:Cite book/URLVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung2Vorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung</ref> ähnlich die zeitgleich präsentierte R 1200 GS von BMW (Rain, Road, Dynamic, Enduro, Enduro Pro).<ref>Vorlage:Cite book/Name: [Internetquelle: archiv-url ungültig Fahrmodi. Als Sonderausstattung ab Werk.] In: bmw-motorrad.de. , archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am Vorlage:Cite book/URL; abgerufen am 5. Juli 2014.Vorlage:Cite book/URLVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung2Vorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/MeldungVorlage:Cite book/Meldung</ref>
Behindertengerechte Fahrzeuge[Bearbeiten]
Das Drive-by-Wire kam frühzeitig zum Einsatz bei Kraftfahrzeuganpassung für körperbehinderte Menschen.<ref>Paravan: Space Drive Technik. Abgerufen am 6. September 2012.</ref><ref>Joysteer: Drive-by-Wire beim Lenken und Bremsen eines Fahrzeuges. (PDF; 4,6 MB) Archiviert vom Vorlage:IconExternal am 15. Juni 2013; abgerufen am 6. September 2012.</ref> Verschiedene Einbaulösungen ermöglichen es Menschen mit geringen Restkräften, hohem Querschnitt, minimalen Bewegungsfähigkeiten und sogar ohne Arme oder Beine, mit Space Drive 2, Auto zu fahren. Im September 2022 erhielt Janis McDavid, der ohne Arme und Beine geboren wurde, auf Basis dieser Technologie eine Lizenz für Autorennen.<ref>Philipp Körner: Rennlizenz dank Spezial-BMW. Fahrer ohne Arme und Beine. In: auto-motor-und-sport.de. 12. Oktober 2022, abgerufen am 25. Oktober 2022.</ref>
Mikroprozessgesteuerte Eingabegeräte machen es möglich Bremse, Gas und Lenkung zu betätigen. Diese Fahrhilfen übertragen die Signale an zwei Servomotoren für Bremse und Gas sowie an zwei weitere für das Steer-by-Wire System. Das erste nachträglich verbaute Drive-by-Wire-System mit Straßenzulassung war das Space Drive 2 des deutschen Unternehmens Paravan, welches dreifach aktive Servo-Redundanz hat.<ref>Drive-by-Wire inkl. Straßenzulassung – Paravan: Space Drive Technik. Ehemals im Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar); abgerufen am 9. September 2015. (Seite nicht mehr abrufbar. Suche im Internet Archive)</ref> 2021 rüstete Paravan ein Tesla Model 3 mit Space Drive um. Der Tesla-Prototyp wird mittels Joystick gesteuert und ist das erste in Deutschland zugelassene Auto ohne Lenkrad (Video rechts).<ref>Marcus Pfeil: Made in Germany. In: Berliner Zeitung. 22. Mai 2021, S. 23.</ref>
Steer-by-Wire[Bearbeiten]
Eine der Hauptverletzungsquellen im Auto, die Lenksäule, fällt durch das Fahren mittels Drive-by-Wire weg. Zudem ist in einem Auto die Steuerung sowohl von der Fahrer- als auch von der Beifahrerseite ohne Probleme möglich. Bisher ist die neue Technik teurer als die konventionelle mechanische Lenkung. Bis Ende der 2020er-Jahre erhofft man sich aber Sparpotenziale, da manche Produktionsschritte vereinfacht werden und die Preise für elektronische Komponenten stärker sinken werden als für mechanische.<ref name=":0">Marcus Johann: Autos wie Flugzeuge steuern. Der Tagesspiegel, 22. September 2022, abgerufen am 8. Oktober 2022.</ref> Von den Zulieferern wurden Kraftstoffeinsparungen durch den Verzicht auf die energieintensiven hydraulischen oder mechanischen Systeme versprochen.
Bewertung[Bearbeiten]
Vorteile[Bearbeiten]
Vorteile sind geringeres Gewicht und leichtere Eingriffsmöglichkeiten von elektronischen Hilfssystemen wie Abstandsregeltempomat oder Lenkassistent. Das wird auch den Umbruch zu autonomen Fahrzeugen erleichtern.<ref>Automobiltechnik: Autos wie Flugzeuge steuern. In: Tagesspiegel Background Verkehr & Smart Mobility. 22. September 2022 (tagesspiegel.de [abgerufen am 28. Juli 2026]).</ref> Durch die elektrische Verbindung werden ganz neue Mensch-Maschine-Schnittstellen möglich, z. B. Joysticks.
Nachteile[Bearbeiten]
Bremse und Lenkung wurden bisher mit Schwerpunkt auf Betriebssicherheit weiterentwickelt. So ist das Auto bei einem Ausfall der elektronischen Steuerung durch eine mechanische, hydraulische oder pneumatische Rückfallebene weiterhin voll steuerbar. Ein Ausfall der elektrischen Versorgung kann jedoch zu totaler Unlenkbarkeit oder Bremsversagen führen. Daher werden Motorsteuergeräte und andere Komponenten im Automobilbau mithilfe von Methoden der Sicherheitstechnik (Safety) entwickelt, getestet und auf weitere Qualitätsmerkmale geprüft, bevor sie produziert und in Serie freigegeben werden. Des Weiteren spielt dich Informationssicherheit (Cybersecurity) eine zunehmend wichtige Rolle.<ref>Andy Greenberg: Hackers Remotely Kill a Jeep on the Highway—With Me in It. In: Wired. ISSN 1059-1028 (wired.com [abgerufen am 19. Oktober 2022]).</ref>
Weblinks[Bearbeiten]
- Die Seite Vorlage:Webarchiv/styles.css hat keinen Inhalt.Daimler-Chryslers Drive-by-Wire-System ( vom 29. September 2007 im Internet Archive)
- Electronic Power Control - Design and Function, PDF (englisch)
Siehe auch[Bearbeiten]
Literatur[Bearbeiten]
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Einzelnachweise[Bearbeiten]
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