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Arbeitsmaschinen auf dem Weg in die Autonomie

Arbeitsmaschinen werden autonom
Technologien für das Autonome Fahren auf der Systems & Components 2022

Die nächste Generation selbstfahrender Fahrzeuge wird in der Lage sein, sich autonom zu bewegen und zu arbeiten. Dies gilt auch im Off-Highway-Sektor mit seinen besonderen Anforderungen: Leistungsfähige Assistenzsysteme sorgen bereits für mehr Sicherheit und mehr Effizienz auf holprigen Feldern oder schwer befahrbaren Baustellen. Zukünftig sollen diese Systeme den Weg in Richtung Autonomie ebnen. Die Systems & Components, die vom 27. Februar bis 5. März zeitgleich mit der Agritechnica in Hannover stattfindet, gibt einen Ausblick darauf, was hier im Off-Highway-Sektor in den kommenden Jahren zu erwarten ist.

Auf die Lenkung kommt es an

Die in Hannover ausstellenden Technologieanbieter sind schon länger in der Lage, teilautonome Funktionen wie etwa die elektrohydraulische Lenkung in Off-Highway-Fahrzeuge zu integrieren. Geschwindigkeits-, Lenk- und Fahrregler halten die Maschinen in der Spur und setzen Mähdrescher automatisch an die letzte Schnittkante an. Den Ausgangspunkt dafür bilden:

  • die Steer-by-Wire-,
  • Drive-by-Wire-
  • und Brake-by-Wire-Funktionen

der jüngsten Generation. Sie sorgen für mehr Flexibilität bei Maschinen- und Kabinenkonstruktionen, z. B. kann die Lenksäule komplett entfallen.

Auf dem Messegelände in Hannover dürften die Diskussion und das Interesse an den digitalen Lenk-, Fahr- und Bremssystemen deutlich an Fahrt aufnehmen. Die gezeigten Systeme umfassen den gesamten Prozess vom Lenkrad über das Bremspedal bis zur Achse und ermöglichen eine unmittelbare haptische Rückmeldung der Kräfte direkt an den Fahrzeugführer. Die Umsetzung erfolgt in Form von mechatronischen, hydraulischen oder hybriden Lösungen, die das Brems- oder Wendemanöver in Sekundenbruchteilen einleiten. Dabei sollen sie mindestens genauso sicher sein wie herkömmliche Systeme mit mechanischen Übertragungswegen. Ein mehrfach redundantes Sicherheitssystem stellt sicher, dass stets korrekte Sensorwerte übermittelt und verarbeitet werden.

Das elektronische Lenken verspricht nicht nur mehr Fahrkomfort und Präzision für Traktoren und selbstfahrende Erntemaschinen: es ermöglicht auch den Fahrbetrieb in kritischen Situationen, ohne dass dabei ein Mensch im Cockpit sitzt. Der Fahrer steigt aus, aktiviert die Funkfernbedienung und steuert das Fahrzeug von außen.

Sensoren für nächste Stufe der Autonomie

Das Ziel der Sensorsysteme liegt in der höchsten Präzision bei der Personen- und Objekterkennung. Voraussetzung hierfür ist die zuverlässige 360-Grad-Erfassung des umgebenden, oft unstrukturierten Geländes. Die aktuellen Sensor- und Kameratechnologien und die darauf abgestimmten Bildverarbeitungsalgorithmen ermöglichen mittlerweile Assistenzsysteme, die an die jeweiligen Kundenbedürfnisse und den Typ der mobilen Arbeitsmaschine angepasst sind. Die Entwickler verlassen sich dabei nicht allein auf einen Sensortyp: Erst die Kombination der Informationen verschiedener Sensoren (Sensorfusion) ergibt ein komplettes Umgebungsmodell – eine Grundvoraussetzung für Zuverlässigkeit und Sicherheit von Fahrerassistenzsystemen und autonomem Fahren.

Sensorik liefert den Rohstoff für IoT und die Fabrik der Zukunft

Zunehmend rückt dabei als Ergänzung zu Kamera-, Radar-, Ultraschalltechnik der Einsatz von LiDAR-Sensoren (Light Detection And Ranging) in den Mittelpunkt. Sie sollen den autonom agierenden Arbeitsmaschinen im Off-Highway-Bereich zum Durchbruch verhelfen. Die LiDAR-Systeme erfassen ihre Umgebung auf Basis von sichtbarem, ultraviolettem oder infrarotem Licht und generieren auch bei Regen, Nebel, Staub oder Dunkelheit eine lückenlose 3D-Punktewolke. Mit einer zusätzlichen Verarbeitung von GPS-Daten wird die Echtzeit-Navigation nochmals verbessert, um mögliche Kollisionen zu verhindern.

LiDAR-Sensoren Schlüsseltechnologie für viele Anwendungen

Leistungsstarke Telematiken ermöglichen Platooning der Arbeitsmaschinen

Erst durch die deutlich höhere Rechenleistung der aktuellen High-End-PC und Telematikeinheiten lassen sich autonome Funktionen für Agrar- und Baumaschinen umsetzen. Mit ihrer hohen Performance eignen sie sich auch für Maschinen, die direkt miteinander kommunizieren und Daten an die Cloud schicken. Waren Traktor und Mähdrescher oder Feldhäcksler bisher getrennte Einheiten, können sie künftig selbstständig dank Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) Informationen wie Position, Geschwindigkeit und Ladekapazität untereinander austauschen und so den Ernte- und Logistikprozess optimieren. Die hohe Rechenkapazität ermöglicht zudem eine präzise Koordination von mehreren Maschinen. Ausgestattet mit hochgenauer Real Time Kinematic und verbunden durch eine Datenfunkverbindung tauschen die Fahrzeuge Informationen über Position, Geschwindigkeit und Einstellungen der Anbaugeräte aus – so lässt sich beispielsweise eine „elektronische Deichsel“ umsetzen. Platooning heißt dieses Szenario, bei dem mehrere Maschinen in einem Verbund das Feld bearbeiten. Ein weiteres Szenario ist die Synchronisation mit einer Drohne. (eve)

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