Technisch

Vernetzung und Automation: Potenzial des autonomen Fahrens

Die Anforderungen an Produktivität, Komfort und Sicherheit mobiler Maschinen im Off-Highway-Sektor steigen. Assistenz­systeme und teilautomatisierte Lösungen erleichtern dem Fahrer in der Kabine den Arbeitsalltag.

(Bildquelle: DLG)

Im Cockpit mobiler Arbeitsmaschinen ist maximale Konzentration und vollständige Kontrolle gefragt. Fortgeschrittene Assistenzsysteme übernehmen dabei die Aufgabe, den Fahrer in der Kabine zu unterstützen. Ihr zunehmender Automatisierungsgrad erlaubt eine immer stärkere Entlastung des Maschinenführers, der sich so auf seine eigentliche Aufgabe, z. B. die Überwachung und Optimierung des Arbeitsprozesses, konzentrieren kann. Gleichzeitig stehen sie in Gefahrensituationen bereit, um notfalls in das Fahrgeschehen einzugreifen.

Auf dem Weg zur marktreifen Lösung

Doch die leistungsfähigen Assistenzsysteme sorgen nicht nur für mehr Sicherheit und mehr Effizienz auf Feldern oder Baustellen: Sie sollen den Weg in Richtung Autonomie ebnen. Überträgt man dieses Ziel auf die Systemarchitektur der Traktoren, Erntemaschinen oder Bagger, so bedeutet dies, dass immer mehr Daten verarbeitet werden, die aus einer steigenden Zahl an Sensoren stammen. Und schlussendlich müssen die Informationen dem Bediener in einer intuitiven Art und Weise auf dem Display im Cockpit präsentiert werden. Die nächste Generation selbstfahrender Fahrzeuge wird in der Lage sein, sich autonom zu bewegen und zu arbeiten.
Die 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 für die nächste Stufe der Autonomie 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.

Lenken mit mehr Freiheit und Komfort

Bei den digitalen Lenk-, Fahr- und Bremssystemen haben die Anbieter der Technologien die Serienreife für die Off-Highway-Märkte im Fokus. Anders als im Automotive-Bereich sind hier häufig nachrüstbare Lösungen gefragt, denn die Betreiber haben kein Interesse daran, nur des autonomen Fahrens wegen den kompletten Fuhrpark auszutauschen. Die Systeme umfassen deshalb 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. Das Beispiel zeigt: Landwirt und Traktor bleiben weiterhin ein Team – auch wenn die Maschine in Zukunft autonom auf dem Feld unterwegs sein wird.

Sensoren für nächste Stufe der Autonomie

Sensorsysteme sind die Sinnesorgane mobiler Maschinen und stehen folglich auf der Roadmap der Technologieanbieter ebenfalls ganz oben. Das Ziel: Höchste 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.
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 und zählen für Experten zu den Schüsseltechnologien. 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 3-D-Punktewolke. Mit einer zusätzlichen Verarbeitung von GPS-Daten wird die Echtzeit-Navigation nochmals verbessert, um mögliche Kollisionen zu verhindern – so lassen sich landwirtschaftliche Arbeiten wie Aussaat und punktgenauer Einsatz von Dünger und Pflanzenschutzmitteln ohne Präzisionsverlust bis in die Nacht ausdehnen. Besitzt der Traktor dann noch die Fähigkeit, Daten von Wetterstationen zu beziehen, kann er ausloten, wann auf dem Feld die besten Arbeitsbedingungen herrschen.

Rechenpower für die Cloud-Anbindung

Damit die Maschinen diese Vorgänge übernehmen können, müssen sie die Daten entsprechend verarbeiten. Einfache Steuerungssysteme zur Automatisierung stoßen hier schnell an ihre Grenzen. 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.
Weitere Informationen: www.agritechnica.com/de/news

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