Landtechnik Wie mobile Arbeitsmaschinen autonomer werden

Quelle: DLG e.V.

Die Off-Highway-Branche elektronifiziert Antriebe und hydraulische Systeme. Sie bilden die Basis für fortschrittliche Assistenzsysteme wie Steer by Wire und Joysticks – und läuten die nächste Stufe der Autonomie mobiler Arbeitsmaschinen ein.

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Seitenwindkompensation, Spurhaltefunktion oder Hands-on-Wheel-Detection greifen direkt in die Lenkung mobiler Arbeitsmaschinen ein. Sie unterstützen den Fahrer und entlasten ihn von Routinetätigkeiten.
Seitenwindkompensation, Spurhaltefunktion oder Hands-on-Wheel-Detection greifen direkt in die Lenkung mobiler Arbeitsmaschinen ein. Sie unterstützen den Fahrer und entlasten ihn von Routinetätigkeiten.
(Bild: Swen Pförtner)

Die Automatisierung der mobilen Arbeitsmaschinen sowie eine zunehmende Zahl intelligenter Assistenzsysteme kennzeichnen aktuell die Landtechnik. Funktionen wie Seitenwindkompensation, Spurhaltefunktion oder Hands-on-Wheel-Detection greifen direkt in die Lenkung ein. Sie unterstützen den Fahrer und entlasten ihn von Routinetätigkeiten. Darüber hinaus gewinnt die Elektrifizierung mobiler Arbeitsmaschinen an Relevanz, nicht zuletzt im Hinblick auf die Emissions- und Verbrauchswerte schwerer Nutzfahrzeuge. Zulieferer bieten ein breites Portfolio an Komponenten, die als Kompakteinheiten mit eigener elektrohydraulischer Druckversorgung und eigenem Ölkreislauf unabhängig vom Verbrennungsmotor arbeiten.

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Beispielhaft hierfür stehen elektrohydraulische Lenkventile. Sie ermöglichen eine geschwindigkeitsabhängige Lenkunterstützung und automatisierte Fahrfunktionen. In einer solchen Steer-by-Wire-Umgebung lassen sich die Ventile der Hochdruckkreise mit elektrischen Befehlen ansteuern, so dass keine wartungsanfälligen Hydraulikleitungen mehr in die Kabine verlegt werden müssen. Branchenexperten sehen in dieser Technologie das künftig etablierte Lenkverfahren. Darüber hinaus sind diese Systeme für die Arbeit mit GPS-, Reihen-, Sicht- oder Lasersensoren optimiert.

Die Komponenten umfassen den gesamten Prozess vom Lenkrad bis zur Lenkachse und ermöglichen eine unmittelbare haptische Rückmeldung der Lenkkräfte direkt an den Fahrzeugführer. Wie bei allen hydraulischen Baugruppen und Systemen für die Anwendung in der Land-, Bau- oder Forstwirtschaft zählt hier eine robuste, kompakte Gestaltung, um unter rauen Einsatzbedingungen die Funktion zu garantieren.

Steer by wire und Joysticks unterstützen die Lenkung

„Active Command Steering 2“ heißt das elektronische Lenksystem von John Deere. Es steht exemplarisch für die jüngste Generation moderner Steer-by-Wire-Lösungen. Es erfasst mithilfe eines Gyroskops das Gieren des Traktors und kompensiert automatisch die Drift, damit dieser in der Spur bleibt. Die Fahrer können dabei die Lenkübersetzung ein- und ausschalten, die Lenkempfindlichkeit einstellen und den Lenkradwiderstand auf ihre Anforderungen abstimmen, um schnelle und bequeme Vorgewendemanöver zu ermöglichen.

Auch der Blick in das Cockpit zeigt: Längst halten die Fahrer keine großen Lenkräder und Hebel mehr in ihren Händen. An ihre Stelle sind multifunktionale Joysticks, Mini-Lenkräder und intuitiv bedienbare Touchscreens getreten. Sie stellen alle Informationen übersichtlich zur Verfügung und machen die Kabine zur Kommandozentrale bei der Feldarbeit oder auf der Baustelle. Im Gegensatz zum geläufigen Orbitrol können elektrohydraulische Lenkventile mehrere Lenkeingänge empfangen, die es ermöglichen, den für die geplante Aufgabe am besten geeigneten Eingang zu wählen.

Die elektrischen Impulse der Joysticks werden im Bordrechner in Echtzeit verarbeitet und in hydraulische Bewegungen umgesetzt. So kann der Fahrer die Maschine auf der Straße mit einer Kfz-ähnlichen Lenkung steuern, um dann bei Hub- oder Planierarbeiten zu einer ergonomischeren Alternative zu wechseln. Vor allem bei Einsätzen mit vielen Lenkmanövern sorgt eine ergonomische Joysticklenkung für ein entspanntes Arbeiten, denn ihre kurzen Bewegungen erübrigen das intensive Kurbeln am Lenkrad.

Wiegeeinrichtung ermögliche die maschinenschonende Beladung

Zum umfangreichen Angebot an Assistenzsystemen zählen auch Wiegeeinrichtungen für Großradlader. Bei einer von Liebherr entwickelten Lösung handelt es sich um eine Kontrollwaage, die automatisch arbeitet und Informationen zum Ladevorgang liefert. Je nach Einsatz stellt sich der ideale Wiegebereich automatisch ein und die Wiegung erfolgt während des regulären Ladespiels. Der Maschinenführer gibt das Zielgewicht am Display ein und der "Truck Payload Assist" errechnet das ideale Gewicht pro zu verladender Schaufel sowie die erforderliche Anzahl an Ladevorgängen. Das zeitraubende, aber oft nötige Einschütteln oder Rückwiegen von Schüttgut bei der letzten Schaufel entfällt. Das Ergebnis ist mehr Produktivität durch eine gleichmäßige, zielgenaue und maschinenschonende Beladung von Lkw oder Dumpern.

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Displays zeigen gleichzeitig bis zu vier Kamerastreams an

„Damit Endkunden die nächste Produktivitätsstufe erreichen und ihre Effizienz deutlich steigern können, sind neue Konzepte und Technologien notwendig“, sagt Roberto Ferrari, Vice President Service & Operations von TT Control, einem Joint Venture der TT Tech Group und Hydac International, das auf die Entwicklung von elektronischen Steuergeräten und Visualisierungslösungen für mobile Maschinen spezialisiert ist. In den Vordergrund rücken für Ferrari untereinander und mit ihrer Umgebung vernetzte Fahrzeuge. Sie arbeiten zunehmend automatisiert und sind serienmäßig mit Funktionen ausgestattet, die Fahrern jedes Erfahrungsniveaus ein effizienteres Arbeiten ermöglichen.

„Vision 3“, die aktuelle Display-Generation von TT Control, ist aufgrund ihrer umfangreichen Schnittstellen dafür konzipiert, im Zentrum dieser komplexer Systemarchitekturen zu stehen. Das gleichzeitige Anzeigen von bis zu vier Kamera-Streams trägt dazu bei, die Sicht erheblich zu erweitern und so die Sicherheit und Effizienz der Arbeit zu erhöhen. Der Bediener eines Baggers kann beispielsweise durch eine visuelle Darstellung der genauen Position von Ausleger und Baggerschaufel unterstützt werden, um den Untergrund effektiver aufzugraben oder zu planieren.

Assistenzsysteme erleichtern den bedienerunabhängigen Betrieb

Anders als Baufahrzeuge arbeiten landwirtschaftliche Maschinen im Feld oft parallel und nah beieinander. Die Assistenzsysteme erleichtern den bedienerunabhängigen Betrieb, etwa in Form von Precision Farming mit moderner Pflanzreihenerkennung oder präziser Bewegungssteuerung. Ermöglicht wird dies durch die Fusion verschiedener Sensordaten und die Verarbeitung komplexer Bilddaten durch elektronische Hochleistungssteuergeräte in Echtzeit.

Mittels GNSS- (Global Navigation Satellite System)-basierter Synchronisation koordinieren Mähdrescher oder selbstfahrende Feldhäcksler heute vollautomatisch die Geschwindigkeit und Lenkung des Traktors, der mit einem Transportanhänger nebenherfährt. Ein derartiges System bewährt sich bei Dunkelheit und an langen Arbeitstagen und ist besonders für Anwendungen interessant, bei denen permanent übergeladen wird.

Die autonome Zukunft der Maschinen

Das Beispiel zeigt: Die technische Herausforderung für die Entwickler liegt darin, effiziente und ökonomische Lösungen für die Rahmenbedingungen in den unterschiedlichen Off-Highway-Industrien zu finden. Ein hoher Automatisierungsgrad unter Zuhilfenahme von Künstlicher Intelligenz soll dabei helfen, die steigenden Anforderungen in den verschiedenen Märkten zu bewältigen. Die Algorithmen der Assistenzsysteme übernehmen dabei immer mehr Funktionen in mobilen Arbeitsmaschinen, wodurch die Bedienung komfortabler und die Arbeit sicherer wird. (ud)

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