Garantierte Funktion bei Kälte, Eis und Schnee CAN und J1939 unter extremen Einsatzbedingungen

Der Einsatz von Elektronik wurde von Maschinenbauunternehmen als notwendiges Übel betrachtet. Für die vom Stahlbau kommende Firma Kässbohrer hat sich diese Sichtweise umgekehrt. Die Fahrzeug-Elektronik in einem „Pistenbully“ ist zuständig für Lenkung, Steuerung von Motor und Hydraulik, Bedienung der Anbaugeräte, Betriebsdatenerfassung und Telematik samt Fahrzeugnavigation mit GPS.

Garantierte Funktion bei Kälte, Eis und Schnee

Der Einsatz von Elektronik wurde von Maschinenbauunternehmen als notwendiges Übel betrachtet. Für die vom Stahlbau kommende Firma Kässbohrer hat sich diese Sichtweise umgekehrt. Die Fahrzeug-Elektronik in einem „Pistenbully“ ist zuständig für Lenkung, Steuerung von Motor und Hydraulik, Bedienung der Anbaugeräte, Betriebsdatenerfassung und  Telematik samt Fahrzeugnavigation mit GPS.

Im Gegensatz zu gewöhnlichen Nutzfahrzeugen besteht bei einem Pistenbully die technische Herausforderung darin, zahlreiche Extremsituationen auch bei Kälte, Schnee und im Nachteinsatz zu beherrschen. Die in allen Richtungen bis 45 Grad schräglagenfähige Ma-schine erreicht mit ihrer Multiflexfräse eine Flächenleistung von 96 000 m2/h. Die Technik ist ausgelegt für Einsätze bis 4000 m Höhe und extreme Außentemperaturen; die Polarausführung kann sogar in Höhen bis 6000 m eingesetzt werden.

Die Zeiten für die Pistenpräparation sind häufig für die Abend- und Nachtstunden eingeplant, während die regulären Wintersportaktivitäten ruhen. Wenn die Fahrer bei Schneesturm oder Nebel in großen Höhen oder arktischen Regionen einsam unterwegs sind, kann die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Fahrzeuge lebenswichtig sein. Sicherheit sowie bequemes und ermüdungsfreies Steuern und Bedienen stehen daher ganz im Mittelpunkt des Fahrzeugkonzepts. Intelligente Automatikfunktionen unterstützen den Fahrer und reduzieren die Bedienvielfalt, so dass er sich auf das Wesentliche konzentrieren kann.

Durchschlagsichere Windschutzscheiben bewahren den Fahrer vor Steinschlag; ein Beleuchtungssystem mit zahlreichen Fahr-, Such- und Arbeitsscheinwerfern machen die Nacht zum Tag. Automatisches Einblenden einer Rückfahrkamera in das Cockpit-Display verschafft auch bei Rückwärtsfahrt optimale Sicht. Zur Unterstützung der Präparation in Steillagen werden die Fahrzeuge bei Bedarf mit elektro-hydraulischen Seilwinden ausgestattet, die 1000 m Seil mitführen. Eine Besonderheit: Die Winde ist drehbar gelagert, das Fahrzeug darf sich dabei beliebig oft um 360 Grad drehen. Neben den Modellen für Gebirge und Schnee und gibt es Pistenbully-Varianten ohne Ladefläche, nur für Personentrans-port, Baggerausführungen und sogar schwimmfähige Maschinen. Etwa 600 bis 620 Einheiten stellt Kässbohrer [1] pro Jahr her, ein Fahrzeug kostet zwischen 80 000 und 340 000 Euro.

Ausgangspunkt: ein leistungsfähiges Aggregat

Als Antrieb kommen Motoren von Mercedes-Benz mit Leistungen zwischen 90 PS und 460 PS zum Einsatz. So ist der „Pistenbully 600“ mit einer 12,8-Liter-Maschine mit 295 kW (400 PS) ausgerüstet; diese liefert Drehmomente bis 1900 Nm. Zwei voneinander getrennte hydrostatische Antriebskreise ohne Trennkupplung sind für den rechten und linken Fahrantrieb verantwortlich. Die Motorsteuerung sorgt für das nötige Motormoment beim Anfahren und verhindert ein Abwürgen. Gleichzeitig bietet eine Grenzlastregelung Schutz gegen Überlastung und Überdrehen des Dieselmotors.

Zum Fahren bzw. Verzögern (Bremsen) dient ein einziges Fahrpedal, d.h. es gibt keine Betriebsbremse, sondern lediglich eine Feststellbremse. Fahrtrichtungsänderungen werden durch eine Differenz zwischen den Kettengeschwindigkeiten erreicht. Jeder Antrieb ist in seiner Ausgangsdrehzahl stufenlos verstellbar und in der Drehrichtung umkehrbar, so dass die vollelektronische Lenkung unter anderem Drehen/Wenden auf der Stelle, Fahrtrichtungsvorwahl und Geschwindigkeitsreduzierung unterstützt. Die „Lenkaggressivität“ variiert mit der Fahrgeschwindigkeit, der Fahrer kann sie auf seine Bedürfnisse einstellen. Damit bleiben Veränderungen der Fahrgeschwindigkeit durch Fahrpedal oder Lastbegrenzungsregler ohne Einfluss auf den Lenkradius. Radsensoren ermöglichen eine Geradeaus- und Kurvengleichlaufregelung oder asymmetrische Lenkkennlinien für Sondereinsätze.

Konsequente Vernetzung mit CAN

Erst durch die konsequente Vernetzung des Fahrzeuges mit CAN wurde eine dezentrale Steuerungsstruktur ermöglicht (Bild 1). Elektronische und mechanische Komponenten konnten sinnvoll in einem Steuergerät kombiniert werden. Dadurch wurde im Vergleich zu früheren Pistenbully-Generationen der Verkabelungsaufwand signifikant reduziert. Nahezu die gesamte Kommunikation führt über die zwei Hauptbusse CAN 1 und CAN 2 der insgesamt fünf CAN-Bus-Stränge. Während CAN 3 beim Flottenmanagement zur externen Kommunikation dient, sind die technisch einsatzbereiten Systeme CAN 4 und CAN 5 für künftige Funktionen reserviert, die derzeit noch nicht gebraucht werden. Daneben kommt CAN für Software-Updates, zur Parametrierung und für Messsysteme zum Einsatz.

Da sich derzeit alle Funktionen mit CAN realisieren lassen, ist die Verwendung von neueren Kommunkationssystemen wie FlexRay, LIN oder MOST nicht im Gespräch. Die Elektrik ist vollkommen modular aufgebaut und über alle Fahrzeugvarianten vereinheitlicht. Die Grundverkabelung berücksichtigt alle aktuellen und künftigen Optionen; Erweiterungen und Nachrüstungen lassen sich durch Adapterkabelsätze einfach bewerkstelligen.

Viel Leistungs-Elektronik, wenig Sicherungen, keine Relais

Für die zentrale Steuerung aller Funktionen wie Leistungs- und Energiemanagement, Motorsteuerung, Hydraulik der Fahr- und Fräspumpen, Ölmengen-Verteilung für die Front- und Heckhydraulik sowie die Überwachung aller Sensoren und Aktoren ist das Pistenbully-Universal-Steuergerät PSX verantwortlich. Es wird ergänzt durch die „Zentral-Elektronik“, auf der neben zahlreichen diagnosefähigen und kurzschlussfesten Ein-/Ausgängen z.B. Zentralverriegelung, Funkfernsteuerung, Beleuchtungssteuerung und Spannungswandler für 12 V untergebracht sind. Die volllastfähige Einheit liefert einen Summendauerstrom von 640 A bei 24 V und erreicht damit eine Schaltleistung von bis zu 15 kW. Die „Zentral-Elektronik“ hat Anbindungen zu allen fünf CAN-Bussen. Insgesamt sind nur acht „richtige“ Sicherungen notwendig, alles andere wurde über Leistungselektronik kurzschlusssicher und „selbstheilend“ ohne Relais verwirklicht.

Das Fahrzeug lässt sich über einen an die CAN-Diagnosesteckdose angeschlossenen Programmier-PC vollständig und jederzeit parametrieren. Für jeden Pistenbully existiert eine elektronische Fahrzeugakte, die eine lückenlose Dokumentation von Software-Updates, der Lebensdauer einzelner Komponenten, aktueller Software-Stände usw. erlaubt. Es ist jederzeit möglich, den Auslieferungszustand wieder herzustellen. Treten Probleme beim Kunden auf, erlaubt die „On Board“-Diagnose eine schnelle, komfortable Fehlerlokalisation über das Cockpit-Display (Bild 6). Alle Hydraulik-Funktionen, Sensoren und Aktoren sind elektronisch diagnosefähig ausgeführt. Für die Fehlersuche im Fahrzeug reichen Schaltplan und Display, weitere Hilfsmittel werden nicht benötigt. Im Fehlerspeicher sind Fehlerhistorie und Fehlerhäufigkeiten abgelegt.