Autonome Nutzfahrzeuge auf dem Acker Ein Blick in die Zukunft der Agrar-Maschinen

Konnektivität und hochgradige Automatisierung halten zunehmend auch in Offroad-Fahrzeugen in der Agrartechnik Einzug: »Die Hauptmotivation dafür ist eine erhöhte Wirtschaftlichkeit und der Umweltschutz«, sagt Frank-Steffen Russ, Director Vertical Segment Automotive and Hi-Rel von EBV Elektronik.

Das Transportvolumen wird weiter steigen. Die anhaltende Expansion des Welthandels wird zusätzliche Investitionen in effiziente und sichere – sowie autonome – Systeme erfordern. »Schaut man auf die Anwendungen in der Landwirtschaft, so ist offensichtlich, dass das verfügbare Land immer kostengünstiger und effizienter bewirtschaftet werden muss. Um die ständig wachsende Bevölkerung zu ernähren und die Industrie mit nachwachsenden Rohstoffen zu versorgen, wird die Vorhersagbarkeit von Ernteerträgen zunehmend an Bedeutung gewinnen«, erklärt Russ.

Die Leistungsfähigkeit dieses Gesamtsystems ist nach den Worten von Russ eine Herausforderung für den CAV-Bereich: CAV steht für Commercial Construction and Agricultural Vehicles: »Die verfügbare Maschinenzeit von Nutz-, Bau- und Agrarfahrzeugen muss nachhaltig und höher sein. Die Maschinen selbst können nicht beliebig skaliert werden. Gesetzliche Regelungen oder die maximale Belastung des Untergrundes, sprich das Umfeld des Systems, müssen berücksichtigt werden.« Elektronische Systeme spielen bereits eine wesentliche Rolle bei der Bewältigung der gegenwärtigen Herausforderungen in diesem Kontext.

Selbstfahrende Fahrzeuge müssen autonom agieren können und dabei Funktionen in ungewohnten und sich verändernden Umgebungen wahrnehmen. Die sichere und zuverlässige Erkennung der Umgebung ist darum eine zentrale Eigenschaft. LKW und Agrarmaschinen sind mit einer Vielzahl verschiedener Sensorsysteme wie Kameras und Radar ausgerüstet. Telematik- und Ortungssysteme liefern schon jetzt exakte Daten zum aktuellen Standort von Waren. Dadurch können Materialflüsse überwacht und in Echtzeit beeinflusst werden.

»Die Konzentration all dieser Datenquellen in leistungsstarken Mehrkernprozessoren zeichnet ein vollständiges Bild der Umgebung. Um eine Überlastung des Steuergeräts zu vermeiden, werden intelligente Sensoren eingesetzt, die Messwerte filtern und nur die Daten weiterleiten, die für die Entscheidungsprozesse relevant sind«, erklärt der EBV-Experte. Die riesigen Datenmengen müssen verarbeitet werden – und das alles in Echtzeit. Um diese Big Data zu verarbeiten, wird in verstärktem Maße auf semantische Technologien zurückgegriffen. Sie ermöglichen es intelligenten Systemen, die Bedeutung von Daten zu erkennen, die Beziehungen zwischen den verschiedenen von ihnen erfassten Datenelementen zu verstehen und schneller Entscheidungen zu treffen.

Stellantriebe setzen diese Entscheidungen daraufhin in Bewegung um. In diesem Zusammenhang bieten elektrische Antriebssysteme als Triebfahrzeuge wie auch bei der Ausführung von Arbeitsgängen (Greifen, Befördern usw.) Vorteile, da sie beispielsweise im Vergleich zu hydraulischen Antrieben leichter zu steuern sind und eine effiziente Ausnutzung des verfügbaren Raumes gewährleisten. Über die Stromversorgung und Leistungselektronik geben sie der Steuerung zudem direktes Feedback.

In der Landwirtschaft trägt eine vernetzte Infrastruktur – auch als Precision Farming bezeichnet – bereits dazu bei, die Ernteerträge pro Landflächeneinheit zu sichern. Im Bergbau werden ebenfalls Lastzustände aufgezeichnet und bei der Steuerung nachgelagerter Prozesse genutzt. »Die Schlüsselfaktoren für eine höhere Wirtschaftlichkeit in der Fahrzeugtechnik bestehen im Umstieg auf alternative Antriebssysteme, einem steigenden Automatisierungsgrad und somit in der Implementierung voll- oder teilautonomer Systeme«, schildert Russ.

Diese Herausforderungen können ohne die Unterstützung durch elektronische Systeme nicht mehr gemeistert werden. Zugleich muss Anforderungen wie etwa der Robustheit der Systeme nachgekommen werden, und zwar entsprechend den Erfordernissen des mobilen Betriebs. Damit ein stabiler Betrieb gewährleistet ist, müssen effiziente Antriebssysteme, wie zum Beispiel ein elektrischer Antrieb, mit Temperaturschwankungen umgehen können, auch ein Überschreiten von Spezifikationen tolerieren und vibrationsbeständig sowie auch stoßfest sein.

Sicherheit bereits in der Entwicklungsphase

Damit ein System vollautonom funktioniert, darf es sich zur Gewährleistung der Sicherheit nicht auf den „Faktor Mensch“ verlassen. Trotzdem müssen autonome selbstfahrende Fahrzeuge absolut zuverlässig sein. Jede Unzuverlässigkeit – oder Gefährdung gegenüber Mensch und Umwelt – ist in diesem Bereich noch weniger tolerierbar als in anderen Systemen, weil dies dazu führen würde, dass autonome Maschinen nicht akzeptiert und genutzt werden. Die Einbindung der Funktionssicherheit als ein entscheidendes Element bereits in der Entwicklungsphase von Hard- und Software ist für den Erfolg hochgradig automatisierter und autonomer Fahrzeuge von maßgeblicher Bedeutung.

»Vor diesem Hintergrund wird deutlich, dass branchenspezifisches Chip-Know-how für die Entwicklung funktioneller und funktionssicherer Systeme unerlässlich ist. Allerdings sollten die damit verbundenen Herausforderungen an die Softwarekomponenten nicht unterschätzt werden. Zu den Funktionen, die elektronische Systeme mithilfe von Software dann bewerkstelligen müssen, zählen die Überwachung und Analyse von Betriebszuständen sowie die Erkennung und korrekte Behandlung von Fehlern«, resümiert Russ.