Stromversorgungen für AV-Systeme
Bahn frei für autonome Langstrecken-Lkw
Kodiak Robotics integriert autonome Technologie in kommerzielle Fuhrparks. Damit diese zuverlässig und effizient arbeitet, muss den Stromversorgungssystemen besondere Beachtung geschenkt werden.
Die Auswirkungen der Covid-19-Pandemie führten zu vielen Herausforderungen. Zu den mit dieser Problematik konfrontierten Branchen zählt auch der europäische kommerzielle Lkw-Verkehr – vor allem was den Mangel an Arbeitskräften angeht. 77 % des Güterverkehrs in Europa entfallen auf den gewerblichen Lkw-Verkehr mit 6,2 Millionen Lkw im Einsatz. Laut dem jüngsten Bericht der International Road Transport Union IRU blieben beispielsweise im Jahr 2021 immerhin 10 % der verfügbaren Lkw-Fahrerstellen unbesetzt; das entspricht 425.000 fehlenden Fahrer:innen. Dieser Anteil beträgt Ende 2022 geschätzt 14 % ansteigen und auch in den kommenden Jahren wird der Fahrermangel voraussichtlich in alarmierendem Tempo zunehmen.
Autonomer kommerzieller Lkw-Verkehr könnte die Antwort auf dieses eskalierende Problem sein. Er bietet sicherlich Vorteile gegenüber Langstrecken-Pkw, da Autobahnfahrten weniger kompliziert sind als die Bewältigung von Nebenstraßen und des Stadtverkehrs.
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Zudem kann die Lkw-Branche aus wirtschaftlicher Sicht die Forschungs- und Entwicklungskosten für autonome Fahrzeuge besser auffangen. Der Grundpreis eines 18-Rad-Fahrzeugs liegt bei etwa 145.000 Euro (125.000 britische Pfund) gegenüber 29.000 Euro bis 58.000 Euro für einen Pkw. Der prozentuale Anteil autonomer Systeme an den Fahrzeugkosten ist also entsprechend geringer. Bei einem Lkw mit einer Laufleistung von einer bis drei Millionen Kilometern lassen sich die Kosten für ein autonomes Fahrsystem leichter amortisieren.
Kodiak Robotics setzt auf autonomes Fahren im Fernverkehr
Das Unternehmen Kodiak Robotics wurde 2018 mit dem Ziel gegründet, autonome Technologien für den Fernverkehr zu entwickeln, die sich in den Fuhrpark von Transportunternehmen integrieren lassen. Kodiaks autonome Lösung kodiakDriver ist modular aufgebaut und umfasst sogenannte SensorPods, in denen die meisten erforderlichen Sensoren integriert sind, um die Umgebung über die herkömmlichen Spiegelhalterungen des Lkw zu »sehen«. Dank des modularen Designs der Pods lassen sie sich innerhalb von Minuten ein- und ausbauen. Dies maximiert die Betriebszeit der Flotte, ohne dass speziell geschulte Techniker die Geräte installieren und das Sensornetzwerk neu kalibrieren müssen.
Kodiak konnte rasche Fortschritte verzeichnen: Seit Eröffnung seines Betriebszentrums südlich von Dallas, Texas, im Jahr 2019 konzentriert sich Kodiak auf die sichere Entwicklung eines Systems, das den hohen Anforderungen im Langstreckenverkehr gewachsen ist. Allein in diesem Jahr hat Kodiak mehrere Pilotprojekte mit einigen großen Namen der Transportbranche abgeschlossen – darunter vier durchgehende Rundfahrten über 1.177 km, bei denen kodiakDriver im Dauerbetrieb lief. Seit August 2022 fährt Kodiak in Texas autonome Frachtlieferungen für das Einrichtungshaus Ikea und legt dabei an sieben Tagen pro Woche 468,31 km pro Fahrt zwischen einem Distributionszentrum und der Ikea-Filiale zurück.
»Das Kodiak-Team umfasst einige der erfahrensten Mitarbeiter in der Sparte autonomer Fahrzeuge«, sagt Don Burnette, Gründer und CEO des Unternehmens. »Damit gehen wir den kürzesten Weg zum Erfolg, im Gegensatz zu dem in den Anfängen der Branche üblichen Trial-and¬-Error-Ansatz.«
Zu den speziellen Kodiak-Technologien gehört der einzigartige Sparse-Mapping-Ansatz des Unternehmens. Die Sparse Maps von Kodiak enthalten gerade genug Informationen über die Autobahn, um autonomes Fahren zu ermöglichen. Sie erlauben es den Lkw aber dennoch, schnell auf Veränderungen in ihrer Umgebung zu reagieren. Kodiak Vision, ein umfassendes Sensorfusion-System, ergänzt die Karten. Anstatt sich nur auf den Betrieb mit einem einzigen Sensor zu verlassen, passt sich Kodiak Vision an die Umgebung an und nutzt zum Beispiel Lidar und Radar, wenn der Lkw in direktes Sonnenlicht fährt, das die Kamera in eine Übersättigung bringt.
Partnerschaft mit Vicor
Schon früh hat Kodiak drei Bereiche identifiziert, in denen das Design des Stromversorgungssystems für autonome Lkw kompromisslos sein muss: Zuverlässigkeit, Effizienz und die Fähigkeit zur Durchführung einer systeminternen Zustandsüberwachung.
Aufgrund dieser Anforderungen entschied sich Kodiak für eine Partnerschaft mit Vicor Power Systems (VPS), einer hundertprozentigen Tochtergesellschaft der Vicor Corporation. Dieser Geschäftsbereich entwirft hoch integrierte, leistungsstarke Stromversorgungssysteme auf der Basis von Vicor-Power-Modulen, die sich bestens für autonome Fahrzeugsysteme eignen. Das Kodiak-Stromversorgungssystem nutzt eine Reihe von Vicor-Power-Modulen zur Unterstützung der Sensoranforderungen, die 12-, 24- und 48-V-Stromversorgungsbusse benötigen. Dies sind die Vicor Module NBM6123, BCM6123, PRMs und VTMs. Alle Power-Module zählen zur Reihe SM ChiP (Converter housed in Package) von Vicor und ermöglichen eine zuverlässige, hocheffiziente Leistungsumwandlung in kleinsten Gehäusen.
Effizienz ist das nächste wichtige Kriterium. Der thermische Wirkungsgrad ist bei autonomen Fahrzeugsystemen von entscheidender Bedeutung. Vicor trägt dem durch das planare Gehäuse seiner Power-Module Rechnung. Je weniger Wärme das Stromversorgungssystem erzeugt, umso weniger muss Kodiak aus dem Fahrerhaus abführen.
Vicor unterstützte auch die Entwicklung, um steuerbare Ausgänge für jede Komponente im System bereitzustellen und deren Zustand durch die Überwachung von Spannung und Strom an allen Kodiak-Sensoren zu optimieren. Die Kodiak-Vision-Plattform enthält vier grundlegende Busse, die zu bestimmten Sensoren, Aktuatoren und Prozessoren führen müssen. Ein proprietärer CAN-Bus überwacht und steuert jeden Ausgang einzeln.
»Betrachtet man die Stromversorgung, so besteht sie zu mindestens einem Drittel aus Steuerungen – FETs, Mikroprozessoren und Schnittstellen. Das war ein wesentlicher Teil des Designs«, erklärt Bill Schmitz, Präsident der Vicor-Tochter VPS. »Wir mussten herausfinden, welche Module sich am besten für verteilte Stromschienen eignen und wie man dann jeden einzelnen Ausgang steuern kann.«
Zusätzlich bietet Vicor eine Batterieladefunktion für ein 48-Volt-System, wenn der Lkw in der Garage steht und an das Stromnetz angeschlossen ist. Das System sichert den Ladezustand der Batterie bei stehendem Motor, so dass Wartungstechniker und Ingenieure das Fahrzeugsystem auch in geschlossenen Räumen nutzen können. Dank der Nutzung eines 48-Volt-Systems von Vicor im Lkw konnte Kodiak den Umfang der Verkabelung verringern. Dies spart Gewicht und Platz und qualifiziert das Fahrzeug für Hochleistungs-Anwendungen.
»Die Wahl des richtigen Spannungswandlers ist wichtig für die Maximierung von Effizienz und Zuverlässigkeit«, erklärt Schmitz. »Nach und nach konnte Vicor die Energieumwandlung auf die effizienteste und zuverlässigste Methode optimieren.«
Radikaler Wandel für die Zukunft des kommerziellen Transports
Meist gerät der Transportsektor erst dann in die Schlagzeilen, wenn etwas schief geht. Trotz seiner oft unterschätzten Bedeutung ist er unverzichtbar für die Stabilität der Weltwirtschaft. Kodiak sieht sich in der Lage, die Branche mit autonomen Transportsystemen für einen zuverlässigeren und effizienteren Lkw-Transport zu revolutionieren. Für eine Branche, die bis vor kurzem noch unter dem Radar flog und wenig Aufsehen erregte, wird dies ein Paradigmenwechsel sein. Ebenso wichtig ist, dass dies die Arbeitsbedingungen und die Lebensqualität der Lkw-Fahrer:innen verbessert und so dazu beiträgt, den derzeit problematischen Fahrermangel zu beheben. Kodiak ist dabei, eine hochfliegende Vision in die Tat umzusetzen.
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