Im Rahmen des Forschungsprojekts „IdenT – Identifikation dynamik- und sicherheitsrelevanter Trailerzustände für automatisiert fahrende Lastkraftwagen“ wurde eine Lösung gefunden, den technischen Zustand bei Sattelauflieger von autonom fahrenden Lastkraftwagen zu überwachen.
Lösung für automatisierte Lkw mit Trailer
Da führt kein Weg drum herum: Autonom fahrende Lkw werden in der Zukunft zunehmend auf den Straßen unterwegs sein. Dabei stellt sich die Frage, wie der technisch einwandfreie Zustand des Trailers vor Fahrtantritt überprüft werden kann, wenn es keinen Fahrer mehr gibt.
Autopilot übernimmt noch mehr Aufgaben
Dies betrifft insbesondere die Komponenten, die für die Verkehrssicherheit und fahrdynamische Stabilität verantwortlich sind. Auch die Fahreigenschaften des Gespanns, die der Fahrer üblicherweise während der Fahrt erfühlt und seine Fahrweise darauf einstellt, müssen in Zukunft automatisiert erfasst und durch den Autopiloten berücksichtigt werden.
Im Forschungsprojekt „IdenT – Identifikation dynamik- und sicherheitsrelevanter Trailerzustände für automatisiert fahrende Lastkraftwagen“ unter Federführung der BPW Bergische Achsen KG haben Forscherteams eine Lösung für diese Fragestellungen erarbeitet.
Digitaler Online-Zwilling auf dem Rechner
Der Kern der Lösung ist ein EDGE Device auf dem Trailer, der mithilfe eines Sensornetzwerks verschiedene Messgrößen wie Beschleunigungen, Drücke, oder Kamerabilder erfasst. Auf dem Rechner läuft ein digitaler Online-Zwilling, der die Daten in Echtzeit in einem Fahrdynamikmodell des Trailers verarbeitet.
Besondere Fahrsituationen, die einer umfassenderen Analyse bedürfen, werden erkannt und automatisch an einen Cloud-basierten Offline-Zwilling zur detaillierteren Auswertung übergeben.
Entwicklung von Mehrkörpersimulations-Modellen
Forschende aus dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF haben Mehrkörpersimulations (MKS)-Modelle für einen digitalen Offline-Zwilling entwickelt und implementiert (siehe Grafik oben: MKS-Modell des gesamten Fahrzeugs – Zugmaschine und Trailer – im Softwaresystem MSC.Adams).
Er dient zur numerischen Simulation betriebsfestigkeitsrelevanter Fahrsequenzen, die von dem Online-Zwilling während der
Fahrt auf Basis spezifischer Messsignale identifiziert werden. Gemessene und vom Online-Zwilling identifizierte Zeitreihen und Parameter werden auf ein Cloud-System gesendet, auf dem der gesamte Prozess des Offline-Zwillings getriggert wird.
Lkw-Trailer steht im Mittelpunkt
Dieser besteht aus verschiedenen Funktionen, die von den Projektpartnern entwickelt und zusammen in eine Prozesskette integriert wurden. Zentrales Element ist ein detailliertes MKS-Modell des Lkw-Trailers, das für die Simulation jedes Abschnittes automatisiert an den aktuellen identifizierten Zustand des realen Fahrzeugs mit entsprechenden Funktionen angepasst wird.
Wichtige Daten werden ermittelt
Im Anschluss jeder Simulation berechnen zusätzliche Funktionen die Prognose des Betriebsfestigkeitszustandes ausgewählter Komponenten. Wesentliche Größen für die Validierung des digitalen Zwillings sind die Kopplungskräfte am King Pin, über den der Trailer an die Zugmaschine angehängt wird. Die Modelle wurden mit diesen Messdaten abgeglichen, sodass diese Schnittkräfte zukünftig durch Modelle zuverlässig bestimmt werden.
Schnittkraftmessung am King Pin
Im Rahmen von „IdenT“ wurde eine Messplattform aufgebaut, die die angreifenden Kräfte und Momente am King Pin im Fahrbetrieb erfasst. Die Messplattform besteht aus Kraftmesszellen und ist dafür vorgesehen, im Entwicklungsprozess oder zu Validierungszwecken eingesetzt zu werden.
Beispielsweise werden mit dem Messaufbau Belastungsdaten ermittelt oder genaue Daten zur Abstimmung der Bremssysteme des Trailers erfasst.
Grafik: Fraunhofer LBF (MKS-Modell des gesamten Fahrzeugs – Zugmaschine und Trailer – im Softwaresystem MSC.Adams)
