Ein wirksamer Kollisionsschutz erfordert ein intelligentes Assistenzsystem, das nahtlos mit Sensorik, Steuerung und Antrieb zusammenspielt. Die modulare, technologieoffene Lösungsplattform »CAS« von Bosch Rexroth soll die Entwicklung von Lösungen zum Kollisionsschutz vereinfachen und den Weg für Teilautomatisierungen ebnen.
Dr. Frank Bender, Product Owner Automation, Engineering Software & Systems, bei Bosch Rexroth
»Fortschrittliche Assistenzfunktionen erfordern einen erheblichen Entwicklungsaufwand, den nur wenige Hersteller leisten können. Lösungen wie ›KPS oder CAS bieten eine kostengünstige Alternative zur Eigenentwicklung und eröffnen hohe Freiheitsgrade bei der Gestaltung der Maschinenidentität.«
Das Thema Automatisierung hält den Off-Highway-Markt in Bewegung. Im Fokus stehen Steigerungen der Effizienz, Produktivität und Sicherheit bei vereinfachter Bedienung und verhältnismäßigem Entwicklungsaufwand. Die nächste Stufe auf dem Weg zum autonomen Betrieb bilden fortgeschrittene Assistenzfunktionen auf Stufe 1 und 2 der Automationspyramide. Bosch Rexroth hat im Zuge des 2021 vorgestellten »BODAS«-Ökosystems bereits einige neue Hard- und Software-Module präsentiert, darunter eine Parallelführung für Radlader, eine Wiegefunktion oder ein Planierassistent für Bagger. Inzwischen wurden die Lösungsplattformen weiterentwickelt, sodass OEMs weitere Assistenzfunktionen bedarfsgerecht und kosteneffizient auf Basis von Standardmodulen realisieren und skalieren können. So bietet etwa die Rexroth Software Kinematic Positioning Sensing (KPS) die Voraussetzung für teilautomatische Funktionen der Arbeitshydraulik, indem zum Beispiel Gelenkwinkel mit Hilfe kostengünstiger Inertialsensoren erfasst werden.
Collision Avoidance System (CAS)
Auch Assistenten zur Kollisionsvermeidung lassen sich mit einer modularen Plattform wirtschaftlich umsetzen und skalieren: Das Collision Avoidance System (CAS) von Bosch Rexroth soll hierfür sowohl ein hohes Maß an Modularität zur einfachen Individualisierung als auch die geforderte Leistungsfähigkeit im Sinne einer zuverlässigen und intelligenten Objekt- und Personenerkennung bieten.
Mit der innovativen Plattformlösung »CAS« hat Bosch Rexroth zahlreiche Anforderungen, die mit der Einführung eines Kollisionsvermeidungssystems einhergehen, umgesetzt: Zum einen kann eine entsprechende Lösung nur dann qualitativ überzeugen, wenn sie aus den erfassten Daten die richtigen Schlüsse zieht. Dies zeigt sich in einer maximalen Erkennungsrate bei möglichst geringer Falsch-Positiv-Rate. Zum anderen müssen die OEMs den geforderten Automatisierungsgrad abbilden und die nahtlose Integration in den Antriebsstrang beherrschen – inklusive aller geltenden Normen und Vorschriften.
Aufgrund spezifischer Vor- und Nachteile verschiedener Sensorsysteme empfiehlt sich in der Regel eine Kombination unterschiedlicher Verfahren.
Modularer Aufbau
Das modulare Collision Avoidance System (CAS) reduziert mit seinen vorbereiteten Hard- und Softwarebausteinen die Komplexität dieser Aufgabenstellung. Es besteht aus einer Rexroth »RC5-6« Steuerung der Baureihe 40, einem intelligenten Erkennungsalgorithmus und liefert auf Wunsch auch die passende Sensorik: Radar für die Fernsicht, Ultraschall für den Nahbereich und Smart Cameras für die Personenerkennung. Je nach Anforderung kann der Kollisionsschutz mit einer, zwei oder allen drei Sensorarten umgesetzt werden. Wobei die höchste Erkennungsleistung auch bei schwierigen Umgebungsbedingungen mit allen drei Komponenten erreicht wird.
Um bei höheren Geschwindigkeiten rechtzeitig eine Verzögerung einleiten zu können, ist eine radarbasierte Überwachung des Fahrwegs unverzichtbar. Für eine zuverlässige Klassifizierung des Gefahrenpotenzials berücksichtigt das »CAS« von Bosch Rexroth auch die Differenzgeschwindigkeit zwischen Maschine und sich bewegenden Objekten. Für das Nahfeld unter 3 m Distanz ist Ultraschall besonders effektiv und wirtschaftlich. Eine ergänzende Personenkennung gelingt mithilfe intelligenter Kameras. Für eine möglichst hohe front- und rückseitige Erkennungsquote bei unterschiedlichen Maschinen kann das »CAS« die Umgebung zeitgleich mit bis zu zwei Radar-, 12 Ultraschall-Sensoren und zwei Smart Cameras erfassen.
Für eine optimale Performance bietet Bosch Rexroth auch Sensorik-Bundles an, wie zum Beispiel das »CAS-RU« mit dem Radarsystem »OHW« und Ultrasonic Sensor System »USS«. Beide basieren auf Serienlösungen von Bosch aus dem Automotive-Bereich und wurden hinsichtlich der rauen Off-Highway-Umgebungen optimiert. Zur Messung und Vorhersage der Eigenbewegung des Fahrzeugs sowie zur Erkennung signifikanter Fahrbahnneigungen nutzt das System den Rexroth Inertialsensor »MM7.10«.
Smarte Erkennungssoftware
Da die Datenmenge allein für eine State-of-the-Art-Erkennung nicht ausreicht, enthält die »CAS«-Software von Bosch Rexroth einen leistungsfähigen Algorithmus, der für jede Fahrsituation die relevanten Objekte herausfiltert, um Falsch-Positiv-Meldungen auf ein Minimum zu begrenzen. Dies liegt zum einen an der gezielten Überwachung der relevanten Gefahrenbereiche und zum anderen an der präzisen Vorhersage der Fahrzeugbewegungen. Setzt etwa ein Radlader mit eingeschlagenem Lenkrad zurück, führen nur Objekte innerhalb des gebogenen Fahrkorridors zu Warnungen oder Verzögerungen.
Für die Ultraschall-Nahfelderkennung werden verschiedene Zonen für Warnungen und Verzögerungen definiert. Ähnlich wie beim Parkpilot im Auto können die Warnhinweise zeitweise abgeschaltet werden, beispielsweise beim Rangieren auf engem Raum. Dies beugt Ablenkung vor und wirkt der »Warning Fatigue« (Warnmüdigkeit) entgegen, die zum dauerhaften Abschalten der Assistenzfunktion aufgrund zu häufiger Warnmeldungen führen kann. In Verbindung mit intelligenten Kameras kann das Rexroth »CAS« zudem zuverlässig zwischen Personen und Objekten unterscheiden. Die Funktion Blindness Detection warnt den Fahrer bei eingeschränkter Systemverfügbarkeit, zum Beispiel bei starker Verschmutzung der Sensoren.
Einfache Integration
Die beiden neuen Plattformen lassen sich im Zusammenspiel mit weiteren »BODAS«-Komponenten aus den Bereichen Fahrantrieb und Arbeitshydraulik integrieren. So lässt sich beispielsweise das »CAS« mit dem Fremdkraftbremsventil »GEMINI« kombinieren, um die gesamte Kette von der Umfelderkennung bis zur Bremsensteuerung optimal abzubilden. Darüber hinaus unterstützt Bosch Rexroth die Entwicklungsarbeit durch verschiedene Tools, Starter Kits und den Try-it-First-Ansatz zur freien Modifikation von Softwarebausteinen. Die Rexroth Applikationssoftware erfüllt die aktuellen Normen für die funktionale Sicherheit nach DIN EN ISO 13849 PL d, ISO 19014 MPL c und ISO 25119 AgPL c. Zur Integration in die Antriebstechnik verfügt die »CAS«-Software über eine CAN-basierte Kommunikation gemäß ISO 21815-2 und unterstützt dabei die ISO-Befehle Slow Down, Controlled Stop, Emergency Stop und Motion Inhibit. Akustische und optische Warnsignale, etwa mittels Hupe oder LED-Leuchten, werden über analoge Schnittstellen ausgegeben.
Effizienz und Innovation
Mit Bosch Rexroth als Technologie-Partner können OEMs erste Fahrzeuge schnell und regelkonform mit innovativen Assistenzfunktionen (Automation Level 1) und Teilautomatisierungen (Automation Level 2) ausstatten und mit geringem Anpassungsaufwand auf weitere Modelle der Maschinenflotte skalieren. d
zum Artikel
zum Artikel
zum Artikel
zum Artikel
zum Artikel
zum Artikel
zum Artikel
