KEM Konstruktion Mobile Maschinen 2017

ANWENDUNG MESSTECHNIK &

ANWENDUNG MESSTECHNIK & SENSOREN Entwickler von Sonderfahrzeugen und Arbeitsmaschinen für Land-, Forst- und Bautechnik tun gut daran, die Erfahrung von Sensorherstellern zu nutzen Bild: First Sensor Leistungsfähige Sensortechnik für den Sonderfahrzeugbau Unverzichtbar für den sicheren Betrieb Mobile Maschinen, Sonderfahrzeuge oder industrielle Logistik sind die Anwendungen, in denen vielfach die Grundlagen für smarte Assistenz- und autonome Systeme entwickelt werden. Wichtigste Voraussetzung: hochwertige, intelligente Sensorik. Doris Tischer, Director Marketing Communications bei First Sensor in Puchheim Wie bei allen Industrie-4.0-Themen sind auch im Bereich der Fahrzeuge und mobilen Maschinen Digitalisierung und Automation kein Selbstzweck. Autonomes Fahren sollte daher nicht als alleiniges Ziel der Entwicklung gesehen werden, sondern eher als Extrem einer Skala der Automatisierung auf der überall sinnvolle Anwendungsszenarien mit ihrem jeweils angemessen Maß an Selbststeuerung zu finden sind. Vieles was im PKW eher Nice-to-have und reiner Komfort ist, ist in anderen Bereichen für einen sicheren Betrieb unverzichtbar. Und während die Unterstützung des Fahrers mit Sensoren im PKW oft eher eine verkaufsfördernde Komfortoption ist, sind virtueller Rundumblick, Abstandsmessung und Einparkhilfe bei Spezialfahrzeugen wie Großmuldenkipper, riesigen Baggern oder einem Reach-Stacker notwendige Sicherheitsmaßnahmen, die zuverlässig folgenschwere Unfälle verhindern helfen. Ein weiterer Faktor, der für den erhöhten Bedarf an Automatisierung spricht, ist aber natürlich der finanzielle Aspekt. Ein autonomes Fahrzeug bedarf keiner Ruhezeiten aufgrund vorgeschriebener Lenkzeiten. Die Kosten für das Führen des Fahrzeuges fallen weg und positive Effekte wie durch Platooning oder zentrale Fernsteuerung können genutzt werden. Hierbei ist ein Trend auffällig: Dezentrale Intelligenz. Entwickler von Sonderfahrzeugen und mobilen Arbeitsmaschinen zum Beispiel für Land-, Forst- und Bautechnik tun gut daran, die Erfahrung von Sensorherstellern zu nutzen und von diesen nicht nur nackte Sensoren zu beziehen. Deutlich sinnvoller sind intelligente Subsysteme, die bereits aufbereitete Daten liefern. Beispiel Area View First Sensor liefert seit vielen Jahren hochwertige CMOS-Kameras für die Fahrzeugindustrie; auch als integrierte Lösungen. Ein Beispiel für eine neue Entwicklung ist das Embedded Area View System. Das System basiert auf langjähriger Erfahrung in der Entwicklung von CMOS-Kameras für die Fahrzeugindustrie. Area View liefert Echtzeitbilder nicht nur aus der Vogelperspektive, sondern aus jedem beliebigen Blickwinkel in einer 360°-Rundumsicht. Die Anwendungsarchitektur auf Hard- und Softwareseite erfüllt die Anforderungen für eingebettete Systeme, beispielsweise in Bezug auf die Echtzeitfähigkeit und Sicherheit. Das System wird unter Automotive SPICE (ISO/IEC 15504-2) Prozessregeln entwickelt und erfüllt die Anforderungen des Automotive Safety Integrity Level (ASIL). Funktionalitäten wie Objekterkennung von Fußgängern oder Verkehrszeichen, Entfernungsmessung von Objekten, Tracking etc. können modular hinzugefügt werden. So kann die Interpretation der Messdaten aus verschiedenen Sensoren bereits im System erfolgen. Weitergegeben werden nur interpretierte Daten – wie die Warnung vor einer drohenden Kollision. Die Bussysteme der Fahrzeuge werden so entlastet. Die Embedded Control Unit verarbeitet die Daten von bis zu sechs Kameras und kann zwei unabhängige Videostreams gleichzeitig ausgeben, zum Beispiel ein 360° Area View in Draufsicht und Rundumsicht. Sensordatenfusion Anwendungen mit hoher Sicherheitsrelevanz, die der Gefahrenerkennung dienen und eventuell sogar in die Fahrzeugbedienung eingreifen, müssen hochzuverlässig sein. Diese Systeme müssen sich auf mehr als einen Sinn oder Sensor verlassen. Hier müssen verschiedene Sensoren redundant zusammenarbeiten, beispielsweise 70 K|E|M Konstruktion MOBILE MASCHINEN 2017

Bild: First Sensor Elektrohydraulische Lenkungen ermöglichen das automatisierte Fahren bei Sonderfahrzeugen Bild: First Sensor Area View liefert Echtzeitbilder aus jedem beliebigen Blickwinkel in einer 360°-Rundumsicht Lasermesssystem und Kamera für die Außenwelt und die Messung von Geschwindigkeit und Lenkwinkel, um das Verhältnis des Fahrzeugs zu dieser Außenwelt zu bestimmen. Immer wichtiger wird dabei LI- DAR (Light Detection and Ranging). Der weltweit anerkannte Marktführer Velodyne LIDAR verwendet Avalanche Photodioden (APD) von First in seinen 3D-Scannersystemen. Die Avalanche Photodioden erkennen Infrarot-Lichtblitze, mit denen der LIDAR-Scanner seine Umgebung abtastet und einen 360°-Überblick gibt. LIDAR ist vielseitig einsetzbar, etwa für die Längenmessung, bei der Geschwindigkeitsmessung oder zur Kontrolle von maschinellen Sicherheitsbereichen. So vielseitig die Anwendungen, so anspruchsvoll ist ihre Entwicklung. First Sensor bietet eigene APD-Development-Module, mit denen die Applikationsentwicklung und die Auswahl der geeigneten APDs erleichtert werden. Abhängig von den eingesetzten Wellenlängen und den Distanzen, müssen LI- DAR-Sensoriken unterschiedlich aufgebaut sein. First Sensor bietet für die jeweilige Wellenlänge optimierte APD-Arrays an, um eine möglichst hohe Sensitivität für die spezielle Anwendung zu gewährleisten. Damit lassen sich deutlich größere Reichweiten erzielen. Die Technologie der Serie 9 zum Beispiel wurde speziell für eine hohe Sensitivität bei 905 nm und einen großen Temperaturbereich, wie er im Fahrzeugbereich gefordert wird, bei gleichzeitig schnellen Anstiegszeiten (große Bandbreite) optimiert. Dies bedingt ebenfalls einen positiven Einfluss auf Reichweite und Auflösung. Schlussendlich gehört dazu auch ein automotive-geeignetes Packaging. Bild: First Sensor Interne Sensorik Bei der Automatisierung in Richtung autonomes Fahren wird gern und viel über die Erfassung der Umgebung und der Interpretation der Daten zur Gefahrenerkennung diskutiert. Ebenso wichtig ist allerdings die zuverlässige Registrierung aller Zustände der Maschine selbst. Beispiel Lenkung: Für viele Funktionen des autonomen Fahrens ist die mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Rädern hinderlich. Daher beginnen zahlreiche Fahrzeughersteller eben diese mechanische Verbindung durch ein elektrisches System, das sogenannte Steer-by-Wire zu ersetzen. Zum sicheren Bewegen einer mobilen Maschine reicht eine rein elektrisch gestützte Lenkung jedoch nicht aus. An diesem Punkt kommen elektrohydraulische Lenkungen ins Spiel. Durch die hydraulische Unterstützung lassen sich die Vorteile des automatisierten Fahrens auch bei Sonderfahrzeugen nutzen. Drucksensoren sind dabei ein wichtiger Bestandteil von hydraulischen Steer-by-Wire-Systemen: Sie messen den Öldruck, der zum Aufbau der nötigen Lenkkraft benötigt wird. Neuester Stand der Technik sind hier Drucksensoren, die auf der patentierten T-Bridge-Technologie von First Sensor basieren. Bei diesen extrem widerstandsfähigen hermetischen Sensoren wird der implizierte mechanische Stress über sehr kleine piezoresistive Sensorelemente punktförmig gemessen. Die genutzten Sensorchips zeichnen sich durch eine hohe Messempfindlichkeit aus, sind unempfindlich gegenüber Hitze und für Druckveränderungen bis zu 3000 bar einsetzbar. Auf der T-Bridge- Technologie basierende Kraft-und Hochdrucksensoren werden nicht nur für die sehr anspruchsvollen Anwendungen im Fahrzeugsektor, sondern auch in der hochsensiblen Überwachung in medizinischen Anwendungen eingesetzt. Signale der Sensoren werden so elektrisch verstärkt, temperaturkompensiert und in Output-Signale gewandelt, wie sie von der jeweiligen Applikation benötigt werden. Sensoriken liefern absolut verlässliche Daten Mobile Automatisierung stellt allerhöchste Anforderungen an die funktionale Sicherheit. Die für die Automatisierung bis hin zu autonomen Systemen nötigen Sensoriken müssen absolut verlässliche Daten liefern. Deshalb wird fast immer auf eine redundante Auslegung von integrierten Komponenten, Bauteilen und teilweise ganzen Systemen geachtet. Bei der Entwicklung solcher Systeme und der Verarbeitung der Rohdaten zu Signalen, die im System zu automatischen Entscheidungen führen, ist es sinnvoll, sich mit erfahrenen Sensorherstellern zusammenzutun. ge www.first-sensor.com Der weltweit anerkannte Marktführer Velodyne LIDAR verwendet Avalanche Photodioden (APD) von First in seinen 3D-Scannersystemen Ein Video zeigt die Funktionalität des Embedded-Area-View-Systems http://hier.pro/U5c49 K|E|M Konstruktion MOBILE MASCHINEN 2017 71