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Der Stärkere gibt nach

: B&R


Bei einer Kollision mit einem motorisierten Fahrzeug sind es meist Fußgänger und Radfahrer die sprichwörtlich „unter die Räder“ kommen. Mehr als 90 % dieser Verkehrsunfälle werden durch menschliches Versagen verursacht, oft mit fatalen Folgen. Das Unternehmen 4activeSystems GmbH, das sich 2014 aus der 4a-Gruppe heraus entwickelte, arbeitet im Bereich der aktiven Fahrzeugsicherheit. Seitdem werden am Standort in Traboch (Steiermark) sowohl mobile als auch stationäre AEB-Prüfgeräte (= Autonomous Emergency Breaking) für den Außenbereich sowie Dummies entwickelt und gefertigt, mit denen vorausschauende Fahrzeugsicherheitssysteme getestet werden. Von Anfang an kommen dafür Komponenten des Automatisierungsspezialisten B&R zum Einsatz.

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Die vorhandenen passiven Maßnahmen zum Fußgängerschutz, werden durch aktive erweitert.

Die vorhandenen passiven Maßnahmen zum Fußgängerschutz, werden durch aktive...

Das erste Projekt ist Martin Fritz, Geschäftsführer von 4activeSystems, noch gut im Gedächtnis: „Die erste Anlage entwickelten wir für den Automobilhersteller Audi. Ziel war es, eine komplexe, aus Faserverbundwerkstoff bestehende Testanlage zu entwickeln und zu bauen.“ Bei diesem Projekt wurde ein Dummy über die Straße geschickt und 50 ms vor der Kollision mit dem Fahrzeug mit sehr hoher Beschleunigung nach oben gezogen. Um dies zu bewerkstelligen, wurden Bungeeseile eingesetzt. „B&R hatte damals das einzige Antriebs- und Steuerungssystem auf dem Markt, dass sich dafür eignete“, betont Fritz. „Mit diesem Projekt haben wir das Vertrauen zu B&R gewonnen. Wir wussten, dass das sicher und gut funktioniert.“

Perfekte Simulation von Anfang an

Dieses Projekt bot einige Herausforderungen. So musste nicht nur der Dummy so menschenähnlich wie möglich gestaltet werden, sondern auch das technische Umfeld durfte keines der Sensorsysteme der Autos aktivieren. „Wir brauchten eine Lösung, die weder von Radar-Systemen, noch über Infrarot oder Wärmescan wahrnehmbar war,“ definiert Fritz. Der Vorteil dabei lag auf der Hand: Wenn auf diese Weise weder das Auto noch der Dummy beschädigt werden, kann dieser rund 300-mal eingesetzt werden. Ein nicht unerhebliches Kriterium, nachdem sich bereits die Kosten für das Testgelände und das eingesetzte Personal auf bis zu 8.000 Euro pro Tag belaufen.

Neben Dummies, die aussehen wie Fußgänger, werden bei 4activeSystems auch zweirädrige und vierrädrige Dummies, wie Fahrräder,
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4activeFB ist eine navigationssystemgesteuerte Plattform zum Testen von AEB-VRU-Szenarien. Die Plattform ist extrem niedrig, sehr robust und kann von Personen- und Nutzfahrzeugen befahren werden.

4activeFB ist eine navigationssystemgesteuerte Plattform zum Testen von AEB-VRU-Szenarien....

Motorräder und Autos, gefertigt und zu Testzwecken eingesetzt. Das Unternehmen ist der weltweit einzige zertifizierte Dummy-Hersteller – was die selbstfahrenden Plattformen betrifft, befindet sich der überschaubare Mitbewerb in den USA, UK und Österreich.

3D-Auto-Dummies für den aktiven Schutz von Verkehrsteilnehmern

Die Sicherheitsrichtlinien bei Automobilherstellern sind äußerst streng. Bereits seit Jahren ist es nicht mehr ausreichend, nur die Fahrzeuginsassen bei einem Unfall schützen zu wollen. Vielmehr sollen beim Zusammenprall mit einem Fahrzeug ebenso die anderen Verkehrsteilnehmer, wie Fußgänger, bestmöglich vor Verletzungen bewahrt werden. Dazu braucht es autonome Notbremsassistenten, die Menschen selbstständig erkennen, rechtzeitig bremsen und so eine Kollision bestenfalls verhindern. Hierzu gibt es verschiedene Testszenarien, die sich aus Unfallstatistiken ableiten. Dazu zählen etwa Kinder und Erwachsene, die z. B. hinter einer Verdeckung, wie einem geparkten Fahrzeug, auf die Straße treten. Das autonome Notbremssystem eines Autos muss deshalb mit Hilfe von Kameras die Situation sofort richtig erkennen und einstufen können.



Um dies zu testen, entwickelte 4activeSystems den 3D-Auto-Dummy 4activeC2, ein realistisches 3D-Automodell, das bis zu 85 km/h beschleunigt werden kann und einen Aufprall bis zu 65 km/h völlig unbeschadet übersteht. Ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung
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B&R erweiterte jüngst die Compact-S-Serie um die neue Steuerung X20CP0420. Sie verfügt über einen integrierten Switch und ermöglicht so eine Daisy-Chain-Verkabelung zwischen den Netzwerkteilnehmern. Die X20-I/O-Module können direkt an die Steuerung gesteckt werden und fügen sich nahtlos an.

B&R erweiterte jüngst die Compact-S-Serie um die neue Steuerung X20CP0420....

der 3D-Auto-Dummies war die Benutzerfreundlichkeit und eine kurze Reassemblierungszeit nach dem Aufprall. Während der Dummy 4activeC2 auf der beweglichen Plattform fährt, bleibt er stabil in Form. Im Falle eines Unfalls verliert das 3D-Dummy-Auto zwar seine stabile Form, kann aber mittels Reißverschlüssen in nur zwei Minuten von zwei Personen wieder zusammengebaut werden.

Die nächste Generation: Die GNSS-kontrollierte selbstfahrende Plattform 4active FB

Während das Dummy-Objekt – etwa ein 3D-Auto-Dummy oder ein Radfahrer – realistisch reagieren soll, muss das Gerät das dieses Dummy-Objekt bewegt, für alle Sensoren unsichtbar sein. Dafür entwickelte 4activeSystems sogenannte Freeboards, also selbstfahrende Plattformen, die den Dummy fortbewegen. Eine der größten Herausforderungen dabei ist, dass die selbstfahrenden Plattformen von einem Fahrzeug auch bei 100 km/h überfahrbar sein müssen und nicht versehentlich zur „Schanze“ werden. 4activeSystems hat es sich deshalb zum Ziel gemacht, die maximale Höhe der Boards bei nur 5 cm anzusetzen. Das bedeutet aber auch, dass alle eingesetzten Komponenten, ob nun Antriebs-, Steuerungstechnik oder Batterietechnologie, nicht nur auf 30-40 mm Bauraum Platz haben müssen, sondern auch mit einer sehr guten thermischen Kontraktion aufwarten müssen. Da es in den Testphasen zu einer großen Wärmeentwicklung kommt – die vom Antrieb und den Motoren abgeleitet werden muss – wird ein enormer Aufwand betrieben, um für einen absolut sicheren Betrieb der selbstfahrenden Plattformen zu sorgen.



Das neueste Highlight ist die Plattform 4active FB, ein extrem flaches Freeboard
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„In phsyics we trust“ – der Name ist Programm beim steirischen Hersteller für Fahrzeugsicherheitssysteme 4activeSystems. Marijo Bungic, B&R (li.) und Martin Fritz, 4activeSystems.

„In phsyics we trust“ – der Name ist Programm beim steirischen Hersteller...

das mittels GNSS/INS (= globales Navigationssatellitensystem) gesteuert und von drei leistungsstarken Fahreinheiten mit 3x14 kW angetrieben wird. Was die Messtechnik bei den Freeboards betrifft, ist GNSS nicht mit einem herkömmlichen GPS, wie es etwa in einem Handy oder einem Navi eingesetzt wird, vergleichbar. Während Standard-GPS-Systeme über eine Genauigkeit zwischen einem und acht Metern verfügen, sind die bei 4activeSystems verwendeten GPS-Systeme in einem Bereich von nur ein bis zwei Zentimetern angesiedelt. Es bietet eine sehr hohe Taktrate und ist mit einem Beschleunigungssystem kombiniert. Mit zwei GPS-Antennen werden die Winkel der Plattform vermessen sowie die Position berechnet. Diese beiden Informationen werden für die Regelung zwingend benötigt. Beim Fahrzeug müssen bei den Tests die Kollisionspunkte (in einem Bereich von +/- 5 cm) eingehalten und sehr schnell nachgeregelt werden, weshalb eine schnelle Kommunikation zwischen Fahrzeug und Kontrollstation von größter Wichtigkeit ist.

Bei der Plattform 4activeFB stammen sowohl das Power Panel C70, die X20-Steuerung mit I/Os sowie die Safety-Lösungen vom Automatisierungsspezialisten B&R. Die sicheren I/O-Module der X20-Serie von B&R bieten hier ein breites Spektrum fehlersicherer digitaler und analoger Eingänge, z. B.l in Form eines Temperatur-Eingangsmoduls für Thermoelemente. Damit sind die Safety-Produkte insbesondere für Einsatzgebiete bei denen es zu einer hohen Wärmeentwicklung kommt, wie es bei 4activeSystems der Fall ist, optimal geeignet. „Die Entwicklung der Sicherheitsfunktionen haben wir bei diesem Projekt in die Hände von B&R gegeben“, sagt Fritz. „Die Anforderungen an die Safety wurden vorher festgelegt und dementsprechend von einem Programmierer und einem Tester von B&R entwickelt
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Die vorhandenen passiven Maßnahmen werden durch aktiven Fußgängerschutz erweitert. Mit realistischen Dummies werden bei 4activeSystems Fahrzeugsicherheitssysteme getestet.

Die vorhandenen passiven Maßnahmen werden durch aktiven Fußgängerschutz erweitert....

und umgesetzt. Das hat sehr gut funktioniert und die B&R-Komponenten erweisen sich als äußerst zuverlässig – unsere Vorgaben wurden immer zu unserer Zufriedenheit erfüllt“, erklärt Fritz.

Die Zukunft des autonomen Fahrens

Langfristig sollen autonome Level 4- und Level 5-Fahrzeuge zum normalen Straßenbild gehören. Die Industrie hat sich hier auf insgesamt fünf verschiedene Levels geeinigt. Unter Level 4 wird das vollautomatisierte Fahren verstanden. Das Auto bewegt sich hier schon die meiste Zeit alleine. Es parkt etwa selbstständig ein und bewegt sich alleine auf der Landstraße oder in der Stadt. Der Fahrer kann sich anderen Dingen widmen und muss nicht die gesamte Zeit das Verkehrsgeschehen im Auge haben. Das Auto ist dazu mit seiner Umwelt verbunden. Ampeln melden z. B. Rot- oder Grünphasen und andere Fahrzeuge einen Spurwechsel an.



Um dies zu erreichen, müssen sich Autos untereinander verständigen und warnen können. Zudem müssen Fahrzeuge mit ihrer Umwelt kommunizieren: Ampeln müssen ihre Phasen melden, Bahnübergänge, dass sie schließen und auch der öffentliche Verkehr muss zur Gänze eingebunden werden. Ebenso müssen Polizei- und Rettungsfahrzeuge Vorrang erhalten. Die gesamte Umgebung muss also digitalisiert werden. Außerdem werden hochauflösende Karten benötigt, denn das Auto muss immer wissen, wo es gerade ist. Das klingt kompliziert und ist es auch, denn es bedeutet, dass
jede Straße auf der ganzen Welt auf den Zentimeter genau vermessen werden muss.

Bei Level 5 sind Autos komplett alleine unterwegs und auch nicht mehr mit einem Lenkrad ausgestattet. Bis derartige Autos auf den Straßen auftauchen, wird es jedoch noch etwas dauern. Autonomes Fahren wird dementsprechend für gravierende Veränderungen im Straßenverkehr sorgen. Um diese autonomen Levels zu erreichen, müssen unzählige verschiedene Verkehrssituationen getestet werden. „Im Bereich des autonomen Fahrens forschen und entwickeln alle namhaften Automobilhersteller, –zulieferer und Dienstleister,“ sagt Fritz.

Ausblick

B&R ist bei 4activeSystems in jedes Projekt involviert, ob nun als Partner in einem gemeinsamen Projekt oder als Komponentenlieferant. „Bei uns im Unternehmen hat B&R einen hohen Stellenwert und wir betrachten uns als Partner. Wir sind sehr zufrieden, ob es nun die Produkt- und Lieferqualität oder den Support betrifft. Außerdem legen wir Wert auf Qualität „Made in Austria“ und versuchen deshalb möglichst alles was in unseren Produkten verbaut wird, von Partnern aus Österreich zu beziehen“, zeigt sich Fritz nationalbewusst.

Die vorhandenen passiven Maßnahmen zum Fußgängerschutz, werden durch aktive erweitert.
4activeFB ist eine navigationssystemgesteuerte Plattform zum Testen von AEB-VRU-Szenarien. Die Plattform ist extrem niedrig, sehr robust und kann von Personen- und Nutzfahrzeugen befahren werden.
B&R erweiterte jüngst die Compact-S-Serie um die neue Steuerung X20CP0420. Sie verfügt über einen integrierten Switch und ermöglicht so eine Daisy-Chain-Verkabelung zwischen den Netzwerkteilnehmern. Die X20-I/O-Module können direkt an die Steuerung gesteckt werden und fügen sich nahtlos an.
„In phsyics we trust“ – der Name ist Programm beim steirischen Hersteller für Fahrzeugsicherheitssysteme 4activeSystems. Marijo Bungic, B&R (li.) und Martin Fritz, 4activeSystems.
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Redmer de Haan, Master Student in Maschinenbau an der Universität of Twente aus den Niederlanden, hat im Rahmen des Erasmus+ Programmes von November 2016 bis März 2017 bei der Linz Center of Mechatronics GmbH (LCM) als Praktikant gearbeitet. Das Ziel des Praktikums war es, einen Control Algorithmus eines aktiven Schwingungsdämpfer-Demonstrators zu optimieren. Im Interview erzählt Redmer über die Unterstützung, seine Arbeitsaufgaben und das Arbeitsklima während seines 4-monatigen Praktikums:
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