Autonomes Fahren

Übersicht

Das Fahren von Fahrzeugen im Gespann (Fahrzeug + Anhänger) ist von besonderen Eigenschaften geprägt. Anders als die in der Automatisierungstechnik häufig verwendeten fahrerlosen Transportsysteme (FTS) verfügen Kraftfahrzeuge und erst recht Gespanne über sehr eingeschränkte Bewegungseigenschaften und werden als nichtholonome Fahrzeuge bezeichnet.

Ziel des Projektes EZauto ist die autonome Steuerung von Gespannen mit hoher Präzision, sowohl vorwärts als auch rückwärts. Hierzu ist die Beherrschung von verschiedenen Teilaufgaben notwendig. Unter anderem sind dies

  • die analytische Beschreibung der Kinematik von nichtholonomen Fahrzeugen,
  • die Beschreibung von abzufahrenden Pfaden,
  • die Verschmelzung von Sensordaten,
  • die Steuerung und Regelegung des Fahrzeugs auf einem vorgegeben Pfad,
  • die Ansteuerung von Aktoren,
  • das Einhalten von Sicherheitsvoragaben,
  • die Kommunikation mit einem Leitstand,
  • die Verplanung, Überwachung und Kontrolle mehrerer Fahrzeuge.

In verschiedenen Teilprojekten werden die einzelnen Aufgaben bearbeitet, wobei auf mathematische Modelle, simulierte Fahrzeuge und Modellfahrzeuge zurückgegriffen wird.

Modellfahrzeug

Es wurde ein LKW-Modell entwickelt, das als Zugfahrzeug für das autonome Fahren im Gespann ausgerüstet ist. Dieses kann sowohl mit einem Einachs- als auch einem Zweiachsanhänger im Gespann gefahren werden. Ein auf dem LKW untergebrachter Rechners ermöglicht es, das Fahrzeug autonom verschiedene Fahrmanöver durchführen zu lassen. Hierzu werden die analytischen Beschreibungen, die entwickelte Software und verschiedene andere Verfahren verwendet.

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Die folgende Abbildung zeigt schematisch den Aufbau des LKW-Modells.

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Teilprojekt EZrola

Dieses Teilprojekt beschäftigt sich mit der Automation der Rollenden Landstraße.

Die Rollende Landstraße, kurz RoLa, bezeichnet den Transport von LKW-Gespannen auf speziellen Niederflurwagons mit der Bahn. Die Fahrer sind für das Verladen der Fahrzeuge zuständig und begleiten diese in einem Personenwagon.

Die RoLa kann gut zur Entlastung der Straße genutzt werden, da weder an die Fahrzeuge noch an die Verladebahnhöfe besondere Ansprüche gestellt werden. Allerdings muss der Fahrer sein Fahrzeug begleiten und wird so von seiner eigentlichen Aufgabe, dem Fahren, abgehalten.

Das Konzept EZrola sieht die Automatisierung von vernetzten RoLa-Terminals vor. Der Fahrer wird nur noch für den Straßentransport zum und vom Terminal benötigt. Die zu Transportierenden Fahrzeuge erhalten eine Zusatzaustattung. Diese ermöglicht, dass die Fahrzeuge auf den Terminals autonom fahren und sich selbstständig verladen. Die zeitliche und räumliche Koordination sowie für die Überwachung aller Fahrzeuge auf einem Terminal wird dabei durch einen zentraler Leitstand übernommen, wobei die Fahrzeuge autonom vorgegebene Wege abfahren. Hierdurch ist eine bessere Nutzung der vorhandenen Kapazitäten, insbesondere Zeit, Raum und Personal, möglich.

Das Teilprojekt EZrola umfasst ein Softwaresystem für die Kontrolle eines Verladebahnhofs. Hierbei führt ein Leitstand verschiedene Aufgaben durch, die alle autonomen Fahrzeuge auf dem Gelände betreffen. Dies sind unter anderem

  • die zeitliche Verplanung von Fahrzeugbewegungen,
  • die räumliche Verplanung von Fahrzeugbewegungen,
  • das Generieren von Fahranweisungen für die Fahrzeuge,
  • die Verkehrsregelung,
  • die Überwachung sicherheitskritscher Aspekte,
  • die Kommunikation mit den Fahrzeugen.

Als Demonstration der Machbarkeit und zur Gewinnung von statistischen Daten wurde ein Prototyp des Systems entwickelt. Dieser Simuliert einen Verladebahnhof mit allen darauf befindlichen Fahrzeugen. Jedes Fahrzeuge wird hierbei kinematisch korrekt bewegt und führt autonom seine Fahraufgaben aus.

Das folgende Bild zeigt den simulierten Bahnhof aus der Vogelperspektive. Oben links ist die Annahme/Abgabe der Fahrzeuge zu sehen. Am unteren Rand befinden sich drei Kopf-Gleise, die in Laderampen (untere rechte Ecke) münden. Ein Großteil der Fläche wird von Stellplätzen für die Fahrzeuge eingenommen.

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Das folgende Bild zeigt den selben Bahnhof aus einer anderen Sicht. Im Vordergrund befindet sich ein Sendemast für die Kommunikation mit den Fahrzeugen, im mittleren Bereich mehrere Stellplätze und weiter hinten die Laderampen.

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