Roboter-Trucks: autonome Lkw auf dem Vormarsch

Schritt für Schritt erobern „Roboter-Trucks“ Minen, Vororte und (Flug-)Felder. Den Anfang machte ein 32-Tonnen-Volvo FMX-Kipper, der seit Herbst 2016 fahrerlos im Bergwerk Kristineberg in Nordschweden arbeitet. Die nächsten „autonomen“ Schritte taten Müllwagenfahrer des schwedischen Abfallentsorgungsunternehmen Renova: Sie können das unbemannte FM-Pressmüllfahrzeug wie einen Hund ohne Leine hinter sich her von Tonne zu Tonne folgen lassen. Die dafür nötigen Systeme übernahm Volvo im Prinzip vom selbstfahrenden „Bergarbeiter“. Der „Müllmann“ überwacht permanent sein Umfeld und stoppt sofort, wenn plötzlich ein Hindernis auf der Straße auftaucht. „Auch wenn sich das Fahrzeug höchstens mit Schrittgeschwindigkeit bewegt, bringt der Betrieb eines schweren Nutzfahrzeugs in einem städtischen Wohngebiet mit engen Straßen und ungeschützten Verkehrsteilnehmern natürlich hohe Sicherheitsanforderungen mit sich“, erklärt Carl Johan Almqvist, Leiter für Verkehrs- und Produktsicherheit bei Volvo Trucks. Gleichzeitig soll das automatisierte System dem Fahrer ermöglichen, alles im Blick zu behalten, was rund ums Fahrzeug passiert. Das ist gerade beim Abfallentsorgen heikel oder erfordert ein eingespieltes mehrköpfiges Team.

Doch auch der „Robotruck“ muss angelernt werden:

Der erste Einsatz in einem neuen Gebiet wird von Hand gesteuert, während das Bordsystem die Strecke permanent mit Hilfe von Sensoren und GPS-Technik überwacht und kartiert. Wenn der Lkw das nächste Mal im selben Gebiet operiert, weiß er im Idealfall genau, wie der Streckenverlauf aussieht und an welchen Abfallbehältern er anhalten muss. Also, Start frei zur zweiten Tour: Wenn das Fahrzeug jetzt zum ersten Mal hält und der Fahrer das Auto-System aktiviert hat, kann er aussteigen und nach hinten gehen. Dann die Abfalltonne holen und, wie gehabt, leeren. Ist das erledigt, gibt der Fahrer seinem schweren Roboter-Kollegen das „Go“ und dieser kann so automatisch bis zur nächsten Abfalltonne zurücksetzen. Der Fahrer geht dem Lkw dabei immer voran und hat daher alles im Blick, was in Fahrtrichtung passiert.

Doch warum fährt der Truck rückwärts? „Indem der Fahrer den Lkw zurücksetzen lässt, kann er die ganze Zeit in der Nähe des Abfallverdichters bleiben und muss nicht jedes Mal um das Fahrzeug herumlaufen, wenn es die Position wechselt“, sagt Hans Zachrisson, Strategic Development Manager bei Renova. „Und weil der Fahrer nicht an jedem Haltepunkt ein- und aussteigen muss, sinkt die Gefahr von Berufskrankheiten durch überbeanspruchte Kniegelenke und dergleichen.“ Reversieren ist im Lkw nie ohne Tücke, da der Fahrer möglicherweise nicht genau sieht, wer oder was sich hinter dem Fahrzeug bewegt – selbst wenn es mit einer Kamera ausgerüstet ist. In bestimmten Gegenden ist es aus Sicherheitsgründen sogar verboten, mit einem schweren Nutzfahrzeug rückwärts zu fahren. Oder es muss ein Einweiser hinter dem Lkw stehen, bevor der Lkw zurücksetzen darf. Da Sensoren das gesamte Umfeld des Entsorgungsfahrzeugs überwachen, soll die Sicherheit unabhängig von dessen Bewegungsrichtung gewährleistet sein. Hindernisse soll der „Robotruck“ automatisch umfahren können, sofern genug Platz vorhanden ist. Und da das automatisierte System auch das Schalten, Lenken und die Geschwindigkeit optimiert, soll das auch den Verbrauch und CO2-Ausstoß senken.

Trotzdem bleibt man bei Volvo realistisch: Obwohl die technischen Voraussetzungen bereits vorhanden sind, bleibt noch viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit, bis selbstfahrende Abfallentsorgungsfahrzeuge Wirklichkeit werden. Nach dem Projektende geht es ans Auswerten: Wie ist es um die Sicherheit bestellt, wie sehen die Kostenstrukturen aus und – was gern unterschätzt wird – wie werden derartige Fahrzeuge von Fahrern, anderen Verkehrsteilnehmern und Anwohnern angenommen? „Wahrscheinlich werden Trucks mit unterschiedlichen Automationsgraden anderswo früher Einzug halten, nämlich dort, wo Transportaufgaben in abgeschlossenen Bereichen bewältigt werden, wie zum Beispiel in Bergwerken und an Frachtterminals“, denkt man bei Volvo laut nach.

Oder in der Landwirtschaft, wo GPS-gesteuerte Systeme schon Gang und Gäbe sind und Traktoren wie Erntemaschinen schon lange GPS-geleitet zentimetergenau nebeneinanderher fahren können. Eine weitere Einsatzmöglichkeit für einen „Robotruck“ machte Volvo auf brasilianischen Zuckerrohrfeldern aus. Und erhofft sich für die Bauern einen Produktivitätsschub. Aktuell fahren zur Ernte die Maschinen und von Hand gesteuerte Lkw im Schritttempo nebeneinanderher. Dabei muss der Lkw-Fahrer die Geschwindigkeit seines Trucks mit der Erntemaschine synchronisieren und so in der Spur bleiben, sodass keine Pflanzen zerstört werden, aus denen die Ernte des nächsten Jahres entsteht.

Wechseln wir also von Schweden nach Brasilien – nach Maringá, eine Flugstunde westlich von São Paulo. Dort produziert die Usina Santa Terezinha Group Zucker und Ethanol aus der eigenen Ernte. In der letzten Anbausaison dienten die Riesen-Felder des Unternehmens als Versuchsfläche für die Prototypenerprobung. Das Ziel: Automatisiertes Fahren soll verhindern, dass Boden verdichtet und Ernte beschädigt wird, was dem Ertrag zu Gute käme. Das Potenzial für die Steigerung bezifferte man mit bis zu zehn Tonnen pro Hektar und Jahr. Tatsächlich gehen laut Volvo deshalb aktuell etwa vier Prozent des Ertrags verloren. „Mit der Lösung von Volvo Trucks können wir die Produktivität nicht nur für eine einzelne Ernte, sondern für den gesamten Lebenszyklus der Zuckerrohrpflanze erhöhen. Dieser umfasst etwa fünf bis sechs Jahre“, hofft Paulo Meneguetti, Finance & Procurement Director von Santa Terezinha.

Volvos „Erntehelfer“ lenkt automatisch.

Das System hält den Lkw beim Ansteuern, Begleiten und Verlassen der Erntemaschine immer genau auf Kurs. Mit Hilfe zweier GPS-Empfänger folgt das Fahrzeug den Koordinaten einer Karte des Zuckerrohrfelds. Zwei Gyroskope sollen eine präzise Steuerung des Fahrzeugs gewährleisten. So beträgt die seitliche Abweichung vom vorgegebenen Kurs laut Volvo derzeit nie mehr als 25 Millimeter. Beim Beladen kann der Fahrer die Geschwindigkeit wahlweise per Tempomat anpassen oder manuell beschleunigen und bremsen. Da er nicht mehr seine volle Aufmerksamkeit auf das exakte und damit ermüdende Lenken richten muss, erleichtert ihm das seinen Job merklich. Wirklich begehrt ist der nämlich nicht. Damit möchte Volvo die Arbeitsbedingungen und die Sicherheit der Fahrer verbessern. „Dies wird den Beruf attraktiver machen, sodass sich Fahrer leichter finden und besser an den Betrieb binden lassen“, hofft Wilson Lirmann, Präsident der Volvo Group Lateinamerika.

Im Gegensatz zu den beiden europäischen „Robotrucks“ ist dieses Projekt übrigens deutlich konkreter. Der Produktentwicklungsphase folgten weitere Praxistests. Bereits dieses Jahr wird Volvo Trucks seinen Kunden eine moderne Kartenlesefunktion auf der Basis von GPS-Daten anbieten, mit der Fahrer einen zuvor festgelegten Kurs besser halten können. Dabei wird das eigentliche Lenken in dieser Phase noch von Hand erfolgen. Auf Nachfrage erklärt Manfred Nelles, Pressesprecher von Volvo Trucks Deutschland, dass der „Volvo Tracking Assist“ für den Volvo VM „Sugar Cane“ auf dem brasilianischen Markt Ende 2017 eingeführt wird. „Dies ist ein erster Schritt, bevor wir das ganze Paket in der dann nahen Zukunft einführen.“ Die „Robotrucks“ kommen also – zuerst auf den Zuckerrohrplantagen Brasiliens.

Auf den Punkt

Er ist … ein reelles Versuchsfeld von Volvo Trucks, auf dem man autonomes Fahren und die Elektrifizierung des Lkw unter Realbedingungen testet und vorantreiben möchte.

Schön, dass … manch monotone Fahrerjobs und Gefahrenquellen durch den „Robotruck“ ersetzt werden können.

Schade, dass … supersparsame Aerozüge sich immer noch so schwertun.

Was haben die Flotten davon? Im Idealfall sparsamere Autos und mehr Sicherheit.

Flugfeld: Mercedes-Benz Arocs als Kehrblas-Einheit zur Flugfeldreinigung

Auch Daimler Trucks schickt jetzt die ersten „Robotrucks“los. Für Demozwecke erstmal auf das Gelände des ehemaligen Fliegerhorsts Pferdsfeld, womit schon das Einsatzfeld umrissen wäre: die Flughäfen. Unter dem Projekttitel „Automated Airfield Ground Maintenance“ (AAGM) können vier Mercedes-Benz Arocs-Kehrblasgeräte ein Flugfeld automatisiert und im ferngesteuerten Verbund säubern.

Diese Reinigungen sind gerade im Winter sehr schwer vorhersag- und planbar. Für den autonomen Flugfeldräumverbund arbeiteten Lab1886, Daimler Trucks und der Fraport AG zusammen. Mathias Dudek, Leiter Infrastrukturelles Facility Management der Fraport AG, möchte damit vor allem auf spontane Wintereinbrüche schneller und präziser reagieren können. Das Ziel der Tests ist die „Umsetzung modernster, telematikgestützter Fahrzeugführungstechnik auf nicht öffentlichen Arealen“, wie es im Ingenieurssprech heißt.

Dazu wurden die vier Arocs- Testfahrzeuge mit einer neu entwickelten „Remote Truck Interface“ (RTI) ausgestattet. Das ist eine Schnittstelle, mit der Funktionen fernbedient und Daten ausgetauscht werden können. Das RTI ist auch das Herzstück der neuen Technik. Bei der kann Daimler mittlerweile auf einen erheblichen Wissens- und Entwicklungsfundus aus Projekten, wie dem seriennahen „Highway Piloten“ und dem „Highway Pilot Connect“, zurückgreifen. Dabei ging es allerdings hauptsächlich darum, Sattelzüge in Deutschland und den USA weitgehend autonom über öffentliche Fernstraßen fahren zu lassen.

Über das RTI sind alle Fahrzeuge via Telematik voll vernetzt, fahren automatisiert und können im Fahrzeugverbund sowohl führen als auch folgen. Heißt konkret: Ein Konvoiführer wählt aus einer Flotte bereitstehender Sattelzugkombinationen eine beliebige aus und definiert diese als „Leit-Truck“. Im Folgenden definiert er mittels eines Bedienpanels im Fahrzeug die Anzahl und die Reihenfolge der weiteren Konvoi-Lkw und macht einen Betriebs-Check-up sowohl für seinen als auch alle weiteren Sattelzüge.

Klingt einfach, funktioniert gut, erfordert aber eine extrem aufwändige Software. Alle Fahrzeuge besitzen doppelte GPS-Ortung (DGPS, Differenzial-GPS) und verfügen über modernste „Vehicle-to-Vehicle“-Kommunikation („V2V“-Kommunikation). Damit die Echtzeit-Kommunikation funktioniert, findet alle 0,1 Sekunden ein kompletter Datenaustausch zwischen den Fahrzeugen und der Hauptsteuerungseinheit des RTI statt. Übertragungstechnik im V2V-Bereich ist die „Digital Short Range Communication DSRC“.

Der automatisierte Schneeräum-Verbund umfasst in der Testphase vier Fahrzeuge und kann laut Daimler künftig auf bis zu 14 Einheiten ausgebaut werden. Neben dem Fraport haben bereits andere Flughäfen Interesse an der Technik für die automatisierte Start- und Landebahnpflege signalisiert. Spinnt man das Ganze noch weiter, beispielsweise auf kommunale Garten- und Landschaftspflege, sind künftig diverse weitere Einsätze denkbar.

Außerdem lässt sich die Technik wieder in sämtliche Anwendungsbereiche zurückspiegeln und eröffnet den Kunden neue Möglichkeiten: „So sind fein abgestimmte Rangiervorgänge konventioneller Lastzüge, ferngesteuert vom Fahrer außerhalb der Kabine – zum Beispiel am Fahrzeugheck postiert und dort mit bestem Blick auf das Manövriergeschehen ausgestattet –, ebenso möglich wie das fahrerlose Fahren in Minen, auf Container-Terminals oder in anderen abgeschlossenen Geländen“, erläutert Martin Zeilinger, Leiter der Vorentwicklung bei Daimler Trucks.

Wo sich Volvos Ansatz grundsätzlich von Scania unterscheidet

Dass Scania seinen ersten Serienverteilerhybrid so laut betrommelt hat, konnte man bis Göteborg hören. Also entwickelte Volvo seinen bereits 2016 präsentierten Concept Truck zum ersten Hybrid-Lkw für den Fernverkehr als Aerozug weiter. Zusammen mit anderen Verbesserungen des Fahrzeugs, vor allem der Aerodynamik, sollen der Dieseldurst und damit C02-Ausstoß des Konzeptzuges um bis zu 30 Prozent sinken. Der Hybridzug holt sich Energie beim Bergabfahren, sofern das Gefälle mehr als ein Prozent beträgt, und beim Bremsen.

Die rekuperierte Energie wird in den Batterien gespeichert und treibt den Lkw im Elektromodus auf flachen oder leicht abschüssigen Strecken an. Eigens dafür optimierten die Schweden ihr Fahrer­assistenzsystem „I-See“, das die bevorstehende Topografie darauf hin analysiert, welche Antriebsart (Diesel- oder Elek­tromotor) die jeweils effizientere und wann der Einsatz der rückgewonnenen Energie am sinnvollsten ist.

Aktuell schätzt man bei Volvo, dass der Hybrid dafür sorgen könnte, dass der Verbrenner im Fernverkehr bis zu 30 Prozent der Fahrzeit abgeschaltet werden kann. Das könnte den Kraftstoffverbrauch laut Volvo um fünf bis zehn Prozent senken. Außerdem soll er bis zu zehn Kilometer weit vollelektrisch und damit „lokal emissionsfrei“ und nahezu geräuschlos fahren können – was für die letzte Meile in der Innenstadtbelieferung große Vorteile brächte.

„Heutzutage entfällt ein Großteil des Gesamtenergieverbrauchs im Transportgewerbe auf den Fernverkehr. Die Hybridtechnologie ermöglicht eine beträchtliche Reduzierung der Verbrauchs- und Emissionswerte und ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Verwirklichung künftiger Umweltziele unseres Unternehmens und der Gesellschaft“, so Lars Mårtensson, Director Environment & Innovation, Volvo Trucks. Der Hybridantrieb basiert übrigens zum Teil auf Erkenntnissen und Erfahrungen, die bei der Entwicklung der Hybrid- und Elektrobusse von Volvo Buses gesammelt wurden.