IAA Transportaion 2024 Automatisiertes Fahren: Knorr-Bremse hat SAE-Level 4 mit redundanter Aktorik im Blick

Knorr-Bremse arbeitet an Redundanzarchitekturen für Brems- und Lenkungssysteme sowie Energiemanagement. Dabei hat der Automobilzulieferer das SAE-Level 4 mit der redundanten Aktorik im Blick. Diese wird in Zukunft nicht nur für das automatisierte Fahren eine wichtige Rolle spielen, wie das Unternehmen in Hannover auf der IAA Transportation verdeutlichen will.

Eine steigende Automatisierung erfordert Redundanzsysteme. In Zukunft werden immer mehr Funktionen und damit Verantwortlichkeiten vom Menschen auf die Maschine übergehen. Ziele der Automatisierung der Fahraufgabe sind die Bewältigung des Fahrermangels, höhere Verkehrssicherheit sowie niedrigere Total Cost of Ownership (TCO) für die Betreiber. Eine hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Fahrzeuge sind Voraussetzung eines automatisierten Fahrbetriebs. Das bedingt redundante Brems-, Lenkungs- und Energiemanagementsysteme. Redundanz bedeutet jeweils die unabhängige Funktion primärer und sekundärer Systeme, systematische Fehlererkennung und -behandlung sowie die gegenseitige Systemüberwachung.

Herausforderungen bewältigen

Die Herausforderungen nicht nur für Knorr-Bremse bei der Realisierung der redundanten Funktionskomponenten liegen vor allem in der gestiegenen Komplexität. Diese bedingt sich durch gestiegene Sicherheitsanforderungen, zusätzliche und modifizierte Komponenten, neue Schnittstellen sowie eine aufwendigere Validierung und Verifizierung der Gesamtsysteme. Hinzu kommen veränderte Arbeitsweisen durch neue Prozessrahmenwerke bei der Entwicklung sicherheitskritischer Komponenten.

Modulare Level-2-Systeme

Vor dem Hintergrund unsicherer, zukünftiger Stückzahlentwicklungen und technischer Hürden spielen Skalierbarkeit und Modularität eine wichtige Rolle, denn diese Faktoren sorgen für mehr Flexibilität. Darauf fokussiert sich Knorr-Bremse mit modularen Level-2-Systemen, die sich durch zusätzliche oder modifizierte Baukasten-Komponenten zu Level 4 Systemen erweitern lassen.

Ausfallsichere Aktuatoren werden in Zukunft über das automatisierte Fahren hinaus nutzbar und in neue Lkw-Technologien transferiert. Beispiele dafür sind unter anderem X-by-Wire-Technologien wie elektro-mechanische Bremssysteme (EMBS) und Steer-by-Wire-Lenksysteme.

Skalierbarkeit

Die Skalierbarkeit seiner Produkte zeigt der Zulieferer durch verschiedene Konzepte mit dem Ziel, den Lkw auch im Falle fehlerhafter sicherheitsrelevanter Funktionen je nach Anwendung sicher zum Stehen zu bringen. Mögliche Anwendungsfälle reichen dabei von der Ausführung eines Mimimum Risk Maneuvers (limp-aside) über die Weiterfahrt mit reduzierter Systemfunktionalität (limp-home) bis hin zur Erfüllung der Transportaufgabe mit annähernd gleicher Systemperformanz (mission-complete).

Redundanzsysteme im Fokus

Knorr-Bremse hat folgende Produkte, die vor der Markteinführung stehen, für das Bremssystem, die Lenkung und das Power Management System entwickelt:

• Bremssystem rGSBC. De neue Bremsteuerung Global Scalable Brake Control (GSBC) lässt sich kostenoptimiert zum redundanten System für HAD erweitern können (rGSBC). Der modulare Ansatz der Bremssteuerung GSBC reduziert die bisherige Komponentenvielfalt auf eine technische Brake-Control-Plattform. Damit werden einfachere Systemlayouts ermöglicht und Komponenten, Gewicht sowie Einbaukosten eingespart. Diesen modularen Weg verfolgt Knorr-Bremse konsequent weiter mit dem redundanten Bremssystem und setzt auf eine größtmögliche Wiederverwendbarkeit der existierenden Komponenten in Verbindung mit nur wenigen modifizierten oder neuen Systembausteinen.

• Lenkung EPS. Neben der Serienumsetzung der vollelektrischen Lenkung, fail-safe, Electric Power Steering (EPS) entwickelt Knorr-Bremse die redundante Ausführung der EPS. Die rEPS bietet eine ausfallsichere Lenkfunktion. Dies ist für den Einsatz bei autonomen Fahrzeugen, elektrisch oder konventionell angetrieben, von entscheidender Bedeutung. Bei der rEPS sind sowohl der Elektromotor als auch die elektronische Steuerung (Hard- und Software) jeweils redundant ausgeführt. Durch die Kombination einer rEPS mit der Steer-by-Brake-Funktionalität kann eine weitere Redundanzebene geschaffen werden. Konzeptbedingt ist das nur mit dem EPS-System des Unternehmens möglich. Diese Kombination ermöglicht es autonomen Fahrzeugen ihre Missionen selbst bei kritischen Ausfällen selbsttätig zu erfüllen. Mit diesem Setup der vollelektrischen EPS-Lenkung hat Knorr-Bremse somit die Voraussetzungen für Steer-by-Wire, die elektrische Lenkung ohne mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Lenkaktuator, geschaffen.

• Redundantes Power Management System (rPMS). Die Anzahl elektrischer Systeme im Fahrzeug steigt, damit wächst der Energiebedarf und die Bordnetz-Architektur muss neuen Sicherheitsanforderungen gerecht werden. Das rPMS sichert die Energieversorgung für sicherheitsrelevante Systeme wie vollelektrische Lenkungen, die Bremssteuerung sowie auch für Steuergeräte und Sensoren für das automatisierte Fahren. Zwei vollkommen unabhängige elektrische Versorgungskreise gewährleisten höchste Systemverfügbarkeit und erhöhen durch ausfallsicheren Betrieb signifikant die Sicherheit im Nutzfahrzeug.

• Truck Motion Controler für optimierte Längs- und QuerdynamikTruck Motion Controler für optimierte Längs- und Querdynamik. Der Truck Motion Controler (TMC) führt alle aktiven Aktuatoren (Bremse, Lenkung, Antriebseinheiten) zur Steuerung auf einer gemeinsamen Ausführungsebene zusammen, übersetzt Fahrbefehle in einzelne Aktuatorbefehle und vereinfacht somit die Schnittstelle zum virtuellen Fahrer. Durch die Kenntnis der fahrzeugspezifischen Eigenschaften und Limits vermag der TMC auch in kritischen Fahrsituationen eine verlässliche Fahrzeugführung sicherzustellen. Mögliche Aktuatorfehler kann der TMC im Rahmen der Redundanzsteuerung erkennen, handhaben und durch intelligente Kombination anderer Aktuatoren kompensieren.

• Fahrerassistenzsysteme. Das Unternehmen trägt zur Umsetzung der seit 7. Juli 2024 für Erstzulassungen geltenden EU-Richtlinie GSR II (General Safety Regulation) beispielsweise mit den Kollisionswarnsystemen Blind Spot Information System (BSIS) und dem Moving Off Information System (MOIS) bei, das vor der möglichen Kollision mit Fußgängern und Radfahrern beim Anfahren warnt. Ein neues Fahrassistenzsystem zeigt der Zulieferer mit dem Fusion Front ADAS. Das System detektiert mit der Fusion von Frontkamera und -radar die Informationen komplexer Verkehrssituationen und relevanter Objekte. Knorr-Bremse Fusion Front ADAS beinhaltet u.a. den Fußgänger detektierenden Notbremsassistenten PAEBS (Pedestrian Advanced Emergency Braking System) sowie den Spurhalteassistenten LKA (Lane Keeping Assist). Das System bildet auch die gesetzlich vorgeschriebenen Funktionen des Notbremsassistenten (Advanced Emergency Braking System) und des Spurhaltewarnsystems (Lane Departure Warning) ab.

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