Autonomes Fahren, Sensornetzwerk, Digitaler Zwilling, Zustandsdiagnose, Königszapfen

Das IdenT-System baut auf einer cloudbasierten Datenplattform auf, die im regelmäßigen Datenaustausch zwischen Trailer-Datennetzwerk, digitalem Online-Zwilling und digitalem Offline-Zwilling steht.
Der digitale Offline-Zwilling dient zur numerischen Simulation betriebsfestigkeitsrelevanter Fahrsequenzen sowie zur Plausibilisierung von Messdaten und Daten eines Online-Zwillings. Zentrales Element des Offline-Zwillings bildet ein detailliertes MKS-Modell eines LKW-Trailers, bei dem spezifische Modellparameter durch unterschiedliche Identifikationsverfahren einem regelmäßigem Update-Prozess unterliegen. Das Ziel besteht einerseits darin, ein zeitvariantes Verhalten beispielsweise an der Ladung sowie Verschleiß bzw. Defekte an Fahrwerkskomponenten zu identifizieren und dieses auf das Simulationsmodell zu projizieren. Andererseits werden durch die numerische Simulation einzelner Fahrsequenzen das dynamische Verhalten des Trailers und damit der Komponentenschnittlasten bestimmt, aus denen eine Prognose des Betriebsfestigkeitszustandes abgeleitet werden kann.
Was der menschliche LKW-Fahrer über Augen, Ohren und Fahrgefühl wahrnimmt, müssen in einem autonomen Fahrzeug Sensoren übernehmen. Im Ident-Trailer wird daher ein Sensornetzwerk installiert, dass die relevanten physikalischen Größen erfasst und den digitalen Zwillingen zur Interpretation bereitstellt. Der Fokus liegt hierbei auf energiesparsamen, Sensorkonzepten, die im realen Betrieb wirtschaftlich und mit hoher Zuverlässigkeit eingesetzt werden können. Um dies zu realisieren werden die Messdaten im Sensorknoten bereits vorverarbeitet, um das übertragene Datenvolumen zu reduzieren und die zur Funkübertragung benötigte Energie zu minimieren. Weiterhin wird untersucht, welche Mindestanforderungen an die Sensordatenqualität gestellt werden müssen, um ein solches System kostengünstig aber dennoch zuverlässig aufzubauen.
Der KingPin ist die Anhängekupplung zwischen Zugmaschine und Trailer. Über dieses Element werden alle Kräfte übertragen die beim Bremsen, Beschleunigen oder bei der Kurvenfahrt entstehen. Gerne würde man jeden KingPin mit Sensorik ausstatten, um die wichtigen Schnittkräfte durch das Sensornetzwerk zu erfassen, jedoch ist die exakte Kraftmessung eine Herausforderung. Im Ident Projekt wird daher einmalig eine hochgenaue Kraftmesseinrichtung aufgebaut. Damit werden im Fahrversuch Messdaten gesammelt. Mit diesen Daten werden die Digitalen Zwillinge abgeglichen, so dass diese Schnittkräfte zukünftig durch Modelle bestimmt werden können. Als Messelemente kommt für die Kraftmessung am KingPin eine Messplattform zum Einsatz, die alle Kräfte und Momente am Pin erfasst.
Das Projekt wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.
Dr.-Ing. Jan-Philipp Kobler, BPW Bergische Achsen