Mehr Autonomie für mobile Arbeitsmaschinen:

Mechatronische Systeme, Sensoren und Kameras ebnen den Weg für Assistenzsysteme im Off-Highway-Bereich

Experten gehen davon aus, dass ab 2025 autonome Agrarfahrzeuge und ganzheitlich vernetzte Maschinen zunehmend das Bild der Feldarbeit prägen – ganz im Sinne von Assisted Farming, dem Leitthema der diesjährigen SYSTEMS & COMPONENTS. Mit ihm rückt die internationale B2B-Plattform für den gesamten Off-Highway-Sektor die Assistenzsysteme für Landmaschinen sowie das Zusammenspiel mit den vor- und nachgelagerten Bereichen in den Mittelpunkt. Mit den in Hannover gezeigten Lösungen lassen sich nicht nur Landmaschinen mittels Funk- und Satellitennavigation zu einer Einheit verbinden. Die ausstellenden Technologieanbieter statten zunehmend auch schwere Baufahrzeuge wie Bagger, Radlader und Planierraupen mit Assistenzsystemen aus, die bei den Arbeiten in unwegsamem Gelände Aufgaben übernehmen, die bislang dem Fahrer vorbehalten waren. Praxistauglich wird all dies durch die Kombination aus Sensorik, globalen Navigationssatellitensystemen (GNSS), Plug-In-Technologien und Lenkrechnern an Bord der Maschinen.

Höchste Präzision beim Einspuren

Für viele Fahrer sind GNSS-gestützte Lenksysteme heute unverzichtbare Helfer bei der täglichen Arbeit in der Landwirtschaft. Teilbreitenschaltung oder präzise Einzelkornaussaat auch bei Nacht wären ohne automatische Lenkung nicht denkbar. Dank Real Time Kinematic (RTK) muss der Fahrer nicht mehr eingreifen, wenn er nach dem Abfahren einer Bahn im Vorgewende drehen muss, um seinen Traktor oder andere Selbstfahrer wie Spritzen, Häcksler und Mähdrescher mit einer Genauigkeit von zwei bis drei Zentimetern in die nächste Spur zu führen.

Das Prinzip dahinter: Satelliten senden ein Signal aus, das sowohl von der mobilen Maschine als auch einer ortsfesten Referenzstation empfangen wird. Letztere erzeugt ein zweites, betriebseigenes Korrektursignal, das an beliebig viele Maschinen gesendet wird, die im Umkreis bis 20 Kilometer im Einsatz sind. Unter Berücksichtigung der Maschinenausrichtung, des Lenkeinschlags und der aktuellen Geschwindigkeit identifiziert das RTK-System die bestmögliche Parallelspur und lenkt die Maschine automatisch ein, bei jedem Wetter und allen Sichtverhältnissen. Unterbrochene Arbeitsvorgänge lassen sich speichern und jederzeit fortsetzen.

Lenkgenauigkeit nach Wahl

Die Hersteller bereiten eine rasch wachsende Anzahl von Maschinen schon ab Werk auf die unkomplizierte Installation unterschiedlicher Assistenzsysteme und Maschinensteuerungen vor. Entwickler und Ingenieure können sich in Hannover individuelle Systeme zusammenstellen, mit der für den Einsatz erforderlichen Genauigkeit – oder sie beginnen mit einer WAAS/EGNOS-fähigen Einstiegslösung, die sich bei Bedarf flexibel mit RTK-Funkoptionen erweitern lässt. Die modularen All-in-One-Bauweisen der präsentierten GNSS-Lösungen umfassen Antenne, Empfänger und Lenkrechner in einer einzigen Komponente und bieten viele Upgrade-Optionen. Auch ältere Traktoren und Selbstfahrer lassen sich auf diese Weise herstellerunabhängig mit einem automatischen Lenksystem nachrüsten, ohne dass dabei in die Maschinenhydraulik eingegriffen werden muss. Das maschinenseitige Lenkrad wird einfach durch ein Lenkrad samt Elektromotor ersetzt.

Gewährleisten lässt sich diese zentimetergenaue Präzision, sowohl im Feldeinsatz als auch auf dem Grünland, erst durch die Vernetzung der elektrohydraulischen Lenkkomponenten via CAN- oder ISOBUS mit dem Navigationscontroller und dem Multifunktionsdisplay im Cockpit. Immer mehr rein hydraulische Signale wie Load-Sensing-Drücke in Steuerblöcken werden durch elektronische Sensoren und Algorithmen ersetzt. Pate dafür stehen moderne Gyroskope (Kreiselkompasse) sowie Neigungs- und Winkelsensoren. Sie stellen zusätzlich Daten über die Lage des Fahrzeuges zur Verfügung.

Sensorik für optimierten Pflanzenschutz

Das allein reicht noch nicht. Bei der Bewirtschaftung von Ackerflächen müssen zudem Höhe und Position der Arbeitsgeräte exakt eingehalten werden, trotz wechselnder Pflanzenhöhe. Hierzu gehören die Regelung der Fahrgeschwindigkeit, das Schalten der Zapfwelle sowie punkt- und zeitgenaue Hub- und Schwenkbewegungen der Anbaugeräte. Reihen-, Sensoren unterstützen die mobilen Arbeitsmaschinen zusätzlich im Feldeinsatz. Frontmontierte Kameras zur Erkennung von Pflanzen halten die Räder der Feldspritze mittig in der Spur und reduzieren ertragsmindernde Schäden am Bestand, selbst wenn Spurabweichungen der Sämaschine zu Versatz geführt haben. Ein weiteres Beispiel sind elektronisch-optische Sensoren, die Schwade erkennen oder mit ihren Lichtimpulsen die Kante zwischen gemähtem und ungemähtem Feld abtasten – und den Mähdrescher automatisch an der Bestandskante entlang führen. Ein typisches Einsatzgebiet für Ultraschallsensoren sind Feldspritzen. Sie verhindern Kollisionen des Auslegers in unregelmäßigem Gelände und sorgen für eine gleichmäßige Ausbringung von Flüssigdünger oder Pflanzenschutzmittel.

Zu den jüngsten Innovationen im Bereich Assisted Farming zählen optische Sensoren, die während der Fahrt über den Bestand das von den Pflanzen reflektierte Licht messen und analysieren. Mit ihnen finden Hersteller und Erstausrüster auf der SYSTEMS & COMPONENTS das richtige Werkzeug für die optimierte Ausbringung von Dünger oder Pflanzenschutzmitteln. Die Sensorköpfe lassen sich an einem Frontgestänge des Traktors führen oder an einem Düngerstreuer oder Spritzgestänge anbringen.

Die Zukunft: Klug vernetzte Off-Highway-Fahrzeuge

Der Ausblick auf die SYSTEMS & COMPONENTS zeigt: Technisch ist der Weg zum automatisierten Fahren durch Assistenzsysteme und Sensortechnik geebnet. So ist es schon heute möglich, eine zweite Maschine an die Spur der ersten anzupassen – Platooning heißt dieses Szenario, bei dem mehrere Maschinen in einem Verbund das Feld bearbeiten.

Bis zum flächendeckenden Einsatz derartiger Technologien sind neben den rechtlichen allerdings noch einige technische Hürden zu nehmen. Die Maschinen mit ihren Kameras, Lidar- und Radarsensoren müssen in der Lage sein, in Millisekunden ihre Umgebung in 360 Grad wahrzunehmen, um Gefahrenquellen zu lokalisieren. Im Bereich der Baumaschinen gilt Entsprechendes, wobei dem Aspekt der Sicherheit hier eine noch höhere Bedeutung zukommt. Gegenwärtig arbeiten die Ingenieure und Wissenschaftler an der zuverlässigen Personenerkennung mittels Deep-Learning-fähiger Steuerplattformen. Der Trend zu automatisierten Fahrfunktionen bei mobilen Arbeitsmaschinen spiegelt sich auch auf der AGRITECHNICA wider, die zeitgleich zur SYSTEMS & COMPONENTS auf dem Messegelände in Hannover stattfindet. Dort zeigen rund 2.300 Aussteller was Schlepper und Anbaugeräte heute bereits können – und was sie könnten, wenn sie dürften.