Fahrerlose Sicherheit
Erste autonome Fahrzeuge sollen 2025 in Serie gehen. Die dafür nötigen Produktionsanlagen müssen Hersteller frühzeitig planen. Dürr hat deshalb Prüfstände entwickelt, auf denen sich selbstfahrende Autos nach der Montage vollautomatisch testen lassen.
Der neue Wagen rollt von der Montagelinie. Sein Motor startet automatisch. Fahrerlos bewegt sich das Fahrzeug zu den letzten Stationen der Fabrik – den Prüfständen am Ende des Bandes. Es rangiert in die richtige Position. Laser leuchten auf, das Auto wird automatisch vermessen, dann schwenkt ein großer Bildschirm vor die Haube. Kurz darauf beginnt die simulierte Testfahrt. Vollautomatisch. Gas, Bremse, Sensorik – nach wenigen Minuten hat moderne Software alle Checks durchgeführt, ohne dass ein Mensch eingreifen muss. Das fahrerlose Auto fährt langsam vom Prüfstand und wird kurze Zeit später für den Versand zum Kunden bereitgestellt.
Noch existiert diese Szene nur in einer Computeranimation, doch sie könnte heute Realität in vielen Autofabriken sein. Entwicklungsleiter Dr. Thomas Tentrup hat mit dem 20-köpfigen Projektteam bei Dürr Assembly Products im saarländischen Püttlingen Prüfstände konzipiert, die vollautomatische Abschlusschecks herkömmlicher Autos ermöglichen – und noch viel mehr können: „Auch autonome und teilautonome Fahrzeuge lassen sich auf diese Weise selbstständig prüfen“, sagt Tentrup.
Hersteller verkaufen schon heute Fahrzeuge, die kurze Strecken eigenständig zurücklegen. Ab 2025 wollen sie vollautomatisierte Autos auf den Markt bringen. Dann werden Prüfungen in der Fabrik noch wichtiger, denn Insassen müssen sich blind darauf verlassen, dass selbstlenkende Fahrzeuge einwandfrei funktionieren. Die notwendige Prüftechnik steht bereit, bestätigt Tentrup. „Wir sind auf das Zeitalter des autonomen Fahrens vorbereitet.“
Wir sind auf das Zeitalter des autonomen Fahrens vorbereitet.
Revolution im Bandende-Bereich
Letzte Prüfung vor dem Einsatz
Prüfstände gehören zu den wichtigsten Stationen der Fahrzeugfertigung. Hier entscheidet sich, ob ein Wagen ausgeliefert werden darf oder ob er in die Nachbearbeitung muss. Alle für die Sicherheit bedeutenden Funktionen werden noch einmal unter die Lupe genommen. Die Ergebnisse sind so wichtig, dass sie in Datenbanken aufbewahrt werden. So können Hersteller noch Jahre später nach einem Unfall belegen, dass die Prüfung korrekt gelaufen ist. Bei fahrerlosen Autos wird dieser Nachweis noch wichtiger werden.
Autohersteller auf der ganzen Welt setzen auf die Prüfstände von Dürr Assembly Products, die nicht nur in Deutschland, sondern auch in China, Brasilien und Tschechien hergestellt werden. In Püttlingen ist das Stammwerk, wo Arbeiter in großen Produktionshallen die Prüfstände nach Kundenwünschen fertigen. Sie montieren Metallträger, rüsten sie mit Motoren und Sensorik aus. Ein großer Teil der Arbeit läuft aber nicht hier, sondern im Hintergrund. Experten von Dürr entwickeln und konstruieren die Prüfstände am Computer und statten sie mit der passenden Software aus.
Prüfstände sind keine Massenware. „Sie bestehen aus Modulen, die individuell kombiniert werden“, erläutert Tentrup. Wie sie genau aussehen, hängt vor allem von den Fahrzeugherstellern und ihren zu prüfenden Modellen ab. Die Experten aus Püttlingen verbessern ihre Produkte fortwährend. Eine bahnbrechende und zum Patent angemeldete Neuheit ist der Prüfstand → x-road curve, auf dem sich autonome und teilautonome Fahrzeuge testen lassen. Aber auch Prüfungen von herkömmlichen Autos macht er wesentlich einfacher.
Berliner Busse fahren automatisiert
Wie autonomes Fahren funktioniert, lässt sich in Berlin bereits heute beobachten. Auf dem Gelände des Klinikums Charité befördern automatisierte Busse Patienten und Besucher an ihr Ziel. Die kleinen, gelben Gefährte der Berliner Verkehrsbetriebe (BVG) sind fast geräuschlos auf einer festgelegten Tour unterwegs. Mit einem Tempo von bis zu zwölf Kilometern pro Stunde fahren sie über das weitverzweigte Grundstück mit Instituten, Mensa und Wirtschaftsgebäuden. Das Pilotprojekt mit dem Namen „Stimulate“ ist bis 2020 angesetzt und soll praktische Fragen des autonomen Fahrens klären.
Wir haben uns das Ziel gesetzt, Berlin zu einer der führenden Smart Cities zu machen.
Michael Müller , Regierender Bürgermeister Berlin
Schwenkbare Rollen verhindern Wegdriften
Bislang muss sich noch immer ein Mensch ans Steuer setzen, um einen Neuwagen auf den Prüfstand zu fahren. Die Räder der Antriebsachse parkt er dabei auf Rollen, die im Boden der Plattform montiert sind. Tritt er auf das Gaspedal, drehen sich die Räder und die Rollen. So bleibt das Fahrzeug an derselben Stelle. Aber steht die Lenkung nicht auf Geradeausfahrt, kommt es zu einer Seitwärtsbewegung. Es muss also jemand gegenlenken, damit der Wagen nicht seitlich ausbricht. Auf dem neuen Prüfstand x-road curve ist das nicht mehr nötig. Konstrukteur Stefan Rothfuchs zeigt auf zwei schwenkbare Rollenträger. Sie gleichen Lenkbewegungen der Räder automatisch aus. Auf den Seitenflanken der Reifen schimmern zwei rote Lichtlinien. „Lasersensoren messen die Radwinkel relativ zu den Rollenträgern“, erklärt Rothfuchs. Eine intelligente Software wertet die Daten aus und sendet Steuersignale an Elektromotoren, die die Richtung der Rollen einstellen. Dadurch gleichen sie Lenkbewegungen der Räder aus und verhindern ein seitliches Wegdriften des Fahrzeugs. Prüfungen können damit automatisch ablaufen, ohne dass ein Fahrer hinter dem Steuer sitzen und eingreifen muss. Außerdem lassen sich erstmals auch Kurvenfahrten im Praxistest simulieren.
„Obwohl das Prinzip einfach klingt, war die Entwicklung der schwenkbaren Rollen schwierig. Die Kraft zu verstehen, die bei einer Lenkbewegung der Räder wirkt, war eine der größten Herausforderungen“, berichtet Tentrup, der in theoretischer Physik promoviert hat. „Wir haben den Effekt lange Zeit nicht verstanden.“
Da sich auch in der Literatur nichts fand, mussten die Grundlagen im eigenen Haus mit Unterstützung von Universitäten entwickelt und mit einem Computermodell verifiziert werden. Erst als die Entwickler das Prinzip durchdrungen hatten, machten sie sich daran, den neuen Prüfstand zu konstruieren. Heute liefert Dürr die schwenkbaren Rollenaggregate auch als Nachrüstsatz, mit dem Fahrzeughersteller alte Prüfstände modernisieren können.
Virtuelle Straßen und Landschaften
Zur Prüfung autonomer Fahrzeuge kann der x-road curve mit einer virtuellen Szenerie verbunden werden, die auf einem Bildschirm vorbeizieht. Das heißt, das Auto fährt wie im Computerspiel die Straße entlang und meistert verschiedene Verkehrssituationen. Auf diese Weise lässt sich testen, wie gut die elektronischen Systeme beim autonomen oder teilautonomen Fahren zusammenarbeiten. Erkennen sie Hindernisse schnell genug? Registrieren sie Ampeln, Verkehrsschilder und Alleebäume? Werden Fußgänger nachts rechtzeitig entdeckt? Fahrerassistenzsysteme, mit denen praktisch alle Neuwagen ausgerüstet sind, lösen schon heute einige dieser Aufgaben. Sie sind so etwas wie die Vorboten des autonomen Fahrens und arbeiten mit Kamera, Laser oder Radar.
Eine Handvoll dieser Sensoren wird an herkömmlichen Prüfständen nebenbei getestet. Doch ihre Zahl steigt bei jedem Modellwechsel. „Wir gehen davon aus, dass in autonomen Fahrzeugen rund 40 Sensoren eingestellt werden müssen“, sagt Tentrup. Herkömmliche Prüfstände wären mit dieser großen Zahl überfordert. Umso mehr, als die Sensoren eines fahrerlosen Autos extrem präzise arbeiten müssen. In autonomen Fahrzeugen werden sie entscheidend für die Sicherheit im Auto sein.
Dunkel wie im Kino
Deshalb ist die Kalibrierung der sicherheitsrelevanten Sensoren ein entscheidender Schritt – für den Dürr den neuen Prüfstand → x-around entwickelt hat. Er sieht aus wie eine Garage und lässt sich komplett verdunkeln. Das ist wichtig, denn kein Lichtstrahl soll stören, wenn die Sensoren eines autonomen Autos ihre optimale Position finden.
Die Fahrwerkgeometrie jedes Fahrzeugs muss vor der Kalibrierung der Sensoren am Prüfstand genau vermessen werden. Aufgrund der Produktionstoleranzen zeigt jedes Fahrzeug Abweichungen von den Sollwerten. Diese Abweichungen müssen bei der Einstellung berücksichtigt werden, damit die Sensoren Entfernungen und Geschwindigkeiten von Objekten präzise ermitteln können.
Unsere Prüfstände bestehen aus Modulen, die wir nach Wunsch des Kunden kombinieren.
Dr. Thomas Tentrup , Entwicklungsleiter
Wie die Einstellung der Sensoren funktioniert, zeigt Martin Wagner, Produktmanager Autonomes Fahren. Ein Bildschirm schwenkt vor das Fahrzeug, im Prüfstand wird es dunkel. Wie beim Augenarzt erscheinen Muster mit Kreisen und Rechtecken auf dem Monitor. „Mithilfe der Umrisse stellen sich die optischen Sensoren automatisch ein“, erklärt Wagner. Bislang verwenden Prüfstände oft noch bedruckte Tafeln, um Sensoren zu kalibrieren. Die Püttlinger Entwickler halten das für unzureichend. „Wir haben festgestellt, dass die genauesten Ergebnisse erzielt werden, wenn die Kalibriermuster auf Monitoren abgebildet werden“, sagt Entwicklungsleiter Tentrup.
Nach wenigen Minuten ist die Einstellung beendet. Das Fahrzeug kann den Prüfstand verlassen. Tentrup ist zufrieden. Im Herbst 2018 hat Dürr die neuen Prüfstände Autoherstellern aus aller Welt präsentiert. Die ersten Verkaufsgespräche laufen – was dafür spricht, dass vollautomatische Prüfungen in den Automobilwerken zum Alltag werden, bevor die ersten autonomen Fahrzeuge vom Band rollen.