Mit dem Konzept des Innovation Tractor zeigt ZF, wie sich Effizienz, Komfort und Sicherheit steigern lassen, wenn intelligente Systeme aus den Bereichen Pkw und Nkw in Off-Highway-Fahrzeugen appliziert werden.
Der Innovation Tractor sieht, denkt und handelt mit Hilfe zahlreicher Kameras und Sensoren, die dessen Umfeld überwachen. Diese optischen Daten sind die Grundlage für verschiedene Assistenzsysteme wie beispielsweise das automatisierte Rangieren oder Ankoppeln. Zudem sorgen das leistungsfähige Generatormodul ZF TERRA+ und ein elektrischer Einzelradantrieb am Anhänger oder am Anbaugeräte für ein optimales Vorwärtskommen im Gelände.
Er ist ein Musterbeispiel für ein intelligentes mechanisches System: der ZF Innovation Tractor. Wegweisende Komponenten und Assistenzfunktionen erweitern den einst marktgängigen Traktor. „Mit unserer Systemkompetenz können wir etablierte Einzelsysteme zu einem vernetzten Verbund kombinieren. Auf diese Weise lassen wir Fahrzeuge sehen, denken und handeln“, so Dr. Harald Naunheimer, Leiter Forschung und Entwicklung der ZF Friedrichshafen AG.
Ein Traktor mit Augen und Gehirn
Die „Sinne“ des Konzeptfahrzeugs bestehen aus sechs Kameras, die auf der Fahrerkabine und der Motorhaube angebracht sind. Ein Rechner generiert aus den gesammelten Daten die räumliche Umgebung des Traktors, also ein Surround-View-Bild (360-Grad-Perspektive). Der Fahrer kann dieses Bild auf einem Tablet in mehreren Ansichten, beispielsweise als TopView, abrufen oder den Bewegungsverlauf des Traktors darstellen lassen.
Mit Hilfe weiterer Kameras im Heckbereich des Traktors wird die Unfallgefahr beispielsweise auf engen Betriebshöfen erheblich reduziert. Diese Kameras mit eigener Rechnereinheit kommen bei automatischen Ankoppelvorgängen zum Einsatz und dienen zudem der Fußgänger-Erkennung. So bietet ZF seinen Kunden im Off-Highway-Bereich Sicherheit und Komfort in noch nie da gewesenem Umfang.
Mechatronische Systeme in Fahrwerk und Antrieb
Notwendig für die automatischen Fahrfunktionen ist eine elektrifizierte Lenkung, die die ZF-Ingenieure in den Regelverbund integriert haben. Im Antriebsstrang ist das ZF-Getriebe TERRAMATIC mit dem Generatormodul ZF TERRA+ verbaut. Diese Systemgeneration kann eine elektrische Dauerleistung von 60 kW bereitstellen und als Stromquelle für elektrische Verbraucher genutzt werden. Die gesamte elektrische Leistung wird in dieser Anwendung dem Anhänger zur Verfügung gestellt. Denn dort findet sich eine weitere wesentliche Innovation: Ein speziell für den Einsatz in Land- und Baumaschinen entwickelter elektrischer Radkopf mit 3-Phasen-Asynchronmotor.
Elektrische Zusatzleistung
Das Zusammenspiel aus Allrad-Funktion am Traktor und der elektrischen Unterstützung aus dem Einzelradantrieb des Trailers ergänzen sich zum optimalen Traktionsmanagement: Das Gespann kann Passagen bewältigen, an denen herkömmliche Fahrzeuge mit Anhänger an ihre Grenzen stoßen. Strecken, die aufgrund von feuchtem oder lockerem Untergrund weniger Halt bieten oder Passagen mit bis zu 30 Prozent Steigung meistert das Gespann so problemlos. Auch ein „Downsizing“ wird durch das ZF-Konzept möglich: Da am Anhänger zusätzliche Leistung bereitsteht, kann die Dimensionierung des Traktors beziehungsweise des Traktormotors kleiner ausfallen. So kann ein Gespann selbst mit einem kleineren Traktor eine höhere Nutzlast bewegen.
Der elektrische Antrieb der Anhängerachse erfolgt über zwei flüssigkeitsgekühlte 3-Phasen-Asynchronmotoren mit hoher Leistungsdichte und einer nachfolgenden Getriebestufe. Die Motoren sind platzsparend in das Radkopfdesign integriert. Optional kann das System mit einer Radbremse ausgestattet werden. Die maximale Nennspannung beträgt 400 Volt. Mit diesem anforderungsgerechten Antriebskonzept können Kräfte schonender auf das Feld übertragen werden und es wäre sogar möglich, die Anhänger von morgen autonom fahren zu lassen.
Automatismus für optimierte betriebliche Abläufe
Die Funktion SafeRange ermöglicht ein fingerleichtes Rangieren des Gespanns: Alle relevanten Fahr- und Lenkbefehle lassen sich dabei über ein Tablet erteilen, auf welchem der Innovation Tractor mitsamt Anhänger von oben skizziert ist. Intuitiv lassen sich die Fahrzeugbestandteile auf dem Bildschirm mit dem Finger nach rechts oder links bewegen. Darauf manövriert das „echte“ Gespann automatisch in diese Richtung. Für das anspruchsvolle Rückwärtsfahren bedeutet dies, dass der Bediener nur die Richtung vorgibt, in die der Anhänger gesteuert werden soll. Alle dafür notwendigen Lenkbewegungen werden vom System berechnet und ausgeführt. Die Fahrgeschwindigkeit gibt der Anwender vor, indem er einen Finger auf dem Bildschirm von innen nach außen über das Traktormodell oder den Anhänger bewegt. Je weiter nach außen der Finger bewegt wird, desto schneller fährt das Gespann. Maximal 4 km/h geht es vorwärts, beim Rückwärtsfahren hingegen beträgt die Maximalgeschwindigkeit 2 km/h. Sobald der Finger vom Bildschirm abgehoben wird oder der Funkkontakt zwischen Tablet und Innovation Tractor abreißt, stoppt das Fahrzeug automatisch. Auch ohne Anhänger lässt sich der Traktor via SafeRange unkompliziert manövrieren. Zusätzlich zum Rangieren per Tablet haben ZF-Ingenieure die innovative Hitch-Detection-Technologie (Automatisches Ankoppeln) entwickelt. Das System erkennt kamerabasiert die exakte Position des anzuhängenden Anbaugeräts in Relation zum Traktor und nähert sich diesem zum Ankoppeln vollautomatisch. Die Winkelwerte der gelenkten Räder werden dabei permanent korrigiert. Dazu arbeitet das System mit speziellen Targets (Zieltafeln) am Anhänger oder Anbaugerät. Die Koppelung erfolgt abschließend manuell.
Damit der Innovation Tractor sowohl beim Ankoppelvorgang wie auch beim Rangieren via Tablet möglichst sicher agiert, verfügt er über die Funktion Pedestrian Detection (Fußgänger-Erkennung). Personen, die sich zwischen Fahrzeug und Anhänger befinden, werden von Kameras identifiziert und deren Standort wird auf dem Tablet angezeigt. Erfolgt keine Reaktion des Fahrzeugführers, stoppt das System das Fahrzeug automatisch. Der unterbrochene Ankoppelvorgang kann erst neu gestartet werden, wenn sich kein Fußgänger mehr zwischen Fahrzeug und Anhänger befindet.
„Mit dem Innovation Tractor haben wir – getreu dem Innovationskonzept von ZF – alle neuen Funktionen, die aus unserer Sicht für das Anwendungsspektrum Landwirtschaft nützlich und für die Zukunft wegweisend sind, in einem Testträger integriert“, so Harald Naunheimer. „Schwerpunkt war dabei, zu demonstrieren, was heute schon möglich und technisch umsetzbar ist.“
