IDEA - Innovative Depot-Automatisierung
Inhaltsverzeichnis
Rahmendaten
Projektlaufzeit: 01.04.2023 – 31.12.2024
Gefördert durch: Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV)
Budget: 3,5 Mio. €
Förderung: 2,9 Mio. € (1,7 Mio. € TU-Dresden)
Motivation
Die Steigerung der Automatisierung in Depots von Verkehrsunternehmen ermöglicht perspektivisch die Reduktion des Personaleinsatzes. Speziell Aufgaben wie das Fahren zur Waschanlage, Tankstelle/Ladestation oder das Parken der Busse am Ende der Schicht eignen sich mit ihrer Automatisierung zur Reduktion der Personalkosten sowie der Entbindung des Fahrpersonals von Aufgaben am Ende einer Schicht.
Durch Depot-Managementsysteme sowie bereits in modernen Fahrzeugen vorhandene Komponenten sind die Voraussetzungen für eine zunehmende Automatisierung der Betriebshofprozesse prinzipiell gegeben, jedoch fehlen eine geeignete Infrastruktur sowie standardisierte Schnittstellen zur Verknüpfung der Teilsysteme. Hier setzt das Projekt IDEA an.
Projektziele
Das Projekt IDEA hat das Ziel, die Automatisierung von Depots öffentlicher Verkehrsunternehmen mittels innovativer funkbasierter Kommunikation zwischen automatisierten Fahrzeugen sowie einem Depot-Managementsystem über ein 5G-Campus-Netzwerk zu erforschen:
- Erforschung geeigneter Architekturen und Schnittstellen, um die Kommunikations- und Ortungsfunktionalitäten des 5G-Campusnetzes für die Depotautomatisierung nutzbar zu machen
- Erforschung der Standardisierungsanforderungen für die Depotautomatisierung, um diese in entsprechende Standardisierungsaktivitäten auf nationaler und internationaler Ebene münden zu lassen
- Evaluierung der notwendigen Ortungsgenauigkeit für das automatisierte Fahren und Andocken von Fahrzeugen im Depot
- Aufrüstung eines konventionellen 18m Gelenkbusses für Realversuche zur Validierung der Funktionen der Depotautomatisierung
Schwerpunkte der Professur für Fahrzeugmechatronik
Die inhaltlichen Schwerpunkte der Professur für Fahrzeugmechatronik im Projekt IDEA liegen in der Bereitstellung und Um-/Aufrüstung mehrerer automatisierter Fahrzeuge sowie der Erprobung der Wirkkette von 5G-Kommunikation – 5G-Lokalisierung – Fahrzeugsteuerung und der Untersuchung von Störeinflüssen und Fehlerfällen auf die Sicherheit der Automatisierungssysteme.
Unsere Aufgaben umfassen unter anderem:
© Ansgar Dietermann
Projektleiter
NameDr.-Ing. Steffen Kutter
Eine verschlüsselte E-Mail über das SecureMail-Portal versenden (nur für TUD-externe Personen).
- Erstellung eines möglichst minimalen bzw. kostengünstigen Sensorkonzeptes für spätere Nachrüstlösungen und die Evaluation in entsprechenden Simulationsumgebungen
- Prototypische Integration von Sensoren in einen konventionellen 18m Gelenkbus
- Entwicklung und Auslegung von Fahrzeugreglern und Automatisierungsfunktionen für große Nutzfahrzeuge (z.B. Gelenkbusse) sowie die Integration einer Schnittstelle zum Depot-Management in die Fahrzeuge
- Umfangreiche Untersuchung der Systeme in Realversuchen zur Evaluation und Validierung der Forschungsvorhaben
Projektverlauf
Das Gelände in Torgau soll im Projekt IDEA als Reallabor für die Versuchsdurchführung zur Validierung der zuvor in Simulationen entwickelten Fahrfunktionen dienen. Zudem soll hier ein 5G-Campusnetz zur unterbrechungsfreien Indoor- und Outdoor-Lokalisierung aufgebaut werden.
Bei der ersten Begehung durch die Professur für Fahrzeugmechatronik wurde das Gelände mit unserem eCrafter aus dem Projekt ABSOLUT mittels Lidar-Sensoren kartiert. Zudem wurden kritische Bereiche für den Aufbau der Simulationsumgebung vermessen und erste Untersuchungen zur Güte der Lokalisierung des Fahrzeug mittels GNSS durchgeführt.
3D Lidar-Karte des Geländes in Torgau
Durch den Einbau eines Drive-by-Wire-Systems (DBW) wird der Bus für die computerbasierte Steuerung ertüchtigt. Die Einbindung von mechanischen Aktoren an der Lenksäule sowie dem Bremspedal ermöglichen die Bestätigung dieser über ein CAN-Signal, welches etwa vom Hauptsteuerrechner aus der automatisierten Manöverplanung erzeugt wird. Da bereits ein elektronisches Gaspedal im Fahrzeug verbaut ist, ist lediglich eine elektrische Verbindung mit einem Steuergerät des DBW-Systems für die computerbasierte Ansteuerung notwendig. Ebenso ermöglicht die CAN-Schnittstelle mittels Kommunikation nach außen über z.B. 4G/5G auch eine Fernsteuerung des Fahrzeugs.
Das DBW ist dabei mehrfach redundant in der Zahl der Steuergeräte, der Stellmotoren, der Potentiometer zur Bestimmung der Motorposotionen, der CAN-Leitungen und der Signale auf dem CAN-Bus ausgelegt. Darüber hinaus besitzt das System eigene Batterien im Falle einer Spannungsunterbrechung. Eine Übersteuerung des Systems sowie die Betätigung der Bremse durch den Sicherheitsfahrer ist jederzeit und in allen Fahrsituationen möglich.
Eine erste öffentliche Demonstration des Systems fand bei der Langen Nacht der Wissenschaften an der TU Dresden am 14.06.2024 statt.
Zur Langen Nacht der Wissenschaften 2024 demonstrierten wir für alle Interessierten die Funktion des eingebauten Drive-by-Wire-Systems in unserem 18m langen Citaro Gelenkbus auf dem Gelände des Fahrzeugtechnischen Versuchszentrums (FVZ) in der Nähe des Wasaplatzes.
Gäste allen Alters konnten mit einem XBox-Controller die Lenkung und Bremse des Busses selber ansteuern und das Drive-by-Wire-System in Aktion sehen. Es gab viele gute Gespräche und Fragen zu Drive-by-Wire, Umfeldsensoren und der Fahrzeugautomatisierung. Für die rege Teilnahme sowie die vielen guten und auch kritischen Fragen bedanken wir uns recht herzlich.
Projektpartner
Hochpräzise Fahrzeugortung sowie hybride echtzeitfähige Fahrzeugvernetzung (5G-Kommunikation und 5G-Lokalisierung), Realisierung Multi-RAT Lokalisierung, Depotautomatisierung
Modellierung eines gemeinsamen digitalen Zwillings zur Verwendung in der 3D-Funknetzplanung und dem autonomen Rangieren; 3D-Funknetzplanung eines R16+ 5G Netzes unter Beachtung der Ortungsfunktionen
Systemintegration, Standardisierung und Definition der Schnittstellen zum Depot-Managementsystem
