Automatisiertes Rangieren und automatisierte Zustellfahrten, intelligenter Warenumschlag und Komponenten für automatisierte und elektrifizierte beziehungsweise emissionsarme Fahrzeuge – ZF positioniert sich als Systemkompetenzträger für die Megatrends.
Wie von Geisterhand bewegt rollt der Lkw los und setzt rückwärts zentimetergenau an die Rampe. Dort senkt er das Fahrgestell und stellt so die Wechselbrücke ab, ganz ohne Zutun eines Fahrers. Dann dreht das Fahrzeug eine Runde, bevor es zurückstößt und den BDF-Behälter an der Ladestelle nebenan aufnimmt, dabei sofort den Tunnel präzise trifft. Sauber läuft der Tunnel an den Zentrierrollen entlang. Flugs ist die Chose wieder auf Fahrniveau und der Lkw setzt sich in Bewegung. Das Ganze läuft so gekonnt ab, als ob ein Routinier am Steuer säße. Nur – da ist niemand in der Kabine des DAF XF.
Foto: ZF Friedrichshafen AG
Moderne Technik macht "Geisterfahrten" möglich
Dann taucht ein Hofhund von Terberg auf. Huckepack zieht der sogenannte Terminal Yard Tractor einen Curtainsider, sattelt ihn ab, zieht eine Schleife und nimmt den Auflieger wieder auf. Vor dem Unterfahren gleicht er noch ein wenig die Abweichung zum Kingpin aus, und dann verriegelt die Sattelplatte auch schon mit einem satten Plopp. Dann hebt er die Stützfüße aus, und ab geht’s. Auch hier fehlt der Fahrer in der Kabine. Trotzdem verläuft die Prozedur so, als ob ein Profi am Steuer säße. So stellt sich ZF vor, dass der Umschlag auf geschlossenen Arealen wie Betriebshof, Flug- und Seehäfen künftig verläuft. Der Fahrer soll entlastet werden und seine Lenkzeit schonen. Die Automatisierung erhöhe zudem die Arbeitssicherheit und beuge Anfahrschäden vor. Weder menschliche Schwächen wie Hektik und Müdigkeit noch Dunkelheit und widriges Wetter können die moderne Technik schrecken. Die Automatisierung soll freilich auch dem grassierenden Fahrermangel zumindest ein Stück weit Einhalt gebieten. Doch ohne den Fahrer geht es am Ende doch nicht, auch wenn er erst an der Ausfahrt vom Gelände wieder zum Fahrzeug hinzustößt, während er sich in der Zwischenzeit in einem Pausenraum erholt hat. Nun muss er noch den Behälter verriegeln und die Stützfüße einklappen. Das kann das automatisierte Fahrzeug (noch) nicht. Entsprechende automatisierte Bauteile haben sich bislang nicht am Markt durchgesetzt. Auch müsste am Trailer, den der Hofhund geschleppt hat, noch die Bremse betätigt werden.
Eine Armada technischer Einrichtungen macht die "Geisterfahrten" möglich. Und die sind nur vom Feinsten: Zunächst einmal verfügt der ZF Innovation Truck über das Traxon-Getriebe mit Hybridmodul, mit dessen Hilfe der Lkw die Strecken auf dem Betriebshof auch rein elektrisch und damit lokal emissionsfrei zurücklegen kann. Hinzu kommt die aktive, elektrohydraulisch betätigte Lenkung ReAX. Dass der Lkw auch "sehen" kann, dafür sorgen eine kamerabasierte und laserunterstützte Sensorik, sogenannte Lidar-Sensoren. Diese sind rund um den Lkw verbaut und auch an den Aufnahmen des Wechselbehälters. Hinzu kommt eine GPS-gestützte Navigation. Mit deren Hilfe orientiert sich der Lkw auf dem jeweiligen Gelände, zumindest so lange, wie er das Satellitensignal empfängt. Um auch über Hofbereiche zu steuern, die im Schatten des WLAN-Signals liegen, sind beispielsweise in den Boden eingelassene RFID-Tags als Rückfallebene nötig.
ZF erprobt neue Technolgien im eigenen Werk
Dass die Daten der Sensorik überhaupt in Fahr- und Lenkbefehle, die sogenannte Trajektorie, umgesetzt werden können, ist das Verdienst der ZF-ProAI-Steuerbox. Das gemeinsame Produkt von ZF und dem Chipspezialisten nVidia verleiht dem Truck das nötige Maß an künstlicher Intelligenz. Vergleichbar ausgerüstet ist auch der Hofhund. Auch hier sind es Lidar-Sensoren sowie Kameras, GPS-Navigation und die ProAI-Box, die das autonome Manövrieren ermöglichen. Dieses Fahrzeug ist zudem mit den Systemen des Betriebshofs verbunden. Stationäre Kameras erfassen beispielsweise den Auflieger an der Rampe, ein Computer errechnet sodann die Trajektorie, sendet diese Daten an die Telematik des Hofhunds. Woraufhin der ProAI-Computer die Fahrbefehle erzeugt. Ein Computer verwaltet auch in Echtzeit, wohin welches Fahrzeug wann fahren muss, damit es nicht zu Kollisionen kommt, wenn mehrere automatisierte Fahrzeuge gleichzeitig unterwegs sind. Es muss aber nicht gleich rein autonomes Fahren sein. Die Technologie lässt sich auch nutzen, um dem Fahrer zu assistieren. So liefert der Computer bei Bedarf auch Informationen darüber, wie sich ein Behälter beispielsweise auf dem kürzesten Weg ansteuern und aufnehmen lässt, und spiegelt dem Fahrer diese Informationen auf einem Tablet. ZF nennt diese Funktion den Einspur-Assistenten. Mit dem größten Nutzen für die Effizienz und Transportqualität funktioniert eine solche Technologie eingebettet in ein Logistik-Gesamtkonzept.
Foto: ZF Friedrichshafen AG
Das erprobt ZF derzeit mit einer Modellfabrik im eigenen Werk 2 in Friedrichshafen. Die Modellfabrik arbeitet mit einem optimierten Materialfluss von der Anlieferung bis zur Verarbeitung. Hierbei kann der Werker auf Knopfdruck (der sogenannte deTAGtive-Rufknopf) papierlos Arbeitsmaterialien bestellen. Eine simple Reihe von Leuchtdioden am Knopf signalisiert ihm nach dem Ampelsystem, dass der Ruf abgegangen ist und wann das Material sich auf dem Weg zum Arbeitsplatz befindet. Dabei geht es nicht nur um den Einsatz fahrerloser Transportsysteme (FTS), wie sie in Fabriken seit Jahren vorhanden sind, sondern vielmehr um den Informationsfluss in Echtzeit, der bei allen Beteiligten für Transparenz sorgt, die durch die Vernetzung mit dem Warenhaltungssystem möglich wird. Die FTS lassen sich so priorisieren, sie können überholen oder eigenständig Ausweichrouten suchen, um Durchlaufzeiten bei Bedarf zu optimieren und Pufferspeicher zu reduzieren. Zum ganzheitlichen System gehört auch die Vernetzung mit dem Liefer-Lkw, um Ankunftszeiten vorauszusagen oder auch Abladezeiten auf die Ruhezeiten des Fahrers abzustimmen.
Optionale Predictive-Maintenance-Funktion für das Traxon-Getriebe
Laut Ilker Sari, Leiter der Modellfabrik, entstehen 70 Prozent der Warenbewegungen während des Produktionsprozesses, noch bevor das Material an Maschinen oder der Montage weiterverarbeitet wird. Wer also die Andienung optimal beherrscht, könne Effizienz und Produktivität erheblich steigern. Eine weitere Finesse ist es, die Waren mit Tags auszustatten. Je nach Bedarf können solche Tags verschiedene Informationen sammeln und per Low-Energy-Bluetooth-Übertragung weitergeben. So zeichnen diese Tags beispielsweise Erschütterungen, Temperaturen und Luftfeuchte auf, schädliche Einflüsse, welchen die Güter beim Transport ausgesetzt sind. So kommt Ausschuss gar nicht mehr erst beim Werker an. Ganz nebenbei wird automatisch eine entsprechende Lieferdokumentation erstellt. Mit solchen Logistikkonzepten erklärt ZF mitnichten den Ausstieg aus dem angestammten Komponentenzuliefergeschäft. Vielmehr ist das Gegenteil der Fall. ZF erweitert die Produktpalette um spezielle Bauteile für automatisierte und elektrifizierte Fahrzeuge. Etwa das Traxon-Getriebe mit Parallelhybridmodul, das nun zur IAA in dritter Generation zur Verfügung steht und bis 2019 Vorserienreife erreicht haben soll. Es positioniert zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe eine E-Maschine, die neben der Bereitstellung zusätzlicher (Boosten) oder alleiniger Leistung für den Fahrantrieb auch als Generator (rekuperationsfähig) Nebenverbraucher emissionsfrei betreiben kann. ZF stellt 5 bis 7 Prozent Verbraucheinsparung im Fernverkehr in Aussicht beziehungsweise einen Return on Investment in 1,5 bis 2 Jahren.
Der Standardversion des Traxon-Getriebes spendiert ZF eine optionale Predictive-Maintenance-Funktion. Derart ausstaffiert meldet das Getriebe in Abstimmung mit den tatsächlichen Einsatzbedingungen seinen Wartungsaufwand an. So lassen sich Wartungszeiten nicht nur exakt planen, sondern auch Pannen vorbeugen. Die Fahrzeugbetreiber haben die Zustände wartungsbedürftiger Komponenten und Betriebsmittel ständig im Blick. Dazu sendet das Getriebe die Daten an eine Cloud-Lösung, wo sie ausgewertet werden und worauf die Flottenbetreiber Zugriff haben. Mit dem elektrischen CeTrax-Zentralantrieb in verschiedenen Ausführungen bietet ZF neben der bereits bewährten, aber zugleich aufwendigen und damit kostspieligeren AVE-130-Portalachse mit radnahen E-Motoren (etwa im Mercedes eActros und vor allem in Bussen) einen Plug-and-Play-E-Antrieb an, der in leichten Nutzfahrzeugen genauso wie in schweren Verteiler-Lkw bis 26 Tonnen zulässigem Gesamtgewicht zum Einsatz kommen könnte.
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Der Entwicklungsfahrplan sieht dazu eine Skalierung des CeTrax-Moduls vor. So arbeitet die leistungsstärkste Ausführung mit einer Nennspannung von 650 Volt, während CeTrax mid und lite mit 325 Volt auskommen. Die beiden schwächeren Ausführungen unterscheiden sich maßgeblich in der Zahl der integrierten E-Motoren sowie der Übersetzungsstufe. Für Transporter mit Frontantrieb und Einzelradaufhängung befindet sich zudem der elektrische Achsantrieb eVD in der Serienentwicklung. Hier überschneidet sich das Angebot zu CeTrax lite, wobei der elektrische Zentralantrieb auf einen Einsatz in Transportern mit Heckantrieb und Starrachse abzielt. Mit dem elektrischen Zentralantrieb sollen sich bestehende Fahrzeugplattformen kostengünstig und konstruktiv einfach, nämlich ohne signifikante Änderungen an Fahrwerk, Achsen, Statik und Differenzial, auf Strombetrieb umrüsten lassen. ZF übernimmt auch Homologation und Prüfung des Antriebssystems.
Für Paketboten zählt jeder Handgriff weniger
Für leichte Nutzfahrzeuge hält ZF nicht nur elektrische Antriebe vor, sondern auch neue Funktionen wie die Follow-me-Funktion, mit deren Hilfe das Fahrzeug autonom mit maximal 6 km/h dem Paketboten folgt (automatisiertes Fahren des Levels 4), der derweil Päckchen an der Tür oder einer Paketstation abgibt – zu erleben am ZF Innovation Van, der mit zahlreichen Lidar-Sensoren, Radar und Kameras sowie digitalisiertem Kartenmaterial für diese Aufgaben ausgerüstet ist. Das Fahrzeug reagiert auf Hindernisse wie in zweiter Reihe geparkte Fahrzeuge oder fahrbahnquerende Fußgänger und umfährt diese. Das Auto kann auch zu einer entfernt gelegenen Parkbucht steuern, wenn es sonst im Halteverbot warten müsste. Hinzu kommt ein Algorithmus, der Empfängerwünsche in Echtzeit berücksichtigt und daraus die effizienteste Zustellroute berechnet. Die Zustellinformationen bekommt der Bote beispielsweise auf eine Datenbrille projiziert.
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Mithilfe dieses Fahrzeugkonzepts will ZF den immer weiter steigenden Erwartungen an Paketboten Rechnung tragen, die oft nur wenige Minuten Zeit haben, eine Sendung zuzustellen, um ihr gesamtes Tagespensum zu bewältigen. Jeder Handgriff weniger zählt. Außerdem haben die Kurierdienste mit bis zu 50 Prozent Fehlzustellungen zu kämpfen, worunter auch die Zustellungen fallen, bei denen der Empfänger nicht angetroffen wurde. Er soll daher künftig Zustellzeiten und -ort individueller bestimmen, was schnelle Umplanungen der Touren verlangt. Auch das automatisierte Fahren erfordert spezielle Komponenten. Für besonderen Komfort soll hier die aktive Kabinenlagerung eCAB, eine Weiterentwicklung von CDC (Continuous Damping Control) und von CALM (Cabine Air Leveling Module), sorgen. Während herkömmliche passive Systeme auf äußere Einflüsse wie Bodenunebenheiten reagieren und diese wegdämpfen, kann eCAB aktiv die Kabine bewegen und unangenehmen Bewegungen schon vorausschauend entgegenwirken. Die Bewegungen erzeugt ein spezielles Steuergerät, welches von Sensoren die entsprechenden Signale zum Bewegungszustand bekommt, die Gegenbewegungen errechnet und elektrohydraulisch die eCAB-Module an den vier Lagerpunkten der Kabine ansteuert. eCAB soll künftig beispielsweise während autonomer Fahrten Büroarbeiten in der Kabine ermöglichen.
eCALM wiederum setzt auf dem hydraulisch aktuierten Schwingungsdämpfermodul in Kombination mit einer Luftfeder auf, wobei eCALM elektronisch reguliert wird und so den Luft- und Energieverbrauch verringert, da es bedarfsgerecht arbeitet. Die gesamte Luftanlage könne damit kleiner und leichter dimensioniert werden. Optional lasse sich der Kompressor auch elektrisch betreiben. Wiederum auf leichte, automatisierte Nutzfahrzeuge zielt ein neues Cockpit-Konzept ab. Dazu arbeitet ZF mit Faurecia zusammen. Das Show-Fahrzeug kommt ganz ohne Lenkrad und Pedale aus und lässt sich sowohl vom rechten wie auch vom linken Sitz per Joystick pilotieren. Zudem lassen sich die jeweils relevanten Fahranzeigen oder im autonomen Fahrmodus auch andere Informationen wie E-Mails auf drei breite, tabletartige Monitore projizieren, um Büroarbeiten on tour zu verrichten.
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CES-Studien kommen nach Hannover
Erst auf der Messe CES im Januar, nun bald auf der IAA zu sehen: das modular aufgebaute und autonom fahrende Fahrgestell e.GO Mover. In Aachen soll die Serienproduktion des Fahrzeugs starten. Dazu hat sich ZF laut eigenen Angaben mit der e.GO Mobile zusammengetan, gewachsen aus dem Umfeld der RWTH Aachen, die ja auch den Streetscooter aus der Taufe gehoben haben. Um den städtischen Mobilitätsbedarf der Zukunft zu decken, produzieren die Partner in Aachen zwei Varianten: People und Cargo, sie adressieren also sowohl den öffentlichen Personennahverkehr als auch die Lieferung auf der letzten Meile. ZF ist im Joint Venture für einen großen Teil der Technik zuständig (elektrischer Antrieb, Lenkung, Bremsen und die automatisierten Fahrfunktionen).
Die Steuerung übernimmt ZFs mobiler Superrechner ProAI. Während die People-Variante als Shuttle eingesetzt werden kann, greift der Mover Cargo Lieferdiensten unter die Arme. Dabei ersetzt das Fahrzeug nicht den Menschen, sondern nimmt ihm laut ZF nur die Fahr- und Parkarbeit ab. Das Fahrzeug folge ihm dann selbstständig und emissionsfrei von Haus zu Haus. Die Aufgabe des Paketboten verändert sich damit also vom Fahrer zur Schnittstelle zwischen Lieferdienst und Empfänger.
