Redundanzkonzepte und Automatisiertes Fahren: Knorr-Bremse treibt Systeme für Level-4-Architektur voran

Bernd Spies, Mitglied des Vorstands der Knorr-Bremse AG und verantwortlich für die Division Systeme für Nutzfahrzeuge: „Knorr-Bremse entwickelt seine Redundanzlösungen für Lkw konsequent zur Marktreife weiter. Denn mit unserem Erfahrungshintergrund besitzen wir das nötige Know-how und die Fähigkeiten, um Redundanzsysteme für Bremse, Lenkung und Energieversorgung zu realisieren und unsere Kunden damit für SAE-Level 4 zu befähigen. Bereits heute können wir bei Lkw der Automatisierungslevel 2 bis 4 für hohe Systemverfügbarkeit und Sicherheit im Fahrbetrieb sorgen. Wir suchen wir den frühzeitigen Kontakt zu unseren Kunden, um mögliche Use Cases und darauf zugeschnittene Redundanzkonzepte zu diskutieren. Beispielhaft und praxisnah ist unser Engagement für das Förderprojekt ATLAS-L4. Hier sind wir mit der redundanten Bremssystemarchitektur inklusive Lenkungsredundanz durch Steer-by-Brake vertreten und haben ein dazugehöriges Sicherheitskonzept entwickelt. Der Prototypen-Lkw ist bereits erfolgreich auf der Teststrecke unterwegs.“

Eine steigende Automatisierung erfordert Redundanzsysteme. Künftig werden immer mehr Funktionen und damit Verantwortlichkeiten vom Menschen auf die Maschine übergehen. Ziele der Automatisierung der Fahraufgabe sind die Bewältigung des Fahrermangels, höhere Verkehrssicherheit sowie niedrigere Total Cost of Ownership (TCO) für die Betreiber. Voraussetzung eines erfolgreichen automatisierten Fahrbetriebs sind eine hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit der Fahrzeuge, was u.a. redundante, das heißt ausfallsichere Brems-, Lenkungs- und Energiemanagementsysteme bedingt. Redundanz bedeutet jeweils die unabhängige Funktion primärer und sekundärer Systeme, systematische Fehlererkennung und -behandlung sowie die gegenseitige Systemüberwachung. Die Herausforderungen für Knorr-Bremse bei der Realisierung der redundanten Funktionskomponenten ergeben sich aus der gestiegenen Komplexität, bedingt durch u. a. gestiegene Sicherheitsanforderungen, zusätzliche und modifizierte Komponenten, neue Schnittstellen sowie aufwendigere Validierung und Verifizierung der Gesamtsysteme. Hinzu kommen veränderte Arbeitsweisen durch neue Prozessrahmenwerke bei der Entwicklung sicherheitskritischer Komponenten. Knorr-Bremse hat hierfür die notwendige Erfahrung und Expertise, um unter diesen Rahmenbedingungen kostenoptimierte Systemlösungen für sämtliche neuen Anwendungen zu entwickeln.

Knorr-Bremse kennt die Kundenanforderungen und bietet passende Produktkonzepte.

Knorr-Bremse beherrscht die sicherheitsrelevanten Aktuatoren, kennt die globalen Kundenanforderungen und Hindernisse und fungiert damit als Enabler des hochautomatisierten Fahrens. Vor dem Hintergrund unsicherer, zukünftiger Stückzahlentwicklungen und technischer Hürden werden Skalierbarkeit und Modularität und damit Flexibilität zum Erfolgsfaktor. Genau darauf fokussiert sich Knorr-Bremse durch modulare Level 2 Systeme, die sich durch zusätzliche oder modifizierte Baukasten-Komponenten zu Level 4 Systemen erweitern lassen.

Die erlangten Kompetenzen und der Einsatz von ausfallsicheren Aktuatoren werden künftig über das Automatisierte Fahren hinaus nutzbar und in neue Lkw-Technologien transferiert. Beispiele dafür sind unter anderem X-by-Wire-Technologien wie elektro-mechanische Bremssysteme (EMBS) und Steer-by-Wire-Lenksysteme.

Knorr-Bremse Systeme steigern die Sicherheit und Verfügbarkeit automatisierter Lkw für verschiedene Anwendungsfälle. Die Skalierbarkeit der Produkte zeigt sich durch verschiedene Konzepte mit dem Ziel, den Lkw auch im Falle fehlerhafter sicherheitsrelevanter Funktionen je nach Anwendung sicher zum Stehen zu bringen. Mögliche Anwendungsfälle reichen dabei von der Ausführung eines Mimimum Risk Maneuvers (limp-aside) über die Weiterfahrt mit reduzierter Systemfunktionalität (limp-home) bis hin zur Erfüllung der Transportaufgabe mit annähernd gleicher Systemperformanz (mission-complete).  

Redundanzsysteme von Knorr-Bremse

Knorr-Bremse hat folgende Produkte, die vor der Markteinführung stehen, nach State-of-the-Art-Methoden für das Bremssystem, die Lenkung und das Power Management System entwickelt:

• Bremssystem rGSBC. Wer auf die neue Bremsteuerung Global Scalable Brake Control (GSBC) setzt, wird diese kostenoptimiert zum redundanten System für HAD erweitern können (rGSBC). Der modulare Ansatz der Bremssteuerung GSBC reduziert die bisherige Komponentenvielfalt auf eine einzige technische Brake-Control-Plattform. Damit werden einfachere Systemlayouts ermöglicht und Komponenten, Gewicht sowie Einbaukosten eingespart. Diesen modularen Weg verfolgt Knorr-Bremse konsequent weiter mit dem redundanten Bremssystem und setzt auf eine größtmögliche Wiederverwendbarkeit der existierenden Komponenten in Verbindung mit nur wenigen modifizierten oder neuen Systembausteinen.
• Lenkung EPS. Neben der Serienumsetzung der vollelektrischen Lenkung, fail-safe, Electric Power Steering (EPS) entwickelt Knorr-Bremse die redundante Ausführung der EPS. Die rEPS bietet eine ausfallsichere Lenkfunktionalität. Dies ist für den Einsatz bei autonomen Fahrzeugen, elektrisch oder konventionell angetrieben, von entscheidender Bedeutung. Bei der rEPS sind sowohl der Elektromotor als auch die elektronische Steuerung (Hard- und Software) jeweils redundant ausgeführt. Durch die Kombination einer rEPS mit der Steer-by-Brake-Funktionalität kann eine weitere Redundanzebene geschaffen werden. Konzeptbedingt ist dies nur mit dem Knorr-Bremse EPS-System möglich. Diese Kombination ermöglicht es autonomen Fahrzeugen ihre Missionen selbst bei kritischen Ausfällen selbsttätig zu erfüllen. Mit diesem Setup der vollelektrischen EPS-Lenkung hat Knorr-Bremse somit die Voraussetzungen für Steer-by-Wire, die elektrische Lenkung ohne mechanische Verbindung zwischen Lenkrad und Lenkaktuator, geschaffen. Hierbei werden die vom Fahrer auf das Lenkrad übertragenen Bewegungen elektronisch erfasst und als elektronische Signale an die Achse übertragen. Dort führt dann die EPS von Knorr-Bremse die Lenkbewegung aus.
• Redundantes Power Management System (rPMS). Die Anzahl elektrischer Systeme im Fahrzeug steigt, damit wächst der Energiebedarf und die Bordnetz-Architektur muss neuen Sicherheitsanforderungen gerecht werden. Das rPMS sichert die Energieversorgung für sicherheitsrelevante Systeme wie vollelektrische Lenkungen, die Bremssteuerung sowie auch für Steuergeräte und Sensoren für das automatisierte Fahren. Zwei vollkommen unabhängige elektrische Versorgungskreise gewährleisten höchste Systemverfügbarkeit und erhöhen durch ausfallsicheren Betrieb signifikant die Sicherheit im Nutzfahrzeug.
• Truck Motion Controler für optimierte Längs- und Querdynamik. Der Truck Motion Controler (TMC) führt alle aktiven Aktuatoren (Bremse, Lenkung, Antriebseinheiten) zur Steuerung auf einer gemeinsamen Ausführungsebene zusammen, übersetzt Fahrbefehle in einzelne Aktuatorbefehle und vereinfacht somit die Schnittstelle zum virtuellen Fahrer. Durch die Kenntnis der fahrzeugspezifischen Eigenschaften und Limits vermag der TMC auch in kritischen Fahrsituationen eine verlässliche Fahrzeugführung sicherzustellen. Mögliche Aktuatorfehler kann der TMC im Rahmen der Redundanzsteuerung erkennen, handhaben und durch intelligente Kombination anderer Aktuatoren kompensieren.
• Fahrerassistenzsysteme (ADAS). Knorr-Bremse unterstreicht mit Fahrerassistenzsystemen (ADAS, Advanced Driver Assistance Systems) der nächsten Generation seine Position als zuverlässiger Partner bei der Weiterentwicklung von Sicherheitstechnologien für Nutzfahrzeuge. Knorr-Bremse ist ein präferierter Partner bei der Umsetzung der seit 7. Juli 2024 für Erstzulassungen geltenden EU-Richtlinie GSR II (General Safety Regulation) z. B. mit den Kollisionswarnsystemen Blind Spot Information System (BSIS) und dem Moving Off Information System (MOIS), das vor der möglichen Kollision mit Fußgängern und Radfahrern beim Anfahren warnt. Ein neues, zukunftsweisendes Fahrassistenzsystem präsentiert Knorr-Bremse mit dem Fusion Front ADAS. Es detektiert mit der Fusion von Frontkamera und -radar die Informationen komplexer Verkehrssituationen und relevanter Objekte.  Knorr-Bremse Fusion Front ADAS beinhaltet u.a. den Fußgänger detektierenden Notbremsassistenten PAEBS (Pedestrian Advanced Emergency Braking System) sowie den Spurhalteassistenten LKA (Lane Keeping Assist). Das System bildet auch die gesetzlich vorgeschriebenen Funktionen des Notbremsassistenten (Advanced Emergency Braking System) und des Spurhaltewarnsystems (Lane Departure Warning) ab.

Treffpunkt bei Knorr-Bremse: Halle 12, Stand C21

Knorr-Bremse präsentiert beim Branchentreff der IAA Transportation in Hannover sein innovatives Leistungsangebot für die Mobilität von heute und morgen. Dabei setzt Knorr-Bremse auf den persönlichen und multimedial gestützten Fachaustausch, um alles über die Ideen und Pläne der Kunden zu erfahren. Knorr-Bremse heißt all seine Gäste willkommen auf der IAA TRANSPORTATION vom 17. bis 22. September 2024 in Hannover, Halle 12, Stand C21.