LSP-Systemcheck am virtuellen Gabelstapler

Linde Material Handling etabliert „Hardware in the Loop“-Softwaresimulation als Teststandard für elektronische Steuerungen und Assistenzsysteme

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Mit dem Linde Safety Pilot (LSP) brachte Linde Material Handling im letzten Jahr ein bislang einzigartiges Assistenzsystem für Gabelstapler auf den Markt. Der Linde Safety Pilot überwacht im Betrieb fortlaufend Fahrzeugparameter wie Hubhöhe, Lastschwerpunkt, Lastgewicht und Geschwindigkeit und warnt den Fahrer, sobald er sein Fahrzeug in den Grenzbereich bewegt. Wenn gewünscht, greift das LSP-System aktiv in die Fahrzeugsteuerung ein, verlangsamt z. B. den Stapler oder schränkt die Mastbewegung ein. Damit kann Linde die Sicherheit beim Arbeiten mit Gabelstaplern signifikant verbessern. Parallel zur Entwicklung des LSP bauten die Versuchsingenieure von Linde ein sogenanntes „Hardware in the Loop“-Testverfahren (HIL) auf, das es ihnen ermöglicht, komplexe Systeme wie LSP oder andere elektronische Steuerungen und Systeme an virtuellen Staplermodellen zu prüfen und auf dieser Basis weiterzuentwickeln. Während des StaplerCups 2015 gab Linde Material Handling einem ausgewählten Fachpublikum einen Einblick in sein Versuchszentrum in Aschaffenburg und stellte das neue HIL-Verfahren vor.

Der Linde Safety Pilot war zuerst für die Elektrogabelstapler im Traglastbereich von zwei bis fünf Tonnen verfügbar. In diesen beiden Baureihen bietet Linde Material Handling 34 verschiedene Fahrzeugmodelle an, hinzukommen etliche Mastvarianten und Anbaugeräte – für jede dieser Varianten muss das Assistenzsystem ausgelegt und getestet werden. „LSP für jede verfügbare Fahrzeugvariante im Feld zu testen würde nicht nur den finanziellen Rahmen sprengen, sondern auch viel zu viel Zeit in Anspruch nehmen“, erklärt Hans-Joachim Wenzel. Er blickt auf 27 Jahre Erfahrung in der Konstruktion und im Versuch bei Linde zurück und leitet seit 2003 den Fahrzeugversuch im Entwicklungszentrum von Linde Material Handling. „Mit unserem ‚Hardware in the Loop‘-Verfahren schaffen wir das viel schneller und kosteneffizienter – aber mehr noch: Wir können auch Neuentwicklungen am virtuellen Staplermodell testen und Innovationen rascher zur Serienreife bringen.“ Solche modernen Entwicklungstechnologien müsse man einsetzen, um die technologische Marktführerschaft von Linde zu festigen und weiter auszubauen.

Vom manuellen Steuerungstest zum vollautomatisierten Softwaretest

Nahezu alle Funktionen an einem Gabelstapler von Linde werden heute elektronisch gesteuert. Das Fahrzeug fährt und arbeitet überwiegend „by wire“, ohne direkte mechanische oder hydraulische Kraftübertragung. Die Versuchsingenieure müssen verifizieren, dass alle elektronischen Systeme, insbesondere sicherheitsrelevante wie elektronische Lenksysteme, Maststeuerung per Joystick oder komplexe Assistenzsysteme wie der Linde Safety Pilot, zuverlässig unter allen äußeren Bedingungen funktionieren. Im Fehlerfall müssen die integrierten Sicherheits- und Überwachungssysteme das Fahrzeug in einen sicheren Zustand überführen.

Für diese Tests wurden in der Vergangenheit Fahrzeug und Steuergeräte über Messadapter verbunden und manuell mit Kurzschlüssen, Leitungsunterbrechungen und Störsignalen beschaltet, um z. B. zu prüfen, dass alle aus Sicherheitsgründen redundant ausgeführten Schaltungen auch bei Fehlern keine ungewollte Fahrzeugbewegung zulassen. Das Verfahren erforderte über tausend Einzelprüfschritte, die durchzuführen, zu bewerten und zu dokumentieren waren.

Daraufhin etablierte Linde ein teilautomatisiertes System, das die elektronischen Systeme aber nach wie vor am reellen Fahrzeug testete. Dieses „Vehicle in the Loop“ genannte Verfahren wird nun nach und nach durch das HIL-System abgelöst. Basis für die computergenerierten Softwaremodelle, die den Gabelstapler mit sämtlichen Fahr- und Hubmasteigenschaften virtuell abbilden, sind unzählige Daten aus dem CAD, aus Messungen und Versuchen. Das errechnete Modell wird mittels eines reellen Referenzfahrzeugs validiert und optimiert, bis Simulation und realer Test nahezu gleiche Ergebnisse liefern. So entsteht ein virtueller Modellbaukasten, der alle Bauformen und Ausstattungsvarianten abdeckt und nach dem die Ingenieure ihre Versuchsfahrzeuge im HIL-System konfigurieren. So kann auch der Einfluss von Neuentwicklungen auf die Fahrzeugeigenschaften bewertet werden, ohne dass Prototypen gebaut und getestet werden müssen – zeit- und kosteneffizient.

Virtueller 360-Grad-Blick aus dem Gabelstapler

Softwaregestützte Testverfahren halten im Fahrzeugversuch bei Linde Material Handling aber auch bei Normtests zur Verifizierung der Betriebssicherheit von Gabelstaplern Einzug. Mit dem Softwareunternehmen Renow hat Linde ein IT-System für die Sichtfeldanalyse nach ISO 13564 entwickelt. Mit den CAD-Daten wird darin eine 3-D-Ansicht des Fahrzeugs erzeugt und der Entwicklungsingenieur kann mit einer Datenbrille die Sichtverhältnisse aus der Fahrerposition in einer 360-Grad-Rundumsicht bewerten. Schon in der Entwicklungsphase können so Sichttests normgerecht ausgeführt, aber auch neue Hubmastkonzepte geprüft und verbessert werden, um die optimale Mastdurchsicht zu gewährleisten.

110 Ingenieure und Facharbeiter verifizieren das Leistungsversprechen von Linde

„Unsere Fahrzeuge stehen seit Jahrzehnten für Sicherheit, Robustheit, Leistungsfähigkeit und nicht umsonst sind Linde Stapler oft in extremen Anwendungen unterwegs“, betont Hans-Joachim Wenzel. „Gemeinsam mit der Entwicklung arbeitet der Versuch daran, dass unsere Fahrzeuge hier mit jeder neuen Baureihe wieder die Standards setzen und von Baureihe zu Baureihe besser werden.“ Die neuen IT-gestützten Testverfahren seien dabei nur ein Teil eines umfassenden Versuchsprogramms, in dem Linde Material Handling sicherstellt, dass die Fahrzeuge gesetzliche Normanforderungen bei der Sicherheit und darüber hinaus die selbst gesteckten Anforderungen des Unternehmens auch im harten Arbeitseinsatz erfüllen.

Dafür hat Linde eine Vielzahl eigener Testverfahren entwickelt und ein Versuchszentrum mit sechs Teststrecken und Fahrparcours, 25 Großprüfständen für Komponententests sowie eine Vielzahl von Kleinprüfständen aufgebaut. Dort arbeiten 110 Ingenieure, Facharbeiter und Testfahrer, die Baugruppen und Komponenten monatelangen Dauerbelastungstests unterziehen, die Kippstabilität der Fahrzeuge prüfen, deren Einsatztauglichkeit bei extremen Temperaturen testen und die Auswirkungen von Unfällen auf das Fahrzeug und die Sicherheit des Fahrers messen und bewerten. Auch hier wird eine ganze Reihe von Crash- und Anfahrtests durchgeführt, werden Lasten und Gegenstände auf die Stapler fallen gelassen und Bauteile wie Batterietüren mit Staplerzinken angefahren, um sicherzustellen, dass Fahrer und Umfeld sicher sind.