Wie sehen externe Fahrzeugsteuerungen für ferngesteuerte oder teilautonome Fahrzeuge in der Zukunft aus?

Autonomes Fahren im zukünftigen Straßenverkehr tritt immer stärker in den Fokus. Schon jetzt sind viele technische Voraussetzungen erfüllt und selbstfahrende Fahrzeuge werden im Verkehr getestet. Der Mensch als Fahrer wird trozdem in Zukunft nicht komplett zu ersetzen sein. Viele Aufgaben, die schwer zuautomatisieren sind, werden weiterhin menschliches Interagieren erfordern. Gerade in komplexen Situationen, abseits definierter Umgebungsysteme, können oder müssen Fahrzeuge auch räumlich entkoppelt von Menschen gesteuert werden. Ziel des Gesamtprojektes ist es, eine hochimmersive Fahrer/Cockpit-Umgebung zu erschaffen, die eine intuitive und ergonomisch optimierte Remote Steuerung von Fahrzeugen in spezifischen Szenarien ermöglicht. Die entwickelten Szenarien zeigen dabei ein breites Spektrum von Einsatzmöglichkeiten von Remote-Piloten auf.

2018 gab es in Deutschland 424 Waldbrände. Mit zunehmender Trockenheit steigt die Gefahr und das Auftreten von Waldbränden auch in vormals wenig betroffenen Gebieten. Für die Einsatzkräfte ergeben sich so zukünftig veränderte Anforderungen und Rahmenbedingungen. Um das Risiko für die Einsatzkräfte möglichst gering zu halten, verzichtet man bei der Waldbrandbekämpfung meist darauf, offensiv gegen das Feuer vorzugehen. Man spricht von der passiven Waldbrandbekämpfung, bei der es in erster Linie darum geht eine weitere Ausbreitung des Brandes zu verhindern. Gleichzeitig ist diese Art der Waldbrandbekämpfung mit einem wesentlich höheren Arbeitsaufwand verbunden als die aktive Variante.

Merimna ist ein möglicher Lösungsansatz für diese Problematik: Löschzüge, die von einer Waldbrandzentrale aus gesteuert werden, bekämpfen Waldbrände mit maximaler Effizienz, ohne dabei das Leben von Einsatzkräften zu gefährden. Die Fernsteuerung erlaubt eine Distribution der Fahrzeuge in der Nähe von möglichen Waldbrandgebieten, so dass diese im Ernstfall schnellstmöglich vor Ort sein können. Durch die sichere Distanz zum Brandherd, können die Feuerwehrleute rationalere, effizientere Entscheidungen treffen, um den immer häufigeren Waldbränden aktiv entgegenzutreten. Namesgeber des Fahrzeugs ist der Merimna Atrata, oder auch australischer Feuerprachtkäfer. Er identifiziert durch Infrarotsensoren in seinem Hinterleib Waldbrände auf 50 Kilometer Entfernung und ist lange vor jedem Einsatzfahrzeug dort.

IMMER ALS ERSTER VOR ORT /.
Der vom Unimog inspirierte Alleskönner Merimna kommt mit hochbauenden Portalachsen, die weit über dem Radmittelpunnkt gelafert sind. Die Konsequenz dessen ist eine Bodenfreiheit von einem halben Meter, die den Waldbrandbekämpfer so gut wie jedes Hindernis überwinden lässt. Die Form seiner Karosserie lässt für das Fahrzeug extrem steile Hänge zu einem Kinderspiel werden. Die Gleichlauflenkung des Merimna ermöglicht vorne wie hinten eine maximal präzise Lenkung und den Wendekreis eines Kleinwagens. So ist das Fahrzeug in der Lage zu entkommen, wenn es in eine knifflige Situation manövriert wurde. Bei normaler Fortbewegung wird die Hinterachse festgestellt, um die Lenkung für den Fahrer möglichst einfach zu machen. Außerdem sind die Räder des Fahrzeugs so geformt, dass sie auch in einer Schräglage von über 62 Grad festen Grip haben.

DAS COCKPIT – EGAL WO /.
Die Steuerung der Fahrzeuge erfolgt von einer Waldbrandzentrale aus, deren Ort in Zeiten schneller Datenübertragung relativ frei wählbar ist. Ein Fahrer und ein Löscher teilen sich ein Cockpit mit allen nötigen Steuerelementen in einer Kabine mit einer Front aus intelligentem Glas. Transparenz und Abschottung sind so bei angenehmem Tageslicht möglich. Der Aufbau der Booth ist dabei so konzipiert, dass das Sichtfeld von Fahrer und Löscher jeweils komplett von ihrer Arbeitsumgebung abgedeckt ist, sie jedoch mit einer leichten Drehung ohne Hindernisse miteinander kommunizieren können. Das virtuelle Sichtfeld der Einsatzkräfte stellt sich hierbei auf einem um 180° gebogenen hochauflösenden OLED-Monitor dar. Dies wiederum ermöglicht ein augenschonendes Bild. Der Fahrer genießt eine freie 180°-Sicht, in die alle relevanten Informationen nach dem Augmented Reality Prinzip eingebettet werden.

E-Sweep ist ein weiteres ferngesteuerte Fahrzeug der Zukunft. Tag und Nacht im Einsatz, sorgt dieses Fahrzeug dafür, dass die Stadt sauber bleibt. Eigentlich handelt es sich um ein autonom fahrendes Gefährt, welches nur in außerplanmäßigen Situationen aus einem Büro ferngesteuert wird. Die Rede ist von eSweep – dem Konzept einer elektrisch betriebenen, autonomen Großkehrmaschine für städtischen und stadtnahe Einsatzbereiche. Die Kombination mehrerer moderner und zukünftiger Technologien erschafft die rundum optimierte Version einer Kehrmaschine:

GEFÄHRT /.
Mit 5600 mm Länge, 2300 mm Breite und einer Höhe von 3200 mm ist E-Sweep kürzer und vor allem schmaler als ein Standart LKW. Dieses kompakte Bauform bei war nur durch Weglassen der Fahrerkabine möglich. Die Maße sowie eine Allradlenkung ermöglichen dem Gefährt hohe Wendigkeit. Die beweglichen Kehraggregate sorgen für eine große Flexibilität beim Einsatz in engen Straßen und Parklücken. Ein Kehrgutbehälter mit einem Fassungsvermögen von 6,5 m3, ein Frischwassertank für 1000l Wasser und die Hot Swap Funktionalität der Batterie ermöglichen lange Einsatzzeiten. Der Antrieb ist elektrisch. Das Akkumodul lässt sich per Ameise oder Gabelstapler schnell auswechseln um lange Ladepausen zu vermeiden. Es werden Kehraggregate mit bewährten Roationsbesen und Saugschacht eingesetzt. Die Kehraggregate sind samt schwenkbarem Walzenbesen beidseitig ausgelegt, um auch den linken Randstein auf mehrspurigen Fahrbahnen auskehren zu können. Ein am vorderen Kehrbesen angebrachter Greifarm ermöglicht das Beiseitelegen von Gegenständen, um die Fahrbahn frei zu räumen.

FERNSTEUERUNG /.
In außergewöhnlichen Situationen, in denen menschliche Entscheidungsfähigkeit notwendig ist, ermöglicht die High-Tech Sensorik eine hochimmersive Fernsteuerung. Die Steuerung des Fahrzeug erfolgt konventionell mit Hilfe von Lenkrad und Pedalen und die Bedienung der Reinigungswerkzeuge durch Joysticks. Ein Arbeitsplatz besteht aus Sitz, Tisch, Joysticks, Lenkrad, Tasten und einem gewölbten Display, der eine 180° Grad Ansicht des Geschehens vor Ort wiedergibt. Die Tischplatte der Steuereinheit ist stufenlos höhenverstellbar, ebenso der Stuhl und das Display. Persönliche Profile lassen sich automatisch anfahren. Die Joysticks sind mit OLED-Touchscreens ausgestattet, welche den Nutzer schnell zwischen den mit den Joysticks zu bedienenden Funktionen wechseln lassen und bildet zusätzliche Informationen ab. Der Joystick ist mit einer unter den einzelnen Modulen gleichbleibenden Schnittstelle ausgestattet. Es ist möglich mit nur einem Modul die Steuerung aller mit einem Joystick steuerbaren Funktionen abzudecken. Es ist jedoch auch möglich dafür mehrere Joysticks zu verwenden – sie merken maximale Flexibilität.

Der Rennsport fasziniert seit jeher Millionen von Menschen weltweit. Schnelle Autos und scharfe Kurven haben eine starke Anziehungskraft auf Fans und Fahrer, wobei letztere nicht selten bei riskanten Manövern mit dem eigenen Leben spielen. Dieses Konzept ermöglicht spektakuläre Rennen, in denen die Zuschauer eine nie dagewesene Nähe erfahren und die Piloten – ohne ihr eigenes Leben zu gefährden – all ihre Fähigkeiten am Steuer beweisen können. Das ausbleibende Risiko für die Beteiligten erlaubt im Vergleich zum bisher bekannten Rennsport weitaus riskantere Manöver und schafft somit einen gro-ßen Unterhaltungswert. "IDM Berlin" macht Oberschöneweide zu einem Rennsporterlebnis für Groß und Klein. Es entsteht ein vielseitiges Unterhaltungsprogramm rund um den Rausch der ferngesteuerten Geschwindigkeit – eine Location, nutzbar für alle Arten von Veranstaltungen, die ein neues Zentrum in Berlin schaffen soll. Mittendrin dreht der Prototyp des ferngesteuerten Rennsports seine Runden. Die Fahrerlosigkeit erlaubt dem Boliden eine neue Form der Aerodynamik, und somit ungeahnte Leistungen auf der Rennstrecke. Die kurze Motorhaube und der breite Frontflügel sorgen hierbei für eine starke Bodenhaftung, während die fließenden Linien eine sportlich-harmonische Ästhetik erzeugen. Boxenstops werden in der Formel 1 bereits in wenigen Sekunden abgewickelt. Durch die magnetische Radbefestigung an diesem Konzept entfällt nun auch noch das Schrauben beim Radwechsel – IDM Berlin ist prädestiniert für Rekordzeiten. Das Cockpit macht Geschwindigkeit fühlbar, ohne eine Strecke zurückzulegen. Die äußere Ästhetik lässt bereits erahnen, wie real sich das Fahrerlebnis am Steuer anfühlt. Innen ist alles auf die individuellen Bedürfnisse des Fahrers ausgelegt – das Lenkrad wird mithilfe eines 3D-Scanners angepasst, um optimale Kontrolle über das Fahrzeug zu gewährleisten. Und der Sitz aus E-Textil wird es dem Piloten sehr bequem machen.

In Sandgruben, bei Arbeiten, an steilen Hängen und im unwegsamen Gelände werden bereits autonome Arbeitsmaschinen eingesetzt, doch immer wieder stoßen die selbstständigen Riesen an ihre Grenzen. Und da kommt X-View ins Spiel. X-View ist ein Sicherheitshelm mit einer integrierten Mixed-Reality-Brille, welcher das Lösen niederkomplexer Probleme im autonomen Betrieb von Baustellenfahrzeugen ermöglicht. Es ist mit fast allen herkömmlichen Steuerungsmethoden von Arbeitsfahrzeugen kompatibel, sowohl mit stationären als auch mobilen Fernsteuerungen oder einfach mit der traditionellen Lenkung durch einen Fahrzeugführer im Fahrerhaus.

PROBLEM? – LÖSUNG! /.
Sollten die autonomen Fahrzeuge aufgrund eines Problems zum Stoppen kommen, welches vom Bordcomputer nicht selbst gelöst werden kann, wird der Träger des Helmes mittels Vibration und Tonsignale darauf hingewiesen. Durch die Brille kann er sich einen Überblick verschaffen und im Operationsmenü eine passende Lösung über Touch-, Sprach- oder Gestensteuerung auswählen. Die Steuerungsbefehle sind individuell programmierbar. Zum einen kann man sich mithilfe eines Computers die Basisoperationen aufrufen und diese wiederum individuell anpassen. Zum anderen ist es möglich Aktionen aufzeichnen (z.B. Sand auf Position A aufnehmen und auf Position B abladen) indem man dem Bordcomputer die auszuführenden Aufgaben wiederholt manuell „vorführt“.

HELM /.
Die Grundfunktion des Helmes ist vor allem der Schutz des Trägers. Ein Schutzschild am Hinterkopf und eine austauschbare Schutzfolie auf dem Glas der Brille beugt Kratzern und Verschmutzung vor. Zudem lässt sie sich vom Helm abnehmen, um das Säubern, Programmieren und Laden der Brille zu vereinfachen. Ein schnelles An- und Ausziehen der Brille im Betrieb, wird über eine Kreisbahn ermöglicht.

Bis zu 56 Meter lange LKW befahren tagtäglich die Straßen von Australien, Argentinien, Israel, Kanada und den USA. In nur spärlich erschlossenen Gebieten sind die Road Trains oft die einzige Möglichkeit zum Gütertransport und dabei weitaus wirtschaftlicher als Flugzeuge. Zwar verbessert sich der Komfort in modernen LKW´s stetig, trotzdem ist es nicht leicht sich an ein Leben in der Fahrerkabine zu gewöhnen. Platz-, Komfort-, Hygienemangel und das ständige Reisen machen den Fahrern schwer zu schaffen. In den meisten Fällen wird in den engen Kabinen nicht nur geschlafen, sondern auch gekocht, gegessen, entspannt, TV geschaut - kurz gesagt gelebt. Durch die langen Strecken welche die Road Train Fahrer zurücklegen müssen sind diese oft mehrere Tage, wenn nicht sogar Wochen, alleine unterwegs. Abwechslung bieten nur Stopps an Fernfahrer Lokalen oder Parkplätzen. Die festgelegten Lenk- und Ruhezeiten, der enge Terminplan, die Isoliertheit und das Leben auf engstem Raum führen oft zu Stress und Müdigkeit. Die zwei häufigsten Unfallursachen bei Fernfahrern.

ECTO bietet als Konzept für ferngesteuerte Straßenzüge einen Lösungsansatz für diese Problematik und macht das Steuern der Gigaliner zur Komfortablen Schichtarbeit – effizienter für den Spediteur und weitaus angenehmer für den Fahrer. Die ECTO Steuereinheit ist für die Überwachung und Kontrolle von mehreren autonomen Megalinern gedacht und soll das Eingreifen in Ernstfällen und unvorhergesehenen Situationen ermöglichen. Außerdem sollen die Arbeitsumstände der Fernfahrer durch geregelte Arbeitszeiten und einen fest verorteteten Arbeitsplatz verbessert werden.

Das ECTO Cockpit dient dem Überwachen und Steuern von teilautonomen Road Trains. Jeder Pilot hat Kontrolle über bis zu vier Gigaliner, welche er einzeln oder als Schwarm steuern kann. Der Fahrer kann die autonom fahrende KI des Road Trains bei schwierigen und unvorhergesehenen Situationen unterstützen oder sie ganz ablösen. Solche Situationen treten meist beim Durchfahren von Ortschaften, beim Be- und Entladevorgang und bei schlechten Witterungsverhältnissen auf. Während der Pilot einen ECTO-V kontrolliert verweilen die anderen Straßen-Züge im teilautonomen Modus. Dies führt zu einer weitaus effizienteren Arbeitskraft Nutzung als das herkömmliche Logistiksystem beispielsweise in Australien. Zusätzlich wird durch die enge Zusammenarbeit von Mensch und Maschine ein hoher Sicherheitsfaktor generiert.

BEDIENUNG /.
Bei der Bedienung der Remote Steuerung und den dazu gehörigen Road Trains wurde auf eine Kombination aus Joysticks, Tastatur und Touch Bildschirmen gesetzt. An den Joysticks sind alle weiteren Bedienelemente und Knöpfe, welche wichtig für das Fahren sind, angebracht. So ist gewährleistet, dass der Pilot beim fahren die Hände immer auf der Steuereinheit lassen kann. Für die Bedienung während des Observierungs-Modus wird die Tastatur und mehreren Touch Bildschirme verwendet. So können Befehle ähnlich wie bei einem Computer gegeben werden.

BEDIENPULT /.
Das Bedienpult ist vor allem im Observationsmodus nötig. Mit der Tastatur 2 kann der Pilot sich durch das Interface des ECTO-Cokpits manövrieren und mit seinen Arbeitskollegen in den anderen Steuereinheiten zu verständigen. Geschriebenes und Nachrichten über den Zustand der Fahrbahn, das Wetter oder Warnmeldungen werden auf dem Bildschirm C angezeigt. Monitor B dient dem Anzeigen von Tacho, Reichweite, Abstandsmesser, und anderen Armaturen. Je nach Bedarf können die A Monitore als Seitenspiegel, Navigationsgerät, für die Übersicht der Road Trains oder alles gleichzeitig verwendet werden. Bedienfeld 3 ist für die Einstellungen der Zugmaschine und des Anhängers zuständig. Zusätzlich bietet sie eine Ablage und zwei Getränkehalter.

FEEDBACK /.
Der Pilot ist von mehreren Monitoren umgeben, welche eine realistische, nahezu 1:1 Darstellung der Umgebung des Gigaliners wiedergeben. So ist der Fahrer komplett umschlossen und bekommt beinahe nicht mit das er sich nicht in dem Fahrzeug befindet. allem durch die visuellen Effekte der Bildschirme. Der Pilot ist von mehreren Monitoren umgeben, welche eine realistische, nahezu 1:1 Darstellung der Umgebung des Gigaliners wiedergeben. So ist der Fahrer komplett umschlossen und bekommt beinahe nicht mit, dass er sich nicht im Fahrzeug befindet. Etliche in der Verkleidung verbaute Lautsprecher sorgen für einen 360° Surround-Sound. Dadurch ist es für den Kraftfahrer möglich Geräusche im Umfeld des Road Trains zu lokalisieren. Um das Gefühl des Fahrens noch verstärkt zu vermitteln wurden im Sitz und den Joysticks Force Feedback Komponenten verbaut. Diese sorgen dafür, dass sich der Sitz des Piloten beim Anfahren leicht nach hinten bewegt, beim Bremsen nach vorne oder die Joysticks vibrieren um einen rauen Untergrund zu simulieren.