Thema und Motivation

Der Betrieb von Bau- und Landmaschinen unterliegt besonders hohen Anforderungen an Effizienz, Präzision und Sicherheit. Automatisiertes und perspektivisch auch autonomes Arbeiten sind hierbei wichtige Konzepte, deren Umsetzung für die Zukunftsfähigkeit einschlägiger Produkte entscheidend werden kann. Der Betrieb  von Bau- und Landmaschinen unterscheidet sich hierbei in verschiedenerlei Hinsicht von dem  Anwendungsfeld „Autonomes und vernetztes Fahren“ im Straßenverkehr auf digitalisierten Straßen, so dass  eine separate – aber koordinierte – Betrachtung dieses Anwendungsfeldes notwendig wird. Besonderheiten  des Anwendungsfeldes Bau- und Landmaschinen sind unter anderem die Nichtverfügbarkeit digitalisierter  Karten, die Notwendigkeit eine sehr genaue relative und absolute Lokalisierung zur Verfügung zu stellen, die  sehr hohe Bedeutung von koordinierten Einsatz von Fahrzeugflotten (mit weit über Platooning hinaus  gehenden Anforderungen) und die Notwendigkeit, auch bei unzureichender Funknetzabdeckung durch  Netzwerkbetreiber (oder bei nicht kooperierenden Netzwerkbetreibern) eine lokale „5G“  Kommunikationsinfrastruktur zur Verfügung zu stellen, welche autark aber auch eingebunden in  Weitverkehrsnetze arbeiten kann. Letzteres ist zum Beispiel für die Erschließung von Exportmärkten eine  wichtige Anforderung. Der Begriff „5G“ umfasst hier die Gesamtmenge aller zellularen Technologien also  Edge, HSDPA, LTE, LTE-A und die neuen 5G Luftschnittstellen. 

Ziel dieses Projektvorschlags

Ziel dieses Vorschlags ist es eine lokale, mobil mitführbare und infrastrukturlose „Taktile  Internet“-Vernetzungslösung zu erforschen, die lokal dieselben Anforderungen erfüllt wie das „5G Taktile  Internet“, sich automatisch als Erweiterung in bestehende Weitverkehrsnetze einfügt und somit eine  dynamische und bedarfsangepasste Erweiterung des 5G Netzes darstellt, zusätzlich integrierte hochpräzise Lokalisierungslösungen zur Verfügung stellt und die besonderen Anforderungen der adressierten  Anwendungen unterstützt.

Die zu entwickelnde Lösung soll als bedarfsangepasste lokale Erweiterung der 5G Netze von Mobilfunkbetreibern dienen und somit nicht nur in den adressierten Anwendungsfällen sondern in allen Fällen zum Einsatz kommen, in denen schnell, gegebenenfalls zeitlich temporär und möglicherweise unabhängig von lokalen Netzwerken eine 5G-artige Vernetzung zwischen Fahrzeugen und örtlichen platzierten Maschinen benötigt wird. Das 5G-AMMCOA Vernetzungskonzept ist somit auch eine Schlüsselkomponente für 5G-enabled Exportprodukte aller Industrieausstatter, Fahrzeughersteller und Medizinproduktehersteller.

Die 5G-AMMCOA Lösung soll zum Beispiel in Form von On-Board Units in Fahrzeugen implementiert werden, die sich in derartigen Anwendungsszenarien selbständig vernetzen können und um dann hochgradig vernetze Arbeitsprozesse zwischen mobilen Maschinen zu realisieren. Als Anwendungsfälle sollen 3 verschiedene  Szenarien untersucht werden. Zum einen sollen typische Beladevorgänge zwischen einem Bagger und einem  LKW autonom durchgeführt werden. Hierbei soll der Bagger sich an die Position des LKWs anpassen bzw. eine  geeignete Aufladeposition an den LKW übermitteln. Der zweite Anwendungsfall beschäftigt sich mit  landwirtschaftlichen Überladevorgängen, wie sie beispielsweise beim Abernten zwischen Mähdrescher und  Traktor vorkommen. Hierbei muss eine genaue relative Positionierung erfolgen.

Des Weiteren erfordert das Wechseln der Transportfahrzeuge eine genaue zeitliche und örtliche Abstimmung der Fahrzeuge sowie eine effiziente Bewegungsplanung der Fahrzeuge. In einer dritten Anwendung soll ein Straßenfertigungsszenario untersucht werden. Dabei besteht die Herausforderung in der Koordinierung der unterschiedlichen Baumaschinen wie Straßenfertiger, Beschicker, Walzen und LKWs. Da der Straßenfertiger 1 einen kontinuierlichen Massenstrom benötigt, müssen der Beschicker und die LKWs entsprechend koordiniert werden. Basierend auf der Bewegung des Straßenfertigers sollen der Beschicker und die Straßenwalzen zur  Verdichtung des Materials autonom gesteuert werden.