Mit dem Konzept des Innovation Tractor zeigt die ZF Friedrichshafen AG, wie sich Effizienz, Komfort und Sicherheit steigern lassen, wenn intelligente Systeme aus den Bereichen Pkw und LkW auf landwirtschaftliche Fahrzeuge übertragen werden.

Der Innovation Tractor ist mit Kameras ausgestattet, die dessen Umfeld überwachen. Diese optischen Daten sind die Grundlage für Assistenzsysteme, die es ermöglichen, das Fahrzeug teilautonom oder mit Hilfe von mobilen Endgeräten außerhalb der Fahrerkabine zu rangieren und so zum Beispiel das Ankoppeln von Anbaugeräten zu erleichtern. Kameras mit Personenerkennung machen diese wichtigen Abläufe eines landwirtschaftlichen Betriebs zudem sicherer.

Für die Elektrifizierung des Antriebsstrangs wurde der Innovation Tractor mit dem leistungsfähigen Generatormodul ZF TERRA+ ausgestattet. Außerdem sorgt ein elektrischer Einzelradantrieb für Anhänger und Anbaugeräte mit Hilfe eines speziell entwickelten Traktionsmanagements für optimales Vorwärtskommen im Gelände.

Basis des Innovation Tractor ist ein marktgängiger Traktor, den ZF mit wegweisenden Komponenten und Assistenzfunktionen angereichert hat. „Mit unserer Systemkompetenz können wir etablierte Einzelsysteme zu einem vernetzten Verbund kombinieren. Auf diese Weise lassen wir Fahrzeuge sehen, denken und handeln“, so Dr. Harald Naunheimer, Leiter Forschung und Entwicklung der ZF Friedrichshafen AG.

Augen und Hirn

Die „Sinne“ des Konzeptfahrzeugs sind sechs Kameras, die auf der Fahrerkabine und an der Motorhaube angebracht sind. Die gesammelten Daten werden computergesteuert ausgewertet. Der Rechner generiert aus den Kamerabildern die räumliche Umgebung des Traktors und letztendlich ein Surround-View-Bild. Der Fahrer kann dieses Bild auf einem Tablet in mehreren Ansichten, beispielsweise als TopView, abrufen. Er kann sich aber auch den Bewegungsverlauf des Traktors darstellen lassen.

Weitere Kameras im Heckbereich des Traktors, die über eine eigene Rechnereinheit verfügen, kommen bei den automatischen Ankoppelvorgängen wie auch bei der Fußgänger-Erkennung während des Gerätewechsels zum Einsatz. ZF ist in der Lage seinen Kunden im Off-Highway Bereich Sicherheit und Komfort in noch nie da gewesenem Umfang zur Verfügung zu stellen. So wird beispielsweise die Unfallgefahr auf engen Betriebshöfen mit diesen Systemen erheblich reduziert.

Mechatronische Systeme in Fahrwerk und Antrieb

Notwendig für die automatischen Fahrfunktionen ist eine elektrifizierte Lenkung, die die ZF-Ingenieure in den Regelverbund integriert haben. Im Antriebsstrang ist das ZF-Getriebe TERRAMATIC mit dem Generatormodul ZF TERRA+ verbaut. Diese Systemgeneration kann eine elektrische Dauerleistung von 60 kW bereitstellen und als Stromquelle für elektrische Verbraucher genutzt werden. Die gesamte elektrische Leistung wird in dieser Anwendung dem Anhänger zur Verfügung gestellt. Denn dort findet sich eine weitere wesentliche Innovation: Eine speziell für den Einsatz in Land- und Baumaschinen entwickelter elektrischer Radkopf mit 3-Phasen-Asynchronmotor.

Elektrische Zusatzleistung

Das Zusammenspiel aus Allrad-Funktion am Traktor und der elektrischen Unterstützung aus dem Einzelradantrieb des Trailers ergänzen sich zum optimalen Traktionsmanagement: Das Gespann kann Passagen bewältigen, an denen herkömmliche Fahrzeuge mit Anhänger überfordert wären. Strecken, die aufgrund von feuchtem oder lockerem Untergrund weniger Halt bieten meistert das Gespann so problemlos. Sogar bei Anstiegen von bis zu 30 Prozent kommt der Versuchstraktor mit elektrischer Unterstützung durch den Anhänger noch voran, so der Hersteller.

Auch ein Downsizing wird durch das ZF-Konzept möglich: Weil am Anhänger zusätzliche Leistung bereit steht, kann die Dimensionierung des Traktors oder des Traktormotors kleiner ausfallen – ideal für Anwender, die sich nur deshalb für viel Leistung im Traktor entscheiden, weil sie ab und an mit voll beladenem Anhänger unterwegs sind. So kann ein Gespann selbst mit einem kleineren Traktor eine höhere Nutzlast bewegen.

Der elektrische Antrieb der Anhängerachse erfolgt über zwei flüssigkeitsgekühlte 3-Phasen-Asynchronmotoren mit hoher Leistungsdichte und einer nachfolgenden Getriebestufe. Die Motoren sind platzsparend in das Radkopfdesign integriert. Das System kann optional mit einer Radbremse ausgestattet werden. Die Nennspannung beträgt 400 Volt. Mit dem anforderungsgerechten Antriebskonzept können Kräfte schonender auf das Feld übertragen werden und es wäre sogar möglich, die Anhänger von morgen autonom fahren zu lassen.

Automatische Fahrfunktionen optimieren betriebliche Abläufe

Mit der Funktion SafeRange wird das Gespann von außen in Sichtweite ferngesteuert. Alle relevanten Fahr- und Lenkbefehle lassen sich dann über ein Tablet erteilen. Auf dessen Bildschirm sind Innovation Tractor mitsamt Anhänger von oben skizziert abgebildet. Intuitiv lassen sich die Fahrzeugbestandteile auf dem Bildschirm bewegen. Mit dem Finger zieht man den Traktor oder den Anhänger auf dem Bildschirm nach rechts oder links und das „echte“ Gespann manövriert genau in diese Richtung.

Für das anspruchsvolle Rückwärtsfahren bedeutet dies, dass der Bediener nur die Richtung vorgibt, in die der Anhänger gesteuert werden soll. Alle dafür notwendigen Lenkbewegungen werden vom System berechnet und ausgeführt. Die Fahrgeschwindigkeit gibt man vor, indem man den Finger auf dem Bildschirm von innen nach außen über das Traktormodell oder den Anhänger bewegt. Je weiter außen sich der Finger befindet, desto schneller fährt das Gespann. Maximal 4 km/h geht es vorwärts, beim Rückwärtsfahren beträgt die Maximalgeschwindigkeit 2 km/h. Sobald der Finger vom Bildschirm abgehoben wird, stoppt das Fahrzeug automatisch. Dasselbe geschieht, sollte der Funkkontakt zwischen Tablet und Innovation Tractor jemals abreißen. SafeRange steht auch für das Rangieren des Traktors ohne Anhänger zur Verfügung.

So komfortabel diese Funktion beim freien Rangieren ist – beim Ankoppeln von Arbeitsgeräten kann auch das Manövrieren per Tablet mühsam werden. Deshalb haben die ZF-Ingenieure diese Vorgänge über die Funktion Hitch Detection (Automatisches Ankoppeln) automatisiert. Das System erkennt kamerabasiert die exakte Position und Winkel des anzuhängenden landwirtschaftlichen Anbaugeräts in Relation zum Traktor und nähert sich zum Ankoppelvorgang automatisch. Dazu arbeitet das System mit speziellen Zieltafeln (Targets) am Anhänger oder Anbaugerät und die Winkelwerte der gelenkten Räder werden permanent korrigiert. Der Innovation Tractor fährt so lange automatisch, bis er die optimale Position für das Ankoppeln erreicht hat, das anschließend manuell erfolgt.

Damit der Innovation Tractor sowohl beim Ankoppelvorgang wie auch beim Rangieren via Tablet möglichst sicher agiert, verfügt er über die Funktion Pedestrian Detection (Fußgänger-Erkennung). Halten sich Menschen zwischen Fahrzeug und Anhänger auf, werden sie von den Kameras erkannt, die diese Information und den Standort der Person auf dem Tablet anzeigen. Erfolgt keine Reaktion des Fahrzeugführers, hält das System das Fahrzeug an. Der unterbrochene Ankoppelvorgang kann dann erst neu ausgelöst werden, wenn sich kein Fußgänger mehr zwischen Fahrzeug und Anhänger befindet.

„Mit dem Innovation Tractor haben wir – getreu dem Innovationskonzept von ZF – alle neuen Funktionen, die aus unserer Sicht für das Anwendungsspektrum Landwirtschaft nützlich und für die Zukunft wegweisend sind, in einem Testträger integriert“, so Harald Naunheimer. „Schwerpunkt war dabei, zu demonstrieren, was heute schon möglich und technisch umsetzbar ist.“