Indem das Verhalten und die Steuerung einer neuen Baumaschine digital simuliert werden, soll ihre Funktionalität und Sicherheit überprüft werden.

Bevor eine Baumaschine auf den Markt kommt, muss diese hohen Anforderungen an Funktionen und Sicherheit gerecht werden. Deswegen müssen Prototypen konstruiert werden, was sehr kostspielig werden kann, insbesondere wenn nicht alles so funktioniert, wie es sollte. Doch Forscher des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern bieten eine Lösung. „Mit unserem HiL-Simulator sind wir in der Lage, Baumaschinen aller Art zu testen, beispielsweise unterschiedliche Kran-Typen oder auch Betonpumpen. So helfen wir bei der Optimierung der Prototypen“, erklärt Projektleiter Christian Salzig. HiL steht für Hardware-in-the-Loop. Das Verfahren ermöglicht es, einen virtuellen Zwilling der Maschine zu entwickeln und ihr Verhalten online zu testen. Das Prinzip wird bereits in der Autoindustrie eingesetzt und konnte so seine Vorteile demonstrieren. Aufgrund der zunehmend modularen und digitalen Bauweise und den immer kürzeren Innovationszyklen bei Baumaschinen und Nutzfahrzeugen, hielten es die Forscher für zielführend, das Prinzip auch auf Baumaschinen zu übertragen.

Wie funktioniert das Testverfahren mit einem HiL-Simulator?

Um die neue Maschine digital zu testen, müssen alle Informationen, wie die Maße der Maschine, die Leistungsdaten der Motoren, die Stärke der Stützstrukturen, die Gewichtsverteilung, die Winkel beim Bewegen der Ausleger, deren Länge und die Steuersignale hinterlegt werden. Die Software beinhaltet bereits alle wichtigen Angaben zu Gesetzen der Mechanik, Hydraulik und Elektronik. Für den Test wird der digitale Zwilling an die realen elektronischen Steuereinheiten angeschlossen, mit denen die Maschine später bedient werden soll. Alle Bewegungen werden als 3D-Grafik dargestellt. So kann beispielsweise abgefragt werden, wie gut die Maschine auf die Steuereinheit reagiert, wie sensibel sich Bedienelemente wie Joysticks verhalten. Und auch permanente Werte wie Drehmoment und Beschleunigung der Ausleger, Druck und das Gewicht, das an den Seilzügen zieht, werden gemessen. Wichtig ist auch die Simulation von Störungen, wie etwa ein defektes Kabel oder andere sicherheitsrelevante Szenarien, wie beispielsweise das Hin- und Her-Schwappen von Flüssigkeiten in einem Transportbehälter. Und wenn die Maschine nicht so reagiert, wie erhofft und beispielsweise kippt, ist das kein Problem, denn wie die Maschine existieren auch jegliche Schäden nur in der virtuellen Welt.