Eine Publikation der Binkert Medien AG
Linde etabliert «Hardware in the Loop»-Softwaresimulation (HIL) als Teststandard : Ausgabe 11/2015, 10.11.2015

LSP-Systemcheck am virtuellen Gabelstapler

Mit dem Linde Safety Pilot (LSP) brachte der Hersteller im letzten Jahr ein innovatives Assistenzsystem für Gabelstapler auf den Markt. Der LSP 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. Mit HIL kann LSP nun am virtuellen Stapler geprüft werden.

Parallel zur Entwicklung des LSP bauten die Versuchsingenieure von Linde ein sogenanntes «Hardware in the Loop»-Testverfahren (HIL) auf, dass es ihnen ermöglicht, komplexe Systeme wie LSP oder andere elektronische Steuerungen und Systeme an virtuellen Staplermodellen zu prüfen und auf dieser Basis weiterzuent-wickeln. Während dem StaplerCup 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, hinzu kommen 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.

Vollautomatisierter 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 reallen 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 Hubmasteigen-schaften virtuell abbilden, sind unzählige Daten aus dem CAD, aus Messungen und Versuchen. Das errechnete Modell wird mittels eines reallen Referenzfahrzeug 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 3D-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 Ent-wicklungsphase können so Sichttests normgerecht ausgeführt, aber auch neue Hubmastkonzepte geprüft und verbessert werden, um die optimale Mastdurchsicht zu gewährleisten.

110 Ingenieure und Facharbeiter am Werk

«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 Crashtests 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.


Info
Linde Material Handling Schweiz AG
8305 Dietlikon
Tel. 044 835 23 00
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Mit der Datenbrille bewertet der Ingenieur die Sichtverhältnisse aus der Position des Staplerfahrers. Die 3D-Rundumsicht basiert auf den CAD-Daten des Gabelstaplers. So können auch neue Anbauteile wie Hubmasten schon in der Entwicklungsphase getestet werden. (Bilder: Linde Material Handling)


Härter als der härteste Einsatz – im Dauerbelastungstest durchläuft jeder neue Hubmast 50 000 Zyklen unter Nennlast, die mittig und ausser­mittig geladen ist. Das Fahrzeug darf nie die Nennlast auf die maxi­male Hubhöhe heben.


Mit dem HIL-System (Hardware in the Loop) werden komplexe Steuerungs- oder Assistenzsysteme wie der Linde Safetey Pilot am virtuellen Modell erprobt – kosten- und zeiteffizient.