gesponsertInnovatorenporträt Gesamtsystem-Strategie für Nutzfahrzeuge

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ZF Friedrichshafen AG

Nach der Übernahme von Wabco hat die ZF Friedrichshafen AG im Nutzfahrzeugsegment den Turbo eingeschaltet. Die neue Division Commercial Vehicle Solutions (CVS) glänzt mit innovativen Techniken und substanziellen Auftragseingängen. Neuheiten aus dem Pkw-Segment kündigen den nächsten Booster für CVS an.

Anfang 2022 hat ZF mit der Gründung der neuen Division CVS die 2020 erfolgte Akquisition von Wabco organisatorisch abgeschlossen. Nebenbei ist die Division CVS zum weltweit größten Komponenten- und Systemlieferanten für die Nutzfahrzeugbranche avanciert: Sie steuert immerhin einen Anteil von 18 Prozent zum Gesamtumsatz von ZF bei und verzeichnet stark wachsende Auftragseingänge. Kunden schätzen ganz offensichtlich die breite Palette an integrierten ZF-Systemlösungen, die für Nutzfahrzeuge und ihren Betrieb mehr Sicherheit, Effizienz und Nachhaltigkeit verheißen.

Die „geräuschlose“ Integration von Wabco und die vielen Produktneuheiten zeigen einmal mehr eine Kernkompetenz von ZF: Techniken und Kompetenzen über Fahrzeug- und Organisationsgrenzen hinweg zu transferieren und in innovative Produkte für zum Beispiel die Automatisierung oder für elektrische Antriebsstränge zu industrialisieren. Augenfälligstes Beispiel ist die Steer-by-Wire-Lenkung: „Die vollelektrische Lenkung von ZF repräsentiert den neuesten Stand der By-Wire-Technologie. In einem wettbewerbsintensiven Umfeld hält ZF damit einen Spitzenplatz, denn wir bieten erstmals eine ganzheitliche By-Wire-Fahrzeugsteuerung“, sagt Wolf-Henning Scheider, Vorstandsvorsitzender der ZF Friedrichshafen AG. „Die neue Steer-by-Wire-Technik von ZF ist eine wichtige Voraussetzung für eine fortschrittliche Automatisierung von Pkw und wird getreu unserer Leitphilosophie, ‚einmal entwickelt, überall einsetzbar‘ auch in der Nutzfahrzeugautomatisierung Anwendung finden“, so Scheider weiter.

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Technologietreiber bei E-Antrieben

Im Rahmen des „Global Technology Day“ auf der konzerneigenen Teststrecke bei Hannover präsentierte ZF diesen Sommer ein breites Portfolio an Innovationen für Nutzfahrzeuge und deren Betrieb. „Der Trend zur Automatisierung, Digitalisierung und Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen bedeutet für Fahrzeughersteller einen enormen Aufwand bei den Entwicklungskosten. Mit unserem breiten Angebot an integrierten Lösungen bietet ZF seinen Kunden die Chance, technische Spitzenprodukte anzubieten und gleichzeitig den Entwicklungsaufwand zu reduzieren“, sagt ZF-Vorstand Wilhelm Rehm, verantwortlich für Commercial Vehicle Solutions, Industrial Technology und Materials Management.

Eine Weltpremiere beim Global Technology Day war CeTrax 2, der integrierte und modulare elektrische Antriebsstrang von ZF für schwere Nutzfahrzeuge bis 44 Tonnen. Das neue System kombiniert ein günstiges Leistungsgewicht mit einer hochintegrierten Bauweise und lässt sich problemlos in Fahrzeuge mit konventionellem Antriebsstrang-Layout installieren.

Zwei elektrische Maschinen entwickeln eine Dauerleistung von 360 kW, eine Lastschaltung sorgt für eine verbesserte Effizienz. Darüber hinaus verfügt CeTrax 2 über Techniken, die aus dem Pkw-Bereich übernommen wurden, wie etwa einen Stator in Hairpin-Bauweise, ein innovatives Kühlsystem und einen Wechselrichter auf Siliziumkarbid-Basis.

Wer seine Zugmaschinen mit Verbrennungsmotor weiterhin nutzen möchte, kann mit einer weiteren ZF-Innovation deren Kraftstoffverbrauch beträchtlich senken: dem eTrailer. Die elektrisch angetriebene Trailerachse verleiht dem Sattelzug quasi einen Hybridantrieb, der dem Truck nicht nur beim Beschleunigen einen Extraboost verleiht, sondern auch beim Bremsen Bewegungsenergie in elektrische Energie rekuperiert. So sind Kraftstoffeinsparungen im zweistelligen Prozentbereich möglich. Zusätzlich erweitert der eTrailer die Funktionalität, da er den Sattelzug auf dem Betriebshof auch feinfühlig rangieren kann – bei Bedarf sogar ferngesteuert.

Seine elektrischen Antriebe setzt ZF ab 2022 auch zur Mobilisierung von Arbeitsgeräten ein. Ein modularer Baukasten ermöglicht elektrische Nebenabtriebe für den Betrieb von beispielsweise Mischern, Kippern oder Kränen mit Energie aus der Traktionsbatterie. Durch eine vollintegrierte Systemauslegung sorgt ZF dafür, dass Nebenabtrieb und Fahrzeugantrieb nahtlos ineinandergreifen und maximale Funktionalität erreichen – bis hin zu optionalen Steckdosen, die den Betrieb von externen Elektrowerkzeugen ermöglichen.

Umfassende Funktionskompetenz

Die ganzheitliche Betrachtungsweise wendet ZF auch bei der Entwicklung von automatisierten Fahrfunktionen für Nutzfahrzeuge an. Wie etwa beim Highway Assist, einer Lösung für mehr Fahrsicherheit. Er umfasst beispielsweise eine adaptive Geschwindigkeitsregelung, einen Spurhalteassistenten sowie OnGuardMAX, das autonome Notbremssystem, das ein Nutzfahrzeug aus einer Geschwindigkeit von bis zu 80 km/h sicher bis zum Stillstand verzögert. Diese Funktionen bieten eine Längs- und Querführung nach Level 2. Zusätzliche Sicherheit bieten eine Hands-on-Erkennung am Lenkrad, eine neue Bremssystem-Plattform und aktive Sicherherheitsgurte. Mehr Sicherheit für Personen im Fahrzeugumfeld bieten der Anfahrassistent, der Rückfahrassistent sowie ein Blind-Spot-Erkennungssystem. Als weiteres kamerabasiertes System bietet ZF eine CargoCam an, die etwa Ladungsbewegungen erkennt.

Durch Kombination von Assistenz- und Automatisierungsfunktionen ist ZF auch in der Lage, Gesamtsysteme für Level 3 und sogar Level 4 anzubieten. Wie etwa ADOPT, eine automatisierte End-to-End-Lösung, die virtuelle Fahrersoftware und leistungsfähige Sensoren über standardisierte Schnittstellen mit regelbaren Aktuatoren in Antrieb und Fahrwerk verknüpft. ADOPT 2.0 konzentriert sich auf Anwendungen zur Betriebshof-Automatisierung bis zu einer Geschwindigkeit von 20 km/h. Damit sind beispielsweise Rangiermanöver ohne Fahrer auf Betriebshöfen möglich, bis hin zum diffizilen Rückwärts-Rangieren eines Trailers an eine Laderampe. Zusammen mit der elektrisch gesteuerten Luftfederung OptiRide sind selbst An- oder Abkuppelprozesse ohne Fahrer möglich.

ADOPT 3.0 konzentriert sich auf Hub-to-Hub-Anwendungen mit höherer Geschwindigkeit von bis zu 80 km/h auf Autobahnen. Auch dieser Anwendungsfall sieht autonomes Fahren nach Level 4 vor, inklusive Ausweichmanövern mit stabilitätskritischen Zuständen und Eingriffen in die Fahrdynamikregelung von Zugmaschine und Trailer. Die automatisierten Fahrfunktionen basieren nicht zuletzt auf den vielen Testkilometern und Erkenntnissen, die ZF bereits mit autonomen People Movern abgespult und gewonnen hat – einem weiteren Betätigungsfeld von ZF.

People Mover und Straßengüterverkehr sind auch die Einsatzgebiete für SCALAR, einer digitalen Plattform zur Orchestrierung von Fahrzeugflotten. Bei der Weltneuheit von ZF handelt sich um eine vollautomatische, auf künstlicher Intelligenz basierende Planungs-, Routing- und Dispositionslösung. SCALAR kombiniert und vernetzt Techniken an Bord von Nutzfahrzeugen und Logistiksystemen von Drittanbietern mit künstlicher Intelligenz. Die Plattform hilft Flottenbetreibern, die betriebliche Effizienz, Nachhaltigkeit, Planungssicherheit sowie die Sicherheit von Fracht und Passagieren zu erhöhen. ZF geht davon aus, dass SCALAR in Zukunft ein unverzichtbarer Partner für die Güter- und Personenbeförderungsbranche sein wird.

Zukunft By-Wire – Technologietransfer vom Pkw

Damit automatisierte Fahrsysteme wie ADOPT oder OnGuardMAX ihre Wirkung entfalten, müssen ihre digitalen Signale in reale Fahrdynamikbefehle umgesetzt werden. ZF hat dafür im Produktbereich Vehicle Motion Control bereits ein ganzes Portfolio an By-Wire-Systemen für die Pkw-Bremse (Brake-by-Wire mit integrierter Bremsregelung) und die elektronisch gesteuerte aktive Dämpfung von Nutzfahrzeugen und Pkw entwickelt. In diesem innovativen Produktprogramm fehlte bisher nur eine By-Wire-Lenkung, um den Kunden eine vollautomatische By-Wire-Fahrzeugsteuerung aus einer Hand anbieten zu können.

Knackpunkt eines By-Wire-Lenksystems war bisher, zwischen Lenkrad und Rädern die erforderliche Redundanz ohne mechanische Verbindung ausfallsicher zu realisieren. ZF hat diese Herausforderung nun mit dem ersten Steer-by-Wire-Lenksystem für die Großserie gelöst. Es wird schon 2023 in einem Pkw in Serie gehen und danach in rascher Folge bei weiteren Kunden.

Mit einer neuen elektrischen Servolenkung legt ZF einen weiteren Grundstein für die Transformation der Nutzfahrzeugindustrie in Richtung E-Mobilität. Entwickelt für mittlere bis schwere Lkw, Reise- und Stadtbusse, baut Electric Power Steering (EPS) auf der umfassenden Expertise von ZF im Pkw-Segment auf. Das System kommt ohne Hydraulikpumpe und Hydraulikflüssigkeit aus und ist damit eine nahtlose Ergänzung für elektrische Fahrzeugarchitekturen. Ebenso ist es eine Schlüsselkomponente für die nächste Generation moderner Fahrassistenzsysteme – und unterstützt damit die Ziele der Nutzfahrzeugbranche bei der Entwicklung des autonomen Fahrens.

Die Komplexität von Nfz-Plattformen sowie aktuelle gesetzliche Bestimmungen führen dazu, dass die Einführung von Steer-by-Wire in diesem Segment länger als bei Pkw dauert. Dennoch ist die EPS darauf ausgelegt, ebenso wie auf hochautomatisierte Fahrfunktionen nach Level 4.

ZF sieht sein Steer-by-Wire-System als Durchbruch auf dem Weg zu vollständig selbstfahrenden Pkw und Lkw. Denn es eröffnet neue Design- und Entwicklungsfreiheiten und bietet in Verbindung mit Level-4-Fahrfunktionen ein hochattraktives Paket für den autonomen Lkw-Verkehr. Software- und Hochleistungsrechner-Plattformen wie cubiX und der Vehicle Motion Domain Controller – alles „Made by ZF“ – komplettieren das Angebot und heben gemeinsam die Systemleistung auf ein höheres Niveau, gemäß dem Motto: „Mehr als die Summe der Einzelteile“.

Diese Maxime gilt auch für den ZF-Entwicklungsverbund. Durch strategische Akquisitionen wie TRW, Wabco, Ibeo, Bestmile sowie ein Netz an Kooperationspartnern (etwa Microsoft oder Nvidia) kann ZF auf alle relevanten Techniken und Ressourcen zugreifen, die für zukunftsweisende Mobilitätslösungen erforderlich sind. Die By-Wire-Technik und Softwareplattformen wie SCALAR sieht ZF als beste Belege dafür, wie sehr man sich in ein Technologieunternehmen verwandelt hat, das Digitalisierung und Dekarbonisierung als Chance für seine Entwicklung versteht.

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