Winterdiensteinsätze finden überwiegend bei schlechten Witterungsverhältnissen (Schnee­fall, Nacht) und schwierigen Fahrbahnverhältnissen statt, die vom Fahrer die volle Konzen­tration in der Fahrzeugbedienung erfordern. Gleichzeitig führt die stete Anspannung in der Bedienung der Anbaugeräte in Verbindung mit der Verkehrsbeobachtung und dem Führen des Fahrzeuges zu körperlichen und psychischen Belastungen des Winterdienstpersonals. Die bayerische Staatsbauverwaltung verfügt im Winterdienst über 1.450 Winterdienstfahr­zeuge, davon ca. 780 eigene Fahrzeuge und 670 Fremdunternehmer. Verdeutlicht man sich, dass in einer Meisterei nicht nur Fahrzeuge mit Pflug- und Streumaschinen eines Herstellers im Einsatz sind und berücksichtigt man darüber hinaus, dass während einer Winterdienst­periode die Fahrzeuge von mehreren Fahrern bedient werden, so lässt sich schnell er­kennen, wie viele Kombinationsmöglichkeiten an unterschiedlichen Instrumenten und Be­dieneinheiten ein Winterdienstfahrer vorfinden kann, wenn er zu einem Einsatz gerufen wird. Je unterschiedlicher die Bedienelemente im Fahrzeug sind, die zum Bedienen der Streu­maschinen, Front- und Seitenpflüge benötigt werden, umso größer ist die Gefahr, dass der Fahrer zum Bedienen der Instrumente den Blick von der Fahrbahn zu den Instrumenten abwenden muss. Diese Ablenkung erhöht das Unfallrisiko. Aus Sicht der Arbeitssicherheit ist es daher ein großes Anliegen, die Winterdienstfahrer so weit wie möglich zu entlasten. Das Projekt einer universalen Bedieneinheit dient somit der Erhöhung der Verkehrssicherheit und des Gesundheitsschutzes. Die Vereinheitlichung der Bedienung über eine Universalbedien­einheit verfolgt darüber hinaus das Ziel, die Bedienung ergonomischer zu gestalten und die Anzahl der im Fahrerhaus verbauten Bedienterminals deutlich zu reduzieren. Ergonomische Bedienung bedeutet, dass alle An- und Aufbaugeräte soweit möglich der gleichen Bedien-philosophie folgen sollen. Ähnliche Bestrebungen werden auch in anderen Branchen ver­folgt, z. B. „Standardisiertes Pumpenbedienfeld“ (1) für Löschfahrzeuge der Feuerwehr.

Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

1 Einleitung

Die Bayerische Staatsbauverwaltung beteiligte sich ab 2005 aktiv an dem Projekt „ISOBUS“, bei dem Mercedes Benz seit Ende der 90er Jahre eine Bedieneinheit speziell für seine Unimog-Baureihe entwickelte. Diese Bedieneinheit sollte es dem Nutzer gestatten, im Fahr­zeug ein einheitliches Display mit Anzeige aller für den Fahrer relevanten Fahrzeug- und Anbaugerätedaten vorzufinden. Das Projekt wurde jedoch kurz nach Serienreife durch Mercedes Benz im Jahr 2008 auf Konzernebene gestoppt und nicht weiter verfolgt.

Die Steigerung des Benutzerkomforts und der Sicherheitsgewinn in der Bedienung der Anbaugeräte bei wechselnden Bedienern durch ein einheitliches Display im Fahrzeug ("sicheres Führerhaus") veranlasste die Bayerische Staatsbauverwaltung 2010, die Philoso­phie des Projektes aufzugreifen und ein eigenständiges Projekt unter dem Arbeitstitel „Universalbedieneinheit“ zu initiieren.

Stellvertretend für die Oberste Baubehörde im Bayerischen Staatsministerium des Innern, für Bau und Verkehr leitet die Zentralstelle für den Betriebsdienst an der Autobahndirektion Nordbayern das Projekt, an dem neben der Bauverwaltung auch die Industrie aktiv mitar­beitet. 

2 Projektmotivation 

Die bayerische Staatsbauverwaltung verfügt im Winterdienst über 1.450 Winterdienstfahr­zeuge; davon 780 eigene Fahrzeuge und 670 Fremdunternehmer. Verdeutlicht man sich, dass in einer Meisterei nicht nur Fahrzeuge mit Pflug- und Streumaschinen eines Herstellers im Einsatz sind und berücksichtigt man darüber hinaus, dass während einer Winterdienst­periode die Fahrzeuge von mehreren Fahrern bedient werden, so lässt sich schnell erken­nen, wie viele Kombinationsmöglichkeiten an unterschiedlichen Instrumenten und Bedien­einheiten ein Winterdienstfahrer vorfinden kann, wenn er zu einem Einsatz gerufen wird.

Abb. 1 links: Bedienelemente in einem Autobahn-Lkw; Abb. 2/3 rechts: Beispiele Bedieneinheiten

Winterdiensteinsätze finden überwiegend bei schlechten Witterungsverhältnissen (Schneefall, Nacht) und schwierigen Fahrbahnverhältnissen statt, die vom Fahrer die volle Konzentration in der Fahrzeugbedienung erfordern. Gleichzeitig führt die stete Anspannung in der Bedienung der Anbaugeräte in Verbindung mit der Verkehrsbeobachtung und dem Führen des Fahrzeuges zu körperlichen und psychischen Belastungen des Winterdienst­personals. Hinzu kommen die Belastungen aus dem Schichtbetrieb, ohne die die An­forderungen an den modernen Winterdienst auf Staats- und Bundesstraßen und an den 24-stündigen Service auf den Autobahnen nicht umgesetzt werden können. Der Einsatz eines Beifahrers ersetzt hierbei nicht die Notwendigkeit einer einheitlichen Bedienoberfläche, da der Fahrer weiterhin für die Bedienung des Frontpfluges und der Streumaschine verantwortlich ist. 

Je unterschiedlicher die Bedienelemente im Fahrzeug sind, die zum Bedienen der Streumaschinen, Front- und Seitenpflüge benötigt werden, umso größer ist die Gefahr, dass der Fahrer zum Bedienen der Instrumente den Blick von der Fahrbahn zu den Instrumenten abwenden muss. Diese Ablenkung erhöht das Unfallrisiko. Aus Sicht der Arbeitssicherheit ist es daher ein großes Anliegen, die Winterdienstfahrer so weit wie möglich zu entlasten. Das Projekt einer universalen Bedieneinheit dient somit der Erhöhung der Verkehrssicherheit und des Gesundheitsschutzes.

3 Projektziel

Bislang ist die Bedienung der An- und Aufbaugeräte weder im Winterdienst noch bei den Geräten im Sommereinsatz zwischen den verschiedenen Herstellern ausreichend abge­stimmt. Jede Maschine verfügt über ein eigenes Bedienterminal mit jeweils eigener Be­dienphilosophie (selbst von einem Hersteller werden beim Generationswechsel unter­schiedliche Bedieneinheiten eingesetzt). Die Vereinheitlichung der Bedienung über eine Universalbedieneinheit verfolgt vor allem das Ziel, die Bedienung ergonomischer zu gestalten und die Anzahl der im Fahrerhaus verbauten Bedienterminals deutlich zu re­duzieren. Ergonomische Bedienung meint auch, dass alle An-und Aufbaugeräte soweit möglich der gleichen Bedienphilosophie folgen sollen. Ähnliche Bestrebungen werden der­zeit auch in anderen Branchen verfolgt, z. B. „Standardisiertes Pumpenbedienfeld“ für Lösch­fahrzeuge der Feuerwehr.

4 Projektumsetzung

Das Projekt wurde in 3 Phasen unterteilt:

Phase 1: Definition der Anforderungen an die Bedienoberfläche aus Sicht der Anwender

Phase 2: Definition der Schnittstellen zum Datenaustausch zwischen Universalbedieneinheit und An-/Aufbaugeräten

Phase 3: Praktische Umsetzung mit Test

4.1 Umsetzung Phase 1:

Die Definition der Anforderungen an die Bedienoberfläche wurde für die Winterdienstgeräte sowie An-/Aufbaugeräte des Lkw im Zeitraum von Dezember 2010 bis Dezember 2011 er­arbeitet und mit der Industrie abgestimmt. Aufgabe dieser 1. Phase war die Identifikation der Gerätefunktionen, die der Bediener während des Einsatzes am häufigsten benötigt. Diese Funktionen wurden auf einem Prototyp der Universalbedieneinheit so ergonomisch angeordnet, dass der Fahrer die Bedienelemente „blind“ findet. Durch haptische Ausprägung der Schalter und Drehregler erlebt der Bediener stets eine direkte Rückkoppelung seiner Einstellungen. Zusätzlich werden die Einstellungen durch normierte Einstellungen visuell angezeigt. Die Bedienerfreundlichkeit der Universalbedieneinheit wurde durch praktische Tests an dem Prototypen an den Meistereien AM Lauterhofen und SM Dillingen überprüft.

Abb. 4: Designstudie Prototyp Universalbedieneinheit für die Streumaschine

Aus Gründen der Produkthaftung wurde im Projekt auf eine Trennung der Bedieneinheiten der hydraulisch betriebenen An-/Aufbaugeräte des Lkw (wie z. B. Front-/Seitenpflug, Kipper­brücke, Vorbaukehrbesen, Kran) und der Streumaschine geachtet.

4.2 Umsetzung Phase 2:

Parallel zur Definition der Anforderungen erfolgten die Abstimmungen zur Umsetzung der Phase 2. Hierbei wurden die Schnittstellen Universalbedieneinheit – Streumaschine sowie Universalbedieneinheit – Hydraulik definiert.

4.2.1 Schnittstellen Universalbedieneinheit – Streumaschine

Diese Schnittstellendefinition ermöglicht es künftig allen potentiellen Anbietern der Streumaschinen, ohne aufwendige Entwicklungen einer eigenen Universalbedieneinheit weiterhin an den öffentlichen Ausschreibungen teilzunehmen, sofern die definierte Schnittstelle nachweislich bedient werden kann. Die Definition des Eignungsnachweises ist Teil der 3. Phase. Bei der Entwicklung der Schnittstelle wurden auch die positiven Erfahrungen mit der in der Landwirtschaft erfolgreich eingesetzte ISOBUS-Schnittstelle berücksichtigt. Damit können die Hersteller künftig auf die Bereitstellung eigener Bedien­terminals verzichten, indem sich die An- und Aufbaugeräte am Universalbedienpult authentifizieren und die herstellereigene Software das Universalbedienpult zur Steuerung ihres Gerätes nutzt. Sofern die Hersteller diese Technologie noch nicht einsetzen können, stellt die Phase 2 zusätzlich noch eine Schnittstelle zur Verfügung, auf der die Informationen aus dem Bedienpult des Herstellers und des Universalbedienpults ausgetauscht werden. Hierdurch muss das herstellerspezifische Bedienpult zwar noch im Fahrzeug mitgeführt, aber nicht genutzt werden (Nutzung als Datenaustauschmodul und für Wartungsarbeiten in der Werkstatt). Die Schnittstellendefinition wurde zum Herbst 2013 abgeschlossen und die Schnittstellenanforderungen in die Ausschreibungstexte zur Streumaschinenbeschaffung im­plementiert. Mehrere Firmen haben die Schnittstellenanforderungen bereits erfolgreich implementiert, sodass durch diese neue bayerische Anforderung keine Wettbewerbs­ein­schränkungen bestehen.

4.2.2 Schnittstellen Universalbedieneinheit – Hydraulik

Auch bei der Schnittstelle Universalbedieneinheit – Hydraulik Lkw stand die einheitliche Bedienung der An-/Aufbaugeräte, die hydraulisch angesteuert werden, im Vordergrund.

Im ersten Schritt wurden daher alle Einzelfunktionen der Geräte in einer Gesamtmatrix zusammengestellt. In einem zweiten Schritt wurden diese aufgeteilt in Funktionen, die über Schalter (z. B. Hydraulikdruck an/aus) oder über einen Joystick (z. B. Pflug heben/senken) ausgeführt werden sollen.

Tabelle 1: Auszug aus der Gesamtmatrix für die Bedienung Frontpflug

Anschließend wurden die bereits in Betriebsdienstfahrzeugen eingesetzten Joysticks auf deren Gebrauch hinsichtlich der gesamtheitlichen Anforderungen überprüft. Hierbei konnte festgestellt werden, dass alle Anforderungen unter anderem mit dem Multifunktionsjoystick vom Typ „Sauer Danfoss PROF1“ umsetzbar sind.

Abb. 5: Funktionsumfang Hydraulik Joystick Vorderansicht

Abb. 6: Funktionsumfang Hydraulik Joystick Rückansicht

Alternativ wäre auch der bereits aus dem neuen Unimog bekannte Joystick der Firma Gessmann ein Produkt, das die Anforderungen erfüllt.

Für die über einen Schalter auszuführenden Funktionen wurde eine Prinzip-Skizze erstellt.

Abb. 7: Prinzip-Skizze Universal-Hydraulik Display

4.3 Umsetzung Phase 3:

4.3.1 Schnittstellen Universalbedieneinheit - Streumaschine

Bei der praktischen Umsetzung wurde der Fokus primär auf die Überprüfung der Schnittstellenimplementierung (Typenprüfung Schnittstelle) gelegt. Hierzu wurde in Zusammenarbeit mit dem projektbegleitenden Ingenieurbüro INMACH ein standardisiertes 2-stufiges Prüfverfahren entwickelt:

· Erste Stufe: Bereitstellung einer DEMO-Universalbedieneinheit zur firmeninternen Schnittstellenüberprüfung

· Zweite Stufe: zentraler Praxistest an der AM Lauterhofen

An der Durchführung des zweistufigen Verfahrens, dessen positiver Abschluss Voraussetzung für die Teilnahme an künftigen Ausschreibungen (ab 2016) zur Beschaffung von Streumaschinen in Bayern ist, haben sich bisher 5 Firmen beteiligt. 2 Firmen befinden sich noch in der ersten Stufe des Prüfverfahrens, 3 Firmen haben bereits die zweite Stufe des Verfahrens erfolgreich abgeschlossen. Mit 2 weiteren Firmen wurden die Voraussetzungen für die Prüfung abgestimmt.

4.3.2 Schnittstellen Universalbedieneinheit - Hydraulik

Die Anforderungen an die Schnittstelle Universalbedieneinheit – Hydraulik wurden erstmalig in die Lkw-Ausschreibung der ABD Nordbayern 2015 aufgenommen. Die Submissionser­gebnisse zeigen, dass die Anforderungen von mehreren Firmen umsetzbar sind. Die ersten Lkw mit universeller Hydraulikbedienung werden damit ab Frühjahr 2016 an der Auto­bahndirektion Nordbayern zur Verfügung stehen.

Die Abstimmungen zu den An- und Aufbaugeräten am Geräteträger werden derzeit noch erarbeitet und anschließend mit der Industrie abgestimmt. Erste Gespräche zeigen, dass auch die Bedienphilosophie der universellen Bedienung umgesetzt werden kann.

4.3.3 Normierung der Anschlüsse

Ein weiterer positiver Aspekt in der Entwicklung der Universalbedieneinheit ist der Ansatz, auch die elektrischen Anschlüsse der Universalbedieneinheit zu den Bedienpulten der Streu­maschinenhersteller und der Hydraulik zu den Anbaugeräten zu normieren.

Abb. 8: Definition der Hydraulikanschlüsse für Streumaschine und Pflug

Abb. 9: Definition der Elektroanschlüsse für Streumaschine und Pflug

Die Normierung vereinfacht die Lagerhaltung sowie Wartung und Reparatur in den Werkstätten. Gleichzeitig vereinfacht die Definition von Standardanschlüssen den Aufbau der Winterdienstgeräte, da diese ohne individuelle Anpassungen einfach angeschlossen werden können.

5 Zukünftige Entwicklungen 

Der derzeit stattfindende digitale Wandel wird auch in den Bereichen Verkehr und Mobilität zu einem Umbruch führen. Durch den Einzug neuer Technologien und Kommunikations-systeme in die Fahrzeuge findet eine Vernetzung statt, die auch im Betriebsdienst neue Möglichkeiten der Datennutzung externer Anbieter schafft. In dem Forschungsvorhaben „Intelligente Glättevorhersage“ der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) sollen neuartige Sensoriken am Winterdienstfahrzeug zur Erfassung des Fahrbahnzustandes entwickelt werden, die während der Fahrt zu einer optimierten Streustoffdosierung beitragen sollen. Darüber hinaus bietet die Industrie bereits Verfahren an, die GPS-gestützt Winter­dienstfahrten als sogenannte „Lernfahrten“ aufnehmen und Einstellungen am Bedienpult hinsichtlich der Streubreiten reproduzierbar wieder zur Verfügung stellen. Interne Tests solcher Systeme in Bayern haben gezeigt, dass diese Systeme im Rahmen der Genauigkeitsmaße der Satellitenortungssysteme GNSS zuverlässig arbeiten und damit geeignet sind, den Fahrer zusätzlich von manuellen Einstellungen zu entlasten.

Die Erkenntnisse aus den internen Tests sowie dem Forschungsvorhaben sollen künftig in einer weitergehenden Automatisierung des Streuvorganges im Kontext der Universal­bedieneinheit münden.

6 Aktueller Projektstand 

Die ergonomischen Anforderungen an das Universalbedienterminal sowie an das Bedienelement der Hydraulik wurden definiert und mit der Industrie erfolgreich abgestimmt.

Auch wurden die softwareseitigen Anforderungen zur Ansteuerung der An- und Aufbau­geräte im Winterdienst definiert und in die Ausschreibungstexte für den Erwerb von Streumaschinen und Hydraulikanlagen aufgenommen. Die Umsetzung der Anforderungen an die Streumaschinen wird in einem zweistufigen Verfahren überprüft. Eine weitergehende Automatisierung der Streueinsätze durch GPS-gestützte Winterdienstfahrten mit Routen­führungen sollen im kommenden Winter 2015/16 an ausgewählten Meistereien erprobt werden. Die Erfahrungen der Winterdienstfahrer werden anschließend ausgewertet. Sofern hier positive Erfahrungen gesammelt werden, erfolgt die Definition der Anforderungen in einem eigenen Lastenheft als separates Softwaremodul zur Universalbedieneinheit. 

7 Fazit 

Die Altersstruktur der Meistereibeschäftigten hat sich aufgrund des in Bayern erfolgten Personalabbaus kontinuierlich verschlechtert. Das Durchschnittsalter in den Autobahn- und Straßenmeistereien beträgt inzwischen 48 Jahre. Die hohen psychischen und körperlichen Anforderungen des Betriebsdienstpersonals führen dazu, dass Beschäftigte für Arbeiten im Verkehrsraum oder als Lkw-Fahrer aus gesundheitlichen Gründen, insbesondere im Winterdienst und Schichtbetrieb, nicht mehr vollumfänglich eingesetzt werden können. Die Belastungen der Beschäftigten müssen daher durch Maßnahmen des Arbeits- und Gesundheitsschutzes auf ein vertretbares Maß reduziert werden. Ein Baustein ist dabei die Entwicklung einer Universalbedieneinheit. Die An- und Aufbaugeräte der verschiedenen Hersteller sollen künftig mit einer standardisierten Universalbedieneinheit vom Fahrer des Winterdienstfahrzeugs über ein einheitliches Bedienpult gesteuert werden. In der Zukunft sollen auch Navigationshilfen für den Fahrer sowie eine weitgehend automatisierte Steuerung der Anbaugeräte durch eine Verbesserung der Thermographie mit neuen, in Forschungsprojekten der BASt noch zu erforschenden Umfeld-Sensoren den Funktions­umfang der Universalbedieneinheit erweitern. Diese Funktionalitäten reduzieren die derzeit noch sehr hohen multifaktoriellen Anforderungen an die Konzentration und Aufmerksamkeit der Fahrer. Zugleich werden durch die IT-unterstützte Steuerung der Winterdiensteinsätze die Wirtschaftlichkeit und Qualität der Betriebsdienstleistungen weiter verbessert. Durch die aktive Mitarbeit der Industrie am Projekt Universalbedieneinheit konnten die erforderlichen Schnittstellen definiert werden. Dies ermöglicht auch zukünftig einen uneingeschränkten Wettbewerb in der Konfiguration der Winterdienstfahrzeuge. Die Anforderungen an das Universalbedieneinheit-Terminal für die Streumaschinen werden derzeit in einem Lastenheft zusammengefasst. Die Anforderungen an das Universalbedieneinheit-Terminal für die Hydraulik wurden bereits in die Ausschreibungsunterlagen für die Lkw-Neubeschaffungen implementiert. 

8 Literatur 

(1).  Fachempfehlung Nr. 3 vom 20.10.2009 des AGBF-Bund

9 Abbildungen 

Abb. 1: Bedienelemente in einem Autobahn-Lkw

Abb. 2: Beispiel Bedieneinheit

Abb. 3: Beispiel Bedieneinheit

Abb. 4: Designstudie Prototyp Universalbedieneinheit

Abb. 5: Funktionsumfang Hydraulik Joystick Vorderansicht

Abb. 6: Funktionsumfang Hydraulik Joystick Rückansicht

Abb. 7: Prinzip-Skizze Universal-Hydraulik Display

Abb. 8: Definition der Hydraulikanschlüsse für Streumaschine und Pflug

Abb. 9: Definition der Elektroanschlüsse für Streumaschine und Pflug