Know-how aus der Praxis. Umfassende Unterstützung für Lehrende in Bildungsstätten. Siemens Automation Cooperates with Education. siemens.

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1 Siemens-Pressebild E20001-F90-P260 Know-how aus der Praxis Umfassende Unterstützung für Lehrende in Bildungsstätten Siemens Automation Cooperates with Education Bei Siemens Automation Cooperates with Education (SCE) stehen Lernende und Lehrende im Mittelpunkt. SCE bietet Ihnen einen echten Mehrwert in Form von Partnerschaften, Fachwissen oder Know-how für die Unterrichtsgestaltung. Wir unterstützen bei der Vermittlung von Wissen der Automatisierungs- und Antriebstechnik und ermöglichen damit einfaches und strukturiertes Lernen. siemens.de/sce 91184_E20001-F90-P260_AZ_SCE_148x210.indd 1 OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012_Umschlag.indd : :46

2 Ihr Werkzeugkasten für die Mess-, Steuer- und Regeltechnik Mit der Hardwareplattform NI CompactRIO können Embedded- Mess-, Steuer- und Regelanwendungen auf eine Art und Weise implementiert werden, die andere kommerziell verfügbare Systeme bei Weitem übertrifft. Dank einer großen Bandbreite an qualitativ hochwertigen Messmodulen und einem äußerst robusten Design ist es dem Anwender möglich, mit der Systemdesignsoftware NI LabVIEW die Hardware immer wieder benutzerdefiniert anzupassen. >> Weitere Informationen zu NI CompactRIO finden Sie hier: ni.com/compactrio/d National Instruments. Alle Rechte vorbehalten. CompactRIO, LabVIEW, National Instruments, NI und ni.com sind Marken von National Instruments. Andere erwähnte Produkt- und Firmennamen sind Marken oder Handelsbezeichnungen der jeweiligen Unternehmen. Druckfehler, Irrtümer und Änderungen vorbehalten. Toolbox_cRIO_dt_DIN_A5.indd 1 OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012_Umschlag.indd : :46

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5 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar Oldenbourg Industrieverlag GmbH Rosenheimer Straße 145, D München Telefon: (089) Das Werk einschließlich aller Abbildungen ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikro verfilmungen und die Einspeicherung und Bearbeitung in elektronischen Systemen. Redaktion: Anne Hütter Layout: data-graphis GmbH, Wiesbaden Herstellung: Annika Böning Druck / Bindung: DIP Digital Print, Witten Gedruckt auf säure- und chlorfreiem Papier ISBN OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012.indd 4

6 V Vorwort Liebe Kolleginnen und Kollegen, liebe Teilnehmerinnen und Teilnehmer, es ist wieder einmal soweit. Wir treffen uns zur 9. Konferenz für Angewandte Automatisierungstechnik in Lehre und Entwicklung (AALE) in der historischen Kaiserstadt Aachen. Zwei Tage sind wir zu Gast an der Fachhochschule Aachen, um hier gemeinsam mit der Industrie die neuesten Erkenntnisse aus der Welt der Automation zu erfahren und Problem der Lehre und Ausbildung zu diskutieren. Ein wesentliches Merkmal der AALE sind dabei auch die vielen persönlichen Gespräche zwischen Kollegen, sowie zwischen Hochschul- und Industrieteilnehmern, die ein starkes AALE-Netzwerk erst ermöglichen. Die AALE und ihr Träger- und Förderverein VFAALE e.v. verstehen sich als Schnittstelle zwischen Hochschule und Industrie. Dies ist nach der Umstellung auf Bachelor-/MasterStudiengänge und der zunehmenden Ausrichtung der Fachhochschulen auf eine Verstärkung der Drittmittel-Forschung und Internationalisierung von besonderer Bedeutung. Die Sicherung eines hohen fachlichen Niveaus der Lehre muss einhergehen mit der Vorbereitung der Studierenden für die berufliche Praxis. Gemeinsame Industrie/Hochschulprojekte sind z.b. dazu eine gute Möglichkeit, um Studierende bereits während des Studiums für die Belange der Industrie zu sensibilisieren. Welche hervorragenden Ergebnisse dabei im Einzelnen erzielt werden können, zeigt der seit 2008 bestehende AALE Student Award. Auch in diesem Jahr werden wir wieder zwei unserer besten Absolventen mit diesem Preis auszeichnen. Die Entwicklung der AALE-Konferenz verlief in den letzten Jahren sehr dynamisch. Dies trifft auch auf den VFAALE zu, der mittlerweile durch 30 Mitglieder, darunter viele namhafte Unternehmen, unterstützt wird. Als Fachkonferenz für Industrielle Automation an der Nahtstelle zwischen Hochschule und Industrie besitzen wir weiterhin ein hohes Wachstumspotential. Unter dem Aspekt, dass Fachhochschulen den größten Teil der Ausbildungsarbeit für Automatisierungsingenieure leisten, bisher aber nur unzureichend von der Bildungspolitik wahrgenommen werden, müssen wir deshalb auch diskutieren, wie wir die Zukunft der AALE weiterhin gestalten wollen. Veranstalter der AALE in diesem Jahr ist der Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der FH Aachen, einer der größten Fachhochschulen Nordrhein-Westfalens mit einer mehr als 100jährigen Bildungstradition. Wir möchten uns an dieser Stelle bei allen Sponsoren sowie insbesondere beim Oldenbourg Industrieverlag bedanken, der uns wieder bei der Herausgabe dieses wissenschaftlichen Tagungsbandes unterstützt. Für die AALE 2012 wünschen wir Ihnen viel Erfolg, interessante Gespräche und einen angenehmen Aufenthalt in Aachen. Reinhard Langmann Sprecher des AALE-Beirats und 1. Vorsitzender des VFAALE e.v. OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012.indd 5 Ulrich Hoffmann Organisator AALE 2012 FH Aachen

7 VIII Papers der Vortragenden Der Hauptteil dieses Tagungsbands besteht aus den eingereichten Fullpapers der Vortragenden und aus der Poster-Session, die vom Fachkomitee ausgewählt wurden. Zur leichteren Orientierung sind die Papers in den Indices im hinteren Teil des Tagungsbands nochmals alphabetisch nach allen beteiligten Autoren sowie nach den Institutionen der Vortragenden aufgelistet mit entsprechender Seitenangabe. Die Reihenfolge der nachfolgenden Beiträge entspricht dem Ablauf der AALE Tagung und der Reihenfolge der einzelnen Sessions. Das Organisationskomitee wünscht eine spannende und aufschlussreiche Lektüre. OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012.indd 6

8 VII Der Tagungsort Aus dem Zusammenschluss mehrerer Fachschulen und berufsbezogener Ausbildungsstätten wurde 1971 die Fachhochschule (FH) Aachen gegründet. Sie blickt insgesamt auf eine mehr als 100-jährige, praxisorientierte Bildungstradition zurück. FH Aachen, Studierende im Hörsaal Theorie und Praxis werden während des gesamten Studiums eng miteinander verknüpft. Durch den starken Bezug zur Berufspraxis der mehr als 220 Professorinnen und Professoren und etwa 600 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in Lehre und Forschung ist eine berufsqualifizierende, wissenschaftlich fundierte akademische Ausbildung gewährleistet. Davon profitieren die über Studierenden. Die FH Aachen bietet ihnen ein erstklassiges Studium in modernen und zukunftsweisenden Berufen. Enge Kooperationen mit regionalen und internationalen Unternehmen sowie renommierten Forschungseinrichtungen wie dem Forschungszentrum Jülich (FZJ) spiegeln sich in der Qualität des Lehrangebotes wider: Neue Anforderungen der Berufspraxis werden an der FH Aachen als Chance erkannt, und das Studienangebot wird laufend inhaltlich angepasst und erweitert. Derzeit können Studieninteressierte aus 48 Bachelor- und 22 Masterstudiengängen der Ingenieurwissenschaften, der Wirtschaftswissenschaften und des Design auswählen. Zusätzlich werden acht duale Studiengänge angeboten. FH Aachen, Gebäude Eupener Strasse OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012.indd 7 Der Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik ist einer der größten Fachbereiche der FH Aachen, mit einer jährlichen Auf nahmekapazität von 200 Studierenden. An seinem Standort Eupener Strasse 70 in Aachen findet die AALEKonferenz am 3. und 4. Mai 2012 statt. Der Standort, der außerdem den Fachbereich Wirtschaftswissenschaften beherbergt, liegt im Süden der Stadt und ist per Auto, Bus und Bahn gut erreichbar.

9 VIII Die früher prägende Nadelindustrie ist in Aachen weitgehend verschwunden. Heute bilden die Hersteller von Leuchtmitteln (Philips), der Waggonbau (Talbot), die Süßwarenindustrie (Lindt, Lambertz und Zentis) sowie viele mittelständische, technisch innovative Unternehmen die wirtschaftliche Kraft der Stadt und der Region. Viele davon sind aus Gründungen durch ehemalige Studierende hervorgegangen. Aachen als römische Bäderstadt und Kaiserpfalz aus der Zeit Karls des Großen liegt direkt im Dreiländereck Deutschland-Belgien-Niederlande. Der historische Stadtkern, u.a. mit Dom und Rathaus, ist einer der Anziehungspunkte. Aber auch die Eifel mit dem pittoresken Ort Monschau sowie Ausflüge nach Maastricht (NL) oder Lüttich (BE) sind lohnenswert: Im Sinne eines vereinten Europas ist Aachen einfach grenzenlos. OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012.indd 8

10 IX Inhaltsverzeichnis Vorwort V Der Tagungsort VII Plenarveranstaltung 1 P 1-1 automotivegate und railgate: Galileo-basierte Fahrzeugführung für bodengebundenen Verkehr Dirk Abel, Thomas Engelhardt, Alexander Katriniok, Björn Schäfer, Institut für Regelungstechnik P 1-2 Prozessleittechnik Wege in die Zukunft Wilhelm Otten, Vorsitzender der Namur D er Beitrag bietet eine Zusammenfassung der wichtigsten Vorträge der NAMUR-Hauptsitzung Diese Vorträge wurden veröffentlicht in der atp edition (54/2012) Heft 1/2. Session 1 Prozessautomatisierung S 1-1 Kompensation von Schiffsbewegungen auf hoher See Axel Buch, Siemens AG Industry Sector, Köln S 1-2 Integration of an in-line concentration measurement method into the DCS of a pilot distillation column as a basis for the development of APC Manuela Dias Rocio, Ulrich Trägner, Hochschule Mannheim S 1-3 Evaluierung von Schätzalgorithmen für die Bestimmung fahrdynamisch relevanter Signale an einem Liegerad Michael Maiworm, Jens Klingenberg, Ansgar Rehm, Hochschule Osnabrück Session 2 Steuerungstechnik S 2-1 Universelle Programmierschnittstelle für Motion-Logik Systeme Elmar Engels, FH Aachen, Thomas Gabler, Bosch Rexroth GmbH, Lohr am Main S 2-2 Simulation einer Rührkesselsteuerung mit drei verschiedenen Plattformen Robert Haber, Thomas Friebel, Karl Mocha, Fachhochschule Köln S 2-3 PROFINET Flexibilität ist die eigentliche Stärke Robert Wilmes, PHOENIX CONTACT Electronics GmbH, Bad Pyrmont OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012.indd 9

11 X Inhaltsverzeichnis Session 3 Lehre Lehrkonzepte S 3-1 Vertiefte Vermittlung regelungstechnischer Fertigkeiten durch Blended Learning, selbstorganisiertem Lernen und kooperative Lernformen Armin Gardeia, Ralph Schneider, Thomas Schlegl, Hochschule für angewandte Wissenschaften Regensburg S 3-2 Computerunterstütztes kooperatives Lernen im Ingenieur-Grundstudium (COKOLING) Hermann Merz, Hochschule Mannheim, Peter Röben, Gerald Dressel, Pädagogische Hochschule Heidelberg S 3-3 Mechatronik selbstgemacht Johannes Stier, Michael Beitelschmidt, TU Dresden Session 4 Robotik Anwendungen S 4-1 KUKA youbot and LabVIEW: Scalable Mobile Manipulation Platform Y. Andy Chang, National Instruments, Austin / Texas, Rainer Bischoff, KUKA Roboter GmbH, Augsburg S 4-2 Entwicklung eines Low-Cost-Laufroboters Sören Schween, Jens Jäkel, HTWK Leipzig S 4-3 Emotionsgesteuertes Verhalten humanoider Roboter Peter Nauth, Fachhochschule Frankfurt am Main Session 5 Simulation industrieller Prozesse S 5-1 Simulation von Wärmeübertragungsprozessen Uwe Feuerriegel, Simon Wittenhorst, Ulrich Hoffmann, Michael Pook, Gregor Wersch, FH Aachen, Jürgen Becker, Zentis, Ulrich Kunz, TU Clausthal, Markus Ecker, TGE Gas Engineering S 5-2 Control of an industrial process using PID control blocks in automation controller Michel Van Dessel, Lessius Mechelen, Campus De Nayer S 5-3 Simulation des Datenumfangs in einem Beispiel-Smart-Grid Florian Hampel, Joachim Rauchfuß, Beuth Hochschule für Technik Berlin OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012.indd 10

12 Inhaltsverzeichnis XI Session 6 Energie Elektronik S 6-1 Industrielle Powerline Kommunikation für Werkzeugmaschine, Industrieroboter und Fertigungszellen Joao Lopes; Karl-Heinz Wurst; Alexander Verl, ISW, Universität Stuttgart S 6-2 Vergleichende Untersuchung zur Topologie von zelloptimalen, elektromobilitäts-optimierten Ladeausgleichsvorrichtungen Kai Luszczynski, Photon Laboratory GmbH, Aachen, Elmar Engels, FH Aachen S 6-3 Modulare Leistungselektronikplattform für die Schaltnetzteilentwicklung Alfons Klönne, Roman Koroljow, Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft Plenarveranstaltung 2 P 2-1 Mensch-Maschine-Kommunikation Im Wandel der Zeit Michael Felleisen, Hochschule Pforzheim P 2-2 Exzellenzinitiative von Industrie und Hochschule Udo Ossendoth, FH Gelsenkirchen, Gregor Wohlfart, SEW Eurodrive, Bruchsal, Session 7 Lehre Lernplattformen S 7-1 Lernfabriken von der Automatisierung zur ganzheitlichen Ausbildung Reinhard Pittschellis, Festo Didactic GmbH & Co. KG, Denkendorf S 7-2 Vollautomatisierte Montageanlage der Hochschule Darmstadt Modellfabrik, Lehr- und Forschungsplattform Stephan Simons, Stephan Neser, Hochschule Darmstadt S 7-3 Trainingssystem für Automatisierungs- und Regelungstechnik Cecil Bruce-Boye, University of Applied Sciences Lübeck, Dmitry Kazakov, Georg Kinde, Maike Gensewich und Andreas Buringa, cbb Software GmbH Session 8 Robotik Sensorik / Effizienz S 8-1 Pandaboard, TurtleBot, Kinect und Co. Low-Cost Hardware im Lehreinsatz für die mobile Robotik Stephan Kallweit, FH Aachen S 8-2 Methode und Softwarewerkzeug zur Kalibrierung von Schwenk-Neige-Kameras in Sensornetzwerken Manuel Schmitt, Alexander König, Karl Kleinmann, Hochschule Darmstadt OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012.indd 11

13 XII S 8-3 Inhaltsverzeichnis ACF-Ident: Optisches System zur automatischen Identifikation von zahntechnischen Objekten Nailja Luth, Roland Ach, HAW Amberg-Weiden, Wolfgang Klinger, ACF- Amberger Central Fräs Center GmbH Session 9 Fachhochschulen quo vadis? S 9-1 Zur strategischen Entwicklung von Fachhochschulen Neue Wege in Lehre und Forschung Peter Altvater, HIS Hochschul-Informations-System GmbH, Hannover S 9-2 Die HTWK Leipzig auf dem Weg zur Universität der angewandten Wissenschaften Jens Jäkel, HTWK Leipzig S 9-3 Die Zukunft der Fachhochschulen als wichtiger Bestandteil im Hochschulsystem Thomas Stelzer-Rothe, Fachhochschule Südwestfalen Session 10 Software-Entwicklung in der Automatisierung S 10-1 Normgerechte Entwicklung sicherheitsrelevanter SPS-Software im Maschinenbau Norbert Becker, HS Bonn-Rhein-Sieg S 10-2 Graphical System Design: Die sechs Grundbausteine Rahman Jamal, National Instruments, München S 10-3 Die Zukunft der Programmierung in der Automatisierungstechnik Roland Wagner, 3S-Smart Software Solutions GmbH, Kempten Session 11 3D Simulation S 11-1 Lernen mit 3D-Modellen in der Prozessautomatisierung Reinhard Langmann, FH Düsseldorf, Dirk Pensky, Festo Didactic GmbH & Co. KG S 11-2 Einsatz der Simulationstechnik für die Ausbildung von Ingenieuren in der Steuerungs-, Regelungs- und Antriebstechnik Sascha Röck, FH Aalen, Karl-Heinz Kayser, HS Esslingen, Günter Pritschow, Alexander Verl, ISW, Universität Stuttgart S 11-3 Virtuelle 3D-Simulation für industrielle Anwendungen Nailja Luth, Tobias Bauer, HAW Amberg-Weiden, Bernhard Schmitt, Michael Dehling, Gerresheimer Regensburg GmbH OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012.indd 12

14 Inhaltsverzeichnis XIII Session 12 Regelungstechnik S 12-1 Ein Konzept zur Erprobung verteilter intelligenter Systeme für die autonome Navigation von Fahrzeugen Christoph Menz, Silvio Bachmann, Fachhochschule Schmalkalden S 12-2 Modellgestützte tageslichtabhängige Beleuchtungsregelung Manfred Mevenkamp, Hochschule Bremen S 12-3 Modellbildung und prädiktive Regelung eines Hochtemperatur-Retortenofens Matthias Fischer, Karl-Dietrich Morgeneier, FH Jena Poster P3-1 RFID-Sensor-Systeme: Zum Stand der Technik Bolli Björnsson, Simon Harasty, Christian Arnold, HS Fulda P3-2 Graphisch C++ Programmieren mit qfix Grape Stefan Enderle, Hochschule Esslingen P3-3 Einfacher und robuster industrieller Einsatz modellbasierter Anwendungen Udo Enste, Senad Bukva, LeiKon GmbH, Herzogenrath P3-4 PFC (Predictive Functional Control) mit Störgrößenaufschaltung und Störgrößenbeobachter Robert Haber, Khaled Zabet, FH Köln P3-5 Softwarebasierte Messdatenverarbeitung an der Hochschule Best Practice LabVIEW Academy am ccass in Darmstadt Markus Haid, HS Darmstadt, Marc Backmeyer, National Instruments P3-6 Process Improvement for Mechatronic and Embedded Systems ein Ansatz für einen interdisziplinären Forschungsschwerpunkt Burghard Igel, Uwe Lauschner, Carsten Wolff, FH Dortmund P3-7 Einsatz datenbasierter Verfahren zur Überwachung und Fehlerdiagnose im technischen Anlagenmanagement Thorsten Jeinsch, Gunar Gruss HS Lausitz Peter Engel, PC-Soft GmbH, Steven X. Ding, Universität Duisburg-Essen P3-8 Leben und Arbeiten in der Fab Norbert Stuhrmann, FH-Düsseldorf OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012.indd 13

15 XIV Inhaltsverzeichnis Inserentenverzeichnis Phoenix Contact GmbH & Co. KG Blomberg Seite 23 Lucas-Nülle Lehr- und Messgeräte GmbH Kerpen-Sindorf Seite 35 Weidmüller Interface GmbH & Co.KG Detmold Seite 215 M+W Process Automation GmbH Ludwigshafen Seite 237 National Instruments Germany GmbH München Umschlagseite Siemens AG Nürnberg Umschlagseite OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012.indd 14

16 1 P 1-1 automotivegate und railgate: Galileo-basierte Fahrzeugführung für bodengebundenen Verkehr automotivegate and railgate: Galileo-based vehicle guidance for ground based transportation Von Thomas Engelhardt, Alexander Katriniok, Björn Schäfer, Dirk Abel1 Kurzfassung Die RWTH Aachen baut zurzeit zwei Galileo-Testgebiete für Automobil- und Bahnanwendungen in der Nähe von Aachen auf. Mit dieser Infrastruktur wird es möglich sein, schon vor der vollen Betriebsbereitschaft des Satellitennavigationssystems zukünftige Galileo-Anwendungen zu testen. Die RWTH Aachen wird mit Initialprojekten die Galileo-basierte Fahrzeugführung fördern und damit einen Beitrag zur Weiterentwicklung von Fahrerassistenz- und Sicherungssystemen liefern, die die besonderen Eigenschaften von Galileo hinsichtlich Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Genauigkeit ausnutzen. Abstract RWTH Aachen University is currently creating two Galileo test areas for automobile and rail applications in the vicinity of Aachen. By this infrastructure it will be possible to test future Galileo applications prior to the full operational capability of the satellite system. RWTH Aachen University will support the Galileo-based vehicle guidance by initial projects and therefore contribute to the development of advanced driver assistance and safety systems, which use the special features of Galileo regarding to availability, reliability and accuracy. 1 Einleitung In Zukunft wird es eine Vielzahl von Satellitennavigationssystemen geben. Das amerikanische GPS und das russische Glonass gehören zu den Systemen der ersten Generation und sind seit 1995 und 1993 in Betrieb. Das europäische System Galileo und das chinesische Compass befinden sich zurzeit im Aufbau, sie werden zur zweiten Generation von GNSS (Global Navigation Satellite Systems) gehören. Außerdem planen Indien und Japan zwei Systeme IRNSS und QZSS, die aber nur regional nutzbar sein werden. 1 Dipl.-Ing. Thomas Engelhardt, Dipl.-Inf. Alexander Katriniok, Dipl.-Ing. Björn Schäfer, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dirk Abel, Institut für Regelungstechnik, RWTH Aachen, Aachen, Deutschland OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012.indd 1

17 2 P 1-1 automotivegate und railgate Der Begriff GPS wird heute synonym verwendet für Satellitennavigationssysteme. Seitdem das Signal seit 2000 nicht mehr künstlich verfälscht wird (selective availability), haben die Anwendungen in vielen Bereichen einen starken Zuwachs erfahren. Neben dem ursprünglichen Anwendungsgebiet, der Navigation in Luft- und Schifffahrt, wird GPS heute in der Automobilund Fußgängernavigation, sowie in Tourismus, Landwirtschaft und Logistik eingesetzt. GPS und Glonass, zukünftig auch Compass sind militärische Systeme, die nur zweitrangig auch zivil nutzbar sind. Durch die hohe Zahl von Anwendern, vor allem von GPS, würde eine erneute zeitweise Aufhebung der zivilen Nutzbarkeit aus militärischen Gründen massiven wirtschaftlichen Schaden anrichten und weltweit zu weitreichenden Störungen führen. Die vollständige Inbetriebnahme (FOC) des europäischen Satellitennavigationssystems Galileo ist für geplant [9]. Es wird Vorteile hinsichtlich Verfügbarkeit, Zuverlässigkeit und Genauigkeit aufweisen. Der OS-Dienst (Open Service) wird dabei zivil frei nutzbar sein. Für Anwendungen mit hohen Ansprüchen an die Verfügbarkeit, wie sicherheitskritische oder kommerzielle Anwendungen, wird Galileo z.b. im CS-Dienst (Commercial Service) Verfügbarkeit vertraglich garantieren [2], wodurch solche Anwendungen erst möglich und wirtschaftlich planbar werden. Die im Einfrequenzbetrieb für den Galileo OS spezifizierte Genauigkeit ist vergleichbar mit der von GPS [2,8]. Die Galileo-Satellitenbahnen (Walker-Konstellation) weisen eine Inklination auf, die für europäische Breitengrade eine günstigere Geometrie (GDOP) und damit eine leicht bessere Positionslösung zulässt. Für Anwendungen mit hohen Genauigkeitsanforderungen müssen entweder der Mehrfrequenzbetrieb oder Augmentierungssysteme wie der EGNOS Service genutzt werden, der regionale Korrekturdaten für die Satellitensignale von Galileo, GPS und Glonass berechnet. Weitere Vorteile bezüglich Genauigkeit und Verfügbarkeit werden in Zukunft durch kombinierte Nutzung der verschiedenen GNSS möglich werden. Für sicherheitsrelevante Anwendungen wird Galileo einen Safety of Live Dienst (SoL) anbieten, der die Authentisierung der empfangenen Signale zulässt und Integritätsinformationen liefert. Dazu wird innerhalb von 6 Sekunden ein Alarm ausgelöst, wenn das Signal eine definierte Genauigkeit verlässt [2], so dass die Anwendung darauf angemessen reagieren kann. Die eigenen Integritätsinformationen werden ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal gegenüber GPS darstellen, das Integritätsinformationen nur über externe Augmentierungsdienste ermöglicht. 2 Galileo Test- und Entwicklungsumgebungen Mit diesen Vorteilen wird Galileo attraktiv für einen Einsatz in zukünftigen Fahrerassistenzund Sicherungssystem im Automobil- und Bahnbereich. Die RWTH Aachen möchte mir ihren beiden Galileo-Testzentren automotivegate und railgate einen Beitrag zum Einsatz von Satellitennavigation in sicherheitsrelevanten Anwendungen auf Straße und Schiene liefern. Diese beiden Testgebiete werden zurzeit im Rahmen des Projektes Galileo above (Anwendungssystem für bodengebundenen Verkehr) aufgebaut, dass von der Raumfahrtagentur des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.v. (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie gefördert wird. Um die Entwicklung von Anwendungen für Galileo schon vor der vollen Betriebsbereitschaft des Satellitennavigationssystems zu unterstützen, unterstützt das DLR in Deutschland die Er- OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012.indd 2

18 P 1-1 automotivegate und railgate 3 richtung von verschiedenen Galileo Test- und Entwicklungsumgebungen (GATEs) [1]. In diesen Testgebieten werden Galileo-Signale von terrestrischen Sendern (sog. Pseudoliten) ausgestrahlt, sodass sich ein Nutzer schon vor Verfügbarkeit der Galileo-Satellitensignale in diesen Bereichen orten kann. Die verschiedenen GATEs decken dabei die Verkehrsträger Wasser, Luft, Schiene und Straße ab. Als erstes wurde das GATE in Berchtesgaden errichtet, in dem im Virtual Satellite Mode die zukünftigen Satellitensignale vollständig emuliert werden [3], sodass dort Empfänger- und Anwendungsentwickler ihre Hard- und Software frühzeitig testen und in Betrieb nehmen können. Das SEA GATE in Rostock dient als Umgebung für Schifffahrt- und Hinterlandverkehrsanwendungen aller Art. Hier liefert das System für den Anlegeassistenten der Fährte MecklenburgVorpommern Positionsinformationen mit einer Genauigkeit von unter 0,5 m. Mit dem aviationgate im Forschungsflughafen Braunschweig soll vor allem der Einsatz von GalileoPseudoliten in den sicherheitskritischen Start- und Landephasen untersucht werden. Die beiden Testgebiete der RWTH Aachen, automotivegate und railgate, in denen die Fahrzeugführung mit Galileo erforscht werden soll, werden im Folgenden vorgestellt. 2.1 Galileo Test- und Entwicklungsumgebungen Für das automotivegate wird ein Automobil-Testzentrum der RWTH Aachen genutzt, dessen erster Bauabschnitt 2010 fertig gestellt wurde. Im Aldenhoven Testing Center (ATC) befindet sich eine kreisförmige Fahrdynamikfläche von über 200 m Durchmesser mit Beschleunigungsund Rückholspur [5]. Auf dieser Dynamikfläche können beliebige Verkehrssituationen dargestellt werden. Im Jahr 2013 soll das ATC in einem zweiten Bauabschnitt um eine ovale Umfahrung mit Steilkurven, einen Handling-Kurs, eine Schlechtwegestrecke und einen Steigungshügel erweitert werden. Zudem steht ein angrenzender abgeschlossener Autobahnabschnitt, der sonst für Filmaufnahmen genutzt wird, für Tests zur Verfügung. Bild 1 Pseudoliten-Standorte im automotivegate (rot), ATC erster Bauabschnitt (links, blau), geplanter zweiter Bauabschnitt (rechts). Luftbild: FEV Für das automotivegate wurden um das Testzentrum auf sechs bis zu 50 m hohen Masten die so genannten Pseudoliten montiert, die Galileo-Signale in das Testgebiet ausstrahlen. Mit ihnen können sich mehrere Fahrzeuge im Testgebiet gleichzeitig orten. Für die sechs Mast- OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012.indd 3

19 4 P 1-1 automotivegate und railgate standorte musste nur ein Mast neu errichtet werden, da Hochspannungsmasten und ein Schornstein mitgenutzt werden können. An einer zentralen Master Control Station kann das gesamte System gesteuert und beliebige Szenarien wiederholbar eingestellt werden. Die Systemperformance und Integrität wird laufend durch eine Referenzstation überwacht, die den Nutzern auch Augmentierungsdaten für eine differentielle Ortung zur Verfügung stellt. Im Frühjahr 2011 werden die ersten Systemtests stattfinden. Die volle Betriebsbereitschaft des automotivegates ist für Sommer 2012 geplant. Es steht dann allen Interessenten aus Forschung und Industrie offen, um frühzeitig Galileo-Anwendungen für den Automobilbereich zu entwickeln und zu testen. Die Webseite enthält ausführliche Informationen zum automotivegate. 2.2 railgate Das railgate wird auf dem Gelände des Siemens Prüf- und Validationcenter WegbergWildenrath (PCW) errichtet. Im PCW, das von vielen europäischen Herstellern genutzt wird, können sowohl Fahrzeuge als auch Infrastruktursysteme auf einem Gleisnetz von 28 Kilometern Länge [6] getestet werden. Das Testcenter ermöglicht eine Vielzahl von Prüfungen für Fahrzeuge von Straßenbahn bis Fernverkehr unter realistischen Bedingungen und unabhängig vom Verkehr auf regulären Strecken und damit auch ideale Testbedingungen für die Forschung. Bild 2 Prüf- und Validationcenter Wegberg-Wildenrath. Siemens AG Die Systemtechnik des railgate wird vergleichbar sein mit der des automotivegate. Für das railgate werden in Wegberg acht Pseudoliten-Masten genutzt. Das Gleisnetz des PCW und die Positionen der Pseudoliten sind in Bild 3 dargestellt. Hier mussten sechs Masten neu errichtet werden, die eine gute Abdeckung des teilweise bewaldeten Gebietes sicherstellen. Im railgate wird sich ein Nutzer dann wie auch im automotivegate mit einer Genauigkeit von bis zu 0.8 m orten können. Die ersten Systemtests finden auch hier im Frühjahr 2011 statt, voll einsatzbereit ist das railgate im Herbst Auf der Webseite sind weiterführende Informationen zum Testgebiet zu finden. Das railgate ist offen für alle Nutzer aus Industrie und Forschung. OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012.indd 4

20 P 1-1 automotivegate und railgate 5 Bild 3 Pseudoliten-Standorte im railgate Bild 3 Pseudoliten-Standorte im railgate 3 3 Galileo-basierte Fahrzeugführung Galileo-basierte Fahrzeugführung Satellitenbasierte Ortung wird heute im Automobil- und Bahnbereich lediglich für Komfort- und Satellitenbasierte Ortung wird heute im es Automobilund Bahnbereich lediglich Komfort- und Assistenzfunktionen eingesetzt. Wenn gelingt, Satellitennavigation auch infür sicherheitsreleassistenzfunktionen esneue gelingt, Satellitennavigation auch in sicherheitsrelevante Funktionen zu eingesetzt. integrieren, Wenn werden Fahrerassistenzund Sicherungssysteme mögvante Funktionen zudurch integrieren, neue FahrerassistenzSicherungssysteme möglich, die Autofahrer aktive werden Unfallvermeidung in kritischen und Situationen entlasten und die lich, die Autofahrer durch aktive Unfallvermeidung in kritischen Situationen entlasten die Sicherheit im Straßenverkehr weiter erhöhen können. Im Bahnbereich könnte durch und SatelliSicherheit im die Straßenverkehr weiter erhöhen reduziert, können. Im Bahnbereich könnte durch Satellitennavigation streckenseitige Infrastruktur sowie die Netzauslastung erhöht und tennavigation die streckenseitige Infrastruktur reduziert, sowie die Netzauslastung erhöht und damit Kosten gesenkt werden. damit KostenAachen gesenktuntersucht werden. mit ersten Initialprojekten die Machbarkeiten solcher AnwenDie RWTH Die RWTH Aachen untersucht mit erstenzur Initialprojekten die Machbarkeiten solcher Anwendungen. Diese Projekte sollen außerdem technischen Validierung der Galileo-Infrastruktur dungen. Die Diese Projekte sollen außerdem zur technischen Validierung dernordrhein-westfalen Galileo-Infrastruktur dienen. verschiedenen Initialprojekte werden zum einen vom Land dienen. Die des verschiedenen Initialprojekte zum Land Sie Nordrhein-Westfalen im Rahmen IKT-Programmes und zumwerden anderen vomeinen DLR vom gefördert. sollen im Folgenim Rahmen des IKT-Programmes und zum anderen vom DLR gefördert. Sie sollen im Folgenden näher vorgestellt werden. den näher vorgestellt werden. 3.1 Galileo-basierte Fahrzeugführung 3.1 Galileo-basierte Fahrzeugführung Die Entwicklung eines Galileo-basierten Kollisionsvermeidungs-Assistenten (Collision AvoiDie Entwicklung eines Galileo-basierten Kollisionsvermeidungs-Assistenten (Collision Avoidance System, CAS) bildet den Forschungsschwerpunkt des vom DLR geförderten Initialprodance System, den Forschungsschwerpunkt des vom DLR Initialprojekts. Auf Basis CAS) einer bildet zuverlässigen und präzisen Umfelderkennung soll geförderten das CAS-System sojekts. Auf Basis als einer zuverlässigen präziseninumfelderkennung soll das CAS-System sowohl bewegten auch unbewegtenund Fahrzeuge gleicher und entgegengesetzter Fahrtrichwohl als auch unbewegten Fahrzeuge gleicher undeiner entgegengesetzter Fahrtrichtung bewegten eine Kollisionswahrscheinlichkeit zuordnen inund im Fall drohenden Kollision im tung eine Kollisionswahrscheinlichkeit zuordnen und imein Fall einer drohendenintervenieren, Kollision im letztmöglichsten Zeitpunkt durch eine Notbremsung oder Ausweichmanöver letztmöglichsten Notbremsung ein Ausweichmanöver intervenieren, wenn der Fahrer Zeitpunkt dazu nichtdurch mehreine in der Lage ist. Einoder Stauende, ein plötzliches einscherendes wenn der Fahrer dazu nicht mehr in der Lage ist. Ein Stauende, ein plötzliches einscherendes Fahrzeug sowie ein Überholvorgang mit Gegenverkehr (siehe Bild 4) sind beispielsweise SzeFahrzeug sowie ein Überholvorgang mit Gegenverkehr (siehekäme. Bild 4)Motiviert sind beispielsweise Szenarien, in denen dieses Fahrerassistenzsystem zum Einsatz ist diese Projektnarien, in denen dieses Fahrerassistenzsystem zum Einsatz käme. Motiviert ist diese Projektidee durch Unfallstatistiken des Statistischen Bundesamts der Bundesrepublik Deutschland, ideebelegen, durch Unfallstatistiken des Statistischen Bundesamts Deutschland, die dass mehr als 50% aller Unfälle mit Verletzten der und Bundesrepublik Getöteten im Straßenverkehr die belegen, dass mehr als 50% aller Unfälle mit Verletzten und Getöteten im Straßenverkehr OIV120006_BUCH_Aale_Tagungsband_2012.indd 5