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RFID im Blick

UHF-RFID-Bodenantennen für die Hochgeschwindigkeitserfassung im Opel Test Center

Use Cases | von PR RFID im Blick | 17. Dezember 2013
Die Anordnung der UHF-Bodenantennen ermöglichen eine Erfassung von an Fahrzeugen befindlichen Transpondern selbst bei Geschwindigkeiten von über 250 km/h. Die Anordnung der UHF-Bodenantennen ermöglichen eine Erfassung von an Fahrzeugen befindlichen Transpondern selbst bei Geschwindigkeiten von über 250 km/h. BILD: Opel

RFID in der Automobilindustrie

Im Jahr 1966 baute Opel ein komplett neues Testzentrum in Rodgau/Dudenhofen, 50 Kilometer entfernt von Rüsselsheim, auf. Hier entstanden damals bereits 33 Kilometer Straßen und Wege, um Fahrzeuge auf ihre Dauerhaltbarkeit und die Belastbarkeit unter extremen Bedingungen zu testen. Seit Beginn der 2000er Jahre ist der Streckenanteil des Testzentrums um 50 Prozent gewachsen, so dass sich aktuell mehr als 60 Kilometer Prüfstrecken auf dem Gelände befinden, die in den kommenden Jahren auf rund 100 Kilometer anwachsen werden. Das Spektrum der Strecken reicht von Komfort- und Geräusch-Messstrecken über Marter- und Bergstrassen, die real existierenden Straßen und Serpentinen nachempfunden sind, bis hin zur Hochgeschwindigkeitsbahn.

„Trotz des hohen Fahrzeugaufkommens hatten wir noch nie einen Stau an den Zufahrtspunkten zu den einzelnen Strecken“, berichtet Dr. Matthias Schollmaier, Direktor der Opel Test Center bei einem Vorortbesuch von „RFID im Blick“.

Bodenantennen für die Hochgeschwindigkeitserfassung

Die UHF-Kennzeichenvariante wird seit 2011, damals als Teil des RAN-Projektes gemeinsam mit dem Biba aus Bremen, auch in Hochgeschwindigkeitstests erprobt, um zu ermitteln, bis zu welcher Geschwindigkeit UHF-Transponder korrekt lesbar sind. „Bislang konnten wir die obere Grenze noch nicht definieren. Bis 270 km/h waren die Transponder definitiv lesbar, beim Erfassen mit Antennen oberhalb der Fahrbahn. Im nächsten Schritt haben wir die Tests mit Antennen, die im Asphalt verbaut sind, durchgeführt. Dabei haben wir im Vorfeld festgestellt, dass nicht jede Antenne für den Einbau in Asphalt geeignet ist“, erläutert Dietmar  Terhörst, IT-Verantwortlicher im Test Center. Die Frage war, welche Antenne sowohl die hohen Temperaturen von bis zu 200 Grad Celsius beim Einbringen in die Asphaltschicht schadlos übersteht und gleichzeitig mehreren Tonnen Druck beim Überfahren von Straßenbaumaschinen standhält. „Wir nutzen heute eine speziell entwickelte Antenne, bei der das Gehäuse aus einem Block gefräst wurde.“ In der Mittelschicht auf der Hochgeschwindigkeitsbahn wurden die Antennen samt Verkabelung eingesetzt, dazu auch gleich Edelstahlleerrohre für Induktionsschleifen und Sensorik.

Antennenanordnung für optimale Erfassung

„Die von uns verwendeten Antennen haben einen Öffnungswinkel von 90 Grad. Damit erreichen wir ungefähr eine Lesereichweite von einem mal einem Meter. Die Fahrbahn ist allerdings fünf Meter breit. Die Lösung, die wir jetzt nutzen, ist ein Kompromiss aus der verfügbaren Hardware und dem, was der Straßenbauer zulässt, ohne dass er seine Garantie einschränken muss. Dazu gehört zum Beispiel, dass die Antennen einen Mindestabstand von einem Meter haben müssen, um Risse in der Fahrbahn zu vermeiden. Gleichzeitig musste berechnet werden, in welcher Spur welche Antenne verbaut wird, um auch bei hoher Geschwindigkeit die Transponder über die Luftschnittstelle „aufzuwecken“ damit Sie ihre ID übermitteln“, beschreibt Dietmar Terhörst die Herausforderungen bei der Implementierung der Antennen in die Fahrbahnoberfläche der Hochgeschwindigkeitsstrecke.

Das Spektrum der Strecken reicht von Komfort- und Geräusch-Messstrecken über Marter- und Bergstrassen, die real existierenden Straßen und Serpentinen nachempfunden sind, bis hin zur Hochgeschwindigkeitsbahn.

Der „Drei-Antennen-Trick“

Auf dem Hochgeschwindigkeitskurs können Fahrzeuge bis zu 250 km/h querkraftfrei fahren. Bei dieser Geschwindigkeit befahren sie die oberste der drei Fahrspuren. Um bei Geschwindigkeiten jenseits der 200 km/h die an den Fahrzeugen befindlichen Transpondern sicher zu erfassen, bediente sich Dietmar Terhörst eines einfachen Tricks: „Je höher ein Fahrzeug in der Fahrbahn fährt, desto schneller ist es. Daher war hier unsere Idee, drei Antennen, die hintereinander in der Fahrbahn eingelassen sind, zu nutzen. Die ersten beiden Antennen senden, sobald ein Fahrzeug über sie hinweg fährt, Energie aus, um den Transponder zu aktivieren. Spätestens die dritte Antenne empfängt dann die Daten, die vom Transponder übermittelt werden. Natürlich ist dieser Aufbau keine besondere Neuentwicklung, aber es zeigte sich schrittweise, dass er funktioniert, selbst bei Geschwindigkeiten jenseits der 250 km/h. Erst kürzlich konnten wir bei einem Test bei fast 270 km/h einen Transponder erfassen, allerdings nicht zuverlässig. Die Geschwindigkeit bereitet uns somit keine Schwierigkeiten, viel mehr die Vorgehensweise beim Lesen.“

Multiplexer helfen nicht

Werden mehrere Antennen an einem Reader betrieben, kommen in der Regel Multiplexer zum Einsatz, die jede angeschlossene Antenne für wenige Zehntel- bis Hundertstelsekunden aktivieren und dann wieder abschalten, so Dietmar Terhörst „Ist jetzt aber eine Antenne just in dem Moment inaktiv, in dem das Auto mit hoher Geschwindigkeit die Antenne passiert, wird es nicht erfasst.“ Um diese Herausforderung kostengünstig zu lösen, ohne jedoch an jeder Antenne einen Reader zu betreiben, arbeitet Dietmar Terhörst aktuell.

Klare Vorteile für den Testbetrieb

Die Grenzen der Erfassbarkeit auszuloten ist nur ein Anliegen, weshalb Dietmar Terhörst gemeinsam mit seinen Kollegen im Test Center eine zuverlässige Lösung im Hochgeschwindigkeitsbereich entwickelt. „Aus unserer heutigen Sicht ist es weltweit einmalig, dass eine solche Vielzahl an Antennen im Asphalt verbaut werden und so erstmals Daten liefern, welches Fahrzeug mit welcher mittleren Rundengeschwindigkeit auf welcher Spur unterwegs ist. Diese Daten stehen den Testern dann unmittelbar zur Auswertung zur Verfügung. Selbstverständlich wäre zum Beispiel eine Lichtschranke auch denkbar zur Geschwindigkeitsmessung, faszinierend ist jedoch, dass wir nicht nur die Verkehrsüberwachung an den Zufahrten idealisieren, sondern auch sehr genau Rundenzeiten mit einem angeklebten 5-Cent-Tag bestimmen können, den wir ohnehin bereits nutzen.

Mehrfachnutzen beim Tanken und Waschen

Der Mehrwert der RFID-Lösung – ausgehend von der Zufahrtskontrolle – endet in den Überlegungen der Verantwortlichen jedoch nicht bei der Geschwindigkeitserfassung, sondern weitet sich auf andere Prozesse aus. So werden an der Tankstelle auf dem Testgelände ständig 18 verschiedene Sorten Kraftstoff bereitgehalten, damit Autos beispielsweise auch mit Diesel oder Benzin aus Indien, China oder Südamerika getestet werden können. „Mit temporär angelieferten Sondertreibstoffen steigt die Anzahl auf rund 25 verschiedene Sorten an der Tankstelle. Eine Verwechslungsgefahr ist also gegeben. Wird über eine Bodenantenne ein Fahrzeug erfasst, das an die Tanksäule fährt, kann automatisch die richtige Sorte Kraftstoff freigegeben werden“, berichtet Dr. Matthias Schollmaier, Direktor der Opel Test Center. Gleiches gilt für die Waschanlage: „Bei uns geht es nicht darum, dass ein Auto sauber wird, vielmehr müssen wir wissen, wie oft ein Fahrzeug und mit welchem Waschprogramm es gewaschen wurde. Diese Daten fließen mit in die Testanalysen ein. Eine Bodenantenne vor der Waschanlage könnte das Fahrzeug erfassen und die Daten automatisch in der Datenbank verknüpfen“, ergänzt Dietmar Terhörst.

Das Test Center als „Innovationskeimzelle“

„Um die Sicherheit bei einen Mischbetrieb aus Dauertests, Fremdfirmentests und Events sicher zu gewährleisten, brauchen wir ein System zur Steuerung. Wir haben hier im ‚Mikrokosmos Test Center‘ die Möglichkeiten, Lösungen im kleinen Maßstab zu konzipieren und zu entwickeln. Damit sind wir Vorreiter und können zeigen, was uns weiterbringt und so auch andere Standorte auf Ideen bringen, insbesondere was die Nutzung der RFID-Technologie betrifft“, berichtet Dietmar Terhörst und mit einem Blick in die Zukunft sagt Dr. Schollmaier: „Sobald alle Fahrzeuge schon während der Produktion mit einem Transponder ausgestattet werden, können wir diese auch in den Test Centern nutzen, was die Prozesse weiter optimiert. In der Produktion der Kundenfahrzeuge ist dieser Schritt jedoch noch nicht absehbar, aber bei der Fertigung der Fahrzeuge für den Testbetrieb sehen wir gute Chancen, dass die Transponder möglicherweise frühzeitig eingebracht werden.“

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Letzte Änderung am Mittwoch, 21 Oktober 2015 17:17
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