Dynamisch statt statisch: Neue Anforderungen an Navigationssensoren

Seit 2024 müssen GNSS- und INS-Systeme zwingend dynamisch kalibriert werden. Dieser Beitrag zeigt, warum das jetzt entscheidend ist und worauf es technisch, normativ und in der Praxis ankommt.

Kalibrierung von Navigationssensoren – Anforderungen und Praxis

In der mobilen Messtechnik gewinnen inertiale Navigationssysteme (INS) und GNSS/GPS-basierte Sensoren stetig an Bedeutung. Ihre Anwendungen reichen von der Fahrdynamik über Fahrerassistenzsysteme (ADAS) bis hin zur Fahrzeugerprobung. Zentrale Voraussetzung für valide Messergebnisse ist eine präzise, nachvollziehbare und normgerechte Kalibrierung. Die seit 2024 geänderten Vorgaben stellen neue Herausforderungen für Prüfstellen und Kalibrierdienstleister dar.

Technische Grundlage und normative Anforderungen

In Deutschland gelten für GNSS-basierte Geschwindigkeitsmesssysteme sowie kombinierte INS-Systeme die Vorgaben des Verkehrsblattes Nr. 156 (Heft 21, 2018). Dieses regelt sowohl die grundsätzliche Kalibrierfähigkeit solcher Systeme als auch die geforderten Messverfahren. Für INS kommen zusätzlich die Verfahren G-GNSS-01_V2:A01 (Prüfverfahren für GNSS-Geschwindigkeit), W-Rot-01_V1:A0 (Prüfverfahren für Drehraten/Winkelgeschwindigkeit) sowie das anerkannte DKD-R 3-1 Blatt 3:2018 (Kalibrierung von Beschleunigungsaufnehmern) zur Anwendung.

Wichtig: Seit 2024 sind statische Kalibrierungen nicht mehr ausreichend. Die Vorgaben erfordern nun dynamische Prüfungen mit definierter Anregung über verschiedene Frequenzen und Amplitudenbereiche hinweg. Insbesondere für Winkelgeschwindigkeiten und Beschleunigungen ist eine Linearitätsprüfung erforderlich, die bei Frequenzen zwischen 5 Hz und 10 Hz mindestens fünf unterschiedliche Anregungsstufen abdeckt.

Sensorarten, Messbereiche und Kalibrierparameter

Die Kalibrierung moderner INS-Systeme gliedert sich in drei Hauptteile:

• Teil 1: Beschleunigung
  Dynamisch: 0,5 Hz bis 16 Hz bei 5 m/s²
  Statisch: 1 m/s² bis 20 m/s² bei 8 Hz
• Teil 2: Drehrate (Gyroskop)
  Dynamisch: 0,5 Hz bis 16 Hz bei 10°/s
  Statisch: 8°/s bis 120°/s bei 8 Hz
• Teil 3: GNSS-Geschwindigkeit
  0 bis 500 km/h per Simulation

Diese Bandbreiten ermöglichen es, die typischen Anforderungen der Fahrzeug- und ADAS-Industrie vollständig abzudecken und die Sensorleistung unter realitätsnahen Bedingungen präzise zu bewerten.

Gerätevielfalt und Anwendungsbereiche

Die Kalibrieranforderungen betreffen zahlreiche Geräte gängiger Hersteller, wie zum Beispiel:

• RaceLogic: VBOX Touch, VBOX 4, VBOX 3is, Speed Sensors, S, VBOX IMU
• Genesys: ADMA-Serien wie ADMA-G-Pro+, ADMA slim, ADMA micro, usw.
• OXTS: Komplette RT-x-Serien wie RT100, RTR3000, RT5000, usw.
• Dewesoft: DS-VGPS, SBOXe, DS-Gyro
• RaceTechnology: SPEEDBOX, SPEED10x, GNSS2, RT-Live
• Hentschel System: 339.28 RTK-GNSS-IMU

Diese Geräte kommen unter anderem in folgenden Bereichen zum Einsatz:

• Validierung von Fahrerassistenzsystemen (ADAS)
• Entwicklung und Test von Fahrwerks- und Reifentechnologien
• Fahrdynamikuntersuchungen
• Erprobung im militärischen Umfeld

Zu den aktiven Anwendern dieser Geräte zählen beispielsweise: TÜV, DEKRA, Volkswagen, Audi, Mercedes, BMW, Ford, Continental, Hankook und die Bundeswehr.

Herausforderungen: Durchlaufzeit und Qualität

Neben der normgerechten Ausführung ist für viele Kunden auch die Durchlaufzeit ein entscheidendes Kriterium. Während bei herkömmlichen Dienstleistern mit 6 Wochen oder mehr zu rechnen ist, bietet Spektra normgerechte Kalibrierungen bereits innerhalb von nur 5 Arbeitstagen an.

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal liegt in der Prüftiefe: Viele Marktteilnehmer setzen weiterhin auf rein statische Verfahren, obwohl die Normen inzwischen zwingend dynamische Kalibrierverfahren mit multipler Amplitudenvariation fordern. Spektra bietet darüber hinaus eine signifikant erweiterte Bandbreite bis zu 50 m/s² für Beschleunigungen und bis zu 3000°/s für Drehraten und übertrifft damit die Mindestanforderungen deutlich.

Fazit

Die präzise Kalibrierung von INS- und GNSS-Systemen ist nicht nur eine regulatorische Pflicht, sondern auch ein entscheidender Faktor für die technische Zuverlässigkeit. Nur mit umfassend geprüften Sensoren liefern dynamische Anwendungen belastbare, rückführbare und vergleichbare Messergebnisse. Messtechniker und Prüfmittelverantwortliche sollten daher auf die aktuelle Normlage, die notwendige Prüftiefe und praxisgerechte Bearbeitungszeiten achten.

Wer auf moderne dynamische Verfahren setzt, erhält nicht nur normkonforme, sondern auch zukunftssichere Messergebnisse und schafft so die Basis für sichere, innovative und effiziente Mobilität.

Autor: Steven Kallet, Sales Engineer, Spektra Schwingungstechnik und Akustik GmbH, Dresden

Mehr Informationen