Über HEiDi

Ziel

HEiDi verlagert einen großen Teil der Tests für neue Bahn-Sensorsysteme und Assistenzfunktionen in eine realitätsnahe Simulation. Das reduziert Aufwand, erhöht Wiederholbarkeit und ermöglicht sichere Tests von Grenzfällen.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) forscht mit seinen etwa 12.000 Mitarbeitern an 30 Standorten in 51 Instituten und Einrichtungen an allen technologischen Forschungsfronten. Der Bereich Verkehr des DLR beschäftigt sich neben Straße, Wasser und Luft auch mit Schienentechnologien. Hier erforscht das DLR neben der Validierung neuer Technologien (etwa für ETCS und EULYNX) auch die Realitätsnähe von Simulationen. Eine realistische Simulation beschleunigt das Abarbeiten von Testfällen massiv. Dieses Vorgehen findet symbiotisch in enger Kooperation mit den straßenzentrierten Instituten statt, bei denen ein analoges Vorgehen Forschungsgegenstand ist.

Im Projekt HEiDi integriert das DLR den im Projekt SAMIRA entwickelten Rangierassistenten in die eigene Simulation. Zum einen erlaubt die Integration die prototypische Entwicklung eines Szenarienkatalogs, wie er für ein Zulassungsverfahren Verwendung finden kann. Zum anderen gewährt das Forschungsprojekt relevante Einblicke, welche Hindernisse es im Eisenbahnsektor bei der simulationsgestützten Zulassung geben wird. Ziel des DLR ist die exemplarische Herleitung relevanter Testfälle für die Zulassung im Bahnbereich sowie deren Durchführung in Realität und Simulation, um den notwendigen Testaufwand zum einen zu verringern und darüber hinaus reale Testfahrten durch Simulation zu substituieren.

Digitaler Zwilling des Testfeldes

Die Umgebung wird aus präzisen Messdaten vor Ort aufgebaut: Gleise, Gebäude, Oberleitungen und Geländeform werden digital nachgebildet. Dadurch entsteht eine belastbare Basis für virtuelle Tests und Vergleiche mit der Realität.

Sensor-Simulation & Kombination

Sensoren wie Kamera, GNSS, Radar und LiDAR können in der Simulation nachgebildet und flexibel kombiniert werden. So lassen sich Sensor-Setups schnell evaluieren, ohne jedes Mal reale Testfahrten zu planen.

Strategische Bedeutung

HEiDi schafft für den EU-Binnenmarkt einen langfristigen und nachhaltigen Wettbewerbsvorteil durch die Entwicklung einer innovativen Technologie, die als Beschleuniger für weitere Innovationen dient. Der schienengebundene Güterverkehr ist für den EU-Binnenmarkt von strategischer Bedeutung – er sichert die Versorgung der Bevölkerung nachhaltig und zuverlässig. Gleichzeitig führt der demografische Wandel zu einem zunehmenden Fachkräftemangel in diesem Sektor.

Durch die Optimierung von Entwicklungsprozessen und die daraus folgende Effizienzsteigerung im Schienenverkehr entsteht ein Momentum, das Innovationen beschleunigt und die intelligente Digitalisierung vorantreibt. Während es derzeit noch an Richtlinien für die Zulassung automatisierter Fahrfunktionen im Bahnbereich mangelt, schafft HEiDi frühzeitig das Potenzial, diese Richtlinien zukünftig praxisnah, realistisch und mit geringem Aufwand digital erarbeiten zu können.

Herausforderungen im Schienengüterverkehr

Nordrhein-Westfalen ist eine wichtige Logistik-Drehscheibe im Herzen Europas, die täglich stark von überlasteter Infrastruktur betroffen ist. Ballungszentren, Transitstrecken und die Rheinschiene sind überproportional belastet, was enorme Kosten im Straßenbau verursacht und zu anhaltenden Verkehrsengpässen führt. Die zunehmende Verzahnung der Binnenhäfen mit den großen Seehäfen verstärkt den Druck auf die Verkehrsnetze zusätzlich.

Während der Anteil der Bahn am Güterverkehr stagniert, transportiert sie vorwiegend Massengüter. Hochwertige und kleinteilige Sendungen werden weiterhin überwiegend per Lkw befördert. Um diesen Entwicklungen entgegenzuwirken, muss der Schienengüterverkehr deutlich an Effektivität, Effizienz und Flexibilität gewinnen – und genau hier setzt HEiDi an.

Automatisierung im Schienenverkehr

Aktuelle Fortschritte bei Assistenzsystemen und automatisierten Fahrfunktionen im Schienenverkehr (Automated Train Operation, ATO) werden durch erhoffte Kosteneinsparungen, erhöhte Zuverlässigkeit und absehbare Personalengpässe motiviert. Als weiterer Anreiz gilt der ökologische Wert der Bahn als emissionsärmeres Verkehrsmittel im Vergleich zu Automobil oder Flugzeug.

Besonders für die letzte Meile und den Einzelwagenverkehr fehlt es noch an innovativen Systemen zur Automatisierung der Rangiervorgänge. Damit der Schienenverkehr langfristig attraktiv für den Güterverkehr bleibt, muss die Automatisierung in all ihren Ausprägungen – von der technischen Machbarkeit über die Zulassung bis hin zu den betrieblichen Auswirkungen – erforscht und eingeführt werden.

Projektziele

Ziel von IKADO im Rahmen von HEiDi ist die Entwicklung einer innovativen Simulationsumgebung zur Erprobung und Validierung von Sensorsystemen im Eisenbahnbereich, insbesondere für Anwendungen auf der letzten Meile. Diese Umgebung soll reale Testfahrten in großem Umfang ergänzen oder ersetzen und dadurch Entwicklungszeiten sowie Kosten signifikant reduzieren.

Kern des Vorhabens ist die Kombination eines realen Testfelds mit einem digitalen Zwilling, um auch komplexe, KI-basierte Assistenzsysteme unter realitätsnahen Bedingungen zu testen. Dies soll zukünftig ermöglichen, den Nachweis der für eine Zulassung erforderlichen Systemzuverlässigkeit teilweise digital zu erbringen. Durch die virtuelle Testumgebung können verschiedene Hardwarekonfigurationen bereits in frühen Entwicklungsphasen simuliert und bewertet werden – das verkürzt Iterationszyklen und senkt Kosten erheblich.

Um die Leistung der Simulationsumgebung zu bewerten, wird der Rangierassistent SAMIRA als Modell nachgebaut und im digitalen Testfeld erprobt. So kann das Systemverhalten auch in sicherheitskritischen Grenzsituationen – etwa bei seltenen Witterungsbedingungen oder außergewöhnlichen Betriebsszenarien – bewertet und optimiert werden.