Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWMForschung Kompakt
Interaktiver Simulator für Fahrzeuglenker
Energieeffizienz, Betriebssicherheit oder Lebensdauer: Das Verhalten des Fahrers hat großen Einfluss auf ein Fahrzeug. Forscher haben einen Fahrsimulator entwickelt, der den »Faktor Mensch« für Entwicklungsingenieure berechenbarer machen soll.
Simulationen sind in der Automobil- und Nutzfahrzeugindustrie ein wichtiges Entwicklungswerkzeug – denn sie erlauben einen Blick in die Zukunft: Mit ihrer Hilfe lassen sich Eigenschaften von Fahrzeugkomponenten wie etwa Unfallverhalten, Zuverlässigkeit oder Energieeffizienz untersuchen, bevor das erste Bauteil gefertigt wird. Um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, müssen jedoch alle Einflüsse, denen das Fahrzeug im späteren Betrieb ausgesetzt ist, berücksichtigt werden – auch die des Menschen.
Zusammenspiel zwischen Mensch und Fahrzeug
Forscher am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern haben mit RODOS (Robot based driving and operation simulator) einen interaktiven Fahrsimulator entwickelt, mit dem sich auch das Zusammenspiel zwischen Mensch und Fahrzeug realitätsnah analysieren lässt.
»Das Fahrerverhalten ist eine entscheidende Einflussgröße, die oft noch unzureichend in den Rechenmodellen berücksichtigt wird«, so Dr. Klaus Dreßler vom ITWM. Zwar gibt es Algorithmen, die den »Faktor Mensch« in der Simulation nachstellen sollen – doch diese werden der Komplexität des menschlichen Verhaltens nicht gerecht. Die Forscher am ITWM setzen daher auf das Konzept der hybriden Simulation. Das bedeutet, ein realer Mensch agiert innerhalb einer Simulationsumgebung – ein bekanntes Beispiel dafür sind Flugsimulatoren, in denen Piloten regelmäßig Extremsituationen üben. In der Automobil- und Nutzfahrzeugbranche verfügen bislang nur wenige Hersteller über derartige Anlagen, deren Entwicklung sehr aufwändig und teuer ist.
Riesiger Greifarm simuliert Bremsvorgänge und Kurven
Der Anlagenaufbau am ITWM besteht aus einer realen Fahrzeugkabine, in der die Testperson wie gewohnt Lenkrad, Gas oder Bremse bedienen kann. Die Fahrerkabine ist mit einem 6-achsigen Robotersystem verbunden, das wie ein riesiger Greifarm aussieht und durch Kippen oder Drehen Beschleunigungen, Bremsvorgänge oder das Fahren enger Kurven simulieren kann.
»Mit unserem Roboter haben wir dabei einen viel größeren Bewegungsspielraum als mit heute üblicherweise eingesetzten Kinematik-Systemen. Gleichzeitig ist der Platzbedarf sehr gering«, so Projektleiter Michael Kleer.Damit die Testperson sich authentisch verhält, muss sie das Gefühl haben, sich tatsächlich in einem fahrenden Auto zu befinden.
Mit Motion-Cueing-Algorithmen Simulatorkrankheit vorbeugen
Passen die Bewegungen des Simulators dabei nicht mit den visuellen Eindrücken zusammen, beeinflusst das nicht nur die Reaktion, sondern kann sogar zu Symptomen wie Schwindel und Übelkeit führen: Die Simulatorkrankheit wird wie die Reise- oder Seekrankheit durch widersprüchliche Sinneswahrnehmungen ausgelöst.
»Um solche unangenehmen Begleiterscheinungen zu verhindern, entwickeln wir unsere Motion-Cueing-Algorithmen, welche die Steuersignale für den Roboter generieren, zusammen mit Kognitionsforschern«, erklärt Dreßler. Auf Grundlage dieses interdisziplinären Wissens lassen sich die Simulatorbewegungen so optimieren, dass sie von der Testperson als sehr natürlich wahrgenommen werden.
Gleichzeitig sorgt ein riesiger Projektionsdom dafür, dass auch visuell der Eindruck einer realen Fahrt entsteht. 18 Projektoren ermöglichen situationsbezogen eine optimale Rundumsicht. »Man kann sich das ungefähr vorstellen wie in einem IMAX-Kino«, so Dreßler. Fahrsimulationen, die auch menschliche Einwirkungen auf ein Fahrzeug berücksichtigen, dürften künftig an Bedeutung gewinnen: Allein durch die steigende Zahl an Assistenzsystemen wird die Mensch-Maschine-Schnittstelle im Automobil immer bedeutsamer. Die Anforderungen an eine Simulation werden dabei zusehends spezifischer. »Darin liegt ein weiterer Vorteil unseres Konzepts: Alle Algorithmen sind Eigenentwicklungen – wir können die einzelnen Parameter deshalb auch an projektspezifische Fragestellungen anpassen«, sagt Kleer.
Die Simulationsanlage am ITWM ist bereits in Betrieb – derzeit laufen dort zwei Projekte in Zusammenarbeit mit der Volvo Construction Equipment. Die Forscher zeigen die Technologie vom 7. bis 11. April 2014 auf der Hannover Messe am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand Digital Factory (Halle 7, Stand B10).
