Wie im IMAX-Kino Interaktiver und flexibler Fahrzeugsimulator

Redakteur: Silvano Böni

Energieeffizienz, Betriebssicherheit oder Lebensdauer: Das Verhalten des Fahrers hat grossen Einfluss auf ein Fahrzeug. Fraunhofer Forscher haben einen Fahrsimulator entwickelt, der den «Faktor Mensch» für Entwicklungsingenieure berechenbarer machen soll.

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Der Fahrzeugsimulator des Fraunhofer-Institits für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM hat 18 Kameras, die ihre Bilder auf eine riesige Kuppel projizieren. Die Fahrerkabine kann nahezu jede Fahrsituation simulieren.
Der Fahrzeugsimulator des Fraunhofer-Institits für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM hat 18 Kameras, die ihre Bilder auf eine riesige Kuppel projizieren. Die Fahrerkabine kann nahezu jede Fahrsituation simulieren.
(Fraunhofer ITWM)

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. 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.

Anforderungen immer spezifischer

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.

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