Human-in-the-Loop Fahrsimulator RODOS ®

Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM

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RODOS ® - RObot based Driving and Operation Simulator

Bei der Fahrzeugauslegung müssen in sehr frühen Projektphasen Attribute wie Betriebs-festigkeit und Zuverlässigkeit untersucht werden. Um die relevanten Vorgänge in der Simulation richtig abzubilden, müssen alle äußeren Einflüsse auf das Fahrzeug berücksichtigt werden. Dazu zählen der Fahrer sowie die Fahrerassistenzsysteme, die den Regelkreis „Fahrzeugführung“ beeinflussen. Für die Auslegung von aktiv rückwirkenden Systemen muss daher in jedem Fall die Fahrerreaktion beachtet werden, um etwa die Bedienbarkeit neuer Automatisierungssysteme zu gewährleisten.

Tests an Prototypen unter realen Bedingungen und für alle möglichen Bediener und Nutzungsarten sind sowohl aus Kostengründen, als auch wegen der relativ schlechten Reproduzierbarkeit der Tests nicht praktikabel. Auch ist der Einsatz von Prototypen in frühen Entwicklungsphasen wegen der Modularität der Entwicklung häufig nicht möglich. Die beste Lösung sowohl aus technischer als auch finanzieller Perspektive stellt daher ein interaktiver Simulator dar. Hierdurch lassen sich komplexe Situationen zusammen mit dem Fahrereinfluss detailliert, sehr gut reproduzierbar und risikolos untersuchen.

Aus diesem Grund haben wir am ITWM einen interaktiven Bewegungssimulator auf Basis eines Industrieroboters konzipiert. Das RODOS® System erlaubt mit 1000kg Nutzlast die Verwendung von Serienkabinen und -chassis, sodass die Haptik der von realen Fahrzeugen entspricht. Innerhalb eines sphärischen Projektionsdomes mit 10 m Durchmesser wird eine nahtlose Projektion einer interaktiven Szene erzeugt. Der Bewegungsraum des Robotersystems ist im Vergleich zu konventionellen Hexapod-Plattformen sehr groß.

Das Visualisierungssystem unterstützt neben klassischen 3D-Szenen auch die Darstellung von 3D-Laserscanner Messdaten. Das seit Mitte 2015 am ITWM verfügbare 3D-Laserscanner Fahrzeug REDAR (Road and Environment Data Acquisition Rover) zur hochgenauen georeferenzierten Vermessung von Straßen und Umgebungen liefert hierzu die Informationen.

Das Bild zeigt ein solches Szenario. Die in der Simulation abgebildete Umgebung umfasst ca. 20km Land- und Bundesstraße. Der für dieses Szenario benötigte Speicherplatz beträgt über 2Tb, die Auflösung liegt im Sub-Zentimeter Bereich.

Die wichtigsten Vorteile gemessener Szenen bestehen einerseits in der sehr guten Passung zur Realität und der damit einhergehenden optischen Komplexität, andererseits wird der Modellieraufwand auf ein Minimum reduziert. Neben der echtzeitfähigen Visualisierung mit 120 Hz steht zudem ein speziell für die interaktive Simulation mit CDTire entwickelter Terrainserver zur Verfügung. Beide Systeme nutzen die 3D-Laserscannerdaten als eine gemeinsame Datenbasis, sodass optische Darstellung und Dynamiksimulation konsistent bleiben.

Einer der nächsten Entwicklungsschritte wird die Einfärbung der bislang graustufigen Punktwolkeszenarien sein.