Verschieden Umwelteinflüsse wirken auf ein Fahrzeug einDas System der Fraunhofer-Wissenschaftler berücksichtigt realistische Umwelteinflüsse in Fahrsimulationen.
TechnikHilfe bei der virtuellen Auto-Entwicklung

Reale Daten für die Simulation

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Mirko Besch

Mirko Besch

freier Journalist

Bei der virtuellen Fahrzeugentwicklung spielen möglichst exakte Daten von den verschiedensten Umwelteinflüssen wie beispielsweise Wetter oder Straßenbeschaffenheit eine wichtige Rolle. Automobilhersteller benötigen diese Daten, um ihre Fahrzeuge unter so realen Bedingungen wie möglich testen zu können. Da das Ermitteln und Aufbereiten dieser Daten jedoch aufwendig und teuer ist, arbeiten die Autobauer oft nur auf Grundlage von Annahmen. Das soll sich dank einer neuen, günstigeren Lösung nun ändern.

04. August 2016

Während sich Fahrzeuge aktuell sehr gut am Computer modellieren lassen, gibt es diesbezüglich bei den Umwelteinflüssen, die während der Fahrt auf die Autos einwirken, bislang vor allem zwei Schwierigkeiten: Verwertbare Daten zu bekommen, ist mit einem hohen Aufwand und infolgedessen mit hohen Kosten verbunden. Da die verschiedenen Umwelteinflüsse aber einen wesentlichen Einfluss auf die Fahrzeugentwicklung haben, ist das Interesse der Autobauer an derartigen Daten natürlich groß. Denn bei Tests, die lediglich auf Annahmen basieren, werden die realen Werte beispielsweise für den Spritverbrauch oder die CO2-Emissionen nur ungenügend dargestellt. „Wir arbeiten schon seit Jahren eng mit Automobil- und Nutzfahrzeugherstellern zusammen, haben diesen Bedarf erkannt und es uns zur Aufgabe gemacht, günstige Lösungen für die Simulation der Umwelteinflüsse zu entwickeln“, sagt Dr. Klaus Dreßler vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern. 

Laserscanner, Kameras und DGPS an Bord

Herausgekommen ist ein System, das aus dem Messfahrzeug REDAR (Road & Environmental Data Acquisition Rover), einer geo-referenzierten Datenbank und dem Fahrsimulator RODOS (Robot based Driving and Operation Simulator) besteht und das die Wissenschaftler Ende April auf der diesjährigen Messe in Hannover vorgestellt haben. REDAR ist ausgestattet mit einer hochpräzisen inertialen Messeinheit (englisch: Inertial Measurement Unit – IMU) inklusive Wegstreckensensor und DGPS (Differential Global Positioning System), mit zwei 360-Grad-Hochleistungslaserscannern mit jeweils über 1 Million Pixel pro Sekunde, mit vier Farbbild-Industriekameras mit einer jeweiligen Auflösung von 5 Megapixel, mit einem Onboard-Messwerterfassungsrechner sowie einem Generator und einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV). 

Die beiden Laserscanner sammeln bei normaler Fahrgeschwindigkeit enorme Datenmengen ihrer Umgebung. „Wir sprechen von Punktwolken. Das heißt, zu jeder 3D-Koordinate liegen uns Informationen vor“, erklärt Dr. Dreßler. Mit seinen Sensoren nimmt REDAR links und rechts Gebäudefronten sowie vorne und hinten die Straße bis zu einer Distanz von 200 Metern auf. Dabei scannt das System das Straßenprofil mit einer Auflösung von weniger als einem halben Zentimeter. Aus den Rohdaten der Laserscanner errechnet die Inertialplattform dann während der Fahrt die Bewegung des Fahrzeugs. 

Echtzeit-Nutzung dank Out-of-core-Verfahren

Die Forscher des Fraunhofer ITWM haben es geschafft, die Terabyte großen Datenmengen für die Echtzeit-Nutzung in 3D-Fahrsimulationen aufzubereiten. „Das Datenvolumen ist so groß, dass die Daten nicht einfach in den Speicher eines Rechnersystems eingespeist werden können. Wir haben deshalb ein Out-of-core-Verfahren entwickelt, um nur die Daten zu verarbeiten, die zur Laufzeit im Simulator notwendig sind.“ Neben der Umgebungsdarstellung im Fahrsimulator RODOS können die von REDAR aufgenommenen Daten auch für die Zustandserfassung von Straßen und Bauwerken, für die Bewertung von Straßenunebenheiten, für die bildhafte Dokumentation des Straßenraums sowie für die Digitalisierung realer Teststrecken für Mehrkörper-Simulationen eingesetzt werden.

Aber zurück zum Fahrsimulator RODOS. Hier werden die von REDAR gesammelten Messdaten verarbeitet. Die Fahrzeugkabine, in der sich Lenkrad, Gas und Bremse bedienen lassen, ist mit einem sechsachsigen Robotersystem verbunden, welches das Fahren enger Kurven, aber auch Beschleunigungen und Bremsvorgänge realistisch darstellen kann. „Der Testfahrer bewegt sich durch eine virtuelle Welt, in die man sich bereits nach wenigen Minuten sehr gut hineinversetzt fühlt“, sagt Dr. Dreßler. 

Beide Welten verknüpfen

Unterstützt werden die Simulationen mit Informationen aus dem Datenbanksystem Virtual Measurement Campaign (VMC), in dem das weltweite Straßennetz mit seiner Topographie, seinen Regularien, seinen Wetterinformationen und weiteren geo-referenzierten Daten hinterlegt ist. „Mit den Daten des Messfahrzeugs legen wir reale Feindaten über die Grobdaten von VMC. Beide Welten zu verknüpfen, ist ein wichtiger Schritt, um Erprobungsszenarien für die virtuelle Konstruktion straßengebundener Fahrzeuge zu entwickeln“, so der Wissenschaftler. 

Mit der Anlage der Fraunhofer-Forscher lassen sich neben der virtuellen Erprobung innovativer Automatisierungssysteme auch gesetzliche Schadstoffvorgaben einfacher als bisher im Designprozess berücksichtigen. „Mithilfe von VMC, REDAR und RODOS können wir für unsere Kunden sowohl für autonomes Fahren als auch für Verbrauch und Emission schnell und günstig Erprobungsszenarien für variable Umwelt- und Nutzungsbedingungen aufsetzen“, sagt Dr. Dreßler. Mit ersten Erfolgen: Für einzelne Kundenprojekte sammelt das Messfahrzeug, das seit 2015 im Einsatz ist, bereits fleißig Daten.