Image: Reale Daten für die SimulationFERCHAUFERCHAUDas 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.