20. Mai 2019

Kooperationsprojekt „Smart Headlamp Technology“ – Virtuelle Entwicklung hochaufgelöster Scheinwerfer mit Echtzeitmodellen

Das Smart-Headlamp-Technology-(SHT)-Projekt erreicht das finale Projektjahr. Die Kooperation der Universität Paderborn, der TU Dortmund, des Fraunhofer IEM und der Hella KG kann schon jetzt vielversprechende Erfolge präsentieren.

Im Rahmen des Kooperationsprojekts ist die Universität Paderborn, vertreten durch die Fachgruppe „Regelungstechnik und Mechatronik“ des Heinz Nixdorf Instituts, für die echtzeitfähige Darstellung des Lichts hochauflösender Scheinwerfer in einer virtuellen Szene verantwortlich. Deren Steuergerät wird dabei in Form einer Hardware-in-the-Loop-(HiL)-Simulation eingebunden und passt die Lichtstärkeverteilungen (LSV) der Scheinwerfer hochdynamisch an. Die vom Steuergerät benötigten Sensorwerte werden durch virtuelle Sensoren bereitgestellt. Hierzu gehören einfach generierbare Sensorwerte wie der Lenkradwinkel oder die Raddrehzahl, aber auch komplexere Sensordaten wie die erkannten Objekte der Fahrzeugumfeldkamera. Durch die Einbindung dieser Komponenten in eine Fahrsimulation wird die simulationsgestützte Entwicklung hochauflösender Scheinwerfersysteme und ihrer Lichtfunktionen ermöglicht. Mit dieser erstmalig geschaffenen Möglichkeit der Simulation von High-Definition-(HD)-Scheinwerfersystemen kann die Notwendigkeit von Nachtfahrten auf ein Minimum reduziert werden.


Die entwickelte Simulationsumgebung ermöglicht eine schnelle und flexible Generierung von Testszenarien sowie deren exakte Reproduzierbarkeit. Damit wird ein deutlicher Vorteil gegenüber realen Probefahrten geschaffen, welche bisher die einzige Möglichkeit dynamischer Tests darstellten. Durch die Verwendung einer standardisierten Spezifikation können Teststrecken definiert und in die Simulationsumgebung importiert werden. Auch die Einbindung von Fremdverkehr und dessen Verhalten kann frei vorgegeben werden. Neben klassischen Nachtfahrten können mit begrenzter Realitätsnähe auch die Einflüsse von Regen oder Nebel erprobt werden.


Um den Entwicklungsprozess weiter zu beschleunigen, hat die Fachgruppe verschiedene Analysemöglichkeiten zur Bewertung des Scheinwerferlichts geschaffen. Dazu gehört die Visualisierung verschiedener fotometrischer Größen, wie Lichtstärke, Beleuchtungsstärke oder Leuchtdichte, durch Iso-Linien oder Falschfarben-Darstellungen. Darüber hinaus können die Vorgaben des Scheinwerfer-Steuergeräts veranschaulicht werden, um eine bestmögliche Nachvollziehbarkeit der Wirkkette vom Lichtsteueralgorithmus bis hin zur beleuchteten Umgebung zu gewährleisten. Anstelle der Live-Simulation ist es auch möglich, alle für die Visualisierung benötigten Daten aufzuzeichnen und wiederholt wiederzugeben, um die simulierte Verkehrssituation mit verschiedenen Analysetools zu untersuchen.


Zur Erprobung wurde die vorgestellte Lösung bereits im ATMOS-Fahrsimulator unter Verwendung eines HD84-Matrix-LED-Scheinwerfersystems der Hella KG integriert, wobei sowohl deren Funktion als auch ihre Echtzeitfähigkeit erfolgreich nachgewiesen werden konnten. Bedingt durch die verschiedenen Videokanäle und Clusterrechner am ATMOS-Fahrsimulator wurde die Simulationsumgebung als eine verteilt ausführbare Master-Slave-Architektur umgesetzt. Diese ermöglicht die Ausführung auf mehreren Rechnern und somit eine deutlich höhere Anzahl parallel darstellbarer Kameraperspektiven.


Mit dem Anbruch des dritten und finalen Projektjahrs im SHT-Projekt können wesentliche Anteile der Arbeitspakete der Universität Paderborn bereits als gelöst betrachtet werden. Die entwickelte Scheinwerfersimulation stellt die erste Veröffentlichung im Kontext hochauflösender Systeme dar. Mit der Verschiebung nächtlicher Testfahrten von der realen in die virtuelle Umgebung geht sowohl eine erhebliche Zeit- und Kostenersparnis als auch ein Sicherheitsgewinn einher. Nach der Überwindung der zentralen Herausforderungen im Forschungsprojekt kann somit einem erfolgreichen Projektabschluss entgegengesehen werden.

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