Vernetzte Fahrsimulation

Vernetzung interaktiver Fahrsimulatoren zu Test- und Trainingszwecken mit kooperativ interagierenden Systemen

Fahrzeugübergreifend kommunizierende Assistenzfunktionen und hochautomatisierte Fahrfunktionen sind Gegenstand aktueller Forschungsaktivitäten im Automobilbereich. Sie tragen zur Verbesserung von Verkehrseffizienz und Verkehrssicherheit bei. Ein grundlegendes Problem bei der Einführung dieser komplexen Assistenzsysteme ist die fehlende Entwicklungs-, Test- und Trainingsumgebung sowie eine Durchgängigkeit in der Validierung. Die Vielzahl der zu berücksichtigenden Elemente, die dynamische Variabilität und die nur bedingt prädizierbaren äußeren Einflüsse erzeugen einen hochdimensionalen Parameterraum. Die Tests mit klassischer Fahrsimulation sind nicht ausreichend. Zur Unterstützung der modell- und simulationsbasierten Entwicklung sowie der Trainingszwecke müssen neue Werkzeuge entsprechend bereitgestellt werden. Vernetzte Simulation ist ein wichtiges Werkzeug zur Entwicklung und zum Test derartiger Systeme, aber auch zum Training der Fahrer. Hier bewegen sich mehrere Fahrer im selben virtuellen Szenario. Die Fahrszenarien können in unterschiedlicher Größe und Komplexität gestaltet werden. Neben der Infrastruktur können weitere Verkehrsteilnehmer sowie kommunizierende Assistenzfunktionen realitätsnah simuliert werden [Ab16]. Die Kommunikation zwischen diesen Assistenzfunktionen sowie die Kooperation mehrerer Fahrer untereinander in einer virtuellen Welt können dadurch getestet werden.

Vernetzung interaktiver Fahrsimulatoren für kooperativ interagierende Fahrerassistenzsysteme

Die Anwendungen der Fahrsimulation im Allgemeinen sind vielfältig. Diese haben dementsprechend unterschiedliche Anforderungen. Zahlreiche Modelle und Komponenten verschiedener Komplexitätsgrade stehen zur Verfügung, wie beispielsweise Fahrdynamik-Modelle, Motion Cueing, Grafikrendering, Generierung von Verkehrsszenarien etc. Die bisher etablierten Methoden können nicht dazu genutzt werden, eine generische Fahrsimulationsanlage aufzubauen, die Anforderungen unterschiedlicher Anwendungsszenarien erfüllt [Sc14]. Es existieren bereits Ansätze für Nutzer und Entwickler im Automotive-Bereich, um ihre jeweiligen Anforderungen an einen Fahrsimulator zu ermitteln. Einen weiteren Ansatz, der den Aufbau rekonfigurierbarer Fahrsimulatoren beschreibt, bietet ‎[Ha14]. Hierbei kann der Anwender einen Fahrsimulator aus verschiedenen Komponenten zusammenstellen, ohne notwendigerweise tieferes Wissen über deren technische Details zu haben. Die Prüfung von Kompatibilität und Konsistenz der ausgewählten Komponenten erfolgt dabei automatisch. Allerdings werden die Systeme und die Aufgabe derer Zusammenstellung komplexer, wenn Fahrsimulatoren miteinander vernetzt werden sollen. Es existieren bereits verschiedene Kommunikationsprotokolle und Architekturen für die vernetzte Simulation. Zur Ermittlung von Kompatibilität und Leistungsfähigkeit für spezifische Anwendungsszenarien gibt es jedoch noch keine Lösungen. Daher ist die Auswahl geeigneter Kommunikationssysteme für die Vernetzung von Fahrsimulatoren als weiterer Komplexitätsfaktor anzusehen. Eine Analyse für vernetzte Fahrsimulation ist erforderlich, in welcher die Anforderungen aus Sicht verschiedener Anwendungsszenarien erfasst werden. Hierbei wird eine Methodik entwickelt, die eine wissenschaftliche Basis für die Auswahl von Konfigurationen für vernetzte Fahrsimulation anwendungsspezifisch darstellt. Der Lösungsansatz bietet eine Systematik für anwendungsorientierte vernetzte Fahrsimulation. Diese stellt eine Vorgehensweise zur Analyse der sich aus der Anwendung ergebenden Anforderungen für die Gestaltung des Systems sowie zur Unterstützung innerhalb der verschiedenen Phasen der Systementwicklung im Allgemeinen zur Verfügung. Die Systematik ermöglicht dem Nutzer, mit geringem Aufwand die jeweils für seine Anwendung geeignete Simulationskonfiguration zu realisieren und sich somit auf die eigentlichen Forschungsfragen zu konzentrieren.

Diese Systematik wird beim Aufbau einer skalierbaren modularen Entwicklungsplattform für vernetzte Fahrsimulation angewandt. Diese soll dazu dienen, für unterschiedliche Anwendungsszenarien geeignete Konfigurationen, auch mit unterschiedlichen Realitätstreuegraden und Kommunikationseigenschaften, flexibel zu erstellen. Hierdurch können gleichzeitig mehrere verschiedene Forschungsfragen untersucht werden. Obwohl unterschiedliche Architekturen für vernetzte Simulation existieren, wird im vorliegenden Falle der HLA-Standard als initiale Struktur verwendet. Es handelt sich dabei um eine allgemeine, wiederverwendbare Architektur für die Entwicklung und Durchführung verteilter Simulationsanwendungen. Sie zeichnet sich durch die Gewährleistung der Interoperabilität und Wiederverwendbarkeit vorhandener Simulatoren aus.

Simulationsplattform für die vernetzte Fahrsimulation

Ausgewählte Veröffentlichungen:

  • [Ab16] Advanced Traffic Simulation Framework for Networked Driving Simulators, Kareem Abdelgawad, 8th IFAC Conference on Advances in Automotive Control ACC, 2016, Sweden
  • [Sc14] Formalisierte Anforderungen in der Entwicklung mechatronischer Systeme, Thomas Schierbaum, Tag des Systems Engineering (TdSE), 2014, Universität Paderborn
  • [Ha14] A Design Framework for Developing a Reconfigurable Driving Simulator, Bassem Hassan, 2014, Dissertation, Universität Paderborn