Untersuchung von vorausschauenden Motion-Cueing-Algorithmen in einem neuartigen längsdynamischen Fahrsimulator
Philipp Erler
Der Einsatz dynamischer Fahrsimulatoren in der Automobilentwicklung nimmt stetig zu. Entwicklungsfeldern mit hohem Bedarf an Fahrerprobungen, wie der Kalibrierung von Antriebssträngen, bieten die Systeme ein enormes monetäres und zeitliches Einsparpotential aufgrund der Reduktion von Fahrerprobungen. Nach wie vor stellt die erforderliche, realitätsnahe Nachbildung der Beschleunigungen jedoch eine Herausforderung dar. Klassische filterbasierte Motion-Cueing-Algorithmen (MCA), die zur Steuerung der Bewegungsplattformen von Simulatoren dienen, haben sich diesbezüglich als unzureichend erwiesen, weshalb modellprädiktive Ansätze zunehmend in den Fokus der Forschung rücken. Diese Ansätze versprechen in Bezug auf die Rückmeldung der Fahrzeugbeschleunigungen eine deutliche Steigerung des Realitätsgrads, jedoch mit der Einschränkung, dass Fahrer einer Beschleunigungsreferenz folgen müssen.
Die vorliegende Arbeit untersucht anhand von vordefinierten Fahrszenarien die grundsätzliche Eignung vorausschauender Motion-Cueing-Ansätze zur Beurteilung des längsdynamischen Fahrzeugverhaltens. Zu diesem Zweck wird ein neuer Fahrsimulator entwickelt, dessen Bewegungssystem sich auf die Darstellung der Längsdynamik beschränkt. Gegenüber gängigen Stewart-Plattformen zeichnet sich das System durch eine, in der Komplexität deutlich reduzierte, Kinematik aus, die Neigungsbewegungen von etwa 25° mit Drehzentren oberhalb des Fahrers erlaubt. In Kombination mit einem horizontalen Bewegungsraum von 10 m ermöglicht das System Beschleunigungen von bis zu 8 m/s².
Die Arbeit stellt die Ergebnisse aus drei Untersuchungen vor. Eine erste Studie zum Einfluss unterschiedlicher Drehzentrumspositionen auf die Simulationsgüte lässt folgende Erkenntnisse zu: Die Differenzierbarkeit verschiedener Positionen ist gering und mit einem höher liegenden Drehzentrum ergibt sich lediglich die Tendenz einer höheren Realitätseinschätzung. Der Vergleich der Ergebnisse einer weiteren Versuchsreihe zeigt, dass sich, bei Verwendung eines vorausschauenden MCA, die Differenzierbarkeit der Beschleunigungsstärke gegenüber einer horizontal dargestellten Beschleunigung nicht ändert. Dieses Resultat spricht für eine unveränderte Beschleunigungswahrnehmung durch vorausschauende MCA und ebnet den Weg für eine abschließende Validierung, d. h. der Überprüfung der Übertragbarkeit der Testergebnisse auf eine reale Fahrsituation. Eine entsprechende dritte Studie zeigt anhand eines Vergleichs mit Fahrten im kontrollierten Feld die Stärken und Schwächen des vorausschauenden MCA auf.
