Fahrsimulator mit Bewegungssystem
Der im Bild dargestellte Fahrsimulator stellt einen am IVK bereits vorhandenen, einfachen Fahrsimulator dar. Fahrsimulatoren stellen eine kostengünstige und gefahrlose Möglichkeit dar, neue Systeme in einer virtuellen Umgebung, aber mit realen Fahrern zu erproben. Eine wesentliche Motivation für den Einsatz von Fahrsimulatoren bei der Erforschung von energierelevanten elektronischen Fahrzeugsystemen ist die Tatsache, dass zwar das Fahrzeugverhalten (Fahrdynamik, Antrieb, etc.) mit guter Näherung in Simulationsmodellen abgebildet werden kann, nicht jedoch das Verhalten menschlicher Fahrer. Hinzu kommt, dass die Fahrweise in hohem Maße den Kraftstoffverbrauch beeinflusst, z.B. durch die Gangwahl bei manuellem Getriebe oder durch das Beschleunigungs- und Bremsverhalten.
Um eine wirklichkeitsgetreue Umgebung für die Probanden bei den Simulator-Fahrversuchen zu schaffen, ist neben einer realistischen Nachbildung des Fahrzeugsumfeldes und des Fahrzeugs auch eine realistische Nachbildung der Längs- und Querbeschleunigungen, wie sie bei einer realen Fahrt auftreten, notwendig. Bei unbewegten Simulatoren kommt oft ein Übelkeitsgefühl zustande, weil dem Auge des Simulatorbenutzers eine Bewegung vorgetäuscht wird, die allerdings der Information des Gleichgewichtsorgans im Innenohr widerspricht. Der im Innerohr befindliche Vestibularapparat (Gleichgewichtsorgan) kann sowohl Drehbeschleunigungen des Kopfes als auch die linearen Beschleunigungen des Körpers im Raum erfassen und diese von einander unterscheiden. Aus diesem Grund ist es notwendig ein Bewegungssystem zu verwenden, das sowohl translatorische als auch rotatorische Bewegungen aufweisen kann. Als Lösung dieser Aufgabe wird häufig ein sog. Hexapod mit 6 Freiheitsgraden auf einem Schienensystem mit 2 Freiheitsgraden aufgebaut.
Der VALIDATE-Fahrsimulator wird genau nach diesem Prinzip konstruiert – das Hexapod, das z.B. Nick-, Wank-, und Drehbewegungen nachbilden kann, hat zusätzlich auf den x/y-Schienen einen linearen Bewegungsraum von etwa 7x10 m, um die Linearbewegungen, welche z.B. beim Anfahren oder Abbremsen entstehen, naturgetreu nachbilden zu können.
Grafische Darstellung
Die Fahrzeugumgebung (Fahrbahn, Umfeld und Verkehr) wird im Fahrsimulator mit hohem Detaillierungsgrad aus Messdaten und Daten von Geo-Informationssystemen (GIS) rekonstruiert. Das visuelle Umfeld der Fahrer wird mittels stereoskopischer Rundumprojektion in einer so genannten CAVE geschaffen. Diese Visualisierung kann auch einen virtuellen Fahrzeuginnenraum einschließen, so dass unterschiedliche Fahrzeugtypen und Umgebungen visualisiert werden können. Die Dimension des Bewegungssystems ermöglicht allerdings auch die Platzierung eines kompletten Fahrzeugs oder eines Teilfahrzeugs auf die Bewegungsplattform. Dies lässt eine hohe Flexibilität des Testobjektes und Modularität der Forschungsplattform zu.
Die optische Darstellung des Fahrzeugs und seines Umfelds ist jedoch nicht ausreichend für die Vermittlung realistischer Fahrereindrücke. Aus diesem Grund wird eine räumliche akustische Darstellung von Geräuschen realisiert, z.B. des eigenen Motor-, Reifen- und Windgeräusches. Dabei wird auf einem patentierten Verfahren des FKFS zur Geräuschsynthese aufgebaut. Mit dem geplanten Bewegungssystem können niedrigfrequente fahrdynamische Größen nachgebildet werden. Hochfrequente Bewegungen auf Grund von Fahrbahnunebenheiten oder Fahrzeugschwingungen müssen mit zusätzlichen hochdynamischen Bewegungssystemen realisiert werden. Dies kann durch geeignete Aktuatorik des Fahrersitzes und eine hochwertige Lenkmoment-Rückmeldung (Force-Feedback) abgebildet werden. Um das virtuelle Umfeld zu vervollständigen wird eine dynamische, rechnergesteuerte Kraftrückwirkung am Gas-, Brems- und Kupplungspedal implementiert. Die hierfür notwendige Technologie ist z.B. aus Flugsimulatoren bekannt. Die Lenkmoment- und Pedalkraftsimulationen ermöglichen zudem die Erprobung von haptisch wirkenden Fahrerassistenzsystemen, die dem Fahrer z.B. mittels eines variablen Pedal-Druckpunkts eine Empfehlung für eine verbrauchsgünstige Fahrweise geben können.