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Gute Sicht dank intelligentem Licht

Blendfreies Autofahren bei optimaler Ausleuchtung des Straßenraums? An diesem Forschungsprojekt arbeitet eine Fachgruppe des Heinz Nixdorf Instituts in Paderborn. Zur Unterstützung dieser Forschungsaktivitäten wurde am Institut ein HD-Visualisierungscenter eingerichtet. Die Grundlage der simulierten interaktiven Testfahrten liefert die Software CARD/1.

Ausleuchtung des Straßenraums vor dem Fahrzeug durch Scheinwerfer mit adaptiver Anpassung des Lichtkegels und der Ausrichtung des Scheinwerfers in Echtfarbdarstellung.Ausleuchtung des Straßenraums vor dem Fahrzeug durch Scheinwerfer mit adaptiver Anpassung des Lichtkegels und der Ausrichtung des Scheinwerfers in Falschfarbdarstellung.Virtuelle Realität am Beispiel der A 33, die als simulatorbasierte Strecke für das Testen lichtbasierter Fahrerassistenzsysteme fungiert.In der Fahrzeugkabine des TRAFFIS-Fahrsimulators stellt das Visualisierungssystem die virtuelle Umgebung auf einer Rundprojektion dar, die das gesamte Blickfeld der Insassen abbildet.Außenansicht des interaktiven Fahrsimulators TRAFFIS mit Bewegungsplattform zur realistischen Nachbildung der Lenk- und Hubbewegungen des Fahrzeugs.Fehler vermeiden und Varianten erproben – virtuelle Auffahrt zur simulierten Teststrecke A 33.Realistisch umgesetzt – virtuelle Straßenvegetation einer simulierten Teststrecke.
Ausleuchtung des Straßenraums vor dem Fahrzeug durch Scheinwerfer mit adaptiver Anpassung des Lichtkegels und der Ausrichtung des Scheinwerfers in Echtfarbdarstellung.
Ausleuchtung des Straßenraums vor dem Fahrzeug durch Scheinwerfer mit adaptiver Anpassung des Lichtkegels und der Ausrichtung des Scheinwerfers in Falschfarbdarstellung.
Virtuelle Realität am Beispiel der A 33, die als simulatorbasierte Strecke für das Testen lichtbasierter Fahrerassistenzsysteme fungiert.
In der Fahrzeugkabine des TRAFFIS-Fahrsimulators stellt das Visualisierungssystem die virtuelle Umgebung auf einer Rundprojektion dar, die das gesamte Blickfeld der Insassen abbildet.
Außenansicht des interaktiven Fahrsimulators TRAFFIS mit Bewegungsplattform zur realistischen Nachbildung der Lenk- und Hubbewegungen des Fahrzeugs.
Fehler vermeiden und Varianten erproben – virtuelle Auffahrt zur simulierten Teststrecke A 33.
Realistisch umgesetzt – virtuelle Straßenvegetation einer simulierten Teststrecke.

Fahrsimulatoren sind komplexe mechatronische Systeme mit einer Vielzahl an Sensoren, Aktoren und informationsverarbeitenden Komponenten. Neben dem Einsatz für Fahrertrainings eignen sich derartige Systeme auch für das Virtual Prototyping fortgeschrittener Fahrerassistenzsysteme. Das heißt, beim Virtual Prototyping wird ein Rechnermodell des zu entwickelnden Produkts gebildet und anschließend wie ein realer Prototyp analysiert. Auf diese Weise lassen sich bereits in frühen Phasen der Produktentwicklung Fehler erkennen und Varianten des Produkts virtuell untersuchen, ohne dass ein realer Prototyp zu bauen ist. In diesem Fall ermöglichen Fahrsimulatoren die umfassende Untersuchung des Zusammenspiels von Fahrer und Assistenzsystem in einer spezifischen Testumgebung.

Projekt TRAFFIS

Fortgeschrittene Fahrerassistenzsysteme, sogenannte ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) prägen zunehmend die Energieeffizienz, die Sicherheit und den Komfort von Kraftfahrzeugen. Das Projekt „Test- und Trainingsumgebung für fortgeschrittene Fahrerassistenzsysteme“ (TRAFFIS) soll neuartige Fahrerassistenzsysteme schon im Entwicklungsstadium erlebbar machen, deren virtuelle Erprobung entlang der gesamten Wertschöpfungskette ermöglichen und damit letztlich die Entwicklungszeit signifikant verkürzen. Das Heinz Nixdorf Institut führt das Projekt in enger Kooperation mit vier Industrieunternehmen durch und erhält Förderung vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung sowie dem Ministerium für Wirtschaft, Energie, Industrie, Mittelstand und Handwerk des Landes Nordrhein- Westfalen.

Intelligente Scheinwerfer

Ein Projektziel ist die Simulation lichtbasierter Fahrerassistenzsysteme in einem Fahrsimulator. Das sind im Prinzip intelligente Scheinwerfer, die sich selbstständig auf die Fahrbahn und den Gegenverkehr ausrichten und somit blendfreies Fahren bei optimaler Ausleuchtung des Straßenraums gestatten. Dafür werden die Scheinwerfer horizontal und vertikal ausgerichtet und deren Lichtverteilung adaptiv an die jeweilige Verkehrssituation angepasst. Die Scheinwerfer werden durch ein Steuergerät angesteuert, dessen Algorithmus auf Basis einer digitalen Straßenkarte, der Position des Fahrzeugs sowie aktuellen Fahrparametern, wie Geschwindigkeit, die Ausrichtung der Scheinwerfer in einer Kurve sowie bei Gegenverkehr regelt. Das Steuergerät ist im Fahrsimulator integriert, erhält von diesem die notwendigen Informationen zur Straße und zum Fahrzeug und liefert die Ausrichtung der Scheinwerfer und die Anpassung der Lichtverteilung an den Simulator zurück.

Realistische Projektionen

Im Fahrsimulator wird die Ausleuchtung des Straßenraums durch die Fahrzeugscheinwerfer auf einer Rundprojektion um eine Fahrzeugkabine sowie auf deren Außen- und Rückspiegel visualisiert. Fahrzeugkabine und Rundprojektion sind auf einer Bewegungsplattform montiert, welche die Fahrzeugbewegungen äußerst realistisch wiedergibt. Somit erhält der Testfahrer einen realistischen Gesamteindruck, insbesondere des Schwenkverhaltens der Scheinwerfer während der simulierten Testfahrt. Hierdurch lässt sich das Zusammenspiel zwischen Fahrer und Assistenzsystem untersuchen. Der Entwicklungsingenieur kann wiederum Kontrollparameter der Steuersoftware variieren und die Auswirkung auf das Schwenkverhalten der Scheinwerfer direkt während der simulierten Testfahrt anhand der Visualisierung der Ausleuchtung kontrollieren.

Virtuelle Realität

Ableitung des Achsverlaufs aus der 3D-Punktsequenz als Grundlage für das Logikmodell zu einer virtuellen Teststrecke.
Ableitung des Achsverlaufs aus der 3D-Punktsequenz als Grundlage für das Logikmodell zu einer virtuellen Teststrecke.

Für diese Untersuchungsszenarien werden Testfahrten von realen Straßen auf virtuelle Teststrecken in den Fahrsimulator verlegt. Die virtuellen Teststrecken müssen die realen Straßenabschnitte sehr detailliert nachbilden. Hierfür wurde im Rahmen des TRAFFIS-Projektes ein Software-Werkzeug zur weitgehend automatisierten Generierung von virtuellen Teststrecken und Umgebungen auf der Basis von Luftbildern, digitalen Gelände- und Landschaftsmodellen sowie Navigationsdatenbasen entwickelt. Das Modell einer virtuellen Teststrecke umfasst dabei ein Geometriemodell zur grafischen Darstellung für den Testfahrer im Fahrsimulator und ein Logikmodell zur Definition des Straßenverlaufs als Grundlage für die Simulation der Fahrdynamik der Fahrzeuge während der virtuellen Testfahrt.

Lückenschluss mit CARD/1

Die Software CARD/1 unterstützt den Prozess der automatisierten Streckengenerierung. Ausgehend von Navigationsdaten nach dem Open Street Map-Standard werden Straßenverläufe als 3D-Punktsequenzen mithilfe der Software in Achsenverläufe umgewandelt, welche die Grundlage Außenansicht des interaktiven Fahrsimulators TRAFFIS mit Bewegungsplattform zur realistischen Nachbildung der Lenkund Hubbewegungen des Fahrzeugs. für die Streckendefinition und die weitere Darstellung im Logikmodell bilden. Auf dieser Basis werden dann im Simulator die Fahrzeuge gelenkt bzw. die Software des Steuergeräts des lichtbasierten Fahrerassistenzsystems mit Information zum Straßenverlauf versorgt. Das Fazit des Heinz-Nixdorf-Institutes lautet: „Die Software CARD/1 bildet den Lückenschluss in unserem Prozess zur automatisierten Generierung von virtuellen Teststrecken und unterstützt somit das Virtual Prototyping von Fahrerassistenzsystemen.“