Simulator als fachübergreifendes Entwicklungstool

18.01.2018Autor / Redakteur: Rainer Bernhard, Ingo Krems / Benjamin Kirchbeck

In keinem anderen Fahrzeugtyp ist die Verbindung von Fahrer und Fahrzeug so intensiv wie in einem Sportwagen. Die Simulationim virtuellen Fahrerplatz optimiert dabei die Weiterentwicklung von Ergonomie und Nutzerfreundlichkeit.

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Die Testergebnisse ermöglichen, im Entwicklungsprozess sehr früh Aussagen über die Funktion und Wirkung des Fahrzeugs und darin implementierter Komponenten zu treffen. Insbesondere Systeme, bei denen der Mensch mit dem Fahrzeug interagiert, sind für die Analyse prädestiniert.
(Bild: Studio Goico)

Mit dem virtuellen Fahrerplatz der zweiten Generation verfügt Porsche über ein hochmodernes Entwicklungswerkzeug, um die Verbindung von Fahrer und Fahrzeug weiter zu verbessern und auf die gesamte Porsche-Produktpalette zu übertragen. Der Simulator ermöglicht präzise Tests der Interaktion zwischen Mensch und Technik praktisch in jeder Phase der Entstehung neuer Fahrzeuge, Systeme oder Funktionen. Das Anwendungsspektrum reicht von der Darstellung virtueller Realität inner- und außerhalb des Autos bis hin zu Versuchen mit kompletten Fahrzeugen.

Fahrsimulatoren sind in der Fahrzeugentwicklung die frühe Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine. Sie ermöglichen „Testfahrten“ mit virtuellen Fahrzeugen in jeder beliebig digitalisierten Umgebung. Kritische Situationen können risikofrei und reproduzierbar „durchfahren“ werden. Und sie verkürzen die Entwicklungszeiten deutlich: Der Austausch realer Bauteile ist in kürzester Zeit möglich, virtuelle Elemente können auf Knopfdruck verändert werden.

Ein Trackingsystem ermöglicht das Messen der genauen Position des Fahrerkopfes innerhalb der CAVE. Diese Information wird benötigt, um die physikalisch korrekte Perspektive des Fahrers darzustellen. Das hat zur Wirkung, dass der Fahrer je nach Kopfposition einen Fußgänger sehen kann oder nicht, weil dieser zum Beispiel von der A-Säule des Fahrzeugs verdeckt ist.
(Bild: Studio Goico)

Mehr Variabilität und breites Einsatzspektrum

Den ersten virtuellen Fahrerplatz für die Untersuchung des Zusammenspiels von Mensch und Maschine hat Porsche bereits 2007 in Betrieb genommen. Basierend auf den Erfahrungen mit diesem Simulator entstand die zweite Generation dieses Entwicklungswerkzeugs. Einige Konzepte des ersten Systems konnten übernommen werden, andere wurden weiterentwickelt oder neu konzipiert.

Der aktuelle Fahrerplatz zeichnet sich vor allem durch seine Variabilität und das breite Einsatzspektrum aus. Auf der Plattform eines Hexapoden können beliebige Nutzlasten mit einem Gewicht von bis zu 1.500 kg montiert werden – angefangen von einfachen Sitzen bis hin zu komplexen Sitzkisten und sogar ganzen Fahrzeugen, bei denen kleinere Bewegungsimpulse über die Vorderachse eingeleitet werden.

Die Entwicklungsingenieure unterscheiden drei Grundfunktionen: Thron nennt sich der Modus für reine Visualisierung, bei dem ein Fahrersitz die einzige Hardware darstellt. Sitzkiste bezeichnet die Konfiguration für interaktive Fahrsimulation mit voller Bewegungsmöglichkeit des Fahrerplatzes. Das Gesamtfahrzeug ermöglicht die Einbindung eines realen Fahrzeuges.

Hexapod mit sechs Freiheitsgraden simuliert Beschleunigungen

Eine Kernkomponente des virtuellen Fahrerplatzes ist das Bewegungssystem. Es besteht aus sechs unabhängig voneinander ansteuerbaren elektrischen Aktuatoren und einer Plattform für Nutzlasten. Dieser Hexapod mit sechs Freiheitsgraden übernimmt die Darstellung der Beschleunigungen, die im Fahrzeug herrschen. Er ist in einer Grube im Simulatorraum eingebaut und verfügt über einen Bewegungsraum von jeweils rund ±40 Zentimetern in Längs-, Quer- und Hochrichtung und jeweils ±30-Grad-Rotation (Nicken, Rollen und Gieren).

Ein speziell entwickeltes Zugangssystem zur Plattform sorgt dafür, dass Nutzlasten einfach und ohne Zuhilfenahme eines Krans montiert werden können und das Einsteigen in die Sitzkiste keine Treppe oder Leiter erfordert. Neben der leichten Zugänglichkeit spielt Sicherheit eine zentrale Rolle im Konzept des Simulators. Ein Zaun, Überwachungskameras und zahlreiche Sensoren beispielsweise an Gurtschloss und Türen gewährleisten den gefahrlosen Betrieb.

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