Simulator als fachübergreifendes Entwicklungstool

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Der Simulatoraufbau ermöglicht es, Längs- und Querbeschleunigung, Aufbaubewegungen (beispielsweise bei Fahrten am Hang oder in Querneigung zur Straße) sowie Schwingungen, wie sie bei Fahrbahnunebenheiten auftreten, nachzubilden. Längs- und Querdynamik eines Fahrzeugs werden im virtuellen Fahrerplatz auf zwei verschiedene Arten dargestellt:

Translation der Plattform erzeugt ein realistisches Fahrgefühl. Durch die eingeschränkten Verfahrwege aber können die Beschleunigungen zeitlich nur relativ kurz dargestellt werden.

Rotation der Plattform vermittelt dem Fahrer durch langsames Verkippen der Plattform einen Eindruck von lang andauernder Beschleunigung. Dabei wird die Physiologie des Menschen ausgenutzt: Er nimmt schnelle Drehungen auch tatsächlich als Drehung wahr, langsame jedoch als Änderung der wirkenden Beschleunigung.

Die gleichzeitige Nutzung beider Bewegungsarten erzeugt ein möglichst realistisches Fahrgefühl. Die dargestellte Umgebung passt sich den Bewegungen an. Die Bewegung des virtuellen Fahrzeugs wird anhand von echtzeitfähigen Berechnungsmodellen ermittelt, welche intern vom entsprechenden Entwicklungsbereich aufgebaut und bereitgestellt werden. Neben der Berechnung der Position des Fahrzeugs in der virtuellen Umgebung erfolgt ebenso die Bestimmung von Beschleunigungen, der Aufbaubewegungen und der Lenkkräfte.

Die Eingaben des Fahrers wie Lenkwinkel und Pedalstellungen dienen als elektronische Eingangssignale in die Fahrdynamikberechnungen. Im sogenannten Motion Cueing werden die berechneten Beschleunigungen im Fahrzeug auf die Bewegung des Hexapoden übertragen.

Dreidimensionale Visualisierung über Rückprojektionsscheiben

Die Darstellung der Umgebung und der Fahrzeugkomponenten, die nicht physisch vorhanden sind, erfolgt durch Projektion auf bis zu sechs Seiten eines Quaders. Bis zu 15 Projektoren erzeugen die Grafiken auf speziell beschichteten Rückprojektionsscheiben. Der Quader verfügt über eine Kantenlänge von 4,2 × 4,2 × 2,6 Metern. Diese Anordnung wird Cave Automatic Virtual Environment (CAVE) genannt. Pro Seite erzeugen die Projektoren rund 3.840 × 2.160 Pixel. Das entspricht in etwa der heute in digitalen Kinos verwendeten sogenannten 4K-Auflösung. Durch ein aktives Stereoverfahren können dreidimensionale Grafiken generiert werden, die der Betrachter über spezielle Brillen als räumliches Bild wahrnimmt.

Ein optisches Trackingsystem ermöglicht das Messen der genauen Position des Fahrerkopfes innerhalb der CAVE. Diese Information wird von den Grafi k-PCs 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. Für eine realistische Immersion, wie das Eintauchen in die virtuelle Realität genannt wird, ist auch die Simulation von Sound nötig. Hierbei werden nicht nur die Geräusche des eigenen Fahrzeugs erzeugt, sondern auch die der Umgebung, wie zum Beispiel vorbeifahrender Autos.

Alle Systeme des Fahrsimulators sind echtzeitfähig und kommunizieren untereinander mit sehr hohen Datenraten. So wird die Eingabe eines neuen Lenkwinkels über einen Datenbus an die Fahrdynamiksimulation übermittelt, welche daraus die neue Position des Fahrzeugs in der virtuellen Umgebung errechnet und anschließend die Koordinaten via Netzwerk an die Grafi k-PCs versendet, wo dann die 3D-Visualisierung erstellt wird. Das alles erfolgt mit Taktraten von 60 Hertz (Visualisierung) bis 1.000 Hertz (Fahrdynamikberechnung).

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