Aspekte der Regelung und Identifikation eines 6 DOF Fahrsimulators

Kurzfassung

Neue fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (FAS) werden entwickelt um den Komfort und die Sicherheit zukünftiger Autos zu erhöhen. Um die Akzeptanz dieser Systeme bei den Fahrern im Voraus zu ermitteln und gleichzeitig auch die Funktionalität der Assistenten sowie ihre Auswirkung auf das Fahrverhalten zu überprüfen, sind gründliche Experimente notwendig. Neben Fahrtests in realen Autos auf speziellen Teststrecken oder im Realverkehr ist die Fahrsimulation eine gute Methode, um an die benötigten Informationen zu gelangen. Neben der Reproduzierbarkeit der äußeren Zustände (Verkehr, Fahrzeugverhalten, etc.) ist die Durchführbarkeit von stressigen oder kritischen Verkehrssituationen, die aus ethischen Gründen nicht in der Realität durchgeführt werden können, ein großer Vorteil von Simulatorexperimenten. Der neuste und fortschrittlichste Fahrsimulator des DLR besteht neben einer komplexen Visualisierungstechnik aus einer Stewart-Plattform mit 6 Freiheitsgraden (DOF). Eine Besonderheit dieses Systems ist die unterhalb der Plattform angebrachte Kabine, in der sich unter anderem auch das Fahrzeug befindet. Dies ermöglicht bei gegebener Raumgröße einen größtmöglichen Arbeitsraum des Simulators. In der Wirkkette Fahrer-Fahrzeug-Simulator hat der so genannten Motion Cueing Algorithmus (MCA) die Aufgabe, die augenblicklichen Beschleunigungen des (virtuellen) Fahrzeugs in vom Simulator darstellbare Größen so umzurechnen, dass der Fahrer einen möglichst realen Fahrbewegungseindruck erhält. Für kurzzeitige, hochfrequente Bewegungen ist die Differenz zwischen der berechneten Fahrzeugbeschleunigung und der tatsächlich vom Simulator ausgeführten Beschleunigung noch minimal. Durch den mechanisch begrenzten Bewegungsraum steigt dieser Fehler jedoch bei langandauerden Beschleunigungen des Fahrzeugs schnell an. Das grundsätzliche Regelziel, die wahrgenom¬menen Beschleunigungen so realistisch wie möglich zu vermitteln und damit den Wahrnehmungsfehler e_a* = a*_Fahr - a*_Sim zu minimieren, kann bei andauernden Längs- und Querbeschleunigungen dennoch erreicht werden. Bei der so genannten ‚Tilt coordination’ wird die Gravitationskraft durch Kippen des Simulators dazu genutzt diese dauerhaften Bewegungskomponenten darzustellen. Die Schwierigkeit bei der Nutzung dieser Regelgröße liegt darin, dass noch keine umfassenden und validierten Modelle für die Bewegungswahrnehmung zur Verfügung stehen und demnach nur angenäherte Modelle genutzt werden können. Folglich ist der Wahrnehmungsfehler lediglich eine geschätzte Größe. Bei einer theoretischen Betrachtung des Regelkreises muss auch das Übertragungsverhalten des Simulators, also der Hydraulik berücksichtigt werden. Die Identifikation der Übertragungsfunktionen ist bei den Wechselwirkungen zwischen den Bewegungs¬komponenten in den sechs Bewegungsrichtungen jedoch nicht ohne weiteres möglich. Daher werden bei klassischen Algorithmen die Parameter oftmals experimentell für bestimmte Fahrmanöver oder Fahrstrecken ermittelt. Im Vortrag werden klassische Motion Cueing Algorithmen sowie ihre Vor- und Nachteile vorgestellt. Möglichkeiten und Einschränkungen von theoretischen Betrachtungen des Regelkreises sowie Lösungsansätze zu den beschriebenen Fragestellungen werden zur Diskussion gestellt.