Kaiserslautern Möglichst nah an die Realität herankommen

Die Exponate sind schon unterwegs, die Koffer gepackt, die Pressemitteilungen verschickt: Am Montag, 25. April, startet die Hannover Messe, auf der Innovationen von und für die Industrie vorgestellt werden. Die Kaiserslauterer Science Alliance ist dieses Mal mit 17 Exponaten vertreten. Eines davon stammt aus dem Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) und macht es möglich, reale Umweltdaten für Simulationen zu nutzen – und das in Echtzeit.

Wenn große Autobauer ein neues Fahrzeugmodell entwickeln, geschieht das zuerst einmal am Computer. Doch nicht nur das Design des neuen Fahrzeugs wird am Rechner entworfen, sondern auch sein Fahrverhalten wird aus Kosten- und Zeitgründen via Simulation getestet, wie Klaus Dreßler vom ITWM umreißt. Denn das Fahrzeugmodell wisse längst noch nicht alles – die Schnittstelle zur Umwelt fehle, und damit die Einflüsse, die Autofahrer und die Umgebung auf das Fahrzeug nehmen, erläutert sein ITWM-Kollege Michael Kleer. Daran, dass diese virtuellen Fahrzeugmodelle unter möglichst realistischen Umweltbedingungen getestet werden können, arbeiten die Forscher an der Trippstadter Straße. Zugegeben, auf den ersten Blick springt das Spektakuläre an der Straßen-Simulation in unterschiedlichen Grau-Stufen nicht so ins Auge. Aber dafür gibt es ja den zweiten Blick. Denn die Simulation zeigt nicht nur echte Straßen, die mit dem exakten Streckenverlauf und der Beschaffenheit des Bodens nachgebildet werden, sondern auch die reale Umgebung in einem Korridor 120 Meter rechts und links des Testfahrzeugs: Straßenschilder, Häuserfassaden, Ampeln. Möglich macht dies ein Messfahrzeug mit Namen „Redar“ (Road and Environmental Data Acquisition Rover). Seit vergangenem Jahr kreuzt „Redar“ durchs westliche Europa und vermisst auf Kundenwunsch Strecken millimetergenau. „Die Autobauer wollen ihre Fahrzeuge nicht auf Fantasiestrecken testen, sondern auf richtigen Straßen, etwa der von Kaiserslautern nach Berlin“, sagt Dreßler. Dafür sammle „Redar“ bei normaler Fahrgeschwindigkeit mit zwei 360-Grad-Laserscannern enorme Datenmengen seiner Umgebung. Die ITWM-Forscher können diese Datenmengen so aufbereiten, dass sie in Echtzeit in einer interaktiven 3D-Fahrsimulation genutzt werden können. Rechtlich sei das Vermessen der Straßen kein Problem, in der Regel werde jede Strecke mehrere Male abgefahren. Bewegliche Elemente, die bei einer der Messungen erfasst worden seien, wie etwa Menschen und Fahrzeuge, werden dabei grundsätzlich herausgerechnet, wie Kleer schildert. Stattdessen werden Modell-Fußgänger und Fahrzeuge später ohne reale Vorbilder gezielt in die Simulation eingefügt. Kleer zeigt ein Beispiel: Auf Knopfdruck erscheint die Trippstadter Straße auf dem Laptop, die Gebäudefassaden zur Seite der Straße sind sofort erkennbar. Doch nicht nur die Umgebung, auch die Bodenbeschaffenheit ließen sich laut Kleer exakt nachbilden: Fahrzeugkanten, Schlaglöcher, Bodenwellen, aber auch Verkehrssituationen würden ebenfalls dargestellt und ermöglichten ein realistisches Fahrverhalten. Denn die Schlaglöcher sieht der Fahrer nicht nur, er spürt sie auch, wenn er sie mit seinem virtuellen Fahrzeug durchfährt. Bisher sei es üblich gewesen, die Simulationsszenarien per Hand zu modellieren. Das sei entweder sehr teuer gewesen, oder die Simulation habe leer gewirkt, weil die Details gefehlt hätten. Das sei dank der Entwicklung des ITWM deutlich anders. Die Simulationen aus dem Haus an der Trippstadter Straße lasse sich für Bau- und Landmaschinen, Pkw sowie Nutzfahrzeuge nutzen, wie Kleer beschreibt. Auf Wunsch des Kunden ließen sich bestimmte Szenarien auswählen – von einer speziellen Großstadt bis zu einer Strecke, auf der möglichst viele Kreisel vorkommen. Neben öffentlichen Straßen messe „Redar“ zudem Teststrecken, um auch diese via Simulation befahrbar zu machen. Für die Autohersteller und ihre Fahrer eine enorme Zeitersparnis, wie Kleer verdeutlicht: Anstelle von sechs Monaten auf der Teststrecke ließen sich belastbare Ergebnisse innerhalb weniger Wochen im Simulator gewinnen. Und dort ließe sich zusätzlich das Wetter ändern – von Glatteis bis zu Regenschauern oder Hitze. An dieser Stelle kommt „Rodos“ ins Spiel, der Simulator des ITWM, dessen Name für Robot based Driving and Operation Simulator steht. Diese Kombination – vom Vermessen der Wunschstrecke über die Simulation bis hin zur Testumgebung im eigenen Simulator könne derzeit allein das ITWM anbieten, berichtet Dreßler. An etwas neuem arbeiten die Forscher übrigens auch schon: die Simulationen bekommen jetzt Farbe. Das macht das Fahrerlebnis noch realistischer.