Fahrsimulatoren mit Bewegungssystemen werden zunehmend bei der Entwicklung neuer Komfort- und Sicherheitssysteme für bodengebundene Fahrzeuge eingesetzt. Da die Testergebnisse valide, d. h. in eine reale Fahrsituation übertragbar sein müssen, sind die Anforderungen an alle Teilsysteme einer Fahrsimulation enorm hoch. Der Fahrer muss sämtliche Informationen erhalten, die er benötigt, um das virtuelle Fahrzeug ebenso wie in der Realität zu steuern. Zu den dazu notwendigen Simulationseigenschaften zählt für viele Fahrmanöver und Testszenarien insbesondere eine realistische Rückmeldung der Fahrzeugbeschleunigungen. Herkömmliche, aus der Flugsimulation stammende Algorithmen zur Steuerung einer Bewegungsplattform haben sich in dieser Hinsicht als unzureichend erwiesen. Aufgrund der hochdynamischen charakteristischen Eigenschaften von Fahrzeugen sind erweiterte oder neue Konzepte zur Umsetzung der Fahrzeugbeschleunigungen notwendig. Hierbei gilt es eine große Anzahl von Limitierungen und Randbedingungen zu beachten. Die größte Herausforderung dabei ist, den Menschen als maßgeblich zu beeinflussendes Objekt beim Entwurf der Bewegungsplattformsteuerung korrekt zu berücksichtigen, da die sehr komplexe menschliche Bewegungswahrnehmung bisher noch nicht vollständig erklärt und modelliert werden kann. Die Arbeit liefert zunächst einen umfassenden Überblick über relevante, grundlegende Methoden und verschiedene für die Fahrsimulation verwendete Ansätze. Auf der Basis dieser Erläuterungen sowie von Erkenntnissen aus mehreren eigenen Simulatorstudien werden die unterschiedlichen Einflussfaktoren der Darstellung von Fahrzeugbeschleunigungen eingehend diskutiert. Da das Design einer Bewegungssteuerung sehr stark von dem zur Verfügung stehenden Bewegungssystem und dem Anwendungsbereich der Fahrsimulation abhängen, ist die Diskussion allgemeingültig gehalten und kann durch die kompakte Zusammenstellung der wichtigen Aspekte als Leitfaden für den Entwurf von optimal auf die vorliegenden Randbedingungen angepassten Algorithmen dienen. Für den speziellen Fall einer Hexapod-Bewegungsplattform und ihren Einsatz im Bereich der Fahrverhaltensforschung sowie zum Test von Fahrerassistenzsystemen werden anschließend zwei neue Ansätze vorgestellt, die für diese Randbedingungen konzipiert und optimiert worden sind. Die durch eine Weiter- bzw. Neuentwicklung wichtiger Teilfunktionen erzielte Reduktion von Phasenfehlern hat sich als eine entscheidende Verbesserung gegenüber bisherigen Algorithmen erwiesen. Dabei hat sich gezeigt, dass kurzzeitig deutlich höhere als die bislang empfohlenen maximalen Drehgeschwindigkeiten zulässig und sinnvoll sind, wobei als Drehpunkt die Position des Fahrerkopfes gewählt werden sollte. Darüber hinaus trägt insbesondere ein geregelter Begrenzer mit integriertem Systemdynamikmodell zu einem besseren Folgeverhalten des Bewegungssystems bei. Für die Bestimmung der optimalen Parametrierung eines Algorithmus hat sich ein manöver- oder streckenabhängiges Tuning als besonders geeignet erwiesen.

    The use of motion-based driving-simulators during the development of new comfort and safety systems for ground-based vehicles increases continuously. Since the validity of test results of simulator studies is a major issue, the requirements for all subsystems of a driving simulation are enormous. The driver must receive all information which enables him to drive the virtual vehicle like a real car. For that purpose, many manoeuvres and test scenarios require a realistic feedback of the vehicles accelerations. Traditional algorithms for the control of a motion platform derived from flight simulation turned out to be inadequate in this respect due to the highly dynamic characteristics of vehicles. Thus, extended or new concepts to present the vehicle accelerations are necessary. Additionally, a large number of limitations and constraints have to be considered. One of the strongest challenges is the existence of a human driver within the control loop. To take him into account properly is a very important task, as human driving behaviour and human motion perception are major factors within the design of motion-platform-control startegies. However, very little is known about the function of the complex human motion perception so far and no complete human motion perception model exists. The present work provides a comprehensive overview over relevant basic methods and the existing approaches to driving-simulator motion-control. Based on these explanations and the conclusions from several own simulator studies, the different influencing factors regarding the presentation of vehicle accelerations are discussed. Since the overall design of a motion control algorithm strongly depends on the available motion system and the focus of its application, all important aspects are intensively discussed in a general manner. Thus, the discussion serves as a universal guide to motion-cueing design. Two new approaches are presented. Both have been developed and optimized regarding the special boundary conditions given by the usage of a hexapod motion base and its application in driver behaviour research and driver assistance system tests. Several elements of the control strategy could be improved within this process. The reduction of phase errors has proven to be the most crucial improvement compared to common algorithms. The presentation of short-term signals with a rotation velocity significantly higher than the previously recommended maximum value has been found to be well accepted. A tilting point at the position of the drivers head is preferable. A controlled limiter with an integrated systemdynamics model leads to a significant reduction of delay times of the motion platform. In order to determine the optimal set of parameters of an algorithm, a manoeuvre or track based tuning has shown to be particularly suitable.


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    Titel :

    Motion-Cueing-Algorithmen für eine realitätsnahe Bewegungssimulation


    Beteiligte:


    Erscheinungsdatum :

    2009


    Format / Umfang :

    213 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen



    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch





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    Fischer, Martin | GWLB - Gottfried Wilhelm Leibniz Bibliothek | 2009



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    Brems, Willibald | Springer Verlag | 2018


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    Sammet,T. / Tech.Univ.,Muenchen,DE / Bayerische Motorenwerke,BMW,Muenchen,DE | Kraftfahrwesen | 2007