In den vergangenen Jahren wurde am Fraunhofer Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) der Fahrsimulator RODOS (Robot based Driving and Operation Simulator) basierend auf einem KUKA KR1000 Industrieroboter konzipiert und in Betrieb genommen. Typische Anwendungsfelder, die mit diesem System adressiert werden sollen, sind interaktive human-in-the-loop Simulationen von Land- und Baumaschinen, aber auch von PKWs und LKWs. Um die Schnittstelle Fahrzeug-Untergrund in der Simulation adäquat abbilden zu können, wird ein komplexes, physikalisch konsistentes Reifenmodell benötigt, das das transiente dynamische Verhalten des Reifens, auch bei großen Deformationen, korrekt beschreibt. Darüberhinaus muss das Modell echtzeitfähig sein, um im interaktiven Simulatorbetrieb eingesetzt werden zu können. In diesem Kontext hat Fraunhofer im vergangenen Jahr ein echtzeitfähiges Reifenmodell für Komfort- und Betriebsfestigkeitsanwendungen entwickelt. Das Modell besitzt eine flexible Gürtelstruktur mit ca. 150 Freiheitsgraden. Im interaktiven Fahrsimulatorbetrieb müssen typischerweise vier Reifen mit einem ebenfalls ausreichend effizienten Fahrzeugmodell im Zusammenspiel mit dem Simulator und dem Bediener in Echtzeit simuliert werden - dazu ist ein effizientes Management inkl. Datenaustausch der Simulationsparteien sowie spezielle Software- und Hardwarearchitektur notwendig. Dieser Beitrag beschreibt die genannten Komponenten Fahrsimulator, Reifenmodell und eine effiziente Kopplungsstrategie.
In the last years, Fraunhofer ITWM has set up the new driving simulator RODOS (Robot based Driving and Operation Simulator), which is based on the industrial robot KUKA KR1000. The main application area of this driving simulator are interactive human-in-the-loop simulations with agricultural and construction machines, but also with trucks and passenger cars. Especially in the first-mentioned group of agricultural and construction machines, the vehicles are often working and acting in rough terrain, on soft soil - thus, an advanced tire model is needed that describes the interface vehicle-ground in such scenarios properly. But also for comfort applications in the passenger car and truck area, tire models are needed which are at least able to reproduce the frequency contents covering the rigid body Eigen-frequencies of the tire (0 - 100 Hz). Whence, for these applications, a physically consistent, flexible and detailed tire model is necessary, that can reproduce properly the transient dynamic behaviour of the tire. Additionally, for the use in the driving simulator, the tire model has to be realtime capable. In the last year, Fraunhofer has also developed such an advanced tire model that fits all the mentioned requirements and that is real-time capable. The tire model CDTire/Realtime is designed for comfort and durability applications for passenger cars and trucks as well as for agricultural and construction machines, an interface to simulate deformable soil is available. The model has a flexible belt structure with usually about 150 degrees of freedom and a brush contact formulation. To reach sufficient computational efficiency and performance for real-time capability, a specific numerical time-integration scheme has been implemented within the model. Additionally, specific coordinate frames are chosen to handle efficiently the needed Jacobian matrices.
Integration eines detaillierten, flexiblen Reifenmodells in den Fraunhofer Fahrsimulator
2013
17 Seiten, Bilder, 11 Quellen
Conference paper
German
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