Digitaler Zwilling Strasse

Physikalisch-informatorische Abbildung des Systems "Straße der Zukunft"

Im Sonderforschungsbereich 339 "Digitaler Zwilling Straße" der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) forschen verschiedene Institute der RWTH Aachen und der TU Dresden über einen Zeitraum von bis zu 12 Jahren an einer physikalisch-informatischen Abbildung des Straßensystems der Zukunft. Dabei wird das Institut für Kraftfahrzeuge das Fahrwerk als Datenquelle für den Digitalen Zwilling des Straßensystems integrieren.

Als Hauptnutzende des Systems Straße nehmen Fahrzeuge eine zentrale Rolle in der Entwicklung des Digitalen Zwillings ein. Die Interaktion zwischen Fahrbahn und Fahrzeug findet über das Fahrzeugsubsystem Fahrwerk samt Reifen statt. Über die Kontaktfläche zwischen Reifen und Fahrbahn erfolgt die Kraftübertragung, die einerseits relevant für die Fahrzeugdynamik ist und andererseits detaillierte Informationen über die Fahrbahn enthält.

Das Ziel unseres Teilprojekts besteht in der Erforschung eines Konzepts zur Gewinnung dieser Informationen, um dem Digitalen Zwilling Straße Echtzeitdaten über durch das Fahrzeug eingeleitete Lasten sowie den Straßenzustand bereitzustellen. Durch die Nutzung realer Lastdaten wird, in enger Zusammenarbeit mit weiteren Instituten, eine Ableitung von Maßnahmen zur schonenderen Nutzung der Straßeninfrastruktur durch Fahrzeuge ermöglicht. Neben dem primären Zweck als Eingangsdaten für den Digitalen Zwilling sind die ermittelten Daten ebenfalls von hoher Relevanz für die Entwicklung zukünftiger, aktiver Fahrwerksysteme zur Verbesserung der Fahrzeugsicherheit.

Der Reifen nimmt als erste Komponente im Lastpfad zwischen Fahrbahn und Fahrzeug eine zentrale Rolle in diesem Teilprojekt ein. Echtzeitdaten zur Interaktion zwischen Reifen und Fahrbahn können jedoch nicht unmittelbar erfasst werden, da eine direkte Messung der Kraftverteilung in der Kontaktfläche nicht möglich ist. Um dieser Herausforderung zu begegnen, wird ein modellbasierter Ansatz zur Datengenerierung gewählt. Im Kern dieses Ansatzes steht ein echtzeitfähiges Reifenmodell, dessen Eingangsdaten durch ein zu erforschendes, verteiltes Sensorkonzept im Fahrwerk bereitgestellt werden. Neben bestehenden Sensoren in modernen Fahrzeugen, wie z.B. Beschleunigungssensoren an Fahrwerkskomponenten, werden neuartige Sensoren erprobt, um die Qualität der Eingangsdaten des Reifenmodells zu steigern. Akustik-basierte Sensorkonzepte sind beispielsweise nutzbar, um Informationen über die aktuelle Fahrbahnoberfläche und den aktuellen Kraftschlussbeiwert zu generieren. Durch eine Fusion der Daten aus Reifenmodell und verteiltem Sensorkonzept wird die Bereitstellung genauer Radlastdaten in Längs-, Quer- und Vertikalrichtung sowie Daten zu dem tatsächlichen Fahrbahnzustand in Echtzeit gewährleistet.