Dissertation

Aufbau und Bewertung eines realdynamischen urbanen Fahrsimulators

Author:

Nicolas Wagener

Pages:

166

DOI:

10.18154/RWTH-2024-06742

Year:

2024

Language:

german

Format:

ebook

Fahrsimulatoren sind ein zentrales Element der modernen Fahrzeugentwicklung. So können in einer sicheren und kontrollierten Umgebung Versuche durchgeführt werden. Bei Fahrsimulatorversuchen steht immer der Mensch als reales Subjekt im Fokus der Untersuchung (Human-in-the-Loop). Sie können ein breites Spektrum an Fragestellungen abdecken und reichen von der Interaktion mit dem Fahrzeug (User Experience) über Kontrollierbarkeitsversuche bis hin zu Untersuchungen des Fahrerverhaltens. Auch fahrdynamische Versuche zur Erlebbarkeit neuartiger Systeme oder die Auslegung von Infrastruktur können durch Fahrsimulatoren realisiert werden.

Diese Bandbreite an Möglichkeiten stellt unterschiedlichste Anforderungen an die Fahrsimulation. Da diese immer eine Abstraktion der Realität darstellt, bedarf es unterschiedlichster Auslegungen ebensolcher Simulatoren. Besonders Visualisierungstechniken und Bewegungssimulationen unterscheiden sich dabei deutlich. Der urbane Raum mit seinen besonderen Herausforderungen, etwa beim Abbiegen, ist besonders schwierig durch Bewegungssysteme abzudecken. Auch die stetig fortschreitende Weiterentwicklung von Virtual Reality Brillen bietet erhebliche Potenziale bei der Visualisierung in Fahrsimulatoren.

Daher wird in dieser Arbeit ein urbaner Fahrsimulator unter Verwendung realer Dynamik aufgebaut. Hierzu wird ein Realfahrzeug auf einer Freifläche durch eine geeignete visuelle Simulationsumgebung ergänzt. Um den Potenzialen von Virtual Reality genüge zu tragen, wird dieser Fahrsimulator sowohl mit einer 3D-VR-basierten als auch einer 2D-Bildschirm-basierten Visualisierungstechnik ausgestattet.

Gerade die konkreten Einflüsse von realer Fahrdynamik auf die immersive Wirkung, aber auch mögliche Kinetose in der aufgebauten Fahrsimulation stehen dabei im Fokus dieser Arbeit. In diesem Kontext sind auch die Auswirkungen von VR-Brillen bisher wenig untersucht worden. Besonders das Zusammenspiel von realer Fahrdynamik und VR stellt eine interessante Untersuchungsmöglichkeit dar. Daher werden Vergleichsstudien zwischen realdynamischer und statischer Fahrsimulation unter Nutzung von jeweils Bildschirm-basierter wie auch VR-basierter Visualisierung durchgeführt.

Insgesamt konnten durch die Einbindung realer Fahrdynamik erhebliche Vorteile in Bezug auf immersive Wirkung als auch auf Kinetose festgestellt werden. Dieser positive Effekt spiegelt sich weiterhin in der umgesetzten VR-basierten Visualisierungstechnik wider. Der aufgebaute urbane Fahrsimulator zeigt eine erhebliche Verbesserung gegenüber der evaluierten statischen Fahrsimulation auf. Die Einbindung von Virtual Reality im nicht statischen Umfeld gelingt dabei durch ein in dieser Arbeit entwickeltes optisches und inertiales Tracking. Durch die Verwendung der Spielengine Unity als Grundlage für die Umgebungssimulation konnte eine realistische Darstellung sichergestellt werden. Hierzu wurde weiterhin eine entsprechende Simulationstoolkette aufgebaut.