Ein digitaler Zwilling kann das Verhalten eines Fahrzeugs und seiner Komponenten sowie der Umgebung darstellen
Xavier Fernndez, Geschäftsentwicklungsdirektor für die Automobilindustrie in CT09.05.2024
In der heutigen, schwindelerregenden Welt hat die ständige Weiterentwicklung der Fahrzeugtechnologie einen radikalen Wandel in der Art und Weise ausgelöst, wie wir Sicherheit und Komfort am Steuer verstehen. Fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) haben sich zu einer grundlegenden Technologie dieses Wandels entwickelt und führen Funktionen wie die adaptive Geschwindigkeitsregelung, die Erkennung des toten Winkels, den Spurhalteassistenten und den Notbremsassistenten ein, um die Standards für Sicherheit und Komfort auf unseren Fahrten zu erhöhen.
Die effektive und sichere Entwicklung und Prüfung dieser Systeme stellt jedoch eine große Herausforderung für die Automobilindustrie dar. Hier kommt das CT-Erlebnis durch digitale Zwillinge ins Spiel, ein leistungsstarkes Tool, mit dem wir das Verhalten von ADA-Systemen in einer virtuellen Umgebung simulieren können.
Was sind digitale Zwillinge?
Digitale Zwillinge sind virtuelle Nachbildungen physischer Systeme, Prozesse oder Entitäten. Diese Zwillinge werden mithilfe mathematischer Modelle und Algorithmen erstellt, die das Verhalten und die Dynamik des realen Systems erfassen. Digitale Zwillinge können den Betrieb eines Systems in Echtzeit simulieren und ermöglichen es Ingenieuren und Designern, verschiedene Konfigurationen, Szenarien und Bedingungen zu testen, ohne das physische System manipulieren zu müssen.
Bemerkenswert ist seine Fähigkeit, das Verhalten jedes Systems von Anfang bis Ende zu simulieren, vom Entwurf bis zum Ende seiner Nutzungsdauer und dem Recycling, bis hin zu seinem Verhalten unter allen Umständen, wobei der Bediener die Möglichkeit hat, kritische Variablen nach Belieben zu ändern. Dies ist, was wir als Model-Based Systems Engineering (MBSE) kennen.
Im Kontext von ADA-Systemen kann ein digitaler Zwilling das Verhalten eines Fahrzeugs und seiner Komponenten sowie der Umgebung, einschließlich anderer Fahrzeuge, Fußgänger, Verkehrszeichen und Wetterbedingungen, darstellen. Dadurch können Entwickler von ADA-Systemen Algorithmen und Funktionen in einer virtuellen Umgebung testen und validieren, bevor sie sie in realen Fahrzeugen implementieren, was zu einer Kostenreduzierung führt.
Simulation von ADA-Systemen mit digitalen Zwillingen
1. Modellierung des Fahrzeugs und der Umgebung
Der erste Schritt bei der Simulation eines ADA-Systems mit digitalen Zwillingen besteht darin, genaue Modelle des Fahrzeugs und der Umgebung, in der es betrieben wird, zu erstellen. Dazu gehören die Geometrie des Fahrzeugs, seine dynamischen Eigenschaften wie Geschwindigkeit, Beschleunigung und Richtung sowie das Verhalten der verschiedenen Sensoren und Aktoren des Fahrzeugs. Darüber hinaus müssen Elemente der Umgebung modelliert werden, beispielsweise die Straße, andere Fahrzeuge, Fußgänger, Verkehrszeichen und Wetterbedingungen.
2. Entwicklung von ADAS-Algorithmen
Sobald das Fahrzeug und die Umgebung modelliert sind, entwickeln wir die ADAS-Algorithmen mithilfe von Techniken der künstlichen Intelligenz, Bildverarbeitung und Datenanalyse. Diese Algorithmen können Funktionen wie Hinderniserkennung, Spurverfolgung, adaptive Geschwindigkeitsregelung und Parkassistent umfassen.
3. Integration und Test
Sobald die ADAS-Algorithmen entwickelt sind, integrieren wir sie in den digitalen Zwilling und testen sie in verschiedenen Szenarien und Bedingungen. Dazu können starke Verkehrssituationen, plötzliche Änderungen der Straßenverhältnisse, Notfälle und Sensorausfälle gehören. Die Simulation ermöglicht es uns, die Leistung des ADA-Systems zu bewerten und die notwendigen Anpassungen vorzunehmen.
Bei CT führen wir die Integration der synthetischen virtuellen Verkehrsumgebung mit allen Elementen durch, die nach Belieben geändert werden können, und mit dem zu kalibrierenden physischen ADA-System. Dies ermöglicht es uns, Hunderte und Tausende virtuelle Tests des Geräts durchzuführen, ohne unser Labor zu verlassen. Dadurch werden viele Stunden realer Tests auf der Teststrecke vermieden, was zu finanziellen Einsparungen führt. Darüber hinaus integrieren wir die Hardware mit unserer eigenen Smart Traffic-Software.
4. Validierung und Verifizierung
Sobald die Tests abgeschlossen sind, führen wir eine Validierung und Verifizierung des ADA-Systems anhand vordefinierter Leistungsmetriken durch. Dies kann vom Vergleich des simulierten Systemverhaltens mit realen Testdaten bis hin zur Bewertung der Systemgenauigkeit, Robustheit und Zuverlässigkeit unter einer Vielzahl von Bedingungen reichen.
Vorteile der ADAS-Simulation mit digitalen Zwillingen
Die Simulation von ADA-Systemen mit digitalen Zwillingen bietet der Automobilindustrie eine Reihe bedeutender Vorteile:
1. Reduzierung von Kosten und Entwicklungszeiten
Mithilfe der Simulation können Fahrzeughersteller und ADA-Systemanbieter Entwicklungskosten und -zeiten reduzieren, indem sie den Bedarf an physischen Prototypen und umfangreichen Straßentests eliminieren. Dies ermöglicht eine schnellere und effizientere Entwicklung neuer Technologien und Funktionalitäten.
2. Mehr Sicherheit
Mithilfe der Simulation können ADA-Systeme in einer Vielzahl von Gefahren- und Notfallszenarien getestet werden, deren Nachbildung in der realen Welt möglicherweise schwierig oder kritisch ist. Dies trägt dazu bei, die Sicherheit und Leistung von ADA-Systemen zu verbessern, indem potenzielle Probleme identifiziert und behoben werden, bevor sie in realen Fahrzeugen implementiert werden und in einer realen Umgebung auftreten.
3. Flexibilität und Skalierbarkeit
Digitale Zwillinge bieten eine flexible und skalierbare Plattform zum Testen verschiedener Fahrzeugkonfigurationen und -umgebungen sowie zur Simulation unterschiedlichster Szenarien und Bedingungen. Dadurch können Ingenieure mehrere Designoptionen erkunden und die Leistung des ADA-Systems optimieren.
4. Beschleunigte Innovation
Indem die Simulation digitaler Zwillinge es Ingenieuren ermöglicht, neue Technologien und Funktionen schnell und sicher zu testen und zu validieren, fördert sie Innovation und Fortschritt im Bereich der ADA-Systeme. Dies kann zu erheblichen Verbesserungen der Fahrzeugsicherheit, des Komforts und der Effizienz führen.
Anwendungen in der Automobilindustrie
Die Simulation von ADA-Systemen mit digitalen Zwillingen hat in der Automobilindustrie ein breites Anwendungsspektrum, darunter:
- Entwicklung und Erprobung neuer ADAS-Technologien und -Funktionalitäten. Erhöhung der Leistungen.
- Validierung und Verifizierung bestehender und zukünftiger Systeme.
- Optimierung der Leistung und Effizienz von ADAS.
- Bewertung der Auswirkungen neuer Vorschriften und Sicherheitsstandards.
- Schulung und Ausbildung von Ingenieuren und Designern im Bereich ADAS.
Die ADAS-Simulation mit digitalen Zwillingen ist ein leistungsstarkes Werkzeug, das eine sichere, effiziente und kostengünstige Möglichkeit bietet, Fahrerassistenztechnologien zu entwickeln, zu testen und zu validieren.
Durch die Bereitstellung einer flexiblen und skalierbaren Plattform zur Untersuchung einer Vielzahl von Szenarien und Bedingungen ermöglichen digitale Zwillinge Fahrzeugherstellern und ADAS-Anbietern, Innovationen zu beschleunigen und die Sicherheit und den Komfort moderner Fahrzeuge zu verbessern.
Angesichts der kontinuierlichen Weiterentwicklung der digitalen Zwillingstechnologie und der wachsenden Nachfrage nach fortschrittlicheren ADA-Systemen wird die Simulation voraussichtlich eine immer wichtigere Rolle bei der Entwicklung zukünftiger Fahrzeuge spielen.
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