Integration eines detaillierten, flexiblen Reifenmodells in den Fraunhofer Fahrsimulator

In den vergangenen Jahren wurde am Fraunhofer Institut fuer 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 adaequat abbilden zu koennen, wird ein komplexes, physikalisch konsistentes Reifenmodell benoetigt, das das transiente dynamische Verhalten des Reifens, auch bei grossen Deformationen, korrekt beschreibt. Darueber hinaus muss das Modell echtzeitfaehig sein, um im interaktiven Simulatorbetrieb eingesetzt werden zu koennen. In diesem Kontext hat Fraunhofer im vergangenen Jahr ein echtzeitfaehiges Reifenmodell fuer Komfort- und Betriebsfestigkeitsanwendungen entwickelt. Das echtzeitfaehige physikalische Reifenmodell CDTire/Realtime besitzt eine flexible Guertelstruktur mit circa 150 Freiheitsgraden. Im interaktiven Fahrsimulatorbetrieb muessen 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 inklusive Datenaustausch der Simulationsparteien sowie spezielle Software- und Hardwarearchitektur notwendig. Dieser Beitrag beschreibt die genannten Komponenten Fahrsimulator, Reifenmodell und eine effiziente Kopplungsstrategie. (A) ABSTRACT IN ENGLISH: 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. To adequately describe the interface vehicle-ground, 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 real­ time 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. For an interactive full-vehicle simulation on the driving simulator, typically at least four tires together with a real-time capable vehicle model have to be simulated, interactively coupled with the simulator and the human operator. Thus, an administration framework is necessary that organizes and coordinates the simulation of all involved components as well as the data exchange in an efficient manner. The paper describes the Fraunhofer driving simulator RODOS, the development and the implementation of the advanced tire model CDTire/Realtime and a coupling strategy for the real-time simulation of a full vehicle and four tires. (A)