Trockenübung im sicheren digitalen Hafen: Simulatoren helfen bei der Entwicklung von Autos, ohne dass diese gleich auf die Straße müssen.
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BerlinPlötzlich schert das vordere Auto aus, der Hintermann tritt voll auf die Bremse. Sein Fahrzeug schlittert und landet auf einer Wiese. Es rüttelt und schüttelt – und alles bleibt ganz. In Fahrsimulatoren werden nahezu täglich solche Versuche gefahren. Die Entwickler erhoffen sich dadurch neue Erkenntnisse und einen Technikvorsprung vor ihren Wettbewerbern.

Bewegte Simulatoren existieren schon seit den 1970er-Jahren. Heute arbeiten alle Autohersteller und viele Zulieferer damit, um Komfort- und Assistenzsysteme frühzeitig entwickeln zu können. Entweder in ihren eigenen Entwicklungsabteilungen oder in denen von Dienstleistern. BMW plant demnächst ein neues Fahrsimulationszentrum. Probanden sollen dann kaum noch einen Unterschied zu einer echten Fahrt im Auto feststellen können. Ein Trend?

Extremsituationen nachspielen

Professor Jörn Schneider von der Hochschule Trier, Fachbereich Informatik, erforscht gemeinsam mit Psychologen und Ingenieuren mithilfe von Fahrsimulationen verschiedene Reaktionen von Menschen im Auto. Seit Anfang des Jahres kann er in einem neuen, rund eine halbe Million Euro teuren Simulator eine sich für den Fahrer realistisch anfühlende Wirklichkeit nachbilden.

So wird bei automatisierten Fahrzeugen nach SAE-Level 3 in Simulationen die Reaktionszeit des Piloten gemessen, bis er die Kontrolle über das Fahrzeug wieder übernehmen kann. „Bei Fahrerüberwachungssystemen wollen wir Situationen provozieren, in denen die Fahrer die Kontrolle nicht rechtzeitig übernehmen“, sagt Professor Schneider. „Das lässt sich im realen Verkehr nicht darstellen, weil es zu gefährlich ist. Im Fahrsimulator lassen sich dafür verschiedene Szenarien sicher nachspielen.“

Auch die Einstellung von Müdigkeitsassistenten und anderen Sicherheitssystemen, die den Menschen im Vordergrund haben, lassen sich in Simulationen bis zur Serienreife entwickeln. Das sei wichtig, da die jeweilige Soft- und Hardware fertig sein muss, bevor das Auto fertig entwickelt ist. Es ist ein Vorverlagern des eigentlichen Fahrens. „Außerdem lässt sich die simulierte Welt einfach perfekt nachstellen“, erklärt Professor Schneider.

In die Zukunft springen

Auch beim Training von neuronalen Netzen, dem sogenannten Deep Learning für das künftige autonome Fahren, werden vermehrt Simulationen eingesetzt. Wie reagieren Insassen, wenn das autonome Fahrzeug plötzlich ausweicht? Wird ihnen schwindelig und wie lässt sich das vermeiden? „Wenn Fahrzeuge vermehrt automatisiert oder autonom unterwegs sein werden, wird die Fahrsimulation noch wichtiger werden“, sagt Professor Schneider.

Doch schon heute spielt sie eine große Rolle in der Entwicklung. Martin Henne von der fka GmbH in Aachen führt im Auftrag der Autoindustrie, Zulieferindustrie und gemeinsam mit der RWTH Aachen Versuche an Fahrsimulatoren durch. „Bei der Fahrsimulation geht es immer um Menschen. Es sind meist Fahrerverhaltensanalysen, um frühzeitig die Weichen für entsprechende Entwicklungen – unter anderem von Fahrerassistenzsystemen – stellen zu können“, sagt Henne. Simulatoren werden am Anfang einer Entwicklungskette eingesetzt. Sie versuchen herauszufinden, wie Menschen mit dem System umgehen. Damit die Erkenntnisse richtig eingeschätzt werden, arbeiten im Team auch Psychologinnen.

Fahrzeugentwicklung verlaufe nicht linear, sondern in vielen Bereichen parallel. Es gebe keinen Hersteller, der auf Simulationen verzichte. Diese frühe Entwicklung spare in der Gesamtentwicklung Zeit und damit Geld. „Simulatoren sind wie eine Zeitmaschine. Wir können so tun, als würden getestete Systeme bereits existieren, springen damit einen Schritt in Richtung Zukunft – obwohl es das Gesamtfahrzeug noch nicht gibt“, erklärt Henne. Das sei der große Unterschied zu Flugsimulatoren – einem bestehenden System, das eine Realität nachbildet, um Piloten zu trainieren.

Bei Mercedes bewegen sich Simulatoren seit 1985

Bei autonomen Fahrzeugen werde beispielsweise untersucht, wie Personen auf Überhol- oder Bremsmanöver reagieren. Bremst das Auto zu hart, ist der Abstand zum Vordermann zu groß oder zu gering? Hat der Fahrer Angst und steuert gegen? Probanden erleben die Fahrt, wie sie im späteren realen Verkehr abläuft.

Mercedes setzt seit 1985 bewegbare Simulatoren ein, testet und bewertet so neue Technologien, bevor sie ins Auto Einzug finden. Der Hersteller arbeitet mit vier verschiedenen Simulatoren, mit denen Assistenzsysteme und Fahrverhalten simuliert werden können. Seit über zehn Jahren setzt Mercedes einen über 23 Tonnen schweren Simulator ein, der mit 1700 PS über eine zwölf Meter lange Schiene saust. Damit ist er einer der leistungsfähigsten Simulatoren der Welt. Kostenpunkt: mehr als 25 Millionen Euro.

„Neue Assistenzsysteme testen wir unter anderem mit Probanden, um zu sehen, wie Kunden später auf die Systeme reagieren“, erklärt Jasmin von Göler, Leiterin Fahrsimulationen bei Mercedes-Benz. Untersucht werden verschiedene Sicherheits- und Komfortsysteme. Der Simulator bildet virtuell ein komplettes Fahrzeug ab, also auch Reifen, Motor, Getriebe und Lenkung. Theoretisch kann ein Fahrer in einer A-Klasse sitzen, aber wie in einer S-Klasse fahren.

Fahrzeugentwicklung nicht ohne Simulation möglich

Man investiere viel Zeit und Leidenschaft in die Weiterentwicklung der Simulatoren, damit Probanden ein immer realistischeres Fahren erleben könnten, so von Göler. „Sie sollen das Gefühl bekommen, mit dem Auto auf der Straße zu fahren, obwohl sie in einem Simulator sitzen. Dafür müssen wir alle Komponenten, aber auch Geräusche, Beschleunigung, Bremsen und das Bild weiter optimieren.“

Nur bei fahrdynamischen Versuchen sitzen ausschließlich erfahrene Entwickler hinterm Lenkrad, die die jeweiligen Komponenten in ihrem Frühstadium bewerten sollen. Von Göler sieht den Vorteil von Simulatoren darin, dass die Versuche immer sicher, kontrollierbar, objektiv und reproduzierbar sind. Verkehrssituationen, Wetterbedingungen, Straßenverhältnisse lassen sich programmieren, die Versuche miteinander vergleichen.

Die hochkomplexe Fahrzeugentwicklung ohne Simulatoren sei heute nicht mehr möglich. Veränderungen wie Reifenwechsel, Getriebeabstufung oder Fahrwerkseinstellung sind in wenigen Sekunden am Computer erledigt. Das spart Zeit und Geld bei der Entwicklung. Und ist vor allem sicher. Auch bei einer provozierten Kollision.