Das Auto entsteht an der Schnittstelle zwischen virtueller und realer Welt

Wenn man an die Tests eines neuen Fahrzeugs denkt, stellt man sich einen Testfahrer vor, der eine Runde auf einer Teststrecke dreht, oder eine Crashtest-Puppe, die bei einem simulierten Aufprall durchgeschüttelt wird. Doch heute finden immer mehr Validierungen in der digitalen Welt statt und nicht mehr in der physischen.

Augmented Reality, digitale Zwillinge, immersive Simulation: Mit diesen Technologien lassen sich fast alle Komponenten eines Autos optimieren, noch bevor ein Prototyp hergestellt wird. Das Ergebnis: Die Entwicklung verläuft schneller, die Markteinführungszeit wird verkürzt und die Endkosten für den Verbraucher sinken.

Zwar ist der Einsatz digitaler Technologien im Konstruktions- und Testprozess in der gesamten Automobilindustrie gang und gäbe, doch die Renault Group investiert bereits seit über 30 Jahren in Simulatoren! Diese technologische Reife hat entscheidend dazu beigetragen, die Entwicklungszeiten zu halbieren.

Dennoch erfordern kritische Aspekte der Konzeption und Konstruktion eines neuen Fahrzeugs nach wie vor Tests unter realen Bedingungen. „Letztendlich verkaufen wir ein physisches Objekt, ein echtes Auto, das fährt und das man erleben muss. Den Menschen kann man dabei nicht wirklich ersetzen“, erklärt Guillaume Mercier, Experte für Fahrerassistenzsysteme (ADAS, Advanced Driver Assistance System).

Das Ergebnis ist ein ständiger Austausch zwischen der realen und der virtuellen Welt, der die digitalen Tools mit physikalischen Daten versorgt, die Rechenleistung zur Beschleunigung der Entwicklung nutzt und das Fahrzeug einer abschließenden physikalischen Validierung unterzieht, um alle Situationen abzudecken, denen ein Fahrzeug im Straßenverkehr ausgesetzt sein wird.

Numerische Simulation zur Steuerung der Technologie

Digitale Tests bieten ein Maß an Flexibilität und extrem schnelle Reaktionszeiten, mit denen physische Prototypen und herkömmliche Validierungsverfahren einfach nicht mithalten können. Von dieser Zeitersparnis profitiert auch der Kunde, der schneller denn je Zugang zu den neuesten Technologien und Funktionen erhält.

„In der heutigen Automobilbranche ist es unmöglich, alles vorherzusehen“, erklärt William Becamel, führender Experte für digitale Modellierung und Simulation. „Wir müssen sehr agil und flexibel sein, um die richtigen Inhalte so schnell wie möglich ins Auto zu bringen.“

Digitale Entwicklungswerkzeuge sind in der Lage, die künftige Nutzung eines Fahrzeugs vorherzusehen und anschließend innerhalb weniger Tage verschiedene Szenarien zu simulieren. Das für das Fahrzeug zuständige Team kann sich dann auf die Funktionen konzentrieren, die den Anforderungen entsprechen, und deren Umsetzung vorantreiben – noch vor der sogenannten „Konzeptfestlegung“, in der die Wahl des Modells bestätigt und dessen Unterscheidungsmerkmale sowie Stärken klar definiert werden müssen. „In dieser Phase müssen wir genau wissen, was wir in das Auto einbauen wollen, und etwa 90 % des Projekts festlegen“, erklärt Stéphane Régnier, Experte für immersive Simulation und virtuelle Realität.

„In einer digitalen Umgebung kann man eine Vielzahl von Simulationen durchführen und die technische Definition ganz einfach ändern“, fügt William Becamel hinzu. „Bei einem physischen Prototyp ist das nicht so einfach.“

Nehmen wir die Begrüßungssequenz, wenn ein Fahrer die Tür öffnet und in ein Fahrzeug einsteigt: Das System kann eine bestimmte Meldung anzeigen, eine spezielle Beleuchtung aktivieren oder sogar die Wiedergabe eines Audioclips starten. Was auf den ersten Blick einfach erscheint, erfordert in Wirklichkeit eine komplexe Kommunikation zwischen allen IT-Systemen und Steuergeräten des Fahrzeugs – und genau darin liegt die Stärke digitaler Tests, die es ermöglichen, nahezu unendlich viele mögliche Situationen und Interaktionen zu konfigurieren.

„Heutzutage besteht ein Auto aus mehreren Dutzend Bordcomputern*“, erklärt Stéphane Régnier. „Sie alle tauschen Informationen aus. Wir müssen sicherstellen, dass sie reibungslos miteinander kommunizieren und dem Kunden die richtigen Informationen oder ein optimales Fahrerlebnis bieten: Das ist keine leichte Aufgabe, da die Fahrzeuge immer komplexer werden und mit modernster Technologie ausgestattet sind.“

Dem Ingenieur zufolge ermöglicht der Einsatz digitaler Technologien eine sehr frühzeitige Validierung dieser Systeme, wobei die Möglichkeit besteht, das Nutzererlebnis zu verbessern und anschließend jedes Update in Echtzeit zu überprüfen. „Wenn wir das mit physischen Prototypen machen müssten, würde das Wochen dauern“, sagt er.

Immersive Simulation: Wenn die digitale Welt auf die physische Welt trifft

Um die Zusammenarbeit zu erleichtern, erstellen die Entwicklungsteams einen digitalen Zwilling des realen Fahrzeugs. Dieses virtuelle Modell steht allen Ingenieuren und Designern des Projekts zur Verfügung und kann anschließend in einem Simulator getestet werden, der äußerst realistische Fahrbedingungen nachbildet.

Das ist ROADS, der neue Hochleistungs-Fahrsimulator der Renault Group, der 2023 im Technocentre in Guyancourt, Frankreich, eingeweiht wurde. Er wiegt einschließlich des Bewegungssystems 90 Tonnen und erreicht auf jeder Achse eine Beschleunigung von 1 G. An seiner Spitze befindet sich eine Kuppel mit einem Durchmesser von 7 Metern, die groß genug ist, um ein echtes Auto darin unterzubringen.

„Aber das Auto wird nicht benutzt. Es bewegt sich nicht“, erklärt Stéphane Régnier. „Es ist lediglich ein Fahrgastraum mit Lenkrad, Pedalen und Anzeigeschnittstellen, um das Gefühl zu vermitteln, in einem echten Auto zu sitzen.“

Die immersive Simulation verkürzt nicht nur die Entwicklungszeit, sondern senkt auch die Kosten erheblich, da durch ihren Einsatz der Bau mehrerer physischer Prototypen entfällt. Der Simulator selbst kann genutzt werden, um nahezu alle Aspekte der Fahrzeugfunktion zu testen, wobei ein erfahrener Testfahrer im Cockpit sitzt und in Echtzeit Feedback gibt.

„Zum Beispiel“, erklärt Stéphane Régnier, „lässt sich die Auswahl des richtigen Reifenprofils für ein Fahrzeug viel schneller vornehmen. Man braucht die echten Reifen nicht in der Hand zu halten, sondern speist einfach die Daten in das Modell ein.“ „Der Spezialist, der im Cockpit sitzt, kann bestätigen, ob das Modell mit unseren Erwartungen an echte Reifen übereinstimmt oder nicht.“ Nach nur ein oder zwei Runden im immersiven Simulator – im Vergleich zu mehreren Monaten der Prototypenentwicklung und physikalischen Tests mit dem Reifenhersteller – kann das Team die am besten geeigneten Reifen auswählen.

Der Automobilprototyp als unverzichtbare Bewährungsprobe der Realität

So umfassend digitale Tests auch sein mögen, sie haben ihre Grenzen. Das gilt auch für die Validierung von Funktionen mit hohem Softwareanteil, wie beispielsweise ADAS-Systeme, die unter anderem Einparkhilfen oder Notbremsfunktionen ermöglichen.

Bei der Renault Group basieren die ADAS-Systeme auf einer gemeinsamen Softwareplattform, die anschließend an die jeweiligen Modelle angepasst wird. Ob für den Twingo, den Rafale, den Clio oder den Mégane – die Basis bleibt identisch, lediglich die Einstellungen variieren, um den Besonderheiten jedes Fahrzeugs gerecht zu werden, erklärt Guillaume Mercier. „Der Großteil unserer Arbeit besteht darin, eine fehlerfreie Software zu entwickeln, noch bevor wir ein echtes Fahrzeug haben“, betont er. „Der physische Prototyp dient dann dazu, das Benutzererlebnis zu verfeinern. Wir fahren nicht auf die Rennstrecke, um‚Bugs‘ aufzuspüren – das Fahrzeug muss vor der abschließenden Testphase bereits fehlerfrei sein.“

Simulationen sind zwar entscheidend für die Behebung von Softwarefehlern, doch erst der physische Prototyp gibt Aufschluss über das tatsächliche Fahrverhalten des Fahrzeugs auf der Straße. Digitale Werkzeuge reduzieren die Anzahl der erforderlichen Testfahrten, können diese jedoch nicht vollständig ersetzen.

„Wir können die menschliche Wahrnehmung nicht vollständig ersetzen, wenn es darum geht, die Feinabstimmung von Funktionen wie Fahrerassistenzsystemen abzuschließen, die wirklich davon abhängen, wie der Kunde beispielsweise auf Beschleunigung oder Bremsen reagiert“, erklärt Erwan Casalis, Experte für ADAS-Kundenleistung und autonomes Fahren. „Es gibt viele subjektive Einschätzungen, die sich mit Simulationswerkzeugen nicht vollständig erfassen lassen: Wir müssen die Fahrzeuge immer auf der Straße fahren. Physikalische Tests und numerische Simulationen bilden daher einen kontinuierlichen Regelkreis, in dem Daten aus der realen Welt die Modelle ständig verfeinern, um die zukünftige Fahrzeugentwicklung zu beschleunigen und zu verbessern.“

Physisch und digital: ein echter Dialog

Das Ziel ist es, in einigen Jahren künstliche Intelligenz, virtuelle Realität und digitale Simulationen miteinander zu verbinden, um den Nutzern über eine einfache Benutzeroberfläche einen umfassenden und vorausschauenden Überblick über die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs zu bieten. Wie die vier Experten jedoch betonen, ist die Technologie, so fortschrittlich sie auch sein mag, keine Allzweckwaffe.

„Es kommt darauf an, im jeweiligen Prozess zum richtigen Zeitpunkt das richtige Werkzeug einzusetzen“, fasst Stéphane Régnier zusammen. „Das setzt ein tiefgreifendes Verständnis der Nutzerbedürfnisse und der Kundenerfahrung voraus, damit die Technologie einen echten Mehrwert bietet.“

*ECU: Engine Control Unit (Motorsteuergerät)