Das Auto entsteht an der Schnittstelle zwischen virtueller und realer Welt

Wenn man an die Tests eines neuen Fahrzeugs denkt, stellt man sich einen Fahrer vor, der auf einer Teststrecke seine Runden 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: Diese Technologien ermöglichen es, nahezu alle Komponenten eines Fahrzeugs zu optimieren, noch bevor ein Prototyp gebaut 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. Diese Zeitersparnis kommt auch dem Kunden zugute, der schneller als je zuvor Zugang zu den neuesten Technologien und Funktionen erhält.

„In der heutigen Automobilbranche ist es unmöglich, alles vorauszusehen“, erklärt William Becamel, leitender Experte für numerische 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 dann innerhalb weniger Tage verschiedene Szenarien zu simulieren. Das für das Fahrzeug zuständige Team kann sich somit auf die Funktionen konzentrieren, die den Spezifikationen entsprechen, und sich auf deren Umsetzung konzentrieren, bevor die sogenannte „Konzeptfestlegung“ erfolgt, bei der die Wahl des Modells bestätigt und dessen Unterscheidungsmerkmale sowie Stärken klar definiert werden. „Zu diesem Zeitpunkt 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 technische Spezifikationen ganz einfach anpassen“, 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 das 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 Situationen und Interaktionen zu simulieren.

„Heutzutage besteht ein Auto aus Dutzenden von 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 Fahrzeuge immer komplexer werden und mit modernster Technologie ausgestattet sind.“

Dem Ingenieur zufolge ermöglicht der Einsatz digitaler Technologien eine 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 physischen 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.

Hier ist ROADS, der neue Hochleistungs-Fahrsimulator der Renault Group, der 2023 im Technocentre in Guyancourt, Frankreich, eingeweiht wurde. Er wiegt einschließlich Bewegungssystem 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 Cockpit mit Lenkrad, Pedalen und Anzeigedisplays, 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 richtige Reifenkonstruktion für ein Fahrzeug viel schneller auswählen. Man braucht keine echten Reifen in der Hand, 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.“ Nach nur ein oder zwei Runden im immersiven Simulator – im Vergleich zu mehreren Monaten Prototypenentwicklung und physischen Tests mit dem Reifenhersteller – kann das Team die am besten geeigneten Reifen auswählen.

Der Automobilprototyp als unverzichtbarer Realitätscheck

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

Bei der Renault Group basieren die ADAS-Systeme auf einer gemeinsamen Softwareplattform, die dann je nach Modell 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 frei davon 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 darauf basieren, 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 in Simulationswerkzeugen nicht vollständig erfasst werden können: Wir müssen die Autos 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. „Dies setzt ein tiefgreifendes Verständnis der Nutzerbedürfnisse und der Kundenerfahrung voraus, damit die Technologie einen echten Mehrwert bietet.“

*ECU: Engine Control Unit (Motorsteuergerät)