Credible Simulation – Wie man Vertrauen in Simulationsergebnisse schafft

Autonome Fahrzeuge sind auf ein komplexes Sensorpaket aus Lidar, Radar, Kameras und Ultraschallsensoren angewiesen, um ihre Umgebung wahrzunehmen und darauf zu reagieren. Diese Sensoren müssen unter allen erdenklichen Bedingungen zuverlässig funktionieren: Nebel, Blendung, Regen, Schnee, Tunnel und mehr.

All diese Szenarien in der realen Welt zu testen ist nicht nur teuer, sondern oft auch unmöglich. Deshalb ist die Simulation so wichtig. Aber Simulation ohne Glaubwürdigkeit ist gefährlich. Ein virtuelles Fahrzeug, das sich nicht wie sein reales Gegenstück verhält, kann zu irreführenden Ergebnissen und schlechten Entscheidungen auf Systemebene führen.

Eine glaubwürdige Simulation muss physikalisch genau sein, mit realen Daten validiert werden, in ihren Annahmen transparent sein und Normen wie der Euro NCAP-Roadmap 2026 entsprechen. Ansonsten sind die Simulationsergebnisse nur Vermutungen.

Persival ist ein zuverlässiger Partner auf dem Gebiet der Sensorsimulation und bekannt für sein tiefes technisches Know-how und seine akademische Kompetenz. Das Team des Unternehmens besteht aus führenden Experten und promovierten Ingenieuren, die seit Jahren den Stand der Technik bei der physikbasierten Modellierung für Automobilanwendungen vorantreiben.

Das Herzstück von Persivals Angebot sind realitätsnahe Sensormodelle, die simulieren, wie Sensoren mit komplexen Umgebungen interagieren. Diese Modelle erfassen kritische physikalische Effekte wie Mehrwegeausbreitung, Wettereinflüsse und das Verhalten von Lidar-Signalen bei unterschiedlichen Materialien. Dieser Detaillierungsgrad ist unerlässlich, um Grenzfälle zu identifizieren und sicherzustellen, dass Erkennungssysteme unter allen Bedingungen zuverlässig funktionieren.

Die Sensormodelle von Persival basieren auf dem ASAM OSI (Open Simulation Interface)-Standard, der eine gemeinsame Struktur für Sensordaten und den Signalaustausch definiert. Dank dieser standardisierten Schnittstelle können Kunden ihre eigene interne Signalverarbeitung einfach als Black-Box-Modell integrieren. Dies ermöglicht den Schutz der proprietären Informationen der Algorithmen des Anbieters, während gleichzeitig ein vollständig integrierter Simulations-Workflow zur Verfügung steht, der sowohl IP-Sicherheit als auch Realismus auf Systemebene gewährleistet.

Persival ist auch eine treibende Kraft hinter dem ASAM OpenMATERIAL 3D-Standard, der definiert, wie Materialeigenschaften, wie z.B. Brechungsindex, Permittivität und Oberflächenrauheit, in Simulationsumgebungen beschrieben und ausgetauscht werden. Dieser Standard spielt eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung eines konsistenten Sensorverhaltens über verschiedene Plattformen und Werkzeuge hinweg. 

Um sicherzustellen, dass diese Modelle nicht nur realistisch, sondern auch vertrauenswürdig sind, entwickelte Persival Avelon, einen robusten Validierungsworkflow. Avelon kombiniert reale Messdaten und Korrelationsanalysen, die auf modernsten Validierungsmetriken basieren, um zu überprüfen, ob die simulierten Sensorausgaben mit dem tatsächlichen Sensorverhalten übereinstimmen. Dieser Prozess bietet die Transparenz und Rückverfolgbarkeit, die für sicherheitskritische Anwendungen und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften erforderlich sind.

Für die Nutzer bedeutet dies, dass sie Zugang zum branchenweit ersten systematischen Ansatz und einem speziellen Toolset für die Sensormodellvalidierung haben, das es ihnen ermöglicht, Simulationsworkflows zu erstellen, die nicht nur technisch solide sind, sondern auch für den Einsatz in der Praxis und die behördliche Zulassung geeignet sind.

Eine Simulation ist nur so zuverlässig wie das Fahrzeugmodell, auf dem sie aufbaut. Wenn sich das virtuelle Fahrzeug nicht wie sein reales Gegenstück verhält, können die Ergebnisse von Tests auf Systemebene schnell ihre Relevanz verlieren. Aus diesem Grund sind AVL VSM™ (Vehicle Simulation Model) und die Vehicle Model Factory wesentliche Komponenten für die Erstellung glaubwürdiger Simulationen.

VSM ist AVLs High-Fidelity-Fahrzeugdynamikmodell, das entwickelt wurde, um das reale Fahrzeugverhalten mit außergewöhnlicher Genauigkeit nachzubilden. Es erfasst Schlüsselaspekte wie das Lenkverhalten, die Bremsdynamik, die Aufhängungsbewegung und die Reifen-Fahrbahn-Interaktion. Diese Dynamik ist entscheidend für die Bewertung der Leistung eines autonomen Systems unter realen Fahrbedingungen, insbesondere in Grenzsituationen wie bei Notbremsmanövern oder auf Oberflächen mit geringer Reibung. 

Zur Unterstützung der Parametrierung und Anpassung bietet AVL die Vehicle Model Factory an, einen automatisierten Prozess zur Erstellung validierter Fahrzeugmodelle auf der Grundlage kundenspezifischer Daten. Dies beinhaltet:

• Fahrzeuggeometrie und Massenverteilung
• Antriebsstrang und Antriebseigenschaften
• Parameter der Aufhängung und des Lenksystems
• Reifenmodelle und Interaktionen mit der Straßenoberfläche

Jedes Modell wird anhand von Messdaten aus physikalischen Tests validiert, wobei Korrelationsraten von bis zu 97 % mit dem realen Fahrzeugverhalten erreicht werden. Dieser hohe Genauigkeitsgrad stellt sicher, dass die Simulationsergebnisse nicht nur realistisch, sondern auch für Entwicklungs-, Validierungs- und Zertifizierungszwecke verlässlich sind.

Für die Kunden bedeutet dies, dass sie zuverlässig simulieren können, wie sich ihre Systeme in der realen Welt verhalten werden, sei es bei der Abstimmung von Steuerungsalgorithmen, der Validierung von ADAS-Funktionen oder der Vorbereitung auf behördliche Bewertungen. VSM und die Vehicle Model Factory bieten die dynamische Grundlage, die erforderlich ist, um die Simulation zu einem zuverlässigen Teil des Entwicklungsprozesses zu machen.

Scenario Simulator ist eine umfassende virtuelle Testumgebung, die es Entwicklern ermöglicht, realistische Fahrszenarien mit integriertem Sensorfeedback, Fahrzeugdynamik und Umweltbedingungen zu simulieren.

Eine wesentliche Stärke des Simulators ist die Unterstützung von Closed-Loop-Tests. Er verbindet den gesamten ADAS/AD-Software-Stack, einschließlich Wahrnehmung, Planung und Steuerung, mit originalgetreuen Fahrdynamikmodellen. Dadurch kann das virtuelle Fahrzeug auf simulierte Ereignisse genauso reagieren wie in der realen Welt, so dass die Entwickler das Systemverhalten in komplexen, sicherheitskritischen Situationen bewerten können.

Was den Scenario Simulator besonders flexibel macht, ist die Verwendung von standardisierten und offenen Schnittstellen. Diese Schnittstellen ermöglichen die nahtlose Integration von Sensormodellen, Verkehrsagenten und Entwicklungstools von Drittanbietern. Unabhängig davon, ob Sie AVLs eigene validierte Modelle verwenden oder externe Komponenten einbinden, passt sich der Simulator an Ihren Arbeitsablauf an, ohne Sie in ein proprietäres Ökosystem einzubinden.

Für die Kunden bedeutet dies eine schnellere Iteration, eine realistischere Validierung auf Systemebene und die Möglichkeit, Tests über eine breite Palette von Szenarien hinweg zu skalieren, während gleichzeitig die Rückverfolgbarkeit und die Einhaltung der sich entwickelnden Sicherheitsstandards gewährleistet wird.

Die Kombination aus Scenario Simulator und den validierten Sensormodellen von Persival bietet Entwicklern, Ingenieuren und Sicherheitsteams ein leistungsstarkes Toolkit. Aber wie kann diese Technologie in der Praxis eingesetzt werden?

Nehmen wir an, Sie entwickeln ein automatisches Notbremssystem. Mit dem Scenario Simulator können Sie Hunderte von Testszenarien erstellen, z. B. Kreuzungen in der Stadt, Auffahrunfälle auf Autobahnen oder nächtliche Fußgänger, ohne Ihren Schreibtisch verlassen zu müssen. Sie können simulieren, wie das Fahrzeug reagiert, wie die Sensoren die Umgebung wahrnehmen und wie das Steuerungssystem reagiert.

Jetzt können Sie die validierten Sensormodelle von Persival einfügen. Plötzlich spiegeln Ihre virtuellen Tests das Verhalten Ihrer Sensoren in der realen Welt wider. Sie können sehen, wie sich Nebel auf Ihr Lidar auswirkt, wie Radar mit Mehrweg-Reflexionen umgeht und wie unterschiedliche Materialien die Erkennung beeinflussen. Und mit Avelon haben Sie die Daten, um zu beweisen, dass Ihre Simulation der Realität entspricht.

So unterstützt dieser Ihre Arbeit:

• Frühzeitige Identifizierung von Grenzfällen, noch vor dem physischen Test
• die Anzahl der kostspieligen Testfahrten in der realen Welt zu reduzieren
• Erstellung von Sicherheitsnachweisen für Aufsichtsbehörden und Zertifizierungsstellen bei optimierten Kosten
• die Entwicklung beschleunigen, ohne Kompromisse bei der Sicherheit einzugehen

Vor allem aber ermöglicht er Ihnen, bessere Entscheidungen zu treffen, weil Sie mit Simulationsergebnissen arbeiten, denen Sie vertrauen können.