Ergebnispräsentation der Kooperation CAR@TUM zwischen BMW und der TU München

Junge Ideen lösen alte Probleme

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Auf der Ergebnispräsentation des Projektes CAR@TUM spannten die Beteiligten der TU München und der BMW AG einen Bogen von der ingenieurtechnischen Grundlagenforschung bis hin zum Produktprototypen. Die Ideen der einzelnen Projekte flossen unter anderem in eine revolutionäre Entwicklung für die IT-Architektur, Systemlösungen für die Bequemlichkeit und einen Touch-screen, der gar nicht „angetoucht“ werden muss.

„Es ist heute nur möglich in Netzwerken Technologien zu erarbeiten und Forschungsinitiativen zu gestalten“, sagte Prof. Dr. Freymann von der BMW Group auf der Ergebnispräsentation des Projektes „CAR@TUM“ (Munich Centre for Automotive Research) In dieser Forschungskooperation bündeln die BMW Group und die Technische Universität München (TUM) ihre Kompetenzen in Form gemeinsamer Forschungsprojekte zur Entwicklung der Automobilität der Zukunft. Die Laufzeiten der Projekte sind so angelegt, dass die Doktoranten an der TU parallel zu den Forschungsarbeiten am Lehrstuhl ihre Dissertationen durchführen können.

Zudem erhalten die gemeinsamen Tätigkeiten durch die Vernetzung mehrerer Institute und Fakultäten eine interdisziplinäre Sichtweise. Aktuell arbeiten rund 43 Doktoranden an 23 Lehrstühlen mit 33 Fachstellen der BMW Group an sieben verschiedenen Projekten zu den Themenschwerpunkten: Mechatronik, Mensch-Maschine-Interaktion, IT-Architekturen im Fahrzeug, Software-Entwicklungsprozesse, Interaktion Aerodynamik/Fahrdynamik, Leichtbau und Energiemanagement.
Erste Ergebnisse
Erste Ergebnisse des virtuellen Unternehmens CAR@TUM sind bei BMW bereits in die Serie eingeflossen. So betrieb eine Arbeitsgruppe beispielsweise Grundlagenforschung für Anzeige- und Bedienkonzepte, die zu Gestaltungshinweisen für die zweite Generation des BMW „iDrive“ geführt haben. Dieses Anzeige- und Bedienkonzept wurde im Herbst 2008 mit einer noch einfacheren Bedienung in der neuen BMW 7er und der neuen BMW 3er Reihe vorgestellt. Parallel dazu hielt das neue iDrive auch in der BMW 6er, der BMW 5er sowie der BMW 1er Reihe als auch im BMW Z4 Einzug. Dieses multifunktionale Anzeige- und Bedienkonzept ermöglicht die Steuerung wesentlicher Fahrzeug-, Entertainment-, Navigations- und Telekommunikationsfunktionen über einen zentralen Controller auf der Mittelkonsole und ein multifunktionales Control Display in der Armaturentafel.
IT-Architekturen im Fahrzeug
Die klassische Fahrzeug-IT-Architektur besteht je nach Fahrzeugklasse aus einer Vielzahl von Sensoren, Aktoren und in der Maximalausstattung aus über 70 bezüglich Hardware als auch Software heterogen aufgebauten Steuergeräten, wodurch ein hoher Komplexitätsgrad erreicht wird. Die Funktionen und Steuergeräte werden entsprechend ihren Anforderungen in Domänen gekapselt und kommunizieren über spezifische Datenbusse beziehungsweise domänenübergreifend über Gateway-Koppelelemente. Die evolutionäre Weiterentwicklung dieser Domänenstruktur führt momentan zur lokalen Optimierung der einzelnen Teilsysteme, erschwert jedoch die Gestaltung einer optimalen Fahrzeug-IT-Gesamtlösung. Das Projekt „IT-Motive 2020“ verfolgt das Potenzial eines neuen, revolutionären Ansatzes für eine Fahrzeug-IT-Architektur. Dabei sollen in einem „Best Practice-Ansatz“ Strukturen aus der „Business-IT“ im fahrzeugspezifischen Umfeld untersucht werden. Der Ansatz fokussiert auf ein Cluster weniger, homogener und leistungsstarker Recheneinheiten mit automotive-spezifischer Peripherie, die über ein IP-basiertes, mit Switches versehenes homogenes Kommunikationsnetz miteinander verbunden sind. Die leistungsstarken Recheneinheiten erlauben die Aggregation von Funktionen mehrerer Steuergeräte auf eine physikalische Einheit. Eine wesentliche Herausforderung ist es, Funktionen mit völlig unterschiedlichen Anforderungen wie Echtzeit-Regelalgorithmen und datenintensive Multimediafunktionen auf einer Recheneinheit zu konzentrieren und dabei alle Fahrzeuganforderungen zu erfüllen. Ein Forschungsschwerpunkt in diesem Bereich ist deshalb der Einsatz von Virtualisierungstechnologie, die es ermöglicht, abgeschottete virtuelle Steuergeräte auf einer Hardware zu realisieren. Die homogenen Rechenplattformen sollen zudem funktional erweiterbar sein.
Mensch-Maschine-Interaktion
Im Forschungsbereich Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) konzentriert sich die gemeinsame Tätigkeit auf die Auslegung von intuitiv benutzbaren Anzeige- und Bedienkonzepten im Fahrzeug. Ein Schwerpunkt ist die Forschung zur ergonomischen Mensch-Maschine-Interaktion, so dass möglichst alle menschlichen Sinne angesprochen werden. Ziel des aktuellen Projekts „ISPA (Intelligent Support for Prospective Action)“ ist die Ermittlung von Grundlagen für vorausschauendes Fahren und darauf basierend die Entwicklung von MMI-Konzepten. Um neben der Unfallfreiheit auch die Effizienz und Souveränität einer Fahrweise bewerten zu können, werden von Psychologen Methoden zur Messung der Antizipationsleistung im Straßenverkehr sowie zur Quantifizierung von vorausschauendem Fahren entwickelt. Neue Technologien wie Car2X-Kommunikation sowie detaillierte digitale Karten schaffen die technische Grundlage, um den normalen Vorausschauhorizont des Fahrers zu erweitern. Die Herausforderung: den Fahrer über Hindernisse zu informieren, auf die er schon reagieren könnte, obwohl sie für ihn noch nicht sichtbar sind. Dafür geeignete Visualisierungen im Kombiinstrument oder im Head-Up-Display sollen den Fahrer dazu bewegen, seine Geschwindigkeit intuitiv entsprechend zu reduzieren. Ein Ansatz, um die Aufmerksamkeit des Fahrers auf verdeckte beziehungsweise weit entfernte antizipationsrelevante Objekte zu lenken, ist die schematische Darstellung der Fahrsituation aus der Bird-View-Perspektive. Im Rahmen des Vorgängerprojekts „Tummic“ wurde ein Touchscreen mit Annäherungserkennung entwickelt. Anders als bei einem traditionellen Touchscreen registriert dieser die Präsenz einer Hand oder eines Fingers vor der eigentlichen Berührung. Weiterhin werden in dem Bedienkonzept Berührungs- und Spracheingabe kombiniert. Die herkömmliche Touchscreenbedienung erfordert eine sehr genaue Positionierung des Fingers auf dem Touchscreen. Damit sind auch hohe visuelle Anforderungen an und damit mögliche Ablenkung für den Fahrer verbunden. Das multimodale Bedienkonzept mit Annäherungserkennung und Spracheingabe entschärft diese Anforderungen, da es ungenaue Handbewegungen erlaubt.
Mechatronik
Die Forschungsaktivitäten im Projekt „Mechatronik“ zielen auf Methoden, Werkzeuge und Prozesse zur Entwicklung anspruchsvoller mechatronischer Systeme. Als Beispielanwendung dient ein System zur Unterstützung des Ein- und Ausstiegvorgangs im Fahrzeug, denn gerade in engen Parksituationen stoßen konventionelle Fahrzeugtürkonzepte schnell an ihre Grenzen. Ziele dieses Projektes sind die Konzeption und Entwicklung einer variablen Sitzkinematik zur Unterstützung der Ein- und Ausstiegsbewegung und die Entwicklung multikinematischer Türkonzepte, die den Komfort gerade in sehr engen Parklücken erhöhen und die Türbedienung erleichtern sollen.
Das Türkonzept besitzt mehr als einen Bewegungsfreiheitsgrad, ist elektrisch angetrieben und kann daher auf seine Umgebung reagieren. Die dafür notwendigen Umgebungsinformationen kommen von omnidirektionalen Kamerasensoren. Mit Hilfe einer Toolbox zur Kalibrierung und Bildentzerrung können Standard-Bildverarbeitungsalgorithmen zur Objekterkennung auf den Rohdaten dieser Kameras angewendet werden. Die Lage der erkannten Objekte wird von der Türsteuerung ausgewertet, die vom Lehrstuhl für Steuerungs- und Regelungstechnik entwickelt wurde. Im vollautomatischen Modus berechnet sie einen Ausweichpfad für die Türbewegung und stoppt diese rechtzeitig vor einer Kollision beim Öffnen und verhindert ein Einklemmen beim Schließen. Im manuellen Modus erzeugt die Tür spürbare Gegenkräfte und informiert somit den Bediener über eine drohende Kollision oder Einklemmsituation.
Als zweite wesentliche Komponente des mechatronischen Ein- und Ausstiegssystems wurde eine variable Sitzkinematik entwickelt, die durch eine Kipp- und Schwenkbewegung des Sitzes den Fahrer beim Ein- und Aussteigen unterstützt.
TU München;
Telefon: 089 289-12890;
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