Hardware-in-the-Loop-Simulation von HD-Scheinwerfer-Steuergeräten zur Entwicklung von Lichtfunktionen in virtuellen Nachtfahrten

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem simulationsbasierten Entwurf hochauflösender Pixel-Scheinwerfersysteme durch virtuellen Nachtfahrten. Nach einer Darstellung der notwendigen theoretischen Grundlagen wird zunächst der derzeitige Stand der Technik beschrieben. Besonderes Augenmerk erhält die simulationsgestützte Entwicklung vonPixel-Scheinwerfersystemen. Die existierenden Lösungen werden vorgestellt und bewertet. Abgeleitet aus den vorhandenen Schwächen derzeitiger Nachtfahrtsimulationen wird ein Anforderungskatalog erarbeitet, den die hier vorgestellte Lösung bestmöglich erfüllen soll. Es folgt die Beschreibung der zu diesem Zweck entwickelten Nachtfahrtsimulation „Hyperion“. Nach einer Darstellung der Gesamtarchitektur, der dazugehörigen Komponenten und ihrer Wechselwirkungen, wird der Forschungskern der vorliegenden Arbeit detailliert betrachtet. Hierzu gehört im ersten Schritt die echtzeitfähige und qualitativ hochwertige Nachbildung des Lichts von Pixel-Scheinwerfern in einer virtuellen Umgebung. Bei der Virtualisierung von Pixel-Systemen werden neben dem ausgesandten Licht beider Scheinwerfer auch das Steuergerät und damit verbundene Sensoren betrachtet. Im zweiten Schritt werden darauf aufbauend Analyse- und Entwurfsverfahren für diese Systeme methodisch eingeführt, prototypisch implementiert und validiert. Hierbei liegt der Fokus nicht auf der optischen Auslegung des Scheinwerfers, sondern auf dem Entwurf von Lichtfunktionen zur situationsadaptiven Steuerung der zahlreichen Lichtquellen eines Pixel-Scheinwerfers. Schließlich wird die entwickelte Lösung anhand des zuvor angefertigten Anforderungskatalogs bewertet. Zum Abschluss werden die zentralen Ergebnisse der Arbeit zusammengefasst. In einem Ausblick werden weitere Potentiale und Ausbaumöglichkeiten der Nachtfahrtsimulation diskutiert.

This thesis deals with the simulation-based design of high definition pixel headlamp systems by virtual night driving. After a presentation of the necessary theoretical basics the current state of the art is presented. Special attention is given to the simulation-based development of pixel headlamp systems. The existing solutions are presented and evaluated. Derived from the prevailing weaknesses of current night driving simulations, a catalog of requirements will be worked out, which the solution presented here should fulfill in the best possible way. The description of the night driving simulation „Hyperion“ developed for this purpose follows. After a presentation of the total architecture, the relevant components and their interactions, the research core of the present work is regarded in detail. This includes in the first step the real-time capable and high-quality reproduction of the light of pixel headlamps in a virtual environment. In the virtualization of pixel systems, the control unit and the sensors connected to it are considered in addition to the emitted light of both headlamps. In a second step, analysis and design procedures for these systems are methodically introduced, prototypically implemented and validated. Here, the focus is not on the optical design of the headlamp, but on the design of light functions for situation-adaptive controlling the numerous light sources of a pixel headlamp.The developed solution is evaluated on the basis of the previously prepared requirements catalog. Finally, the central results of the work are summarized. In an outlook, further potentials and expansion possibilities of the night driving simulation are discussed.

von Nico Rüddenklau ; Referent: Prof. Dr.-Ing. Ansgar Trächtler, Korreferent: Prof. Dr.-Ing. Tran Quoc Khahn

Tag der Verteidigung: 14.12.2022

Universität Paderborn, Dissertation, 2022