Das Fahrwerk als Datenquelle für den Digitalen Zwilling Straße

Der "Digitale Zwilling Straße" soll die Grundlagen für die Analyse und Steuerung der Straße der Zukunft als intelligentes System schaffen, das in der Folge eine effiziente Nutzung der Straßeninfrastruktur ermöglicht und gleichzeitig den Anforderungen der zukünftigen Mobilität gerecht wird. Als Hauptnutzer des Straßensystems spielt das Fahrzeug eine zentrale Rolle bei der Entwicklung des Digitalen Zwillings. Die Interaktion zwischen der Straße und dem Fahrzeug erfolgt über das Teilsystem Fahrwerk einschließlich der Reifen. Die Kontaktfläche zwischen Reifen und Fahrbahn dient der Leistungsübertragung, die zum einen für die Fahrzeugdynamik relevant ist und zum anderen detaillierte Informationen über die Fahrbahnoberfläche enthält.

Ziel des Teilprojekts ist es, ein Konzept zur Ermittlung dieser Informationen zu erforschen, um den Digitalen Zwilling Straße mit Echtzeitdaten zu den vom Fahrzeug eingebrachten dynamischen Lasten und dem Straßenzustand zu versorgen. Die Verwendung von realen Belastungsdaten ermöglicht die Ableitung von Maßnahmen zur rationelleren Nutzung der Straßeninfrastruktur durch Fahrzeuge. Neben dem primären Zweck als Eingangsdaten für den Digitalen Zwilling sind die erhobenen Daten auch für die Entwicklung zukünftiger aktiver Fahrwerkssysteme zur Verbesserung der Fahrzeugsicherheit von hoher Relevanz.

Als erste Komponente im Lastpfad zwischen Straße und Fahrzeug spielt der Reifen in diesem Teilprojekt eine zentrale Rolle. Echtzeitdaten über die Interaktion zwischen Reifen und Fahrbahn können jedoch nicht direkt erfasst werden, da eine direkte Messung der Kraftverteilung in der Kontaktfläche nicht möglich ist. Um dieser Herausforderung zu begegnen, wird ein modellbasierter Ansatz zur Datengenerierung gewählt. Kern dieses Ansatzes sind echtzeitfähige Fahrzeug- und Reifenmodelle, deren Eingangsdaten von einem verteilten Sensornetzwerkkonzept im Fahrwerk geliefert werden. Die Sensornetzkonzepte bestehen aus Kombinationen von Sensoren, die in modernen Fahrzeugen bereits vorhanden sind, wie z.B. Beschleunigungssensoren, und neuartigen Sensoren mit skalierbarem Potenzial. Diese werden systematisch analysiert und bewertet. Das zielführendste Konzept wird prototypisch umgesetzt. Um den Datensatz für die Entwicklung der Software für die einzelnen Sensormodule zu sammeln, werden verschiedene Reifen- und Fahrzeugmessungen unter unterschiedlichsten Betriebsbedingungen durchgeführt. Der Einfluss des Fahrwerksübertragungsverhaltens auf das Reifenverhalten wird anhand von Messungen auf Subsystemebene in einer Laborumgebung isoliert. Diese Einflüsse werden durch Messungen auf Systemebene mit einem Testfahrzeug unter Berücksichtigung eines breiten Spektrums von Fahrzeugmanövern weiter untersucht. Die abschließende Datenfusion zwischen dem modellbasierten Sensorkonzept und den Sensornetzkonzepten gewährleistet die Bereitstellung von genauen dynamischen Radlastdaten in Längs-, Quer- und Vertikalrichtung sowie von Daten über den aktuellen Fahrbahnzustand in Echtzeit.