Kopplung von intrusiven und nichtintrusiven lokal zerlegten Modellreduktionsverfahren für schnelle Simulationen von Straßensystemen

Der Digitale Zwilling Straße basiert zum einen auf multiphysikalischen Modellen, die in verschiedenen Teilprojekten des SFB/TRR 339 entwickelt werden. Zum anderen liefern weitere TP reine Daten bzw. Datenzusammenhänge (z.B. mittels Sensoren), die der Digitale Zwilling zur Beurteilung des aktuellen Zustands des Straßensystems und für die weitere Entscheidungsfindung nutzt. Eine große technische Herausforderung ergibt sich durch den Umstand, die Kopplung der physikalisch- und datenbasierten Modelle in einer Weise zu bewerkstelligen, sodass eine sehr schnelle Analyse und Steuerung des gekoppelten Systems möglich wird. Langfristig wird eine Simulation in Echtzeit angestrebt.

Ein vielversprechender Lösungsansatz für diese Problemstellung, der von TP B05 neu entwickelt und verfolgt wird, beruht auf der Verknüpfung sogenannter intrusiver und nichtintrusiver Modellreduktion (Model Order Reduction, MOR). Während die intrusive MOR auf der Verfügbarkeit physikalischer Modelle basiert und in TP B05 durch eine Weiterentwicklung etablierter Methoden erfolgt (z.B. der Proper Orthogonal Decomposition (POD) und Gappy POD, siehe nebenstehende Abbildung für eine beispielhafte Illustration), wird dies bei der nichtintrusiven MOR nicht vorausgesetzt. Für letztere werden modernste datengetriebene Verfahren sowie Konzepte des maschinellen Lernens eingesetzt und erweitert. Als Endergebnis lassen sich rein datenbasierte Input-Output-Zusammenhänge mit physikalisch-basierten Modellen verknüpfen.

Die neue Methode dient zur Erstellung eines Ersatzmodells für das detaillierte Reifen-Fahrbahn-System, sodass im Digitalen Zwilling Straße echtzeitfähige Berechnungen in den Bereich des Möglichen rücken. Des Weiteren liefern die Entwicklungen in TP B05 einen entscheidenden Beitrag dazu, künftig schnelle Simulationen von Straßensystemen unter Berücksichtigung von Datenunschärfe zu gewährleisten.