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Anwendungsmöglichkeiten von Motorradsimulatoren

BASt-Bericht M 323

Thomas Hammer, Raphael Pleß, Sebastian Will, Alexandra Neukum, Würzburger Institut für Verkehrswissenschaften GmbH, Veitshöchheim
Nora Leona Merkel, Fachgebiet Fahrzeugtechnik, TU Darmstadt
99 Seiten
Erscheinungsjahr: 2021
Projektnummer: 82.0700
Preis: 0,00 €

Dieser Bericht steht ausschließlich kostenfrei im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.

Im Pkw-Sektor wird bereits eine Vielzahl sicherheitsrelevanter Forschungsfragen mit Hilfe von Fahrsimulatoren untersucht. Zudem liegen viele Studien zur Übertragbarkeit der in Simulatoren gewonnenen Erkenntnisse auf den realen Straßenverkehr vor. Im Vergleich dazu befindet sich der Einsatz der Motorradsimulation in einem sehr frühen Stadium. Die langjährigen Erfahrungen im Pkw-Sektor zeigen, dass Fahrsimulatoren einen wesentlichen Beitrag zur Verkehrssicherheit leisten können. Dieses Potenzial gilt es für Motorradsimulatoren ebenfalls zu überprüfen.

Motorradsimulatoren – insbesondere mit einem komplexen technischen Aufbau für Forschungs- und Entwicklungsfragestellungen – wurden bislang nur in sehr wenigen Forschungseinrichtungen aufgebaut. Wissenschaftliche Studien zur Anwendbarkeit oder Übertragbarkeit der mit Motorradsimulatoren erzielten Ergebnisse liegen kaum vor. Darüber hinaus ist nicht geklärt, welche Ausbaustufen der Motorradsimulation für die Beantwortung spezifischer Fragestellungen hinreichend oder notwendig sind. Dies stellt insbesondere vor dem Hintergrund der hohen Zahl schwerer und tödlicher Unfälle von Motorradfahren ein erhebliches Defizit dar (DESTATIS; 2020a). Die Durchführung sicherheitsrelevanter Studien an Motorradsimulatoren könnte – wie im Pkw-Bereich auch – als wichtiges Werkzeug zur gefahrlosen und effizienten Untersuchung z.B. von eingreifenden Assistenzsystemen wie automatischen Notbrems- oder Ausweichsystemen beitragen, oder als gefahrenfreies Werkzeug für Fahrtrainings genutzt werden und damit einen positiven Effekt auf die Sicherheit von Motorradfahrern haben. Um sich diesem Ziel zu nähern, müssen jedoch Erkenntnisse hinsichtlich der Eignung von Motorradsimulatoren vorliegen.

Entsprechend verfolgt das vorliegende Projekt zwei Ziele: Erstens sollen Erkenntnisse über Einsatzmöglichkeiten von Motorradsimulatoren unterschiedlicher Ausbaustufen generiert werden. Daraus soll eine Entscheidungshilfe erarbeitet werden, die Anwendern aufzeigt, bei welcher Art von Fragestellung Motorradsimulatoren (in unterschiedlichen Ausbaustufen) eingesetzt werden können. Zweitens soll im Rahmen des Projekts eine Methodik zur Validierung von Motorradsimulatoren entwickelt werden, die mit einer definierten Anzahl an Untersuchungen Aussagen hinsichtlich der Validität für die im ersten Teil ermittelten Einsatzmöglichkeiten erlauben soll.

Kern der entwickelten Methodik ist die Annahme, dass sich komplexe Fahraufgaben in kleinere, fahrhandlungsunterscheidende Einheiten, die sogenannten Minimalszenarien, unterteilen lassen. Hierbei handelt es sich um Aufgaben wie beispielsweise Anfahren aus dem Stand, Einleiten einer Kurve mit konstanter Geschwindigkeit oder Bremsung in den Stand. Des Weiteren wird angenommen, dass sich Minimalszenarien im Nachgang zu komplexen Fahraufgaben zusammenführen lassen. Hierdurch soll die Vielzahl möglicher Anwendungsfelder auf den kleinsten Satz gemeinsamer elementarer Aufgaben gebracht werden, um den Validierungsaufwand zu reduzieren.

Um neben dem Vergleich zwischen Realfahrzeug und Motorradsimulation eine erste Abschätzung hinsichtlich der benötigten Ausbaustufe eines Simulators treffen zu können, wurde die Untersuchung mit einem Messmotorrad des Typs Honda NC 700 X, dem dynamischen „DESMORI“ Motorradsimulator und dem statischen Motorradsimulator der WIVW GmbH durchgeführt und die Ergebnisse miteinander verglichen. Zur umfassenden Betrachtung wurden neben fahrdynamischen Parametern Kenngrößen zum Fahrerverhalten sowie der messbaren und subjektiv erlebten Beanspruchung einbezogen.

Auf Basis einer großen Anzahl potenzieller Anwendungsfelder wurden Minimalszenarien abgeleitet, die eine Beschreibung dieser zulassen. Mit einer Teilauswahl der relevantesten Minimalszenarien wurde ei-ne Verifikationsstudie mit N = 6 Fahrern durchgeführt, in der Sequenzen (Aneinanderreihungen von Minimalszenarien) in unterschiedlichen Dynamikabstufungen untersucht wurden.

Im Rahmen der Verifikationsstudie konnten anhand der unterschiedlichen Minimalszenarien stabile Eigenschaften der Simulatoren beobachtet werden, die sich auf Ebene von Geschwindigkeitseffekten, Stabilitätseffekten und Effekten auf Ebene der Regelung und Beanspruchung beschreiben lassen. Insgesamt zeigten sich Indizien für größere Potenziale des dynamischen Simulators für Fragestellungen, die eine Rückmeldung des „Fahrgefühls“ erfordern, wohin eine bessere Eignung des statischen Simulators für Fragestellungen indiziert ist, die ein Beanspruchungsniveau erfordern, wie es in der Realfahrt vorliegt.

In einer anschließenden Probandenstudie mit N = 15 Normalfahrern wurde untersucht, inwiefern die in den Minimalszenarien beobachtbaren Fahreigenschaften der Simulatoren auch in dynamischeren Fahrsituationen auftreten. Zu diesem Zweck wurden die Minimalszenarien zu komplexen Fahraufgaben zusammengeführt. Dabei wurde der sogenannte Rapid Serial Visual Presentation Task (RSVP), ein Ausweich- oder Ausweich-Brems-Manöver und eine Fahrt im öffentlichen Straßenverkehr untersucht. Hierbei konnten die generellen Eigenschaften der zwei Simulatoren und des Messmotorrads aus der Verifikationsstudie repliziert werden.

Mit dem vorliegenden Projekt konnten erste Anwendungserfahrungen für eine neuartige Validierungsmethodik für Fahrsimulatoren gesammelt und dokumentiert werden. Darüber Hinaus wurde auf Basis der gewonnenen Daten eine Entscheidungshilfe entwickelt, die Anwender dabei unterstützt in Abhänigkeit von der vorliegenden Fragestellung die richtige Versuchsumgebung auszuwählen.

Possible Applications for Motorcycle Simulators

Many safety-related research questions in the passenger car sector are already being investigated by using driving simulators. In addition, there are many studies that address the transferability of the results gained in car-simulators to real road traffic. In contrast, the use of motorcycle simulators is in a rather early stage. Nevertheless, large experience in the passenger car domain has shown that driving simulators can make a significant contribution to road safety. This potential has yet to be shown for motorcycle simulators.

Motorcycle simulators for research and development purposes with a complex technical structure are available in very few research institutions. There are hardly any scientific studies on the applicability or transferability of the achieved results. In addition, it has not been clarified which configuration level of motorcycle simulation is necessary to investigate specific research questions. This is a large deficit of motorcycle simulators, especially when todays high counts of heavy and fatal accidents of motorcyclists demand for innovative solutions in accident prevention and severity mitigation. Performing safety-relevant studies on motorcycle simulators could – just like in the car domain – become an important and harmfree tool to efficiently investigate e.g. intervening assistance systems like autonomous emergency braking or evasion systems. Also, rider trainings in a totally riskfree environment might be a welcome usecase to generate a positive effect on the safety of real road riding.

Accordingly, two goals were set for the present project. Firstly, knowledge about the potential applications of motorcycle simulators of different configuration levels has to be gained. This should result in a best practice that helps the simulator users to decide, which investigation allows for the use of motorcycle simulators of certain configurations. Secondly, the project aims at developing a novel method for the validation of motorcycle simulators. This method should allow justified assessments of motorcycle simulator validity, regarding the potential applications mentioned above, with a defined number of investigations.

The main assumption of the method is that complex riding tasks can be divided into smaller units that allow for discrimination of specific rider input characteristics, the so-called minimal-scenarios. These minimal-scenarios are riding tasks such as starting from a standstill, initiating a curve at constant velocity or braking to standstill. Furthermore, it is assumed that minimal-scenarios can be reorganized to complex riding tasks. This is intended to describe the variety of potential applications with a necessary minimum of elementary tasks in order to reduce the validation effort.

For a first assessment regarding the impact of simulators’ configuration levels, the investigation was carried out with a Honda NC 700 X (equipped measurement motorcycle), the dynamic "DESMORI" motorcycle simulator and the static motorcycle simulator from WIVW GmbH. To achieve a holistic view, dynamic riding parameters were complemented by objective and subjective parameters regarding riders’ behaviour and workload.

Minimal-scenarios were derived based on a large number of potential fields of application in the present project. With a selection of the most relevant minimal-scenarios, a verfication study was conducted with N = 6 riders, in which sequences (pragmatic combinations of minimal-scenarios) were examined at dif-ferent levels of riding dynamics (e.g. different test-speeds, acceleration-/ deceleration-levels).

Concerning the results, the different sequences revealed stable properties of the simulators, which can be described as speed effects, stability effects and effects on the level of operating vehicle controls and workload. Overall, there are indications for a better applicability of the dynamic simulator for questions that require a proper feedback regarding “riding experience”, whereas a better applicability of the static simulator is indicated for research questions that require a level of workload which corresponds to real riding.

In a subsequent study with N = 15 participants, minimal-scenarios were restructured to more complex riding tasks, based on the findings from the verification study. The socalled Rapid Serial Visual Presentation Task (RSVP), an avoidance manoeuvre or combined avoidance-braking manoeuvre and a route on public roads were examined in all three test environments. The general simulators’ characteristics, which already were found in the verification study, were largely replicated.

The present project has generated first experiences for the application of a novel validation method for driving simulators. In addition, a database could be created that serves as a basis for the decision on the selection of a suitable test environment for a specific use case.

  • Kontakt

    Bundesanstalt für Straßenwesen
    Brüderstraße 53
    51427 Bergisch Gladbach
    Info-Service
    Telefon: 02204 43-9101
    Fax: 02204 43-2550
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  • Berichte zum Download

    Die Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen stehen ab dem Jahrgang 2003 zum Teil als kostenfreier Download im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.