Verkehrssimulationen sind heute aus der Automobilindustrie nicht mehr wegzudenken. Sie sind entscheidend bei der Entwicklung vieler neuer Systeme, die die Sicherheit, Zuverlässigkeit und Kommunikation von Fahrzeugen besser machen. Besonders wichtig sind dabei Simulationen des Verkehrsflusses, die dazu beitragen, in der Automobilentwicklung Geld und Zeit zu sparen.
Was sind Verkehrsflusssimulationen?
Der Verkehrsfluss ergibt sich aus einem Zusammenspiel aller Verkehrsteilnehmer*innen. Fährt ein Fahrzeug langsam oder schneller oder wechselt es die Spur, hat dies automatisch und unmittelbar einen Einfluss auf andere Fahrzeuge.
In der Automobilindustrie und in der Forschung ist es üblich, mit virtuellen Mikrosimulationen verkehrliche Abläufe und die Bewegungen der Verkehrsteilnehmer*innen, wie sie auch in Realität stattfinden, zu untersuchen. So können alle erdenklichen Verkehrssituationen mit unterschiedlicher Fahrzeuganzahl und realistischem Fahrverhalten durchgespielt werden. Statt sich mögliche Szenarien selbst „vorzustellen“, steht durch die Verkehrsflusssimulation eine generische Methodik und eine Visualisierung am Computer zur Verfügung.
Welche Herausforderungen gibt es?
Simulationen – die Nachbildung der Realität mit Hilfe von Modellen – sind in Technik und Physik weit verbreitet: so zum Beispiel in der Vielkörperphysik, der Strömungsdynamik CFD und in der Entwicklung von Steuerungssystemen.
Und gerade im Bereich Verkehr lässt sich durch Simulationen viel Zeit und Geld sparen. Gerade wenn große Verkehrssysteme analysiert werden sollen, werden reale Tests immer teurer. Auch Untersuchungen an Prototypen von Fahrzeugen in einer realen Verkehrsumgebung sind kostenintensiv und mit hohem Aufwand verbunden.
Eine Verkehrssimulation bringt zahlreiche Vorteile mit sich. So lassen sich Bedingungen modellieren, die noch nicht existieren. Umwelteinflüsse, wie vereiste Straßen oder schlechte Sicht, können unabhängig von Jahreszeit und Ort einbezogen werden. Zudem spielt das Thema Sicherheit eine Rolle: Selbst bei Systemausfällen, die zu Unfällen führen, wird bei Simulationen in einer virtuellen Welt niemand verletzt.
Wie werden Verkehrssimulationen eingesetzt?
Die virtuelle Umgebung ist eine Art Spielplatz für das zu testende System. Oft beginnen Ingenieur*innen erstmal klein und simulieren eine Kreuzung, einen Spurwechsel oder einen Zebrastreifen. Bei dieser Art der Simulationen ist die Umgebung mehr oder weniger vorgegeben, die Bewegungen anderer Fahrzeuge sind vordefiniert, aber die Parameter können variiert werden.
Eine Verkehrsflusssimulation erstellt dagegen automatisch alle relevanten Szenarien für einen vordefinierten Verkehrszustand für eine konkrete Verkehrssituation, wie zum Beispiel die Spitzenstunde auf einer dreispurigen Autobahn.
Welche Vorteile haben Verkehrssimulationen in der Automobilentwicklung?
Heute unterstützen moderne Fahrassistenzsysteme (ADAS) Fahrer*innen im Auto unter Berücksichtigung der Fahrzeugumgebung. So zum Beispiel der Abstandsregeltempomat, der das Auto in einem angemessenen Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug hält oder der Spurwechselassistent, der vor sich nähernden Fahrzeugen auf der benachbarten Fahrspur warnt.
Bei der Entwicklung solcher Fahrassistenzsysteme sind Simulationen nicht mehr wegzudenken. So können Leistung und Nutzen der ADAS-Technologien in verschiedenen Verkehrsverhältnissen getestet und damit sichergestellt werden, dass diese korrekt auf andere Fahrzeuge reagieren. Die mikroskopische Verkehrsflusssimulation ermöglicht also einen schnelleren Entwicklungsprozess und damit eine kürzere Zeit bis zur Produkteinführung.
Weitere Anwendungsgebiete umfassen z. B. die Antriebsstrang-Entwicklung. Realistische Belastungsprofile, so genannte Lastkollektive, hängen von den Möglichkeiten der Fahrzeugbewegung ab – und diese können mittels der Verkehrsflusssimulation bestimmt werden. Für die Steuerung des Antriebsstranges, für RDE-Tests zur Messung der Emissionen, oder andere Entwicklungsschritte können solche Last-Kollektive unter Verwendung der Verkehrsflusssimulation erzeugt werden.
Wie lässt sich also Zeit und Geld sparen?
Eine Verkehrssimulation durchzuführen, ist der beste Weg, um eine maximale Anzahl relevanter Szenarien aus dem realen Verkehr abzubilden und zu untersuchen. Sie erzeugen automatisch verschiedene Situationen, Variationen und Kombinationen davon, wie sich Fahrzeuge und Fahrer*innen im Straßenverkehr verhalten.
So können beispielsweise Simulationen, die auf Hochgeschwindigkeitsrechnern ablaufen, über Nacht Millionen von Testkilometern absolvieren, also viel mehr als auf jeder realen Teststrecke.. So ist eine sichere Produktionseinführung in kurzer Zeit möglich.