Mobile, reifengebundene Fahrsimulatoren (Wheeled Mobile Driving Simulators, WMDS) stellen ein innovatives Konzept in der Fahrsimulatortechnologie dar, das sich von herkömmlichen Systemen durch seine Unabhängigkeit von einer festen Infrastruktur unterscheidet. Stattdessen bewegen sich WMDS wie mobile Roboter ungebunden innerhalb eines vorgegebenen Freiraums, was neuartige Ansätze zur Gewährleistung der Sicherheit erfordert. Bisherige Sicherheitskonzepte ermöglichen zwar die ständige Kontrollierbarkeit eines WMDS, erfordern aber zum Schutz vor Kollisionen den Eingriff der bedienenden Person. In der folgenden Arbeit wird die Forschungsfrage behandelt, ob die ungebundene Bewegung eines WMDS mit einer ebenfalls mobilen Sicherheit- sarchitektur aktiv abgesichert werden kann. Hierzu werden Anforderungen definiert und anhand dessen die Machbarkeit praktisch untersucht.

Es wird abgeleitet, dass eine aktive Sicherheitsarchitektur für WMDS zwei weitere Sicherheitsfunktionen benötigt: Eine Arbeitsraum-Einhaltungs-Funktion, die den WMDS zwingt, seinen vorgeschriebenen Arbeitsraum während einer Fahrsimulation nicht zu verlassen, und eine Kollisionsschutz-Funktion, die Probanden und Personen in der Umgebung aktiv vor Kollisionen schützt. Die funktionalen Mindestanforderungen an diese Funktionen werden in Form von erforderlichen Messgrößen und Entscheidungslogiken abgeleitet. Daraus ergibt sich ein Konzept, das die Anwesenheit und den Abstand von Objekten innerhalb einer geschwindigkeitsadaptiven Schutzzone um den WMDS sowie die Einhaltung lokaler, positionsabhängiger Geschwindigkeitsbegrenzungen überwacht, was zuverlässige Informationen über die Position und Geschwindigkeit des WMDS im gesamten Arbeitsraum verlangt. Bislang sind keine sensorischen Systeme für diese Messgrößen für eine Anwendung für WMDS realisiert worden. Daher werden in dieser Arbeit Hard- und Softwarekomponenten untersucht, die die vorgesehenen Funktionen innerhalb der Operational Design Domain (ODD) eines WMDS zuverlässig erfüllen können. Es wird ein auf Lidar-Sensoren basierender Ansatz gewählt, um alle erforderlichen Messgrößen unter Hinzunahme von künstlichen Arbeitsraum-Landmarken zu realisieren. Die Hardware- und Softwareanforderungen werden konkretisiert, ausgewählte Sensoren in einem physischen Prototyp implementiert und Softwarealgorithmen werden vorgestellt. Schließlich wird das resultierende Sicherheitssystem in einer repräsentativen Umgebung praktisch evaluiert. Die Evaluation adressiert die Sicherheit der beabsichtigten Funktion unter allen denkbaren Betriebsbedingungen, Fehlererkennungsfähigkeit und Robustheit gegen unerwünschte Eingriffe während des WMDS-Betriebs. Wenn sich die Funktionen unter den schwierigsten denkbaren Betriebsbedingungen bewähren, gelten sie als geeignet für das Sicherheitskonzept.

Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass die landmarkenbasierte Positions- und Geschwindigkeitsermittlung die Anforderungen an eine sicherheitsbezogene Funktion zur Arbeitsraumeinhaltung erfüllen kann. Für die Objekterkennung kann die Erfüllung der Sollfunktion aufgezeigt werden, allerdings nur unter ODD Beschränkungen des WMDS. Die generelle Anwendbarkeit von Lidar-Sensoren für das aktive Sicherheitssystem wird mit den Ergebnissen somit nicht als widerlegt angesehen, aber durch weitere Anforderungen, beispielsweise an die Bodenbeschaffenheit des Arbeitsbereichs eingeschränkt. Durch die Erkenntnisse dieser Arbeit werden Anforderungen, vielversprechende Lösungsansätze und Testfälle für ein aktives Sicherheitssystem für WMDS bereitgestellt, die in zukünftigen Arbeiten weiterverfolgt und optimiert werden können.