Realization of a soft real time automotive simulator with human interaction

Demands for better products are at odds with demands for compressed engineering timetables. The resolution of this conflict lies in improving the efficiency of the engineering process. An essential step to meet this challenge is the integration of Computer-Aided (CA) technologies and methods in the product-development process. Simulated models offer the opportunity to investigate design changes and perform virtual analysis at reasonable time and low cost, especially when substantial system modifications and variants are to be considered. Tools such as Multi-body and FEM software are nowadays widely spread in the industrial design and consulting companies. In this scenario the virtual product is generally excited independently from the environment and the potential interactions with the user (the human) are often neglected, thus underestimating the global system modification due to this loop closure. The potential hazard is accentuated when considering mechatronic products like in the modern automotive sector: car’s driving behavior could result modified by one of the many control and safety devices, which in turn need to react to the driver action. In the current circumstances it is no longer possible to exclude from the design process the direct human interaction. As a consequence automotive manufactures have been promoting Human-In-The-Loop (HITL) simulation since the first years of the 2000s. Throughout this thesis the possibility of embedding the multi-body software “LMS Virtual.Lab® Motion” (real-time module) into a soft-real time vehicle simulator is investigated. Overall goal is the realization of an automotive simulator able, on one hand to integrate a multi-body vehicle model, and on the other to realize an immersive simulation scenario. Hence, firstly an existing vehicle simulator is edited in order to embed the real-time vehicle simulation and combine it with human interaction. Than an analysis concerning the motion cues is computed in order to propose a preliminary design of a small scale 6 Degrees of Freedom (DOF) motion platform.

Nello scenario industriale odierno la richiesta di prodotti sempre migliori è contrapposta ai ridotti tempi di progettazione disponibili. La soluzione di questo conflitto richiede il miglioramento dell’efficienza dei processi di ingegnerizzazione. L’integrazione di tecnologie Computer-Aided (CA) costituiscono un passo verso questo miglioramento. Modelli simulati offrono la possibilità di studiare modifiche nel design del prodotto in tempi ragionevoli e a basso costo, sopratutto quando si devono tenere conto sensibili modifiche o variazioni. Strumenti come software Multi-body e FEM sono oggigiorno ampiamente diffusi nella progettazione industriale. Tuttavia, molto spesso, il prodotto virtuale è studiato in maniera indipendente dall’ambiente e potenziali interazioni con gli utenti (gli uomini) sono solitamente trascurate. Questa mancanza è accentuata in settori come quello dell’automotive, in cui il comportamento del veicolo può essere modificato da diversi controlli e sistemi di sicurezza direttamente dipendenti dalle azioni compiute dal pilota. In questo scenario non è più quindi possibile escludere la diretta interazione umana durante la progettazione. Di conseguenza, fin dai primi anni del duemila, numerose case automobilistiche hanno iniziato ad orientarsi verso simulazioni Human-in-the-loop (HITL). In questa tesi viene studiata la possibilità di integrare il software multi-body “LMS Virtual.Lab® Motion” (modulo real-time) in un simulatore di guida soft real-time. Scopo finale è la realizzazione di un simulatore di veicoli capace di integrare un modello di automobile multi-body in uno scenario di simulazione immersivo. In primis, un esistente simulatore di guida è modificato in modo da combinare la simulazione real-time di un modello di veicolo multi-body con la diretta interazione umana. Quindi è condotta un’analisi riguardante le sensazioni inerziali e le piattaforme di movimento in modo da proporre il design di una piattaforma a 6 gradi di libertà in scala ridotta.