EcoSimLab

"Die Vision des IMIS-Fahrsimulators ist eine integrierte Fahrenergiesimulation, in der Energieinterfaces entwickelt und evaluiert sowie Fragestellungen der Nutzer-Energie-Interaktion untersucht werden können. Daher ist unser Anspruch die realistische Simulation der energierelevanten Parameter in der Fahrer-Fahrzeug-Interaktion"
Prof. Dr. Thomas Franke

Hardware

Simrig from the Back
Der EcoSimLab-Fahrsimulator verfügt über ein 180°-Sichtfeld mit drei 55-Zoll-Displays mit einer Diagonale von 120 Hz. Diese liefern eine stabile Wiedergabe mit 50 Bildern pro Sekunde bei einer Auflösung von 12k. Angetrieben von einem Ryzen Threadripper 3970X und einer GeForce RTX 4090 bietet er zuverlässige Leistung.
Das Lenkrad kann von den Fahrenden in Höhe und Länge verstellt werden. Es unterstützt den vollen Drehwinkel von 920° des Renault ZOE. Ein Fanatec ClubSport DD+ Modul sorgt für eine präzise Eingabeauflösung und ein überdurchschnittliches Force Feedback. Die Pedale sind in Pedalweg und Widerstandskraft angepasst, wobei eine Wägezelle für den Bremspedalsensor verwendet wird, um verbesserte Bremseigenschaften zu bieten.
Simrig from the left side
Simrig from the right Side
Das Simrig wurde speziell für die Innenraumabmessungen und die Ergonomie des Renault ZOE angefertigt, um sicherzustellen, dass die Teilnehmenden ein möglichst realistisches Fahrerlebnis haben. Diese genaue ergonomische Nachbildung ist von entscheidender Bedeutung, da sie es den Teilnehmern ermöglicht, komplexe Manöver ohne zusätzliche Schwierigkeiten oder Vereinfachungen durchzuführen, wodurch ein realistisches Fahrverhalten während der Studien unterstützt wird. Integrierte OEM-Teile und Schnittstellen erhöhen die Authentizität der Simulation zusätzlich.
Darüber hinaus verfügt der EcoSimHub über ein Remote Setup für Study Operator mit dem Aufgaben wie das Monitoren und die Steuerung von Szenarien während der Studien durchgeführt werden können. Dieser Arbeitsbereich ermöglicht es einem einzigen Operator, den Simulator vorzubereiten und die Studie zu verwalten, um eine effiziente Studiendurchführung zu gewährleisten.
Full Simrig

Software

BeamNG

Picture for BeamNG
Im EcoSimLab setzen wir BeamNG als Fahrsimulationssoftware ein. BeamNG verfügt über eine hochpräzisen Physik-Engine und bietet ein detailliertes, originalgetreues Rendering. Die flexible Plattform der Software ermöglicht es uns, Fahrzeuge anzupassen oder neue zu erstellen, während die leistungsstarke API die nahtlose Integration unserer Forschungswerkzeugen unterstützt.

EcoInterfaces

Picture for EcoInterfaces
Eine Kernkomponente unserer Forschung im EcoSimLab sind EcoInterfaces. Sie bilden die Schnittstellen zwischen Fahrenden und Fahrzeug. Diese Schnittstellen sollen das Bewusstsein der Fahrenden und die Energieeffizienz verbessern. Dank der plattformübergreifenden Kompatibilität können sie nicht nur in Simulatoren, sondern auch für Tests in realen Fahrzeugen eingesetzt werden, um die Lücke zwischen virtuellen und realen Umgebungen zu füllen.

Research Vehicle

Picture for Research Vehicle
Der Renault ZOE Q90 dient als Referenzfahrzeug für das AMORi-Projekt. Sein Energiemodell wurde in BeamNG präzise modeliert wodurch eine reale Darstellung von Leistung und Effizienz möglich ist. Fein abgestimmte Steuerungen, exakte Pedalzuordnungen und ein angepasstes Fahrwerk bilden die Aerodynamik und das Fahrverhalten realitätsnah ab. Unsere Open-Source-Simulation ist so präzise, dass sie als objektive Messgröße in Effizienzstudien verwendet werden kann.

EcoDriving Testpark

Picture for EcoDriving Testpark
Der EcoDriving Testpark adressiert ein zentrales Problem bei Studien zur Fahreffizienz: Bei typischen Fahrten fehlt oft die Häufigkeit von energierelevanten Manövern, wodurch wertvolle Studienzeit für das Fahren mit konstanter Geschwindigkeit verschwendet wird. Der Testpark wurde als benutzerdefinierte Karte mit an die speziellen Anforderungen angepassten Szenarios in BeamNG implementiert und beinhaltet so viele energierelevante Manöver wie möglich mit minimalen Abständen dazwischen. Der Testpark wurde so konzipiert, dass er die Charakteristika der Fahrenden differenziert und eine ausgewogene Verteilung der Kontrollkomplexität bietet. Das Projekt ist quelloffen und wird kontinuierlich weiterentwickelt, um die Forschung im Bereich des umweltfreundlichen Fahrens zu unterstützen.

Study Control App

Picture for Study Control App
Die Study Control App verwandelt BeamNG in eine robuste Plattform für Nutzerstudien. Mit einem integrierten Szenario-Editor ermöglicht sie das Einrichten von Studien und das Monitoring während der Durchführung. Das Backend der App lässt sich nahtlos mit Datenbanken, MATLAB, EcoInterfaces und Eyetracking-Systemen verbinden. Es ist damit ein vielseitiges Werkzeug für die Datenerfassung und Datenanalyse. Offene APIs sorgen für Flexibilität und Integration mit verschiedenen Forschungsmodulen.

EcoMPC

Picture for EcoMPC
Der EcoMPC ist ein economic model predictive controller, der unsere EcoInterfaces unterstützt. Er basiert auf einem Offline-Algorithmus und berechnet das effizienteste Fahrverhalten für vordefinierte Bedingungen und Routen. Durch den Vergleich des aktuellen Fahrzustands mit dem optimalen Zustand gibt er Impulse für Korrekturmaßnahmen. Mit einem dynamischen Vorhersagehorizont und Echtzeitbetrieb durch Linearisierung sorgt dieses MATLAB-basierte System für eine effiziente und adaptive Fahrkontrolle.

Infrastruktur

Image of the Infrastructure
Unsere Infrastruktur wurde mit dem Fokus auf Flexibilität entwickelt und ermöglicht eine bidirektionale Kommunikation zwischen der Simulation und zusätzlichen Modulen wie EcoInterfaces und dem EcoMPC. Im Kern integriert sie BeamNG.tech, die Fahrdatenbank und die Study Control App. Dieses robuste Setup ermöglicht die Erstellung und Durchführung von groß angelegten Fahrsimulatorstudien mit einer hohen Teilnehmendenzahl. Mit präziser Datenerfassung, Echtzeitüberwachung und nahtloser Integration mit Tools wie MATLAB sorgt unsere Infrastruktur dafür, dass sowohl neue als auch laufende Studien effizient und effektiv durchgeführt werden können.

Forschung

Abschlussarbeiten

Veröffentlichungen

Gödker, M., Schmees, S., Bernhardt. L., Heidinger, J., Görges, D., and Franke, T. (2024). Driving Simulation for Energy Efficiency Studies: Analyzing Electric Vehicle Eco-Driving With EcoSimLab and the EcoDrivingTestPark. In Proceedings of the 16th International Conference on Automotive User Interfaces and Interactive Vehicular Applications (AutomotiveUI '24). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 32–42. https://doi.org/10.1145/3640792.3675706.

Gödker, M., & Franke, T. (2024). Assessing Energy-Related Situation Awareness Using Self-Controlled Occlusion During Electric Vehicle Driving Scenes. 148, 286-296. https://doi.org/10.54941/ahfe1005219.

Heidinger, J., Bernhardt, L., & Franke, T. (2023). Ecosimlab - A Low-Cost Driving Simulator Environment for Examining Human Factors in Vehicle Energy Efficiency. AutomotiveUI '23 Adjunct: Adjunct Proceedings of the 15th International Conference on Automotive User Interfaces and Interactive Vehicular Applications, , Ingolstadt (Germany), 18.-21.09.2023, 66-70. https://doi.org/10.1145/3581961.3609881.

Moll, V. E., & Franke, T. (2021). Biased energy efficiency perception based on instantaneous consumption displays–Indication for heuristic energy information processing. Applied Ergonomics, 94, 103399. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2021.103399.

Franke, T., Görges, D., & Arend, M. G. (2019, September). The Energy Interface Challenge. Towards Designing Effective Energy Efficiency Interfaces for Electric Vehicles. In Proceedings of the 11th International Conference on Automotive User Interfaces and Interactive Vehicular Applications (pp. 35-48). https://doi.org/10.1145/3342197.3344526.

Bernhardt, L., Moll, V., & Franke, T. (2019). Entwicklung und Validierung einer Fahrsimulationsumgebung für Interface-Testing im Kontext Elektromobilität. 3. Kongress der Fachgruppe Verkehrspsychologie, Saarbrücken, 05.-07.03.2019. https://doi.org/10.13140/RG.2.2.26178.32962/1.

Projekte

Team

Leitung und Koordination

Picture of Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Thomas Franke Dipl.-Psych.
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Thomas Franke Dipl.-Psych.

Professor für Ingenieurpsychologie und Kognitive Ergonomie

Project Director

thomas.franke@uni-luebeck.de
Picture of Prof. Dr. Ing. Daniel Görges
Prof. Dr. Ing. Daniel Görges

Professor für Elektromobilität

Project Director

daniel.goerges@rptu.de
Picture of Lukas Bernhardt M.Sc.
Lukas Bernhardt M.Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Project Manager

l.bernhardt@uni-luebeck.de

Doktorant*innen

Picture of Vivien Moll M.Sc.
Vivien Moll M.Sc.

Wissenschaftliche Mitarbeiterin

Study Coordinator

vivien.moll@uni-luebeck.de
Picture of Markus Gödker M.Sc.
Markus Gödker M.Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Study Coordinator

markus.goedker@uni-luebeck.de
Picture of Jan Heidinger M.Sc.
Jan Heidinger M.Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

IT Consulting

ja.heidinger@uni-luebeck.de
Picture of Steffen Schmees M.Sc.
Steffen Schmees M.Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Control Engineer

s.schmees@uni-luebeck.de

Studierende

Picture of Leonardt Wagner B.Sc.
Leonardt Wagner B.Sc.

Wissenschaftliche Hilfskraft

Software Engineer

le.wagner@uni-luebeck.de
Picture of Elise Banach B.Sc.
Elise Banach B.Sc.

Wissenschaftliche Hilfskraft

Lead Study Operator

e.banach@uni-luebeck.de
Picture of Tobias Harms B.Sc.
Tobias Harms B.Sc.

Wissenschaftliche Hilfskraft

Software Engineer

t.harms@uni-luebeck.de
Picture of Alexander Müller B.Sc.
Alexander Müller B.Sc.

Wissenschaftliche Hilfskraft

Game Developer

al.mueller@uni-luebeck.de
Picture of Anne Tichy B.Sc.
Anne Tichy B.Sc.

Wissenschaftliche Hilfskraft

Study Operator

a.tichy@uni-luebeck.de
Picture of Marvin Bergmann B.Sc.
Marvin Bergmann B.Sc.

Wissenschaftliche Hilfskraft

Software Engineer

m.bergmann@uni-luebeck.de
Picture of Wiebke Lutz
Wiebke Lutz

Wissenschaftliche Hilfskraft

Study Operator

w.lutz@uni-luebeck.de
Picture of Lennart Homann
Lennart Homann

Wissenschaftliche Hilfskraft

Developer

l.homann@uni-luebeck.de
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