Simulation

MOSAIC ist ein multiskaliges und domänenübergreifendes Co-Simulations-Framework zur Bewertung neuer Lösungen für vernetzte und automatisierte Mobilität. Die Open-Source-Version Eclipse MOSAIC bietet alles, was Sie zur Bewertung intelligenter Mobilitätsszenarien benötigen, während die erweiterte Version MOSAIC Extended weitere Tools und Modelle bereitstellt, wie beispielsweise den Fahrzeugdynamiksimulator PHABMACS.

Zugang zu MOSAIC

Das MOSAIC-Simulationsframework gibt es in zwei Varianten: als Open-Source-Version und als erweiterte kommerzielle Version. Eclipse MOSAIC ist Open Source unter dem Dach der Eclipse Foundation und der vollständige Quellcode kann von Eclipse Github heruntergeladen werden. Für einen schnellen Einstieg bieten wir ein vorkonfiguriertes Bundle an. Dieses Bundle enthält die grundlegenden Simulatoren und Tools, die für die Bewertung neuartiger vernetzter Mobilitätsanwendungen mit Vehicle-2-X-Kommunikation erforderlich sind.

MOSAIC Extended ist die kommerzielle Version von MOSAIC und enthält zusätzliche Tools und Simulatoren. Dieses Paket kann individuell angepasst werden, sodass es perfekt zu Ihren Anforderungen und Anwendungsfällen passt. Der Preis für das MOSAIC Extended-Paket hängt von den zusätzlichen Komponenten ab, die Sie benötigen, darunter Simulatoren für Elektromobilität, der MOSAIC Statistics Generator, eine 3D-Visualisierung und der PHABMACS-Fahrzeugsimulator.

Co-Simulation

Im Gegensatz zu bestehenden festen Simulatorkopplungen ermöglicht die MOSAIC-Simulationsinfrastruktur die einfache Integration und den Austausch von Simulatoren. Die hohe Flexibilität von MOSAIC ermöglicht somit die Kopplung der am besten geeigneten Simulatoren für eine realistische Darstellung des Fahrzeugverkehrs, der Emissionen, der drahtlosen Kommunikation (Mobilfunk und Ad-hoc), des Nutzerverhaltens und der Mobilitätsanwendungen. Alle Simulatorverwaltungsaufgaben, wie Zeit- und Datensynchronisation, Interaktion und Lebenszyklusmanagement, werden vollständig von der MOSAIC-Laufzeitinfrastruktur (RTI) übernommen.

Multi-Domain

Simulatoren decken in der Regel bestimmte Bereiche ab, wie beispielsweise Verkehr oder Kommunikation. Mit MOSAIC kann man den für jeden Bereich am besten geeigneten Simulator kombinieren, um eine ganzheitliche Systemsimulation zu erstellen. Die folgenden Simulatoren sind bereits mit MOSAIC gekoppelt: Eclipse SUMO, unser PHABMACS-Simulator (Verkehr), OMNeT++, ns-3, MOSAIC Simple Network Simulator (SNS), MOSAIC Cell (Kommunikation), MOSAIC Application (Anwendung und Verhalten) und weitere.

Multi-Scale

Je nach den spezifischen Anforderungen eines Simulationsszenarios können die relevantesten Simulatoren verwendet werden. Selbst innerhalb eines bestimmten Bereichs modellieren verschiedene Simulatoren unterschiedliche Ebenen des Bereichs. Beispielsweise können Verkehrssimulationen Tausende von Fahrzeugen gleichzeitig verarbeiten, jedoch nur auf einer wenig detaillierten Modellierungsebene, die für bestimmte Anwendungsfälle möglicherweise nicht ausreichend ist. Zu diesem Zweck kann ein Fahrzeugsimulator verwendet werden, der die Fahrzeugdynamik auf einer hochdetaillierten Ebene modelliert, wie beispielsweise PHABMACS. Mit MOSAIC ist der Austausch dieser Simulatoren auf verschiedenen Modellierungsebenen unkompliziert, sodass Simulationen von Fahrerassistenzsystemen (ADAS) einzelner Fahrzeuge bis hin zur Analyse der Verkehrseffizienz von Smart-Mobility-Anwendungen auf stadtweiter Ebene möglich sind.

Modellierung und Konfiguration

Der MOSAIC-Anwendungssimulator ist eine einfache Möglichkeit, Smart-Mobility-Anwendungen mit MOSAIC zu testen und zu bewerten. Anwendungen für verschiedene Entitäten, wie Fahrzeuge, Server und Straßenrandgeräte, lassen sich dank einer gut etablierten Java-API leicht integrieren. Benutzerdefinierte Anwendungen können mithilfe einer ausgeklügelten Mapping-Konfiguration auf alle Entitäten abgebildet werden, was eine einfache Anpassung der Penetrationsraten und Verkehrsvolumina ermöglicht. Nach dem Prinzip der Trennung von Belangen wird jeder Simulator separat konfiguriert, was eine flexible Parametrisierung von Simulationsszenarien ermöglicht.

Physikalisch realistische Simulationen ermöglichen die schnelle Prototypenentwicklung kooperativer Fahrerassistenzsysteme (ADAS) für Fahrzeuge und VRUs. PHABMACS kann komplette virtuelle Fahrzeugumgebungen simulieren, einschließlich Fahrzeugdynamik, Sensoren, HD-spurgenauer Straßeninfrastruktur und Kommunikationselementen.

Als kostengünstige Alternative zu kommerziellen Fahrzeugsimulatoren ist PHABMACS als leichtgewichtiges, entwicklerfreundliches und einfach zu modifizierendes Tool für die Prototypenentwicklung kooperativer Fahrerassistenzsysteme konzipiert. Entwickler können die simulierten Fahrzeuge zunächst in PHABMACS verwenden, bevor sie ihren Code in realen Testfahrzeugen anwenden.

Entsprechende Schnittstellen für Sensoren und Aktoren der simulierten Fahrzeugmodelle werden dem Prototyp-System zur Verfügung gestellt und können später problemlos gegen echte Sensoren und Aktoren ausgetauscht werden. Zusätzlich zu einer breiten Palette von Radar- und Lidar-Sensoren wird eine Kommunikation zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur als Sensor bereitgestellt, um kooperative Systemfunktionen zu ermöglichen.

Anwendungscode und zusätzliche Sensormodelle können entweder in JAVA™ erstellt und in das PHABMACS-Framework integriert oder über eine Schnittstelle aus MATLAB/Simulink® bereitgestellt werden. In Kombination mit unserer CAN-Bus-Hardware-Schnittstelle kann PHABMACS auch in Echtzeit mit jeder Fahrzeugsteuerung verbunden werden und reale Fahrzeuge für Testzwecke ersetzen.

Umfang

Im Rahmen der Prototypentwicklung für kooperative Fahrerassistenzsysteme befasst sich PHABMACS mit zwei widersprüchlichen Anforderungen:

• Fahrerassistenzsysteme müssen die Fahrdynamik berücksichtigen
• Für die Koordination müssen so viele Fahrzeuge wie möglich in die Simulation einbezogen werden

Für den ersten Zweck muss die Simulation die Physik so realistisch wie möglich abbilden, was zu einem hohen Rechenaufwand pro Fahrzeug führt. Für den zweiten Zweck haben wir den Rechenaufwand von PHABMACS optimiert, indem wir die Physik realistisch abbilden, wenn die Fahrzeugparameter unter den Grenzen der Fahrdynamik liegen, was für den Anwendungsbereich ausreichend ist. In Bezug auf die maximale Anzahl von Fahrzeugen in der Simulation und deren Detaillierungsgrad schließt PHABMACS die Lücke zwischen Verkehrssimulatoren und hochdetaillierten Fahrzeugsimulationen wie FEM, K&C oder MKS.

Fahrzeugmodell

Die zu prototypisierenden Anwendungen können auf die simulierten Fahrzeuge in PHABMACS zugreifen, indem sie deren Aktoren (Gas, Bremse, Lenkung) steuern und deren Sensoren auslesen. Die Eingaben für Gas und Bremse werden vom Antriebsstrang (und der Bremse) umgewandelt, um das Fahrzeugmodell zu bewegen. Der Antriebsstrang umfasst separate Modelle für den Motor, den Drehmomentwandler (und alternativ die Kupplung), das Getriebe und die Räder. Die Interaktion des Fahrzeugs mit anderen Objekten in seiner Umgebung basiert auf der Starrkörperdynamik.

Umweltmodell

Die Umgebung in PHABMACS ermöglicht die Erstellung beliebiger Szenarien. Praktischerweise können solche Szenarien automatisch aus OpenDRIVE®- und Open Street Map (OSM)-Kartematerial unter Verwendung des Straßennetzes, von Gebäuden und natürlichen Elementen wie Bäumen, Gras und Wasser generiert werden. Zusätzliche infrastrukturelle Elemente wie Baustellen können hinzugefügt werden. Das Standard-Visualisierungsthema hat einen puristischen, aber ansprechenden Rendering-Stil. Benutzerdefinierte Themen können einfach implementiert werden.

Teil des MOSAIC-Simulationsframeworks

Die Integration mit MOSAIC Extended ermöglicht die Kopplung von PHABMACS mit anderen Simulationswerkzeugen aus verschiedenen Bereichen, wie z. B. Netzwerksimulatoren für V2X/5G-Kommunikation, spezifischen Sensorsimulationsmodellen oder Anwendungsmodellierungswerkzeugen. Beispielsweise ist die Simulation der V2X-Kommunikation unter Verwendung der Single-Hop-Kommunikationsmodelle von PHABMACS auf die Abbildung einfacher Metriken wie Verzögerung und Paketverlust beschränkt. Wenn ein komplexes Kommunikationsszenario erforderlich ist, können beispielsweise OMNeT++ oder ns-3 gekoppelt werden. In Kombination mit Verkehrssimulationstools wie SUMO kann die PHABMACS-Simulation in große Szenarien kommunizierender Fahrzeuge eingebettet werden.