Potential eines virtuellen Fahrerplatzmodells in der Fahrzeugkonzeptentwicklung

Das virtuelle Fahrerplatzmodell ist ein immersives VR-Werkzeug zur ergonomischen Konzipierung eines Fahrzeuginterieurs. Es stellt die Kombination einer visuellen Simulation mit einer ausgeprägten haptischen Rückmeldung in Form eines variablen Fahrerplatzmodells dar. Neben dem Ersatz realer physischer Modelle erweitert das virtuelle Fahrerplatzmodell die Untersuchungsumfänge konventioneller CAD-Methoden. Inhalt der Arbeit sind Aufbau, Evaluierung und Weiterentwicklung des virtuellen Fahrerplatzmodells. Es werden die zentralen Anforderungen an den Aufbau eines derartigen Mixed-Reality-Systems hergeleitet, die sich einerseits aus dem Einsatzgebiet in der ergonomischen Auslegung und Analyse eines Fahrzeuginterieurs ableiten, andererseits in der menschlichen Wahrnehmung begründet sind. Bei der Evaluierung des virtuellen Fahrerplatzmodells wird in mehreren experimentellen Studien gezeigt, dass sowohl die Sitzposition und Fahrhaltung des Anwenders in der Simulationsumgebung denen aus einem realen Fahrzeug entsprechen als auch dass durch eine digitale Repräsentation des Anwenders in der virtuellen Umgebung die durch die Visualisierung verursachten Wahrnehmungsverzerrungen hinsichtlich der Größe der dargestellten Inhalte signifikant verringert werden. Darüber hinaus wird experimentell nachgewiesen, dass für ergonomische Untersuchungen zur Erreichbarkeit und Bedienbarkeit von Bedienelementen aus dem Fahrzeuginnenraum eine ausgeprägte haptische Rückmeldung notwendig ist. Diese Erkenntnisse bestätigen den Ansatz des vorgestellten Mixed-Reality-Systems. Zusätzlich wird die Methodik der Perzentilsimulation vorgestellt. Ziel dieser neuartigen Simulationsmethodik ist es, den Anwender in die Perspektive eines beliebigen Körperperzentils hinein zu versetzen und ihn einen virtuellen Fahrzeuginnenraum aus genau dieser Perspektive erleben zu lassen. In virtuellen Umgebungen ist es unter Einsatz visueller und haptischer Stimuli möglich den Anwender in einen virtuellen Körper hineinzuversetzen, den er als seinen eigenen Körper wahrnimmt und akzeptiert. Der Ansatz der Perzentilsimulation nutzt dabei die technischen Möglichkeiten, die das virtuelle Fahrerplatzmodell in Form von visueller und haptischer Simulation, sowie des eingesetzten digitalen Menschmodells bietet. The subject of this thesis is the design, validation and further developement of a mixedreality car model as a method in the product development process regarding ergonomic interior concepts. Consisting of a visual simulation in addition to a distinctive haptic feedback realized by a variable hardware model this mixed-reality system enlarges the scope of analysis featured by conventional CAD methods. Essential requirements for this tool are discussed including issues of human perception and ergonomic design and analysis of a car’s interior. To validate the mixed-reality car model mulitple experimental studies confirm that seating positions and driver postures match in reality and in mixed-reality as well as the prevention of distortion in perception of size caused by the visualization via the used Head-Mounted Display. Part and parcel of the validation is a further experimental study attesting the importance of distinctive haptic feedback as an important part of the simulation and a precondition for analysis and discussion of ergonomic issues, regarding reachability and usability of elements. Additionally, the method of percentile simulation is introduced, a further developement of the mixed-reality system, targeting to put oneself in someone elses perspective to experience the interior of a car. The percentile simulation uses visual and haptic stimuli, offered by the mixed-reality car model, plus a special application of a digital human model.