Die Reife digitaler Zwillinge von Fahrzeugen: Von der Überwachung zur Ermöglichung des autonomen Fahrens

Core Concepts

Digitale Zwillinge von Fahrzeugen bieten ein großes Potenzial, um die Effizienz, Sicherheit und Autonomie von Fahrzeugen in verschiedenen Anwendungsbereichen wie Güter-, Personen- und autonomem Transport zu verbessern.

Abstract

Der Artikel analysiert den aktuellen Stand der Forschung und Entwicklung zu digitalen Zwillingen von Fahrzeugen in den Bereichen Gütertransport, Personenverkehr und autonomes Fahren.

Für den Gütertransport können digitale Zwillinge zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Effizienz eingesetzt werden, z.B. durch Echtzeitüberwachung kritischer Komponenten, Vorhersage von Ausfällen und Optimierung von Inspektions- und Wartungsplänen. Darüber hinaus ermöglichen digitale Zwillinge die Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen durch Überwachung und Optimierung des Energieverbrauchs und der Batterielebensdauer. Auch das Platooning von Lkw kann durch den Einsatz digitaler Zwillinge verbessert werden.

Im Personenverkehr können digitale Zwillinge zur Überwachung und Vorhersage der Fahrzeugperformance, des Energieverbrauchs und der Fahrgastbedingungen (z.B. Luftqualität) eingesetzt werden, um den Komfort und die Effizienz zu steigern. Darüber hinaus können digitale Zwillinge auch zur Optimierung des gesamten Verkehrssystems beitragen, indem Informationen zwischen Fahrzeugen und Infrastruktur ausgetauscht werden.

Im Bereich des autonomen Fahrens werden digitale Zwillinge als Enabler für die Automatisierung des Entscheidungsprozesses gesehen. Während in geschlossenen Umgebungen wie Bergwerken, Lagerhäusern oder Häfen bereits erste Anwendungen von DT-gesteuerten autonomen Fahrzeugen existieren, gibt es im öffentlichen Straßenverkehr noch erhebliche technische und rechtliche Herausforderungen zu bewältigen, bevor das volle Potenzial digitaler Zwillinge ausgeschöpft werden kann.

Insgesamt zeigt die Analyse, dass digitale Zwillinge in allen untersuchten Fahrzeugbereichen einen wichtigen Beitrag zur Steigerung von Effizienz, Sicherheit und Autonomie leisten können. Je nach Anwendungsfall sind unterschiedliche Reifegrade der digitalen Zwillinge erforderlich, wobei die höchste Stufe der Interoperabilität das Ziel ist, um eine optimale Abstimmung und gemeinsame Entscheidungsfindung zwischen verschiedenen digitalen Zwillingen zu ermöglichen.

Stats

"Eine 33%ige Steigerung der Flottenproduktion, eine 43%ige Reduzierung von Überschreitungen der Höchstgeschwindigkeit und eine 25%ige Verringerung von Zyklusverzögerungen wurden durch den Einsatz von digitalen Zwillingen in der Bergbauindustrie erreicht."
"Durch den Einsatz von Lieferrobotern kann die Fahrstrecke von Lieferfahrzeugen um bis zu 60% reduziert werden."

Quotes

"Digitale Zwillinge werden als Enabler für die Automatisierung des Entscheidungsprozesses in autonomen Fahrzeugen angesehen."
"Der Einsatz von digitalen Zwillingen in geschlossenen Umgebungen wie Bergwerken, Lagerhäusern oder Häfen ist weiter fortgeschritten als im öffentlichen Straßenverkehr, da hier die technischen und rechtlichen Herausforderungen geringer sind."

Key Insights Distilled From

Maturity of Vehicle Digital Twins: From Monitoring to Enabling Autonomous Driving

by Robert Klar,... at arxiv.org 04-15-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.08438.pdf

Deeper Inquiries

Welche Möglichkeiten bietet der Einsatz digitaler Zwillinge, um die Akzeptanz und Nutzung von autonomen Fahrzeugen in der Öffentlichkeit zu erhöhen?

Der Einsatz digitaler Zwillinge kann dazu beitragen, die Akzeptanz und Nutzung von autonomen Fahrzeugen in der Öffentlichkeit zu erhöhen, indem sie eine realistische und sichere Umgebung für die Entwicklung und Validierung autonomer Fahrfunktionen bieten. Durch die Simulation von verschiedenen Szenarien können digitale Zwillinge dazu beitragen, das Vertrauen der Öffentlichkeit in die Sicherheit und Zuverlässigkeit autonomer Fahrzeuge zu stärken. Darüber hinaus ermöglichen digitale Zwillinge eine kontinuierliche Überwachung und Optimierung der Fahrzeugleistung, was zu einer verbesserten Effizienz und Benutzererfahrung führen kann. Durch die Integration von digitalen Zwillingen in Schulungs- und Aufklärungsprogramme können auch das Verständnis und die Akzeptanz autonomer Fahrzeuge in der Gesellschaft gefördert werden.

Welche Sicherheitsaspekte müssen bei der Entwicklung von DT-gesteuerten autonomen Fahrzeugen für den öffentlichen Straßenverkehr besonders berücksichtigt werden?

Bei der Entwicklung von DT-gesteuerten autonomen Fahrzeugen für den öffentlichen Straßenverkehr müssen verschiedene Sicherheitsaspekte besonders berücksichtigt werden. Dazu gehören die Gewährleistung der Datensicherheit und -integrität, um Cyberangriffe und Manipulationen zu verhindern. Zudem ist die Zuverlässigkeit der Sensoren und Algorithmen entscheidend, um eine präzise Umgebungswahrnehmung und sichere Fahrzeugsteuerung zu gewährleisten. Die Interoperabilität mit anderen Verkehrsteilnehmern und Infrastrukturen sowie die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und Standards sind ebenfalls wichtige Sicherheitsaspekte. Darüber hinaus muss die Möglichkeit von Systemausfällen und Notfallsituationen berücksichtigt werden, um angemessene Maßnahmen zur Gewährleistung der Sicherheit zu implementieren.

Wie können digitale Zwillinge dazu beitragen, die Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit des gesamten Verkehrssystems zu verbessern?

Digitale Zwillinge können dazu beitragen, die Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit des gesamten Verkehrssystems zu verbessern, indem sie eine effiziente Fahrzeugnutzung und -wartung ermöglichen. Durch die kontinuierliche Überwachung und Optimierung von Fahrzeugleistung und -effizienz können digitale Zwillinge dazu beitragen, den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und den CO2-Ausstoß zu minimieren. Darüber hinaus können digitale Zwillinge zur Planung und Optimierung von Verkehrsflüssen beitragen, um Staus und unnötige Emissionen zu vermeiden. Die Integration von digitalen Zwillingen in multimodale Verkehrssysteme kann auch dazu beitragen, die Nutzung öffentlicher Verkehrsmittel zu fördern und die Umweltbelastung durch den Individualverkehr zu verringern.