Torque emulation for teleoperated vehicles

Abstract

Teleoperated vehicles are gaining importance during the transition to fully automated vehicles since at the current state of development automated vehicles are not capable of operating in all conditions and environments. Despite the high potential of the concept of teleoperatedvehicles, there are still challenges to be dealt with. As the driver is not physically present in the vehicle when teleoperating a vehicle, they lack information about the vehicle motion. This study demonstrates from a theoretical perspective the differences between teledriving and normal driving and how the stability of the teleoperated vehicle-teledriver system is affected by the communication delay and the missing perception of the vehicle. To increase the driver's perception and the manoeuvrability of the teleoperated vehicle, a simple structured, tunable torque emulation concept is introduced. Due to the simple structure of the torque emulation component, the calculation can be executed in real-time. The torque emulation concept utilises the teledriver's steering angle, steering wheel angle rate, and the vehicle's states, such as lateral acceleration and yaw rate, to generate a steering wheel feedback torque. To test the different torque emulation modes a teledriving simulator is developed. As a collaboration with the company Vay, the simulator is parametrised to have the same behaviour as the real telestation of Vay. Before implementing the torque emulation component into the real telestation, the teledriving simulator is used as a safe environment for testing the influence of the torque feedback. The results of the tests at both the simulator and real telestation demonstrate that the proposed torque emulation concept assists teledrivers in steering the vehicle in a stable fashion and eases the steering task.

Teleoperierte Fahrzeuge gewinnen zunehmend an Bedeutung, da nach dem aktuellen Stand der Entwicklung automatisierte Fahrzeuge nicht in der Lage sind in allen Umgebungen und unter allen Bedingungen zu operieren. Trotz des großen Potenzials der teleoperierten Fahrzeuge bestehen noch einige zu lösende Herausforderungen. Da der Fahrer beim Teleoperieren eines Fahrzeugs nicht physisch im Fahrzeug anwesend ist, fehlt ihm die unmittelbare Wahrnehmung des Fahrzeugs. Diese Arbeit beleuchtet die Unterschiede zwischen dem Telefahren und dem gewöhnlichen Alltagsfahren aus der theoretischen Perspektive. Zudem wird der Einfluss der Totzeit zufolge der Signalübertragung und der fehlenden Wahrnehmung des Fahrzeugs auf die Stabilität des teleoperierten Fahrzeug-Telefahrer-Systems untersucht. Um die Wahrnehmung des Fahrers und die Steuerbarkeit des teleoperierten Fahrzeugs zu erhöhen, wird ein Konzept für die Lenkmomentenemulation entwickelt. Dieses Konzept weist eine einfache Struktur auf, die bei Bedarf angepasst werden. Der Vorteil bei dieser einfachen Struktur ist die Möglichkeit der Echtzeitberechnung. Zur Berechnung den Lenkmoments wird neben dem Lenkwinkel und der Lenkwinkelrate des Telefahrers, die Querbeschleunigung und die Gierrate des Fahrzeugs herangezogen. Es werden verschiedenen Lenkmomentenemulation-Modi erarbeitet, um ihren Einfluss auf das Lenkverhalten des Telefahrers zu untersuchen. Zum Testen dieser Lenkmomentenemulation-Modi in einer geschützten Umgebung wurde ein Tele-Fahrsimulator entwickelt. Dieser wurde in Zusammenarbeit mit dem Unternehmen Vay an die reale Telestation von Vay abgestimmt. Nach den Untersuchungen im Simulator wird die Lenkmomentenemulationskomponente in die echte Telestation integriert. Die Ergebnisse der Tests sowohl am Simulator als auch an der realen Telestation zeigen, dass das vorgeschlagene Konzept der Lenkmomentenemulation den Telefahrern das Lenken des teleoperierten Fahrzeugs erleichtert und dabei unterstützt das Fahrzeug stabil zu lenken.