A Design Framework for Developing a Reconfigurable Driving
Simulator
zur Erlangung des akademischen Grades eines
DOKTORS DER INGENIEURWISSENSCHAFTEN (Dr.-Ing.)
der Fakultät Maschinenbau
der Universität Paderborn
genehmigte
DISSERTATION
von
M.Eng. Bassem Hassan
aus El Dakahlia, Ägypten
Tag des Kolloquiums: 13. Juni 2014
Referent: Prof. Dr.-Ing. Jürgen Gausemeier
Korreferent: Prof. Dr. -Ing. habil. Ansgar Trächtler
List of Published Partial Results
[HBA+13] HASSAN, B.; BERSSENBRÜGGE, J.; ALQAISI, I.; STÖCKLEIN, J.: Reconfigurable Driving
Simulator for Testing and Training of Advanced Driver Assistance Systems. In: Proceed-
ings of 2013 IEEE International Symposium on Assembly and Task Planning (ISAM), July
30 - August 2 2013, Xi'an, China, 2013, pp. 337-339 – ISBN 978-1-4799-1656-6
[HG13] HASSAN, B.; GAUSEMEIER, J.: Concept for a Task–Specific Reconfigurable Driving Simu-
lator. In: Proceedings of SIMUL 2013, the Fifth International Conference on Advances in
System Simulation (IARIA), October 27 - November 1 2013, Venice, Italy, 2013, pp. 40-46
– ISBN: 978-1-61208-308-7
[HWK+12] HASSAN B.; WAßMANN, H.; KLAAS, A.; KEßLER, J.H.: Cascaded Heterogeneous Simulations
for Analysis of Mechatronic Systems in Large Scale Transportation Scenarios. In: Proceed-
ings of the 2012 Spring Simulation Multi-Conference, March 26 - 29 2012, Orlando, Flori-
da, USA, Spring Simulation Multiconference Books: Emerging M&S Applications in In-
dustry & Academia Symposium (EAIA), 2012, pp. 32-39 – ISBN: 978-1-61839-787-4
[HWK+13] HASSAN, B.; KLAAS, A.; WASSMANN, H.; GRAFE, M.: Kaskadierte Simulationen und Visu-
alisierungen für die Analyse mechatronischer Systeme in umfangreichen Transportszenari-
en. In: Gausemeier, Jürgen; Grafe, Michael (Hrsg.): 11. Paderborner Workshop "Aug-
mented & Virtual Reality in der Produktentstehung", 18. - 19. April 2013, HNI-
Verlagsschriftenreihe, Band 311, Paderborn, Germany, 2013, pp. 159-176 – ISBN 978-3-
942647-30-4
[KGG+11a] KREFT, S.; GAUSEMEIER, J.; GRAFE, M.; HASSAN, B.: Automatisierte Trassierung virtueller
Straßen auf Basis von Geo-Informationssystemen. In: Gausemeier, Jürgen; Grafe, Michael
(Hrsg.): 10. Paderborner Workshop "Augmented & Virtual Reality in der Produktentste-
hung", 19. - 20. Mai 2011, HNI-Verlagsschriftenreihe, Band 295, Paderborn, Germany,
2011, pp. 253-266 – ISBN 978-3-942647-14-4
[KGG+11b] KREFT, S.; GAUSEMEIER, J.; GRAFE, M.; HASSAN, B.: Automated Generation of Virtual
Roadways based on Geographic Information Systems. In: Proceedings of the ASME 2011
International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in
Engineering Conference, August 29 - 31 2011, Washington DC, USA, 2011, DETC2011-
48141, pp. 1525-1532 – ISBN 978-0-7918-5479-2
[TH13a] TAN, Y.; HASSAN, B.: A Method for Testing Camera Based Advanced Driving Assistance
Systems. In: Proceedings of 2013 IEEE International Symposium on Assembly and Task
Planning (ISAM), July 30 - August 2 2013, Xi'an, China, 2013, pp. 151-154 – ISBN 978-1-
4799-1656-6
[TH13b] TAN, Y.; HASSAN, B.: A Concept of Camera test-bench for testing Camera Based Ad-
vanced Driver Assistance Systems. In: Proceedings of IDETC/CIE – ASME 2013 Interna-
tional Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engi-
neering Conference, August 4 - 7 2013, Portland, USA, 2013, DETC2013-12996 – ISBN:
978-0-7918-5586-7
Abstract
Driving simulators have been used successfully in various application fields for dec-
ades. They vary widely in their structure, fidelity, complexity and cost. Nowadays, driv-
ing simulators are usually custom-designed for a specific task and they typically have a
fixed structure. Nevertheless, using the driving simulator in an application field, such as
the development of the Advanced Driver Assistance Systems (ADAS), requires several
variants of the driving simulator. Therefore, there is a need to develop a reconfigurable
driving simulator which allows its operator to easily create different variants without in-
depth expertise in the system structure. In order to solve this challenge, a Design
Framework for Developing a Reconfigurable Driving Simulator has been developed.
The design framework consists of a procedure model and a configuration tool. The pro-
cedure model describes the required development phases, the entire tasks of each phase
and the used methods in the development. The configuration tool organizes the driving
simulator’s solution elements and allows its operator to create different variants of the
driving simulator by selecting a combination of the solution elements, which are like
building blocks. The design framework is validated by developing an ADAS reconfigu-
rable driving simulator and by creating three variants of this driving simulator.
Zusammenfassung
Fahrsimulatoren werden seit Jahrzehnten erfolgreich in verschiedenen Anwendungsbe-
reichen eingesetzt. Sie unterscheiden sich weitgehend in ihrer Struktur, Genauigkeit,
Komplexität und in ihren Kosten. Heutzutage werden Fahrsimulatoren in der Regel in-
dividuell für eine spezielle Aufgabe entwickelt und haben typischerweise eine festgeleg-
te Struktur. Bei der Nutzung eines Fahrsimulators in einem Anwendungsbereich wie der
Entwicklung von fortgeschrittenen Fahrerassistenzsystemen (FFAS) werden jedoch
mehrere Varianten des Fahrsimulators benötigt. Es besteht daher Handlungsbedarf für
die Entwicklung eines rekonfigurierbaren Fahrsimulators, der es dem Betreiber des
Fahrsimulators ermöglicht, ohne umfassende Fachkenntnisse problemlos verschiedene
Varianten zu erstellen. Um diese Herausforderung zu bewältigen wurde eine Entwick-
lungssystematik für die Entwicklung eines rekonfigurierbaren Fahrsimulators entwi-
ckelt. Die Entwicklungssystematik besteht aus einem Vorgehensmodell und einem Kon-
figurationswerkzeug. Das Vorgehensmodell beschreibt die benötigten Entwicklungs-
phasen, die vollständigen Aufgaben jeder Phase und die in der Entwicklung eingesetz-
ten Methoden. Das Konfigurationswerkzeug organisiert die Lösungselemente des Fahr-
simulators und ermöglicht dem Betreiber des Fahrsimulators, durch Auswählen einer
Kombination von Lösungselementen nach dem Baukastenprinzip verschiedene Varian-
ten des Fahrsimulators zu erstellen. Die Entwicklungssystematik wird durch die Ent-
wicklung eines rekonfigurierbaren FFAS-Fahrsimulators und durch die Erstellung von
drei unterschiedlichen Varianten dieses Fahrsimulators validiert.
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