Virtuelle Menschmodelle können innerhalb der Berechnung in der Fahrzeugsicherheit eingesetzt werden, um detailliertere Informationen bezüglich der Insassenkinematik als auch der Verletzungsmechanismen des menschlichen Körper zu erhalten. Innerhalb der In-Crash Phase hat die Muskelaktivität aufgrund der hohen Beschleunigung keinen wesentlichen Einfluss auf die Insassenkinematik. Für die Abbildung menschlicher Bewegungen bei geringen Beschleunigungen in Pre-Crash Lastfällen, welche durch Assistenzsysteme wie z.B autonome Brems- und Lenksysteme ausgelöst werden können, muss die Muskelaktivität jedoch berücksichtigt werden. Virtuelle Menschmodelle können mit aktivierbaren Muskelmodellen ausgestattet werden, um den Körper z u versteifen und zu stabilisieren. Das in dieser Studie verwendete Muskelmodell basiert auf Finiten Elementen (FE) Hill-type Muskelelementen, die aktiv Kräfte erzeugen. Diese Kräfte sind abhängig von der Muskellänge, der Verformungsgeschwindigkeit und dem Aktivierungslevel des Muskels sowie weiterer physiologischer Muskelparameter. In dieser Studie wurden Pre-Crash Notbrems-Simulationen mit dem FE Menschmodell THUMS (Total Human Model for Safety) durchgeführt. Die Simulationsergebnisse wurden mit Probandendaten aus Fahrversuchen verglichen, die im Rahmen des OM4IS (Occupant Model for Integrated Safety) Projektes ermittelt wurden. Untersuchungsschwerpunkt war hierbei die Erfassung der Insassenkinematik des nur am Becken gegurteten Beifahrers bei realen Notbremsmanövern (Anfangsgeschwindigkeit: 12 km/h, maximale Beschleunigung ca. 10 m/s²) mittels Motion Capture System. Zur Simulation der Insassenkinematik wurden im THUMS Modell Hill-type Muskelelemente implementiert, die Muskeln im Lumbar-, Hals- und Kopfbereich abbilden. Die Variation des Muskelaktivierungslevels führt zu einer Reduzierung der Insassenvorverlagerung des Modells, vergleichbar der im Versuch beobachteten Kinematik. Die eingesetzten Hill-type Elemente bieten somit die Möglichkeit der Simulation einer muskulären Anspannung im THUMS Modell, um so unterschiedliche Insassenkinematiken des Modells abzubilden. In der Zukunft kann dieses Modell als Basis herangezogen werden, um die Muskelaktivierung mit einem Regler zu koppeln, der eine geregelte Aktivierung der Elemente ermöglicht.

    Virtual Human Body Models (HBMs) can be used in the field of automotive safety simulations as an additional tool to get more detailed information about the occupant kinematics and injury mechanisms of the human body. For the crash phase, the contribution of muscle activation is negligible due to high accelerations. However, the muscle activation must be taken into account to predict human motion in low g Pre-Crash manoeuvres triggered by assistant systems, for instance autonomous braking and steering systems. HBMs can be extended by active muscle models that can be used to brace and stabilize the body. The muscle model used in this study is based on Hill-type muscle elements which are able to generate active muscle forces. The forces primarily depend on the actual muscle length, the deformation velocity, the activation level and further physiological muscle parameters. In this study, Pre-Crash braking simulations with the finite element human body model THUMS (Total Human Model for Safety) were performed. T h e conducted simulations were compared t o full vehicle volunteer tests from the OM4IS project (Occupant Model for Integrated Safety), where the kinematic response of lab belted co-driver to an emergency braking manoeuvre (initial velocity: 12 km/h, peak acceleration about 10 m/s²) w a s recorded by a motion capturing system. In the THUMS model Hill type muscle elements were introduced representing muscles in the lumbar, neck and head area, which are mainly responsible for the torso, neck and head motion. Different muscle activation levels reduce the forward displacement of the model according to the volunteer test kinematics. Hill-type elements can be used to realise muscle contraction in the THUMS model in order to simulate different model responses. In the future, this model can be used as basis to connect the muscle elements with a controller algorithm in order to control the muscle activation.


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    Titel :

    Anwendung eines aktiven FE Menschmodells in der Pre-Crash Insassensimulation


    Beteiligte:
    Yigit, Emrah (Autor:in) / Seib, Eduard (Autor:in) / Weber, Jens (Autor:in) / Huber, Philipp (Autor:in) / Prüggler, Adrian (Autor:in) / Kirschbichler, Stefan (Autor:in) / Kröger, Matthias (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    2014


    Format / Umfang :

    17 Seiten, Bilder, 37 Quellen




    Medientyp :

    Aufsatz (Konferenz)


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch




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