EMMA4Drive – Dynamisches Menschmodell für das autonome Fahren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jörg Fehr
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440904784

Etwa 68 Prozent aller deutschen Erwerbstätigen pendeln mit dem Auto zu ihrer Arbeitsstelle ohne dabei einer sinnvollen Tätigkeit nachgehen zu können. In Zukunft werden Insassen von autonom fahrenden Fahrzeugen neue Tätigkeiten, wie z.B. Regenerationsübungen, Arbeiten oder Konsumieren von Unterhaltungsmedien, durchführen. Neue (Software-)Werkzeuge werden benötigt, um die Erwartungen der Kunden zu verstehen, neue Nutzungsmöglichkeiten aufzuzeigen, das Vertrauen zu stärken und die Sicherheit nachzuweisen. Das Ziel dieses Projekts ist es, das muskelaktivierte Mehrkörper-Menschmodell EMMA (Ergo-dynamic Moving Manikin) durch den Erkenntnistransfer aus Vorgängerprojekten von SimTech (EXC 310) für den Einsatz in den (teil-)autonom fahrenden Fahrzeugen der nächsten Generation weiterzuentwickeln. Der daraus entstehende Software-Prototyp EMMA4Drive wird als digitales Abbild des Insassen befähigt sein, Sicherheit und Ergonomie gleichermaßen bei Fahrmanövern unter dynamischen Lasten zu analysieren und zu bewerten. Dies erfordert modellreduzierte Simulationen der Wechselwirkungen zwischen menschlichem Weichgewebe und Fahrzeugsitz. Die entwickelten Methoden werden anhand von Validierungsexperimenten evaluiert.Das ITM hat bereits umfangreiche Vorarbeiten in den Bereichen aktive Menschmodellierung, Fahrzeugsicherheit und Modellreduktion geleistet. Das ITWM bringt in das Projekt Fachwissen über mehrkörperbasierte Menschmodellierung und Bewegungsoptimierung mittels Optimalsteuerung ein. Die Firma fleXstructures ist bisher verantwortlich für die Entwicklung, Wartung und den Vertrieb der Softwarefamilie IPS inklusive dem digitalen Menschmodells IPS IMMA. Bisher werden Menschmodelle entweder in Crash-Simulationen zur Abschätzung des Verletzungsrisikos oder in Ergonomieanalysen verwendet. Bei Crashanalysen werden detaillierte, rechenzeitintensive FE-Modelle für Berechnungen im Millisekundenbereich eingesetzt, die für die Simulation von dynamischen Fahrmanövern nicht geeignet sind, da hier längere Vorgänge simuliert werden müssen. Konträr dazu basieren Menschmodelle zur Ergonomieanalyse auf der vereinfachten Kinematik eines Mehrkörpermodells und ermöglichen bisher ausschließlich quasi-statische Untersuchungen. Realistische Haltungen und Bewegungen bei neuen Tätigkeiten lassen sich mit diesen Modellen nur mit viel Aufwand modellieren. Das am ITWM entwickelte prototypische Menschmodell EMMA ist hingegen in der Lage, durch einen Optimierungsalgorithmus automatisch neue Körperhaltungen und Bewegungsabläufe mit den dazugehörigen Muskelaktivitäten zu berechnen. Die geringe Anzahl an Freiheitsgraden (<300) und das zur Zeitintegration verwendete variationelle Integrationsverfahren liefern ein sehr effizientes Modell für eine stabile dynamische Simulation mit großen Zeitschrittweiten. EMMA4Drive ermöglicht eine vergleichsweise einfache Umsetzung neuer Bewegungsmuster und eine effiziente virtuelle Untersuchung von Sicherheit, Komfort und Ergonomie beim (teil-)autonomen Fahren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: fleXstructures GmbH
• Kooperationspartner: Dr.-Ing. Joachim Linn