Virtuelle Menschmodelle ergänzen Crashtest-Dummys

Zur Verbesserung der Sicherheit von Fahrzeuginsassen werden seit Jahrzehnten Crashtests mit Dummys durchgeführt. Um aber das menschliche Schutzverhalten und die damit einhergehende angespannte Muskulatur mit einzubeziehen, setzt das Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut (EMI), zusätzlich virtuelle Computermodelle mit ein. So sollen realistischere Aussagen bezüglich des Verletzungsrisikos möglich sein.

Denn instinktiv bereiten sich nach Aussage des EMI die Insassen eines Fahrzeugs auf einen Unfall vor, spannen die Muskeln an, stützen sich am Lenkrad ab oder drücken das Bremspedal durch. Dieses Verhalten beeinflusse den Ausgang des Unfalls. Mit herkömmlichen Crashtest-Dummys lasse sich das menschliche Verhalten vor einem Crash nicht abbilden, denn sie verfügen über kein Reaktionsvermögen.

"Die Muskulatur hat einen großen Einfluss darauf, wie ein Fahrzeuginsasse kurz vor einem Unfall reagiert und wie sich der Körper während des Crashs verhält. Hier kann es zu gravierenden Abweichungen gegenüber steifen und kinematisch eingeschränkten Crashtest-Dummys kommen", erläutert Dr. Matthias Boljen, Wissenschaftler am Fraunhofer EMI.

Im Rahmen von sogenannten Finite-Elemente (FE)-Simulationen setzte der Wissenschaftler mit seinem Team bei den jüngsten Tests den Fokus auf die Muskelsteifigkeit. Untersucht wurden die Effekte von Änderungen der Muskelsteifigkeit auf die Kinematik der Insassen.

"Stützt sich ein Fahrer vor dem Aufprall auf dem Lenkrad ab, so verkürzt sich dabei nicht nur der Muskel, sondern der Muskel wird durch die Kontraktion steifer. In bisherigen FE-Simulationen zu einzelnen Muskeln und Muskelgruppen gesamter Menschmodelle wurde die Kontraktion völlig unberücksichtigt gelassen", so Boljen.

Niclas Trube, ein Kollege von Boljen, verwendete für seine Untersuchungen ein Menschmodell namens THUMS Version 5. Anhand vier verschiedener Steifigkeitszustände überprüfte er den Einfluss dieser Änderungen für einen simulierten Frontalcrash. Je nach Steifigkeitsgrad sind unterschiedliche Verletzungen bei einem Unfall zu erwarten, so das Ergebnis.

"Diese Erkenntnis könnte von großer Bedeutung für die Weiterentwicklung der Menschmodelle sein, insbesondere unter dem Aspekt des autonomen Fahrens. Fahrzeuginnenräume werden künftig neu gestaltet, daher müssen auch bestehende Konzepte zu Gurten und Airbags überdacht werden. Menschmodelle sind hier ein wertvolles Hilfsmittel", sagt Trube.

Das EMI sieht ein großes Anwendungsfeld für Menschmodelle, so auch für die Untersuchung von Unfallszenarien im Vorfeld oder aber auch für medizinische und ergonomische Fragestellungen. Geschaffen werden könnten Boljen zufolge auch virtuelle Abbilder, die sich experimentell nicht realisieren ließen, beispielsweise auch bei der Frage, wie sich Vibrationen von Werkzeugen auf den Anwender auswirken.