Objektive Bewertung der Fahrerhaltung zur optimalen Pedalbetätigung durch die biomechanische Simulation mittels OpenSim

Advanced Research Project (ARP), Masterthesis

Hintergrund

In der Automobilindustrie wurden zahlreiche Studien über die Beziehung zwischen der Fahrerhaltung und der Diskomfort-Empfindung durchgeführt. Es gibt aber nur wenige Studien darüber, wie sich die Variation der Haltung auf die körperliche Leistung der Fahrtätigkeiten biomechanisch auswirken kann. Eine empirische Studie von Schmidt et al. [1] hat beispielweise den Einfluss von Schulterwinkeln und Ellbogenwinkeln auf die Lenkpräzision sowie -geschwindigkeit gezeigt. Dabei hat die biomechanische Analyse eine objektive Haltungsbewertung ermöglicht und eine optimalen Armenhaltung zur Fahrzeuglenkung festgelegt. Es besteht aber weiterhin Forschungsbedarf zur biomechanischen Analyse der unteren Extremitäten für die Pedalbetätigung beim Autofahren.

Das Ziel der Arbeit / des Projekts besteht darin, verschiedene Fahrerhaltungen mittels der Biomechanik-Software OpenSim [2] zu simulieren und zu analysieren, ob es bestimmte Winkelbereiche der betroffenen Gelenke für eine optimale körperliche Leistung zur Pedalbetätigung existieren.

Aufgabenstellung

1. Einarbeitung in die OpenSim anhand der Literatur.

2. Simulierung der Fahrpedalbetätigung und Notbremsung in mindestens fünf verschiedenen Sitzpositionen mit einem OpenSim Lower-Body Model anhand der Datensätze eines Realversuches.

3. Ermittlung der Belastung der Gelenke und der Beanspruchung der Muskulatur der unteren Extremitäten bei der Pedalbetätigung.

4. Festlegung der optimalen Winkelbereiche von Fuß, Knie und Hüfte bezüglich der Simulationsergebnisse.

5. Vergleich der Winkelbereiche mit der Literatur.

Beginn

Ab sofort. Geeignet für 1-2 Studierende.

Vorkenntnisse

Matlab oder Python wünschenswert.

Literaturverzeichnis

1. Schmidt, S., Seiberl, W., Schwirtz, A.: Influence of different shoulder-elbow configurations on steering precision and steering velocity in automotive context. Applied ergonomics. 46 Pt A, 176–183 (2015). https://doi.org/10.1016/j.apergo.2014.07.017.

2. Delp, S.L., Anderson, F.C., Arnold, A.S., Loan, P., Habib, A., John, C.T., Guendelman, E., Thelen, D.G.: OpenSim: Open-Source Software to Create and Analyze Dynamic Simulations of Movement. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 54, 1940–1950 (2007). https://doi.org/10.1109/TBME.2007.901024.