Menschmodelle bei niedrigen Beschleunigungen

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war das Studium von menschähnlichen Modellen bei niedrigen Beschleunigungen. Diese Modelle wurden in einer Mehrkörpersimulation (MKS) an zwei, in erster Linie stark verschiedenen Fragestellungen aus dem Bereich der Biomechanik getestet und mit Messungen verglichen. Um verschiedene Probanden beschreiben zu können, wurde ein skalierbares anthropometrisches Menschmodell entwickelt. Die erste Fragestellung beschäftigt sich mit der Beurteilung des Fahrkomforts, also der multimodalen Anregung des Mensch-Sitz-Modells durch stochastische Signale. Da es sich hierbei um MIMO-System (Multiple Input, Multiple Output) im Frequenzraum handelt, wurde zur Beschreibung der Eigenschaften des Modells eine 6 x 6 Matrix aus Transferfunktionen berechnet und gezeigt, dass diese Beschreibung trotz vorhandener Nichtlinearitäten in einem entsprechenden Definitionsbereich gültig ist. Ein zusätzliches Ergebnis dieser Matrixformulierung ist die Existenz von Nebendiagonalelementen, die durchaus von Bedeutung sind. Die zweite Fragestellung beschäftigte sich mit dem Hals-Wirbelsäulen-Schleudertrauma (HWS-Syndrom). Hierzu wurde das erste Modell um ein detaillierteres Hals-Wirbelsäulen-Modell erweitert und der gesamte Rest inklusive des Sitzes unverändert übernommen. Mittels der Einführung des NIC-Wertes (Neck Injury Criterion) als Gütefunktional wurden verschiedene aktive Verfahren zur Verminderung dieses Wertes getestet. Durch verschiedene Parametervariationen wurde der Einfluss der wichtigsten Faktoren aufgezeigt, um anschließend einen möglichen Verletzungsmechanismus zu beschreiben.

The intent of this work was the study of models similar to humans, exposed to low acceleration. The model was build as a multibody system (MBS) and was used in two different subjects of biomechanical questions. To describe different test persons, the model was developed as a scaleable anthropometric humanoid model. The first question was the evaluation of the ride comfort, meaning the ultimodal stimulation of the human-seat-model with stochastic signals. Due to the fact that this model is a MIMO-system (multiple input, multiple output) in the frequency domain, a 6 x 6 matrix consisting of transferfunctions was introduced and showed that despite of nonlinearities in the model this description is valid within a specific domain. An adittional result of the matrix description is the existence of the minor diagonal elements which are definitely necessary for the model. The second question concentrated on the whiplash injury. For this the first model was extended with a detailed cervical spine while the rest of the model inclusive the seat was retained. Using the NIC-value (Neck Injury Criterion) as a biomechanical quality index some evaluations were made to reduce that value. Some parameter variations were evaluated to reveal some basic factors and to describe a possible injury mechanism.