Mit EMMA zu mehr Sicherheit

Entspannen, Arbeiten, Filme Schauen:  Wenn Autos erst einmal selbst fahren, können die Fahrer*innen den Weg zur Arbeit sinnvoll nutzen. Damit Ergonomie und Sicherheit dabei nicht zu kurz kommen, entwickeln Forschende der Universität Stuttgart, des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) sowie der Firma fleXstructures (beide Kaiserslautern) gemeinsam ein muskelaktiviertes Menschmodell, mit dem sich dynamisch simulieren lässt, wie sich Fahrmanöver auf die Wechselwirkungen von menschlichen Weichteilen und Fahrzeugsitz auswirken. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG fördert das Vorhaben im Rahmen der neuen Linie trilateraler Transferprojekte.

Die baden-württembergische Wissenschaftsministerin Theresia Bauer gratuliert den Projektpartnern: „Ich freue mich sehr, dass die Universität Stuttgart mit ihrem Projekt ‚EMMA4Drive – Dynamisches Menschmodell für das autonome Fahren‘ als eines von sechs Projekten durch die DFG und die Fraunhofer-Gesellschaft gefördert wird. Dies beweist einmal mehr die Transferstärke der Universität Stuttgart auch im Hinblick auf den Stuttgarter Weg – zukunftsweisende Forschung kommt hier direkt in die Anwendung und stärkt die Zusammenarbeit von Wissenschaft und Wirtschaft, welche wir auch als Land intensiv fördern und vorantreiben.“

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 Bereich von Millisekunden eingesetzt. Für die Simulation von dynamischen Fahrmanövern sind diese jedoch nicht geeignet sind, da hier längere Vorgänge simuliert werden müssen. Menschmodelle zur Ergonomieanalyse dagegen basieren auf vereinfachten Bewegungsmechanismen und ermöglichen bisher ausschließlich quasi-statische Untersuchungen. Realistische Haltungen und Bewegungen bei neuen Tätigkeiten lassen sich mit diesen Modellen nur mit viel Aufwand simulieren.

Will man die Erwartungen der Kunden beim (teil)autonomen Fahren verstehen, neue Nutzungsmöglichkeiten des Autos ausloten, das Vertrauen in die Technologie stärken und deren Sicherheit nachweisen, sind daher neue (Software-)Werkzeuge gefragt. Vor diesem Hintergrund will der Verbund um Apl. Prof. Jörg Fehr, Forscher im Exzellenz-Cluster "Daten-integrierte Simulationswissenschaft (EXC 2075, SimTech) und stellvertretender Leiter des Instituts für Technische und Numerische Mechanik (ITM) der Universität Stuttgart den Software-Prototyp EMMA4Drive schaffen, der als digitales Abbild des Insassen in der Lage ist, Sicherheit und Ergonomie gleichermaßen bei Fahrmanövern unter dynamischen Lasten zu analysieren und zu bewerten.

Hierzu sollen wissenschaftliche Erkenntnisse aus Projekten des Exzellenzclusters 310, dem Vorgänger des EXC 2075, in das muskelaktivierte Mehrkörper-Menschmodell EMMA (Ergo-dynamic Moving Manikin) transferiert werden und für den Einsatz in (teil-)autonom fahrenden Fahrzeugen der nächsten Generation weiterentwickelt werden. Das ITWM um Projektleiter Joachim Linn, bringt in das Projekt Fachwissen über mehrkörperbasierte Menschmodellierung und Bewegungsoptimierung ein. Das dort entwickelte prototypische Menschmodell EMMA ist durch einen Optimierungsalgorithmus in der Lage, automatisch neue Körperhaltungen und Bewegungsabläufe mit den dazugehörigen Muskelaktivitäten zu berechnen und liefert ein sehr effizientes Modell für eine stabile dynamische Simulation mit großen Zeitschrittweiten. Die Firma fleXstructures ist bisher verantwortlich für die Entwicklung, Wartung und den Vertrieb der Softwarefamilie IPS inklusive dem digitalen Menschmodells IPS IMMA.