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SCHRIFTENREIHE NR. 135

Mathematische Nachbildungdes Menschen

- RAMSIS 3D Softdummy -

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Druckerei HenrichSchwanheimer Straße 11060528 Frankfurt am Main

Vervielfältigungen, auch auszugsweise, nurmit ausdrücklicher Genehmigung der FAT

Vorwort

Die Fahrerarbeitsplätze und Innsassenräume von Kraftfahrzeugen müssen so gestaltet sein, daß viel-fältige Anforderungen nationaler und internationaler Bau- und Sicherheitsvorschriften, z.B. betreffs'Direkter' und 'Indirekter Sicht1, Wirkung und Ausführung von Rückhaltesystemen usw., aber auch dieVorstellungen der Fahrzeugkäufer von einem funktionsgerechten Fahrzeug, z.B. mit bequemen Sitzen,übersichtlicher Anordnung von Bedienteilen, usw. erfüllt werden können.

Die in den 60er und 70er Jahren von der amerikanischen Society of Automotive Engineers und demDeutschen Institut für Normung entwickelten SAE- und DIN-Körperumrißschablonen und weitere'Ergonomiewerkzeuge' waren nicht mehr länger geeignet, ausreichende Unterstützung für die hoch-komplexe ergonomische und sicherheitsgerechte Auslegung von Insassenräumen zu leisten.

Die in der FAT zusammengeschlossenen Unternehmen der Automobilindustrie beschlossen deshalb1987, ein 3 D-CAD-Männer/Frauen-Simulationsmodell '3 D-Softdummy' zu entwickeln, das Oberflächeund Bewegungsverhalten von Menschen simuliert und in der Lage ist, in der 'CAD Fahrzeug-Entwick-lungswelt' von Automobil und Sitzherstellern zu agieren. Seit einigen Jahren wird das Modell unter demNamen 'RAMSIS' (Rechnergestütztes Anthropologisch-mathematisches Insassen-Simulationssystem)vermarktet.

Nach mehrjährigen intensiven Forschungs- und Entwicklungsarbeiten ist es gelungen, mit demRAMSIS das entsprechende mathematische Modell des Menschen zu entwickeln, das gegenüber derbis dahin eingesetzten Technik erhebliche Vorteile bietet:

- Die Nachbildung von Menschentypen unterschiedlichen Geschlechts, Größe, Statur(kurzbeinig/langbeinig) und Korpulenz - insgesamt 90 'Somatotypen' - ist möglich.

- Die Vermessung einzelner Menschen und der Übernahme deren Maße in dasSystem ist gewährleistet.

- Durch eine aufwendige mathematische Nachbildung des Menschen werden natürlicheBewegungsabläufe über sog. Gelenkketten abgebildet. Die Bestimmung der Reichweiten,

Sichtweiten und Bequemlichkeitsgrade ist möglich.

- Die Qualität der Auslegung des Kfz-Innenraums kann anhand von vorgegebenenBequemlichkeitskriterien bewertet werden.

- Innenraumkonstruktionen und konstruktive Änderungen hierzu können in ihren Aus-wirkungen bereits während der Entwurfsphase erkannt werden.

Der vorliegende Bericht bietet einen guten Überblick über die Voraussetzungen, die bei der Modellie-rung des Menschen und seines Bewegungsverhaltens zu berücksichtigen waren und gibt Einblick indie Struktur des RAMSIS Mensch-Modells und seines Verhaltens sowie Hinweise auf Bewertungen,Meß(Rechen-)ergebnisse, Animationsverfahren etc.

Gemeinsam mit dem Heft 123 aus der FAT-Schriftenreihe 'RAMSIS - ein System zur Erhebung undVermessung dreidimensionaler Körperhaltungen von Menschen zur ergonomischen Auslegung vonBedien- und Sitzplätzen im Auto' gibt diese Broschüre einen umfassenden Überblick über dasRAMSIS-Modell.

Die Durchführung und der erfolgreiche Abschluß des Projekts war nur über eine erfolgreiche Zusam-menarbeit der im FAT-AK 2 Unterausschuß '3-D Soft-Dummy' vertretenen Unternehmen möglich. DieAusschußmitglieder haben wesentlich zur Definition der Aufgabenstellung und zur Überprüfung dessachlichen Fortschritts sowie zum Austesten der Systeme beigetragen. Außerdem ist der wesentlicheAnteil der Entwicklungskosten zusätzlich zu den von der FAT bereitgestellten Mittel von den Unter-nehmen direkt aufgebracht worden.

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Die Arbeit wurde von der Teemath GmbH, Kaiserslautern, dem Institut für Ergonomie, UniversitätMünchen und dem Institut für Arbeitsmedizin, Katholische Universität Eichstätt, durchgeführt. Durchdie im engen Verbund der drei Forschungsnehmer, aber auch im Rahmen der übergreifenden Koope-ration zwischen den Forschungsnehmern, den Vertretern der Automobilindustrie und der FAT gelei-stete Arbeit ist es letztlich gelungen, das Projekt erfolgreich abzuschließen und daraus ein weltweitführendes Produkt zu machen.

Für den persönlichen Einsatz wird allen Bearbeitern, insbesondere den Institutsdirektoren Prof. Dr.Schmidtke und Prof. Dr. Bubb, dem geschäftsführenden Gesellschafter Dr. Krüger sowie den Mitglie-dern des Unterausschusses, die im Anhang namentlich genannt sind, ausdrücklich gedankt.

Frankfurt am Main, im Juli 1997

FORSCHUNGSVEREINIGUNG AUTOMOBILTECHNIK E.V. (FAT)

Inhaltsverzeichnis

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I. Zusammenfassung 1

1. Ziele und Rahmenbedingungen des Forschungsvorhabens 22. Ergebnisse 22.1 Forschungsaufgaben 22.2 Programmentwicklung 33. Résumée 4

II Das Forschungsprojekt 3-D Soft-Dummy 5

1. Ausgangssituation 52. Zielsetzung 73. Entwicklungsschritte 83.1 Das geometrisch-kinematische Modell 83.1.1 Das innere Modell 93.1.2 Das äußere Modell 103.2 Messung und Modellierung der Modelldaten 103.2.1 Anthropométrie 113.2.2 Haltung und Bewegung 123.2.2 Komfort 143.2.4 Gesundheitsbewertung 153.2.5 H-Punkt 153.3 Das CAD-Werkzeug 'RAMSIS' 173.3.1 Das geometrisch-kinematische Modell 173.3.2 Automatische Bewegungssimulation des Modells 183.3.3 Anthropometrische Datenbank 193.3.4 Analysefunktionen und Sichtsimulation 20

III Funktionale Beschreibung des RAMSIS-Kerns 21

1. Das Menschmodell 211.1 Das geometrisch-kinematische Modell 211.2 Die Körpermeßdaten 221.3 Das Haltungsmodell 261.4 Das Komfortmodell 271.5 Das Gesundheitsmodell 272. Manuelles und automatisches Bewegen 282.1 Manuelles Bewegen 282.2 Automatisches Bewegen 293. Analysefunktionen 323.1 Analysetabellen 323.2 Analysegeometrie 334. Geometriefunktionen 354.1 CAD-Schnittstellen 354.2 Erzeugung und Manipulationen von Geometrie 365. Makros 376. Hard-und Software 37

Anhang: Mitglieder des FAT-AK 2, UA'3-D Soft-Dummy1 39

Forschungsproj ekt

3D-Softdummy / RAMSIS

Schlußbericht

Dr. Hartmut Speyer

TECMATH GmbHSauerwiesen 2

D-67661 Kaiserslautern

TECMATH Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS20.12.1996 Schlußbericht sp/kl 61 C

I. ZUSAMMENFASSUNG

1. Ziele und Rahmenbedingungen des Forschungsvorhabens

Die umfassende Berücksichtigung von Forderungen aus dem Bereich der Ergonomie wirdheute zunehmend zu einem wesentlichen Kriterium für die Qualitätsbeurteilung von Objekten,die für den Menschen entworfen werden (Beispiele: Arbeitsplätze, Gebrauchsgüter usw.). Diesgilt in besonderem Maße für Automobile. Zu Beginn des Forschungsprojektes sahen sich dieEntwicklungsingenieure hier jedoch mit einer Aufgabe konfrontiert, für deren Erfüllungadäquate und hochentwickelte Werkzeuge weitgehend fehlen.

Um Maßnahmen zur Schließung dieser technologischen Lücke zu initiieren, wurde im Jahre1986 innerhalb des FAT AK-2 ("Der Mensch als Fahrzeugführer") ein Unterarbeitskreis mitdem Arbeitstitel "3D-SOFTDUMMY" gegründet. Nach einer internen Definitionsphase erhieltTECMATH, Kaiserslautern, zusammen mit IfE, München, im Jahre 1988 von diesemUnterarbeitskreis den Auftrag, ein CAD-adäquates Computer-Menschmodell zu entwickeln.Der Einsatzschwerpunkt wurde auf Anwendungen im Ergonomiebereich festgelegt. Fragen derCrash-Simulation wurden zwar nicht ausgeklammert, jedoch in eine eventuelle spätereProjektphase verwiesen.

Während der gesamten Laufzeit des Projektes bestand ein intensiver und fruchtbarer Kontaktzwischen den Forschungsnehmern und den Mitgliedern des Arbeitskreises. Beginnend im Jahr1990 wurde dieser Kontakt durch die Veranstaltung regelmäßiger RAMSIS-Anwendertreffenweiter vertieft. Die Ergebnisse der Diskussionen mit den RAMSIS-Anwendern sind direkt indie Entwicklung eingeflossen. Gleichzeitig wurde durch die Anwendertreffen sichergestellt,daß die Arbeitskreis-Mitglieder einen guten Informationsstand zu den vielfältigen RAMSIS-Entwicklungsdetails besitzen.

2. Ergebnisse

2.1 Forschungsaufgaben

Die im Rahmen des Projektes durchzuführenden Forschungsarbeiten sind vollständigabgeschlossen:

• Entwicklung des Computer-Menschmodells• Entwicklung adäquater 3D-Meßverfahren für Anthropométrie und Haltung• Entwicklung eines Verfahrens zur Ankopplung des Menschmodells an einen Fahrzeugsitz• Entwicklung einer anthropologischen Typologie und einer Haltungstypologie

TECMATH Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS20.12.1996 Schlußbericht sp/kl

• Entwicklung eines Prognosemodells für die säkulare Akzeleration• Entwicklung eines Komfortmodells zur Bewertung von Körperhaltungen• Entwicklung von Verfahren zum automatischen Positionieren des Modells• Entwicklung von Verfahren zur Haltungsoptimierung des Modells.

TECMATH und IfE haben in gemeinsamer Arbeit das CAD-adäquate 3D-MenschmodellRAMSIS konzipiert und implementiert. Unter Nutzung des Modells wurden neuartige undweltweit einmalige optische 3D-Meßverfahren für Anthropométrie und Haltung entwickelt(IfE). Die Anthropometriedaten wurden zu klassischen Daten in Verbindung gesetzt. Auf dieseWeise war eine Verknüpfung mit den umfangreichen Anthropometriedaten von Frau Prof.Greil und darauf aufbauend die Ableitung einer anthropologischen Typologie für RAMSISmöglich (IfE, TECMATH).

Ausgehend von Körperhaltungsdaten, die durch die Beobachtung von Probanden im Automobilbzw. in Fahrerständen mit dem Meßsystem gewonnen worden sind, wurde einHaltungswahrscheinlichkeitsmodell für Kfz-Fahrer entwickelt (IfE, TECMATH). DurchVerbindung mit einem komplexen nichtlinearen Optimierungsalgorithmus konnte einePrognosefunktion realisiert werden, mit deren Hilfe die zugehörige realistische Körperhaltungzu verschiedensten Aufgaben des Fahrers berechnet werden kann (TECMATH).

Als dritte Modellkomponente wurde ein Komfortmodell entwickelt, das die Bewertung vonHaltungen des Modells unter dem Aspekt des (Haltungs-)Komforts gestattet (IfE, TECMATH).

Das Komfortmodell wurde auf ausdrücklichen Wunsch der Arbeitskreismitglieder um einzusätzliches Modell zur Gesundheitsbewertung der Wirbelsäulenhaltung ergänzt (IfE). DieseErgänzung ist außerordentlich hilfreich für den RAMSIS-Anwender, weil für den RückenKomfort und Gesundheit sich widersprechende Optimierungsziele darstellen.

2.2 Programmentwicklung

Die erste produktiv nutzbare Version von RAMSIS wurde mit RAMSIS 1.0/1.1 im Dezember1992/Januar 1993 ausgeliefert (TECMATH). Sie enthielt bereits nahezu die vollständigeRAMSIS-Benutzeroberfläche. Die noch bestehenden Lücken wurde inzwischen geschlossen.

In der Folgezeit wurde diese Version kontinuierlich abgerundet, verbessert und erweitert(TECMATH). Zum Ende der Projektlaufzeit waren alle für ein sinnvolles Arbeiten mitRAMSIS erforderlichen Funktionen verfügbar:

• Computer-Menschmodell als Mann oder Frau• anthropologische Typologie und Akzelerationsmodell• anthropometrischer Editor zur freien Konfigurierung der Körpermaße des Modells

T E C M A T H Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS20.12.1996 Schlußbericht sp/kl C1 C

• H-Punkt als notwendige Voraussetzung einer Simulation des Sitzens im KfZ• umfangreicher Aufgaben-Editor zur Definition der zu simulierenden Fahreraufgabe• automatische Haltungssimulation• Komfort- und Gesundheitsbewertung• Analysefunktionen (Gurtberechnung, Sichtsimulation, Greifraumberechnung,. . . )• Archivfunktionen• Schnittstellen zum Datenaustausch mit CAD-Systemen (VDAFS, VDAIS)

Abb. 1: RAMSIS-Menschmodell in einer Fahrzeug-Umgebung

3. Resümee

Der Entwicklungsstand im Projekt 3D-SOFTDUMMY/RAMSIS nach Abschluß des Projektesist sehr zufriedenstellend. Alle Forschungsarbeiten konnten erfolgreich abgeschlossen werdenund haben Eingang in entsprechende Modellierungen bzw. Funktionen in RAMSIS gefunden.

Der hohe erreichte Entwicklungsstand spiegelt sich besonders auch darin wieder, daß RAMSISheute (Ende 1996) das weltweit führende System zur Simulation und Bewertungergonomischer Fragestellungen bei der Entwicklung von Fahrzeuginnenräumen ist.

RAMSIS hat insbesondere Eingang in die Package-Entwicklung bei den beteiligtenArbeitskreisfirmen gefunden. Er leistet dort einen wichtigen Beitrag zur Kosteneinsparungdurch die zeitliche Vorverlagerung von Ergonomie-Analysen und den (teilweisen) Ersatz vonMock-Ups durch Rechnersimulation.


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II. DAS FORSCHUNGSPROJEKT 3D-SOFTDUMMY

1. Ausgangssituation

Die frühzeitige Integration ergonomischer Fragestellungen in der Konstruktionsprozeß einesArbeitsplatzes erfordert ein Konstruktionsmittel, mit dessen Hilfe der agierende Mensch in derKonstuktionsumgebung simuliert und bewertet werden kann. In den vergangenen Jahrzehntenhaben sich Schablonen-Darstellungen des Menschen in diesem Sinne bewährt (DIN-Schablone,Bosch-Schablone, SAE-Schablone, ... ). Sie unterstützten die zweidimensionale Auslegungeines zu konstruierenden Arbeitsplatzes bzw. Werkzeuges. Während sich aber derEntwicklungsprozeß der Maschinen durch den Einsatz von 3D-Konstruktionssystemen (CAD)wesentlich verbessert und beschleunigt hat, sich die menschähnlichen Konstruktionshilfsmittelweitgehend auf der Stufe zweidimensionaler Schablonen stehengeblieben.

Abb. 2: Das Problem der Dimension: DIN-Schablone und CAD

Ergonomische Analysen eines dreidimensional konstruierten Arbeitsplatzes mit Hilfe solcherSchablonen durchführen zu müssen, stellt den Konstrukteur vor schwierige, in einer Vielzahlvon Aufgabenstellungen sogar unlösbare Probleme.

Beispiel:Bei der Bewegung zum Schalthebel verlassen Hand und Arm die Projektionsebene für dieSeitenansicht und erscheinen daher in der Seitenansicht verkürzt. Der Arm einer Schablone,die die Seitenansicht eines Menschen repräsentiert, kann aufgrund der notwendigzweidimensionalen Kinematik ausschließlich parallel zu der Projektionsebene bewegtwerden. Aus diesem Grunde erfährt er keine Verkürzung, wenn die Hand der Schablone (inder Seitenansicht) zum Schalthebel geführt wird. Folglich stimmt die mit Hilfe derSchablone erreichte Darstellung nicht mit der Realität überein!

TECMATH Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS .20.12.1996 Schlußbericht sp/kl C1 C

Neben dieser grundsätzlichen Diskrepanz zwischen den Konstruktionsdimensionen sind dieverfügbaren Schablonen auch hinsichtlich ihrer anthropometrischen Auslegung sowie ihrerergonomisch richtigen Nutzung umstritten.

Aus heutiger Sicht gibt es besonders vier Gründe, die eine einfache Übertragungherkömmlicher Schablonen auf ein Computersystem als nicht sinnvoll erscheinen lassen:

• Körpermaße:Die Abmessungen der herkömmlichen Schablonen reflektieren nicht die zwischenunterschiedlichen Körpermaßen realer Personen bestehenden Korrelationen. Stattdessenwurden für die Schablonen verschiedene Körpermaße von Versuchspersonen unabhängigvoneinander statistisch analysiert und das Schablonenmodell dann aus gleichen Perzentilender Einzelmaße zusammengesetzt (z. B. besitzt die 95-Perzentil-Schablone in jedemKörperteil das 95. Perzentil des zugehörigen Körpermaßes), Durch diesen Prozeß entstehtjedoch eine Kunstperson, die in der Realität nicht existiert. Beispielsweise zeichnet sich einereal große Person (z. B. mit der 95-Perzentil-Körperhöhe) dadurch aus, daß sieüberproportional lange Beine und einen dazu vergleichsweise kurzen Oberkörper besitzt.

• Kinematik:Ein angemessenes kinematisches Modell ist eine notwendige Voraussetzung für die korrekteSimulation menschlicher Haltungen und Bewegungsabläufe. Wie das obige Beispiel zeigt,führt die Reduktion der Kinematik auf ein ebenes Modell eindeutig zu einer unzureichendenDarstellung.

• Körperhaltung:Bei der Nutzung einer Schablone erfolgt das Einstellen einer Körperhaltung entweder durchdas "künstlerische Empfinden" des Konstrukteurs oder durch die Vorgabe eines festenHaltungswinkelsatzes (z. B. DIN und SAE). Da aber eine Körperhaltung durch dasZusammenspiel einer großen Anzahl von Körpergelenken entsteht und sehr stark von dergestellten Aufgabe abhängt, ist ein Verfahren notwendig, das aus einer zu konstruierendenUmgebung heraus physiologisch reale Körperhaltungen zu gegebenen Aufgabenprognostizieren kann.

• Komfortempfindung:Ein weiteres Manko herkömmlicher Schablonen liegt darin, daß sie dem Konstrukteurkeinen Aufschluß über die ergonomische Qualität seiner Entwicklung geben. Er ist nicht inder Lage das Komfortempfinden, das seine Konstruktion bei realen Personen hervorruft, zubeurteilen bzw. quantitativ zu beschreiben.


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2. Zielsetzung

Um Maßnahmen zur Schließung dieser technologischen Lücke zu initiieren, wurde im Jahre1986 innerhalb des FAT AK-2 ("Der Mensch als Fahrzeugführer") ein Unterarbeitskreis mitdem Arbeitstitel "3D-S0FTDUMMY" gegründet. Mitglieder des Unterarbeitskreises waren(und sind) die Automobilfirmen Audi, BMW, Ford, Mercedes-Benz, Opel, Porsche undVolkswagen sowie die beiden Sitzhersteller Keiper-Recaro und (seit 1992) Naue EngineeringGmbH/ Johnson Controls.

FAT

Automobilindustrie und Zulieferer

Unterausschuß "3D-Softdummy"{ Vorsitz: Dr. R. Fritz, Porsche )

Audi, BMW, Ford, Mercedes-Benz, Opel,Porsche, Volkswagen,

Keiper-Recaro, Johnson Controls

TECMATH

IfE - München

Abb. 3: Auftraggeber und Forschungsnehmer der RAMSIS-Entwicklung

Nach einer internen Definitionsphase startete dieser Unterarbeitskreis im Jahre 1988 dasForschungsprojekt 3D-SOFTDUMMY mit dem Ziel, ein dreidimensionales CAD-adäquatesComputer-Menschmodell zu entwickeln, um die klassischen Schablonen beiErgonomieanwendungen durch ein zeitgemäßes und hochflexibles Werkzeug zu ersetzen.Forschungsnehmer war die TECMATH GmbH, Kaiserslautern, in Zusammenarbeit mit IfE,München, dem Lehrstuhl für Ergonomie der TU München und der Professur fürArbeitswissenschaften der KU-Eichstätt.

Der vollständige Umfang der Fragestellungen, die im Projekt bearbeitet werden sollten, wurdein einem detaillierten Projektplan niedergelegt, der zwischen den Arbeitskreismitgliederneinerseits und TECMATH andererseits abgestimmt wurde. Wesentlicher Schwerpunkt desProjektes war die Entwicklung des Computer-Menschmodells. Auch der Bereitstellung derzugehörigen aktuellen Daten wurde sehr hohe Bedeutung beigemessen. Dies gilt umso mehr,


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als Anthropometriedaten infolge der säkularen Akzeleration veralten. Als Anwendungsbereichwurde primär die Ergonomie des Fahrzeuginnenraumes festgelegt. Fragen der Crash-Simulation wurden zwar nicht ausgeklammert, jedoch in eine eventuelle spätere Projektphaseverwiesen.

Das Forschungsprojekt "3D-Softdummy"

R echnergestütztes

A nthropologisches

Mathematisches

S ystem zur

I nsassen

S imulation

Das Meßsystem RAMS1S

Anthropométrie

Haltung

Komfort

Das CAD-Werkzeug

RAMSIS

Typenvielfalt

Haltungsberechnung

Komfortbewertung

Analysealgorithmen

Abb. 4: Schwerpunkte der Forschungsarbeiten bei TECMATH und IfE

3. Entwicklungsschritte

3.1 Das geometrisch-kinematische Modell

Am Anfang des Projektes stand das Problem, eine Menschmodell zu definieren, dashinreichend komplex und flexibel sein mußte, um den vielfältigen Anforderungen aus demProjekt und eventuell folgenden Entwicklungsschritten gerecht werden zu können. Gleichzeitigsollte das Modell natürlich möglichst einfach und überschaubar sein, um seine praktischeNutzbarkeit nicht zu gefährden und den Aufwand bei der Datengewinnung soweit wie möglichzu begrenzen.

Um hier einen optimalen Kompromiß finden zu können wurden parallel Gespräche mitOrthopäden über die funktioneile Anatomie des Menschen geführt und Erkenntnisseausgewertet, die in einem Entwicklungsprojekt gesammelt worden waren, in dem TECMATHin den Jahren zuvor ein Computer-Menschmodell für die AUDI AG entwickelt hatte. Auchdieses Menschmodell war für Ergonomie-Anwendungen entwickelt worden und besaß bereits


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einige wichtige Eigenschaften, die auch in dem neuen Projekt gefordert waren (z. B. dieautomatische Prognose von Körperhaltungen).

InneresModell Äußeres

Modell

Abb. 5: RAMSIS-Skelettmodell und -Hautmodell

Aufgrund der Erkenntnisse aus diesen Analysen wurde das RAMSIS Menschmodell analog derStruktur des menschlichen Körpers in zwei Ebenen aufgebaut:• ein inneres Modell ("Skelett") und• ein äußeres Modell ("Haut").Wie beim Menschen wird die äußere Erscheinung des Menschmodells durch eine "Haut" undseine Beweglichkeit durch ein "Skelett" bestimmt.

3.1.1 Das innere Modell

Das innere Modell erfüllt wie das menschliche Skelett eine Gerüstfunktion. Gleichzeitig ist esder Träger der Modellkinematik. Auf Basis der oben beschriebenen Analysen konnte einAufbau eines inneren Modells gefunden werden, der einen sehr guten Kompromiß zwischenden folgenden konträren Anforderungen darstellt:• Verankerung aller wesentlichen Haltungs- und Bewegungsmerkmale im inneren Modell,• Begrenzung der Zahl der Gelenke und deren Freiheitsgrade auf das geringstmögliche Maß,

um die für Bewegungen des Manikins notwendige Rechenzeit gering zu halten.

Als ein Beispiel für die hier notwendige Suche nach einem bestmöglichen Kompromiß mag dieModellierung der Wirbelsäule gelten: Die menschliche Wirbelsäule besteht aus 24 einzelnenWirbeln (sowie dem kinematisch irrelevanten Kreuz- und Steißbein). Die Analyse zeigte, daßdie im Audi-Projekt vorgenommene Modellierung der Wirbelsäule durch drei Segmente nicht

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ausreichend ist, wenn eine gleichmäßig gute Nachbildung menschlicher Körperhaltungen durchdas Modell sicherzustellen ist. Auf der anderen Seite führt eine individuelle Modellierung jedeseinzelnen Wirbels zu einer unnötig hohen Anzahl von Rumpf-Freiheitsgraden. Im RAMSIS-Modell wird daher eine sechselementige Wirbelsäule als optimaler Kompromiß verwendet.

In Erweiterung des menschlichen Skeletts wurde das innere Modell von RAMSIS um einensogenannten Sehstrahl für die Sichtsimulation ergänzt. Der Sehstrahl zeigt die Blickrichtungdes Manikins an. Sein Ursprung befindet sich daher im aktuell gewählten Auge desMenschmodells (rechtes Auge, linkes Auge oder künstliches "Mittenauge"). Der Endpunkt desSehstrahles markiert den Fixationspunkt, also den Punkt im Raum, auf den das Manikin aktuellschaut. Beim Umschalten von einem Auge auf ein anderes wird ausschließlich derAnfangspunkt des Sehstrahles verändert. Der Endpunkt bleibt entsprechend seinerInterpretation im Raum fest. Für Veränderungen der Blickrichtung wird das jeweilig gesetzteAuge wie ein Gelenk des Sehstrahls behandelt.

3.1.2 Das äußere Modell

Das äußere Modell bildet die Körperoberfläche nach. Im Gegensatz zu bereits existierendenMenschmodellen wird bei RAMSIS die Körperoberfläche nicht mit Hilfe von starren,geometrisch einfach Objekten (prismatische Körper, Elipsoide, ...) realisiert, sondern durcheine aufwendige, variable Steuerung eines Kontrollpunktenetzes. Dabei wird eine große Anzahlvon Stützpunkten (im Standardmodell ca. 1100) an das innere Modell angeheftet. DieseBefestigung erfolgt aber nicht fest, sondern ist abhängig von der aktuellen Gelenkstellung. DieModelloberfläche entsteht aus dem Kontrollpunktenetz durch einen Oberflächengenerator, derje nach gewünschter Modellierungsfeinheit von einer stückweise linearen Interpolation bis zuPolynom- und Splineflächeninterpolationen variiert werden kann.

Der Vorteil dieses Konzeptes gegenüber anderen Modellen liegt vor allem in der wesentlichverbesserten Hautnachbildung in den Gelenkbereichen. Zukünftig könnte mit diesem Konzeptauch die Variation großer Weichteil-Körperbereiche in Abhängigkeit der Körperhaltungrealisiert werden (z. B. Bauchverdickung bei Sitzhaltungen).

3.2 Messung und Modellierung der Ergonomiedaten

Da die in der Literatur zugänglichen Daten nicht ausreichten, um ein Modell mit einem derartumfassende Anwendungs- und Leistungsspektrum zu definieren, wie es im Rahmen desForschungsprojektes 3D-SOFTDUMMY geplant war, mußten für RAMSIS neueMeßmethoden entwickelt werden. Diese Meßmethoden sind in der Lage, modelladäquate, d.h.dreidimensionale, direkt auf das CAD-System übertragbare Daten zu erheben. Neben derBestimmung der Körpermaß müssen Haltungen, Bewegungen und die damit verbundeneHaltungskomfortempfindung ermittelt werden. Durch Anwendung statistischer Verfahren auf


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die gewonnen Daten konnten eine CAD-adäquate Personen-, Haltungs-, und Komforttypologie,extrahiert weden. Daneben wurde die Ankopplung von RAMSIS an die weltweit verfügbarenanthropometrischen Literaturdaten über eine offene Schnittstelle realisiert.

HAMSIS Meßsystem VO. 1 ! • [ •] [)atel Bearbeiten Anthropométrie Haltung Kameraparameter

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Abb. 6: RAMSIS-Meßkonzept am Beispiel der Anthropometrie-Messung

Die grundlegend neue Idee, die das RAMSIS-Meßkonzept von vergleichbaren Systemenunterscheidet, besteht darin, das Menschmodell selbst als Meßwerkzeug zu benutzen. Dasdabei angewandte Verfahren besteht aus drei grundsätzlichen Schritten und wird bei deranthropometrischen Vermessung sowie der Haltungs- und Bewegungsanalyse in ähnlicherWeise angewandt:1. Die Versuchsperson wird unter Zuhilfenahme von elektronischen Kameras aufgezeichnet

und die Bilder in eine für den Rechner lesbare Form gebracht (digitalisiert).2. Das dreidimensionale Menschmodell wird im Rechner mit den Parametern der

Aufnahmekameras auf korrespondierende Bildebenen abgebildet.3. Die gesuchten Größen werden solange am Menschmodell verändert, bis sich die

Abbildungen von Versuchspersonen und Rechnermodell gleichen.

3.2.1 Anthropométrie

Messung

Das berührungslose Anthropometriemeßsystem fotografiert die Versuchsperson in Vorder- undSeitenansicht mit zwei elektronischen Kameras. Die Versuchsperson hat dabei eine Anzahl vonausgewählten Körperhaltungen einzunehmen. Die Aufnahmen werden in den Rechner


eingelesen und dort mit der Abbildung des CAD-Menschmodells überlagert. Im Zuge dereigentlichen Vermessung erfolgt eine Veränderung der Körperteillängen, -dicken und -umfangedes Menschmodells solange, bis eine vollständige Überdeckung der Versuchspersonaufnahmedurch das Menschmodell erreicht ist. Durch Auswertung der verschiedenen Körperhaltungeneiner Person kann die Lage der kinematischen Drehpunkte der einzelnen Körperelementebestimmt werden.

Modellierung

Die durch die berührungslose Vermessung gewonnenen Anthropometriedaten sowie derZugriff auf den riesigen anthropometrischen Datenumfangs der ehemaligen DDR durchZusammenarbeit mit Frau Prof. Greil haben gezeigt, daß drei unabhängige, dieKörperproportionen überwiegend beeinflussende Merkmale existieren. Mit Hilfe dieserTypmerkmale (Körpergröße, Korpulenz und Proportion (Verhältnis zwischen Rumpflänge undKörpergröße)) gelingt es, jede Person in realistischer und gleichzeitig sehr kompakter Weiseanthropometrisch zu charakterisieren.

Die Betrachtung anthropometrischer Daten über ein Zeitfenster von 40 Jahren erlaubte inVerbindung mit einer Extrapolationsberechnung die Modellierung der Akzeleration (derZunahme der durchschnittlichen Körpergröße der Gesamtbevölkerung über der Zeit). Diefestgestellte Akzelerationsrate beträgt im Mittel ca. 18 mm pro Dekade für Männer und 12 mmpro Dekade für Frauen. Da gegenwärtig noch immer keine gesicherten Erkenntnisse über dieUrsachen und Wirkmechanismen existieren, die für die Akzeleration verantwortlich sind, wirdin dem Akzelerationsmodell von einer konstanten, aber geschlechtsspezifisch unterschiedlichenAkzelerationsrate ausgegangen. Der Extrapolationszeitraum geht bis zum Jahr 2010.Weitergehende Extrapolationen sind auf der Basis der gegenwärtigen Erkenntnisse seriös nichtmöglich.

3.2.2 Haltung und Bewegung

Messung

Bei der dreidimensionalen Haltungsanalyse wird die zu vermessende Person aus bis zu vierbeliebigen Kamerapositionen ebenfalls mit Videokameras aufgenommen. Die Anpassung desMenschmodells an die Haltungsaufnahmen erfolgt interaktiv durch die Variation derKörperhaltungswinkel, bis eine vollständige Überlagerung des Menschmodells und derKameraaufnahmen erreicht ist.

Durch ein ebenfalls im Rahmen dieses Forschungsprojektes entwickeltes Verfahren zurbildgenauen Zerlegung beliebiger Videosequenzen wurde das Haltungsanalysesystem für die


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Bewegungsanalyse erweitert. Dabei wird die Bewegung einer Person wieder mit bis zu vierbeliebig positionierten Kameras aufgenommen und das mit einem Time-Code markierteVideosignal auf Hi8-Recorder aufgezeichnet. Eine computergesteuerte Videoeinheit zerlegt dieBildinformation jedes Videobandes in eine zeitgenaue Folge von Einzelbildern, die bei Analysemit dem Haltungsmeßverfahren eine Abfolge von Körperhaltungen - und damit einenBewegungsablauf - ergeben.

Modellierung

Die Erhebung von Haltungsdaten für RAMSIS erfolgte auf drei Fahrerständen. Neben derHaltungsmessung in Fahrerhaltung (bei variierter Lage von Pedalerie, Lenkrad und Sitz)wurden weitere für das Kraftfahrzeug typische Aufgaben in den Versuchsumfangaufgenommen. Dazu zählten Umblicks- und Erreichbarkeitsuntersuchungen ebenso wie derEin- und Ausstiegsvorgang in einen PKW.

Simulation

Berechnung desHaltungsmodells Aufgabenabhängige

Haltungsprognose

Untersuchungen beiunterschiedlichen

AufgabenWahrscheinlichkeits-

verteilung derGelenkfreiheitsgrade

Abb. 7: RAMSIS-Haltungsmodell zur Prognose realistischer Haltungen

Durch eine statistische Analyse der so gewonnenen Haltungsdaten konnte für jedesKörpergelenk die mehrdimensionale Haltungswahrscheinlichkeitsverteilung bezogen auf dieverschiedenen betrachteten Aufgaben gewonnen werden.. Die Gesamtheit dieserWahrscheinlichkeitsverteilungen Informationen macht es möglich, realistische Fahrerhaltungenvon weniger realistischen zu unterscheiden. Sie stellt daher die wesentliche Information dar,


aufgrund derer RAMSIS in der Lage ist, reale Körperhaltungen von Personen in einemFahrzeug zu prognostizieren (vgl auch das Kapitel "Haltungssimulation" weiter unten).

3.2.3 Komfort

Messung

Die Komfortmessung erfolgte auf einem Fahrerstand, der von der Audi AG bereitgestelltworden war. Mit Hilfe einer motorgesteuerte Variation der relativen Lage von Pedalerie, Sitzund Lenkrad in diesem Fahrerstand konnte fast jedes Fahrzeug im Bereich von Sportwagen biszu Klein-LKWs in seinen Abmessungen simuliert werden. Zusätzlich erfolgte eine Aufrüstungum eine Sicht- und Akustiksimulation.

Bei der RAMS IS-Komfortvermessung wurden den Versuchspersonen drei unterschiedlicheFahrzeugkonzepte vorgegeben, die etwa dem typischen Package eines Kleinbusses, einesMittelklassewagens und eines Sportwagens entsprachen. In jeder Einstellung war eine zehn- bisfünfzehnminütige Fahraufgabe zu absolvieren, während der eine dreidimensionale Vermessungder Körperhaltung erfolgte. Korrespondierend zu den Haltungsexperimenten wurde dasKomfortempfinden der Versuchspersonen mittels psychologischer Befragung erfaßt. Ein dazuentwickelter spezieller Fragebogen (nach Krist) ermittelte das Komfortempfinden derVersuchspersonen in standardisierter Weise.

Zusätzlich absolvierte eine reduzierte Auswahl von Versuchspersonen eine Serie vonLangzeitversuchen (Fahrprogramm über vier Stunden), durch die Komfort- undKörperhaltungsveränderung über größere Zeiträume geklärt werden sollten.

Modellierung

Die Fragebogenergebnisse jeder Versuchsperson wurden zu den korrespondierendenKörperhaltungen statistisch in Bezug gesetzt. Hierdurch konnte ein mathematischerZusammenhang zwischen der Körperhaltung der Person und ihrem Komfortempfindenbezogen auf unterschiedliche Körperteile gewonnen werden. Erwartungsgemäß wird jederKörperteil hinsichtlich des Komfortempfindens nur durch wenige spezifische Gelenkebeeinflußt. Allerdings wirken sich bei einigen Körperteilen auch "entfernte" Gelenke auf dasKomfortempfinden aus. Diese zunächst überraschende Erkenntnis hat ihre Ursache vermutlichin Ausgleichsbewegungen, mit deren Hilfe Verspannungen in einer Region des Körpers unterUmständen auf andere Körperteile übertragen werden.

Durch Nutzung des gefundenen Zusammenhangs zwischen Haltung und Komfortempfindenkann nun in RAMSIS für jede (sinnvolle) Körperhaltung eine Prognose hinsichtlich des zu

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erwartenden Haltungskomforts gegeben werden. Der Konstrukteur ist somit in der Lage,Variationen seines konstruktiven Entwurfs und die hierdurch verursachten Haltungsänderungensofort hinsichtlich ihrer ergonomischen Qualität quantitativ zu beurteilen.

3.2.4 Gesundheitsbewertung

Modellierung

Bekanntermaßen besteht beim Sitzen im Bereich des Rumpfes ein Widerspruch zwischenbequemen und gesunden Körperhaltungen: Eine bequeme Sitzhaltung zeichnet sich durch einenentspannten runden Rücken aus. Das Becken rotiert dabei weit nach hinten, und dieWirbelsäule weist eine weitgehend gleichmäßige Krümmung auf. Eine gesunde Sitzhaltungverlangt dagegen einen aufrechten Rücken ähnlich der Situation beim Stehen. Das Beckenbleibt dabei im wesentlichen aufrecht, und die Wirbelsäule behält die für die Stehhaltungtypische Doppel-S-Form (zweifacher Wechsel der Krümmungsrichtung). Um diesenWiderspruch für den Anwender transparent zu machen, wurde neben der Komfortbewertungdes Rückens auch ein Modell für die Gesundheitsbewertung von Wirbelsäulenhaltungenentwickelt und implementiert.

Für dieses sogenannte "Gesundheitsmodell " wurden keine neuen Daten erhoben. Vielmehrwurde auf Erkenntnisse zurückgegriffen, die schwedische Wissenschaftler zum Mechanismusder haltungsinduzierten Wirbelsäulenschädigung gewonnen und publiziert haben. Danach istdie Schädigung die Folge einer überhöhten Belastung der Zwischenwirbelscheiben, welchesowohl durch das Tragen schwerer Lasten als auch durch eine ungünstige Körperhaltungverursacht werden kann. Im Gesundheitsmodell wird ausschließlich der Einfluß der Haltungauf die Wirbelsäulenbelastung berücksichtigt.

3.2.5 H-Punkt

Das innere und das äußere Modell von RAMSIS repräsentieren ausschließlich geometrischeund kinematische Eigenschaften des Menschen. Dynamische Eigenschaften wie etwa dieMasse einzelner Körperteile, Aktionskräfte des Menschen sowie die Reaktion des Körpers aufvon außen einwirkende Kräfte fanden während der Laufzeit des Forschungsprojektes 3D-SOFTDUMMY noch keine Berücksichtigung. Vor diesem Hintergrund war ein schlüssiges undhinreichend genaues Verfahren für die Ankopplung des Manikins an einen Fahrzeugsitz zurealisieren.

In Abstimmung mit den Arbeitskreismitgliedern wurde dieses Verfahren in Anlehnung an dieaktuell für Schablonen eingeführte Vorgehensweise (SAE) definiert. Das Verfahren nach SAEfunktioniert rein geometrisch: Im ersten Schritt wird mit Hilfe der H-Punkt-Meßmaschine


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(SAE J 826) ein sitzfester Bezugspunkt ermittelt. Soll anschließend im CAD oder auf demZeichenbrett die Schablone auf diesen Sitz plaziert werden (in der Seitenanscht), so wird siesolange verschoben, bis ihr Hüftgelenk mit dem Sitzbezugspunkt zusammenfällt.

Eine derartige geometrische Prozedur war auch für RAMSIS realisierbar. Allerdings bestandseitens der Forschungsnehmer ein gewisses Mißtrauen gegenüber einer unkritischenÜbernahme des Mittelpunktes der Strecke vom rechten zum linken Hüftgelenk("Hüftzentrum") als relevantem Bezugspunkt am RAMSIS Manikin.

Messung

Mit dem Anthropométrie- und dem Haltungsmeßsystem stand eine geeignete Ausrüstung zurVerfügung, um die Relation zwischen Hüftzentrum und Sitzbezugspunkt bei realenVersuchspersonen in einem realen Sitz zu untersuchen.

Die zunächst anthropometrisch aufgenommenen Versuchspersonen mußten anschließend ineinem Fahrzeugsitz Platz nehmen, dessen Bezugspunkt-Koordinaten bekannt waren. Für jedeVersuchsperson wurde mit Hilfe des Haltungsmeßsystems die relative Lage vonSitzbezugspunkt und Hüftzentrum erfaßt. Tatsächlich zeigte sich, daß in der Regel der Fälleeine Abweichung ("Offset-Vektor") zwischen beiden Punkten besteht.

Meßsystem

Offset desHüftzentrumszum SAE-SgRP

Statistische Analyse

• Körperhöhe• Gewicht•

Offset

i ?i

Taillenumfang, ...

Abb. 8: Messung und Modellierung der H-Punkt-Lage

TECMATH Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS20.12.1996 Schlußbericht sp/kl C l t e

Modellierung

In der anschließenden Auswertung wurden diese Daten einer statistischen Analyse in Bezug aufverschiedenste mögliche Einflußfaktoren (Lehnenneigung, Körpergröße, Korpulenz, ... )unterzogen. Die einzige Größe, für die ein signifikanter Einfluß nachgewiesen werden konnte,war die Korpulenz der Person, charakterisiert durch das Körpergewicht oder denTaillenumfang.

Als Konsequenz wurde das RAMSIS-Modell um einen sogenannten "H-Punkt" erweitert. Diesist der Punkt am Manikin, der bei der translatorischen Festlegung des Manikins relativ zumSitz auf den Sitzbezugspunkt gelegt werden muß. Entsprechend der gefundenen Abhängigkeitvariiert die Lage dieses Punktes relativ zum Hüftzentrum in Abhängigkeit vom Taillenumfangdes Modells.

3.3 Das CAD-Werkzeug RAMSIS

Die im Rahmen der skizzierten ergonomischen Untersuchung gewonnen Daten mußten ingeeigneter Weise in ein einfach zu nutzendes CAD-Werkzeug umgesetzt werden. Dies geschahdurch die Entwicklung des Ergonomie-Systems RAMSIS.

Herzstück von RAMSIS ist das Menschmodell einschließlich des zugehörigen Modellarchivsfür Haltung und Komfort sowie die anthropometrische Datenbank. Um diesen Kern gruppierensich verschiedene Programmteile, durch die RAMSIS erst zu einem funktionalen Werkzeug fürden Anwender wird.

Der Im- und Export der Konstruktionsumgebung aus dem jeweils verwendeten CAD-Systemerfolgt über VDAFS- und IGES-Schnittstellen. Einfache Geometrieelemente können auch inRAMSIS erzeugt werden. Auch Veränderungen der Umgebungen durch Verschieben oderDrehen von Objekten sind innerhalb von RAMSIS möglich.

Als Hardwareplattformen werden die UNEX-Workstations der Hersteller SUN, HP und SGIunterstützt. Bei Bedarf können Versionen für weitere Plattformen realisiert werden. Zusätzlichwurde RAMSIS in verschiedene CAD-Systeme direkt implementiert.

3.3.1 Das geometrisch-kinematische Modell

Bei der Implementierung des Menschmodells wurde besonderer Wert auf Modularität und dieTrennung von Modell und Daten gelegt. Durch beide Maßnahmen ist sichergestellt, das dieFeinheit des Modells mit überschaubarem Aufwand und insbesondere ohne die Notwendigkeitvon Programmänderungen dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden kann. Diese


Designentscheidung hat bereits während der Laufzeit des Projektes ihre Berechtigungbewiesen, als nachträglich zusätzliche Anforderungen in das Modell integriert werden mußten.

Der Anwender kann ein Frau- und ein Mann-Modell erzeugen. Beide Modelle können mit oderohne Schuhbekleidung verwendet werden.

Unabhängig von dem Geschlecht werden sowohl das innere Modell einschließlich H-Punkt undSehstrahl als auch das äußere Modell dargestellt. Veränderungen der Körperhaltung werdendurch entsprechende Veränderungen der Winkelstellung in einem oder mehreren Gelenken desModells herbeigeführt. Dabei bewegt sich primär des Skelett, das die Haut passiv nachzieht.Veränderungen der Körpermaße betreffen das Skelett und die Haut gleichermaßen, wobei imSkeletts im wesentlichen die Anpassung an gewünschte Längenmaße erfolgt, während die Hautbei Veränderungen von Breiten-, Tiefen- und Umfangsmaßen adaptiert werden muß.

3.3.2 Automatische Bewegungssimulation des Modells

Positionsveränderungen werden bei den heute verfügbaren Computermodellen in aller Regeldurch eine äußerst aufwendige Eingabe der einzelnen Winkelwerte für jedes Gelenkdurchgeführt. Diese Vorgehensweise ist aus ergonomischer Sicht natürlich höchst fragwürdig.Darüber hinaus ist sie unanschaulich, zeitraubend und daher für einen regelmäßigen,professionellen Einsatz indiskutabel.

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SgRPPedale, Boden

Abb. 9: Prinzip der Aufgabendefinition für die Haltungssimulation


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Bei RAMSIS wurden daher grundlegend neue Wege beschritten, um einen angemessenenHandhabungskomfort und ergonomisch richtige Ergebnisse zu erreichen. Basierend auf dendiskutierten Haltungs- und Komfortmodellierungen sorgt ein aufwendigesOptimierungsverfahren für die korrekte Berechnung der Körperhaltung das Manikins. DerKonstrukteur beschreibt nur mehr die von RAMSIS zu simulierende Tätigkeit, indem erinteraktiv die zugehörigen Bezüge zwischen dem Menschmodell und der umgebendenGeometrie definiert (z. B. Hände ans Lenkrad, Beine an die Pedalerie, ...). AufwendigeZusatzbedingungen wie z. B. die Vermeidung von Körperteildurchdringungen werden ebenfallsberücksichtigt und heben damit die Analyseergebnisse auf ein neues Qualitätsniveau.

Ebenfalls völlig neu entwickelt wurde ein Verfahren zur manuellen Einstellung vonKörperhaltungen. Dabei zeigt der Anwender die gewünschte Körperteilstellung mit Hilfe derMaus am Bildschirm an, was zu einer drastischen Beschleunigung der Positionierung führt.

3.3.3 Anthropometrische Datenbank

Die anthropometrische Datenbank stellt dem Konstrukteur neben den herkömmlichenPerzentildatensätzen die diskutierte Menschentypologie zur Verfügung, die eine realistischereÜberprüfung der Konstruktion gewährleistet. Die Kombination der Anthropometrietypen mitder Akzelerationsmodellierung gibt dem Anwender die Sicherheit, daß seine Konstruktion auchnoch in zwanzig Jahren nutzbar bleibt.

Abb. 10: Verschiedene Körperbautypen als RAMSIS-Manikins

Der Anwender ist aber auch in der Lage, die Abmessungen individueller Personen entwederüber das RAMS IS-Anthropometriemeß verfahren oder über die Literaturschnittstelle in dasSystem einzuspielen, in der Datenbank abzulegen und im Konstruktionsprozeß zu nutzen.


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3.3.4 Analysefunktionen und Sichtsimulation

Eine Gruppe von Funktionen unterstützt die Analyse von Frei- und Erreichbarkeitsräumen vonRAMS IS. Im einfachsten Fall können Abstände zwischen Modell und Umgebung bestimmtwerden. Komplexere Funktionen gestatten die Bestimmung von maximalenErreichbarkeitsflächen für beliebige, vom Konstrukteur wählbare Gelenkketten. DieseGrenzflächen werden unter Berücksichtigung der Modellkinematik wirklich berechnet undnicht in pauschaler Art und Weise (wie bei vielen herkömmlichen Modellen) als Ellipsoid-Flächen gespeichert und eingeblendet.

Die Sichtsimulation stellt eine weitere für den Konstrukteur wichtige Analysefunktion dar. DerRAMSIS-Anwender kann sich in das Modell "hineinsetzen" und die im CAD-Systemkonstruierte Umgebung mit den Augen des Modells betrachten. Die Umschaltmöglichkeit derDarstellung zwischen linkem und rechtem Auge erlaubt ein genaues und vor allem sehr leichtesAufspüren gefährlicher Verdeckungen.

Abb. 11: Sichtsimulation mit RAMSIS

T E C M A T H Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS20.12.1996 Schlußbericht sp/kl C1 C

III. F U N K T I O N A L E B E S C H R E I B U N G DES R A M S I S - K E R N S

1. Das Menschmodell

Das Menschmodell RAMSIS umfaßt die folgenden Modellebenen:• ein geometrisch-kinematisches Modell• ein Haltungsmodell• ein Komfortmodell• ein Gesundheitsmodell für die Wirbelsäule.

Das geometrisch-kinematische Modell beschreibt Gestalt, Körperabmessungen und Beweg-lichkeit des Menschen. Die drei weiteren Modelle setzen auf der Kinematik auf. Das Hal-tungsmodell ist ein wahrscheinlichkeitsbasiertes Modell, durch das sichergestellt wird, daßRAMSIS bei Aktionen realistische Körperhaltungen einnimmt. Mit Hilfe des Komfortmodellskönnen die Körperhaltungen von RAMSIS als Fahrer unter dem Aspekt des statischenHaltungskomforts bewertet werden. Das Gesundheitsmodell gestattet ergänzend zu bewerten,inwieweit die Modellhaltung eine Belastung der Wirbelsäule darstellt.

1.1 Das geometrisch-kinematische Modell

Das geometrisch-kinematische Modell stellt die Grundlage des Menschmodells RAMSIS dar.Es gliedert sich in

• Skelett und• Haut.

"Quer" zu dieser Strukturierung verläuft eine Einteilung des Menschmodells in sog."Elemente". Diese entsprechen in der Regel Körperteilen (z. B.: Unterarm, Kopf). Im Bereichdes Rumpfes fassen sie bestimmte Wirbelsäulenabschnitte zusammen (z. B.: UntereBrustwirbelsäule).

Das Skelett besteht aus punktförmigen Gelenken sowie Skelettpunkten, die keine Gelenke sind(z. B.: Kopfspitze). Die Skelettpunkte sind anatomieanalog durch Strecken miteinanderverbunden, so daß sich eine Strich-Gliederpuppe ergibt. Jedes Gelenk besitzt entsprechendseiner anatomischen Bedeutung 1 - 3 rotatorische Freiheitsgrade, die in ihrem Exkursions-bereich beschränkt sind. Die Grenzen der Exkursionsbereiche repräsentieren die mittlere Be-weglichkeit von Menschen (Quelle: Kapandji: Funktionelle Anatomie der Gelenke, Stuttgart1984).

Das Gesamtskelett hat zusätzlich 3 translatorische und 3 rotatorische Freiheitsgrade. Diese sindunbeschränkt und repräsentieren die räumliche Lage des Hüftzentrums (Mitte der Verbindungvon rechtem und linkem Hüftgelenk) sowie die Orientierung des Beckens im Raum.

TECMATH Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS .20.12.1996 Schlußbericht sp/kl C1 C

Als Besonderheit gegenüber anderen Skelettmodellen weist das RAMSIS-Skelett die folgendenBestandteile auf:

• Mittenauge, rechtes und linkes Auge• Sehstrahl mit Fixationspunkt zur Simulation von Blickrichtung und aktueller Betrach-

tungsebene• H-Punkt zur Ankopplung von RAMSIS an speziell vermessene Fahrzeugsitze.

Jedes Körperelement besitzt ein eigenes lokales Koordinatensystem bestehend aus Tangente,Normale und Binormale. Ausgehend vom (definitorisch festgelegten) Startpunkt des Elementeswerden alle weiteren zu dem Element gehörigen Skelett- und Hautpunkte in diesem Element-Koordinatensystem beschrieben. Die Beschreibung enthält Längen-, Breiten- und Tie-fenabmessungen von Skelett und Haut als freie Parameter. Durch Variation der Werte für dieseParameter erfolgt die Anpassung an unterschiedliche Körperabmessungen und -formen.

Das Hautmodell eines jeden Körperteils besteht aus Punkten, deren Anzahl und Lage körper-teilspezifisch festgelegt ist. Der vollständige Eindruck der Haut entsteht durch eine stückweiselineare Vernetzung der Hautpunkte ("Drahtmodell"). Mit Hilfe eines speziellen Flä-chengenerators werden ausgehend von den Hautpunkten CAD-Flächen berechnet.

Bei Körperbewegungen des Menschmodells werden die Hautpunkte mit dem Skelett mitbe-wegt. Die Mitbewegung besteht aus einer

• Starrkörperkomponente,bei der die Lage des Hautpunktes im Koordinatensystem des zugehörigen Körperelementesunverändert bleibt, und einer

• Deformationskomponente.

Die zweite Komponente stellt z. B. sicher, daß die Hautübergänge in den Gelenkbereichen beiunterschiedlichsten Stellungen realistisch bleiben.

In einer Reihe von RAMSIS-Funktionen kann auf die Skelett- und Hautpunkte desMenschmodells zugegriffen werden. Um diesen Prozeß bei einer Gesamtzahl von über 1200Punkten zu erleichtern, besteht die Möglichkeit einer "Maskierung" der Hautpunkte. Dabeiwird interaktiv festgelegt, welche Hautpunkte im folgenden "aktiv" - also in Funktionenzugreifbar - sein sollen und welche nicht. Zusätzlich können Namen an die Hautpunktevergeben werden, die ihre individuelle Identifikation erleichtern.

1.2 Die Körpermaßdaten

Das RAMSIS-Menschmodell kann wahlweise als Frau- oder Mann-Modell geladen werden.Die Modelle sind ebenfalls wahlweise mit unbekleidetem Fuß bzw. bekleidet mit einem GINO-oder DIN-Schuh ausgestattet. Als Handmodell liegt gegenwärtig nur eine "Fausthandschuh-

TECMATH Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS20.12.1996 Schlußbericht sp/kl £ l tC

Hand" vor. Diese Hand besitzt einen voll modellierten und beweglichen Daumen sowie einendreigliedrigen Ersatz-Finger, der die vier Finger der Hand zusammenfaßt.

Für beide Geschlechter wurde ausgehend von anthropologischen Erkenntnissen (Frau Dr. Greil,Humboldt-Universität, Berlin) eine Körpermaß-Typologie entwickelt, die sich an denLeitmaßen

• Körperhöhe (Leitdimension "Länge")• Taillenumfang (Leitdimension "Korpulenz")• Stammlänge (Leitdimension "Proportion")

orientiert.

Die Nutzung allgemeiner konventioneller Körpermaßdaten sowie insbesondere der Typologienach Greil wurde erst dadurch möglich, daß IfE als Bestandteil des Forschungsprojektes 3D-S OFTDUMM Y eine Meßapparatur entwickelt hat, durch die Individualpersonen berührungslosin ihren Körperabmessungen (und ihrer Haltung) vermessen und in ein korrespondierendesRAMSIS-Modell übertragen werden können. Die grundlegend neue Idee, die das hierverwirklichte Meßkonzept von vergleichbaren Systemen unterscheidet, besteht darin, dasMenschmodell selbst als Meßwerkzeug zu benutzen. Ausgehend von der so geschaffenenMöglichkeit, Individualpersonen maßgetreu mit RAMSIS nachzubilden, konntenÜbergangsfunktionen entwickelt werden, mit deren Hilfe die konsistente Generierung einesRAMSIS-Modells zu konventionellen Körpermaßdaten möglich ist. Die Qualität dieserÜbergangsfunktionen ist wesentlich mitbestimmend für die Qualität der Anthropométrie einesjeden Menschmodells. Zusätzlich konnte und kann die Meßapparatur für vielfältigeprobandenorientierte Grundlagenuntersuchungen verwendet werden. So wurden sowohl dasHaltungs- als auch das Komfortmodell von RAMSIS (1.3 und 1.4) unter wesentlicher Nutzungdieses Meßsystems entwickelt.

Die Einteilung einer konkreten Person in das Typschema nach Greil erfolgt durch einzweistufiges Verfahren:

Schritt 1:Ordne die Person entsprechend ihrer Körperhöhe einer von 5 Körperhöhenklassen zu.

Klassengrenzen sind das 13., 20., 80. und 87. Perzentil. Hierdurch ist sichergestellt, daßder Körperhöhenmittelwert in den Randklassen nahe dem 5. bzw. 95. Körperhöhen-perzentil liegt. Der Mittelwert in der mittleren Klasse entspricht dem 50. Körperhöhen-perzentil.


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Körperhöhe

P87

P8O

relative Häufigkeit("Wahrscheinlichkeitsdichte")der Körperhöhe

P2O

P13

13%

13%

Körperhöhentypen

sehr groß(MW ca. P95]

groß

mittel(MW ca. P5O)

klein

sehr klein(MW ca. PO5)

Abb. 12: RAMSIS-Typen: Klasseneinteilung bezüglich der Körperhöhe

Schritt 2:Ordne die Person entsprechend ihrer normalisierten Werte für Taillenumfang undStammlänge in ein zweidimensionales Schema ein. Dieses besteht aus einem Kernbereichbzgl. Taillenumfang und Stammlänge, der 60 % aller Personen der entsprechenden Kör-perhöhenklasse umfaßt, sowie Randbereichen, die jeweils 5 % dieser Personengruppeenthalten. Hieraus resultiert eine simultane Einordnung von Körperbautypen gemäß derKlassen dünn - mittel - dick und Sitzzwerg - mittel - Sitzriese.


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m\n

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1E

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Stammlänge

jeder Sektor: 4 5 ° ,d. h.: ca. 5%

Taillen-umfang

schlank mittel dick

Abb. 13: RAMSIS-Typen: Klasseneinteilung bezüglich Taillenumfang und Stammlänge

Für jede dieser 5 * 3 * 3 = 45 Körperbauklassen je Geschlecht kann ein typischer Vertreter alsRAMS IS-Datensatz direkt geladen werden. Ein speziell entwickelter Typgenerator gestattetzusätzlich die Erzeugung typischer Datensätze zu frei eingegebenen Werten für ein, zwei oderalle drei Leitmaße. Dabei kann die Körperhöheneingabe auch durch die Wahl eines Perzentilserfolgen.

Der Typgenerator wird ergänzt durch ein Akzelerationsmodell bis zum Jahr 2010. Mit Hilfedieses Modells kann die gesamte Typologie in die Zukunft extrapoliert und an die Körper-maßverteilung eines zukünftigen Applikationsjahres angepaßt werden. Das Akzelerations-modell differenziert nicht zwischen unterschiedlichen Typen und Geschlechtern. Es endet mit

TECMATH Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS20.12.1996 Schlußbericht sp/kl £ l t C

dem Jahr 2010, da Prognosen über dieses Jahr hinaus gegenwärtig auf seriöser Basis nichtmöglich sind.

Ausgehend von Körpermaßdatensätzen, die auf Leitmaßbasis erzeugt wurden, und den mitHilfe der Meßapparatur gewonnenen Übergangsfunktionen (s. o.) können vom AnwenderWerte für ca. 20 weitere konventionelle Maße eingegeben werden ("Literaturschnittstelle")- EinAnthropometrie-Prozessor modifiziert das Typmodell jeweils so, daß die zusätzlichenVorgaben erfüllt sind. Die Extrapolationsspannen sind dabei so beschränkt, daß die Erzeugungunsinniger Körpermaßdatensätze nicht möglich ist.

Ergänzend zu den Körpermaßdatensätzen, die auf der Grundlage der Typologie geladen bzw.erzeugt werden können, stehen eine Reihe "klassischer" Körpermaßdatensätze zur Verfügung,und zwar:

• 5 %-Frau DIN-Schablone• 50 %-Mann DIN-Schablone

95 %-Mann-DIN-Schablone• Welttypen 1 - 5 nach dem internationalen anthropometrischen Datenatlas

(Prof. Jürgens: Internationaler anthropometrischer Datenatlas, Dortmund 1989)

Mit Hilfe dieser Datensätze kann das RAMSIS-Menschmodell an die Abmessungen derSchablonen (Seitenansicht!) sowie der Welttypen nach Jürgens angepaßt werden.

1.3 Das Haltungsmodell

Ausgehend von Körperhaltungsdaten, die durch die Beobachtung von Probanden im Automobilbzw. in Fahrerständen mit dem Meßsystem (vgl. 1.2) gewonnen worden sind, wurde imRahmen des Projektes "3D-Softdummy" ein sog. Haltungswahrscheinlichkeitsmodell für Kfz-Fahrer entwickelt. Dieses Modell bewertet die Stellung eines jeden Körpergelenkes unter demAspekt der Wahrscheinlichkeit der jeweiligen Haltung. Als Zielkriterium im automatischenBewegen sorgt es dafür, daß das RAMSIS-Modell unter den gesetzten Bedingungen("Restriktionen") im Verlauf einer automatischen Positionierung die Körperhaltung einnimmt,die ein realer Fahrer in der entsprechenden Situation mit größter Wahrscheinlichkeiteinnehmen würde.

Das Haltungsmodell beschreibt ausschließlich Fahrerhaltungen. Es enthält keine Alters- oderGeschlechtsdifferenzierung.

TECMATH Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS .20.12.1996 Schlußbericht sp/kl C l t e

1.4 Das Komfortmodell

Das Komfortmodell wurde wie das Haltungsmodell aus Versuchen abgeleitet, bei denen Pro-banden in einem Fahrerstand fahreranaloge Aufgaben zu bewältigen hatten.

Ausgehend von den Versuchsbeobachtungen wurde ein Modell gewonnen, das die Bewertungvon Körperhaltungen unter dem Aspekt des statischen Haltungskomforts ermöglicht. DieBewertungsaussagen geben dabei Auskunft über das Komfortempfinden in den Körperteilen

• Gesäß• Rücken• Schultern• Nacken• rechter/linker Arm• rechtes/linkes Bein.

Zusätzlich werden die übergreifenden Kriterien• Ermüdung• Bequemlichkeit

bewertet.

Um auch das Empfinden in den physiologischen Randbereichen zutreffend beschreiben zukönnen, wurde das experimentell gewonnene Komfortmodell um eine exponentielle"Schmerzkomponente" ergänzt. Sie stellt sicher, daß sich eine drastische Fehlstellung in einemeinzelnen Gelenk in der Komfortbewertung des umgebenden Körperbereichs sowie derGesamtbewertung niederschlägt, ohne daß der gefundene Zusammenhang zwischen Haltungund Komfort bei "normalen" (nicht-extremen) Haltungen hierdurch verfälscht wird..

Die Komfortbewertung erfolgt auf einer achtwertigen Notenskala. Unterhalb der Auflösungdieser Skala sind Trendaussagen möglich.

Das Komfortmodell beschreibt wie das Haltungsmodell ausschließlich Fahrerhaltungen. Esexistiert keine Altersdifferenzierung.

1.5 Das Gesundheitsmodell

Im Bereich des Rumpfes besteht bei Sitzhaltungen ein Spannungsverhältnis zwischen beque-men (komfortablen) und gesunden Körperhaltungen: eine entspannte Rückenhaltung wird alskomfortabel empfunden. Die infolge der Entspannung eingestellte kyphotische Wirbelsäulen-haltung ist jedoch unter orthopädischen Gesichtspunkten negativ zu bewerten, da sie eineerhöhte Belastung der Wirbelsäule zur Folge hat.


RAMSIS macht dieses Spannungsverhältnis für den Anwender transparent, indem zusätzlichzur Komfortbewertung des Rückens (siehe 1.4) eine Gesundheitsbewertung der Wirbelsäuleermittelt und ausgegeben wird.

Die Bewertung erfolgt statisch und ohne die explizite Berücksichtigung von Kräften, die aufdas Menschmodell einwirken. Sie wird abgeleitet aus der Abweichung der aktuellen von eineranatomisch optimalen Wirbelsäulenhaltung. Die Ausgabe erfolgt wie die Komfortausgabe ineiner achtstufigen Notenskala.

2. Manuelles und automatisches Bewegen

RAMSIS bietet verschiedene Funktionen, mit deren Hilfe das Menschmodell in gewünschteKörperhaltungen gebracht werden kann. Dabei ist in jedem Fall sichergestellt, daß diephysiologischen Grenzen der Gelenkwinkel eingehalten werden und das Modell nicht inmehrere Teile zerfällt.

Die Einstellung von Körperhaltungen kann nach zwei grundlegend unterschiedlichenAktionsmechanismen durchgeführt werden, die unter den Stichworten "manuelles" bzw."automatisches" Bewegen zusammengefaßt sind: Im Fall des manuellen Bewegens manipuliertder Anwender einzelne Freiheitsgrade des Menschmodells. Beim automatischen Bewegenwerden dagegen vollständige Aufgaben für das Modell definiert, und die korrespondierendeKörperhaltung vom System selbständig errechnet ("Restriktionsphilosophie").

Jede Körperhaltung des Menschmodells kann archiviert und später wieder abgerufen werden.

2.1 Manuelles Bewegen

Ein manuelles Bewegen des Menschmodells kann in den Funktionen• Gelenk• Fixationspunkt• Translation• Rotation

durchgeführt werden.

Für Gelenkbewegungen steht in der Funktion "Gelenk" eine graphische Eingabehilfe zurVerfügung. Zusätzlich ist die alphanumerische Eingabe von Werten für die Körperwinkelmöglich.

TECMATH Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS .20.12.1996 Schlußbericht sp/kl CltC

Das jeweils aktuell eingestellte Auge wird in dieser Funktion wie ein Gelenk behandelt, so daßauch die Einstellung der Blickrichtung wahlweise graphisch-interaktiv oder alphanumerischdurchgeführt werden kann.

In der Funktion "Fixationspunkt" kann der Endpunkt des Sehstrahls durch reineAugenbewegungen automatisch auf Punkte in der Umgebungsgeometrie plaziert werden. DerFixationsabstand wird dabei angepaßt. Ist der gewählte Punkt durch alleinige Augenbewegungnicht sichtbar, so wird die Blickrichtung nicht verändert.

Mit Hilfe der Funktion "Translation" kann das Menschmodell als Starrkörper im Raumverschoben werden. Auf Wunsch kann dabei jeder ausgewählte Skelettpunkt auf definierteRaumpunkte plaziert werden.

Die Funktion "Rotation" operiert gleichfalls auf den Starrkörperfreiheitsgraden desMenschmodells. Es sind Rotationen um die drei körperfesten Achsen

• Längsachse• Frontalachse• Querachse

(Schnittpunkt der Achsen: Hüftzentrum) sowie um die drei Achsen des Welt-Koordinatensystems möglich.

2.2 Automatisches Bewegen

Für die automatische aufgabenbezogene Haltungseinstellung stehen die Funktionen• Standardkette• Gesamt

zur Verfügung.

Mit Hilfe von "Standardkette" können Schnellpositionierungen des Modells durchgeführtwerden, die eine schnelle und einfache Bewertung einer vorgegebenen Konstruktion gestatten.Der Anwender legt jeweils fest, welche Kette von Körperteilen im Rahmen der Aufgabebeweglich ist und welches das Ziel der Bewegung ist. Dabei besteht ein Bewegungsziel stetsaus einem Körperpunkt und einem Geometrieobjekt, auf das der Körperpunkt bewegt werdensoll.

Die Standardketten-Bewegung unterliegt gewissen Einschränkungen: Die beweglicheGelenkkette darf das Becken nicht enthalten. Das Becken bleibt bei Standardketten-Bewegungen daher immer raumfest. Für jede Bewegung kann nur eine Zielbedingung definiertwerden. Als Zielobjekt sind nur nichtzusammengesetzte Objekte (d. h.: Objekte, die keineStrukturen sind; vgl. 4.2) sowie keine Zeigertypen (Flächenkurve (ConS), berandete Fläche(Face)) zugelassen.

TECMATH Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS20.12.1996 Schlußbericht sp/kl ^

Die Funktion "Gesamt" unterliegt keiner dieser Einschränkungen (Ausnahme:Zusammengesetzte Zielobjekte sind auch hier nicht zugelassen). Es kann das gesamte Manikinunter Vorgabe einer Vielzahl unterschiedlicher Bedingungen bewegt werden. Die Berechnungder Haltungen erfolgt unter voller Berücksichtigung des Haltungsmodells siehe 1.3), so daßunter den gesetzten Bedingungen stets die wahrscheinlichste Haltung eines Fahrers im Kfzberechnet wird.

Die an das Menschmodell gestellte Aufgabe kann aus den folgenden Teilbedingungenzusammengesetzt sein:

7. BeckenrestriktionenDer Winkel der Beckenneigung sowie die Winkel für seitliche Verkippung undLängsrotation des Manikins können auf einen festen Wert eingestellt werden.

Die X-, Y- und Z-Koordinate des Manikins können unabhängig voneinander auf einenfesten Wert eingestellt werden.

2. GelenkrestriktionenJedes Körpergelenk kann in seiner Winkelstellung auf einen festen Wert eingestelltwerden.

3. GreifartenRAMSIS kennt die Greifarten

• Greifen, fest (kraftbetont)• Greifen, lose (entspannt)• Drücken• Ziehen

sowie eine voll bewegliche Hand ("Fausthandschuh", vgl. 1.5). Bei Wahl einer Greifart fürdie rechte oder linke Hand werden Finger und Daumen dieser Hand auf einekorrespondierende Winkelstellung eingestellt. Hieraus resultieren z. B. im Fall des losenGreifens unterschiedliche Umfassungsdurchmesser bei unterschiedlichenHandproportionen. Für einen korrekt kraftschlüssigen Griff ist daher zweckmäßigerweisedie frei bewegliche Hand entsprechend zu positionieren.

4. ZieleWie in der Funktion "Standardkette" besteht auch hier ein "Ziel" aus einem Körperpunkt(Skelett- oder Hautpunkt) und einem Objekt, auf das der Körperpunkt bewegt werden soll.

Als Zielobjekte sind alle nichtzusammengesetzten Objekte zugelassen, die über dieVDAFS- bzw. VDAIS-Schnittstelle eingelesen werden können. Hierzu gehöreninsbesondere auch die Objekttypen "Flächenkurve" und "berandete Fläche". Zusätzlichkann der Körperpunkt auf temporär erzeugte Raumpunkte (Koordinateneingabe, Schalter:"Fixieren") plaziert werden.

TECMATH Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS20.12.1996 Schlußbericht sp/kl e i t C

Ist das Zielobjekt ein- oder zweidimensional, so kann die Zielbedingung um die Forderungder Tangentialität erweitert werden. Der Kontakt zwischen Körperpunkt und Zielobjektwird dann tangential hergestellt, d.h.:

Eindimensionales Zielobjekt:Die Körperteil-Normale (Skelettpunkt) bzw. die Haut-Normale (Hautpunkt) desKörperpunktes aus der Zielbedingung wird orthogonal zur Tangente an das Zielobjektim Kontaktpunkt eingestellt.

Zweidimensionales Zielobjekt:Die Körperteil-Normale (im Fall eines Skelettpunktes) bzw. die Haut-Normale (imFall eines Hautpunktes) des Körperpunktes wird orthogonal zur Tangentialebene andas Zielobjekt im Kontaktpunkt eingestellt.

5. Orientierter Abstand (Seitenbedingung)Mit dieser Restriktion lassen sich Bedingungen formulieren wie: "Die Kopfspitze sollunterhalb des Daches bleiben."

Orientierte Abstandsbedingungen stellen eine Beziehung her zwischen einem Körperpunktdes Menschmodells und einer (nichtzusammengesetzten) Fläche in derUmgebungsgeometrie. Durch Auswahl bzw. Eingabe eines Richtungsvektors kann derAnwender die Seite wählen, auf der sich der Körperpunkt relativ zur Fläche aufhalten soll.

Der komplette Satz des aktuell an das Menschmodell gestellten Bedingungen kann in einerRestriktionsliste im Überblick studiert werden. Für Ziel- und Orientierungsbedingungenwerden dabei die aktuellen Restabstände ausgegeben.

Da der Prozeß der Definition einer Aufgabe sehr komplex sein kann, besteht die Möglichkeit,die Restriktionen zu speichern und später erneut abzurufen. Die Speicherung der beteiligtenKörperpunkte und Geometrieobjekte erfolgt namensbasiert. Auf diese Weise ist es möglich,den identischen Aufgabendatensatz sowohl für unterschiedliche RAMSIS-Modelle als auch fürunterschiedliche Fahrzeuggeometrien zu laden. Bedingungen, die sich infolge Fehlens desObjektes oder des Körperpunktes nicht auflösen lassen, werden dabei automatisch deaktiviert.

Durch Verwendung des Definitionsmenüs für Restriktionen können beliebige Kombinationenvon Einzelaufgaben zusammengestellt und später wieder geändert werden. Die Zahl der Ziel-und Orientierungsbedingungen ist nach oben begrenzt. Derselbe Körperpunkt kann gleichzeitigmehreren Bedingungen unterworfen werden.

Die Liste der Restriktionen bietet eine zusätzliche Möglichkeit zum Editieren des aktuellenSatzes von Restriktionen: Bedingungen können durch Anklicken aktiviert oder deaktiviertwerden.

TECMATH Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS20.12.1996 Schlußbericht sp/kl C1 6

Nach Start der Berechnung läuft das Positionierungsverfahren in mehreren Stufen ab. Einspezieller Schalter gestattet den Abbruch der Berechnung.

3. Analysefunktionen

RAMSIS bietet zwei Gruppen von Analysefunktionen, mit deren Hilfe das Menschmodell inRelation zu seiner Umgebung studiert werden kann, und zwar die

• Ausgabe von Analysetabellen• Berechnung von Analysegeometrien.

3.1 Analysetabellen

Analysetabellen können abgerufen werden zu den Themen

• Konventionelle Körpermaße des Modells

• Körperwinkel und Lage/Orientierung des Beckens• Raumkoordinaten der Skelettpunkte sowie ausgewählter Hautpunkte• Komfortbewertung• Bedienkräfte.

In der Funktion "Körpermaße" werden die Werte für ca. 20 klassische anthropometrische Maßeausgegeben. Die verwendeten Maßdefinitionen wurden aus dem Anthropologischen Atlas(Flügel, Greil, Sommer) übernommen. Gegenüber den Definitionen nach DIN bzw. HdEergeben sich vereinzelt Abweichungen (vgl. hierzu: Definition der verwendeten StandardmaßeTECMATH 1993).

Die Funktionen "Koordinaten" bzw. "Gelenkwinkel" präsentieren Tabellen mit denentsprechenden Daten bezogen auf die aktuelle Haltung und die aktuellen Körperdimensionendes Manikins. In der Gelenkwinkeltabelle kann zusätzlich abgelesen werden, welcheFreiheitsgrade in den einzelnen Gelenken auftreten. Die gleiche Information, die hier imÜberblick für das gesamte Menschmodell präsentiert wird, kann mit Hilfe derPermanentfunktion "?M" auch körperpunkt-individuell an jeder Stelle des Programmsabgerufen werden.

In der Funktion "Komfort" wird die aktuelle Haltungsbewertung gemäß Komfort- undGesundheitsmodell (vgl. 1.4 und 1.5) ausgegeben. Zur Erleichterung von Trendbewertungenwird zusätzlich zu den diskreten "Komfortnoten" ein kontinuierlich variierendesBalkendiagramm ausgegeben. Um Komfortvergleiche weiter zu vereinfachen, kann die aktuelle

TECMATH Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS20.12.1996 Schlußbericht sp/kl &i &

Komfort- und Gesundheitsbewertung als Referenz gesetzt werden. Sie wird dann bei jedemspäteren Aufruf der Komfortliste jeweils parallel zur aktuellen Bewertung dargestellt.

In der Bedienkraft-Tabelle werden für eine feste Auswahl von Stellteilen Konstruktionsricht-und Grenzwerte angegeben. Diese Werte beziehen sich auf normierte Anwendungsfälle,berücksichtigen also nicht die aktuelle Körperhaltung des Modells. Grundlage sind dieentsprechenden Daten aus HdE.

3.2 Analysegeometrie

Geometrische Analysen können durchgeführt werden zu den Fragestellungen:• Abstände zwischen dem Menschmodell und Objekten der Umgebungsgeometrie• Erreichbarkeitshorizont• Sicht• Gurtverlauf für 2- und 3-Punkt-Gurte.

Im Rahmen der Abstandsanalyse kann die Distanz zwischen jedem Körperpunkt desMenschmodells und jedem nichtzusammengesetzten Geometrieobjekt bestimmt werden. Eswird der Objektpunkt dargestellt, in dem der Abstand angenommen wird.

Abb. 14: Erreichbarkeitsgrenzfläche

Die Berechnung des Erreichbarkeitshorizontes für das rechte/linke Hand-Arm-System sowiedas rechte/linke Bein-Fuß-System kann auf Knopfdruck angestoßen werden. Als Ergebniserhält man den vor dem Manikin liegenden Teil der Fläche, die das Modell bei Bewegung des


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vollständigen Armes (einschließlich Schlüsselbein!) mit seiner Handspitze bzw. beiBewegungen des Beines mit seiner Fußspitze gerade noch erreichen kann. Die Fläche ist an dasManikin gekoppelt, bewegt sich also bei Körperbewegungen entsprechend mit. Sie kann beiBedarf zu Umgebungsgeometrie gewandelt und damit vom Menschmodell entkoppelt werden.Zusätzlich zu den gesamten Standard-Bewegungsräumen kann für beliebige anwenderdefinierteKörperteilketten der Erreichbarkeitshorizont errechnet werden. Die Körperteilketten dürfendabei das Becken nicht enthalten und müssen "hinreichend lang" sein, so daß eine sinnvolleFlächenberechnung möglich wird. Als Kettenendpunkte sind aktuell nur Skelettpunktezugelassen.

Für die Sichtsimulation stehen neben der speziellen Analysefunktion "Sicht" verschiedeneFunktionen im Permanent-Menü zur Verfügung. In "Sicht" kann das eingestellte Augezwischen rechtem, linkem und fiktivem Mittenauge umgesetzt werden. Dabei bleibt derFixationspunkt raumfest, d.h.: Es wird davon ausgegangen, daß das Menschmodell mit seinenAugen einen festen Raumpunkt fixiert. Ergänzend kann in der Funktion "Sicht" das Sehfeld desMenschmodells bewertet werden. Hierzu wird der Schnitt dreier Kreiskegel mit der aktuellenFixationsebene ("Sehkreise") dargestellt. Der innere Kegel umschreibt den Scharfsichtbereich(Grenzvisus: 0.35, Öffnungswinkel: 5°). Es folgt der Optimalsichtbereich (Grenzvisus: 0.15,Öffnungswinkel: 15°) sowie ganz außen der Maximalsichtbereich (Grenzvisus: 0.03,Öffnungswinkel: 50°). Die Festlegung der Bereiche über bestimmte Werte der Sehschärfe(Visus) erfolgt definitorisch in Abstimmung mit HdE. Besondere Bedeutung hat derOptimalsichtbereich, da er in seiner Größe ein Gebiet abgrenzt, das vom Menschen bei einerGrundausrichtung der Augen durch Sakkaden für die Informationsaufnahme in voller Weisegenutzt wird.

Abb. 15: Sichtsimulation

TECMATH Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS .20.12.1996 Schlußbericht sp/kl Cl tC

Zusätzlich zu diesen expliziten Sicht-Analysefunktionen bietet RAMSIS die Möglichkeit, dieSzenerie aus dem aktuellen Auge des Manikins heraus zu betrachten ("Interne Ansicht"). Dabeiwird der Bildausschnitt standardmäßig so eingestellt, daß die Objekte ca. in natürlicher Größeauf dem Bildschirm erscheinen. Dieser Zustand kann bei eingeschalteter interner Ansicht durchWahl von "FD" im Permanent-Menü jederzeit wieder restauriert werden. Nach Wahl von "PR"("Projektionsrichtung") im Permanent-Menü kann bei eingeschalteter interner Ansicht dieBlickrichtung des Modells durch einfaches Klicken auf dem Bildschirm auf die gewähltePosition eingestellt werden (vgl. hierzu auch die Funktionen in "Bewegen manuell").

Die aktuell letzte Analysefunktion gestattet die Berechnung des Verlaufes einesZweipunktgurtes über die Körperoberfläche bei anwenderseitig vorgegebenem Schloßpunktund Umlenk- bzw. Verankerungspunkt. Ein Dreipunktgurt kann mit Hilfe zweierZweipunktgurte mit identischem Schloß realisiert werden. Die Gurtberechnung basiert aufeinem ebenen Verlaufsmodell für den Gurt und liefert als Ergebnis eine Gurtlinie (Polygonzug)sowie die Ablösepunkte des Gurtes vom Körper. Die Quersteifigkeit des Gurtes wird nichtexplizit berücksichtigt, drückt sich aber in der Annahme des ebenen Verlaufs aus. Situationen,in denen diese Annahme nicht gerechtfertigt ist, werden erkannt und mit einer entsprechendenMeldung an den Benutzer als Ausgangssituationen für die Gurtberechnung ausgeschlossen.

Die Gurtberechnung ist in gleicher Weise für Fahrer, Beifahrer und Fond-Passagiere möglich.

4. Geometriefunktionen

Der Einsatz eines Menschmodells als Ergonomiesystem in der Konstruktion setztMöglichkeiten voraus, Modelle und Konstruktionsgeometrie zu integrieren. RAMSIS bietet zudiesem Zweck Standard-CAD-Schnittstellen sowie eine Reihe einfacher eigener CAD-Funktionalitäten.

4.1 CAD-Schnittstellen

RAMSIS besitzt lesende und schreibende Prozessoren für die CAD-Schnittstellen• VDAFS. VDAIS (VDA - IGES-Subset)

Bei VDAFS wird das Leistungsniveau 2.0 (ohne TOP) unterstützt. Bei VDAIS sind es dieStufen Gl, G2, G3 und AF1.

Beim Export können auch in RAMSIS erzeugte geometrische Objekte sowie insbesondere dieGeometrie des Manikins und Analysegeometrie angesprochen werden. Die kinematischeInformation zum Menschmodell geht beim CAD-Export verloren.

TECMATH Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS .20.12.1996 Schlußbericht sp/kl C l t e

4.2 Erzeugung und Manipulation von Geometrie

RAMSIS bietet die Möglichkeit, einfache analytisch beschreibbare Geometrieobjekte zuerzeugen (Punkt, Gerade, Ebene, Kreis). Die vielleicht wichtigste unter den hierzu gehörigenFunktionen gestattet es, Punkte durch Indizieren auf bestehenden Objekten zu generieren.Dabei ist es unerheblich, ob das Objekt in RAMSIS erzeugt oder über eine Schnittstelleeingelesen wurde.

Jedes Geometrieobjekt in RAMSIS kann Starrkörpertransformationen (Translation, Rotationum die Koordinatenachsen) unterworfen werden. Eine Deformation von Objekten ist nichtmöglich.

RAMSIS bietet die Möglichkeit, Objekte zu sog. Strukturen zusammenzufassen (VDAFS:GROUP). Eine Struktur bündelt beliebig viele Geometrieobjekte unter einem gemeinsamenNamen. Dabei dürfen die Objekte selbst wieder Strukturen sein mit der Einschränkung, daßhierdurch nur hierarchische (baumartige) Vernetzungen entstehen dürfen. Insbesondere darfdasselbe Objekt nicht gleichzeitig mehreren Strukturen als Element angehören.

Über ergänzende Funktionen können bestehende Strukturen editiert und in ihrerZusammensetzung verändert werden.

Bei Starrkörperbewegungen von Objekten, die einer Struktur angehören, kann der Anwenderentscheiden, ob die Transformation auf das einzelne Objekt oder die gesamte Strukturangewendet werden soll.

Eine weitere Möglichkeit, in die Verwaltung der Geometriedaten einzugreifen, besteht darin,eigene Namen für geometrische Objekte zu vergeben. Dies ist besonders im Zusammenhangmit der Verwendung von Restriktionen für unterschiedliche Geometriedatensätze interessant.

Die Darstellung der Geometrie auf dem Bildschirm kann durch Wahl von Farben (maximal 15)sowie die Vorgabe der Isolinienanzahl für Flächen modifiziert werden.

Für die Bestandsaufnahme der aktuell in RAMSIS verwendeten Geometrie stehen zweiFunktionen zur Verfügung: Unter "Verifizieren" werden verschiedene Listen ausgegeben, dieeine Übersicht über die vorhandenen Objekte und ihre Vernetzung zu Strukturen geben. ImPermanent-Menü gestattet die Funktion "?U" ein individuelles Abfragen einzelnerGeometrieobjekte hinsichtlich Typ, Name, räumlicher Lage und Strukturvernetzung.

Jeder in RAMSIS verwendete Geometriedatensatz kann im RAMSIS-Geometriearchivgespeichert und hieraus wieder abgerufen werden. Dabei werden alle Objekte einschließlichetwaiger anwenderdefinierter Namen und Farbindizes gespeichert. Einstellungen derIsolinienanzahl gehen verloren.

TECMATH Forschungsprojekt 3D-Softdummy/RAMSIS20.12.1996 Schlußbericht sp/kl Cl tC

5. Makros

Das Programmsystem RAMSIS besitzt zu seiner Bedienung eine graphisch-interaktive Benut-zeroberfläche. Diese Art der Bedienung entspricht für den Regelfall der Anwendungen dentypischen Anforderungen, die an ein Anwenderprogramm im CAD-Umfeld gestellt werden.

Abweichend von derartigen "Regel-CAD-Anwendungen" treten in RAMSIS aber auch zeitin-tensive Rechenverfahren sowie stereotype Arbeitsabläufe auf.

Um auch hier noch eine optimale Bedienschale anbieten zu können, wurde die RAMSIS-Pro-grammiersprache (RPS) entwickelt und auf dieser Basis eine Makro-Funktion eingerichtet. ImMakro-Betrieb laufen die - ursprünglich interaktiv zu bedienenden - RAMSIS-Funktionen ohneNutzereingriff selbständig ab. Das Makro, ein in RPS geschriebenes Programm, steuert dabeidie Abfolge der Einzelfunktionen und enthält die für jede Funktion benötigten Eingabedaten.

Als besonderen Komfort bietet RAMSIS die Möglichkeit, Befehlsfolgen im interaktivenBetrieb als Makro aufzuzeichnen (Funktion: Aufzeichnen). Makro-Programme könnenunverändert oder in durch Editieren abgewandelter Form in der Funktion "Ausführen" zumAblauf aufgerufen werden. Im "Schritt"-Modus muß dabei die Bearbeitung jederEinzelfunktion im Makro durch Anklicken des Menütextes "Schritt" angefordert werden.Daneben gibt es die Möglichkeit, die gesamte Befehlssequenz nach Art eines Filmes ohneUnterbrechung ablaufen zu lassen (Funktion: Film).

6. Hard- und Software

RAMSIS wurde für UNIX-Workstations und aufbauend auf dem Graphik-Standard PHIGSentwickelt. Zum Ende der Projektlaufzeit lagen (12/94) die folgenden konkreten Versionen vor:

• HP9000/7xxHP-UX, HP-PHIGS

• DECstationULTRIX, DEC-PHIGS

• SUN SPARC-StationSOLARIS, SUN-PHIGS.

Die Weiterentwicklung und Pflege der Version auf der DECstation wurde im Einvernehmenmit den Projektteilnehmern wegen mangelnder Qualität der Hardware und der Graphik-Software nach 1994 eingestellt. Zusätzlich gab es bereits zu diesem Zeitpunkt für SGI eineVersion, die nicht auf PHIGS, sondern auf der SGI-Bibliothek GL aufsetzt:

• SGI-WorkstationIRIX 4.x, GL


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Abb. 16: RAMSIS mit neuer Benutzeroberfläche

Im Zuge der Weiterentwicklung von RAMSIS nach dem Ende des geförderten Projektes hatTECMATH auf die inzwischen veränderte Situation der Graphik-Standards reagiert. MitRAMSIS 3.0 liegt jetzt (12/96) eine vollständig überarbeitete Version von RAMSIS mit X-Windows-basierter Benutzeroberfläche vor. Die Graphik basiert je nach Plattform weiter aufPHIGS bzw. auf dem neuen (Quasi-) Standard OpenGL. Im einzelnen ist RAMSIS verfügbarauf:

. HP9000/7xxHP-UX, HP-PHIGS

. SGIIRIX, OpenGL

. SUN ULTRA-StationSOLARIS, OpenGL.

Ausgehend von der im Rahmen des Forschungsprojektes entstandenen sogenannten "Stand-alone Version" von RAMSIS wurde das Menschmodell mit seiner Funktionalität inzwischen ineine Reihe von CAD-Systemen integriert (CATIA, ICEM-DDN und SYRKO). In diesen"CAD-integrierten Versionen" erscheint das Menschmodell als neue Funktion des CAD-Systems, die der Anwender unter der gewohnten Benutzeroberfläche des CAD-Systemsbedienen kann.

Anhang:

Mitglieder des Unterausschusses 'RAMSIS'im F AT-AK 2 'Der Mensch als Fahrzeugführer1

Dr.rer.nat. R. FritzDr.Ing.h.c.F. Porsche AGAbt. EG71283 Weissach

Dipl.-Ing. K. BrodA. Opel AGTDC-AE Packaging65423 Rüsselsheim

Dr.-Ing. AssmannB M W AGAbt. ED-680788 München

Dipl.-Ing. K-D. WollerB M W AGAbt. EG-1280788 München

Dr.-Ing. H.-P. RehnerMercedes-Benz AGAbt. EP/AGC71059 Sindelfingen

Dipl.-Ing. W. KariusMercedes-Benz AGAbt. EP/AGG71059 Sindelfingen

Dipl.-Ing. P. MünknerVolkswagen AGAbt. E/FT-GF 1776/038436 Wolfsburg

Ernst-Joachim BocherAUDI AGAbt. I/EQ-B85045 Ingolstadt

Dipl.-Ing. E. LaibachFord Werke AGAbt. MC/PEF-3050725 Köln

Dipl.-Ing. W. KahlmeierFord Werke AGAbt. MC/PEF50725 Köln

Dr. MuntzingerKeiper Recaro GmbH & CoLeiter Forschung und Entwicklung67657 Kaiserslautern

Dipl.-Ing. StudenerNaue/Johnson ControlsEngineering GmbH & Co.KG42929 Wermelskirchen

Dipl.-Math. Anke PurschkeVolkswagen AGAbt. EZTI38436 Wolfsburg

Dr.-Ing. P. BubbB M W AGAbt. EK-11480788 München

Dipl.-Ing. J. MeierAUDI AGAbt. I/EQB85045 Ingolstadt

Dipl.-Ing. W. BieberichAUDI AGAbt. I/EH-285045 Ingolstadt

Bisher in der FAT-Schriftenreihe erschienen:

Nr. 1Nr. 2Nr. 3Nr. 4Nr. 5Nr. 6Nr. 7Nr. 8Nr. 9Nr. 10Nr. 11Nr. 12Nr. 13

Nr. 14

Nr. 15Nr. 16Nr. 17Nr. 18Nr. 19

Nr. 20Nr. 21Nr. 22Nr. 23Nr. 24Nr. 25

Nr. 26Nr. 27Nr. 28Nr. 29Nr. 30Nr. 31

Nr. 32Nr. 33Nr. 34Nr. 35Nr. 36

Nr. 37Nr. 38Nr. 39

Nr. 40Nr. 41

Nr. 42Nr. 43Nr. 44

Nr. 45

Nr. 46

Nr. 47Nr. 48Nr 49Nr. 50

Nr. 51Nr. 52Nr. 53Nr. 54

Nr. 55

Nr. 56Nr. 57Nr. 58Nr. 59Nr. 60

Nr. 61

Nr. 62

Nr. 63

Nr. 64Nr. 65

Nr. 66Nr. 67

Nr. 68Nr. 69Nr. 70

Nr. 71

Immissionssituation durch den Kraftverkehr in der Bundesrepublik Deutschland vergriffenSystematik der vorgeschlagenen Verkehrslenkungssysteme vergriffenLiteraturstudie über die Beanspruchung der Fahrbahn durch schwere Kraftfahrzeuge DM 30,-Unfallforschung/Westeuropäische Forschungsprogramme und ihre Ergebnisse/Eine Übersicht vergriffenNutzen/Kosten-Untersuchungen von Verkehrssicherheitsmaßnahmen DM 60,-Belastbarkeitsgrenze und Verletzungsmechanik des angegurteten Fahrzeuginsassen vergriffenBiomechanik des Fußgängerunfalls DM 30,-Der Mensch als Fahrzeugführer vergriffenGüterfernverkehr auf Bundesautobahnen DM 50,-Recycling im Automobilbau - Literaturstudie vergriffenRückführung und Substitution von Kupfer im Kraftfahrzeugbereich DM 50,-Der Mensch als Fahrzeugführer DM 50,-Sicherheitsmaßnahmen im StraßenverkehrSammlung, Beschreibung und Auswahl für die Anwendung der Nutzen/Kosten-Analyse DM 60,-Tierexperimentelle und epidemiologische Untersuchungen zur biologischen Wirkung von Abgasenaus Verbrennungsmotoren (Otto- und Dieselmotoren) - Literaturstudie DM 60,-Belastbarkeitsgrenzen des angegurteten Fahrzeuginsassen bei der Frontalkollision DM 50,-Güterfernverkehr auf Bundesautobahnen - Ein Systemmodell, 2. Teil DM 50,-Ladezustandsanzeiger für Akkumulatoren vergriffenEmission, Immission und Wirkung von Kraftfahrzeugabgasen vergriffenSicherheitsmaßnahmen im StraßenverkehrErgebnisse einer Nutzen/Kosten-Analyse von ausgewählten Maßnahmen vergriffenAluminiumverwendung im Automobilbau und Recycling vergriffenFahrbahnbeanspruchung und Fahrsicherheit ungelenkter Dreiachsaggregate in engen Kurven DM 50,-Umskalierung von Verletzungsdaten nach AIS - 80 (Anhang zu Schrift Nr. 15) DM 50,-Grundlagen und Möglichkeiten der Nutzung sprachlicher Informationssysteme im Kraftfahrzeug DM 50,-Altteileverwendung im Automobilbau vergriffenEnergie für den Verkehr - Eine systemanalytische Untersuchung der langfristigen Perspektivendes Verkehrssektors in der Bundesrepublik Deutschland und dessen Versorgung mit Kraftstoffenim energiewirtschaftlichen Wettbewerb - vergriffenWirtschaftlichkeit des Einsatzes von Aluminium im Lkw-Bau vergriffenÄußere Sicherheit von Lkws und Anhängern vergriffenDämpfung und Tilgung von Torsionsschwingungen im Triebstrang von Kraftfahrzeugen DM 50,-Wirkungsgradmessung an Getrieben und Getriebeelementen DM 50,-Fahrverhalten von Lastzügen und hierbei insbesondere von Anhängern DM 50,-Entwicklung, Aufbau und Test eines Ladezustandsanzeigegerätes für Bleiakkumulatorenin Elektrostraßenfahrzeugen DM 50,-Rollwiderstand und Lenkwilligkeit von Mehrachsanhängern mit Zwillings- und Einzelbereifung DM 60,-Fußgängerschutz am Pkw - Ergebnisse mathematischer Simulation - DM 60,-Verfahren zur Analyse von Unfallursachen - Definitionen, Erfassung und Bewertung von Datenquellen - vergriffenUntersuchungen über kraftstoffsparende Investitionsmaßnahmen im Straßenbau DM 75,-Belastbarkeitsgrenzen und Verletzungsmechanik der angegurteten Fahrzeuginsassen beim Seitenaufprall.Phase I: Kinematik und Belastungen im Vergleich Dummy/Leiche DM 60,-Konstruktive Einflüsse auf das Fahrverhalten von Lastzügen DM 50,-Studie über Energieeinsparungsgeräte zur Mitführung im Kraftfahrzeug (Bordlader) DM 30,-Grundlagen und Möglichkeiten der Nutzung sprachlicher Informationssysteme im Kraftfahrzeug- Hauptstudie - vergriffenSprachausgaben im Kraftfahrzeug - Ein Handbuch für Anwender - vergriffenAuswertung von Forschungsberichten über:Die Auswirkung der Nutzfahrzeugkonstruktion auf die Straßenbeanspruchung vergriffenFußgängersicherheit - Ergebnisse eines Symposiums über konstruktive Maßnahmen am Auto - vergriffenAuswirkungen der Nutzfahrzeugkonstruktion auf die Straßenbeanspruchung - Gesamtbericht - DM 20,-Sprachliche Informationssysteme und Anwendungsmöglichkeiten im Kraftfahrzeug- Ergebnisse eines Symposiums - DM 30,-Abgasemissions- und Kraftstoffverbrauchsprognosen für den Pkw-Verkehr in der BundesrepublikDeutschland im Zeitraum von 1970 bis 2000 auf der Basis verschiedener Grenzwertsituationen vergriffenBewertung von Personenverkehrssystemen - Systemanaiytische Untersuchungen von Angebots-und Nachfrageelementen einschließlich ihrer Wechselwirkungen - vergriffenNutzen/Kosten-Analyse für einen Pkw-Frontunterfahrschutz an Nutzfahrzeugen DM 30,-Radlastschwankungen und dynamische Seitenkräfte bei zwillingsbereiften Achsen DM 40,-Studie über die Wirtschaftlichkeit von Verbundwerkstoffen mit Aluminiummatrix im Nutzfahrzeugbau DM 50,-Rechnerische Simulation des dynamischen Verhaltens von nicht stationär betriebenen Antriebenund Antriebselementen DM 250,-Simulationsmodell - Schwingungsprogramm zur Ermittlung der Beanspruchung von Antriebssträngen - DM 275,-Verwendung von Kunststoff im Automobil und Wiederverwertungsmöglichkeiten vergriffenEntwicklung eines hochgenauen, normfähigen Verfahrens zur Wirkungsgradmessung an Antriebselementen DM 160,-Erhebung und Auswertung von Straßenverkehrsunfalldaten in der Bundesrepublik Deutschland -Ergebnisse eines VDA/FAT-Fachgesprächs DM 50,-Untersuchungen zur subakuten und chronischen Wirkung von Ottomotorabgasen auf den Säugetier-organismus DM 75,-Pilotzelle zur Steuerung von Batterien in Fahrzeugen mit Elektro- oder Elektro-Hybrid-Antrieb DM 40,-Wirkungen von Automobilabgas und seiner Inhaltsstoffe auf Pflanzen - Literaturstudie - DM 30,-Rekonstruktionen von fünf realen Seitenkollisions-Unfällen - Ergänzende Auswertung der KOB-Daten - DM 35,-Luftqualität in Fahrgasträumen vergriffenBelastbarkeitsgrenzen und Verletzungsmechanik des angegurteten Pkw-Insassen beim SeitenaufprallPhase II: Ansätze für Verletzungsprädiktionen vergriffenErhebung und Analyse von Pkw-Fahrleistungsdaten mit Hilfe eines mobilen Datenerfassungssystems- Methodische und meßtechnische Ansätze für eine Pilotstudie - DM 35,-Technische Erfahrungen und Entwicklungsmöglichkeiten bei Sicherheitsgurten im Fond von Pkw- Ergebnisse eines Symposiums - DM 60,-Untersuchungen über Wirkungen von Automobilabgas auf pflanzliche Bioindikatorenim Umfeld einer verkehrsreichen Straße in einem Waldschadensgebiet vergriffenSicherheitsorientierte Bewertung von Anzeige- und Bedienungselementen in Kraftfahrzeugen - Grundlagen - vergriffenQuantifizierung der Radlastdynamik bei Einfach-, Doppel- und Dreifachachsen in Abhängigkeitvom Federungs- und Dämpfungssystem des Fahrzeugs DM 30,-Seitenverkleidung am Lkw - Technische Analyse DM 50,-Vorstudie für die Durchführung von Tracermessungen zur Bestimmung von Immissionskonzentrationendurch Automobilabgase DM 30,-Untersuchung fahrdynamischer Eigenschaften kurzgekuppelter Lastzüge bei Kursänderungen DM 85,-Abschlußbericht der Pilotstudie zum Fahrleistungspanel „Autofahren in Deutschland" vergriffenHerstellung und Analyse charakteristischer Abgaskondensate von Verbrennungsmotorenfür die Untersuchung ihrer biologischen Wirkung bei nichtinhalativen Tests DM 55,-Bewertung von Personenverkehrssystemen -Teil II: Auswirkungen aus Angebots- und Nachfrageänderungen im Personenverkehr DM 65,-

Bisher in der FAT-Schriftenreihe erschienen:

NrNr.

Nr.Nr.

7374

7576

Untersuchung über das Emissionsverhalten der Leichtmüllfraktion aus Autoshredderanlagenbeim VerbrennenVerletzungsfolgekosten nach StraBenverkehrsunfallenSicherheitsorientierte Bewertung von Anzeige- und Bedienelementen in Kraftfahrzeugen- Empirische Ergebnisse -Retrospektive Untersuchung über die innere Sicherheit von Lkw-FahrerhäusernAufbau und Labortest eines wartungsarmen, sich selbst überwachenden Batterieaggregatesfür Straßenfahrzeuge mit Elektro- und Elektro-Hybrid-Antrieb - Vorbereitende Untersuchungen -Belastungsgrenze und Verletzungsmechanik des angegurteten Pkw-Insassen beim 90°-Seitenautprall -Phase III: Vertiefende Analyse der überarbeiteten und zum Teil neu berechneten Heidelberger-Seitenaufprall-DatenErmittlung von ertragbaren Schnittkraften für die betriebsfeste Bemessung von Punktschweißverbindungenim AutomobilbauVerhalten des EUROSID beim 90°-Seitenaufprall im Vergleich zu PMTO sowie US-SID, HYBRID II und APRODDemontagefreundliche Gestaltung von Automobilien - Teil IGrundlagenuntersuchung zum EinfluB der Sonneneinstrahlung auf die thermische Behaglichkeitin KraftfahrzeugenEinsatz von Retardern in der Betriebsbremsanlage von Nutzfahrzeugen - Zweiachsiges Fahrzeug -Zwei BändeBelastungen und Verhalten des EUROSID bei unterschiedlichen Prüfverfahren zum SeitenaufprallKosten einer kontinuierlichen Pkw-FahrleistungserhebungAuswirkungen der Nutzfahrzeugkonstruktion auf die StraßenbeanspruchungSeitenkräfte an Mehrfachachsen von Sattelanhangern bei Kurvenfahrt und durch SpurrinnenVerfahren zur Umwandlung polymerer Mischabfalle aus der Autositz-Produktion in PolyoleMethoden zur Vorausberechnung der Faserorientierung beim Pressen von SMC mit geschnittenen GlasfasernTeil I: Unverrippte BauelementeTeil II: Verrippte BauelementeFahrzeugerprobung eines wartungsarmen BatterieaggregatesGrundsatzuntersuchungen zum Festigkeitsverhalten von Durchsetzfügeverbindungen aus StahlFahrverhalten von Lkw mit ZentralachsanhängernDer Fahrer als adaptiver ReglerEinfluB realer Betriebsverhaltnisse auf die Reproduzierbarkeit von Wirkungsgradbestimmungen an nichtstationär betriebenen GetriebenMobilität - Automobil - EnergiebedarfRationalisierungspotentiale im Straßenverkehr IAbschlußbericht .Einsatz von Retardern in der Betriebsbremsanlage von zweigliedrigen Lastzügen"Vermessung des 50%-Hybrid III Dummy zur Ermittlung eines verbesserten Datensatzes für CrashsimulationenErfassung des Wissensstandes über Reifen-/Fahrbahngeräusche beim NutzfahrzeugZusammenhang zwischen Wetterbedingungen und VerkehrsunfällenUntersuchung von Unternehmensstrukturen und Bestimmung der technischen Leistungsfähigkeit modernerAltautoverwerterbetriebeDemontage und Verwertung von Kunststoffbauteilen aus AutomobilenDie elektromagnetische Umwelt des KraftfahrzeugsEinfluB der Zerspanung auf die Bauteilbetriebsfestigkeit unter Berücksichtigung des HartdrehensVermessung von 5%-, 95%-Hybrid III und US-SID Dummies zur Ermittlung von Datensätzen fürCrashsimulationenAntriebe für ElektrostraßenfahrzeugeEinsatz von Retardern in der Betriebsbremsanlage von dreigliedrigen LastzügenFestigkeits- und Steifigkeitsverhalten von dünnen Blechen mit SickenFrontunterfahrschutz an LkwBewertung der Aussagefähigkeit von Seitenaufprallversuchen mit GanzfahrzeugenEinfluß der Sonneneinstrahlung auf die thermische Behaglichkeit in KraftfahrzeugenSchädigungsmechanismen bei kreuzverzahnten FlanschverbindungenErmittlung ertragbarer Beanspruchungen am Schweißpunkt auf Basis der übertragenen SchnittgrößenBewertung epidemiologischer Untersuchungen über Dieselmotorabgas und Lungen- und BlasenkrebsGesamtwirtschaftliche Bewertung von Rationalisierungsmaßnahmen im StraßenverkehrThe Effects of Diesel Exhaust Emissions on HealthUntersuchungen zur inneren Sicherheit von Lkw-FahrerhausernErmittlung fertigungstechnischer und konstruktiver Einflüsse auf die ertragbaren Schnittkräftean DurchsetzfügeelementenEnergienutzungsgrade für elektrische BordnetzversorgungseinheitenLaserschweißgerechte Konstruktion und Fertigung räumlicher KarosseriebauteileErmittlung von m-Schlupf-Kurven an Pkw-ReifenKompatibilität des Bremsverhaltens von Zugfahrzeug-Anhänger-KombinationenLungenkrebs durch Dieselabgase in der Atemluft?Untersuchungen zur inneren Sicherheit von KraftomnibussenRAMSIS - ein System zur Erhebung und Vermessung dreidimensionaler Körperhaltungenvon Menschen zur ergonomischen Auslegung von Bedien- und Sitzplätzen im AutoPartikelimmission: Quellen, Ausbreitung, Umwandlung - Literaturstudie -Bewertung des Güterfernverkehrs auf Straße und SchieneUrsachen unterschiedlicher Reifen-Fahrbahn-Geräusche bei unterschiedlichen MeßverfahrenBlickbewegungsmessung als Werkzeug für die Gestaltung und Bewertung von bord- und straßenseitigenInformationssystemen für den KraftfahrerLebensdauer von Blechen mit SickenInhomogene Spannungsverteilung in einsatzgehärteten Stählen unter mehrachsiger BeanspruchungZur Verletzungsmechanik und Belastbarkeit der unteren Extremität, insbesondere des FußesAnalyse Kfz-relevanter Immissionen in innerstädtischen Verkehrs- und GrünflächenBatteriemanagementsysteme für ElektrostraBenfahrzeugeOzon und Großwetterlagen: Analyse der Abhängigkeit der bodennahen Ozonbelastung vonmeteorologischen Parametern im Großraum MünchenMeßverfahren für Kräfte und Momente an strich- und punktgeschweißten ÜberlappverbindungenMathematische Nachbildung des Menschen - RAMSIS 3D Softdummy -

DM 95,-

vergriffenDM

DM

DM

DM

90,-

20,-

25,-

85,-vergriffenvergriffen

DM 50,-

DM 110,-DMDM

DM

85,-45,-

40,-vergriffen

DM 85,-vergriffenDMDMDM

DM

65-65,-85,-

60,-vergriffenvergriffenDM 70,-vergriffenDMDM

DMDM

50,-50,-

35,-50,-

DM 170,-DM

DMDMDMDMDMDMDM

95-

30,-60,-40,-95,-45,-35,-85,-

DM 320,-DM 380,-DMDMDMDM

DMDMDMDMDM

25.-95,-30,-85,-

90,-30, -95,-95,-85,-

DM 140,-DM 70,-

DM210, -DMDM

55,-40, -

DM110,-

vergriffenDMDMDMDMDM

DMDMDM

85,-75,-50,-85,-60,-

60,-95,-2 5 -

schriften reihe nr. 135 - vda.de 135... · - 2 - die arbeit wurde von der teemath gmbh,...

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