Auf der CeBIT virtuell im Truck von morgen sitzen

„Probesitzen“ ist so alt wie das Auto selbst: Schon seit 1886, als Carl Benz das Automobil erfand, gehören Untersuchungen zur Ergonomie beim Sitzen hinter dem Lenkrad, damals noch Lenkkurbel, zum Entwicklungs- und Versuchsumfang. Es mussten erste Gesetzmäßigkeiten eingehalten werden, damit Mensch und Maschine harmonieren, damit Hände das Lenkrad steuern und Füße die Pedale treten können.

Ergonomie bezeichnet nichts anderes, als die Untersuchung von Bewegungsabläufen, die möglichst optimal in Bezug auf Räumlichkeiten oder zu greifende oder zu drückende Gegenstände zugeschnitten sind. Was vor über 125 Jahren im wahrsten Sinn des Wortes mit der Hand am Arm getestet und geprüft wurde, wird heute durch virtuelle 3D-Ergonomie ersetzt.

Auf der CeBIT in Hannover, stellen wir für die Daimler AG im Rahmen des Projektes ARVIDA (Angewandte Referenzarchitektur für virtuelle Dienste und Anwendungen) das Teilprojekt „Ergonomie-Simulation im Truck“ vor. Wir, das heißt sechs Mitarbeiter aus der Entwicklung Lkw-Fahrerhauskabine, der Ergonomie-Forschung und der Versuchswerkstatt, arbeiten hier mit dem Institut für Mechatronik in Chemnitz, der Human Solutions Assyst GmbH in Kaiserslautern und der Firma Advanced Realtime Tracking (ART) in Weilheim zusammen. Insgesamt sind an den verschiedenen Teilprojekten von ARVIDA, das vom Bundesministerium für Forschung und Industrie (BMBF) gefördert wird, 22 Partner aus Forschung und Industrie beteiligt.

Tracking-Szene mit Actros Sattelzumaschine in Messehalle 9

Auf dem BMBF-Messestand in Halle 9 demonstrieren wir zusammen mit unseren drei Partnerfirmen am Beispiel eines Actros Lkw-Fahrerhauses die Tracking-Szene „Einsteigen ins Fahrerhaus“, die von modernsten MoCap-Systemen (Motion Capture) aufgezeichnet wird.

Der Proband wird dazu mit rund 60 optischen Markern versehen, die hauptsächlich an Gelenken, am Kopf und am Rumpf sitzen und Daten zu jeder Bewegung liefern. Anschließend kann man den Entwicklungsingenieuren bei der Datenauswertung und -aufbereitung über die Schulter sehen. Auf der CeBIT zeigen wir unseren aktuellen Projektstand, aber wir wollen auch über unsere Ziele sprechen, wenn das Projekt 2016 abgeschlossen sein wird. Und die lauten für uns: Virtuelle 3D-Ergonomieuntersuchungen bereits in der Fahrzeug-Konzeptfindungsphase durch Bewegungsabläufe aus der Retorte darstellen.

RAMSIS – Erste Software für Ergonomie-Simulation

Bis heute ist die Verwendung von digitalen Bewegungsabläufen bei Ergonomie-Untersuchungen reine Zukunftsmusik. Zwar wurde RAMSIS, ein Akronym für das erste Rechnergestützte Antropometrisch-Mathematische System zur Insassen-Simulation schon 1994 erfolgreich in der Pkw-Entwicklung zur ergonomischen Analyse von CAD-Konstruktionen eingesetzt. Aber dabei handelt es sich bis heute um ein statisches System. Für die Nutzfahrzeug-Entwicklung musste dieses 3D-Menschmodell umfangreich angepasst und erweitert werden. Denn im Vergleich zum Pkw erfassen Ergnonomie-Untersuchungen im Lkw ein deutlich größeres Spektrum. Hier ist schon das Ein- und Aussteigen über mehrere Stufen und Haltegriffe eine große Herausforderung. Hinzu kommen Bewegungen im Innenraum wie Liegen, Stehen und Öffnen von Staufächern.

Für bestimmte Ergonomie-Absicherungen wird deshalb bis heute in der Versuchswerkstatt im Maßstab 1:1 ein Fahrzeug-Modell oder eine so genannte Sitzkiste gebaut, an dem bis zu 50 Probanden die zu bewertende Bewegung testen. Die Körpermaße der Probanden reichen dabei vom 95-Perzentil-Mann (95 % aller Männer sind kleiner) bis zur 5-Perzentil-Frau (nur 5 % aller Frauen sind kleiner). Vom Modellbau bis zur Bewertung können die Versuche bis zu zwei Monate in Anspruch nehmen.

Zukünftige Ergonomie-Simulation: Schon in der Konzeptphase mehr Gestaltungsfreiräume

Nach Abschluss des ARVIDA-Projektes sollen solche Untersuchungen innerhalb von zwei Tagen an einem digitalen Mock-Up (DMU) möglich sein. In einem ersten Schritt des Daimler-Teilprojekts werden – wie auf der CeBIT demonstriert – komplexe Bewegungsabläufe mit einem Trackingsystem aufgenommen.

Zur späteren Weiterverarbeitung werden die digitalen Bewegungsabläufe aufbereitet und als logische, handhabbare Teileinheiten segmentiert. So entstehen einzelne Bausteine, die in einem Pool von Grundbewegungen mittels eines Capture Data Management (CDM) archiviert werden. Mit Hilfe eines Bewegungskonfigurators werden mehrere Bausteine nun zu neuen synthetischen Bewegungsabläufen zusammengesetzt und angepasst (Simulation). Dabei werden sowohl das beabsichtigte Szenario, die anthropometrischen Kennwerte der Perzentile als auch die funktionsrelevante Geometrie der Untersuchungsgegend berücksichtigt.

Eine so erstellte Ablaufszene wird in ein virtuelles Fahrzeug-Umfeld eingespielt (DMU) und mit seiner Umgebung so verlinkt, dass die Bewegungen kongruent und realitätsnah dargestellt werden. Durch einen vorgegebenen Bewegungspfad und eine Kollisionserkennung wird der mögliche Bewegungsraum eingegrenzt.

Projekt-Ziel ist, die heute verfügbaren Ergonomie-Werkzeuge zur Bewegungsdarstellung von Menschmodellen zu einer integrierten generischen Lösung zusammenzuführen. So können zukünftig ergonomische Absicherungen in einer virtuellen Umgebung bereits in der Konzeptfindungsphase durchgeführt werden.

Bewegungsabläufe aus der Retorte garantieren schnelle Untersuchungsergebnisse

In der Endausbaustufe sind in einem Pool ausreichend viele Bewegungsbausteine abgelegt, so dass für bestimmte Ergonomie-Untersuchungen hinreichend realitätsnahe menschliche Bewegungsabläufe aus der Retorte erstellt werden können, ohne auf ein erneutes Tracking von Bewegungsabläufen angewiesen zu sein. Damit werden wir im Bereich der Fahrzeug-Konstruktion nicht nur scheller, was Zeit und Geld spart, sondern wir vergrößern auch den Gestaltungsfreiraum bei allen VR-Untersuchungen – sowohl in Bezug auf Digital Mock-Up als auch auf Computer-Aided Design.“ Und eines ist uns bei unserer Suche nach Fortschritten das Wichtigste: Den Arbeitsplatz der Trucker weiterzuentwickeln!

Wir wollen alle Bedingungen bei Komfort und Ergonomie für einen Fahrer verbessern, auf die wir als Hersteller oder Entwickler einen Einfluss haben. Und dabei helfen uns bei Fahrerhausentwicklung der Leichtbau sowie alle neue Technologien aus Interieur, Exterieur, und Rohbau. Vom Modell über das 3D-Menschmodell zum Menschen, der gerne und entspannt weite Strecken in einem unserer Daimler-Trucks fährt…


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Dieser Artikel wurde von geschrieben. Er ist Arvida Projektleiter und beschäftigt sich mit der Fahrerhausentwicklung. Zu seinen aktuellen Aufgaben zählen Leichtbau und neue Technologien aus Interieur, Exterieur und Rohbau.

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