Gao, Yanlong (2024)
Untersuchung von ergonomischen Haltungen der unteren Extremitäten hinsichtlich Pedalbetätigungen im Pkw.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00028572
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die Anwendung eines wahrscheinlichkeitsbasierten Haltungsmodells zur Positionierung digitaler Menschmodelle für die ergonomische Auslegung des Fahrerarbeitsplatzes stößt an ihre Grenzen, wenn sich die Fahrzeuginnenräume von den zugrundeliegenden Versuchskonstellationen unterscheiden. Um die Haltungsprognose und -bewertung weiter zu optimieren, sollten neben subjektiven Bewertungs¬methoden wie Diskomfortbewertung mehr objektive Daten über die physischen Beanspruchungen und die Leistungen beim Fahren einfließen. Insbesondere müssen dabei die kausalen Kriterien des Diskomforts ermittelt werden. Von großer Bedeutung ist dabei die Berücksichtigung der Pedalbetätigung, da diese der wichtigste Faktor für den Fahrer bei der Sitzeinstellung ist. Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, eine ergonomische Fahrerhaltung der unteren Extremitäten hinsichtlich der Pedalbetätigung im Pkw zu ermitteln und die Auswirkungen dieser Haltungen auf die unteren Extremitäten hinsichtlich subjektiver und objektiver Kriterien zu untersuchen. Im Gegensatz zur Literatur wurden in der vorliegenden Arbeit nicht präferierte Sitzhaltungen untersucht, sondern vordefinierte Sitzpositionen verwendet, um die Einflüsse der Sitzhaltung besser zu verstehen und zu analysieren. Dabei wurden verschiedene Messtechniken wie Goniometer, Motion Capture, Elektromyografie, Diskomfortskala, Body-Map, Pedalsignalaufzeichnung und Kraftsensoren eingesetzt. Diese und das Versuchsdesign wurden durch eine Pilotstudie evaluiert und angepasst. In der empirischen Hauptstudie wurden insgesamt 41 Probanden (16 weiblich und 25 männlich) in zwölf Sitzhaltungen (Kniewinkel von 110°, 120°, 130° und 140° jeweils auf H30-Wert von 205 mm, 255 mm und 315 mm) in einem variablen Fahrzeugmodell untersucht. Dabei wurden verschiedene Fahraufgaben wie dosierte Bremsvorgänge, dosierte Gaspedalbetätigungen und Notbremsungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die physischen Beanspruchungen und Diskomfortbewertungen signifikant von den verschiedenen Sitzhaltungen beeinflusst wurden. Die Betätigungsgenauigkeit des Gaspedals hingegen wurde nicht von der Sitzhaltung beeinflusst und die Notbremsungsleistung zeigt nur beim Kniewinkel von 140° eine leichte Verschlechterung. Dies deutet darauf hin, dass die physischen Beanspruchungen gut mit der Diskomfortbewertung übereinstimmen, jedoch nicht mit der Leistung bei der Pedalbetätigung. Darüber hinaus zeigen die Auswertungen, dass der Kniewinkel von 110° zu einer stärkeren Dehnung der Gesäß- und Wadenmuskulatur führte und erhöhte Muskelaktivitäten beim Betätigen des Gaspedals (TA-Muskel) sowie des Bremspedals (RF-, VL- und VM-Muskeln) verursachte. Dies geht einher mit einem höheren Gesamtdiskomfort im Vergleich zu den Kniewinkeln von 120° und 130°. Der Kniewinkel von 140° verursacht erhöhte Muskelaktivitäten bei der Bremspedalbetätigung (VL-, VM-, GL- und GM-Muskeln) und führt ebenfalls zu einem höheren Gesamtdiskomfort. Zudem ist die Umsetzzeit vom Gas- zum Bremspedal bei diesem Kniewinkel 8,5 ms langsamer als bei einem Kniewinkel von 120° und die maximale Bremspedalkraft ist signifikant geringer als bei den anderen drei Kniewinkeln. Zusammenfassend lässt sich ableiten, dass es ergonomische Fahrerhaltungen bezüglich der unteren Extremitäten gibt, die wenigeren Gelenkbewegungsumfang ausnutzen und geringere Muskel-aktivitäten verursachen, den Diskomfort minimieren und gleichzeitig eine kürzere Umsetzzeit sowie eine größere maximale Bremspedalkraft bei der Notbremsung ermöglichen. Als Ergebnis dieser Arbeit wird eine Körperhaltung mit einem Kniewinkel zwischen 120° und 130° für Fahrzeuge mit einem H30-Wert zwischen 205 mm und 315 mm empfohlen. Diese Erkenntnisse können zukünftig in eine Software zur Verbesserung der Haltungsprognose der digitalen Menschmodelle integriert werden.

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