Entwicklung eines zweidimensionalen Schwingungsdummys des sitzenden Menschen in Pkw-typischer Haltung

Die Beurteilung der mechanischen Schwingungseinwirkung auf den Insassen zählt in der Fahrzeugentwicklung zu den wichtigsten Aufgabenfeldern. In diesem Zusammenhang stellt der Fahrzeugsitz die entscheidende Schnittstelle zwischen Fahrzeug und Insasse dar. Für die objektive Bewertung der Ganzkörper-Schwingungen als Wechselwirkung zwischen Fahrzeugsitz und Insasse werden in der Regel die Beschleunigungen am Fahrzeugboden sowie auf den Sitzflächen am Kissen und an der Lehne gemessen. Der Einsatz von Versuchspersonen für die experimentelle Ermittlung mechanischer Messgrößen bringt zumeist erhebliche Einschränkungen und Nachteile mit sich. Neben den Gefahrenaspekten besteht z. B. das Problem, dass bei Personenmessungen stets erhebliche Streuungen in den mechanischen Messgrößen auftreten. Die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse ist sowohl für den einzelnen Probanden in einer Wiederholungsmessung als auch unter verschiedenen Probanden gleicher Anthropometrie kaum sicherzustellen. In diesem Zusammenhang werden im Rahmen dieser Arbeit die Grundlagen zur Entwicklung eines zweidimensionalen Schwingungsdummys des sitzenden Menschen in Pkwtypischer Haltung erarbeitet. Im Fokus stehen dabei in erster Linie die vertikale Schwingungsantwort auf dem Sitzkissen sowie die Schwingungsantwort in Längsrichtung auf der Sitzlehne. Zur Erfassung der Reaktionskräfte des sitzenden Menschen wird zunächst ein geeigneter Probanden-Versuchsstand für experimentelle Voruntersuchungen entwickelt. Auf Basis dieser experimentellen Systemdarstellung werden im nächsten Schritt geeignete Modellansätze zur Systemidentifikation entwickelt und näher untersucht. Zur Verifizierung der erarbeiteten Ergebnisse werden unterschiedliche Möglichkeiten zur numerischen Simulation des Gesamtsystems Mensch auf Sitz untersucht. Die numerischen Untersuchungen des Gesamtsystems zeigen sehr gute Übereinstimmung zwischen den simulierten Modell- und den experimentell ermittelten Versuchsergebnissen. Nach erfolgreicher Verifizierung der Identifikationsergebnisse werden des Weiteren mögliche Konstruktionslösungen für einen zweidimensionalen Schwingungsdummy untersucht. Hierbei werden zwei mechanisch unabhängige Schwingungseinheiten für das Sitzkissen und die Sitzlehne entwickelt, die grundsätzlich das gleiche Konstruktionsprinzip aufweisen. Der weitere Verlauf der Arbeit fokussiert sich auf die priorisierte Validierung des Kissenmoduls. Mit Hilfe eines geeigneten Adaptionsverfahrens kann sowohl die Äquivalenzbedingung als auch die Sensitivitätsbedingung im realen Fahrversuch erfolgreich nachgewiesen werden. Die Äquivalenzbedingung stellt sicher, dass die Insassencharakteristik des Schwingungsdummys an eine beliebige Referenzperson adaptiert werden kann. Die Sensitivitätsbedingung fordert des Weiteren, dass im direkten Vergleich zweier Sitze – auf denen zuvor keine Adaption stattgefunden hat – der Schwingungsdummy stets die gleichen tendenziellen Unterschiede aufzeigt wie auch die vorgegebene Referenzperson. Offen bleibt die technische Realisierung des Lehnendummys. Hierzu bedarf es vor der Freigabe zur Fertigung eines Prototypen zunächst weiterer detaillierter experimenteller und numerischer Untersuchungen zur Thematik SitzÜbertragungsfunktion Lehne längs. In Zusammenhang mit der Entwicklung eines Schwingungsdummys mit phänomenologischem Modellansatz sind zudem auch unbedingt geeignete Sitzmodelle zu entwickeln und zu validieren: Mensch- und Sitzmodellentwicklung sind somit fest miteinander verknüpft.