Aktiv human modell för prediktering av mänsklig rörelse, ste

Diarienummer 2010-02860
Koordinator Autoliv Development Aktiebolag - Autoliv Research
Bidrag från Vinnova 6 789 750 kronor
Projektets löptid juli 2011 - oktober 2014
Status Avslutat
Utlysning Trafiksäkerhet och automatiserade fordon - FFI

Syfte och mål

Projektmålen har uppnåtts väl och resulterat i ny unik data och kunskap, metodik för att applicera detta i ett verktyg för forskning och industriell utveckling samt utveckling och validering av detta verktyg; en aktiv humanmodell. Resultaten från de egna volontärförsöken har analyserats, publicerats och använts för att validera den utvecklade humanmodellen. Resultaten från EMG mätningarna har använts till att utveckla och validera reglersystemsmodellen för muskelaktivering. Mätningarna av kroppsdelarnas rörelse har använts till att validera den aktiva humanmodellen för prediktering av mänsklig rörelse i kraftigt bromsande fordon. även resultaten från volontärförsöken utförda på ´University of Vancouver´ har analyserats och publicerats. Resultaten skall användas till att vidareutveckla och validera den aktiva humanmodellen till att även kunna prediktera mänsklig rörelse i fordon som gör undanmanöver för att försöka undvika att krocka. I enlighet med målet har en humanmodell med aktiva muskler som kan prediktera mänsklig rörelse i ett bromsande fordon utvecklats och validerats. Modellen har validerats som både förare och passagerare och kan exempelvis prediktera att en förare ´håller emot i ratten´ eller att en passagerare ´håller emot med benen´ när fordonet bromsar. Modellen har även tagit ett steg in i den industriella miljön och håller på att anpassas av Autoliv och Volvo Personvagnar för användning i de egna industriella processerna. Utmaningarna med detta är stora, industrialiseringen är på god väg och en nödvändighet för full utväxling av nyttan med projektresultaten.

Resultat och förväntade effekter

I detta projekt har Jonas östh avlagt en doktorsexamen och Jóna Mar-n-Ólafsdóttir en licentiatexamen på Chalmers tekniska högskola. Betaversionen av SAFER A-HBM utvecklades vidare för att möjliggöra simulering av hur den åkande spänner sig för att få stöd under autonoma inbromsningar och då föraren själv bromsar. För att lyckas med det krävdes ytterligare utveckling som under projektet identifierades och implementerades. Projektets huvudsakliga resultat redovisas nedan. 1.För att simulera hur föraren interagera med ratten implementerades aktiv kontroll av musklerna i armarna. Modellerna med aktiva muskler i armar och längs ryggraden slogs ihop till en modell. För att simulera förarbromsningar implementerades även benmuskler i SAFER A-HBM. 2.För att skapa valideringsdata genomfördes volontärprov. 20 försökspersoner (11 män, 9 kvinnor) testades i autonoma inbromsningar och förarbroms med två olika bältessystem. Försökspersonerna var både passagerare och förare i en Volvo V60 som körde på landsväg i Göteborgstrakten. Försökspersonerna instrumenterades innan prov med elektromyografi (EMG)-elektroder på huden och deras maximala muskelkontraktion (MVC) uppmättes. Data som samlades in under inbromsningen var fordonets accelerationer, den åkandes kinematik genom videoupptagning, EMG normaliserat med MVC, kraft från rattstången, sätets kompression, kraft i fotpaneler och bromspedal, säkerhetsbältets utmatning och kraft. Förarnas respons under de autonoma inbromsningarna var signifikant annorlunda jämfört med passagerarnas respons. När för-försträckaren i säkerhetsbältet aktiverades innan inbromsningen ökade muskelaktiviteten i armarna simultant. Detta var tydligast hos de kvinnliga försökspersonerna. 3.SAFER A-HBM validerades i en jämförelse med volontärdata från de autonoma inbromsningarna. 4.För att simulera kroppens kontroll då den är förberedd på inbromsning implementerades en öppen reglerkrets för att styra muskelaktiveringen och jämfördes mot förarnas respons då de bromsade bilen själva. 5.Ett utveckla en metod att med aktiv muskelkontroll i lateralplanet, analyserades nackmusklerna aktivitet i försökspersoner som utsattes för accelerationsstötar i åtta olika riktningar. Det visade sig att musklernas aktivering beror på accelerationspulsens riktning. Interiöra muskler (SCM och ATH) hade högst aktivitet i rakt och snett framåtriktade (0°, ±45°) stötar, medan de posteriori musklerna, bortsett från SPL, hade högst aktivitet i bakåt och snett bakåtriktade (180°, ±135°) stötar. En kombination av interiöra och posteriori muskler aktiverades i laterala (±90°) stötar. 6.En strategi för att implementera aktiv muskelkontroll i lateral planet med sluten reglerkrets definierades. En första version som testades med simulering av nackens muskler indikerade att det krävs multipla reglerfunktioner för varje kroppsdel.

Upplägg och genomförande

Projektet var ett samarbete mellan akademi och näringsliv. Det har innehållit både experimentell volontärprovning och utveckling av matematiska modeller, såväl som utveckling av metodik för aktiv muskelrespons. Tre industriella och en akademisk part har ingått i projektet, men en kombination av seniora ingenjörer och forskare samt två doktorander. En av doktoranderna var inblandad i planeringen, genomförandet av de experimentella volontärproven med stöd från de industriella partnerna Volvo Personvagnar och Autoliv. För testerna tillhandahöll Volvo fordon som användes för att testa, samt bistod i installation av testutrustning i fordonet. Autoliv tillhandahöll fasthållningssystem (bälten) som användes i testerna, samt bistod i installation. Prov med 20 volontärer utfördes analyserades. Resultaten användes i utvecklingen av den matematiska modellen. Den andra doktoranden var främst inblandad i att analysera volontärprov som utfördes vid ´University of Vancouver´. Ett stort antal prov genomfördes och rörelsen hos volontärer var mycket komplicerad. Både doktoranderna var inblandade i utvecklingen av den matematiska människokroppen modell.

Texten på denna sida har projektgruppen själv formulerat och innehållet är ej granskat av våra redaktörer. Projektets koordinator kan ge dig mer information.