The development of automotive safety systems is moving towards an integration of systems that are active before and during an impact. Consequently, there is a need to make a combined analysis of both the pre-crash and the in-crash phases, which leads to new requirements for Human Body Models (HBMs) that today are used for crash simulations. In the pre-crash phase the extended duration makes the active muscle response a factor that must be taken into account in the HBM to correctly simulate the human kinematics.

In this thesis, the active muscle response is modeled using a feedback control strategy with Hilltype line muscle elements implemented in a Finite Element (FE) HBM. A musculoskeletal modeling and feedback control method was developed and evaluated, with simulations of the human response to low level impact loading of the arm in flexion-extension motion. Then, the method was implemented to control trunk and neck musculature in an FE HBM, to simulate the occupant response to autonomous braking. Results show that the method is successful in capturing active human responses and that a variety of responses in volunteer tests can be captured by changing of control parameters.

The proposed method, to model active muscle responses in an FE HBM using feedback control, makes it possible to conduct a pre-crash simulation in order to determine the initial conditions for an in-crash simulation with an FE HBM. It also has a large potential to extend the use of FE HBMs to the simulation of combined pre-crash and in-crash scenarios, crash scenarios of longer duration such as roll-over accidents and, eventually, multiple events.

Utvecklingen av fordonssäkerhetssystem går mot att system som är aktiva under en kollsion integreras med system som är aktiva före kollisionen. Därför har det uppstått ett behov av att kunna utföra analyser av båda dessa förlopp, något som leder till nya krav på humanmodeller som idag enbart används för krocksimulering. Förloppet som föregår en kollision är betydligt längre än själva kollisionen. Detta gör att man här måste ta hänsyn till effekten av muskelreaktioner hos den åkande för att korrekt kunna simulera dess rörelse.

I denna avhandling modelleras muskelreaktioner i en Finit Element (FE) humanmodell. Endimensionella muskelelement av Hill-typ styrs med hjälp av ett återkopplat reglersystem. En metod för att göra detta utvecklades med hjälp av en modell av armbågen. Armbågsmodellen utvärderades genom simuleringar av responsen på plötsliga kraftimpulser hos en volontär. Sedan användes metoden för att reglera muskulaturen i korsrygg och nacke för att simulera rörelsen hos bilpassagerare som utsattes för autonom inbromsning. Resultaten av dessa studier visar att metoden är framgångsrik i att fånga den mänskliga responsen i dessa testfall och att olika beteenden kan fångas genom att modellens reglerparametrar varieras.

Den föreslagna metoden, att använda ett återkopplat reglerssystem för att modellera muskelreaktioner i en FE humanmodell, gör det möjligt att genomföra en simulering av förloppet före en kollision för att bestämma begynnelsevillkor för en krocksimulering med samma modell. Metoden uppvisar också en stor potential för att utöka användningsområdet för FE humanmodeller till att också innefatta kombinerade analyser med både förloppet före kollision och själva kollisionen. Det blir också möjligt att simulera andra olycksscenarior som har ett längre förlopp, så som t.ex. roll-over olyckor och i förlängningen olyckor med fler efterföljande kollisioner, s.k. multiple events.