FR2839803A1

FR2839803A1 - Mannequin pour crash test

Info

Publication number: FR2839803A1
Application number: FR0205987A
Authority: FR
Inventors: Gall Francois Le
Original assignee: Centre dEtude et de Recherche pour lAutomobile CERA
Current assignee: Centre dEtude et de Recherche pour lAutomobile CERA
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2003-11-21

Abstract

L'invention concerne un mannequin physique ou numérique destiné à reproduire les mouvements de la tête dans des situations de sollicitations antéropostérieures dans le plan sagittal, ledit mannequin comprenant une partie formant tête reliée à une partie formant buste par l'intermédiaire d'un système ressort amortisseur à deux degrés de liberté.

Description

declenche ladite pompe en fonction de mesures de temperatures du liquide.

L'invention concerne un mannequin physique ou numerique destine a reproduire

ies mouvements de la tete dans des situations de sollicitations antero-

posterieures dans le plan sagittal ainsi que l'utilisation d'un tel mannequin pour la simulation du comportement d'un individu dans des essais de type crash test en choc avant ou arriere. Dans divers domaines, dont celui de ['amelioration de la securite des vehicules automobiles, on a essaye d'etablir des modeles permettant de reproduire le comportement d'un individu, dans des situations d'accident. Cette modeiisation o a notamment pour but de permettre aux constructeurs automobiles d'optimiser la securite des occupants dans de telles situations. En particulier, la simulation de choc arriere est utilisee pour optimiser la securite procuree par les sieges

eVou les appuis-tete de vehicule automobile.

Pour ce faire, on utilise classiquement des mannequins physiques ou numeriques qui vent agences pour avoir un comportement analogue a celui du

modele (le mannequin etant alors qualifie de K biofidele >>).

Ainsi, en pla,cant ce type de mannequin physique ou numerique dans le vehicule o lors d'un essai de type crash test ou lors d'une simulation d'un tel test, et en mesurant ou calculant les sollicitations qu'il subit, on peut prevoir les eventuels

traumatismes qui peuvent etre occasionnes sur l'individu modelise.

L'un des problemes qui se pose est alors celui du parametrage du modele, de sorte a obtenir des cinematiques modelisees qui solent comparables a celles

reellement observees en cas d'accident.

Pour etre le plus realiste possible, le parametrage devrait etre realise avec des donnees, telles que des raideurs, des amortissements ainsi que des parametres

o inertiels, qui vent specifiques a l'individu considere.

Les methodes actuelles pour evaluer ces donnees vent basees sur la reponse temporelle mesuree sur le vivant dans toutes les conditions necessaires, et les mannequins bases sur ces methodes vent agences pour reproduire l'individu

dans toute sa complexite statique et dynamique.

Mais, pour des raisons d'ethique et de limite de tolerances physiques, on ne s peut pas soumettre des volontaires a des tests qui pourraient engendrer des Iesons.

C'est pourquoi, on peut utiliser des cadavres pour parametrer les modeles.

Mais, les mannequins bases sur ces modeles ont un comportement quasi o cadaverique qui se revere peu representatif de celui des vivants, principalement

lors de la simulation de chocs violents.

En effet, les parametres utiles dans les modeles de l'art anterieur vent largement fonction de ['action des muscles, des ligaments, ainsi que de I'interaction entre tous les organes, et ce en fonction des differentes

caracteristiques anthropometriques possibles.

11 en resulte que les parametres recherches dans le cadre de 1'analyse temporelle vent largement inaccessibles, ce qui conduit souvent a utiliser dans o les modeles des parametres hypothetiques, moyennes ou empiriques qui, dans

la plupart des cas, ne permettent d'acceder qu'a des comportements globaux.

Par consequent, le comportement des mannequins bases sur ces modeles n'est pas entierement satisfaisant, en particulier, ils ne permettent pas de prevoir

certains phenomenes observes par exemple en cinematographic rapide.

En outre, les mannequins de l'art anterieur visent a reproduire les caracteristiques statiques et dynamiques de l'individu, ce qui dans la pratique

s'avere d'une trop grande complexite pour etre economiquement realisable.

Pour remedier a ces inconvenients, I'invention propose un mannequin qui tout en etant de complexite minimale, presente une biofidelite amelioree vis-a-vis

des mouvements de la tete dans des situations de sollicitations antero-

posterieures dans le plan sagittal.

A cet effet, et selon un premier aspect, I'invention propose un mannequin physique ou numerique destine a reproduire les mouvements de la tete dans des situations de sollicitations antero-posterieures dans le plan sagittal, ledit mannequin comprenant une partie formant tete reliee a une partie formant buste

par l'intermediaire d'un systeme ressort amortisseur a deux degree de liberte.

Selon un deuxieme aspect, I'invention propose une utilisation d'un tel mannequin pour la simulation du comportement d'un individu dans des essais

o de type crash test en choc avant ou arriere.

D'autres objets et avantages de ['invention appara^tront au cours de la

description qui suit, faite en reference au dessin annexe qui represente

schematiquement la correspondence entre ['ensemble tete-cou et le modele a

double pendule inverse utilise dans un mannequin suivant 1'invention.

Apres des etudes intensives sur la modelisation du comportement biomecanique de ['ensemble tete-cou d'un humain qui ont ete realisees in vivo dans le domaine frequentiel et par le biais d'une analyse modale, la o demanderesse a pu modeliser le comportement d'un tel ensemble par l'intermediaire d'un systeme masse ressort amortisseur a deux degree de liberte. En effet, la reponse de ['ensemble tete-cou due a une sollicitation de force :5 impulsionnelle donne une fonction de transfert typique d'un modele a

parametres localises a deux degree de liberte.

Par consequent, un mannequin comprenant une partie formant tete qui est reliee a une partie formant buste par l'intermediaire d'un systeme ressort amortisseur a deux degree de liberte peut etre optimise pour presenter une bonne biofidelite vis-a-vis des mouvements de la tete dans des situations de sollicitations antero-posterieures dans le plan sagittal, et ce tout en etant

particulierement simple de construction.

En relation avec la figure 1, on decrit un modele a double pendule inverse utilisable dans un mannequin suivant ['invention. Dans ce modele, les segments

supposes rigides representent respectivement le cou et la fete.

Comme defini sur la figure 1, le pendule a pour centre ON et OH, dont les parametres inertiels JN et JH et massiques mN et mH (aux centres de gravite GN et GH) ainsi que les parametres des systemes ressortamortisseur (kN, cN) et (kH,

CH) implantes a chaque centre de rotation, definissent le modele.

o Suivant un premier mode de realisation, le mannequin peut etre realise de fa,con numerique et etre utilise dans des simulations numeriques d'essais de type

crash test.

Suivant un deuxieme mode de realisation, le systeme peut etre realise avec une premiere et une deuxieme pieces sensiblement rigides formant respectivement

cou et fete.

Les pieces vent associees en rotation entre elles par l'intermediaire d'un premier pivot, I'extremite de ladite premiere piece qui est opposee audit pivot etant o associee en rotation a la partie formant buste au moyen d'un deuxieme pivot, lesdits pivots etant d'axe parallele et etant agences de sorte a presenter

chacune un parametre de raideur et un parametre d'amortissement.

Dans un exemple particulier, les parametres utilises vent les suivants qui vent iSSUS d'une mesure ou d'etudes anthropometriques d'un individu: 0NOH = 0,13 m soit la longueur du cou de l'individu; - 0HS = 0,08 soit sensiblement la demi longueur de la tete de l'individu; - 0NGN = 0,065 m soit la distance entre le centre de gravite du cou et C7 de l'individu; 0HGH = 0,059 m soit la distance entre le centre de gravite de la tete et CO de l'individu; - mN = 1,7 kg soit le poids du coup de l'individu; - mH = 4,7 kg soit le poids de la tete de l'individu; - JH = 0,0209 kg.m2 soit l'inertie de la tete de l'individu selon l'axe Y; JN = 0,0038 kg.m2 soit l'inertie du coup de l'individu selon l'axe Y. Avec ces parametres, il est possible d'optimiser de facon connue les valeurs de

(kN, CN) et (kH, CH) de sorte a obtenir une bonne biofidelite du mannequin.

Suivant une realisation, les valeurs de (kN, CN) et (kH, CH) peuvent etre optimisees de sorte que le systeme presente deux modes de resonance respectivement au voisinage de 1,4 Hz et 5 Hz, lesdits modes ayant ete

enregistres sur le vivant a l'issu des etudes precitees.

En effet, il ressort des etudes biomecaniques realisees que ces deux modes vent reproduits pour un large spectre de parametres anthropometriques de l'individu, ce qui rend le modele particulierement interessant dans le cadre d'une

utilisation pour simuler des essais de type crash test.

Par consequent, le modele du mannequin ainsi obtenu est applicable a une large population a anthropometrie variee qui presente ces modes de vibration

sensiblement aux meme frequences.

o Les parametres geometriques, de masse et d'inertie du mannequin ne vent done pas veritablement critiques pour obtenir une bonne biofidelite du mannequin, ce qui est particulierement interessant compte tenu de la difficulte a

quantifier exactement ces parametres.

Les parametres de raideur et d'amortissement obtenus avec les parametres mentionnes ci-dessus vent les suivants: - 14,765 < kN < 18,240 (en Nm/rad) ; - 9,684 < kH < 14,900 (en Nm/rad); - 0,394 < CN < 0,506 (en Nms/rad);

- 0 < CH < 0,057 (en Nms/rad).

On remarque done que l'amortissement au niveau de la liaison tete-cou est tres

falble, voir inexistant, contrairement a l'amortissement entre le cou et le torse.

Les raideurs vent assez proches entre elles, celle du premier pivot semblant se

montrer legerement superieure.

Le mannequin suivant ['invention est particulierement adapte pour etre utilise s pour la simulation de choc avant ou arriere de sorte a optimiser la securite

conferee par les sieges et/ou les appuis-tete de vehicule automobile.

En outre, et dans le cas ou l'on souhaite egalement simuler les mouvements de la tete dans des situations de sollicitations autres qu'antero-posterieures dans le o plan sagittal, les caracteristiques du mannequin suivant ['invention peuvent etre

combinees a d'autres caracteristiques connues de l'etat de la technique.

Claims

REVENDICATIONS

1. Mannequin physique ou numerique destine a reproduire les mouvements de la tete dans des situations de sollicitations antero-posterieures dans le plan sagittal, ledit mannequin comprenant une partie formant tete reliee a une partie formant buste par l'intermediaire d'un systeme ressort amortisseur a

deux degree de liberte.

2. Mannequin selon la revendication 1, caracterise en ce que le systeme o comprend une premiere et une deuxieme pieces sensiblement rigides formant respectivement cou et fete, lesdites pieces etant associees en rotation entre elles par l'intermediaire d'un premier pivot, I'extremite de ladite premiere piece qui est opposee audit pivot etant associee en rotation a la partie formant buste au moyen d'un deuxieme pivot, lesdits pivots etant d'axe parallele et etant agences de sorte a presenter chacun un parametre

de raideur et un parametre d'amortissement.

3. Mannequin selon la revendication 2, caracterise en ce que les parametres de raideur et d'amortissement vent optimises pour que le systeme presente deux modes de resonance respectivement au voisinage de 1, 4 Hz et de 5 Hz.

4. Utilisation d'un mannequin selon l'une quelconque des revendications 1 a 3

pour la simulation du comportement d'un individu dans des essais de type