Contribution to the design and the optimization of adaptive restraint systems to improve the automotive passive safety

• Auteur / Autrice : Julien Richert
• Direction : Daniel Coutellier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes adaptatifs

Simulation par ordinateur

Automobiles -- Coussins de sécurité

Automobiles -- Ceintures de sécurité

Automobiles -- Dispositifs de sécurité

Résumé

Ces dernières années, la sécurité automobile est devenue en enjeu majeur pour tous les constructeurs automobiles en raison de sa place grandissante dans leurs stratégies marketing. A cela s’ajoute une forte volonté politique de réduire le nombre de victimes sur les routes. Dans cette optique, l’avènement de nouveaux systèmes de retenue dits adaptatifs est appelé à jouer un grand rôle. Ce mémoire de doctorat a pour but de présenter le développement et l’optimisation d’un système de retenue adaptatif en simulation numérique. Cette thèse s’appuie sur trois ans de simulations et d’expérimentations au sein de la recherche du groupe Daimler AG dans le service Assistance and Safety Systems (Systèmes d’assistance et de sécurité). Le premier pas de cette étude a été d’identifier le crash frontal comme le type de collision pour lequel le système de retenue devait être optimisé et dans un second temps d’évaluer les composants du système de retenue devant être mis en jeu afin de rendre ledit système de retenue adaptatif. L’airbag passager a été retenu comme support de l’adaptabilité introduite dans le système de retenue. Contrairement aux systèmes de retenue classiques, la méthode d’optimisation proposée dans cette thèse a pour but d’améliorer leur adaptabilité et non pas simplement leur performance. Pour ce faire, un tenseur d’adaptabilité regroupant des cas de chargement permettant d’évaluer l’adaptabilité d’un système de retenue ainsi qu’un score d’adaptabilité rendant compte de son niveau d’adaptabilité ont été défini. Cette thèse se propose de rendre le système de retenu adaptatif par la mise en œuvre de deux principes distincts : l’amortissement variable et le couplage anticipé de l’occupant. L’amortissement variable a été réalisé en contrôlant le flux massique sortant de l’airbag par le biais d’évents adaptatifs pouvant être contrôlé temporellement, géométriquement ou auto adaptatifs. Cette méthode s’est révélée avantageuse dans l’utilisation de toute la distance disponible pour stopper l’occupant. Le couplage anticipé a nécessité la mise en œuvre d’un airbag dont la forme et le volume peuvent être adaptés aux conditions du crash. Ce principe a montré d’excellents résultats dans le cas d’occupants assis en positions médianes ou reculées. Un modèle numérique associant amortissement variable et couplage anticipé a été évalué d’après le tenseur d’adaptabilité. L’utilisation simultanée de ces deux principes s’est traduite par une amélioration des performances mais surtout de adaptabilité du système de retenue. La généralisation des systèmes de retenue adaptatifs et notamment des airbags variables se révèlent être d’une importance capitale vers l’augmentation du niveau moyen de sécurité du passager quelque soit les conditions de crash

In the last years, automotive safety became a major issue for the car manufacturers due to its growing importance in their marketing strategy. This comes on the top of a strong political will to reduce the fatalities due to road accidents. In this perspective, newly developed adaptive restraint systems are in the starting blocks to play an important role. This PhD thesis aims at presenting the design and optimization of an adaptive restraint system using numerical simulation. This study relies on three years of simulations and experiments by the Group Research of Daimler AG in the department Assistance and Safety Systems. The first step of this study was to identify frontal crash as the load case likely to be optimized and then to evaluate the restraint system components to be involved to introduce adaptability in the restraint system. The passenger airbag has been chosen as object to bring the adaptability into the restraint system. Contrary to state-of-the-art restraint systems, the optimization method proposed here focused on the adaptability and not only on the restrain performance. To this aim, an adaptability tensor including load cases enabling the adaptability assessment of a restraint system as well as an adaptability score accounting for its adaptability level have been defined. This thesis intends to introduce adaptability in the restraint system by implementing two distinct principles: the variable damping and the earlier coupling of the occupant. Variable damping has been realized by controlling the gas flowing out of the airbag through adaptive vents which trigger time or exhaust orifice sizes. Self-adaptive vents have also been considered. This method proves profitable when it comes to use all the available distance to stop the occupant. Earlier coupling involves the implementation of an airbag whose shape and volume could be adapted to the crash conditions. This principle shows excellent results with occupants sitting in middle to rear-most seat track positions. A numerical simulation model associating variable damping and earlier coupling has been evaluated according to the adaptability tensor. The simultaneous use of both principles leads to an increase of the performance but above all of the adaptability level of the restraint system. The spread of adaptive restraint systems and especially of variable airbags proved their importance towards the increase of the average safety level of the passenger whatever the crash conditions