Towards lower limbs new injury criteria for pedestrian safety based on realistic impact conditions

• Auteur / Autrice : Fuhao Mo
• Direction : Catherine Boivin-Masson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du mouvement humain
• Date : Soutenance le 27/09/2012
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences du mouvement humain (Marseille ; 2004-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Massenzio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Catherine Boivin-Masson, Michel Massenzio, Massimiliano Avalle, Johan Davidson, Pierre Arnoux, Harold Vallee, Dominique Cesari
• DOI : 10.70675/068e9a0bzd576z4b55z8decz197358b31c1f

Mots clés

Mots clés contrôlés

Marche (locomotion)

Lésions et blessures (accidents de la route)

Genou

Mots clés libres

Piéton

Critères de blessures

Modélisation éléments finis

Articulation du genou

Biomécanique

Essais expérimentaux

Pedestrian

Injury criteria

Finite element modeling

Knee joint

Biomechanics

Experimental tests

Résumé

La sécurité du piéton est un problème de santé publique, qui doit être traité tant par les acteurs de la recherche que par l'industrie automobile pour apporter des solutions technologiques innovantes. Dans les accidents impliquant des piétons, le premier contact est généralement localisé sur les membres inférieurs exhibant de fréquentes et nombreuses lésions pouvant être très sévères. Compte tenu des caractéristiques biomécaniques du membre inférieur, comment améliorer les critères de blessures existants pour contribuer au développement d'une voiture moins agressive pour les piétons ? La présente étude vise donc à promouvoir des améliorations significatives de critères de blessure des membres inférieurs pour la sécurité des piétons combinant des essais expérimentaux et des simulations numériques. Un modèle par éléments finis des membres inférieurs (modèle LLMS) a été utilisé et amélioré pour étudier les réponses mécaniques des membres inférieurs dans des conditions de chargement realists. Une attention particulière a été accordée sur la capacité du modèle à prédire séparément les blessures des os longs et celles de l'articulation du genou pour développer deux critères de blessures distincts. Pour le tibia, la nature de sa structure et les conditions de chargement qui lui sont appliquées nous ont conduit à proposer une courbe quadratique de moment en flexion qui tient compte de différents points d'impact. Pour le genou, le critère de blessure a été établi à partir d'une fonction combinant cisaillement latéral et flexion latérale. Ce critère permet de hiérarchiser la nature et la sévérité des lésions en fonction du mécanisme de blessure prépondérant.

Pedestrian safety is a worldwide concern, which needs to be investigated by both vehicle manufacturers and researchers to approach innovative solutions. In car-Pedestrian accidents, lower limbs have been demonstrated to be the most frequently injured body region of the pedestrian. Given the biomechanical features of lower limbs, how the existing injury criteria could be improved to aid the development of a pedestrian friendly car? The current study aims to promote significant improvements in the injury criteria of lower limbs for pedestrian safety combining experimental tests and numerical simulations. A finite element lower limb model (LLMS model) was used and improved to investigate the mechanical responses of lower limbs in the loading conditions reflecting the car-Pedestrian impact. A particular attention was paid on the model ability of predicting separately the injuries of long bones and knee joints to develop the corresponding injury criteria. With regard to the tibia structure and its loading condition in pedestrian accidents, we proposed a quadratic curve of bending moments to tibia locations as its injury tolerance. Given dominant injury mechanisms of the ligaments, the knee injury criterion was established as a function of combined joint kinematics including lateral bending and lateral shearing. Moreover, these criteria are relevant with the previous and current experimental test results. Finally, the efficiency of the proposed criteria was evaluated by a parametric study of the realistic car-Pedestrian impact conditions.