Analyse biomécanique multidimensionnelle du geste de tourner le volant chez les conducteurs sans déficiences motrices

• Auteur / Autrice : Jessica Schiro
• Direction : Franck Barbier, Mohamed Djemai, Philippe Pudlo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques des activités physiques et sportives. Biomécanique.
• Date : Soutenance le 20/03/2013
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord ; 1994-...)
• Partenaire(s) de recherche : Pôle de recherche et d'enseignement supérieur (PRES) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : André Thévenon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Franck Barbier, Mohamed Djemai, Philippe Pudlo, Armel Cretual, Julien Morlier, Xuguang Wang, Robert Fuchs
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Armel Cretual, Julien Morlier, Xuguang Wang

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse multivariée

Cinématique

Biomécanique

Handicapés moteurs

Mots clés libres

Geste de tourner le volant

Dynamique inverse

Analyse factorielle des correspondances multiples

Handicap.

Steering wheel

Inverse dynamics

Multiple correspondance analysis

Handicap

Résumé

Tourner le volant d’une automobile peut s’avérer difficile pour les conducteurs ayant des déficiences motrices des membres supérieurs. En effet, ce mouvement demande une grande mobilité et une force musculaire non négligeable. A ce jour, les directions assistées automobiles sont réglées uniquement sur le ressenti des conducteurs sans déficiences motrices. Le projet ANR VTT VolHand, dans lequel ce travail de recherche s’inscrit, ambitionne d’apporter une réponse à cette problématique. L’objectif de cette thèse est de renseigner la biomécanique du geste déjà chez le conducteur sans déficiences motrices (sain). Pour cela, l’interaction main/volant, ainsi que la cinématique (ex. angles articulaires) et la dynamique (ex. efforts sur volant, efforts articulaires) du geste de tourner le volant sont étudiés au travers de plusieurs analyses multidimensionnelles multivariables (atemporelle et temporelle). La méthode originale proposée s’appuie sur un découpage flou du volant et des variables cinématiques et dynamiques. La population expérimentée compte une centaine de sujets, dont 23 sujets sans déficience motrice. La plateforme expérimentale regroupe principalement un simulateur automobile compact permettant le recueil des efforts développés par chaque main, une consigne de suivi de trajectoire incitant le conducteur à reproduire un angle désiré et un système optoélectronique mesurant le geste de tourner le volant.Les résultats de l’analyse de l’interaction main/volant mettent en évidence 3 profils de conducteurs : les conducteurs croiseurs, les conducteurs croiseurs asymétriques et les conducteurs non croiseurs. L’analyse des variables cinématiques et dynamiques montrent que les variables dynamiques résultant du tirer/pousser le volant sont discriminantes. Deux nouveaux profils sont alors identifiés : les pousseurs moyens et les tireurs. En majorité, les conducteurs sains tendent à croiser les mains et à pousser sur le volant lors de la réalisation d’un geste de tourner le volant à basse vitesse.Plusieurs perspectives sont proposées à court terme, à moyen terme et à long terme. L’une d’entre elles concerne l’adaptation de l’assistance aux caractéristiques motrices des conducteurs avec déficience motrice.

Steering wheel can be difficult for divers with disabilities on upper limb. Indeed, the steering action might require a large range of motion of upper limb and some muscular strength. Power steering systems that are currently proposed in car were implemented to match non disabled driver feelings and needs. ANR VTT VolHand project wants to enlarge the field of power steering system to drivers with disabilities on upper limbs. The present work is a part of this project. As a preliminary approach, the objective was to analyze the upper limb motion of healthy drivers during a steering exercise. Different multivariable analyses (low level of time summarizing and high level of time summarizing) were done to study hand/wheel interactions, kinematics variables (e.g. joint angles) and dynamics variables (e.g. joint torques). An original fuzzy windowing was proposed to describe hand position on steering wheel, kinematic and dynamics variables. One hundred subjects participated to experiment, included 23 healthy subjects, which consisted on a low speed steering task. The experimental platform was composed of a compact driving simulator, that allow the measurement of each hand effort on the steering wheel, a steering exercise based on a line following protocol, and a motion capture system.Analysis of hand/wheel interaction showed the existence of three driver profiles: hand crossing, asymmetric hand crossing and non hand crossing. Analysis of kinematics and dynamics variables showed that pulling/pushing forces were also discriminating. As a consequence, two additional profiles were identified: mean pushing drivers and pulling drivers. Overall, healthy drivers were « hand crossing » and « mean pushing drivers » during a low speed steering task.Short, middle and long prospects are proposed. One of them concerns automotive power steering system adaptation for disabled drivers.