Automatisation des véhicules et nouveaux habitacles : postures de confort et risques associés en cas de choc

Automated vehicles and new layouts : comfortable positions and associated risks during a car crash

• Auteur / Autrice : Cyrille Grébonval
• Direction : Philippe Beillas, Xuguang Wang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Ronel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Beillas, Xuguang Wang, Nasser Rezzoug, Baptiste Sandoz, Anne Ivy Guillaume
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nasser Rezzoug, Baptiste Sandoz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Posture

Choc (mécanique)

Sécurité routière

Mesures de sécurité

Habitacles

Véhicules autonomes

Mots clés libres

Véhicules automatisés

Modèle humain numérique

Choc automobile

Sièges pivotés

Sièges inclinés

Posture d'occupant

Risque lésionnel

Confort

Automated vehicle

Human body model

Car crash

Seat swiveling

Reclining seat

Occupant posture

Comfort

Injury risk

Résumé

Des efforts de recherche et développement considérables portent actuellement sur des véhicules automatisés qui pourraient libérer les conducteurs des tâches de conduite. Le siège et l’intérieur de l’habitacle pourraient être modifiés pour mieux accommoder les activités autres que la conduite, telle que dormir, lire et travailler etc. Cependant, même si un grand niveau de sécurité est attendu pour ces futurs véhicules, des accidents continueront à survenir. Les dispositifs de protection actuels sont conçus pour une position de conduite. Ils pourraient nécessiter des modifications afin de conserver le niveau de protection actuel pour de nouvelles positions d’occupant. Cette thèse vise à identifier les risques et les opportunités en termes de protection de l’occupant associés à de nouvelles positions pouvant être introduites avec les véhicules automatisés. Sur le plan méthodologique, elle s’est largement appuyée sur les modèles humains numériques pour le choc qui se sont révélés comme un outil pertinent d'évaluation du risque. Une attention particulière a été portée à l'évaluation de la validité des modèles après repositionnement. Les travaux ont permis de mieux comprendre les mécanismes de retenue dans des positions semi-allongées en choc frontal. Ces positions apparaissent critiques avec une retenue délicate du bassin ou un chargement de la colonne lombaire selon l’angle d’assise. Une sensibilité importante à la position initiale du bassin a également été observée. Ces résultats pourront être utilisés afin d’aider à concevoir et à évaluer des nouveaux dispositifs de retenue. Afin de mieux connaître la posture de confort dans ces positions inclinées, une étude expérimentale a été réalisée à l’aide d’un siège multi-réglable. Ces expérimentations ont permis d’une part d‘identifier des configurations de siège de confort, et d’autre part d’établir les relations entre ces configurations de siège et la position du squelette interne, et en particulier celle du bassin. Ces résultats pourront notamment aider au positionnement des occupants lors d’essais physiques ou numériques. Dans l’ensemble, ces travaux montrent l’interaction forte entre le confort et la sécurité pour la conception de nouveaux habitacles automobiles.

Considerable research and development efforts are currently focused on automated vehicles that could free drivers from driving tasks and allow them to perform new activities (e.g. working, sleeping). Such activities would benefit from new seating configurations. However, even if a high level of safety is expected for these future vehicles, accidents will continue to occur. Current protective devices are designed for a driving position. They may require modifications to maintain the current level of protection for new occupant positions. This thesis aims to identify the risks and opportunities in terms of occupant protection associated with new positions that could appear with automated vehicles. The analyses used digital human models for applied traffic safety which have proven to be a relevant risk assessment tool. Particular attention was paid to assessing the validity of the models after repositioning. The work provided a better understanding of the restraint mechanisms in reclined configurations during a frontal impact. These positions appear to be critical with a difficult restraint of the pelvis or loading of the lumbar spine depending on the seat angle. The occupant response was also significantly affected by the initial position of the pelvis. These results can be used to help design and evaluate new restraint systems. In order to better understand the comfortable position in these reclined configurations, an experimental study was carried out using a multi-adjustable seat. These experiments enabled, on the one hand, to identify the comfort seat configurations, and on the other hand to establish the relationships between these seat configurations and the position of the internal skeleton and in particular for the pelvis. These results can in particular help the positioning of occupants during physical or digital tests. Overall, this work shows the strong interaction between comfort and safety for the design of new passenger cars.