Développement de capteurs de pression sur base textile : application à l'identification de la posture dans un siège automobile

Development of pressure sensors on textile basis dash : application to posture identification in a car seat

• Auteur / Autrice : Mohamed Amine Ben Lagha
• Direction : Dominique Adolphe, Alain Dieterlen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et automatique
• Date : Soutenance le 24/09/2021
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et mécanique textiles (Mulhouse)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Essais

Pression -- Mesure -- Instruments

Capteurs de pression

Automobiles -- Dispositifs de sécurité

Innovation

Automobiles -- Sièges

Mots clés libres

Siège automobile

Confort

Capteur piézorésistif

Encre conductrice

Sérigraphie textile

Caractérisation

Apprentissage supervisé

Classification

Car seat

Comfort

Piezoresistive sensors

Conductive ink

Screen printing

Characterization

Supervised learning

Classification

Résumé

Les constructeurs automobiles innovent pour améliorer le confort des sièges automobiles, un confort lié au bien-être mais aussi à la sécurité. Dans la littérature, on distingue deux approches pour évaluer le confort : une approche subjective où la perception du confort est notée par l’utilisateur sur une échelle de confort et une approche objective où le confort peut être évalué à l’aide des grandeurs physiques comme la posture et la pression. La posture et la pression sont étroitement liées, l’approche de notre étude est d’identifier la posture d’un utilisateur de siège à partir de données de pression sur l’assise. Sur l’assise, la pression est mesurée au moyen des capteurs de pression flexibles. Les capteurs existants sur le marché ne sont pas intégrables dans le siège et sont coûteux.Nous avons donc développé des capteurs piézorésistifs imprimés par technique de sérigraphie. Le capteur de pression développé est composé de :- Un corps d’épreuve : coiffe d’un siège automobile (la face d’impression est un tricot).- Un transducteur : empilement d’une électrode inférieure (encre conductrice), d’un matériau piézorésistif (encre piézorésistive) et une électrode supérieure (encre conductrice). - Un conditionneur du capteur : Pont de Wheatstone ou diviseur de tension.Seize capteurs sont intégrés dans la coiffe de l’assise. Ils sont ensuite caractérisés moyennant des essais mécaniques (compression, traction, flexion) afin de mesurer l’étendue de mesure, la sensibilité, la rapidité et l’hystérésis. Des essais climatiques sont réalisés pour étudier la sensibilité du capteur à la température et à l’humidité. De plus, la rigidité de flexion, la rigidité de traction et la perméabilité à l’air sont mesurées afin d’évaluer l’intégrité de la coiffe. Des essais d’endurance (fatigue, coup de genou) sont réalisés pour évaluer la résistance des capteurs à la fatigue et au coup de genou.Les résultats de caractérisation ont été analysés et confrontés aux objectifs initialement définis afin d’évaluer la pertinence et les limitations de la solution développée.Nous proposons enfin un modèle de classification des postures basé sur l’apprentissage supervisé et en utilisant les données provenant des capteurs de pression développés. Les résultats de classification obtenus sont ensuite comparés aux résultats mentionnés dans la littérature.

Car manufacturers are innovating to improve the comfort of the car seat, a comfort related to well-being but also safety. In the literature, there are two approaches to assess comfort : a subjective approach where the perception of comfort is noted by the user on a comfort scale and an objective approach where comfort can be assessed using physical quantities such as posture and pressure.Posture and pressure are closely related, the approach of our study is to identify the posture of a seat user using pressure data on the cushion. The pressure on the seat is measured by means of flexible pressure sensors. The existing sensors on the market cannot be integrated into the seat and are expensive.Therefore, we are developing piezoresistive sensors printed by Screen-printing. The developed pressure sensor is composed of :- Test specimen : seat cover (the printing face is a knitted fabric).- Transducer : a stack of a bottom electrode (conductive ink), a piezoresistive material (piezoresistive ink) and a top electrode (conductive ink). - Sensor conditioning circuits : Wheatstone bridge and voltage divider.Sixteen sensors are integrated into the seat cushion. They are then characterized by means of mechanical tests (compression, traction, bending) to measure the measurement range, the sensitivity, the response time and the hysteresis. Climatic tests are also performed to study the sensitivity of sensors to temperature and to humidity. Moreover, the bending stiffness, the tensile stiffness and the air permeability of the seat cover are measured in order to assess its integrity. Furthermore, endurance tests (fatigue, knee strike) are performed to study the resistance of sensors to fatigue and knee strike.The characterization results are analyzed and compared with the initially defined objectives to assess the relevance and limitations of the developed solution.Finally, we propose a supervised learning model to classify the user’s posture using the data of the developed pressure sensors.