Améliorer le confort et l’accessibilité des moyens de transports
Xuguang Wang, Directeur de recherche - Département TS2, Laboratoire LBMC
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MAJ le 18/09/2017,
L’équipe « biomécanique¹ pour la simulation ergonomique² » du LBMC³ développe des outils et des méthodes pour observer, comprendre, évaluer et simuler l’activité motrice humaine. Cette activité est principalement étudiée lors de l’utilisation de produits ou de moyens de transports dans la perspective d’améliorer leur confort et leur accessibilité.
Le mannequin numérique, représentation informatisée de l’homme est l’un des outils de simulation, en voie de devenir incontournable, pour évaluer l’ergonomie d’un produit ou d’un poste de travail. Cette évaluation peut être prise en compte dès la phase de conception, réduisant ainsi le cycle de production pour une meilleure compétitivité industrielle.
Prise en compte de l’ergonomie dans le véhicule
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Les mannequins numériques existants, pour la simulation ergonomique, se basent sur un modèle géométrique tridimensionnel qui représente la surface externe du corps et le squelette interne simplifié. Dès la fin des années 80, en collaboration avec le constructeur automobile Renault, le LBMC a développé l’un des premiers mannequins d’Europe, intitulé Man3D. Depuis, de nouvelles collaborations sont apparues avec les constructeurs automobiles (PSA, Renault Trucks, et plus récemment Toyota Motor Europe et Ford) dans des projets collaboratifs bilatéraux. A cette occasion, le LBMC a notamment été un acteur majeur pour les deux projets européens d’envergure sur la modélisation numérique de l’humain
(REALMAN, 2001-2004 ; DHErgo, 2008-2011, coordination).
Un exemple d’utilisation du MAN3D
dans la conception du poste de conduite (Ifsttar)
Le mouvement et l’inconfort désormais anticipés
De plus, une nouvelle approche a été développée pour simuler le mouvement et évaluer l’inconfort qui peut lui être associé. A la demande de Renault, cette approche novatrice a été implémentée dans un logiciel nommé RPx4. Une importante base de mouvements a alors été constituée, allant du simple geste d’atteinte d’un bouton, sur le tableau de bord, jusqu’à des mouvements d’entrée et de sortie du véhicule.
Exemples de simulation par le logiciel RPx.
(a) Simulation de différentes enveloppes d’atteinte
(b) Simulation de mouvement d’entrée et de sortie d’un véhicule avec le volume balayé par un segment du corps
Plus récemment, le modèle numérique du corps humain s’est enrichi de muscles, notamment pour les membres inférieurs. Il peut ainsi estimer des efforts musculaires tels ceux liés à une action de débrayage. D’autres modèles, actuellement en développement, simuleront une interaction plus précise entre l’humain et son environnement (ex. interférences fesses/siège).
Modèle musculosquelettique du membre inférieur développé au LBMC
pour estimer les efforts musculaires lors de débrayage.
Modélisation paramétrique du corps humain et l’inconfort d’assise
Comment prendre en compte la variation des dimensions anthropométriques comme la taille et le poids est une des questions posées lors de la conception d’un produit comme le siège automobile ou d’avion. LBMC a développé récemment un modèle paramétrique 3D du complexe bassin-cuisse dans le cadre d’une collaboration avec le fabriquant de sièges d’avions ZODIAC SEAT France . En parallèle du développement du modèle biomécanique du corps humain, LBMC travaille sur les critères d’évaluation ergonomique du siège d’avion dans un projet national financé par DGAC5 dont l’objectif est de proposer des sièges d’avion du futur plus confortables, plus accessibles et avec un moindre impact environnemental. Un siège expérimental unique a été conçu et fabriqué pour l’étude biomécanique de l’assise.
Modèle paramétrique de la surface du complexe bassin cuisse
avec la taille, le poids et l’angle de flexion de la cuisse comme prédicteurs
1 « La biomécanique est l'exploration des propriétés mécaniques des organismes vivants ainsi que l'analyse des principes d'ingénierie faisant fonctionner les systèmes biologiques. » Définition Wikipédia
2 « L’ergonomie est « l'étude scientifique de la relation entre l'homme et ses moyens, méthodes et milieux de travail» et l'application de ces connaissances à la conception de systèmes « qui puissent être utilisés avec le maximum de confort, de sécurité et d'efficacité par le plus grand nombre. » Définition Wikipédia
3 Le Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs est une unité mixte de recherche de l’Ifsttar et de l’Université Claude Bernard http://www.lbmc.ifsttar.fr/
4 Realman Program eXtension, une suite au projet européen REALMAN qui vise à développer un logiciel de simulation de mouvement, réellement utilisable par les ingénieurs de conception de Renault.
5 Direction Générale de l'Aviation Civile, projet n°2014 930818.
Pour aller plus loin ...
- Beurier, Georges, Michelle Cardoso, and Xuguang Wang. “A New Multi-Adjustable Experimental Seat for Investigating Biomechanical Factors of Sitting Discomfort.” SAE Technical Paper, 2017.
- Bulle J., 2013. Etude expérimentale de la variabilité posturale intra-et inter- individus pour la prédiction de la posture de conduite. Thèse de doctorat Université Claude Bernard Lyon 1, 15 novembre 2013.
- Causse J., 2011. Analyse cinématique et dynamique du mouvement d’accessibilité à une automobile. Thèse de doctorat Université Claude Bernard Lyon 1, N° d’ordre 117-2011, Soutenu le 20 Juin 2011.
- Fraysse F., 2009. Estimation des activités musculaires au cours du mouvement en vue d’applications ergonomiques, Thèse de doctorat Université Claude Bernard Lyon 1, N° d’ordre 338-2009, Soutenu le 15 décembre, 2009.
- Monnier G., Wang X., Trasbot J., (2009) RPx: A motion simulation tool for car interior design. Dans : Handbook of Digital Human Modeling: Research for Applied Ergonomics and Human Factors Engineering, ed. Vincent G. Duffy. CRC press Taylor and Francis Group.
- Romain Pannetier, 2012. Développement des modèles biomécaniques de l’humain pour l’évaluation ergonomique de commandes automobiles – Application à la pédale d’embrayage, Thèse de doctorat Université Claude Bernard Lyon 1, N° d’ordre 214 - 2012, Soutenu le 09 Novembre 2012.
- Savonnet L. Duprey S., Cardoso M.,Wang X. A parametric model of the thigh-buttock complex for developing FE model to estimate seat pressure. 5th International Digital Human Modeling Symposium, June 26-28, 1017, Bonn, Germany.
- Wang X., Barelle C., Pannetier R., Numa J. 2009. Capacité musculaire des membres inférieur et supérieur appliquée aux commandes automobiles et leur perception d’effort. Contrat Renault F08-22. 49p.
- Wang X., Trabot J. (2011) Effects of target location, stature and hand grip type on in-vehicle reach discomfort. Ergonomics 54(5), 455-476.
