Brevet FR2449937A1 — publié le 19800919

L'invention se rapporte à un mannequin anthropodynamique qui simule les caractéristiques dynamiques du corps humain lors des accidents. On connait déjà des mannequins qui possèdent une menbrure simulée par des éléments représentatifs des bras qui sont solidarises au tronc au moyen d'articulation et de jointures. La jointure qui relie un bras au tronc est constituée par un ensemble de pièces représentatives de la ceinture scapulaire. Dans ce qui suit on désignera les différentes pièces du mannequin par leur dénomination anatomique étant bien entendu que les dites pièces sont constituées par des organes ou groupes d'organes mécaniques de configuration spéciale. L'invention concerne plus particulièrement un mannequin dont la jointure de liaison du bras au tronc comprend une clavicule montée à rotation d'amplitude limitée autour d'un axe vertical et autour d'un axe horizontal qui s'étend entre les faces avant et arrière du mannequin, lesdits axes étant portés par un élément de liaison de la clavicule au stérnum. Un tel mannequin est connu et décrit dans Code of Federal Regulations part 572, title 49, publié le 7 février 1977 par National Higway Traffic Safety Administration;WASCHINGTON D.C. le problème non résolu par la structure des mannequins précités réside dans le fait que la structure possède une rigidité relative au niveau de la jointure du bras au tronc, si bien que les efforts transmis au tronc lors d'un choc latéral ne peuvent être simulés d'une manière satisfaisante. Ceci tient également au fait que le montage existant des éléments costaux solidarisés au sternurn et à la colonne dorsale, augmente la rigidité latérale du mannequin. Par voie de conséquence un tel montage ne permet pas de cerner correctement T'amplitude des déplacements des divers éléments du mannequin nécessaires à l'appréciation de l'influence de ces déplacements sur les lésions subies par le corps hu.in lors ries accidents. On sait en efet que la r réponse dynamique du corps humain joue un rôle important dans la définition des caractéristiques amortissantes des parois au contact du corps lors des accidents. Les mannequins connus simulent malheureusement imparfaitement les caractéristiques dynamiques principales du corps humain,si bien que certains paramètres utiles pour l'appréciation de la gravité des lésions ne peuvent être mesurés et conduire à de graves erreurs dans l'évaluation des systèmes de protection, notamment en choc latéral. Des essais nombreux ont été entrepris en vue de la protection de l'homme lors d'un accident. Le mannequin doit donc simuler un être humain sous l'ensemble des aspects dynamiques et structurels tels que ceux qui sont relatifs à la rigidité, la viscosité, la masse, la distribution de masse, le fléchissement, l'effort de traction, l'effort de compression, la fréquence naturelle de l'amortissement. On sait que les parties de l'homme qui sont douées d'élasticité et d'amortissement font partie d'un système dynamique qui agit sur d'autres parties. Pour cette raison, les tests appliquant des charges dynamiques à un mannequin ,doivent s'appliquer aux éléments dynamiques du mannequin entre la zone d'application de la charge et la zone où l'on peut s'attendre à ce qu'une lésion se produise. L'invention concerne donc un manneouin dont la ceinture scapulaire présente la mobilité suffisante à la transmission des efforts latéraux au tronc3 dont la déformation conduisant aux lésions, est mise en évidence par le déplacement d'un équipage mobile simulant la cage thoracique. Conformément à l'invention on dispose transversalement à l'axe de la colonne dorsale des cylindres rigidement liés à ladite colonne, un matériau amortisseur dans la partie médiane desdits cylindres, des pistons mobiles situés de part et d'autre du matériau amortisseur et accolés à ce dernier, des tiges de poussée solidaires des pistons qui s'étendent à l'extérieur des cylindres, un axe de liaison porté par l'extrémité libre de ......................... chaque tige et des cotes connectées audit axe Le mannequin ainsi constitué permet une compression latrale du tronc et une mesure de l'enfoncement des côtes. Dans cette hypothèse les pistons comprinent le matériau amortisseur dont la résistance à la compression peut être analogue à celle du corps humain. A cet effet le matériau amortisseur utilisé peut être du néopréne de caractéristiques physiques comparables à celles du corps. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description dtun exemple de réalisation du mannequin, en référence au dessin amené dans lequel la figure 1 est une représentation schématique du mannequin, la figure 2 est une vue en perspective de l'ossature du tronc du mannequin, la figure 3 est une coupe verticale de la partie du tronc porteusedes tes, la figure 4 est une coupe horizontale selon la figure IV-IV de la figure 3. Le mannequin 10 représenté à la figure 1 inclut une tête 11, un tronc 12, des bras 13, des jambes 14 et une surface simulant la peau 15 dans le but d'obtenir une configuration d'un être humain. Les os du corps ont été simplifiés pour rendre leur fabrication aisée puisqu'il nty a aucune nécessité à reproduire les contours exacts des os du corps humain. le tronc 12 et la ceinture pelvienne possédent une forme externe, un ensemble de surfaces et une rigidité qui s'apparentent à celles d'un bassin humain. Les bras 13 et les jambes constituants de la membrure sinulée, possédent des articulations en forme d'étrier et des articulations à rotule selon les degrés de liberté exigés des membres ou de leurs constituants. L'ossature du tronc représentà à la figure 2 se compose essen- tellement d'éléments fixes constitués par la colonne dorsale 16 et par le sternum 17 et par des éléments mobiles constitué par les clavicules 18, les pièces de liaison sterno claviculaires 19, les épaules 20 et la cage thoraciaue 21. Les épaules 20 sont montées à articulation autour d'un système d'axes dans le but d'obtenir des déplacements de celles-ci d'amplitude suffisante. Un ensemble d'amortisseurs 22 limite et amortit les déplacements verticaux des épaules 20. La cage thoracique représentée plus en détail en référence des figures 3 et 4 se compose de côtes droites et gauches 23, dont la partie avant 24 est attachée au sternum 17 et dont la partie arrière 25 est prévue flottante. Toutefois la partie arrière 25 de chaque paire de côtes droite et gauche peut être rendue solidaire d'un élément de liaison amovible 26 dans le but de conférer au manne uin-des caractéristiques de résistance satisfaisants sous l'action d'un effort de compression frontal. les côtes droites 23 sont reliées les unes aux autres par des chapes de liaison 27 permettant de les regrouper en deux sous-ensembles 231, 232. De même les côtes gauches 23 sont également reliées les unes aux autres par des chapes de liaison 28 qui permettent de les regrouper en deux sous ensembles 231', 232'. lies chapes 27, 28 solidarisant les côtes droites et gauches d'un même niveau sont solidaires au moyen d'axes 29, de tiges de poussée 30 actionnant des pistons 31. les tiges de poussée 30 et les pistons 31 sont engagés dans des cylindres 32, 33 rigidement reliés à la colonne dorsale 16. lies cylindres 32, 33 sont disposés transversalement à l'axe de la colonne.dorsale 16 et renferment en leur partie médiane un matériau amortisseur 34 de sorte que les pistons 31 soient disposés de manière accolée de part et d'autre du dit matériau amortisseur. les tiges de poussée 30 sont vissées dans les pistons 31 et permettent de déplacer dans un sens ou dans l'autre ces pistons dans les cylindres 32, 33 en comprimant le matériau 34. Le mouvement de retour de chaque piston 31 est limité par une butée 35 dont l'épaisseur est déterminée pour supprimer les jeux axiaux du piston et par voie de conséquence tous déplacement parasite du piston en l'absence d'efforts de compression latérale des côtés. La tige de poussée 30 de section générale polygonale s'oppose à toute rotation des côtes autour de l'axe des cylindres,notamment lors des sollicitations frontales des mannequins. ChaQue tige de poussée s'étend par ailleurs au travers d'un palier 36 vissé dans l'extrémité correspondante du cylindre à l'extérieur de celui ci et reçoit l'axe 29. Pour permettre la mesure des déplacements des tiges 30 dans leurs cylindres respectifs 32 et 33, celles-ci portent des repères 37 dont l'alignement et l'espacement permettent d'enregistrer la vitesse et l'amplitude des déplacements des tiges. A cet effet les cylindres 32, 33 portent des capteurs 38 qui délivrent des impulsions et signaux d'alimentation d'une chaîne de mesure dont les résultats permettent d'évaluer les risques de lésions de la cage thoracique lors d'une collision. Le mannequin conforme à l'invention possedera donc une articulation sterno-cleldo-humérale qui permettra une amplitude maximale des mouvements de l'épaule vers le haut ou vers l'avant, afin de simuler les déplacements de l'épaule et du bras lors d'une collision latérale. Il y a lieu de noter que la cage toraciue réalisée conformément à l'invention confère au tranc du mannequin une réponse dynamique lors d'une collision latérale, tout en conservant les possibilités de-réponse dynamique lors d'une collision frontale. De légères modifications de la cage,affectant par exemple les caractéristiques du matériau amortisseur (34) permettront d'adapter le mannequin aux divers règlements d'essais et d'obtenir pour celui-clA raideur dynamique comparable à celle du corps humain. On voit aussi q-ue le dimensionnement de l'épaule et du bras permettent une augmentation du volume déformable de la cage thora cique et par voie de conséquence,une simulation satisfaisante de la réponse dynamique de l'épaule et du bras lors des collisions latérales. REs ICATIONS : 1 - Manneouin anthropodynamîque à membrure simulée p'-tr des éléments représentatifs des bras solidarisés au tronc au moyen d'un ensemble de pièces de la ceinture scapulaire qui comprend notamment une clavicule montée à rotation autour d'un axe vertical et autour d'un axe horizontal qui s'étend entre les faces avant et arrière du mannequin, lesdits axes étant portés par un élément de liaison de la clavicule au sternum, tandis que le tronc porte un ensem ble de côtes attachées au sternum et supportées par une colonne dorsale, Caractérisé par le fait que le mannequin porte en plus, des cylindres (32, 33) rigidement liés à la colonne dorsale (16) et disposés transversalement à l'axe de ladite colonne, un matériau amortisseur (34) dans la partie médiane desdits cylindres, des pistons mobiles (31) situés de part et d'autre du matériau amortisseur et accolés à ce dernier, des tiges de poussée (30) solidaires des pistons qui s'éten dent à l'extérieur des cylindres, un axe de liaison (29) porté par l'extrémité de chaque tige et des côtes connectées audit axe. . 2 - Mannequin selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les tiges des pistons ont une section polygonale. 3 - Mannequin selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les cylindres des pistons portent des capteurs mesureurs des déplacements des pistons0