Brevet FR2981152A1 — publié le 20130412

PROCEDE DE DETERMINATION D'UNE DEFORMATION PLASTIQUE MAXIMALE LORS D'UN CHOC VEHICULE La présente invention concerne de manière générale un procédé de détermination de la déformation maximale d'un habitacle de véhicule lors d'un choc. En particulier, le procédé selon la présente invention est relatif à la détermination de la déformation maximale d'une partie spécifique d'un habitacle, également appelée intrusion maximale lors d'un choc. Dans le domaine de la sécurité automobile, une solution de protection des occupants est de limiter les intrusions dans l'habitacle du véhicule. En effet, l'habitacle ne doit pas être déformé outre mesure lors d'un choc, pour diverses raisons. En particulier, des parties de l'habitacle qui se déforment et viennent empiéter sur l'espace réservé aux occupants vont avoir une influence négative sur les efforts créés par le choc sur les occupant en modifiant les accélérations ou les positions des occupants pendant ce choc. Afin de pouvoir comparer et mesurer l'efficacité de la protection des occupants, des conditions de choc standardisées ont été définies, et sont 15 testées sur le véhicule à étudier, avec des mannequins normalisés. Dans ces conditions, et pour limiter les coûts de développement, des outils de simulation sont utilisés, notamment numériques afin de déterminer des résistances minimales de l'habitacle, les caractéristiques techniques des composants du véhicule, ou leur agencement relatif. Ainsi, pour chaque 20 nouveau projet de véhicule, la première étape est de modéliser le véhicule d'une part, mais aussi son comportement pendant un choc normalisé : la position des occupants, leur interaction avec les ceintures de sécurité, avec les airbags, sont calculées afin de déduire les efforts sur les occupants pendant le choc pour déterminer les intrusions acceptables, afin d'élaborer 25 les spécifications à respecter pour la construction réelle du véhicule. Cette première étape de modélisation est extrêmement complexe et longue mais ces spécifications de déformation de l'habitacle sont nécessaires pour définir par exemple les matériaux à utiliser, leurs épaisseurs, leurs caractéristiques techniques ou leur agencement pour construire un habitacle dont les déformations pendant un choc ne généreront pas d'efforts préjudiciables à la santé des occupants. Cette étude ralenti le développement du véhicule car elle est effectuée en début de projet et requiert des ressources de calcul importantes pendant un temps important. Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un procédé de détermination des déformations plastiques maximales lors d'un choc prédéterminé d'un habitacle pour un nouveau véhicule, qui est rapide à mettre en oeuvre, sans nécessiter de grosses ressources de calcul. Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un procédé de détermination d'une déformation plastique maximale d'une partie spécifique d'un habitacle de véhicule à concevoir en contact avec un occupant de l'habitacle lors d'un choc prédéterminé, le procédé comportant les étapes consistant à : - prendre en compte des données initiales géométriques du véhicule à concevoir ; - prendre en compte des données initiales relatives à un autre véhicule connu et relatives à un occupant de cet autre véhicule connu lors du choc prédéterminé appliqué à cet autre véhicule connu ; - déterminer, à partir des données initiales géométriques du véhicule à concevoir et des données initiales relatives à l'autre véhicule connu prises en 25 compte, un indicateur de criticité du choc prédéterminé sur l'occupant du véhicule à concevoir en contact avec la partie spécifique de l'habitacle ; - comparer l'indicateur de criticité déterminé avec une valeur cible de criticité prédéterminée ; - déterminer une déformation plastique maximale de la partie spécifique par 30 itération des étapes précédentes de détermination de l'indicateur de criticité et de comparaison avec la valeur cible de criticité pour atteindre la valeur cible de criticité, en modifiant au moins une des données initiales géométriques du véhicule à concevoir prises en compte. Le procédé selon l'invention prend en compte les données pendant le choc sur un autre véhicule connu sur lequel tous les calculs ont déjà été effectués, de sorte qu'il n'y a pas besoin de modéliser le choc prédéterminé sur le véhicule à concevoir. Le procédé évite de recourir à des calculs complexes, et procure des résultats aussi fiables, et même plus fiables si le véhicule connu a subi un crash test réel pour valider tous les calculs de simulation. De manière avantageuse, les données initiales relatives à l'autre 10 véhicule connu comprennent des accélérations maximales de l'occupant, des mouvements de l'occupant et d'organes prédéterminés de l'occupant pendant le choc prédéterminé. Les données relatives au véhicule connu sont typiquement celles qui influent sur les conséquences du choc sur l'occupant. 15 Avantageusement, les données initiales géométriques du véhicule à concevoir comprennent des positions de l'occupant et d'organes prédéterminés de l'occupant dans l'habitacle. Les données du véhicule à concevoir sont celles qui sont en relation directe avec l'occupant, car elles auront une conséquence directe sur ce dernier pendant le choc. 20 Avantageusement, l'étape de détermination de l'indice de criticité de choc comporte au moins une étape de calcul d'efforts sur au moins un organe prédéterminé de l'occupant pendant le choc, créés par un déplacement de l'occupant et/ou une accélération de l'occupant. La criticité du choc sur l'occupant est directement estimée à partir des efforts subis par 25 l'occupant pendant le choc. Avantageusement : - la partie spécifique de l'habitacle est un repose pied, - le choc prédéterminé est un choc frontal, - les données initiales géométriques du véhicule à concevoir comprennent 30 une positon du point H, des points de contact du talon de l'occupant avec l'habitacle et un angle des repose pied avec un plan horizontal, - les données initiales relatives à l'autre véhicule connu comprennent des accélérations maximales dans des direction horizontales et verticales, et des avancées maximales du bassin de l'occupant, - la détermination de l'indice de criticité du choc comporte des étapes de calcul d'effort et de moment sur un tibia de l'occupant. Le procédé selon la présente invention est particulièrement adapté au cas d'un choc frontal et à la détermination de l'intrusion maximale d'un repose pied ou d'un pédalier, car les données relatives à l'autre véhicule connu sont fiables et ne dépendent principalement que des déformations plastiques de métaux. Par ailleurs, le point H correspond au point de pivot du buste de l'occupant par rapport à sa cuisse, il est situé au niveau du bassin. Avantageusement, l'étape de détermination de l'indice de criticité comporte les étapes consistant à : - calculer la position de la jambe de l'occupant lors de son avancée maximale - projeter les accélérations horizontales et verticales dans l'axe du tibia - calculer une force axiale sur le tibia à partir des accélérations horizontales et verticales projetées ; - calculer un moment sur le tibia lié à une déformation du repose pied ; 20 - calculer un moment sur le tibia lié aux accélérations horizontales et verticales projetées ; - calculer l'indice de criticité du choc à partir des moments et des efforts sur le tibia calculés. Un second aspect de l'invention est un véhicule automobile 25 comportant un habitacle avec une partie spécifique en contact avec un occupant dont la déformation plastique maximale au cours d'un choc prédéterminé est déterminée par le procédé selon le premier aspect de l'invention. Avantageusement, l'habitacle comporte au moins un élément 30 structurel dont l'agencement, ou l'épaisseur ou les caractéristiques mécaniques sont définies pour respecter la déformation plastique maximale au cours du choc prédéterminé. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit 5 d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par le dessin annexé, dans lequel : - la figure 1 représente un occupant dans un habitacle avec une partie spécifique formant une intrusion. La figure 1 représente un occupant 50 installé dans un siège de véhicule. Un 10 de ses pieds est en contact avec un repose pieds 10 de l'habitacle. Au cours d'un choc frontal, le repose pied est déformé et recule dans l'habitacle, formant ainsi une intrusion 11 qui provoque des efforts supplémentaires pendant le choc sur le tibia 51 de l'occupant. Le but du procédé selon l'invention est de spécifier les intrusions des 15 reposes pieds ou pédalier dans le cas d'un choc frontal, en début de phase d'étude d'un nouveau véhicule à concevoir. L'art antérieur consiste à utiliser un logiciel (MADYMO, par exemple) qui permet de générer des modèles de simulation pendant un choc. En ce qui concerne l'habitacle, la cartographie est longue et fastidieuse, car il faut prendre en compte 20 bien sûr les données géométriques du véhicule à concevoir, mais également les données relatives à l'occupant pendant le choc, c'est-à-dire notamment les accélérations et mouvements pendant ce choc. A cet effet, il faut créer (toujours avec MADYMO, par exemple) des modèles de simulation pour les occupants qui prennent en compte toutes les interactions avec l'habitacle (les contacts avec les 25 airbags, la retenu des ceintures, l'action des pré-tentionneurs...), uniquement dans le but de pouvoir calculer ces intrusions, ce qui est long et coûteux. Le procédé selon l'invention prévoit d'utiliser avantageusement des données relatives au choc déjà disponibles et issues d'un autre véhicule connu, il n'y a plus besoin d'utiliser de moyens de simulation pour déterminer ces données. 30 Le procédé est le suivant : Etape 1 : saisie des informations nécessaires au positionnement des jambes et de pieds : position du point H de l'occupant, positions des points talons, des angles des reposes pieds. Etape 2 : saisies des données relatives au choc sur l'autre véhicule connu : accélérations maximales dans les directions horizontales et verticales, avancée bassin maximale. Etape 3 : Calcul des efforts tibias et des moments chevilles en fonction de ces données à partir des caractéristiques biomécanique d'une cheville. Etape 4: Evaluation d'un "Tibia Index", indicateur de la criticité en choc des dommages subit par la cheville. Etape 5 : Recherche de la déformation plastique maximale par dichotomie par respecter le "Tibia Index" objectif du projet. Les calculs effectués sont les suivants : 1/ Calcul de la position de la jambe lors de l'avancée maxi du mannequin (angle pied / tibia et angle pied/vertical) 2/ Projection des accélérations véhicules dans l'axe du tibia. 3/ Calcul d'un effort Fz dans l'axe du Tibia à partir de cette accélération : Fz = k1 * Accélération tibia 4/ Calcul d'un moment sur le tibia Moy lié à l'intrusion (à partir de la courbe biomécanique) 5/ Calcul d'un moment sur le tibia Moy lié à l'accélération : MoY = k2 * Fz = k1 * k2 * Accélération tibia 6/ Calcul du moment sur le tibia MoY total = MoY intrusion + MoY accélération 7/ Calcul du "Tibia Index" estimé du projet à partir de MoY total, Mox projet et du Fz. Les données peuvent être saisies soient en statique (valeur maximale) soit 25 en temporel. L'avantage des données temporelles est de pouvoir dissocier les effets de l'avancée bassin, des accélérations horizontales X et verticales Z et des intrusions sur le calcul du "Tibia Index". Ce processus peut être implanté sur un logiciel de Conception Assisté par Ordinateur (CATIA V5 par exemple) car des mesures complexes en 3D sont prises 30 en compte. On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. En particulier, il est fait référence à un choc frontal, mais on pourrait également envisager de déterminer l'intrusion maximale d'une portière lors d'un choc latéral prédéterminé. REVENDICATIONS1. Procédé de détermination d'une déformation plastique maximale d'une partie spécifique (10) d'un habitacle de véhicule à concevoir en contact avec un occupant (50) de l'habitacle lors d'un choc prédéterminé, 5 le procédé comportant les étapes consistant à : - prendre en compte des données initiales géométriques du véhicule à concevoir ; - prendre en compte des données initiales relatives à un autre véhicule connu et relatives à un occupant de cet autre véhicule connu lors du choc 10 prédéterminé appliqué à cet autre véhicule connu ; - déterminer, à partir des données initiales géométriques du véhicule à concevoir et des données initiales relatives à l'autre véhicule connu prises en compte, un indicateur de criticité du choc prédéterminé sur l'occupant (50) du véhicule à concevoir en contact avec la partie spécifique (10) de l'habitacle ; 15 - comparer l'indicateur de criticité déterminé avec une valeur cible de criticité prédéterminée ; - déterminer une déformation plastique maximale de la partie spécifique (10) par itération des étapes précédentes de détermination de l'indicateur de criticité et de comparaison avec la valeur cible de criticité pour atteindre la 20 valeur cible de criticité, en modifiant au moins une des données initiales géométriques du véhicule à concevoir prises en compte. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les données initiales relatives à l'autre véhicule connu comprennent des accélérations maximales de l'occupant, des mouvements de l'occupant et 25 d'organes prédéterminés de l'occupant pendant le choc prédéterminé. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les données initiales géométriques du véhicule à concevoir comprennent des positions de l'occupant et d'organes prédéterminés de l'occupant dans l'habitacle. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de détermination de l'indice de criticité de choc comporte au moins une étape de calcul d'efforts sur au moins un organe prédéterminé (51) de l'occupant pendant le choc, créés par un déplacement de l'occupant (50) et/ou une accélération de l'occupant (50). 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que : - la partie spécifique (10) de l'habitacle est un repose pied, - le choc prédéterminé est un choc frontal, - les données initiales géométriques du véhicule à concevoir comprennent une positon du point H, des points de contact du talon de l'occupant (50) avec l'habitacle et un angle des repose pied avec un plan horizontal, - les données initiales relatives à l'autre véhicule connu comprennent des accélérations maximales dans des direction horizontales et verticales, et des 15 avancées maximales du bassin de l'occupant (50), - la détermination de l'indice de criticité du choc comporte des étapes de calcul d'effort et de moment sur un tibia de l'occupant (50). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape de détermination de l'indice de criticité comporte les étapes consistant à : 20 - calculer la position de la jambe de l'occupant (50) lors de son avancée maximale - projeter les accélérations horizontales et verticales dans l'axe du tibia - calculer une force axiale sur le tibia à partir des accélérations horizontales et verticales projetées ; 25 - calculer un moment sur le tibia lié à une déformation du repose pied ; - calculer un moment sur le tibia lié aux accélérations horizontales et verticales projetées ; - calculer l'indice de criticité du choc à partir des moments et des efforts sur le tibia calculés. 30 7. Véhicule automobile comportant un habitacle avec une partie spécifique (10) en contact avec un occupant dont la déformation plastique-10- maximale au cours d'un choc prédéterminé est déterminée par le procédé selon l'une des revendications 1 à 6. 8. Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'habitacle comporte au moins un élément structurel dont l'agencement, ou 5 l'épaisseur ou les caractéristiques mécaniques sont définies pour respecter la déformation plastique maximale au cours du choc prédéterminé.