Le choc motocycliste: analyse biomécanique et protection par un gilet airbag - T. Serre, C. Masson, JL. Martin, C. Perrin, L. Thollon ...
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Le choc motocycliste:
analyse biomécanique
et protection par un gilet airbag
T. Serre, C. Masson, JL. Martin, C. Perrin, L. Thollon
(serre@inrets.fr)
Forum technique sur les deux-roues motorisés – Dôle, 4 Novembre 2010 1
Projet PROMOTO
« Amélioration de la Protection des Motocyclistes
par un gilet avec Airbag intégré »
(Mars 2006 – Janvier 2009)
Financement:
• LBA (Marseille)
• UMRESTTE (Bron)
• MA (Salon)
Plastex
2
Les objectifs :
1. Analyse du choc motocycliste / VL :
- typologie des lésions,
- configurations d’accidents,
- biomécanique: cinématique,mécanismes
lésionnels.
2. Évaluation et amélioration d’un système
sécuritaire porté par l’usager du deux-roues
(gilet gonflable)
3
Méthodologie :
Accidentologie Expérimentations Simulation Numérique
Essais Essais pleine échelle
Épidémiologie Accidents détaillés Multi-corps Éléments finis
sous-systèmes
• Types de blessures • Analyse locale et globale de l’impact • Analyse cinématique • Analyse locale
• Configurations d’accidents • Mécanismes lésionnels • Etude paramétrique • Traumatologie virtuelle
• Seuil de tolérance • Reconstructions • Évaluation de l’airbag
• Évaluation de l’airbag d’accidents
Spécifications et validation du système de sécurité
Développement technologique
• Déclenchement
Système de protection : • Générateur de gaz
airbag intégré dans un gilet • Gilet airbag
4
Analyse
épidémiologique
et
accidentologique
5
Typologie lésionnelle des usagers de 2RM casqués
(N=14 749 usagers de 2RM casqués, Registre du Rhône 1996-2003)
Lésions les plus fréquentes Lésions les plus graves (AIS 4+)
Tête 11% Tête 44%
Membres sup. 45%
Thorax 50%
Thorax 10%
Abdomen 5% Abdomen 11%
Colonne 10%
Colonne 10%
Face 6% Membres inf. 4%
Membres inf. 63%
Cou 4%
Zone externe 19%
Il faut protéger la tête et le tronc pour sauver des vies
et éviter des lésions graves
Les lésions du tronc sont aussi importantes que la tête
6
Influence du type de casque et de 2RM sur la
typologie des lésions
Motocyclistes Cyclomotoristes
% 70
60
50
40
Cyclomotoristes
38% 30
62% 20
Motocyclistes
10
0
ne
te
ou
en
ce
ax
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p.
rn
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C
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Th
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ex
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br
C
br
A
ne
em
em
Zo
M
M
(N=3 727 victimes identifiées par le Registre du Rhône et les BAAC Rhône)
7
TYPOLOGIE DES ACCIDENTS CORPORELS EN 2RM (N=129 255)
8%
Autre
15%
2RM seul
2RM + VL 2RM + piéton
6%
2% 2RM entre eux
69%
2RM + VL
(sans piéton)
Au moins 71% des motocyclistes sont accidentés lors
d’un impact contre un autre véhicule motorisé
8
TYPOLOGIE DES ACCIDENTS MORTELS EN 2RM (N=5 163)
Autre 15%
2RM seul
31%
2RM + VL Accident avec piéton
4%
2%
2RM entre eux
48%
Tout obstacle peut être mortel : poteau, trottoir, VL,
sol, barrière …
9
REPARTITION DES IMPACTS POUR LES CHOCS VL/2RM
Étude Détaillées d’Accidents de Salon de Pce de 1992 à 2007, 161 accidents
Sur le 2RM Sur le VL
dans 80% des cas, l’impact a lieu sur l’avant du 2 roues
10CONFIGURATIONS RECURRENTES
VL
2RM
Dans 32% des cas, le VL effectue une manoeuvre de
« tourne à gauche »
Problème de la visibilité des 2RM
Pour l’automobiliste : 2RM plus difficile à détecter – facilement masqué
(plus étroit, contours moins tranchés)
L’illusion d’être vu
Pour le 2RM :
Trop de confiance vis-à-vis des autres usagers
11Analyse
biomécanique
expérimentale
12PROTOCOLE EXPERIMENTAL
Objectif: - Déterminer les mécanismes lésionnels
- Analyser le comportement cinématique du corps humain
Méthode: Crash-tests réalisés avec des corps donnés à la science
Instrumentation Vitesse d’impact < 40km/h
du sujet
tête
rachis
4ème
côte
8ème
côte
6 accéléromètres tri-axes
13Analyse
cinématique
Projection puis glissement
Flexion de fourche du bassin sur le réservoir
Contact moto Déformation moto Impact tête
Impact bassin Hyper extension cou Vol plané + chute au sol
0 ms 35 ms 90 ms 180 ms temps
14ANALYSE LESIONNELLE
Accélérations
Tête
160 4ième côte droite
g Rachis 150G 8ième côte droite
140 4ième côte gauche
Rachis
120
100 Tête 100G
80
60
40
20
t Temps
(ms) (ms)
0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Mécanismes lésionnels: Chute au sol
• fractures vertèbres: hyper-extension du cou
• fractures côtes: compression thoracique
• fractures bassin: projection du bassin contre le réservoir
15Analyse
biomécanique
numérique
16MODELISATION et SIMULATION
Objectif: Analyser le comportement cinématique du motocycliste
pour de multiples configurations d’accidents
Méthode: Simulation numérique par une approche« multicorps »
Modélisation Étude paramétrique
• Pilote Vitesse du 2RM: 30, 40, 50, 60 km/h
• 2RM
• Casque Point d’impact sur le VL
• VL
Angle d’impact: 90°, 45°
validation qualitative
Type de 2RM: moto, scooter
et quantitative
Morphologie du pilote: 5ème, 50ème et 95ème
centile
Reconstruction d’accidents réels
17VARIATION de la VITESSE
A 60km/h, le tronc subit un impact
équivalent à une chute d’un 3ème étage
(vitesse d’impact du tronc de 40 km/h)
Choc du motocycliste à 80ms
Temps déclenchement + gonflage airbag < 80ms
Vimpact = 58 km/h
18VARIATION du POINT d’IMPACT
Impact roue avant
60 km/h 40 km/h
50 km/h 30 km/h
Durée maximale du choc (chute au sol + glissade): 4 secondes
Vitesse d’impact sol : 4 m/s
Maintien en pression de l’airbag
19Influence du type de 2RM : scooter
Posture différente => • Trajectoire vers l’avant Cinématique
• Impact contre le tablier différente
20Influence de l’angle d’impact
Impact moto et scooter, Angle à 45°, portière, 50ème centile, 50 km/h
Durée minimale du choc: 70ms
Impact latéral pour l’usager
21Reconstructions d’accidents réels
Données réelles
(source CEESAR)
Données réelles
Renault 4L/Aprilia 250RS Hémorragie
Impacts roue moto et bulle cérébrale
contre porte arrière
Contusion
pulmonaire
Impact tête/ toit
Lésion
bassin
Fracture
fémur
Impact thorax/ pied milieu
Impact genou/porte avant
22Mécanismes
Lésionnels
23Traumatisme 1 :
La fracture en « livre ouvert » du bassin
Projection puis glissement
du bassin sur le réservoir
Fracture
24Traumatisme 2 : Impact de la tête – le casque
• Taux du port du casque : 95 %
• mais des améliorations peuvent être apportées …
Vitesse d’impact Épaisseur du
(en Km/h) casque (en Cm)
6,4 2,5
16,1 4,6
24,1 10,2
32,2 16,5
48,3 38,1
64,4 73,7
Source : Projet RIDER
Les normes du casque (norme ECE22-05)
Test d’absorption des chocs
Test de la rétention
Test du déchaussement
Test du dérapage
Test des écrans
Source : Projet RIDER
25Traumatisme 3 :
Hyper-extension/flexion du cou
Lors d’un impact contre un VL … … lors de la chute au sol.
Dislocation
Bilatérale C4-C5
Fracture du rachis cervical
26Traumatisme 4 :
La compression du thorax
• Accélérations côtes > 60g
• Impact > 1500 N
• Déflection thoracique > 4cm (AIS=5)
Capacité d’absorption de l’airbag
27Les systèmes
de protection
Airbag
28AIRBAG MOTO
(source Honda)
ATTENTION à la posture du motocycliste :
(source INRETS-LBMC)
29Les gilets airbag à systèmes filaires
liaison à câble
cartouche de CO2
volume ~ 30l
Différents produits
commercialisés :
- Hitair (France)
- Protairbag(France)
- Motoair (Singapour)
- SPIDI (Italie)
- IPJ (USA)
-…
30Les gilets airbag à systèmes filaires
Système protecteur en cas de glissade
mais peu en cas de choc car :
longueur du câble
temps de déclenchement
+ pour certains produits :
position du générateur de gaz
temps de gonflage
volume du sac
Attention
à bien lire
une publicité ! (IPJ)
31Les gilets airbag à systèmes radio
D-air de DAINESE
Système API
Protège le cou, les clavicules et les épaules
32Système API
(commercialisé fin 2010)
Boitier de détection des chocs
Boitier de détection des chutes
Boitier interface véhicule/gilet
• Temps de déclenchement : < 50 ms
• Temps de gonflage : 30 ms
• Volume de gonflage : environ 60 litres
• Gonflage à l’hélium
33Évaluation du gilet Airbag API
Essais avec corps donnés à la science
Sans airbag Avec airbag
efforts
pression
accélérations
+ bilan lésionnel
Validation des niveaux de protection
34Évaluation du gilet Airbag API
Essais avec corps donnés à la science
Sans AIRBAG Avec AIRBAG
Bilan lésionnel
Bilan lésionnel
Force d’impact et accélérations
250 0,5 250 0,5
kN g
kN
g
200 0 200 0
150 -0,5 150 -0,5
100 -1 100 -1
50 -1,5 50 -1,5
0 -2 0 -2
110 120 130 140 150 160 170 180 190 200t (ms) 210 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
t (ms)
sternum bas 4ième côte droite force d’impact
4ième côte gauche T1
sternum haut 8ième côte droite 8ième côte gauche T12 force d’impact
35Évaluation du gilet Airbag API
par la simulation numérique
Avantages :
Grande plaque
1 - Mesures
efforts
accélérations
pressions
compression
lésions virtuelles
2 – Coût
Petite plaque
3 – Multiplication des
configurations de tests
vitesse de l’impacteur
angle de l’impacteur
forme de l’impacteur
localisation de l’impact
« cornière »
36Évaluation du gilet Airbag API
par la simulation numérique
Choc contre pavillon Chute au sol
Avec airbag Sans airbag
Sans airbag
Avec airbag
- Accélérations subies par la tête moins
violentes avec airbag
- Airbag protège la tête du mouvement
de fouet observé sans gilet airbag
Validation de l’airbag pour de multiples configurations 37Évaluation d’autres gilets airbag par des
essais pleine échelle
Avec cascadeurs, mannequins, corps donnés à la science …
Analyse cinématique
Validation des temps de déclenchement et de gonflage
38CONCLUSION
Il existe quelques normes mais rien pour Airbag
Il faut approfondir les méthodes d’évaluation
(choc latéral, arrière, critères, seuils, etc)
Rien n’est imposé en terme de critères de protection
Manque de retour d’expérience
L’airbag protègera toujours plus qu’une chemise !
Il faut promouvoir le port d’équipements
Vers des essais consuméristes …
(exemple: SHARP = « Safety Helmet Assessment and Rating Programme » http://sharp.direct.gov.uk)
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