Une prédiction réaliste de la posture de conduite est requise tant pour la protection individualisée des conducteurs que pour la conception de véhicules, tout particulièrement lorsque des mannequins numériques (DHM) sont utilisés dans les premières phases de développement. Des plages étendues de réglage du volant et du siège sont disponibles dans les véhicules actuels, offrant aux conducteurs de nombreuses postures de conduite possibles. Ce travail de thèse vise à quantifier la variabilité intra- (i.e. la variabilité posturale pour un même conducteur) et inter-individu (i.e. la variabilité entre différents conducteurs), ainsi qu'à développer un modèle statistique de prédiction de posture de conduite. Les postures de conduite de 34 volontaires représentatifs de la population européenne ont été mesurées sur 5 véhicules différents. En faisant varier les ajustements initiaux du siège et du volant, une variabilité intra-individu de 22 ± 14 mm dans la direction longitudinale (x) et de 16 ± 12 mm dans la direction verticale (z) ont été observées pour la position du siège. En ce qui concerne la position du volant, une variabilité légèrement plus faible a été observée, 20 ± 15 mm en x et 13 ± 9 mm en z. La position du bassin dépend à la fois du type de véhicule et de l'anthropométrie du conducteur. Plus la hauteur d'assise du véhicule est basse, et plus le conducteur est grand, plus le siège est positionné bas et en arrière. Fait intéressant, l'angle du dossier par rapport à la verticale n'est affecté ni par l'anthropométrie du conducteur, ni par le type de véhicule. Un modèle statistique pour la prédiction de la posture de conduite basé sur les données expérimentales est proposé et comparé à d'autres modèles prédictifs existant. Les postures de conduite recueillies expérimentalement sont aussi comparées aux prédictions obtenues avec le mannequin numérique RAMSIS. Si l'on se base sur les valeurs de variabilité intra-individu pour la position des yeux et du bassin comme critère d'évaluation des prédictions de RAMSIS, seulement 16% et 30% des prédictions peuvent être considérées comme correctes. Différentes solutions pour améliorer les prédictions sont proposées

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du développement des mannequins numériques pourl’évaluation ergonomique de la conception de véhicule, plus particulièrement des commandesautomobiles. Il vise à développer des modèles biomécaniques permettant la prise en comptede la dynamique du mouvement et de la force exercée lors d’une tâche pour prédire lemouvement et l’inconfort associé. Ce travail s’est focalisé sur la pédale d’embrayage.Concernant le développement des critères d’inconfort, le concept du mouvement neutre estexploré. Une méthode, basée sur la comparaison entre des mouvements avec desconfigurations imposées et ceux moins contraintes, est proposée. Elle a permis l’identificationde paramètres biomécaniques pertinents et de proposer des indicateurs d’inconfort pour laconception de la pédale d’embrayage.Les relations entre la posture et la force d’appui ont été étudiées expérimentalement en faisantvarier le niveau d’effort exercé sur une pédale statique. Nos résultats montrent que la directiond’effort et l’ajustement postural suivent le principe de minimisation des couples articulaires.Par ailleurs l’utilisation d’un critère de minimisation de l’activité musculaire a montré uneamélioration de la prédiction de la direction d’effort pour les efforts peu élevés.Les indicateurs d’inconfort proposés dans cette étude fournissent des informations objectivespermettant aux ingénieurs de conception de comparer des solutions alternatives de design. Letravail sur les mécanismes de contrôle de l’effort et de la posture constitue, quant à lui, unepremière étape dans l’optique de prendre en compte la force exercée dans la simulation deposture. / This thesis takes place in the context of the development of digital human models forergonomic assessment of vehicle design, particularly automotive controls. It aims to developbiomechanical models that can take into account the dynamics of movement and the forceexerted during a task to predict the movement and the associated discomfort. This workfocused on the clutch pedal.For the development of the discomfort criteria, the concept of neutral movement is explored.An approach, based on comparing imposed pedal configurations and less constrained pedalconfigurations movements, has been proposed. It allowed the identification of relevantbiomechanical parameters and to propose indicators of discomfort for the design of the clutchpedal.The relationships between posture and force exertion were studied experimentally by varyingthe level of force exerted on a static pedal. Our results show that the direction of forceexertion and the postural adjustment follow the principle of minimization of joint torques.Furthermore, the use of a criterion for minimizing muscle activity showed an improvement inpredicting the direction of effort for the low and intermediate force levels.Discomfort indicators proposed in this study provide objective information that allows designengineers to compare design alternatives. Work on the control mechanisms of force exertionand posture is, in turn, a first step towards the simulation of posture/movement by taking intoaccount force exertion.

Une prédiction réaliste de la posture de conduite est requise tant pour la protection individualisée des conducteurs que pour la conception de véhicules, tout particulièrement lorsque des mannequins numériques (DHM) sont utilisés dans les premières phases de développement. Des plages étendues de réglage du volant et du siège sont disponibles dans les véhicules actuels, offrant aux conducteurs de nombreuses postures de conduite possibles. Ce travail de thèse vise à quantifier la variabilité intra- (i.e. la variabilité posturale pour un même conducteur) et inter-individu (i.e. la variabilité entre différents conducteurs), ainsi qu'à développer un modèle statistique de prédiction de posture de conduite. Les postures de conduite de 34 volontaires représentatifs de la population européenne ont été mesurées sur 5 véhicules différents. En faisant varier les ajustements initiaux du siège et du volant, une variabilité intra-individu de 22 ± 14 mm dans la direction longitudinale (x) et de 16 ± 12 mm dans la direction verticale (z) ont été observées pour la position du siège. En ce qui concerne la position du volant, une variabilité légèrement plus faible a été observée, 20 ± 15 mm en x et 13 ± 9 mm en z. La position du bassin dépend à la fois du type de véhicule et de l'anthropométrie du conducteur. Plus la hauteur d'assise du véhicule est basse, et plus le conducteur est grand, plus le siège est positionné bas et en arrière. Fait intéressant, l'angle du dossier par rapport à la verticale n'est affecté ni par l'anthropométrie du conducteur, ni par le type de véhicule. Un modèle statistique pour la prédiction de la posture de conduite basé sur les données expérimentales est proposé et comparé à d'autres modèles prédictifs existant. Les postures de conduite recueillies expérimentalement sont aussi comparées aux prédictions obtenues avec le mannequin numérique RAMSIS. Si l'on se base sur les valeurs de variabilité intra-individu pour la position des yeux et du bassin comme critère d'évaluation des prédictions de RAMSIS, seulement 16% et 30% des prédictions peuvent être considérées comme correctes. Différentes solutions pour améliorer les prédictions sont proposées / Realistic prediction of driving posture is required for both individualized protection and vehicle packaging especially when a digital human model (DHM) is used in early phase of a vehicle design. A large range of seat and steering wheel adjustments is available in today’s vehicles, offering many possibilities in driving position. The present PhD thesis aims at quantifying intra- (i.e. postural variability for a same driver) and inter-individual (i.e. variability between different drivers) variability and developing a statistical driving posture prediction model. Driving postures of 34 volunteers were recorded on 5 different vehicles, covering a large range of European drivers’ anthropometry and vehicle types. By varying initial adjustments and comparing road and laboratory conditions, we observed an intra-individual variation in the seat position, 22 ± 14 mm in longitudinal (x) direction and 16 ± 12 mm in vertical (z) direction on average. For steering wheel position, slightly smaller variations were also observed, 20 ± 15 mm in x and 13 ± 9 mm in z directions. As expected, hip position was strongly affected by both vehicle and driver’s anthropometry. Drivers sat lower and more backward for a taller driver and a higher seat. Interestingly, torso angle relative to the vertical direction was affected neither by vehicle nor by stature group. A statistical driving posture prediction model based on collected data is proposed and compared with other existing statistical models. Collected driving postures were also compared with the predictions by the digital human software modeling package RAMSIS. If we refer to the range of intra-individual variation in hip and eye locations for assessing RAMSIS predictions, only 30% and 18% of the predictions can be considered as good. Solutions for improving predictions are suggested

Prédire précisément la posture adoptée par un conducteur est primordial dans la conception d'un véhicule, surtout quand un mannequin numérique est utilisé. De plus, le marché automobile en Chine est en pleine expansion et devient le plus gros marché automobile. L'adaptation de la conception des véhicules aux spécificités de ce marché est un enjeu majeur pour de nombreux constructeurs automobiles. Le conducteur chinois se distingue du conducteur Européen par une anthropométrie différente, non seulement en taille mais aussi en proportion du corps. L'adaptation de la conception de la voiture au marché chinois devient un enjeu majeur pour de nombreux constructeurs automobiles. Cette thèse vise à (1) étudier l'effet des paramètres anthropométriques et des paramètres véhicule sur la posture de conduite, (2) développer un modèle statistique de prédiction de posture de conduite, (3) quantifier la variabilité intra- (i.e. la variabilité pour un même conducteur) et interindividus (variabilité entre différents conducteurs) des postures de conduite confortables. Les postures de conduite de soixante et un sujets ont été recueillies à l'aide de deux maquettes de véhicule multi-réglable sous quatre conditions d'essai en ajoutant progressivement le nombre de paramètres de contrôle (contraintes), de la configuration with "contraintes minimum" aux configurations proches des véhicules existants. En plus de la hauteur du siège, les effets des positions longitudinales de la pédale d'embrayage et du volant ainsi que l'angle de coussin de siège ont été étudiés. Les sujets ont été divisés en trois groupes de taille (petite, moyenne et grande). Un sous-échantillon (27 « nés française »et 21« nés Chinois») a été constitué avec une distribution de taille similaire et de ratios hauteur du buste / taille, longueur bras / taille et longueur jambe / taille différents / Accurate prediction of driving posture is essential for vehicle interior design, especially when a digital human model (DHM) is used. Meanwhile, the car market is booming in China. Chinese drivers are different from those of European in terms of anthropometry, not only in stature but also in body proportion. How to adapt car design to the Chinese market is becoming a major issue for many car manufacturers. The present PhD thesis aims at (1) studying the effects of key vehicle interior design dimensions and anthropometric variables on driving posture, (2) developing a statistical driving posture prediction model (3) quantifying intra-(i.e. variability of the same driver) and inter-individual (variability between different drivers) variability of comfortable driving postures. The driving postures of sixty-one subjects were collected using two multi-adjustable vehicle mock-ups under four test conditions by gradually adding the number of control parameters (constraints), from the “least constrained” driving condition to the configurations close to currently existing vehicles. In addition to seat height, the effects of the longitudinal positions of clutch pedal and steering wheel as well as seat cushion angle were investigated. The subjects were divided into three stature groups (short, average and tall). A sub-sample (27 ‘French-born’ and 21 ‘Chinese born’) was constituted with similar stature distribution and quite different in the sitting stature/stature, arm length/stature and thigh length/stature ratios

La simulation de mouvements d'atteinte effectués par un opérateur assis est particulièrement utile pour les constructeurs d'automobiles. Elle permet d'améliorer l'ergonomie de l'habitacle et des commandes, le plus en amont possible dans la conception. Elle consiste à simuler un mouvement et à prédire son inconfort. Cependant, ce type de simulation se heurte à des problèmes pratiques et théoriques. Pour la partie pratique, une méthode de simulation générique et stable pour tout type de mouvement doit être mise en place. Faire un logiciel de simulation par types de mouvement est plus simple, mais devient vite fastidieux dès que le nombre de mouvements différents est important. Pour la partie théorique, il est jusqu'à présent nécessaire d'enregistrer une nouvelle base à chaque changement dans la définition de la tâche, si petit soit il. En essayant de comprendre comment un changement de tâche influe sur le mouvement, il pourrait être possible d'étendre le domaine de prédiction d'un type de mouvement à un autre type similaire. Deux expériences ont été réalisées pour tenter de pallier les problèmes évoqués précédemment. Pour la partie pratique, une expérience sur l'atteinte a été réalisée dans un environnement automobile. Elle comporte 13 catégories de tâches couramment effectuées par les conducteurs. Elle a permis de mettre au point un procédé de simulation réutilisable pour n'importe quel type de mouvement d'un sujet assis. Pour la partie théorique, une étude exploratoire sur l'impact de l'environnement et de la nature de la tâche sur le mouvement a été menée. Elle a permis d'identifier les facteurs qui sont susceptibles de modifier le mouvement et de comprendre la façon dont ils sont modifiés.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du développement des mannequins numériques pourl'évaluation ergonomique de la conception de véhicule, plus particulièrement des commandesautomobiles. Il vise à développer des modèles biomécaniques permettant la prise en comptede la dynamique du mouvement et de la force exercée lors d'une tâche pour prédire lemouvement et l'inconfort associé. Ce travail s'est focalisé sur la pédale d'embrayage.Concernant le développement des critères d'inconfort, le concept du mouvement neutre estexploré. Une méthode, basée sur la comparaison entre des mouvements avec desconfigurations imposées et ceux moins contraintes, est proposée. Elle a permis l'identificationde paramètres biomécaniques pertinents et de proposer des indicateurs d'inconfort pour laconception de la pédale d'embrayage.Les relations entre la posture et la force d'appui ont été étudiées expérimentalement en faisantvarier le niveau d'effort exercé sur une pédale statique. Nos résultats montrent que la directiond'effort et l'ajustement postural suivent le principe de minimisation des couples articulaires.Par ailleurs l'utilisation d'un critère de minimisation de l'activité musculaire a montré uneamélioration de la prédiction de la direction d'effort pour les efforts peu élevés.Les indicateurs d'inconfort proposés dans cette étude fournissent des informations objectivespermettant aux ingénieurs de conception de comparer des solutions alternatives de design. Letravail sur les mécanismes de contrôle de l'effort et de la posture constitue, quant à lui, unepremière étape dans l'optique de prendre en compte la force exercée dans la simulation deposture.