Simuler les mouvements du corps humain en quelques heures

La sécurité des piétons est une priorité

Le groupe EDAG fournit des solutions pour les secteurs de l'automobile, de la mobilité et de l'industrie à des entreprises du monde entier. Assurer la sécurité des passagers ainsi que celle des autres usagers de la route, en particulier des piétons, est l'un des éléments fondamentaux des véhicules. Au sein du groupe EDAG, une équipe de spécialistes, le service d'ingénierie assistée par ordinateur (IAO) et de sécurité, aide les clients à atteindre les niveaux de sécurité les plus élevés sur leurs véhicules afin de répondre aux exigences réglementaires.

Dans l'Union européenne (UE), près de 20 % des victimes d'accidents de la route sont des piétons, et les traumatismes crâniens sont bien souvent à l'origine de leur décès. Face à cette situation, les constructeurs automobiles doivent, en vertu de la loi, prouver que tout a été mis en œuvre pour réduire au minimum le risque de blessures graves pour les piétons. Beaucoup de véhicules modernes ont un espace réduit entre la surface intérieure du capot et les parties rigides du compartiment moteur afin de rendre le véhicule plus aérodynamique. Le problème est que cet espace constitue un danger pour les piétons. En effet, si un véhicule percute un piéton et que sa tête heurte le capot, celui-ci a beaucoup plus de chances de souffrir d'un traumatisme crânien grave puisqu'il entre en contact avec les parties rigides situées en dessous.

Activation du système de capot actif

Rehausser le capot pour augmenter l'écart entre la surface intérieure et les composants rigides permet de réduire considérablement le risque de blessure à la tête (HIC). Cependant, les constructeurs ne souhaitent pas avoir des capots surélevés en permanence, car cela affecterait l'aérodynamisme et l'esthétique de leurs modèles. À la place, ils développent des systèmes appelés "capots actifs" qui se soulèvent légèrement en cas d'impact avec un piéton. Développer un système de capot actif est un processus complexe, car il nécessite des capteurs capables d'identifier tout contact avec un piéton et d'envoyer les signaux nécessaires pour forcer le capot à se relever avant que la tête ne le heurte.

Stefan Hundertmark, chef de projets chez EDAG Group, affirme que : “Simcenter Madymo sauve des vies.” Il faut environ 40 à 50 millisecondes entre le premier contact avec le piéton et le moment où sa tête heurte le capot. Durant ce laps de temps, le capteur doit envoyer un signal à une unité centrale qui détermine s'il s'agit d'un piéton, puis transmet un autre signal aux charnières qui activent la surélévation du capot.

“Le temps de réaction est un facteur essentiel quand il se compte en millisecondes. C'est pourquoi les solutions Simcenter combinent la puissance de la modélisation multicorps avec la précision de la modélisation par éléments finis et de la CFD dans un seul solveur.”

Simuler la réalité du corps humain

Afin de répondre aux exigences réglementaires et d'obtenir les meilleurs résultats auprès des clients, les constructeurs doivent prouver que le capot est complètement surélevé avant que la tête du piéton ne le heurte, ce qui crée un espace de déformation suffisant pour la protéger du moteur situé en dessous. Pour le prouver, il faut une simulation qui reproduise fidèlement le comportement du corps humain lorsqu'il est percuté par un véhicule. Les mannequins destinés aux crash-tests physiques ne sont pas adaptés, car ils doivent être soumis à de nombreux prototypes de voitures dans le cadre de tests coûteux, afin de régler le temps d'activation du système. En revanche, avec les modèles de simulation humaine, il est possible de réaliser un grand nombre de tests virtuels plus tôt dans le cycle de conception, ce qui permet d'accélérer la commercialisation des véhicules pour un coût réduit.

Auparavant, le groupe EDAG modélisait la totalité de la cinématique du corps. ”L'ancien logiciel fonctionnait, mais les simulations mettaient énormément de temps à s'exécuter, à cause de la complexité des modèles,” déclare M. Hundertmark. Le groupe EDAG avait besoin d'une solution performante capable de simuler uniquement les parties du corps qui l'intéressaient, à savoir le comportement cinématique, afin de créer des modèles plus simples et de réduire les délais de traitement.

Une simulation sur mesure

EDAG Group fait appel au logiciel Simcenter™ Madymo™ pour la modélisation du corps humain. Il fait partie de Xcelerator de Siemens, un portefeuille complet et intégré de logiciels, de matériel et de services.

Ces modèles répondent aux exigences de validation définies dans le protocole du Programme Européen pour l'Évaluation d'Automobiles Neuves (Euro NCAP), qui prévoit le risque de blessures lors d'une collision. Il s'agit d'un programme d'évaluation des performances auquel les constructeurs doivent se conformer afin de prouver que leurs véhicules sont sûrs. Euro NCAP impose les exigences les plus strictes de tous les programmes de ce type dans le monde et définit des spécifications rigoureuses concernant les mannequins virtuels utilisés dans les simulations. Les ingénieurs du groupe EDAG et de Siemens Digital Industries Software ont travaillé en étroite collaboration en utilisant Simcenter Madymo afin de s'assurer qu'ils respectaient ces protocoles et que les résultats de la simulation seraient approuvés par Euro NCAP.

Simcenter Madymo est un logiciel de pointe dans le domaine de la simulation de la sécurité des passagers et des piétons. Il aide les entreprises à réduire le nombre de tests de prototypes en proposant des solutions de simulation précises, efficaces et polyvalentes. Ce logiciel intègre les technologies de la dynamique multicorps, de la méthode des éléments finis (FEM) et de la dynamique des fluides numérique (CFD) dans un seul solveur et comporte une vaste base de données de modèles de corps humain (HBM). Simcenter Madymo inclut un HBM actif, mais plus important encore, la base de données est dotée de toute une famille (un homme de grande taille, un homme de taille moyenne, une femme de petite taille et un enfant de 6 ans) de HBM spécifiquement conçue pour la simulation de piétons et répondant à toutes les spécifications du bulletin technique Euro NCAP (TB024). Grâce à cela, le groupe EDAG a pu obtenir la certification beaucoup plus facilement.

M. Hundertmark précise que cette solution a permis de réduire les délais de développement de manière significative : “Simcenter Madymo nous permet de modéliser uniquement la cinématique et c'est tout ce qu'il nous faut pour vérifier si un piéton a été heurté et pour envoyer le signal d'activation du capot à temps. Cette approche rend l'analyse beaucoup plus rapide qu'avec les modèles HBM par éléments finis. Les résultats sont disponibles en quelques heures au lieu de plusieurs jours.”

Gagner du temps et faire des économies

En réduisant considérablement la durée du processus de simulation, le groupe EDAG n'a pas seulement gagné du temps et fait des économies au niveau de l'ingénierie, il a également permis à ses clients de lancer leurs nouveaux produits beaucoup plus rapidement et de gagner ainsi en compétitivité. Avec une totale confiance dans la précision des simulations, les clients sont assurés que tous les véhicules ont des capots actifs conformes aux normes de sécurité les plus strictes.

M. Hundertmark souligne également la facilité d'utilisation du logiciel : “La position du mannequin et les différents angles à obtenir sont particulièrement stricts. Simcenter Madymo nous permet de manipuler et de modifier le mannequin beaucoup plus facilement. La rapidité des simulations a également l'avantage de nous aider à traiter un plus grand nombre d'itérations plus vite, ce qui signifie que nous obtenons une conception optimale bien plus rapidement. En définitive, nos clients parviennent ainsi à fabriquer un meilleur produit à un coût réduit, et c'est ce qui compte le plus pour eux.”

Plus de modèles virtuels, moins de blessures graves

Même si le groupe EDAG a utilisé la simulation avec succès pour cet aspect de la sécurité routière, de nombreux constructeurs continuent de recourir à des mannequins physiques pour la plupart des autres tests de sécurité. M. Hundertmark est convaincu que les choses évolueront à cet égard : “Les autorités de sécurité comme Euro NCAP savent que ces modèles virtuels donnent des résultats plus vrais que nature comparés aux mannequins physiques. Nous verrons davantage de projets de tests passer de la simulation physique à la simulation virtuelle, car elle donne des résultats plus précis.”

Les ingénieurs de Siemens travaillent déjà sur des propositions ainsi que sur une feuille de route commune à l'industrie pour augmenter l'utilisation des HBM dans les simulations virtuelles qui aboutiront à la certification. Ces propositions ont été présentées à Euro NCAP et aux autres autorités compétentes. Dans les prochaines années, l'industrie s'orientera vers des tests effectués par des simulations HBM au lieu de modèles physiques, ce n'est donc qu'une question de temps avant que ces derniers ne soient adoptés et que les tests de sécurité ne franchissent une nouvelle étape.

Selon M. Hundertmark, l'objectif final est d'aboutir à un mouvement international appelé "Vision Zero", dont le but est de mettre fin aux accidents mortels et aux blessures graves liés à la circulation en adoptant une approche systémique de la sécurité routière. Avec l'arrivée des véhicules entièrement autonomes sur le marché, les accidents devraient certainement diminuer. Cependant, il est probable que ces derniers partagent la route avec les voitures conduites par des personnes encore pendant de nombreuses années, donc l'idée d'atteindre le "zéro accident" est encore lointaine. Quoi qu'il en soit, il y aura toujours un risque que les véhicules entrent en collision avec des piétons.

Les véhicules évoluent, de même que les systèmes de sécurité et de protection doivent évoluer. Grâce aux simulations réalisées avec des modèles précis du corps humain, Siemens sera en mesure d'aider les constructeurs à rendre leurs véhicules aussi sûrs que possible. Les véhicules autonomes empêcheront peut-être un jour tous les accidents, mais d'ici là, nous devons tout mettre en œuvre pour éviter qu'ils ne surviennent.