Modelling, analysis and simulation of car-entering movement in variably-dimensioned vehicles
Modélisation, analyse et simulation du mouvement d'entrée dans des véhicules automobiles à géométrie variable
Résumé
The difficulty from which suffer elderly and/or disabled people when entering or exiting an automobile vehicle can lead them to never use it again. The car manufacturers are conscious of this fact and they are more and more interested in these growing elderly and/or disabled populations prone to locomotor apparatus disorders and in this complex gesture requiring a precise coordination of the human body articular movements. An alternative to understand and predict this movement is to use the digital simulation.Works completed in this thesis fall under this context and concern the kinematic simulation of the vehicle entering movement of a humanoid (constituted of a head, a trunk, a basin and lower limbs) in variably-dimensioned vehicles by using real data resulting from the experimentation. To solve this "complex" problem, we propose a three stage methodological procedure. A first stage carries on the constitution of a base of movements that we name "exploitable" movements which are issued from the experimentation carried out on two variably-dimensioned vehicles. These "exploitable" movements are the result of digital processing applied to the measured entry movements. These processing allow, among others, to adapt the measured joint articulation angles to the humanoid in order to avoid possible collisions with the cockpit which would not have been noted during the experiments. A second stage relates to the automatically analysis and identification of the vehicle entering movement strategies. This stage proceeds in four phases and it allows the identification of 2 entry movement strategies and 6 sub–strategies. A third stage, made up of 4 phases as well, uses the assets resulting from stages 1 and 2 to simulate an entry movement of a subject of the base adopting a given sub-strategy in another vehicle of different geometry. The simulation of the entry movement of the same subject in another vehicle concerns an inverse kinematics problem solved by constrained nonlinear programming.Simulations, implying elderly and/or having prostheses people, make it possible to validate the suggested procedure for the two entry strategies. In spite of the differences with the measured movements, the simulated movements are in conformity with the sub-strategies adopted by the subjects during the experiments. Furthermore, the realized simulations make it possible to explain partly the changes of strategy operated by some subjects, during the experiments, when shifting from one vehicle to another. Finally, simulations on fictitious vehicles show the limits of the developed simulation tool. This work opens several prospects for research as well concerning the improvement of simulation, by considering for example the intra-individual differences of subjects or the dynamics of the movement, as the development of new ergonomic indices in order to consider discomfort associated with the simulated movements.
La difficulté éprouvée pour monter ou descendre d’un véhicule automobile peut amener les personnes âgées et/ou ayants des déficiences motrices à ne plus utiliser leur véhicule. Les constructeurs automobiles l’ont compris et s’intéressent aujourd’hui à ces populations vieillissantes et/ou déficientes sujettes à des troubles de l’appareil locomoteur ainsi qu’à ce geste complexe nécessitant une coordination précise des mouvements articulaires du corps humain. Une alternative pour comprendre et prévoir ce mouvement est d’utiliser la simulation numérique. Les travaux réalisés s’inscrivent dans ce contexte et portent sur la simulation cinématique du mouvement d’entrée d’un humanoïde de synthèse (constitué d’une tête, d’un tronc, d’un bassin et des membres inférieurs) dans des véhicules de dimensions variables à partir de données réelles issues de l’expérimentation. Pour résoudre ce problème « complexe », nous proposons une démarche méthodologique en trois étapes. Une première étape porte sur la constitution d’une base de mouvements dits « exploitables » issues de l’expérimentation menée sur deux véhicules de géométrie distinctes. Ces mouvements « exploitables » sont le résultat de traitements numériques appliqués aux mouvements d’entrée mesurés. Ces traitements permettent, entre autres, d’adapter les angles articulaires mesurés à l’humanoïde de synthèse retenu afin d’éviter d’éventuelles collisions avec l’habitacle qui n’auraient pas été constatées lors des expérimentations. Une deuxième étape porte sur l’analyse et l’identification de manière automatique des stratégies d’entrée dans un véhicule automobile. Cette étape procède en quatre phases à l’issu desquelles 2 stratégies ainsi que 6 sous stratégies du mouvement d’entrée sont identifiées. Une troisième étape, constituée de 4 phases également, utilise les acquis issus des étapes 1 et 2 pour simuler un mouvement d’entrée d’un sujet de la base adoptant une sous stratégie donnée dans un véhicule de géométrie différente. La simulation du mouvement d’entrée d’un même sujet dans un autre véhicule relève d’un problème de cinématique inverse résolu par une programmation non linéaire avec contraintes. Des simulations, impliquant des personnes âgées et/ou ayants des prothèses, permettent de valider la démarche proposée pour les deux stratégies d’entrée. Malgré les différences avec les mouvements mesurés, les mouvements simulés sont conformes aux sous stratégies adoptées par les sujets lors des expérimentations. De plus, les simulations réalisées permettent d’expliquer en partie les changements de stratégie opérés par certains sujets, lors des expérimentations, suite au changement de véhicule automobile. Enfin, des simulations sur des véhicules fictifs montrent les limites de l’outil de simulation développé.Ce travail ouvre plusieurs perspectives de recherches tant concernant l’amélioration de la simulation, en considérant par exemple les différences intra- individuelles des sujets ou encore la dynamique du mouvement, que l’élaboration de nouveaux indices ergonomiques afin d’estimer l’inconfort associé aux mouvements simulés.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)