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CAHIERS D'ÉTUDES Bulletin n° 37 Juin 1976 CDAT 15062 LA PROTECTION PAR SAC GONFLABLE

CAHIERS D'ÉTUDES

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Page 1: CAHIERS D'ÉTUDES

CAHIERS

D'ÉTUDES

Bulletin n° 37Juin 1976

CDAT15062

LA PROTECTIONPAR SAC GONFLABLE

Page 2: CAHIERS D'ÉTUDES

L'ORGANISME NATIONAL DE SÉCURITÉ ROUTIÈREest une association ayant pour objet de procéder aux étudeset recherches de toutes natures sur les accidents de lacirculation routière et sur les mesures destinées à accroîtrela sécurité de cette circulation, ainsi que de promouvoirtoutes activités ayant le même sujet. Les Ministèresintéressés à la sécurité routière sont représentés dans sonConseil d'Administration.

Président : H. Larrieu Directeur : M. Halpern Herla.

Les bulletins peuvent être reproduits librement sous réserve que l'origine :"Cahiers d'Etudes de l'Organisme National de Sécurité Routière "

soit mentionnée.Siège social : 244, boulevard Saint-Germain, 75007 Paris.

Administration : avenue du Général-Malleret - Joinville, 94110 Arcueil.

Page 3: CAHIERS D'ÉTUDES

LA PROTECTION PAR SAC GONFLABLE*

M. DEIEAMMESR. QUINCY

chargés d'études au laboratoire des chocs et de Biomécanique

SOMMAIRE

Pages

INTRODUCTION 4

I PROGRÈS RÉCENTS DU SAC GONFLABLE AUX ETATS-UNIS 4

1.1. Tests avec volontaires humains en choc frontal 61.1.1. Conditions d'essais 61.1.2. Analyse des essais 71.1.3. Comparaison volontaire-mannequin 71.1.4. Efficacité du sac gonflable 7

1.2. Essais dans des conditions diverses d'accidents . 101.2.1. Conditions d'essais 101.2.2. Résultats 10

1.3. Conclusion 10

II. RECHERCHES SUR LES PROBLÈMES BIOPHYSIQUES POSSIBLES 11

11.1. Bruit et surpression occasionnés par le gonflage du sac 1111.2. Effets traumatisants sur l'homme 12

11.3. Protection des enfants 1311.4. Conclusion 14

III. ADAPTATION DU SAC GONFLABLE AU VÉHICULE EUROPÉEN . 15

111.1. Problèmes d'adaptation au véhicule " subcompact" 15111.2. Efficacité comparée du sac gonflable et de la ceinture de sécurité 15

111.2.1. Méthodologie 15111.2.2. Choix des accidents simulés 15111.2.3. Dispositifs de protection 16111.2.4. Comparaison d'efficacité des deux dispositifs de rétention 16

111.2.4.1. Choc frontal contre barrière fixe 16111.2.4.2. Choc frontal entre deux véhicules désaxés 19111.2.4.3. Choc contre glissière de sécurité 24

111.2.5. Influence du mannequin 25

111.2.6. Conclusion . 26

IV. CONCLUSION 28

BIBLIOGRAPHIE 30

* Cette étude a été réalisée pour le compte de la Direction des Routes et de la Circulation Routière.

Page 4: CAHIERS D'ÉTUDES

INTRODUCTION

Le sac gonflable est un dispositif de protection desautomobilistes d'un type nouveau, dont le dévelop-pement a été très rapide depuis 1966 environ. Leprincipe est de déployer automatiquement un sacqui fait écran devant le passager et absorbe sonénergie lorsqu'un choc sévère du véhicule estdétecté.

En 1972 environ, l'efficacité du sac gonflableapparaissait démontrée clairement pour la pro-tection des occupants avant d'un véhicule subissantune collision frontale. Les efforts des constructeursaméricains faisaient suite à la décision gouver-nementale de rendre obligatoire les dispositifs derétention passifs à partir de 1976.

Ainsi, comme le montre l'étude bibliographiquepubliée par l'ONSER (4), ce dispositif permet dediminuer les. décélérations subies par la tête et lethorax et évite tout heurt avec l'habitacle lors d'unchoc frontal. Mais certains problèmes restent ensuspens. Outre le prix élevé de l'installation dudispositif, il apparaît que l'adaptation à chaquevéhicule présente des difficultés et que la détectiondu choc est encore mal connue. De plus, l'efficacitélors de chocs autres que frontaux n'est passuffisamment étudiée et les dispositifs d'adsorptiond'énergie offrent une protection des genoux encoreinférieure à celle de la ceinture sous-abdominale.Ainsi apparaît-il en 1972-1973 une diminutiond'intérêt des constructeurs européens et américainspour le sac gonflable, parallèlement au recul de ladate d'application de la réglementation US (FMVSS208 cf. Annexe). Néanmoins, on peut remarquerque la firme General Motors a poursuivi ses étudesdans le sens de l'amélioration du sac gonflable avecnotamment des tests dynamiques avec volontaires,des essais de diverses configurations de chocs autresque frontaux ainsi que la sortie d'une flotte de1.000 véhicules équipés de sacs gonflables.

De plus, l'accent a été mis sur les effetsbiophysiques possibles du sac gonflable et a conduità certaines études sur le bruit, sur les effets bio-mécaniques ainsi que sur les problèmes des enfantsprenant place dans lé véhicule.Par ailleurs, l'adaptation du sac gonflable à un

• véhicule européen pose beaucoup plus de problèmeset l'adoption d'un tel dispositif, sophistiqué et coû-teux, semble peu intéressante du point de vue ducoût-efficacité tant qu'il n'est pas demandéd'améliorer les performances de la ceinture, ce quirendrait le sac gonflable plus compétitif.

Ce cahier d'étude nous permettra d'analyser lesétudes américaines récentes, d'approfondir leseffets biophysiques possibles sur l'homme, enfind'évaluer l'efficacité du sac gonflable dans unvéhicule européen par comparaison avec le fonc-tionnement de la ceinture 3 points dans les mêmesconditions d'accident, suite aux essais réalisésrécemment par l'ONSER.

I. PROGRÈS RÉCENTS DU SAC GONFLABLEAUX ETATS-UNIS

II semble que depuis 1972 environ, peu defabricants ou de constructeurs aient poursuivi desrecherches très approfondies de mise au point desacs gonflables nouveaux. On peut néanmoins citerla Société MINICARS qui a développé dans lecadre du programme ESV (Véhicule Expérimentalde Sécurité) un dispositif de protection duconducteur comprenant un petit coussin de volantgonflé par un générateur à réserve de gaz souspression (azote sous 160 bars) et monté sur unecolonne de direction à absorption d'énergie (Fig. 1).La protection des .genoux est assurée par undispositif limiteur d'effort (FRIEDMAN, 5).

Le dispositif pour passager avant est constitué d'unsac à double compartiment s'appuyant sur unestructure amortissante, assurant ainsi la protectiondu torse et de la tête. La protection des genoux estfaite par un dispositif amortisseur à nid d'abeilles.Pour cet ensemble, l'objectif est d'assurer la protec-tion des passagers lors de chocs à 65 km/h en satis-faisant aux conditions de la norme 208.

De même, chez CALSPAN, SHOEMAKER (16) aétudié, à l'aide d'un modèle mathématiquecomplexe, un dispositif de protection pour passageravant dont l'efficacité a été confirmée par des essaissur similateur. Une planche de bord relativementvolumineuse est fabriquée en éléments à tauxd'absorption d'énergie gradués. Deux petits sacsgonflables déclenchés lors de chocs à plus de30 km/h sont destinés à distribuer les forces decontact du thorax et à contrôler les mouvements dela tête. Une structure déformable assure la protec-tion des genoux (Fig. 2).

ROMEO (13) du CALSPAN a développé un sacgonflable pour la protection des passagers d'unvéhicule subcompact. Ce dispositif se compose dedeux générateurs montés à l'intérieur d'un diffu-seur cylindrique. Celui-ci est fixé à la structureavant par l'intermédiaire de deux dispositifs rétrac-tables qui assurent un amortissement supplémen-taire. La retenue de la partie supérieure du corpsest assurée par le sac gonflable, tandis qu'uneretenue par structure amortissante de genouxassure une rétention de la partie inférieure(Fig. 2 bis).

Page 5: CAHIERS D'ÉTUDES

Sacgonflable ( 2

Appuides genoux

Distance en inch. du mannequin50th centile aux structures de l'habitacle

A Siègeà absorptiond'énergie

FIGURE 1

Sacs de tête_/V~et thorax séparés

Pare-brisemodifié

Tableau de bordrétractable

Ancientableau de bord

Plancher surbaissépour améliorerla trajectoiredes genoux

FIGURE 2

Dispositif de rétention à sac gonflableou tableau de bord rétractable

Page 6: CAHIERS D'ÉTUDES

Pilierde porte

Cloisonpare-feu

PINTO - HOMME 50e centile sur siège en position médiane

FIGURE 2 bis

A l'aide de ce dispositif, des essais ont été réalisésen choc frontal avec des mannequins allant del'enfant de 6 ans à l'adulte.

En se basant sur les prescriptions de la normeFMVSS 208, l'auteur indique que le dispositifassure pour un adulte une protection contre lesblessures graves et la mort jusqu'à des vitesses de65 à 80 km/h suivant les dimensions de l'adulteconsidéré. La protection est assurée aux plus hautesvitesses pour les tailles petites et moyennes et auxplus basses pour les grandes tailles.

Pour les enfants, les résultats sont plus difficiles àinterpréter. Cependant le sac gonflable assure uneretenue appréciable en particulier pour les grandesvitesses. Il reste cependant le problème du déploie-ment alors que l'enfant se trouve debout, le torsecontre le dispositif. Suite à des essais sursimulateur de choc, l'auteur indique que dans cecas, il est possible de réduire la gravité de l'impacten intervenant sur le pliage du sac, ce qui permetde modifier la zone d'impact et la cinématique del'enfant.

1.1. TESTS AVEC VOLONTAIRES HUMAINSEN CHOC FRONTAL

SMITH (18) a réalisé à l'Institut de Recherche duSOUTHWEST, San Antonio, Texas, des testsdynamiques du système de sac gonflable pour

conducteur mis en œuvre par General Motors.Quarante essais avec volontaires pour 8 sévérités dechocs frontaux ont pu être comparés aux essaisavec mannequins effectués dans les mêmesconditions.

1.1.1. Conditions d'essais

Le dispositif de protection se compose d'un géné-rateur pyrotechnique monté au centre du volant surune colonne de direction à absorption d'énergie. Lesac proprement dit comporte un compartimentintérieur et est fabriqué dans un tissu de nylonenduit de néoprène. La protection des genoux estassurée par une structure métallique déformablerecouverte de mousse flexible.

Un habitacle de véhicule de série est simulé pourêtre utilisé sur banc dynamique qui permet dereproduire la décélération du véhicule pour desvitesses allant jusqu'à 48 km/h.

Afin de permettre une bonne comparaison, lesaccélérations de l'occupant ont été mesurées aumême niveau pour le volontaire et pour lemannequin (Hybrid II ou 95e centile Sierra). Ainsiun accéléromètre triaxial est fixé sur un casque, surle côté gauche de la tête, au-dessus de la régiontemporopariétale. Un accéléromètre triaxial estcollé dans le dos au niveau de la vertèbre T6(Fig. 3).

6

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FIGURE 3

Position des accéléromètres sur volontaire

Avant chaque essai, le volontaire reçoit la consignede garder les mains sur le volant et de se contracteravant le choc. Quelle que soit la taille du sujet, lesiège est toujours en position maximum arrière.

1.1.2. Analyse des essais

Le gonflage du sac débute avant que le sujet necommence à se déplacer en avant. Le sac giffle laface et les avant-bras de presque tous les sujets,quelle que soit la sévérité du choc. Lors du mouve-ment en avant, les genoux entrent en contact avec laprotection avant que le thorax et la tête ne heurtentle sac. La flexion de la tête est faible. Si les mains

• échappent du volant, elles viennent s'appuyer géné-ralement sur la planche de bord simulée. L'énergiedu thorax est absorbée en deux phases par lacolonne de direction — la première lors de lacompression par l'intermédiaire des bras puis laseconde lors de la charge du thorax et de la tête àtravers le sac.

La phase du rebond du mouvement du sujet estcaractérisée par une vitesse de rebond de la têtenettement plus faible pour le volontaire que pour lemannequin.

Ainsi les volontaires ont subi des chocs jusqu'à desvitesses de 48 km/h sans blessures graves, mais onpeut noter l'importance du choc du sac contre laface du volontaire lors de son déploiement. Leslésions constatées sont des érythèmes, des abrasionset des ecchymoses principalement aux bras et à laface (cf. II.2). Il est intéressant de noter que cestraumatismes superficiels ont été sensiblement lesmêmes à toutes les sévérités de chocs. Une seulefois lors d'un choc à 45 km/h, un sujet a heurté levolant, entraînant la déformation de celui-ci, maisn'a subi aucune lésion interne apparente.

1.1.3. Comparaison volontaire/mannequin :

Les résultats obtenus au niveau de la tête (indice desévérité HIC) sont assez proches entre les -deuxmodèles pour chaque sévérité d'impact (Fig. 4). Parcontre, au niveau du thorax, les indices de sévéritéSI sont plus importants sur le mannequin (Fig. 5).En général, la cinématique du mannequin est plusexagérée que celle du volontaire, ce qui s'expliqueen grande partie par la réaction musculaire dusujet qui présente ainsi une plus grande dissipationd'énergie.

1.1.4. Efficacité du sac gonflable :

Ces essais ont permis d'atteindre des sévérités dechocs très élevées avec des volontaires humains quiont été protégés dans de très bonnes conditions parle sac gonflable utilisé.

Il est intéressant de se référer aux essais entreprispar HENDLER (7) avec des volontaires maintenuspar une ceinture 3 points avec limiteur d'effort.Pour subir des conditions de chocs comparablesjusqu'à vitesse de 48 km/h (décélération pic de20 G), les volontaires ont adopté une position nonréaliste (tête fléchie, cou rentré dans les épaules) etse sont contractés de façon extrême. De plus, pources essais avec ceinture, l'environnement del'habitacle n'était pas reconstitué car les sujetsauraient heurté la structure du véhicule lors desessais à vitesse supérieure à 25 km/h.

Il semble donc se confirmer que, en choc frontalsévère, la protection apportée par le sac gonflableest supérieure à celle de la ceinture 3 points.

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1000

400l

INDICETÊTEHIC

300

200

100

o

9

1000

400

300

INDICETHORAX

SI

200

100

D

0

D

©

15.0 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 34.0

VITESSE (mph)

FIGURE 4

a

• D

O

X

D

©D

X

D

O

X

0

X

D

O

X

D

O

X

0

X

15.0 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0 32.5 34.0

VITESSE (mph)

a MANNEQUINS INTERNE

0 MANNEQUINS EXTERNE

x VOLONTAIRES

D MANNEQUINS INTERNE

O MANNEQUINS EXTERNE

x VOLONTAIRES

Accélérations du thoraxmesurées postérieurement

FIGURE 5

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IMPACT DE DEUX VÉHICULES A UNE INTERSECTION

Impact réel - 2 véhicules à vitesses V A et V B

30 mph

34

/

t

vB

onyu

20

o

mph

/

/

/ VA/B

36 mph

D<

Impact réaliséun véhicule à vitesse

oV g =

Véhicule heurtantVitesse simulée de 30 mph

Véhicule heurtéVitesse simulée de 20 mph

V A / g = Vitesse utilisée pour levéhicule heurtant : 36 mph

Véhiculeà l'arrêt

FIGURE 6

Page 10: CAHIERS D'ÉTUDES

1.2. ESSAIS DANS DES CONDITIONSDIVERSES D'ACCIDENTS

Dans le but d'acquérir une meilleure connaissancede l'efficacité du sac gonflable mis au point etsatisfaisant aux normes américaines, GeneralMotors a entrepris une série d'essais en conditionsréelles d'accidents qui est rapportée parWILSON (20). Deux objectifs principaux ont étévisés : reconstituer des accidents réalistes dont lescaractéristiques sont tirées des enquêtes et simulerdes postures d'occupants plus réelles à l'aide demannequins de diverses tailles.

1.2.1. Conditions d'essais :

L'expérimentation est réalisée avec des véhicules detaille "standard" équipés de sacs gonflables pourles occupants avant. Lorsque l'accident impliquedeux voitures, la simulation est effectuée avec unevoiture à l'arrêt en imprimant à l'autre le vecteurvitesse "ad hoc" (un exemple est donné en fig. 6).Cette simulation est néanmoins susceptible demodifier la dynamique des véhicules par rapport àla réalité. Les mannequins installés dans lesvoitures sont équipés d'accéléromètres et de cap-teurs d'efforts permettant de déterminer les critèresde sévérité usuels. Leurs cinématiques sont égale-ment analysées.

Les types de chocs retenus sont :— choc frontal entre deux véhicules décalés (recou-

vrement de 30 %, vitesse relative de 96 km/h);— choc frontal contre poteau non axé (face au

conducteur, vitesse de 48 km/h) ;— choc de deux véhicules à une intersection ortho-

gonale (vitesses respectives de 32 et 48 km/h,Fig. 6) ;

— choc angulaire entre deux véhicules (angle de30° sur la droite, vitesse relative de 48 km/h) ;

— choc angulaire entre deux véhicules (angle de45° à gauche, vitesse relative de 64 km/h) ;

— collision en chaîne impliquant 3 voitures (unevoiture percute à 64 km/h une voiture freinantdevant une troisième arrêtée) ;

— choc contre barrière fixe à 64 km/h ;

— retournement latéral à 48 km/h avec déploie-ment des sacs ;

— choc frontal à 48 km/h au cours duquel lepare-choc passe sous' obstacle fixe (simulationdu choc contre poids lourd).

1.2.2. Résultats

Ces chocs très variés ont été réalisés avec des man-nequins du 50e centile, puis certains ont été reprisavec des mannequins de tailles différentes. De cesessais, il ressort que le plus souvent les critères desévérité sont en dessous des valeurs prescrites par lanorme FMVSS 208 pour la femme du 5e centile,l'homme du 50e ou du 95e centile. Il faut cepen-dant noter que, lors de certains essais tels que leretournement, le choc entre deux véhicules à 45°ou le choc frontal entre deux véhicules décalés, lacinématique des mannequins fait apparaître desimpacts ou des éjections partielles dont la gravitééventuelle est sans doute mal traduite par lescritères de sévérité. De plus, lors du choc contrepoteau et du choc contre obstacle haut, lacompression axiale des fémurs a dépassé la valeurlimite prescrite.

Par ailleurs, le choc frontal contre barrière fixe à64 km/h a entraîné des indices supérieurs à lalimite au niveau du thorax et de la tête du passagercentral et des fémurs des trois occupants. La pro-tection est cependant jugée satisfaisante parl'auteur vu la sévérité du choc.

1.3. CONCLUSIONS

II apparaît ainsi que General Motors a pu mettreau point un ensemble de sacs gonflables pour lesoccupants avant d'un véhicule américain dont l'effi-cacité a été prouvée par des essais de chocs fron-taux sévères avec volontaires et des essais enconditions variées de chocs de véhicules.

10

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II. RECHERCHES SUR LES PROBLÈMESBIOPHYSIQUES POSSIBLES

Les premières réalisations de sacs gonflables etleurs essais ont fait apparaître des problèmesbiophysiques nouveaux. Ceci a conduit leschercheurs à des études très poussées à caractèrepresque fondamental puisqu'elles nécessitent desdonnées particulières de tolérance humaine.

II.l. BRUIT ET SURPRESSIONOCCASIONNÉS PAR LE GONFLAGEDU SAC

Les niveaux élevés de bruit enregistrés avec lespremiers types de sacs gonflables ont fait craindredes risques pour le système auditif humain. Lesgénérateurs à réserve de gaz sous pression avec

lesquels le bruit atteignait 170 dB ont été aban-donnés au bénéfice de générateurs pyrotechniquesou hybrides qui donnent un niveau plus acceptablede 150 dB environ. Par, ailleurs, le gonflage d'unvolume important dans l'habitacle peut entraînerun phénomène de surpression qui peut être distin-gué du bruit par sa fréquence plus faible (endessous de 300 Hz). La réduction de cettesurpression est recherchée avec les générateurs àaspiration d'air ambiant.

Ainsi HICKLING (8) a réalisé une étude expéri-mentale ayant pour but d'examiner diverses solu-tions de réduction du bruit et de, la surpression.Il utilise un générateur à réserve de gaz souspression auquel il adjoint divers dispositifssilencieux. Un générateur à aspiration en cours dedéveloppement est également testé. Les tirs réalisésen espace libre dans une chambre anéchoïqueouverte montrent que certains dispositifs silencieuxpermettent une réduction de bruit pouvant allerjusqu'à 19 dB (141 dB par rapport aux 160 dB dugénérateur sans silencieux) mais au-détriment dutemps de gonflage qui est accru jusqu'à 190 ms (aulieu de 40 ms). Avec le générateur à aspiration legain en bruit de 14 à 19 dB s'accompagne d'uneaugmentation de temps de gonflage moins impor-tante qu'avec les silencieux (cf. Fig. 7).

0

5

10

15

20

Réduction du bruit (dB)

- >v

/ *̂ \/Sac à aspiration

I

Sac gonflable avec• dispositif silencieux

I I 150 100 150 200

Temps de gonflage (ms)

FIGURE 7

11

Page 12: CAHIERS D'ÉTUDES

L'étude de la surpression a été faite dansl'habitacle d'un véhicule américain en essayantplusieurs ouvertures de vitres avec soit le générateursans silencieux; soit le générateur à aspiration. Lesessais ont été analysés en se rapportant aux critèresproposés par BOLT, BERANEK et NEWMAN (2).Ils font apparaître que les composantes de bruit(durée B) sont plus dangereuses que celles de sur-pression (durée A) pour les deux types de généra-teurs. Le générateur à aspiration réduit lepourcentage de la population risquant desdommages auditifs de 13 % (générateur simple) à0,5 %. De plus, il ne semble pas que l'ouverturedes vitres du véhicule permette une réduction desrisques dus au bruit ou à la surpression bien quedans ce dernier cas, on note des modifications detemps de montée du signal.

De son côté, RICHTER (12) a mené une étude plusfondamentale sur les effets de la pression localebrusque du gonflage sur l'oreille et la membranetympanique. Il utilise un modèle animal vivant, lesinge écureuil adulte ou enfant, qui présente unsystème auditif semblable à celui de l'homme. Pourcréer une simulation adéquate du traumatismeoccasionné par le sac gonflable, un petit sac a étéfabriqué et monté sur un simulateur de chocpneumatique. Ce dispositif devant lequel est placél'animal, une oreille tournée vers le sac, permet defaire varier la vitesse spécifique pour la simulationde la cinématique de l'accident (Fig. 8).

Les potentiels d'action du nerf cochléen mesurésavant, immédiatement après et plusieurs semainesaprès le test, ainsi que l'apparence de la membranemontrent qu'aucun dommage permanent de l'ouïeni perforation du tympan ne sont intervenus à desvitesses de déploiement allant jusqu'à 45 m/s etavec des intensités de bruit de 150 dB. L'auteurconclut que de légers déplacements de seuilsd'audition peuvent être attendus chez l'hommedans le cas où le sac vient frapper une oreille direc-tement mais qu'on ne peut trouver aucun risquepour les structures de l'oreille moyenne.Ainsi, ces récentes études tendent à prouver qu'ilsubsiste peu de risques pour le système auditif despassagers de véhicules américains équipés de sacgonflable.

n.2. EFFETS TRAUMATISANTSSUR L'HOMME

Des essais de sac gonflable sur volontaire ou suranimal vivant ont été pratiqués dès les premiersprototypes imaginés afin de démontrer que le sacgonflable, s'il est supérieur à la ceinture de sécuritéen termes de critères biomécaniques usuels, neprésente pas d'effets secondaires dangereux.

Ainsi, SMITH (17) réalisant des essais sur volon-taires pour General Motors a noté de légères contu-sions aux membres supérieurs ou à la face; Lorsd'une deuxième série d'essais sur volontaires(SMITH, cf. I), une étude plus poussée des modifi-cations biologiques possibles a été effectuée parGREER (6). Il releva des taux d'enzymes dans lesang (CPK, LDH et SGOT) sur 10 volontairesexposés à des décélérations de 20-22 G (sur le bancd'essai). Pour des vitesses d'impact atteignant48 km/h, les volontaires n'ont subi que des bles-sures peu sévères (érytèmes, abrasions ou contu-sions) sans qu'on note de modification significativedes taux d'enzymes dans le sang. Mais lessensations rapportées par chaque volontaire aprèsessai sont intéressantes. Ils ont indiqué que le nezet la face les cuisaient, qu'ils avaient des maux detête et des douleurs au cou. De plus, certains sesont plaints de la région abdominale et des genoux.

Malgré ces quelques remarques, ces résultats trèsprobants de l'efficacité du sac gonflable sont àrapprocher de l'expérience conduite par GM qui aéquipé une flotte de 1.000 voitures de sacs gon-flables. SMITH (15) fait le bilan, une année aprèsaprès la mise en service, des accidents survenuspour plus de 30 millions de kilomètres. Le déclen-chement du sac gonflable a été satisfaisant dans lescas suivants : 9 accidents sévères nécessitant ledéploiement du sac et 230 accidents sans gravitépour lesquels le déploiement n'est pas prévu (sévé-rité inférieure à un choc de 20 km/h). Un seul casde déploiement intempestif a été noté qui n'a euaucune conséquence grave. L'analyse des 9 casd'accidents sévères dans lesquels le gonflage a étédéclenché (chocs frontaux ou frontaux obliques+ 30°) indiquent que le sac gonflable a apportéune bonne protection. Un cas de mort a été enre-gistré, celle d'un enfant mais n'a pu être clairementexpliquée, sa place dans la voiture au moment duchoc étant incertaine. Par ailleurs, les blessures lesplus importantes ont été une fracture du tibia aucontact du dispositif de protection des membresinférieurs et une fracture possible du nez qui seraitdue au contact contre le volant à travers le sac. Lesoccupants ont subi le plus souvent des contusionsdes bras, avant-bras et genoux, des douleursmusculaires dans le dos et les épaules, ainsi quedes ecchymoses ou égratignures de la face près desyeux qui sont à rapprocher des résultats obtenuslors des essais avec volontaires.L'apparition de ce type.de blessure qui pourraitprésenter des dangers a conduit KIKÛCHI(9) àréaliser une expérimentation sur animaux vivants(des lapins). Il place l'animal devant le sac àgonfler, de trois quarts, son œil étant maintenuouvert par des points de suture, considérant que letemps de gonflage est trop court pour avoir leréflexe de fermer l'œil. Le générateur de gonflageest une réserve de gaz sous pression à 3 valvesd'échappement permettant d'ajuster la vitesse desgaz de 5 à 81 m/s. Ce dispositif permet d'analyser

12

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Position avantgonflagedu sac

Impact du saccontre l'oreille

du singe

oImpact du sacen finde gonflage

FIGURE 8

13

Page 14: CAHIERS D'ÉTUDES

l'influence des paramètres tels que la vitesse degonflage, la pression interne du sac et l'impulsionau moment du contact, sur les lésions du globeoculaire, de l'orbite ou de la peau faciale.KIKUCHI propose des valeurs limites de cesparamètres qui pourraient prévenir tout dangerpour l'œil et la face.

Ainsi, si le sac gonflable présente une bonne pro-tection pour l'homme lors de chocs frontauxsévères, il reste important de bien l'adapter enfonction du véhicule afin de minimiser les risquessecondaires qui sont à craindre au niveau de la facede l'occupant.

H.3. PROTECTION DES ENFANTS

Parallèlement aux études faites sur la tolérance del'homme au sac gonflable, l'accent a été mis sur leproblème des enfants qui peuvent voyager dans levéhicule en position debout ou mal assise, face à unsac gonflable. Une première étude de PATRICK (11)a consisté à exposer des babouins de poids et taillesproches de ceux d'un enfant de 3 ans, au déploie^ment d'un sac gonflable alors qu'ils se trouventdans des postures anormales. Diverses situationstestées ont montré que les risques ne sont pasnégligeables en particulier lorsque l'enfant estdebout, à genou sur le siège avec les mains enappui sur la planche de bord ou assis au bord dusiège. Il semblerait néanmoins que le contrôle de lapression et du débit de gonflage pourrait minimiserces risques.

Plus récemment, WU (21) a abordé le problème del'interaction du sac gonflable et de l'enfant deboutà l'aide d'un modèle mathématique qui, à partirde l'analyse unidimensionnelle de la dynamique duflux gazeux, permet de calculer les forces exercéessur le thorax simulé par un cylindre. Ce modèlesimple indique que l'impact de la partie nongonflée du sac sur le corps entraîne des pics dedécélération importants qu'on pourrait réduire encontrôlant la pression initiale lors du gonflage ouen étudiant le mode de pliage du sac.

ALDMAN (1) a étudié les effets combinés dudéploiement du sac et du choc sur un modèleanimal peu employé pour ce genre de tests, le porc.L'animal pesant de 14 à 15 kg est maintenu deprofil à 10 ou 15 cm de la planche de bord d'unvéhicule, simulant un enfant de 3 ans debout (cetteposture a été choisie pour éviter que les pattes et lemuseau ne dévient le sac lors du gonflage). Les essaisont été réalisés sur simulateur de choc à 28 km/h(soit un pic de décélération de 12 G correspondantau seuil de déclenchement). Un générateur hybridegonflait un sac de 190 1 selon trois formesd'impulsions.

Dans tous les cas, les porcs ont subi des lésionssévères ou mortelles localisées au foie, au cœur ouaux poumons. Ceci incite l'auteur à conclure que ledéploiement du sac peut être dangereux pour unenfant qui s'en trouve proche.

D.4. CONCLUSION

De nombreuses études ont été entreprises sur leseffets secondaires possibles du sac gonflable, ce quin'avait pas eu une telle importance pour la ceinturede sécurité. Elles ont permis d'étudier la plupartdes risques secondaires que le sac gonflable pouvaitengendrer sur l'occupant du véhicule et de montrerqu'il était probable qu'avec les types de sacs lesplus récents, les dangers soient très faibles. Ilimporte cependant de remarquer que la mise aupoint du sac gonflable doit porter tout particuliè-rement sur le gonflage dont il faut réduire' le pic demise en pression afin de minimiser les risques pourla face du passager ou pour un enfant mal assis.Rappelons enfin que les problèmes qui avaient étésoulevés avec les premiers dispositifs par la tempé-rature du sac (risques de brûlures) et la toxicité desgaz semblent avoir été résolus par l'adoption desgénérateurs de gaz à aspiration d'air ambiant(Etude bibliographique ONSER-4).

c>

14

Page 15: CAHIERS D'ÉTUDES

ID. ADAPTATION DU SAC AU VÉHICULEEUROPÉEN

Les premières études d'efficacité du sac gonflableont montré qu'il était difficile d'adapter cedispositif de protection au véhicule européen moyen(masse de 1.000 kg environ), alors qu'il avait étéétudié pour un véhicule américain (SEIFFERT, 15).Or il semble que les constructeurs automobileseuropéens font des recherches plus importantes surl'amélioration de la ceinture de sécurité, largementdiffusée et de plus en plus portée. Cependant,quelques études de mise au point sont entreprisesmais nous devons déplorer l'absence d'informa-tions récentes sur les expériences des constructeursconcernant le sac gonflable.

m . l . PROBLEMES D'ADAPTATION' AU VÉHICULE EUROPÉENDE TAILLE MOYENNE

Les conditions de choc et d'environnement duvéhicule européen présentent des différences aveccelles du véhicule américain de taille standard tellesqu'il ne suffit pas de réduire les dimensions du sacgonflable pour obtenir un dispositif de protectionsatisfaisant. Deux points interviennent : d'une part,la décélération du véhicule est de plus courte duréeet de plus grande amplitude pour le petit véhiculeet, d'autre part, l'espace disponible dans l'habitaclepour décélérer l'occupant est généralementbeaucoup plus réduit. Il apparaît donc nécessaireque le sac gonflable se déploie dans un temps pluscourt de façon à minimiser le mouvement libre del'occupant avant qu'il n'entre en contact avec le sac.De plus, la forme du sac et la direction de gonflagedoivent être optimisées de façon à décélérerl'occupant aussi tôt que possible après son contactavec le sac.

Ces conditions de fonctionnement nécessitent doncdes études particulières des composants du sacgonflable : le détecteur, le générateur et le sac (cf.Etude bibliographique ONSER-4). Rappelons deplus les aménagements de structures du véhiculequ'implique le montage du dispositif : colonne dedirection à absorption d'énergie, supportindéformable de la planche de bord sur lequel estfixé le générateur, pare-brise en verre feuilleté soli-daire de l'encadrement qui sert d'appui au sac aucours du choc.

m.2. EFFICACITÉ COMPARÉE DU SACGONFLABLE ET DE LA CEINTURE DESÉCURITÉ. ETUDE SUR VÉHICULERÉALISÉE PAR L'ONSER, contrat avecle Ministère de l'Equipement.

Le but d'une étude de l'ONSER, réalisée en 1974 et1975 a été d'évaluer les possibilités de protection dusac gonflable par rapport à celles de la ceinture3 points dans un véhicule subcompact au coursd'accidents réalistes simulés.

ffl.2.1. Méthodologie

Le véhicule choisi est une Renault R12 (environ1.000 kg) qui présente quelques modifications parrapport au modèle de série afin d'obtenir unemeilleure efficacité des dispositifs de protectionutilisés : renfort de plancher au passage de roueavant, prolongation des longerons sous le plancherarrière. Tous les véhicules sont équipés depare-brise collés en verre feuilleté et de sièges àappui-tête incorporé. En outre, l'adaptation du sacgonflable au véhicule a nécessité une rigidificationdu tablier et une colonne de direction à axe rétrac-table sous l'effet du choc.

Deux mannequins occupent les places duconducteur et du passager avant. Tous les essaisont été réalisés avec des mannequins AldersonVIP 50 A à cou caoutchouc et' le choc contrebarrière fixe a été doublé par des essais avec desmannequins ONSER qui comportent des cousmétalliques (principales caractéristiques à laFig. 23). Dans tous les cas, les mannequins sontéquipés de capteurs tridirectionnels JPB 100 G dansla tête et JPB 50 G dans le thorax et de capteursd'effort axial sur le fémur.

Les autres mesures concernent les efforts de chaquesangle de ceinture et la décélération du véhiculesuivant deux ou trois directions selon les possibilités(les capteurs étant fixés au plancher sous le siègedu conducteur). Le choc est visualisé grâce à septcaméras (Pentazet et Sonic) dont deux peuvent êtreembarquées.

Conventionnellement les axes XYZ de la tête, duthorax ou du véhicule seront respectivement lesaxes antéro postérieur, latéral gauche - droite etvertical vers le haut.

HI.2.2. Choix des accidents simulés

Le choix des types de chocs à réaliser a étédéterminé par l'analyse des enquêtes statistiquesnationales (22) et de l'enquête bidisciplinaireeffectuée au Laboratoire des Chocs de l'ONSER (3).

Ont été retenus :— le choc frontal contre barrière fixe à 48 km/h

qui est un choc standard des procéduresd'homologation des différents pays ;

15

Page 16: CAHIERS D'ÉTUDES

— le choc frontal entre deux véhicules désaxés (lesdeux véhicules sont en mouvement à 48 km/h,le choc impliquant le tiers gauche de la struc-ture du véhicule) ;

— le choc contre glissière de sécurité à 80 km/hsous incidence de 30° qui est un accident typerencontré sur autoroute.

La simulation de ces chocs est faite sans modifi-cation des véhicules qui, guidés sur rail, sontpropulsés par une fusée à eau chaude. Dans le casde deux véhicules, la synchronisation est assuréepar un câble qui les relie.

III.2.3. Dispositifs de protection

La ceinture de sécurité est une ceinture 3 pointsAssociation Peugeot-Renault dont la sanglebaudrier comporte un dispositif limiteur d'effort à5 brins textiles. Une seule sangle forme la rétentiondu bassin et du thorax, coulissant dans un passantau niveau de la boucle. En complément de la cein-ture pour le conducteur, une structure absorbanteest disposée au centre du volant en cas d'impact dela tête.

Le sac gonflable choisi est un dispositif dontl'adaptation a été étudiée par la Société Renaultconjointement avec les fabricants des composants.Il s'agit d'un système entièrement passif compre-nant un générateur pyrotechnique (SNPEGSS60)et un sac IRVIN en tissu de nylon non enduitpourvu de zones calibrées de tissu poreux permet-tant l'échappement des gaz.

Côté conducteur, le générateur est fixé au centre duvolant. Une structure amortissante en mousserigide de polyurethane est située sous le tableau debord pour protéger les genoux.

Côté passager, trois générateurs sont utilisés pourgonfler un sac de 180 1 environ qui a pour butd'assurer la retenue globale de l'occupant (Fig. 9).

La mise à feu du dispositif est réalisée par l'inter-médiaire d'un " timer " qui assure le début, dugonflage 15 ms après le début du choc. Cettesolution a été utilisée dans la crainte d'un manquede fiabilité d'un détecteur de chocs non adapté auvéhicule.

Pour les deux dispositifs testés, les sièges desoccupants avant sont placés à 4 cm de la positionmaximum arrière, le dossier faisant un angle de20° avec l'assise.

El.2.4. Comparaison d'efficacité des deuxdispositifs de rétention

Sept essais ont été réalisés dans les conditionsexposées avec les mannequins Alderson permettantde comparer l'efficacité du sac gonflable et de laceinture utilisés; à partir des critères biomécaniquesusuels (décélération tête et thorax, indices desévérité, efforts fémur, cinématique...) (Fig. 10).

Analysons tout d'abord le déroulement des essaispar type de choc.

III.2.4.1. Choc frontal contre barrière fixe

Ce choc impliquant toute la structure avant duvéhicule est très sévère. La décélération longitudi-nale moyenne est de 20 G avec des pics de 40-45 G(Fig. 11), la déformation maximum du véhiculeétant de 0,50 m environ.

Rétention par ceinture de sécurité :

La vitesse initiale du véhicule est de 52,5 km/h. Aucours de cet essai, on constate une ouverture dubouclage de la ceinture du conducteur lors de lamise en charge de celle-ci. Cette défaillance peutêtre due soit à un défaut mécanique soit à unemauvaise mise en place. Il ne sera donc paspossible d'analyser le comportement du conducteur.

FIGURE 9

16

Page 17: CAHIERS D'ÉTUDES

Figure 10 : RESULTATS

TYPEUE

CHUC

Chocfrontal

Chocfrontal .

Chocfrontaldécalé

Chocfrontaldécalé

Choccontre

glissière

Choccontreglissière

RETENUE

Ceinture1 A 11

ble2 A 10

Ceinture1 C 6

Sac gonflable2 C 9

Ceinture1 B 5

Sacgonflable2 B 4

POSITION

Passager

Conducteur

Passager

Conducteur

Passager

Conducteur

Passager

Conducteur

Passager

R

122

118

100

72

104

85

Accélérât

X

86

116

97

61

50

44

8

30

30

12

H E A Ion (G)

ï

30

15

38

84

60

10

50

50

14

Z

118

104

80

62

62

68

10

25

47

18

SI

3600

2300

1500

950

775

440

Déplace-ment cm

' 54

65

THOAccele

X .

76

65

59

22

51

40

8

5

15

10

RAXration (G)

Z

34

69

35

45

69

27

7

20

30

14

Epaule

860

660

670

120

140

ÏFFORT CEINTI

intérieur

1270

920

820

200

180

TOE (DaN)rinExtérieur

640

100

100

REMARQUES

Impact tête/

brise

Impact tête/volant

Impact tête/pare brise

Impact tête-encadrementvitrage latéral

Impact tête/épaule conduct.

Impact tête-encadrementvitrage latéral

FIGURE 10

Choc frontal contre barrièreChoc frontal décalé

Temps (ms)

DËCÉLÉRATION DU VÉHICULE

FIGURE 11

Décélération du véhicule

17

Page 18: CAHIERS D'ÉTUDES

Du côté passager, la ceinture conduit à unecinématique acceptable, en particulier celle de latête qui ne subit pas d'impact contre la structure.Mais la décélération de la tête est relativementélevée (86 Gx et 118 Gz avec une résultante de122 G) (Fig. 12). Les genoux heurtent légèrementla planche de bord tandis que le bassin se déplacejusqu'à l'extrémité avant du siège. Ceci n'est pasvraiment un sous marinage, mais plutôt un longdéplacement- amplifié par l'allongement de lasangle après la rupture des 5 brins du limiteurd'effort. On peut cependant noter que ce dispositif,qui a fonctionné entre 35 et 65 ms après le débutdu choc, évite des efforts trop importants sur lasangle baudrier (charge maximum de 8.600 N).

Rétention par sac gonflable :

Le véhicule utilisé dans ce cas est un modèled'exportation qui présente quelques modifications(faux tunnel de boîte à vitesse, pare-chocs plushauts). Afin d'améliorer les possibilités du sacgonflable, la colonne de direction a été désaccou-plée du boîtier, suite aux constatations faites lorsd'essais précédents.L'essai a lieu avec une vitesse initiale de 52 km/h.Les enregistrements des mesures prises sur leconducteur n'ont pas été obtenus, si bien que seulesa cinématique sera analysée.

Le passager entre en contact avec le sac, 50 msaprès le début du choc mais le sac est mal déployédans sa partie supérieure. La tête décrit une trajec-toire haute et heurte l'encadrement du pare-briseentraînant une décélération importante (116 Gx et104 Gz donnant une résultante de 118 G). Ensuite,la tête heurte le pare-brise. La décélération duthorax est élevée (65 Gx et 69 Gz) (Fig. 13) alorsque le bassin atteint l'extrémité du siège, lesgenoux étant maintenus par le sac.

Le conducteur a une trajectoire haute similaire àcelle du passager. Comme le sac ne retient que lethorax, la tête heurte l'encadrement du pare-brise,entraînant une hyperextension du cou. Cemouvement semble prédire une décélération élevéeau niveau de la tête. Le genou droit heurte lacolonne de direction (Fig. 14). Notons qu'aprèsl'essai, la colonne de direction n'est pas remontéeet le volant se trouve repoussé contre le tableau debord.

Comparaison des résultats :

Dans ce type de choc, la protection par sacgonflable semble insuffisante particulièrement auniveau de la tête. Cela est dû à la trajectoire haute

Retenue par ceinture.—• Retenue par sac gonflable

Temps (ms)

Temps (ms)

FIGURE 12

Choc frontal contre barrièreAccélération de la tête du passager

18

Page 19: CAHIERS D'ÉTUDES

du mannequin dans l'habitacle, sans doute ampli-fiée par le mouvement vertical du véhicule au coursdu choc.

La ceinture 3 points, par contre, semble efficacepour le passager avec, cependant, des décélérationsde la tête élevées. Cependant le mouvement relatifdu bassin devrait être réduit et on peut supposerque celui-ci est accru par la possibilité qu'a lasangle de coulisser au niveau de la boucle en plusde l'élongation de la sangle elle-même.

III.2.4.2. Choc frontal entre deux véhiculesdésaxés

Ce choc pour lequel chaque véhicule a une vitessede 48 km/h implique le tiers gauche de la structureavant (Fig. 15). Dans un premier temps, les véhi-cules conservent un mouvement longitudinaljusqu'à une déformation de 1 m de structure. Puisles véhicules commencent à tourner (Fig. 16). Lesdécélérations maximum des véhicules sontd'environ 25 Gx et 15 Gy (Fig. 11)..

Rétention par ceinture de sécurité :

La vitesse initiale des véhicules est de 48 km/h etenviron 100 ms après le début du choc débute larotation jusqu'à 43 de la position initiale (Fig. 17).

Le conducteur a une trajectoire rectiligne dansl'habitacle, légèrement décentrée vers la gauche.Quatre des brins du limiteur d'effort se sontrompus. Le thorax heurte la jante du volant danssa partie inférieure ce qui induit une décélérationélevée (59 Gx), tandis que la tête heurte la jante duvolant en haut et à gauche avec un pic de décélé-ration de 100 G (Fig. 18). Il est possible que ledéplacement accru par l'action du limiteur d'effortait favorisé ces impacts.

Les tensions de sangles ne sont pas trop élevées(Fig. 19) et on note un impact léger des genouxcontre la planche de bord.

Le passager glisse légèrement de la sangle baudrierpendant la rotation du véhicule. Tous les brins dulimiteur d'effort cèdent, augmentant le déplace-ment du corps si bien que la tête heurte la planchede bord. Mais le pic de décélération n'est pas trèsélevé (61 Gx, 38 Gy avec une résultante de 72 G)(Fig. 20). Mais notons que la position du pointd'ancrage sur le pilier, avancée, par rapport àl'épaule est défavorable à une bonne protectiondans ces conditions de choc.

La décélération du thorax est acceptable (45 G),indiquant un bon fonctionnement des limiteursd'effort (Fig. 21). On ne note pas d'impact desgenoux.

CeintureSac gonflable

Brin intérieurBrin d'épaule

FIGURE 13

Choc frontal contre barrièreAccélération thorax et effort ceinture du passager

19

Page 20: CAHIERS D'ÉTUDES

FIGURE 14

Choc frontal contre barrièreVéhicule pendant impact

FIGURE 15

Choc décaléVéhicules avant impact

20

Page 21: CAHIERS D'ÉTUDES

,rl!\

HTUS

Position initiale

- — T = 100 ms

t = 200 ms

Position finale

FIGURE 16

Choc frontal décaléRotation des véhicules durant l'impact

FIGURE 17

Choc frontal décaléVéhicule après impact

21

Page 22: CAHIERS D'ÉTUDES

20

0

20

S °cgfo

S 20

0

. TêteX

10

[ Tête Y

10

TêteZ

10

50

50

"55

Retenue par ceintureRetenue par sac gonflable

FIGURE 18

Choc frontal décaléAccélération de la tête du conducteur

Temps (ms)

EFFICIENCY COMPARISON

200

Retenue par ceinture- . - Retenue par sac gonflable

Effort ceinture ,£-.N '"--" \

Temps (ms)

Brin intérieurBrin d'épaule

Temps (ms)10

FIGURE 19

Choc frontal décaléAccélération thorax et effort ceinture du conducteur

22

Page 23: CAHIERS D'ÉTUDES

CeintureSac gonflable

Temps (ms)

FIGURE 20

Choc frontal décaléAccélération de la tête du passager

CeintureJ ' • i . , . , . - - \ Sac gonflable

o 10 50 100 Temps (ms)

FIGURE 21

Choc frontal décaléAccélération du thorax et effort ceinture pour le passager

23

Page 24: CAHIERS D'ÉTUDES

Rétention par sac gonflable :

La vitesse initiale des véhicules est de 48 km/h.Leur décélération est faible (18 Gx, 10 Gy), mais larotation est plus importante que précédemment(90°), ce qui pourrait être dû à un léger écart del'un des véhicules à la sortie du rail de guidage.

Le gonflage du sac a débuté 20 ms après le débutde choc, les sacs se trouvant correctement gonflésà 50 ms.

Le conducteur entre en contact avec le sac à 80 ms.Pendant son mouvement, la tête glisse du sac etheurte le pare-brise en haut.à gauche avec unedécélération élevée (56 Gx, 84 Gy et 70 Gz avecune résultante de 104 G) (Fig. 18). Le thorax estinsuffisamment protégé et casse le volant après ledégonflage du sac sous sa pression. Lesdécélérations sont alors importantes (51 Gx et69 Gz). Le mouvement de retour est brusque et latête vient heurter l'encadrement supérieur de laportière. On note une remontée trop importante dela colonne de direction.

Le passager a une protection insuffisante égale-ment. Sa tête se trouve décentrée par rapport ausac et heurte le pare-brise à travers le sac à 130 msavec une décélération élevée (85 G résultante)(Fig. 20). La vitesse de retour importante indiqueune faible protection et le mannequin heurte lepied milieu avec la tête.

Cas d'un déclenchement prématuré du sac :

Lors d'un essai, la mise à feu des générateurs a étédéclenchée fortuitement 1 seconde avant le choc desvéhicules. Il est intéressant d'analyser cet essai carce phénomène pourrait se produire lors d'accidentsà chocs multiples.

Or du fait de la conception du sac gonflable utilisé(parois poreuses), lors du choc sévère des véhicules,les sacs sont partiellement dégonflés et ne peuventassurer de rétention efficace.

Lors de cet essai, la vitesse initiale est de 48 km/het les véhicules tournent de 50° en fin de choc.

La tête du conducteur heurte le pare-brise et sonthorax le volant, subissant ainsi de fortes décéléra-tions (114 Gx et 106 Gz sur la tête et 85 Gz sur lethorax). La structure amortissante est trop sollicitéepour assurer une protection correcte des genoux.

Le passager entre en contact avec le sac dégonflé à70 ms. Sa tête heurte le pare-brise à travers le sacen hyperextension. Les fortes charges des fémurscorrespondent aux impacts contre le support desgénérateurs.

Comparaison des résultats :

Pour ce type de choc, les deux dispositifs de pro-tection présentent des inconvénients.

La ceinture 3 points a apporté une bonneprotection du passager qui était assis du côté

opposé au choc même si son déplacement relatif aété grand. Mais pour le conducteur, la protectiondu thorax et de la tête a été insuffisante alors quecelle des membres inférieurs et du bassin a étébonne.il apparaît que le limiteur d'effort a permisla réduction de la décélération du passager (indiceSI de la tête inférieur à 1.000) tandis qu'il a contri-bué à l'impact sévère de la tête du conducteurcontre le volant.

Avec le sac gonflable, les faibles niveaux dedécélération et d'indices de sévérité semblent indi-quer une bonne efficacité, avec amortissement desimpacts de la tête contre le pare-brise et du thoraxcontre le volant. Mais les conditions limites de pro-tection par ce dispositif sont sans doute proches.De plus, l'essai avec déploiement prématuré montreque le sac gonflable utilisé ne permettrait pas unebonne protection lors de chocs de longue durée etde chocs à impacts multiples.

m.2.4.3. Choc contre glissière de sécurité

Le choc sous incidence de 30° est caractérisé par unpremier impact du véhicule contre la glissière quise déforme. Le véhicule, après une rotation rapide,longe cette glissière qui forme une poche. Puis ilquitte la glissière sous un angle d'environ 10°(Fig. 22). Ce choc à gauche qui dure environ500 ms entraîne peu de déformations du véhicule(aile et suspension) avec de faibles décélérations(8 Gx environ et 5 à 7 Gy).

Rétention par ceinture de sécurité :

La vitesse initiale du véhicule est de 77 km/h. Leconducteur assis du côté du choc présente un mou-vement de faible amplitude avec des décélérationsde la tête ou du thorax inférieures à 10 G. Mais onnote un impact du fémur contre la portière(1.200 N de force axiale) et la tête passe momenta-nément à.travers la vitre.

La cinématique du passager montre l'influence dela rotation du véhicule sur les performances de cesystème • asymétrique de rétention. En effet, lethorax échappe la sangle baudrier jusqu'à ce que latête vienne heurter l'épaule du conducteur (pic dedécélération de 50 Gy). Ensuite le passager sedéplace vers l'avant, maintenu uniquement par laceinture sous abdominale.

Rétention par sac gonflable :

La vitesse initiale est de 82,5 km/h. Les sacs gon-flables, déclenchés par un détecteur INERTIASWITCH commencent à se gonfler 19 ms après ledébut de choc et sont totalement gonflés à 50 ms.

Le conducteur a une cinématique tout à faitcomparable à la précédente. Sa tête vient heurterl'encadrement supérieur de la portière (décélérationrésultante de 69 G). Le mannequin n'entre à aucunmoment au contact du sac.

24

Page 25: CAHIERS D'ÉTUDES

FIGURE 22

Choc contre glissière de sécuritéVéhicule après impact

Le passager n'est pas protégé par le sac qui lui faitface. Il se déplace latéralement jusqu'à ce que sonépaule heurte celle du conducteur déviant la ciné-matique vers l'avant du véhicule. Ainsi la tête dupassager se trouve bien décélérée par le sacconducteur. Le fémur droit subit une fortecompression par impact contre le support desgénérateurs.

Comparaison des résultats :

Pour ce type de choc à faible décélération duvéhicule, il apparaît que les deux dispositifs testésn'ont pas rempli correctement leurs fonctions.

La ceinture de sécurité, si elle assure une bonneprotection des membres inférieurs, ne permet pasd'éviter les impacts de la tête. Pour l'occupant assisdu côté du choc, vu la faible distance le séparantde l'habitacle, il semble que des structures amortis-santes placées sur les encadrements compléteraientefficacement les ceintures.

Le sac gonflable ne participe pratiquement pas à laretenue du conducteur et son efficacité est aléatoirepour le passager qui est situé du côté opposé aupoint de choc.

HT.2.5. Influence du mannequin

Deux essais supplémentaires ont été réalisés avecdes mannequins différents dans la configuration duchoc frontal contre barrière fixe : un essai avecceinture de sécurité et un essai avec sac gonflable.

Le mannequin ONSER utilisé a une taille assise etun poids un peu plus faibles que ceux del'ADERSON et il comporte une articulation dubassin (Fig. 23).

Mannequin

Dimensions (m)

Hauteur du creuxpoplité

Hauteur genou(assis)

Longueur fesse-creuxpoplité

Hauteur positionassise

Longueur fesse-genou

Largeur épaulesPOIDS (kg)

Onser

0.425

0.540

0.470

' 0.890

0.5800.480

73.5

Alderson

0.439

0.543

0.495

0.935

0.5920.455

74.5

FIGURE 23Mannequins Alderson et Onser

Principales dimensions

II est intéressant de voir que les comportements ontété modifiés lors de ces essais.

Rétention par ceinture de sécurité :

La comparaison des trajectoires des passagers avantmontre des différences au niveau de la tête et duthorax (Fig. 24). Le thorax du mannequin ONSERa tendance à pivoter autour de la sangle baudrier etle déplacement en avant de la tête est plus grand(0,70 m au lieu de 0,54). Les plus grands degrés deliberté du mannequin ONSER ont sans doute leurimportance. Il apparaît de plus que les charges deceintures (sangle baudrier et brin unitaire) sontdifféremment réparties pour les deux mannequins.

25

Page 26: CAHIERS D'ÉTUDES

Rétention par sac gonflable :

Les différences qui apparaissent entre les deuxoccupants semblent directement liées à la hauteurassise des mannequins. Les trajectoires duconducteur et du passager montrent une meilleureprotection avec le mannequin ONSER (Fig. 25 et 26)puisque la tête du mannequin Alderson passeau-dessus du sac. Ce phénomène a certainement étéamplifié par le mouvement vertical du véhicule.

Comparaison des résultats :

Ces essais montrent la grande influence du manne-quin utilisé sur le jugement de l'efficacité du dispo-sitif de rétention. Cette différence est d'autant plusdifficile à analyser qu'elle dépend du moyen derétention utilisé. Dans le cas de la ceinture, lescaractéristiques mécaniques telles que la rigidité duthorax et les articulations induisent des différences.Dans le cas du sac gonflable, les différencessemblent provenir principalement des caracté-ristiques dimensionnelles.

m . 2.6. Conclusions

Cette étude de deux dispositifs de protection — laceinture 3 points et le sac gonflable — a permisd'analyser les problèmes que pose chacun d'euxdans des conditions réalistes d'accidents avec unvéhicule européen de taille moyenne.

Il apparaît que la ceinture de sécurité assure uneassez bonne rétention dans tous les types de chocsréalisés. Mais la retenue de l'épaule est insuffisantepour assurer une protection sans impact de la têteou du thorax lors des chocs avec rotation duvéhicule. Ce phénomène est sans doute aggravé parle jeu supplémentaire provoqué par le limiteurd'effort ainsi que par la position relativementavancée du point d'ancrage de la sangle d'épaule.De plus, le choc frontal à 50 km/h contre barrièrefixe apparaît comme la limite de la ceinture desécurité utilisée, vu les décélérations élevées enre-gistrées.

Le sac gonflable choisi pour ces essais (qui était unmodèle commercialisable) semble donner différentsniveaux de protection selon le type de choc. Debons résultats ont été obtenus lors du choc frontaldésaxé pour lequel des impacts de la tête à traversle sac n'ont pas entraîné de décélérations impor-tantes. Par contre en choc frontal contre barrièrefixe, la retenue a été insuffisante avec des impactsde la tête contre l'encadrement du pare-brise. Deplus, dans tous les types de chocs réalisés, laprotection des membres inférieurs est insuffisante.Pour le conducteur, la structure amortissanten'absorbe pas assez d'énergie au niveau de lacolonne de direction, pour le passager le sac qui ne

Alderson

ONSER

Tête •Epaule A

Genou •

Tête D

Epaule A

Genou o

.0,50 m.

FIGURE 24

Choc frontal contre barrièreCinématique du passager retenu par ceihture trois points

26

Page 27: CAHIERS D'ÉTUDES

Tête .

Alderson Epaule A

Tête D

ONSER Epaule A

,. 0,50m H

FIGURE 25

Choc frontal contre barrièreCinématique du conducteur retenu par sac gonflable

Alderson

ONSER

TêteEpaule

Genou

Tête-

Epaule

Genou

•A

•A

O

.0,50m.

FIGURE 26

Choc frontal contre barrièreCinématique du passager retenu par sac gonflable

comprend qu'un seul compartiment n'a pasempêché des impacts. En fait, on peut se demandersi ces résultats n'auraient pas été modifiés enutilisant d'autres dispositifs. En particulier, il estpermis de penser que lès nouveaux sacscomprenant plusieurs compartiments ont despossibilités de protection meilleures. Il restenéanmoins une difficulté importante • dans lesvéhicules de cette taille au niveau de la distance dedécélération disponible qui se trouve très réduitepour la tête.

Ainsi l'amélioration de la ceinture 3 points utiliséedevrait concerner la décélération de la tête . quidevrait être diminuée sans augmenter les risquesd'impact.

Les mauvais résultats d'ensemble du sac gonflablechoisi montrent les difficultés d'adaptation sur lespetits véhicules et l'influence du type d'impact surson efficacité. Les efforts de mise au pointdevraient concerner principalement la colonne dedirection, la protection des membres inférieurs etl'efficacité pour des chocs non frontaux.

27

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IV. CONCLUSION

Les nombreuses expériences réalisées aux Etats-Unis ont conduit à l'élaboration de dispositifs àsacs gonflables très performants qui assurent unebonne protection jusqu'à des vitesses de 65 km/hen choc frontal contre barrière fixe. Mais en ce quiconcerne les chocs autres que frontaux, les expé-riences sont plus récentes et ne permettent pas uneappréciation sans réserves de l'efficacité du sacgonflable.

Il semble que les problèmes inhérents à ce type dedispositifs tels que le bruit, la surpression ou latoxicité soient résolus de façon très satisfaisante.Par contre, la détection du choc reste mal résolueet est encore peu fiable. D'ailleurs pour assurercette fonction, actuellement on augmente le nombrede détecteurs fixés sur le véhicule, ce qui accroît lecoût du dispositif.

Pour les véhicules européens de taille moyenne,l'adaptation du sac gonflable semble plus difficile àréaliser. Ainsi l'étude effectuée par l'ONSER

portant sur la comparaison de l'efficacité de laceinture 3 points et du sac gonflable dans desconditions de chocs réalistes, a montré que laceinture 3 points apporte une protection dans tousles types de chocs considérés et peut être améliorée.La protection par sac gonflable peut être supé-rieure à celle de la ceinture, mais elle est insuf-fisante lorsqu'intervient un mouvement de rotationou de soulèvement du véhicule (composanteverticale d'accélération).

L'adaptation au véhicule européen de ce nou-veau dispositif de sécurité qu'est le sac gon-flable, créé pour les véhicules américains, est unproblème spécifique qui nécessite des étudesapprofondies en raison des caractéristiques del'habitacle du véhicule ainsi que des conditionsdiverses de chocs à considérer. Etant donné que detelles études sont encore rares, il est difficiled'apprécier les possibilités réelles de protection dusac gonflable et on connaît mal le gain à attendrede l'utilisation de systèmes hybrides sac-ceinturetels que la ceinture sous abdominale associée au sacgonflable de thorax ou les petits sacs associés à uneceinture 3 points.

Aussi, dans les années à venir, si l'objectif deprotection reste le choc frontal à 50 km/h, il estdifficile de prévoir un développement du sacgonflable pour les véhicules européens. Par contre,si l'objectif de protection doit être un choc plussévère comme cela est envisagé aux Etats-Unis, ilsemble que seuls les systèmes utilisant le principedu sac gonflable soient susceptibles d'assurer unebonne protection des passagers.

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ANNEXE : NORME AMÉRICAINE FMVSS208

Cette norme américaine est la partie des normesde sécurité du véhicule automobile qui a trait à laprotection des occupants en cas d'accidents.Certains points ont été mis en application depuis1972 dans le but d'obtenir en 1977 la protectiondes passagers assis à l'avant d'un véhicule léger oude transport n'excédant pas 10.000 lbs à l'aide d'undispositif de retenue passif (ne demandant pasl'intervention du passager) lors de chocs frontauxet latéraux ou lors de retournements.

Les prescriptions importantes peuvent se résumercomme suit :— Dispositif de retenue : trois options peuvent

être choisies :• Dispositif entièrement passif assurant la pro-

tection dans tous les cas de chocs ;• Dispositif à ceinture de sécurité entièrement

passif assurant la protection lors de chocsfrontaux ;

• Dispositif à ceinture de sécurité à systèmeavertisseur et interlock* assurant la protec-tion en choc frontal.

— Conditions de choc : trois chocs sont simulés etdonnent lieu à la vérification de critères deblessures :• Choc frontal contre barrière fixe : le véhicule

est lancé à 30 mph contre un mur incliné à30°. Tous les critères de blessures doiventêtre remplis ;

• Choc latéral : le véhicule est heurté par unebarrière se déplaçant à 20 mph. Tous les cri-tères de blessures doivent être remplis ;

• Retournement : le véhicule est placé sur uneplateforme inclinée qui roulant à 30 mph per-pendiculairement à l'axe longitudinal duvéhicule est brusquement décélérée. Le critèrede non éjection partielle doit être rempli.

Critères de blessures : Différents critères sontdéfinis à partir des paramètres mesurés sur lesmannequins du 50e centile masculin simulantles passagers :• Non éjection partielle : aucune partie du

corps du mannequin ne doit passer hors del'habitacle lors du choc ;Critère tête : l'accélération résultante " a "mesurée au centre de gravité de la tête (en G)doit être telle que l'expression

(t2 - ti)t2

a dt2:5

(t2 - ti)

n'excède pas la valeur 1000 (t2 et ti étantdeux instants maximisant l'indice).Critère thorax : les premières prescriptionsprévoyaient que l'accélération résultantemesurée au centre de gravité ne devait pasdépasser 60 g sur une durée cumulée de plusde 3 ms. Elles sont remplacées par la sui-vante : l'accélération résultante " b " mesuréeau centre de gravité sera telle que l'expression

n'excède pas la valeur 1000.Critère fémur : pour assurer la protection desmembres inférieurs, il est prescrit que lacharge axiale mesurée sur chaque fémur nedépasse pas la valeur 1700 lb.

* Système logique interdisant le démarrage dudu véhicule si les ceintures ne sont pas portées.

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