ISO 2631-5:2018

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 2631-5
Second edition
2018-07
Mechanical vibration and shock —
Evaluation of human exposure to
whole-body vibration —
Part 5:
Method for evaluation of vibration
containing multiple shocks
Vibrations et chocs mécaniques — Évaluation de l'exposition des
individus à des vibrations globales du corps —
Partie 5: Méthode d'évaluation des vibrations contenant des chocs
répétés
Reference number
©
ISO 2018
© ISO 2018
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ii © ISO 2018 – All rights reserved

Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols . 2
4 Delineation of the two exposure regimes . 3
5 Description of the model . 4
5.1 Vibration measurement . 4
5.1.1 General considerations . 4
5.1.2 Measurement location and specific hardware requirements . 4
5.1.3 Signal conditioning . 5
5.1.4 Measurement duration . 6
5.2 Determination of spinal response . 6
5.3 Calculation of spinal response dose. 9
Annex A (informative) Alternative model for the determination of spinal response during
exposures without loss of contact with seat surface .10
Annex B (informative) General relationship between acceleration dose and health effects .16
Annex C (informative) Assessment of health effects for exposures that are described in Clause 5 17
Annex D (informative) Example of digital implementation of transfer function for
exposures that are described in Clause 5 .21
Annex E (informative) Assessment of health effects for exposures without loss of contact
with seat surface .23
Bibliography .29
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
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This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 108, Mechanical vibration, shock and
condition monitoring, Subcommittee SC 4, Human exposure to mechanical vibration and shock.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 2631-5:2004), which has been technically
revised. The main changes compared to the previous edition are an improved description of the
physiological response function for the exposure and improved guidance on the associated risk.
A list of all the parts in the ISO 2631 series can be found on the ISO website.
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Introduction
The purpose of this document is to define a method of quantifying whole-body vibration containing
multiple shocks in relation to human health in the seated posture. In biodynamics, the term “shock” is
used to describe a wide range of short-time, high-magnitude exposures. It covers the range of severity
starting at mild shocks resulting only in annoyance and brief discomfort up to magnitudes of shock
sufficient to cause pain, injury or substantial physiological distress.
The methods described in this document can be appropriate for assessing the risk of chronic injury
from exposure to repeated shock as can be experienced in military, commercial or recreational off-
road vehicles, including agricultural vehicles, heavy plant equipment and high-speed marine craft. The
methods are not intended to assess the probability of acute damage from a single impact.
The assessment methods described are based on the predicted biomechanical response of the bony
vertebral endplate (hard tissue) in an individual who is in good physical condition with no evidence of
spinal pathology. However, the risk assessment methods and related models described in this document
have not yet been systematically epidemiologically validated. The methods provide nevertheless a
quantitative description of the exposure, which is necessary to assess relative differences between
exposures, e.g. the effects of some protective measures and different exposure conditions.
This document solely addresses lumbar spine response on the basis of studies indicating that the lumbar
[6][7][8][9][10][11][38][39][47][48][54]
spine can be adversely affected by exposures to whole-body vibration
[55]
which also contain multiple shocks. Other adverse health effects of exposure to repeated shock,
such as damage to parts of the body other than the lumbar spine, or types of short or long term health
effects other than damage to the vertebral end plates, are not specifically considered by this document.
Such end plate damage often cannot be differentiated by damages caused by other exposures (heavy
lifting) and diseases.
This document considers only the effects of compressive loads from multiple shocks. To this end, a
seat-to-lumbar spine transfer function of the measured acceleration has been developed for a default
posture, body height and lumbar spine level. Another method to describe the spinal response is given
in Annex A, which is valid only for a limited range of acceleration magnitudes but includes the effect of
different postures, body heights and lumbar spine levels.
A standardized approach to the prediction of injury for non-vertical or combined axes shocks is
complicated by the range of different postures and body restraint systems that can be employed in
different vehicles and the limitations of current capabilities for predicting injury from non-vertical
shock. Shocks involving horizontal, rotational or multi-axial motion are known to occur in practice and
can present a significant risk of injury.
The risk of injury in the lumbar spine depends on an exposure dose, which is a combination of an
exposure quantity and a duration. A manifest injury can take several years to develop. Due to the
complexity of the measurement of multiple shocks, it is at the moment not possible to measure the
exposure of the lifetime dose directly. Instead, the exposure is measured in representative situations
and the dose is extrapolated from this measurement to a recorded exposure duration in the past or an
anticipated exposure duration in the future. To monitor constantly the lifetime dose at a workplace,
alternative measurement equipment will need to be developed, e.g. dosemeters.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 2631-5:2018(E)
Mechanical vibration and shock — Evaluation of human
exposure to whole-body vibration —
Part 5:
Method for evaluation of vibration containing multiple
shocks
1 Scope
This document addresses human exposure to multiple mechanical shocks, and it formulates
requirements for the measurement of multiple shocks. The results of these measurements are then
analyzed to provide information for the assessment of the risk of adverse health effects to the vertebral
end-plates of the lumbar spine for seated individuals due to compression. Other injuries could develop
even when there is no injury to the end plate.
NOTE 1 Multiple mechanical shocks are shocks of different magnitude and shape that occur frequently at
regular and irregular intervals during the measurement period.
NOTE 2 As proposed in the annexes, the assessment of the current injury risk is based on measured
representative exposures in combination with the individual exposure history. Prospective risks can be assessed
by anticipated exposure durations. Manufacturers of measurement equipment are encouraged to develop a
possibility for an on-site evaluation of the exposure.
Two exposure regimes are distinguished in this document: one for severe conditions and one for less
severe conditions.
NOTE 3 Clause 4 contains the delineation of the two regimes.
This document is applicable for unweighted vertical accelerations that have peak values up to 137,3 m/
s (14 g) measured at the seat-occupant interface beneath the ischial tuberosities over a 0,01 Hz to
80 Hz measurement bandwidth.
NOTE 4 The measurement bandwith is defined in 5.1.
Caution is necessary when applying the method to severe exposures, particularly since peak
accelerations of 137,3 m/s (14 g) are close to the physical limit that a spine can tolerate.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 2041, Mechanical vibration, shock and condition monitoring — Vocabulary
ISO 2631-1:1997, Mechanical vibration and shock — Evaluation of human exposure to whole-body
vibration — Part 1: General requirements
ISO 5805, Mechanical vibration and shock — Human exposure — Vocabulary
ISO 10326-1, Mechanical vibration — Laboratory method for evaluating vehicle seat vibration — Part 1:
Basic requirements
3 Terms, definitions and symbols
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 2041 and ISO 5805 apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.2 Symbols (units)
a (t) input acceleration in z-direction S daily compression dose for model in
z d
depending on time (1 m/s ) Clause 5 (1 MPa)
a (ω) Fourier transform of a (t) (1 m/s) S static stress for model in Clause 5 (based
z z stat
on gravitation) (1 MPa)
A (t) time dependent spinal acceleration S vertebral ultimate strength for model in
z u,i
response function (1 m/s ) Clause 5 for year i (1 MPa)
A
A (ω) frequency dependent spinal acceleration S compressive dose in Annex A (1 MPa)
z
response function (1 m/s)
th 2
A i maximal value of A (t) (1 m/s ) daily compressive dose in Annex A
A
z,i z
S
d
(1 MPa)
B endplate area of a vertebra (1 mm ) A compressive dose for variable exposures
S
q
in Annex A (1 MPa)
C response function of compressive static stress for model in Annex A (based
A
dyn
S
stat
force in Annex A (1 N) on mean C ) (1 MPa)
dyn
th
C i maximal value of C (1 N) A vertebral ultimate strength for model in
dyn,i dyn
S
u,i
Annex A for year i (1 MPa)
D acceleration dose depending on A for t time (1 s)
z z,i
t (1 m/s )
m
D daily acceleration dose extrapolated for t duration of daily exposure (1 s)
zd d
t (1 m/s )
d
H(ω) transfer function (1) t measurement duration (1 s)
m
m acceleration–compressive stress ω angular frequency (1 Hz)
z
conversion factor depending on mass
in Annex C
6 2 2
[1·10 Pa/(m/s ) = 1 MPa/(m/s )]
N number of exposure days per year (1)
Π risk of vertebral failure, based on R (1)
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R stress variable for the risk calculation for
model in Clause 5 (1)
A
R A
risk factor based on S (1)
d
A A
R risk factor based on S (1)
q q
NOTE The quantities that describe the injury risk are defined in Annex C (model of Clause 5) and Annex E
(model of Annex A). For Clause 5, the injury risk is described by Π(R), which is a function of R. This stress variable
A
R differs from the injury risk R for the model of Annex A, which is defined in Annex E.
4 Delineation of the two exposure regimes
The exposure conditions in this document differ from those for the basic evaluation of whole-body
vibration as described in ISO 2631-1.
NOTE 1 ISO 2631-1:1997, Clause 6 contains criteria, when additional methods of evaluation need to be used,
including ISO 2631-5.
There are two exposure regimes that have to be distinguished:
a) On the one hand, one finds severe conditions which are typical for military off-road vehicles or
high speed marine craft, etc. These severe conditions can contain periods of free fall, they are
dominated by accelerations in the z-axis, and the subjects can lose contact with the seat surface
due to the exposure. These conditions are addressed in Clause 5 and in Annexes C and D. Here,
the requirements for the measurement (bandwidth, signal conditioning) differ from those in
ISO 2631-1, and the contributions of the x- and y-directions to the compressive forces in the spine
are neglected since the exposure is dominant in the z-direction.
NOTE 2 Issues arising from the limitation to a default posture and a purely vertical excitation are
addressed in the Introduction and in Annex B.
b) On the other hand, less severe conditions are also covered by this document without free-fall
events and where the subject remains seated throughout the measurement. These are more likely
in an industrial context, e.g. driving with tractors, forestry machines and mobile earth-moving
machinery over rough surfaces (off-road, potholes, frequent crossing of railroad tracks, etc.). These
conditions are addressed in Annexes A and E. The requirements for the measurement are the same
as for the unweighted acceleration time series described in ISO 2631-1.
To determine the regime for a given exposure, two questions have to be used:
i) Does the driver lose contact with the seat (or would the driver lose contact in absence of a
restraint system)?
ii) Does the exposure contain periods of free fall?
If either question is answered with yes, the method of Clause 5 and Annexes C and D has to be used.
In case of doubt, these criteria can be checked quantitatively by measuring a representative exposure
with the method outlined in Clause 5 or in Annex A (the more likely one is chosen). The measured time
series in z-direction at the person are then checked: after applying the band-limiting filters described
in ISO 2631-1, the peak accelerations shall not exceed 9,81 m/s for the use of Annexes A and E. If the
peak accelerations thus obtained exceed 9,81 m/s , Clause 5 and Annexes C and D apply.
1) If one starts with the requirements for the severe conditions, one proceeds with the signal
conditioning process up to the step before the band-limiting filter is applied. The check is performed
with a copy of the signal, so that the correct band-limiting filter (see 5.1.3) can be applied after the
successful check.
2) If one starts with the requirements for the less severe conditions, and if the check is successful, one
can use the band-filtered signal from the check for the further evaluation.
3) If the check does not confirm the first assumption of the exposure conditions, the measurement has
to be repeated with the requirements of the other exposure condition.
This check is optional and, therefore, shaded in Figure 1.
NOTE 3 The band-limiting filters for the z-direction in ISO 2631-1 are:
— High pass: two-pole filter with Butterworth characteristic, corner frequency 0,4 Hz,
— Low pass: two-pole filter with Butterworth characteristic, corner frequency 100 Hz.
NOTE The shaded parts allow for an optional, quantitative confirmation of the first decision.
Figure 1 — Flowchart for the application of the models used in this document
5 Description of the model
5.1 Vibration measurement
5.1.1 General considerations
Vibration measurement, including the direction of measurement, location of transducers, duration of
measurement, and reporting of vibration conditions, shall follow the requirements given in ISO 2631-1
except as described in 5.1.2 to 5.1.4.
5.1.2 Measurement location and specific hardware requirements
The vertical acceleration a (t) should be measured at the interface between the seat and the ischial
z
tuberosities.
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During data collection, the subject should remain seated and should not rise from the seat. The location
of measurements on the seat and the design of the accelerometer disk on the seat pad shall be as
specified in ISO 10326-1.
Contact switches, video recordings or other methods should be used to detect loss of contact
between the subject and the seat surface. It is necessary to detect and report the loss of contact, since
accelerations measured during loss of contact shall not be counted as exposure. In addition, it shall be
ensured that the impact experienced landing on the seat (i.e., both the motion of the person and the
motion of the seat) after free fall is fully taken into account.
The accelerometers and associated measuring equipment shall be appropriate for measuring the
highest amplitude accelerations anticipated during the measurement period.
The recorded, digitized accelerations should have a flat acceleration frequency response from 0,01 Hz
to at least 80 Hz. A sampling rate of 256 samples per second or greater can be necessary depending on
the anti-aliasing method used.
Details of the measurement equipment, including description of the calibration methods used, shall be
provided.
5.1.3 Signal conditioning
The different steps of the signal conditioning process are summarised in Figure 2.
Figure 2 — Steps of the signal conditioning process
In the first step, it is important to check that the sign of acceleration signals (positive, negative) is
correct as the analysis method is concerned with compressive spinal loading. In the basicentric
coordinate system for seated persons, the direction of the z-axis acceleration is positive to cranial (i.e.
upward is positive).
After the sign of the acceleration signals has been checked, the second step eliminates those parts of
the signal where there is no contact between the accelerometer disk on the seat pad and the subject.
This leads to separate parts of the signal to which the following steps are applied separately.
In the third step, if the data have to be re-sampled for analysis after being acquired at a higher frequency,
then it is necessary to check that appropriate anti-aliasing filtering is used.
1) ®
NOTE 1 Resampling functions provided by common data processing software packages, such as MATLAB ,
can apply suitable anti-aliasing filters automatically but it is important to check that this is the case.
In the fourth step, the measured acceleration should have an offset correction so that the recorded
acceleration, with the accelerometer at rest (or with a symmetric signal), is (0 ± 0,1) m/s . Note that
subtraction of the mean may not be appropriate if the recorded acceleration is asymmetric.
In the fifth step, if analysing a time history where the accelerometer was in motion at the start or end
of the recording, then tapering the signal, for instance with a cosine taper applied over several seconds,
may be appropriate before applying the band-limiting filters.
1) MATLAB® is the trademark of a product supplied by MathWorks. This information is given for the convenience
of users of this document and does not constitute an endorsement by ISO of the product named.
Finally, in the sixth step, the offset-corrected acceleration measurements shall be band-limited at
0,01 Hz and 80 Hz using second order Butterworth high pass filter with cut-off frequencies of 0,01 Hz
and a fourth order Butterworth low pass filter with a cut-off frequency of 80 Hz. The band-limiting and
weighting filters described in ISO 2631-1 should not be applied.
NOTE 2 The low frequency limit is reduced from that in ISO 2631-1 to prevent distortion of the acceleration
signal if there is a period of free fall before a severe impact. Free-fall periods in excess of 0,5 s have been observed
for fast naval craft. High pass filtering at 0,5 Hz causes the –1 g free-fall acceleration to be shifted back to zero
by the time the impact occurs. This causes the peak acceleration of the impact to be incorrectly offset by up to
+1 g. Calculations with a limited number of fast naval craft motions suggested errors of 10 % could be caused.
Abrupt changes in terrain contour or steep slopes can cause a similar effect. If there is little movement at the
measurement location at frequencies below 0,5 Hz, then errors caused by distortions of the time history due to
the filter are likely to be small.
5.1.4 Measurement duration
The duration of the measurement shall be sufficient to ensure that measured results are representative
of the exposure, i.e. that the measured multiple shocks are typical of the exposures that are being
assessed.
Since shock events may be infrequent, consideration should be given to estimating the duration
required to obtain a sufficient number of representative impacts. The duration of measurement should
be appropriate to the assessment of the overall exposure.
NOTE 1 It is not practical to specify a sufficient number of impacts as this depends on how variable the impacts
are. If the severity of impacts is variable with some at relatively low magnitudes and a few severe shocks, then a
longer measurement is likely to be necessary to increase the probability of capturing these severe shocks.
NOTE 2 In repeatable tasks (e.g. mine haul trucks), recording at least a complete work cycle would be
representative. In non-repeatable tasks (e.g. off-road travel, military transport), the sufficient duration depends
also on the variability in the terrain.
Careful consideration shall always be given to controlling the shock and vibration exposure of any
personnel involved in the trial. It may be appropriate to take shorter measurements initially to gain
confidence that exposures will not be excessive. Trials where humans are exposed to repeated shock
are likely to require careful risk assessment.
5.2 Determination of spinal response
A seat-to-lumbar spine transfer function has been developed based on experimental results and
[4][5][15][72]-[75]
numerical modelling of seated occupants .
The frequency response of the transfer function between the seat and the spine is given in Formula (1)
in terms of one complex zero and six complex poles.
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 
jjω ω
12++ζ
 
ω ω
11 
H()ω = (1)
2 2
 
  
   
jjω ω jjω ω
 
  
12++ζ 12+ ζζ +
 
 
2 3
 
 ω ω  ω ω 
2 2 3 3
   
  
 
 
2 2
  
 
   
jjω ω jjω ω
 
  
12++ζ 1+22ζ +
     
4 5
  
ω ω ω ω
 4  4  55  
  
 
 2 2 
  
   
jjω ω jjω ω
 
  
12++ζ 1+++2ζ
   
6 7
 
  
ω ω ω ω
6  6  77 
 
  
 
where
j
=−1 ;
ω = 34 rad/s;
= 0,35;
ζ
ω = 31 rad/s;
= 0,21;
ζ
ω = 230 rad/s;
= 0,88;
ζ
ω = 260 rad/s;
= 0,80;
ζ
ω = 320 rad/s;
= 0,40;
ζ
ω = 380 rad/s;
= 0,75;
ζ
ω = 420 rad/s;
= 0,65.
ζ
Tolerances for any implementation of this transfer function by analogue or digital means are
a) ±2,5 % of the peak magnitude (i.e. ±0,04) about the target magnitude response and ±π/(10 rad)
about the target phase response from zero to 40 Hz;
b) ±5 % of the peak magnitude (i.e. ±0,08) about the target magnitude response from 40 Hz to 80 Hz
(no phase requirement);
c) ±5 % of the peak magnitude (i.e. +0,08) about the target magnitude response above 80 Hz (no lower
bound and no phase requirement).
The frequency response of the seat to spine transfer function with tolerances is shown in Figure 3.
An example of a digital implementation of this frequency response function for a digital time history
sampled at 256 samples per second is given in Annex D.
This transfer function of Formula (1) shall be applied to the Fourier transform of the measured
conditioned vertical acceleration a (ω) = F[a (t)] following signal conditioning as described in 5.1.3.
z z
AHωω= a ω
() () ()
zz
(2)
−1
 
At =FA ω
() ()
zz
 
This gives rise to A (ω) which is the response function of the spine in the frequency domain (spectrum).
z
The response function of the spine in the time domain A (t) is given by the inverse Fourier transform
z
of A (ω).
z
Key
f frequency, Hz
Y1 magnitude
Y2 phase, rad
Figure 3 — Frequency response of the seat to spine transfer function with tolerance bands
[15][72]-[75]
NOTE This response was derived from a linearization of the neural network . A least squares fit
was applied to the neural network response to a Gaussian random DC to 80 Hz signal with a peak acceleration
of 20 m/s . The resulting filter was adjusted to give a transmissibility at DC of 1,0 on the basis that the non-
unity transmissibility at DC of the neural network was physically incorrect. Additional attenuation was applied
above approximately 50 Hz to provide an upper limit for the frequency response. Confidence in the original
neural network response frequencies over 50 Hz was considered to be low due to the considerable uncertainties
associated with measuring the transfer functions.
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5.3 Calculation of spinal response dose
The acceleration dose D , in metres per second squared, in the vertical direction is defined as
z
 6
 
DA=10, 7 (3)
zz,i
∑
 
 i 
th
where A is the i peak of the response acceleration A (t) [Formula (2)].
z,i z
NOTE 1 Formula (1) represents the frequency response of the spine in terms of a filter. In addition, there is an
amplitude response function of the spine, which is represented here by the factor of 1,07 in Formula (3).
A peak is defined here as the maximum value of the response acceleration between two consecutive
zero crossings. Only positive peaks shall be counted.
In calculating the dose, acceleration peaks of a considerably lower (by a factor of three or more)
th
magnitude than the highest peak do not significantly contribute to the value associated with the 6
power term in Formula (3).
A daily dose, D , in metres per second squared, can be calculated using Formula (4):
zd
 6
t
d
DD= (4)
 
zd z
t
 m 
where
D is the acceleration dose;
z
t is the time period of the daily exposure;
d
t is the time period over which D has been measured.
m z
To be able to compare different exposures, it is recommended to use t = 8 h in Formula (4).
d
Formula (4) may be used when the total daily exposure can be represented by a single measurement
period. When the daily vibration exposure consists of two or more periods of different magnitudes,
the acceleration dose, in metres per second squared, for the total daily exposure may be calculated as
follows:
 6
t
d,j
 
DD= (5)
zd ∑ z,j
 t 
m,j
j
 
where
D is the acceleration dose for condition j;
z,j
t is the duration of the daily exposure to condition j;
d,j
t is the duration over which D has been measured.
m,j z,j
NOTE 2 Guidance on the assessment of adverse health effects from the knowledge of the spinal shocks is given
in Annexes B and C.
Annex A
(informative)
Alternative model for the determination of spinal response during
exposures without loss of contact with seat surface
A.1 General
The focus of Clause 5 is on exposures in severe conditions: military off-road vehicles, high speed marine
craft, etc. However, this annex offers an alternative model for the assessment of multiple shocks for
exposures where the exposed subject does not lose contact with the seat surface due to the shock. These
exposures are more likely to be seen in an industrial context, e.g. the exposures while driving tractors,
trucks, forestry machines and mobile earth-moving machinery. A connection between the exposure
[69][71]
assessment of this annex and adverse health effects has been established in one study .
This alternative model is validated for peak accelerations up to 9,81 m/s for acceleration signals in
z-direction measured at the seat surface. Therefore, this annex is restricted to measurements where
the exposed person does not lose contact with the seat surface due to shocks. The bandwidth of the
measurement and the signal conditioning according to Clause 5 accounts for free-fall events, which are
not expected in the industrial context of this alternative model. Therefore, the measurement can follow
the procedures outlined in ISO 2631-1. Detailed information on the measurement of acceleration time
series is given in A.2.
The alternative model processes as input acceleration signals in three directions measured at the seat
surface (minimum). In addition, measurements at the backrest and the feet (seat mounting point or
cabin floor) can also be included in the evaluation. On the basis of these time series, the compressive
forces between two vertebrae are calculated with the help of transfer functions of a biomechanical
model, which are included in a calculation software, available at http: //standards .iso .org/iso/2631/
-5/ed -2.
The user is permitted to use this calculation software in its original format without any modifications
for the purposes specified in the document. The usage of the calculation software is described in the
user instruction provided at the same server address.
Therefore, the effect of accelerations in all three directions is taken into account, while in Clause 5 the
assessment is based only on the z-direction. In addition, the transfer functions depend on the posture,
body mass and body mass index (BMI) of the exposed individual. While the body mass is also a variable
in Annex C (see Formula C.1), the assessment is restricted there to a default posture (upright sitting).
NOTE 1 The BMI is the ratio of the body mass (kg) and square of the body height (m).
Given the measured acceleration and exposure conditions, the software calculates by means of transfer
functions the spinal response in terms of compressive forces (see A.3.2). The peak compressive forces
thus obtained give rise to a compressive dose defined in A.3.3.
NOTE 2 Guidance on the assessment of adverse health effects on the basis of this compressive dose is given in
Annexes B and E.
A.2 Measurement of acceleration time series
Vibration measurement, including the direction of measurement, location of transducers, duration
of measurement, and reporting of vibration conditions, shall follow the requirements included in
ISO 2631-1 and also ISO 10326-1 for the location of measurements on the seat and for the design of the
mounting disc.
10 © ISO 2018 – All rights reserved

The software (see A.3) evaluates only the signal portion between 0,5 Hz and 80 Hz. Therefore,
the sampling rate has to be larger than 160 Hz. Vibration transducers should register adequately
accelerations from 0,5 Hz to 80 Hz. Data should be acquired effectively synchronously across all
directions and measurement locations.
This alternative model is validated for peak accelerations up to 9,81 m/s for acceleration signals in
z-direction measured at the seat surface, which are filtered by the band-limiting filters described in
ISO 2631-1 (high pass: two-pole filter with Butterworth characteristic, corner frequency 0,4 Hz; low
pass: two-pole filter with Butterworth characteristic, corner frequency 100 Hz). For assessment, the
band-pass filtered signal from the seat surface generated to test for the maximal peak accelerations
can be used. No further signal conditioning is needed. For the other measurement locations (backrest,
seat mounting point or cabin floor), frequency-weighting filters according to ISO 2631-1 should not be
applied.
For measurement of vibrations including multiple shocks, it is important that the sign of acceleration
signals (positive, negative) is correctly recorded. In the basicentric coordinate system for seated
persons, the direction of the y-axis is positive to the subject’s left. The direction of the x-axis is positive
to ventral, and the direction of the z-axis is positive to cranial.
During data collection, the subject shall remain seated and belted, if possible, and shall not lose contact
with the measurement disc.
In addition to the measurement (at least) at the seat surface, measurements at the backrest are
recommended. To account for the exposure at the feet and hands, it is recommended to measure
accelerations at the seat mounting point or cabin floor.
The duration of the measurement shall be sufficient to ensure that the multiple shocks are typical of
the exposures that are being assessed, without risk of injury to the exposed individuals during the
measurement. Careful consideration should be given to accurate characterization of the statistical
distribution of the impacts since the higher-amplitude tails of the distribution might not occur during
the sampling duration but can substantially affect potential injury assessments.
The time series shall be saved in separate files for each interface of the model: seat surface, backrest,
hands, and feet. This requires saving two copies of the measured signal from the seat mounting point or
cabin floor: one for the hands and one for the feet. All files shall not contain a header line and the data
st nd
shall be in four columns: 1 for measurement time in seconds, 2 for acceleration in x-direction in m/
2 rd 2 th 2
s , 3 for acceleration in y-direction in m/s , 4 for acceleration in z-direction in m/s .
A.3 Software
A.3.1 Software input and output (orientating analysis)
The data files and paths of the measured acceleration time series (A.2) have to be specified in the input
file of the software. If there are no measurements available from the backrest, this can be substituted
with the measurements at the seat surface. The exposure at the feet and hands is represented by one
measurement at the seat mounting point or cabin floor. If only data from the seat surface are available,
this is used for the seat and backrest and “Zero” is indicated for the other measurement points. This
assumes a constant value of 0 m/s for the hands and the feet.
In addition, the model needs as input the posture, body mass and height (BMI) of the exposed individual.
Also the life-time exposure history has to be provided. In order to compare different exposures or
to make an assessment when no additional information on the individual exposure is available, the
orientating analysis of this annex uses as an input the same set of conditions (default values) and
normalizes in particular the measured exposure to a typical/realistic daily exposure duration of 4 h.
The default values are chosen in such a way that they maximise the spinal load:
2 th
a) a high BMI and the highest body mass percentile possible (BMI > 26,1 kg/m and 95 percentile,
i.e. a body mass larger than 109 kg),
b) the exposure lasts from the age of 20 to 65 years for 240 days per year normalized to 4 h per day,
c) unfavourable driver’s posture [group 3 (excavator), see Table A.1 and Figure A.1].
The postures (see Table A.1 and Figure A.1) are represented in the software by mean values of body
angles for drivers using five different vehicle types: (1) fork lift truck, (2) wheel loader, (3) excavator,
[27]
(4) forwarder, (5) harvester .
NOTE 1 In the individual analysis in Annex E, different BMI, daily and life-time exposure durations and
postures can be used. All five posture groups are used in Annex E, including posture group 3.
On the basis of the measured accelerations and the default values, the analysis software calculates the
A
intervertebral compressive forces (see A.3.2) and the maximum daily compressive dose (max. S ) for
d
the six disc levels of the lumbar spine [Formula (A.3) with j = 1]. Although the measurement duration
t in Formula (A.3) is not restricted, it is assumed that the daily exposure duration is normalized in
m,1
the orientating analysis to 4 h [t = 4 h in Formula (A.3)]. Individual exposure durations for the
d,1
measured exposures can be accounted for in Annex E (individual analysis). The results as well as the
input information given for the analysis are written in a spreadsheet (output file).
A
A
NOTE 2 In addition, the software calculates the risk factors R for the six disc levels based on S according to
d
Annex E, writes this additional information in the output file and shows it on the screen.
Table A.1 — Angle values for posture groups
Angles in degrees
Model/posture group δ δ δ δ δ δ δ
1 2 3 4 5 6 7
Group 1 72,0 7,3 18,0 92,7 129,3 48,7 -6,0
Group 2 68,0 11,8 18,0 89,5 119,5 43,7 25,5
Group 3 64,0 2,0 18,0 100,0 125,5 75,4 6,1
Group 4 75,5 8,0 18,0 89,7 121,7 75,8 9,3
Group 5 84,7 7,9 18,0 93,2 122,0 76,9 13,0
NOTE  See Figure A.1.
12 © ISO 2018 – All rights reserved

Key
1 shoulder
2 elbow
3 hand
4 knee
5 foot
NOTE  Values for posture groups are given in Table A.1.
Figure A.1 — Sketch of postural angles
A.3.2 Calculation of intervertebral forces
The internal lumbar forces for the excitation time-histories measured according to A.2 are calculated
on the basis of transfer functions which have been derived from the results of a group of Finite Elements
(FE) models of the seated human. These FE models present posture variations of an anatomy-based FE
[29]
model for the upright seating posture considering the impact of different acceleration magnitudes
[31][49][50]
. For this posture, a large number of measurements for the apparent mass and the transfer
[26]
functions to different body parts are available on the basis of which the model was validated
intensively. Particular attention was paid to the modelling and validation of the lumbar spine and the
associated musculature. For example, the modelling and validation of the lumbar spine was carried
out stepwise from the vertebral body and vertebral disk separately via individual motion segments
to the entire lumbar spine. The FE model also contains the effect of muscular forces by including
passive models for the muscle forces that maintain the posture. These forces are added to the dynamic
compressive forces in the vertebral discs.
This aspect, along with the strict orientation on human anatomy when modelling the other body parts
and joints, allows for the adaptation of the model to typical working postures and typical drivers’
anthropometries. For application within the framework of Annexes A and E, FE models were generated
for five common and typical working postures with ten representative drivers’ anthropometries each,
[27]
which depend on the BMI . In this annex, only one posture and one anthropometry are used (see
A.3.1). By means of these models, the transfer functions for accelerations of different acceleration
magnitude classes from the four human-machine interfaces (buttock, back, feet and hands) to the forces
[57]
(compression and sh
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 2631-5
Deuxième édition
2018-07
Version corrigée
2022-01
Vibrations et chocs mécaniques —
Évaluation de l'exposition des
individus à des vibrations globales du
corps —
Partie 5:
Méthode d'évaluation des vibrations
contenant des chocs répétés
Mechanical vibration and shock — Evaluation of human exposure to
whole-body vibration —
Part 5: Method for evaluation of vibration containing multiple shocks
Numéro de référence
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Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives .1
3 Termes, définitions et symboles . 2
4 Délimitation des deux régimes d’exposition . 3
5 Description du modèle . 4
5.1 Mesurage des vibrations . 4
5.1.1 Considérations générales . 4
5.1.2 Emplacement des mesurages et exigences matérielles spécifiques . 5
5.1.3 Conditionnement des signaux . 5
5.1.4 Durée du mesurage . 6
5.2 Détermination de la réponse de la colonne vertébrale . 6
5.3 Calcul de la dose de la réponse de la colonne vertébrale . 9
Annexe A (informative) Modèle alternatif pour la détermination de la réponse de la colonne
vertébrale lors d’expositions sans perte de contact avec la surface du siège .11
Annexe B (informative) Relation générale entre la dose d’accélération et les effets sur la
santé .17
Annexe C (informative) Évaluation des effets sur la santé pour les expositions décrites à
l’Article 5 .18
Annexe D (informative) Exemple d’application numérique de la fonction de transfert pour
les expositions décrites à l’Article 5 .22
Annexe E (informative) Évaluation des effets sur la santé des expositions sans perte de
contact avec la surface du siège .24
Bibliographie .30
iii
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques,
et leur surveillance, sous-comité SC 4, Exposition des individus aux vibrations et chocs mécaniques.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 2631-5:2004), qui a fait l’objet
d’une révision technique. Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont une
meilleure description de la fonction de réponse physiologique de l’exposition et une amélioration des
recommandations relatives au risque associé.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 2631 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.
La présente version corrigée de l'ISO 2631-5:2018 inclut les corrections suivantes :
— Figure 1: les numéros des paragraphes dans le cadre "Conditions sévères" ont été corrigés de la
maniere suivante:
— "Mesurage (5.1)";
— "conditionnement des signaux (5.1.3)";
— "Évaluation (5.2, 5.3)";
— "Risque de traumatisme (Annexes B and C)".
iv
Introduction
Le présent document a pour objet de définir une méthode de quantification des vibrations globales
du corps contenant des chocs répétés vis-à-vis de la santé des personnes en posture assise. En
biodynamique, le terme «choc» est utilisé pour décrire un large éventail d’expositions de courte durée
et de grande amplitude. Elle couvre la plage de sévérité à partir de chocs bénins qui n’entraînent qu’une
gêne et un inconfort de courte durée jusqu’à des chocs d’amplitude suffisante pour provoquer la douleur,
des traumatismes ou des réactions physiologiques importantes.
Les méthodes décrites dans le présent document peuvent être appropriées pour évaluer le risque de
lésions chroniques découlant de l’exposition à des chocs répétés, comme on peut le constater dans
les véhicules militaires, commerciaux ou récréatifs hors route, y compris les véhicules agricoles, les
équipements de production lourds et les embarcations maritimes à grande vitesse. Les méthodes ne
sont pas destinées à évaluer la probabilité de dommages aigus causés par un seul impact.
Les méthodes d’évaluation décrites sont fondées sur la réponse biomécanique prévue du plateau
vertébral osseux (tissu dur) chez un individu qui est en bonne condition physique et qui ne présente
aucune pathologie spinale. Toutefois, les méthodes d’évaluation du risque et les modèles connexes décrits
dans le présent document n’ont pas encore été systématiquement validés sur le plan épidémiologique.
Les méthodes fournissent néanmoins une description quantitative de l’exposition, qui est nécessaire
pour évaluer les différences relatives entre les expositions, par exemple les effets de certaines mesures
de protection et les différentes conditions d’exposition.
Le présent document traite uniquement de la réponse de la colonne lombaire sur la base d’études
indiquant que la colonne lombaire peut être affectée négativement par des expositions aux vibrations
[6][7][8][9][10][11][38][39][47][48][54][55]
globales du corps qui contiennent également des chocs répétés. Les
autres effets néfastes sur la santé d’une exposition à des chocs répétés, tels que les dommages à des
parties du corps autres que la colonne lombaire ou les types d’effets à court ou à long terme sur la santé
autres que les dommages aux plateaux vertébraux, ne sont pas spécifiquement étudiés dans le présent
document. De tels dommages aux plateaux vertébraux ne peuvent souvent pas être différenciés des
dommages causés par d’autres expositions (levage lourd) et maladies.
Le présent document étudie uniquement les effets des charges de compression résultant de chocs
répétés. Dans ce but, une fonction de transfert de l’accélération mesurée entre le siège et la colonne
lombaire a été développée pour une posture, une taille du corps et un étage de la colonne lombaire par
défaut. Une autre méthode pour décrire la réponse de la colonne vertébrale est donnée à l’Annexe A, qui
est uniquement valable pour une gamme limitée d’amplitudes d’accélération, mais qui inclut l’effet de
différentes postures et tailles du corps, ainsi que des différents étages de la colonne lombaire.
Une approche normalisée de la prédiction des traumatismes pour les chocs à axes non verticaux ou
combinés est compliquée de par l’influence des différentes postures et des différents systèmes de
retenue du corps qui peuvent être utilisés dans différents véhicules et par les limites des capacités
actuelles de prédiction des traumatismes par choc non vertical. Des chocs impliquant un mouvement
horizontal, rotatif ou multiaxial peuvent se produire dans la pratique et présenter un risque important
de traumatisme.
Le risque de traumatisme de la colonne lombaire dépend de la dose d’exposition, qui est une combinaison
d’une quantité et d’une durée d’exposition. Un traumatisme manifeste peut prendre plusieurs années
à se développer. En raison de la complexité du mesurage de chocs répétés, il n’est actuellement pas
possible de mesurer directement l’exposition de la dose sur la durée de vie. L’exposition est plutôt
mesurée dans des situations représentatives et la dose est extrapolée à partir de ce mesurage pour une
durée d’exposition effectuée dans le passé ou pour une durée d’exposition prévue dans l’avenir. Pour
surveiller en permanence la dose sur la durée de vie passée au travail, il est nécessaire de mettre au
point un autre matériel de mesurage, par exemple des dosimètres.
v
NORME INTERNATIONALE ISO 2631-5:2018(F)
Vibrations et chocs mécaniques — Évaluation de
l'exposition des individus à des vibrations globales du
corps —
Partie 5:
Méthode d'évaluation des vibrations contenant des chocs
répétés
1 Domaine d’application
Le présent document traite de l’exposition des individus à des chocs mécaniques répétés et formule des
exigences pour le mesurage des chocs répétés. Les résultats de ces mesurages sont ensuite analysés
pour fournir des informations permettant d’évaluer le risque d’effets néfastes sur la santé concernant
les plateaux vertébraux de la colonne lombaire dus à la compression chez les individus assis. D’autres
lésions peuvent se développer même en l’absence de traumatisme du plateau vertébral.
NOTE 1 Les chocs mécaniques répétés sont des chocs d’amplitude et de forme différentes qui surviennent
fréquemment à intervalles réguliers et irréguliers pendant la période de mesurage.
NOTE 2 Comme proposé dans les annexes, l’évaluation du risque de traumatisme actuel est fondée sur les
expositions représentatives mesurées en combinaison avec l’historique de l’exposition de l’individu. Les risques
potentiels peuvent être évalués en fonction des durées d’exposition prévues. Les fabricants de matériel de
mesurage sont encouragés à développer la possibilité d’une évaluation in situ de l’exposition.
Deux régimes d’exposition sont distingués dans le présent document: l’un pour les conditions sévères et
l’autre pour les conditions moins sévères.
NOTE 3 L’Article 4 contient la délimitation des deux régimes.
Le présent document s’applique aux accélérations verticales non pondérées, dont les valeurs de
crête peuvent atteindre 137,3 m/s (14 g), mesurées à l’interface siège-occupant sous les tubérosités
ischiatiques sur une largeur de bande de mesurage de 0,01 Hz à 80 Hz.
NOTE 4 La plage de mesurage est définie en 5.1.
La prudence est de mise lors de l’application de la méthode aux expositions sévères, d’autant plus que les
accélérations de crête de 137,3 m/s (14 g) sont proches de la limite physique qu’une colonne vertébrale
peut tolérer.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 2041, Vibrations et chocs mécaniques, et leur surveillance — Vocabulaire
ISO 2631-1:1997, Vibrations et chocs mécaniques — Évaluation de l'exposition des individus à des vibrations
globales du corps — Partie 1: Spécifications générales
ISO 5805, Vibrations et chocs mécaniques — Exposition de l'individu — Vocabulaire
ISO 10326-1, Vibrations mécaniques — Méthode en laboratoire pour l'évaluation des vibrations du siège de
véhicule — Partie 1: Exigences de base
3 Termes, définitions et symboles
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l’ISO 2041 et l’ISO 5805 s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp;
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/ .
3.2 Symboles (unités)
A
A
a (t) accélération d’entrée dans la direction z en R
z facteur de risque basé sur S (1)
d
fonction du temps (1 m/s )
A A
a (ω) transformée de Fourier de a (t) (1 m/s)
z z R facteur de risque basé sur S (1)
q q
A (t) fonction de réponse en accélération de la S dose de compression quotidienne pour le
z d
colonne vertébrale en fonction du temps modèle décrit à l’Article 5 (1 MPa)
(1 m/s )
A (ω) fonction de réponse en accélération de la S contrainte statique pour le modèle décrit à
z stat
colonne vertébrale en fonction de la fréquence l’Article 5 (basée sur la gravitation) (1 MPa)
(1 m/s)
e 2
A i valeur maximale de A (t) (1 m/s ) S résistance ultime des vertèbres pour le modèle
z,i z u,i
décrit à l’Article 5 pour l’année i (1 MPa)
2 A
B aire du plateau d’une vertèbre (1 mm ) S dose de compression décrite à l’Annexe A
(1 MPa)
A
C fonction de réponse de la force de compression dose de compression quotidienne décrite à
dyn S
d
décrite à l’Annexe A (1 N) l’Annexe A (1 MPa)
e
A
C i valeur maximale de C (1 N) dose de compression pour les expositions
dyn,i dyn S
q
variables décrite à l’Annexe A (1 MPa)
A
D dose d’accélération en fonction de A pour contrainte statique pour le modèle décrit à
z z,i S
stat
t (1 m/s ) l’Annexe A (basée sur la moyenne C ) (1 MPa)
m dyn
A
D dose d’accélération quotidienne extrapolée résistance ultime des vertèbres pour le modèle
zd S
u,i
pour t (1 m/s ) décrit à l’Annexe A pour l’année i (1 MPa)
d
H(ω) fonction de transfert (1) t temps (1 s)
m facteur de conversion accélération- t durée d’exposition quotidienne (1 s)
z d
contrainte de compression en fonc-
tion de la masse décrit à l’Annexe C
6 2 2
[1·10 Pa/(m/s ) = 1 MPa/(m/s )]
N nombre de jours d’exposition par an (1) t durée du mesurage (1 s)
m
Π risque de rupture de vertèbre, basé sur R (1) ω fréquence angulaire (1 Hz)
R Variable de contrainte du calcul du risque
pour le modèle décrit à l'Article 5 (1)
NOTE Les grandeurs qui décrivent le risque de traumatisme sont définies à l’Annexe C (modèle de l’Article 5)
et à l’Annexe E (modèle de l’Annexe A). Pour l’Article 5, le risque de traumatisme est décrit par Π(R), qui est en
A
fonction de R. Cette variable de contrainte, R, est différente du risque de traumatisme, R , pour le modèle de
l’Annexe A, qui est défini à l’Annexe E.
4 Délimitation des deux régimes d’exposition
Les conditions d’exposition dans le présent document sont différentes de celles de l’évaluation de base
des vibrations globales du corps décrites dans l’ISO 2631-1.
NOTE 1 L’ISO 2631-1:1997, Article 6 contient des critères, lorsqu’il est nécessaire d’utiliser des méthodes
d’évaluation supplémentaires, y compris l’ISO 2631-5.
Il faut distinguer deux régimes d’exposition:
a) D’une part, on trouve des conditions sévères qui sont typiques des véhicules militaires tout-terrain
ou des bateaux à grande vitesse, etc. Ces conditions sévères peuvent contenir des périodes de chute
libre, elles sont dominées par des accélérations sur l’axe z, et les sujets peuvent perdre le contact
avec la surface du siège en raison de l’exposition. Ces conditions sont traitées à l’Article 5 et dans
les Annexes C et D. Ici, les exigences de mesurage (largeur de bande, conditionnement des signaux)
diffèrent de celles de l’ISO 2631-1 et les contributions des directions x et y aux forces de compression
de la colonne vertébrale sont négligées, car l’exposition est dominante dans la direction z.
NOTE 2 Les questions découlant de la limitation à une posture par défaut et à une excitation purement
verticale sont abordées dans l’Introduction et à l’Annexe B.
b) D’autre part, les conditions moins sévères sont également couvertes par le présent document
sans événements de chute libre et lorsque le sujet reste assis pendant toute la durée du mesurage.
Elles sont plus probables dans un contexte industriel, par exemple conduite de tracteurs, d’engins
forestiers et d’engins de terrassement mobiles sur des surfaces irrégulières (tout-terrain, nids-de-
poule, passages fréquents de voies ferrées, etc.). Ces conditions sont traitées aux Annexes A et E.
Les exigences de mesurage sont les mêmes que pour la série de valeurs temporelles d’accélération
non pondérée décrite dans l’ISO 2631-1.
Pour déterminer le régime pour une exposition donnée, deux questions doivent être posées:
i) Le conducteur perd-il le contact avec le siège (ou perdrait-il le contact en l’absence d’un système
de retenue)?
ii) L’exposition comporte-t-elle des périodes de chute libre?
Si les réponses aux deux questions sont affirmatives, c’est la méthode de l’Article 5 et des Annexes C et
D qui doit être utilisée.
En cas de doute, ces critères peuvent être vérifiés quantitativement en mesurant une exposition
représentative selon la méthode décrite à l’Article 5 ou à l’Annexe A (la plus probable étant retenue).
La série de mesures temporelles dans la direction z au niveau de la personne est ensuite vérifiée: après
application des filtres limiteurs de bande décrits dans l’ISO 2631-1, les accélérations de crête ne doivent
pas dépasser 9,81 m/s pour l’utilisation des Annexes A et E. Si les accélérations de crête ainsi obtenues
dépassent 9,81 m/s , ce sont l’Article 5 et les Annexes C et D qui s’appliquent.
1) Si on commence par les exigences pour les conditions sévères, on poursuit avec le processus de
conditionnement des signaux jusqu’à l’étape précédant l’application du filtre limiteur de bande.
La vérification est effectuée à l’aide d’une copie du signal, de sorte que le filtre limiteur de bande
approprié (voir 5.1.3) puisse être appliqué après la vérification réussie.
2) Si on commence par les exigences pour les conditions moins sévères et si la vérification est réussie,
on peut utiliser le signal filtré par le limiteur de bande de la vérification pour l’évaluation ultérieure.
3) Si la vérification ne confirme pas la première hypothèse des conditions d’exposition, le mesurage
doit être répété avec les exigences de l’autre condition d’exposition.
Cette vérification est facultative et, par conséquent, grisée à la Figure 1.
NOTE 3 Les filtres limiteurs de bande pour la direction z de l’ISO 2631-1 sont:
— passe-haut: caractéristique de Butterworth de deuxième ordre, fréquence de coupure 0,4 Hz;
— passe-bas: caractéristique de Butterworth de deuxième ordre, fréquence de coupure 100 Hz.
NOTE Les parties grisées permettent une confirmation quantitative facultative de la première décision.
Figure 1 — Organigramme d’application des modèles utilisés dans le présent document
5 Description du modèle
5.1 Mesurage des vibrations
5.1.1 Considérations générales
Le mesurage des vibrations, y compris la direction du mesurage, l’emplacement des transducteurs, la
durée du mesurage et l’enregistrement des conditions des vibrations doivent satisfaire aux exigences
énoncées dans l’ISO 2631-1, sauf dans les cas décrits de 5.1.2 à 5.1.4.
5.1.2 Emplacement des mesurages et exigences matérielles spécifiques
Il convient de mesurer l’accélération verticale, a (t), à l’interface entre le siège et les tubérosités
z
ischiatiques.
Pendant l’acquisition des données, il convient que le sujet reste assis et ne se lève pas du siège.
L’emplacement des mesurages sur le siège et la forme de la cupule accélérométrique sur l’assise du siège
doivent être conformes à l’ISO 10326-1.
Il convient d’utiliser des interrupteurs à contact, des enregistrements vidéo ou d’autres méthodes
pour détecter la perte de contact entre le sujet et la surface du siège. Il est nécessaire de détecter et
d’enregistrer la perte de contact, car les accélérations mesurées pendant la perte de contact ne doivent
pas être comptées comme une exposition. En outre, il faut s’assurer que l’impact subi lors de la réception
sur le siège (c’est-à-dire à la fois le mouvement de la personne et le mouvement du siège) après la chute
libre est pleinement pris en compte.
Les accéléromètres et le matériel de mesurage associé doivent être appropriés au mesurage des plus
fortes amplitudes d’accélération pouvant être rencontrées pendant la période de mesurage.
Il convient que les appareils d’enregistrement et de numérisation d’accélération aient une réponse
en fréquence pour les accélérations plate de 0,01 Hz à au moins 80 Hz. Un taux d’échantillonnage de
256 échantillons par seconde ou plus peut être nécessaire selon la méthode d’anti-repliement utilisée.
Les détails du matériel de mesurage, y compris la description des méthodes d’étalonnage utilisées,
doivent être fournis.
5.1.3 Conditionnement des signaux
Les différentes étapes du processus de conditionnement des signaux sont résumées à la Figure 2.
Figure 2 — Étapes du processus de conditionnement des signaux
À la première étape, il est important de vérifier que le signe des signaux d’accélération (positif ou
négatif) est correct, car la méthode d’analyse traite de la charge vertébrale en compression. Dans le
système de coordonnées basicentriques pour les personnes assises, le sens de l’accélération suivant
l’axe z est positif vers le crâne du sujet (c’est-à-dire qu’elle est positive vers le haut).
Après avoir vérifié le signe des signaux d’accélération, la deuxième étape élimine les parties du signal
où il n’y a pas de contact entre la cupule accélérométriques sur l’assise du siège et le sujet. Il en résulte
des parties de signal séparées auxquelles les étapes suivantes sont appliquées séparément.
À la troisième étape, si les données doivent être ré-échantillonnées pour analyse après avoir été
acquises à une fréquence plus élevée, il est alors nécessaire de vérifier que le filtrage anti-repliement
approprié est utilisé.
NOTE 1 Les fonctions de ré-échantillonnage fournies par les logiciels de traitement de données courants,
1) ®
tels que MATLAB , peuvent appliquer automatiquement des filtres anti-repliement appropriés, mais il est
important de vérifier que c’est bien le cas. ®
1) MATLAB est le nom de marque déposée d’un produit fourni par MathWorks. Cette information est donnée
à l’intention des utilisateurs du présent document et ne signifie nullement que l’ISO approuve ou recommande
l’emploi exclusif du produit ainsi désigné.
À la quatrième étape, il convient que l’accélération mesurée ait une correction du décalage de sorte
que l’accélération enregistrée, l’accéléromètre étant au repos (ou avec un signal symétrique), soit
(0 ± 0,1) m/s . Noter que la soustraction de la moyenne peut ne pas être appropriée si l’accélération
enregistrée est asymétrique.
Dans la cinquième étape, si en analysant les variations temporelles où l’accéléromètre est en mouvement
au début ou à la fin de l’enregistrement, il peut être approprié de réduire progressivement le signal, par
exemple avec une décroissance cosinusoïdale appliquée pendant plusieurs secondes, avant d’appliquer
les filtres limiteurs de bande.
Enfin, à la sixième étape, les mesurages d’accélération corrigés du décalage doivent être limités à la
bande de 0,01 Hz à 80 Hz à l’aide d’un filtre passe-haut de Butterworth de deuxième ordre ayant une
fréquence de coupure de 0,01 Hz et d’un filtre passe-bas de Butterworth de quatrième ordre ayant
une fréquence de coupure de 80 Hz. Il convient de ne pas appliquer les filtres limiteurs de bande et de
pondération décrits dans l’ISO 2631-1.
NOTE 2 La limite de basse fréquence est réduite par rapport à celle indiquée dans l’ISO 2631-1 pour éviter
la distorsion du signal d’accélération en cas de chute libre avant un impact violent. Des périodes de chute libre
supérieures à 0,5 s ont été observées pour les navires rapides. Le filtrage passe-haut à 0,5 Hz transforme
l’accélération en une chute libre de –1 g à zéro au moment de l’impact. Il provoque le décalage incorrect de +1 g
de l’accélération de crête de l’impact. Les calculs effectués avec un nombre limité de mouvements de navires
rapides laissent supposer que des erreurs de 10 % peuvent être provoquées. Des changements brusques du profil
du terrain ou des pentes abruptes peuvent avoir un effet similaire. S’il y a peu de mouvement à l’emplacement de
mesurage aux fréquences inférieures à 0,5 Hz, les erreurs causées par les distorsions de variations temporelles
dues au filtre sont probablement faibles.
5.1.4 Durée du mesurage
La durée du mesurage doit être suffisante pour garantir que les résultats mesurés sont représentatifs de
l’exposition, c’est-à-dire que les chocs répétés mesurés sont typiques des expositions qui sont évaluées.
Comme les chocs peuvent être peu fréquents, il convient d’envisager d’estimer la durée nécessaire pour
obtenir un nombre suffisant d’impacts représentatifs. Il convient que la durée du mesurage soit adaptée
à l’évaluation de l’exposition globale.
NOTE 1 Il n’est pas pratique de spécifier un nombre suffisant d’impacts, car il dépend de la variabilité de
ces derniers. Si la sévérité des impacts est variable, avec des amplitudes relativement faibles et quelques chocs
sévères, alors un mesurage plus long sera probablement nécessaire pour augmenter la probabilité de capter ces
chocs sévères.
NOTE 2 Dans le cas de tâches répétitives (par exemple camions de roulage miniers), l’enregistrement d’au
moins un cycle de travail complet est représentatif. Pour les tâches non répétitives (par exemple les déplacements
hors route, le transport militaire), la durée suffisante dépend également de la variabilité du terrain.
Une attention particulière doit toujours être accordée au contrôle de l’exposition aux chocs et aux
vibrations de tout le personnel participant à l’essai. Il peut être approprié d’effectuer d’abord des
mesurages plus courts pour s’assurer que les expositions ne sont pas excessives. Les essais où les
humains sont exposés à des chocs répétés sont susceptibles de nécessiter une évaluation minutieuse du
risque.
5.2 Détermination de la réponse de la colonne vertébrale
Une fonction de transfert du siège à la colonne lombaire a été mise au point à partir des résultats
[4][5][15][72]-[75]
expérimentaux et de la modélisation numérique des occupants assis .
La réponse en fréquence de la fonction de transfert entre le siège et la colonne vertébrale est donnée
dans la Formule (1) en termes d’un zéro complexe et de six pôles complexes.
 
jjω ω
12++ζ
 
ω ω
 
H()ω = (1)
2 2
   
   
jjω ω jjω ω
 
  
12++ζ 12+ ζζ +
   
2 3
 
 ω ω  ω ω 
2  2  3  3 
  
 
 
2 2
  
   
 jjω ω jjω ω 
  
12++ζ 1+22ζ +
 
4   5  
 ω ω  ω ω 
4  4  55 
 
 
 
 
2 2
  
 
 
jj jjω  ω 
ω ω
 
  
12++ζ 1+++2ζ
 
6 7  
 ω ω  ω ω 
 
6  6  77 
  
 
où
j
=−1 ;
ω = 34 rad/s;
ζ = 0,35;
ω = 31 rad/s;
ζ = 0,21;
ω = 230 rad/s;
ζ = 0,88;
ω = 260 rad/s;
ζ = 0,80;
ω = 320 rad/s;
ζ
= 0,40;
ω = 380 rad/s;
ζ = 0,75;
ω = 420 rad/s;
ζ = 0,65.
Les tolérances pour toute mise en œuvre de cette fonction de transfert par des moyens analogiques ou
numériques sont les suivantes:
a) ± 2,5 % de l’amplitude de crête (c’est-à-dire ± 0,04) par rapport à la réponse en amplitude cible
et ± π/(10 rad) par rapport à la réponse en phase cible de zéro à 40 Hz;
b) ± 5 % de l’amplitude de crête (c’est-à-dire ± 0,08) par rapport à la réponse en amplitude cible de
40 Hz à 80 Hz (pas d’exigence de phase);
c) ± 5 % de l’amplitude de crête (c’est-à-dire +0,08) par rapport à la réponse en amplitude cible au-
dessus de 80 Hz (pas de limite inférieure ni d’exigence de phase).
La réponse en fréquence de la fonction de transfert du siège à la colonne vertébrale avec tolérances est
représentée à la Figure 3.
Un exemple d’une application numérique de cette fonction de réponse en fréquence pour des variations
temporelles numériques échantillonnées à 256 échantillons par seconde est donné à l’Annexe D.
Cette fonction de transfert de la Formule (1) doit être appliquée à la transformée de Fourier de
l’accélération verticale conditionnée mesurée, a (ω) = F[a (t)], après le conditionnement des signaux
z z
décrit en 5.1.3:
AHωω= a ω
() () ()
zz
(2)
−1
 
At =FA ω
() ()
zz
 
Cela donne A (ω) qui est la fonction de réponse de la colonne vertébrale dans le domaine fréquentiel
z
(spectre). La fonction de réponse de la colonne vertébrale dans le domaine temporel, A (t), est donnée
z
par la transformée de Fourier inverse de A (ω).
z
Légende
f fréquence, Hz
Y1 amplitude
Y2 phase, rad
Figure 3 — Réponse en fréquence de la fonction de transfert du siège à la colonne vertébrale
avec ses bandes de tolérances
[15][72]-[75]
NOTE Cette réponse a été dérivée d’une linéarisation du réseau neuronal . Un ajustement par
moindres carrés a été appliqué à la réponse du réseau neuronal à un signal aléatoire gaussien depuis le courant
continu jusqu’à 80 Hz avec une accélération de crête de 20 m/s . Le filtre résultant a été ajusté pour donner
une transmissibilité en courant continu de 1,0 sur la base du fait que la valeur différente de 1 du facteur
de transmission en courant continu du réseau neuronal était physiquement incorrecte. Une atténuation
supplémentaire a été appliquée au-dessus d’environ 50 Hz pour fournir une limite supérieure à la réponse en
fréquence. La confiance dans les fréquences supérieures à 50 Hz de la réponse du réseau neuronal original a été
jugée faible en raison des incertitudes considérables associées au mesurage des fonctions de transfert.
5.3 Calcul de la dose de la réponse de la colonne vertébrale
La dose d’accélération, D , en mètres par seconde carrée, dans la direction verticale est définie comme:
z
 6
 
DA=10, 7 (3)
zz,i
∑
 
i
 
e
où A est la i crête de l’accélération de réponse, A (t) [Formule (2)].
z,i z
NOTE 1 La Formule (1) représente la réponse en fréquence de la colonne vertébrale en fonction d’un filtre.
En outre, il existe une fonction de réponse en amplitude de la colonne vertébrale qui est représentée ici par le
facteur 1,07 dans la Formule (3).
Une crête est définie ici comme la valeur maximale de l’accélération de réponse entre deux passages par
zéro consécutifs. Seules les crêtes positives doivent être prises en compte.
Dans le calcul de la dose, les crêtes d’accélération, d’amplitude considérablement plus faible que la crête
la plus élevée (trois fois ou plus), ne contribuent pas de manière significative à la valeur du fait du terme
de puissance 6 dans la Formule (3).
Une dose quotidienne, D , en mètres par seconde carrée, peut être calculée à l’aide de la Formule (4):
zd
 t 6
d
DD= (4)
 
zd z
t
 m 
où
D est la dose d’accélération;
z
t est la période d’exposition quotidienne;
d
t est la période pendant laquelle D a été mesurée.
m z
Pour pouvoir comparer différentes expositions, il est recommandé d’utiliser t = 8 h dans la Formule (4).
d
La Formule (4) peut être utilisée lorsque l’exposition quotidienne totale peut être représentée par
une seule période de mesurage. Lorsque l’exposition quotidienne aux vibrations consiste en deux ou
plusieurs périodes d’amplitude différente, la dose d’accélération, en mètres par seconde carrée, pour
l’exposition quotidienne totale peut être calculée comme suit:
 6
t
d,j
 
DD= (5)
zd z,j
∑
 
t
m,j
j
 
où
D est la dose d’accélération pour la condition j;
z,j
t est la durée de l’exposition quotidienne à la condition j;
d,j
t est la durée pendant laquelle D a été mesurée.
m,j z,j
NOTE 2 Des recommandations, relatives à l’évaluation des effets néfastes sur la santé, tirées des connaissances
sur les chocs de la colonne vertébrale sont données aux Annexes B et C.
Annexe A
(informative)
Modèle alternatif pour la détermination de la réponse de la
colonne vertébrale lors d’expositions sans perte de contact avec la
surface du siège
A.1 Généralités
L’Article 5 met l’accent sur les expositions dans des conditions sévères: véhicules militaires tout-
terrain, bateaux à grande vitesse, etc. Toutefois, la présente annexe propose un modèle alternatif
pour l’évaluation des chocs répétés lors d’expositions où le sujet exposé ne perd pas le contact avec la
surface du siège suite au choc. Ces expositions sont plus susceptibles d’être observées dans un contexte
industriel, par exemple les expositions liées à la conduite de tracteurs, de camions, d’engins forestiers
et d’engins de terrassement mobiles. Un lien entre l’évaluation de l’exposition de la présente annexe et
[69][71]
les effets néfastes sur la santé a été établi dans une étude .
Ce modèle alternatif est validé pour des accélérations de crête de 9,81 m/s pour des signaux
d’accélération dans la direction z mesurés à la surface du siège. Par conséquent, la présente annexe
est limitée aux mesurages dans lesquels la personne exposée ne perd pas le contact avec la surface
du siège suite à des chocs. La largeur de bande du mesurage et du conditionnement des signaux selon
l’Article 5 tient compte des événements de chute libre qui ne sont pas prévus dans le contexte industriel
de ce modèle alternatif. Par conséquent, le mesurage peut suivre les modes opératoires décrits dans
l’ISO 2631-1. Des informations détaillées relatives au mesurage des séries de valeurs temporelles
d’accélération sont données en A.2.
Le modèle alternatif traite comme une entrée les signaux d’accélération dans trois directions mesurés
à la surface du siège (au minimum). En outre, des mesurages au niveau du dossier et des pieds (point de
fixation du siège ou plancher de la cabine) peuvent également être inclus dans l’évaluation. Sur la base de
ces séries de valeurs temporelles, les forces de compression entre deux vertèbres sont calculées à l’aide
des fonctions de transfert d’un modèle biomécanique incluses dans un logiciel de calcul, disponible à
l’adresse http:// standards .iso .org/ iso/ 2631/ -5/ ed -2.
Pour les besoins spécifiés dans le présent document, l’utilisateur est autorisé à utiliser ce logiciel de
calcul dans son format d’origine sans aucune modification. L’utilisation du logiciel de calcul est décrite
dans les instructions d’utilisation fournies à la même adresse serveur.
Par conséquent, l’effet des accélérations dans les trois directions est pris en compte, alors qu’à l’Article 5,
l’évaluation est basée uniquement sur la direction z. De plus, les fonctions de transfert dépendent de la
posture, de la masse corporelle et de l’indice de masse corporelle (IMC) de l’individu exposé. Bien que
la masse corporelle soit également une variable décrite à l’Annexe C (voir Formule C.1), l’évaluation est
limitée à une posture par défaut (assise droite).
NOTE 1 L’IMC est le rapport de la masse corporelle (kg) sur le carré de la taille du corps (m).
Compte tenu des conditions d’accélération et d’exposition mesurées, le logiciel calcule à l’aide de
fonctions de transfert la réponse de la colonne vertébrale aux forces de compression (voir A.3.2). Les
forces de compression de crête ainsi obtenues donnent lieu à une dose de compression définie en A.3.3.
NOTE 2 Des recommandations relatives à l’évaluation des effets néfastes sur la santé basés sur cette dose de
compression sont données aux Annexes B et E.
A.2 Mesurage de séries de valeurs temporelles d’accélération
Le mesurage des vibrations, y compris la direction du mesurage, l’emplacement des transducteurs, la
durée du mesurage et l’enregistrement des conditions des vibrations doivent satisfaire aux exigences
énoncées dans l’ISO 2631-1 et aussi dans l’ISO 10326-1 pour l’emplacement des mesurages sur le siège et
pour la conception du disque interface.
Le logiciel (voir A.3) évalue uniquement la partie du signal entre 0,5 Hz et 80 Hz. Par conséquent, la
fréquence d’échantillonnage doit être supérieure à 160 Hz. Il convient que les capteurs de vibrations
enregistrent correctement les accélérations de 0,5 Hz à 80 Hz. Il convient que les données soient
acquises de manière synchrone et efficace dans toutes les directions et à tous les emplacements de
mesurage.
Ce modèle alternatif est validé pour des accélérations de crête de 9,81 m/s pour des signaux
d’accélération dans la direction z mesurés à la surface du siège qui sont filtrés par les filtres limiteurs
de bande décrits dans l’ISO 2631-1 (passe-haut: caractéristique de Butterworth de deuxième ordre,
fréquence de coupure 0,4 Hz; passe-bas: caractéristique de Butterworth de deuxième ordre, fréquence
de coupure 100 Hz). Pour l’évaluation, le signal généré après filtrage passe-bande de la surface du siège
peut être utilisé pour mesurer les accélérations de crête maximales. Il n’est pas nécessaire d’effectuer
d’autres conditionnements des signaux. Pour les autres emplacements de mesurage (dossier, point
de fixation du siège ou plancher de cabine), il convient de ne pas appliquer de filtres de pondération
fréquentielle conformément à l’ISO 2631-1.
Pour mesurer les vibrations, y compris les chocs répétés, il est important que le signe des signaux
d’accélération (positif ou négatif) soit correctement enregistré. Dans le système de coordonnées
basicentriques pour les personnes assises, le sens de l’axe y est positif vers la gauche du sujet. Le sens de
l’axe x est positif vers le ventre du sujet et le sens de l’axe z positif vers le crâne du sujet.
Pendant la collecte des données, le sujet doit rester assis et attaché, si possible, et ne doit pas perdre le
contact avec le disque de mesurage.
En plus du mesurage à la surface du siège (au moins), des mesurages au niveau du dossier sont
recommandés. Pour tenir compte de l’exposition aux pieds et aux mains, il est recommandé de mesurer
les accélérations au point de fixation du siège ou au plancher de la cabine.
La durée du mesurage doit être suffisante pour garantir que les chocs répétés sont typiques des
expositions objet de l’évaluation, sans risque de traumatisme pour les individus exposés pendant le
mesurage. Il convient de porter une attention particulière à la caractérisation précise de la distribution
statistique des impacts puisque les queues de plus grande amplitude de la distribution peuvent ne pas
se produire pendant la durée de l’échantillonnage, mais peuvent avoir une incidence importante sur les
évaluations des traumatismes potentiels.
Les séries de valeurs temporelles doivent être enregistrées dans des fichiers séparés pour chaque
interface du modèle: surface et dossier du siège, mains et pieds. Cela exige l’enregistrement de deux
copies du signal mesuré à partir du point de fixation du siège ou du plancher de la
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 2631-5
Deuxième édition
2018-07
Vibrations et chocs mécaniques —
Évaluation de l'exposition des
individus à des vibrations globales
du corps —
Partie 5:
Méthode d'évaluation des vibrations
contenant des chocs répétés
Mechanical vibration and shock — Evaluation of human exposure to
whole-body vibration —
Part 5: Method for evaluation of vibration containing multiple shocks
Numéro de référence
©
ISO 2018
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© ISO 2018
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E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions et symboles . 2
4 Délimitation des deux régimes d’exposition . 3
5 Description du modèle . 5
5.1 Mesurage des vibrations . 5
5.1.1 Considérations générales . 5
5.1.2 Emplacement des mesurages et exigences matérielles spécifiques . 5
5.1.3 Conditionnement des signaux . 5
5.1.4 Durée du mesurage . 6
5.2 Détermination de la réponse de la colonne vertébrale . 7
5.3 Calcul de la dose de la réponse de la colonne vertébrale . 9
Annexe A (informative) Modèle alternatif pour la détermination de la réponse de la
colonne vertébrale lors d’expositions sans perte de contact avec la surface du siège .11
Annexe B (informative) Relation générale entre la dose d’accélération et les effets sur la santé .17
Annexe C (informative) Évaluation des effets sur la santé pour les expositions décrites à
l’Article 5 .18
Annexe D (informative) Exemple d’application numérique de la fonction de transfert pour
les expositions décrites à l’Article 5.22
Annexe E (informative) Évaluation des effets sur la santé des expositions sans perte de
contact avec la surface du siège .24
Bibliographie .30
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
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Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 108, Vibrations et chocs mécaniques,
et leur surveillance, sous-comité SC 4, Exposition des individus aux vibrations et chocs mécaniques.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 2631-5:2004), qui a fait l’objet
d’une révision technique. Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont une
meilleure description de la fonction de réponse physiologique de l’exposition et une amélioration des
recommandations relatives au risque associé.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 2631 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
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Introduction
Le présent document a pour objet de définir une méthode de quantification des vibrations globales
du corps contenant des chocs répétés vis-à-vis de la santé des personnes en posture assise. En
biodynamique, le terme «choc» est utilisé pour décrire un large éventail d’expositions de courte durée
et de grande amplitude. Elle couvre la plage de sévérité à partir de chocs bénins qui n’entraînent qu’une
gêne et un inconfort de courte durée jusqu’à des chocs d’amplitude suffisante pour provoquer la douleur,
des traumatismes ou des réactions physiologiques importantes.
Les méthodes décrites dans le présent document peuvent être appropriées pour évaluer le risque de
lésions chroniques découlant de l’exposition à des chocs répétés, comme on peut le constater dans
les véhicules militaires, commerciaux ou récréatifs hors route, y compris les véhicules agricoles, les
équipements de production lourds et les embarcations maritimes à grande vitesse. Les méthodes ne
sont pas destinées à évaluer la probabilité de dommages aigus causés par un seul impact.
Les méthodes d’évaluation décrites sont fondées sur la réponse biomécanique prévue du plateau
vertébral osseux (tissu dur) chez un individu qui est en bonne condition physique et qui ne présente
aucune pathologie spinale. Toutefois, les méthodes d’évaluation du risque et les modèles connexes décrits
dans le présent document n’ont pas encore été systématiquement validés sur le plan épidémiologique.
Les méthodes fournissent néanmoins une description quantitative de l’exposition, qui est nécessaire
pour évaluer les différences relatives entre les expositions, par exemple les effets de certaines mesures
de protection et les différentes conditions d’exposition.
Le présent document traite uniquement de la réponse de la colonne lombaire sur la base d’études
indiquant que la colonne lombaire peut être affectée négativement par des expositions aux vibrations
[6][7][8][9][10][11][38][39][47][48][54][55]
globales du corps qui contiennent également des chocs répétés. Les
autres effets néfastes sur la santé d’une exposition à des chocs répétés, tels que les dommages à des
parties du corps autres que la colonne lombaire ou les types d’effets à court ou à long terme sur la santé
autres que les dommages aux plateaux vertébraux, ne sont pas spécifiquement étudiés dans le présent
document. De tels dommages aux plateaux vertébraux ne peuvent souvent pas être différenciés des
dommages causés par d’autres expositions (levage lourd) et maladies.
Le présent document étudie uniquement les effets des charges de compression résultant de chocs
répétés. Dans ce but, une fonction de transfert de l’accélération mesurée entre le siège et la colonne
lombaire a été développée pour une posture, une taille du corps et un étage de la colonne lombaire par
défaut. Une autre méthode pour décrire la réponse de la colonne vertébrale est donnée à l’Annexe A, qui
est uniquement valable pour une gamme limitée d’amplitudes d’accélération, mais qui inclut l’effet de
différentes postures et tailles du corps, ainsi que des différents étages de la colonne lombaire.
Une approche normalisée de la prédiction des traumatismes pour les chocs à axes non verticaux ou
combinés est compliquée de par l’influence des différentes postures et des différents systèmes de
retenue du corps qui peuvent être utilisés dans différents véhicules et par les limites des capacités
actuelles de prédiction des traumatismes par choc non vertical. Des chocs impliquant un mouvement
horizontal, rotatif ou multiaxial peuvent se produire dans la pratique et présenter un risque important
de traumatisme.
Le risque de traumatisme de la colonne lombaire dépend de la dose d’exposition, qui est une combinaison
d’une quantité et d’une durée d’exposition. Un traumatisme manifeste peut prendre plusieurs années
à se développer. En raison de la complexité du mesurage de chocs répétés, il n’est actuellement pas
possible de mesurer directement l’exposition de la dose sur la durée de vie. L’exposition est plutôt
mesurée dans des situations représentatives et la dose est extrapolée à partir de ce mesurage pour une
durée d’exposition effectuée dans le passé ou pour une durée d’exposition prévue dans l’avenir. Pour
surveiller en permanence la dose sur la durée de vie passée au travail, il est nécessaire de mettre au
point un autre matériel de mesurage, par exemple des dosimètres.
NORME INTERNATIONALE ISO 2631-5:2018(F)
Vibrations et chocs mécaniques — Évaluation de
l'exposition des individus à des vibrations globales du
corps —
Partie 5:
Méthode d'évaluation des vibrations contenant des
chocs répétés
1 Domaine d’application
Le présent document traite de l’exposition des individus à des chocs mécaniques répétés et formule des
exigences pour le mesurage des chocs répétés. Les résultats de ces mesurages sont ensuite analysés
pour fournir des informations permettant d’évaluer le risque d’effets néfastes sur la santé concernant
les plateaux vertébraux de la colonne lombaire dus à la compression chez les individus assis. D’autres
lésions peuvent se développer même en l’absence de traumatisme du plateau vertébral.
NOTE 1 Les chocs mécaniques répétés sont des chocs d’amplitude et de forme différentes qui surviennent
fréquemment à intervalles réguliers et irréguliers pendant la période de mesurage.
NOTE 2 Comme proposé dans les annexes, l’évaluation du risque de traumatisme actuel est fondée sur les
expositions représentatives mesurées en combinaison avec l’historique de l’exposition de l’individu. Les risques
potentiels peuvent être évalués en fonction des durées d’exposition prévues. Les fabricants de matériel de
mesurage sont encouragés à développer la possibilité d’une évaluation in situ de l’exposition.
Deux régimes d’exposition sont distingués dans le présent document: l’un pour les conditions sévères et
l’autre pour les conditions moins sévères.
NOTE 3 L’Article 4 contient la délimitation des deux régimes.
Le présent document s’applique aux accélérations verticales non pondérées, dont les valeurs de
crête peuvent atteindre 137,3 m/s (14 g), mesurées à l’interface siège-occupant sous les tubérosités
ischiatiques sur une largeur de bande de mesurage de 0,01 Hz à 80 Hz.
NOTE 4 La plage de mesurage est définie en 5.1.
La prudence est de mise lors de l’application de la méthode aux expositions sévères, d’autant plus que les
accélérations de crête de 137,3 m/s (14 g) sont proches de la limite physique qu’une colonne vertébrale
peut tolérer.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 2041, Vibrations et chocs mécaniques, et leur surveillance — Vocabulaire
ISO 2631-1:1997, Vibrations et chocs mécaniques — Évaluation de l'exposition des individus à des vibrations
globales du corps — Partie 1: Spécifications générales
ISO 5805, Vibrations et chocs mécaniques — Exposition de l'individu — Vocabulaire
ISO 10326-1, Vibrations mécaniques — Méthode en laboratoire pour l'évaluation des vibrations du siège de
véhicule — Partie 1: Exigences de base
3 Termes, définitions et symboles
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l’ISO 2041 et l’ISO 5805 s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp;
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/.
3.2 Symboles (unités)
A
a (t) accélération d’entrée dans la direction z en R
z A
facteur de risque basé sur S (1)
d
fonction du temps (1 m/s )
a (ω) transformée de Fourier de a (t) (1 m/s)
z z
A A
R facteur de risque basé sur S (1)
q q
A (t) fonction de réponse en accélération de la S dose de compression quotidienne pour le
z d
colonne vertébrale en fonction du temps modèle décrit à l’Article 5 (1 MPa)
(1 m/s )
A (ω) fonction de réponse en accélération de la colonne S contrainte statique pour le modèle décrit à
z stat
vertébrale en fonction de la fréquence (1 m/s) l’Article 5 (basée sur la gravitation) (1 MPa)
e 2
A i valeur maximale de A (t) (1 m/s ) S résistance ultime des vertèbres pour le modèle
z,i z u,i
décrit à l’Article 5 pour l’année i (1 MPa)
2 A
B aire du plateau d’une vertèbre (1 mm ) S dose de compression décrite à l’Annexe A
(1 MPa)
C fonction de réponse de la force de compression dose de compression quotidienne décrite à
dyn A
S
d
décrite à l’Annexe A (1 N) l’Annexe A (1 MPa)
e
C i valeur maximale de C (1 N) dose de compression pour les expositions
dyn,i dyn
A
S
q variables décrite à l’Annexe A (1 MPa)
D dose d’accélération en fonction de A pour contrainte statique pour le modèle décrit à
z z,i A
S
stat
t (1 m/s ) l’Annexe A (basée sur la moyenne C ) (1 MPa)
m dyn
D dose d’accélération quotidienne extrapolée résistance ultime des vertèbres pour le modèle
zd
A
S
pour t (1 m/s ) u,i décrit à l’Annexe A pour l’année i (1 MPa)
d
H(ω) fonction de transfert (1) t temps (1 s)
m facteur de conversion accélération- t durée d’exposition quotidienne (1 s)
z d
contrainte de compression en fonc-
tion de la masse décrit à l’Annexe C
6 2 2
[1·10 Pa/(m/s ) = 1 MPa/(m/s )]
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N nombre de jours d’exposition par an (1) t durée du mesurage (1 s)
m
Π risque de rupture de vertèbre, basé sur R (1) ω fréquence angulaire (1 Hz)
R Variable de contrainte du calcul du risque
pour le modèle décrit à l'Article 5 (1)
NOTE Les grandeurs qui décrivent le risque de traumatisme sont définies à l’Annexe C (modèle de l’Article 5)
et à l’Annexe E (modèle de l’Annexe A). Pour l’Article 5, le risque de traumatisme est décrit par Π(R), qui est en
A
fonction de R. Cette variable de contrainte, R, est différente du risque de traumatisme, R , pour le modèle de
l’Annexe A, qui est défini à l’Annexe E.
4 Délimitation des deux régimes d’exposition
Les conditions d’exposition dans le présent document sont différentes de celles de l’évaluation de base
des vibrations globales du corps décrites dans l’ISO 2631-1.
NOTE 1 L’ISO 2631-1:1997, Article 6 contient des critères, lorsqu’il est nécessaire d’utiliser des méthodes
d’évaluation supplémentaires, y compris l’ISO 2631-5.
Il faut distinguer deux régimes d’exposition:
a) D’une part, on trouve des conditions sévères qui sont typiques des véhicules militaires tout-terrain
ou des bateaux à grande vitesse, etc. Ces conditions sévères peuvent contenir des périodes de chute
libre, elles sont dominées par des accélérations sur l’axe z, et les sujets peuvent perdre le contact
avec la surface du siège en raison de l’exposition. Ces conditions sont traitées à l’Article 5 et dans
les Annexes C et D. Ici, les exigences de mesurage (largeur de bande, conditionnement des signaux)
diffèrent de celles de l’ISO 2631-1 et les contributions des directions x et y aux forces de compression
de la colonne vertébrale sont négligées, car l’exposition est dominante dans la direction z.
NOTE 2 Les questions découlant de la limitation à une posture par défaut et à une excitation purement
verticale sont abordées dans l’Introduction et à l’Annexe B.
b) D’autre part, les conditions moins sévères sont également couvertes par le présent document
sans événements de chute libre et lorsque le sujet reste assis pendant toute la durée du mesurage.
Elles sont plus probables dans un contexte industriel, par exemple conduite de tracteurs, d’engins
forestiers et d’engins de terrassement mobiles sur des surfaces irrégulières (tout-terrain, nids-de-
poule, passages fréquents de voies ferrées, etc.). Ces conditions sont traitées aux Annexes A et E.
Les exigences de mesurage sont les mêmes que pour la série de valeurs temporelles d’accélération
non pondérée décrite dans l’ISO 2631-1.
Pour déterminer le régime pour une exposition donnée, deux questions doivent être posées:
i) Le conducteur perd-il le contact avec le siège (ou perdrait-il le contact en l’absence d’un système
de retenue)?
ii) L’exposition comporte-t-elle des périodes de chute libre?
Si les réponses aux deux questions sont affirmatives, c’est la méthode de l’Article 5 et des Annexes C et
D qui doit être utilisée.
En cas de doute, ces critères peuvent être vérifiés quantitativement en mesurant une exposition
représentative selon la méthode décrite à l’Article 5 ou à l’Annexe A (la plus probable étant retenue).
La série de mesures temporelles dans la direction z au niveau de la personne est ensuite vérifiée: après
application des filtres limiteurs de bande décrits dans l’ISO 2631-1, les accélérations de crête ne doivent
pas dépasser 9,81 m/s pour l’utilisation des Annexes A et E. Si les accélérations de crête ainsi obtenues
dépassent 9,81 m/s , ce sont l’Article 5 et les Annexes C et D qui s’appliquent.
1) Si on commence par les exigences pour les conditions sévères, on poursuit avec le processus de
conditionnement des signaux jusqu’à l’étape précédant l’application du filtre limiteur de bande.
La vérification est effectuée à l’aide d’une copie du signal, de sorte que le filtre limiteur de bande
approprié (voir 5.1.3) puisse être appliqué après la vérification réussie.
2) Si on commence par les exigences pour les conditions moins sévères et si la vérification est réussie,
on peut utiliser le signal filtré par le limiteur de bande de la vérification pour l’évaluation ultérieure.
3) Si la vérification ne confirme pas la première hypothèse des conditions d’exposition, le mesurage
doit être répété avec les exigences de l’autre condition d’exposition.
Cette vérification est facultative et, par conséquent, grisée à la Figure 1.
NOTE 3 Les filtres limiteurs de bande pour la direction z de l’ISO 2631-1 sont:
— passe-haut: caractéristique de Butterworth de deuxième ordre, fréquence de coupure 0,4 Hz;
— passe-bas: caractéristique de Butterworth de deuxième ordre, fréquence de coupure 100 Hz.
NOTE Les parties grisées permettent une confirmation quantitative facultative de la première décision.
Figure 1 — Organigramme d’application des modèles utilisés dans le présent document
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5 Description du modèle
5.1 Mesurage des vibrations
5.1.1 Considérations générales
Le mesurage des vibrations, y compris la direction du mesurage, l’emplacement des transducteurs, la
durée du mesurage et l’enregistrement des conditions des vibrations doivent satisfaire aux exigences
énoncées dans l’ISO 2631-1, sauf dans les cas décrits de 5.1.2 à 5.1.4.
5.1.2 Emplacement des mesurages et exigences matérielles spécifiques
Il convient de mesurer l’accélération verticale, a (t), à l’interface entre le siège et les tubérosités
z
ischiatiques.
Pendant l’acquisition des données, il convient que le sujet reste assis et ne se lève pas du siège.
L’emplacement des mesurages sur le siège et la forme de la cupule accélérométrique sur l’assise du siège
doivent être conformes à l’ISO 10326-1.
Il convient d’utiliser des interrupteurs à contact, des enregistrements vidéo ou d’autres méthodes
pour détecter la perte de contact entre le sujet et la surface du siège. Il est nécessaire de détecter et
d’enregistrer la perte de contact, car les accélérations mesurées pendant la perte de contact ne doivent
pas être comptées comme une exposition. En outre, il faut s’assurer que l’impact subi lors de la réception
sur le siège (c’est-à-dire à la fois le mouvement de la personne et le mouvement du siège) après la chute
libre est pleinement pris en compte.
Les accéléromètres et le matériel de mesurage associé doivent être appropriés au mesurage des plus
fortes amplitudes d’accélération pouvant être rencontrées pendant la période de mesurage.
Il convient que les appareils d’enregistrement et de numérisation d’accélération aient une réponse
en fréquence pour les accélérations plate de 0,01 Hz à au moins 80 Hz. Un taux d’échantillonnage de
256 échantillons par seconde ou plus peut être nécessaire selon la méthode d’anti-repliement utilisée.
Les détails du matériel de mesurage, y compris la description des méthodes d’étalonnage utilisées,
doivent être fournis.
5.1.3 Conditionnement des signaux
Les différentes étapes du processus de conditionnement des signaux sont résumées à la Figure 2.
Figure 2 — Étapes du processus de conditionnement des signaux
À la première étape, il est important de vérifier que le signe des signaux d’accélération (positif ou
négatif) est correct, car la méthode d’analyse traite de la charge vertébrale en compression. Dans le
système de coordonnées basicentriques pour les personnes assises, le sens de l’accélération suivant
l’axe z est positif vers le crâne du sujet (c’est-à-dire qu’elle est positive vers le haut).
Après avoir vérifié le signe des signaux d’accélération, la deuxième étape élimine les parties du signal
où il n’y a pas de contact entre la cupule accélérométriques sur l’assise du siège et le sujet. Il en résulte
des parties de signal séparées auxquelles les étapes suivantes sont appliquées séparément.
À la troisième étape, si les données doivent être ré-échantillonnées pour analyse après avoir été
acquises à une fréquence plus élevée, il est alors nécessaire de vérifier que le filtrage anti-repliement
approprié est utilisé.
NOTE 1 Les fonctions de ré-échantillonnage fournies par les logiciels de traitement de données courants,
1) ®
tels que MATLAB , peuvent appliquer automatiquement des filtres anti-repliement appropriés, mais il est
important de vérifier que c’est bien le cas.
À la quatrième étape, il convient que l’accélération mesurée ait une correction du décalage de sorte
que l’accélération enregistrée, l’accéléromètre étant au repos (ou avec un signal symétrique), soit
(0 ± 0,1) m/s . Noter que la soustraction de la moyenne peut ne pas être appropriée si l’accélération
enregistrée est asymétrique.
Dans la cinquième étape, si en analysant les variations temporelles où l’accéléromètre est en mouvement
au début ou à la fin de l’enregistrement, il peut être approprié de réduire progressivement le signal, par
exemple avec une décroissance cosinusoïdale appliquée pendant plusieurs secondes, avant d’appliquer
les filtres limiteurs de bande.
Enfin, à la sixième étape, les mesurages d’accélération corrigés du décalage doivent être limités à la
bande de 0,01 Hz à 80 Hz à l’aide d’un filtre passe-haut de Butterworth de deuxième ordre ayant une
fréquence de coupure de 0,01 Hz et d’un filtre passe-bas de Butterworth de quatrième ordre ayant
une fréquence de coupure de 80 Hz. Il convient de ne pas appliquer les filtres limiteurs de bande et de
pondération décrits dans l’ISO 2631-1.
NOTE 2 La limite de basse fréquence est réduite par rapport à celle indiquée dans l’ISO 2631-1 pour éviter
la distorsion du signal d’accélération en cas de chute libre avant un impact violent. Des périodes de chute libre
supérieures à 0,5 s ont été observées pour les navires rapides. Le filtrage passe-haut à 0,5 Hz transforme
l’accélération en une chute libre de –1 g à zéro au moment de l’impact. Il provoque le décalage incorrect de +1 g
de l’accélération de crête de l’impact. Les calculs effectués avec un nombre limité de mouvements de navires
rapides laissent supposer que des erreurs de 10 % peuvent être provoquées. Des changements brusques du profil
du terrain ou des pentes abruptes peuvent avoir un effet similaire. S’il y a peu de mouvement à l’emplacement de
mesurage aux fréquences inférieures à 0,5 Hz, les erreurs causées par les distorsions de variations temporelles
dues au filtre sont probablement faibles.
5.1.4 Durée du mesurage
La durée du mesurage doit être suffisante pour garantir que les résultats mesurés sont représentatifs de
l’exposition, c’est-à-dire que les chocs répétés mesurés sont typiques des expositions qui sont évaluées.
Comme les chocs peuvent être peu fréquents, il convient d’envisager d’estimer la durée nécessaire pour
obtenir un nombre suffisant d’impacts représentatifs. Il convient que la durée du mesurage soit adaptée
à l’évaluation de l’exposition globale.
NOTE 1 Il n’est pas pratique de spécifier un nombre suffisant d’impacts, car il dépend de la variabilité de
ces derniers. Si la sévérité des impacts est variable, avec des amplitudes relativement faibles et quelques chocs
sévères, alors un mesurage plus long sera probablement nécessaire pour augmenter la probabilité de capter ces
chocs sévères.
NOTE 2 Dans le cas de tâches répétitives (par exemple camions de roulage miniers), l’enregistrement d’au
moins un cycle de travail complet est représentatif. Pour les tâches non répétitives (par exemple les déplacements
hors route, le transport militaire), la durée suffisante dépend également de la variabilité du terrain.
Une attention particulière doit toujours être accordée au contrôle de l’exposition aux chocs et aux
vibrations de tout le personnel participant à l’essai. Il peut être approprié d’effectuer d’abord des
mesurages plus courts pour s’assurer que les expositions ne sont pas excessives. Les essais où les humains
sont exposés à des chocs répétés sont susceptibles de nécessiter une évaluation minutieuse du risque. ®
1) MATLAB est le nom de marque déposée d’un produit fourni par MathWorks. Cette information est donnée
à l’intention des utilisateurs du présent document et ne signifie nullement que l’ISO approuve ou recommande
l’emploi exclusif du produit ainsi désigné.
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5.2 Détermination de la réponse de la colonne vertébrale
Une fonction de transfert du siège à la colonne lombaire a été mise au point à partir des résultats
[4][5][15][72]-[75]
expérimentaux et de la modélisation numérique des occupants assis .
La réponse en fréquence de la fonction de transfert entre le siège et la colonne vertébrale est donnée
dans la Formule (1) en termes d’un zéro complexe et de six pôles complexes.
jjω  ω 
12++ζ
 
ω ω
11 
H ω = (1)
()
2 2
 
  
   
jjω ω jjω ω
 
  
12++ζ 12+ ζζ +
   
2 3
 ω ω ω ω 
  
2  2  3  3 
  
 
 
2 2
 
 
   
 jjω ω jjω ω 
  
12++ζ 1+22ζ +
     
4 5
 ω ω  ω ω 
4  4  55 
 
  
 
2 2
  
 
   
jjω ω jjω ω
  
12ζ 1+++ζ
++ 2
   
6 7
 ω ω  ω ω 
 
6  6  77 
 
  
où
j
=−1 ;
ω = 34 rad/s;
= 0,35;
ζ
ω = 31 rad/s;
= 0,21;
ζ
ω = 230 rad/s;
= 0,88;
ζ
ω = 260 rad/s;
= 0,80;
ζ
ω = 320 rad/s;
= 0,40;
ζ
ω = 380 rad/s;
= 0,75;
ζ
ω = 420 rad/s;
= 0,65.
ζ
Les tolérances pour toute mise en œuvre de cette fonction de transfert par des moyens analogiques ou
numériques sont les suivantes:
a) ± 2,5 % de l’amplitude de crête (c’est-à-dire ± 0,04) par rapport à la réponse en amplitude cible
et ± π/(10 rad) par rapport à la réponse en phase cible de zéro à 40 Hz;
b) ± 5 % de l’amplitude de crête (c’est-à-dire ± 0,08) par rapport à la réponse en amplitude cible de
40 Hz à 80 Hz (pas d’exigence de phase);
c) ± 5 % de l’amplitude de crête (c’est-à-dire +0,08) par rapport à la réponse en amplitude cible au-
dessus de 80 Hz (pas de limite inférieure ni d’exigence de phase).
La réponse en fréquence de la fonction de transfert du siège à la colonne vertébrale avec tolérances est
représentée à la Figure 3.
Un exemple d’une application numérique de cette fonction de réponse en fréquence pour des variations
temporelles numériques échantillonnées à 256 échantillons par seconde est donné à l’Annexe D.
Cette fonction de transfert de la Formule (1) doit être appliquée à la transformée de Fourier de
l’accélération verticale conditionnée mesurée, a (ω) = F[a (t)], après le conditionnement des signaux
z z
décrit en 5.1.3:
AHωω= a ω
() () ()
zz
(2)
−1
At =FA ω 
() ()
zz
 
Cela donne A (ω) qui est la fonction de réponse de la colonne vertébrale dans le domaine fréquentiel
z
(spectre). La fonction de réponse de la colonne vertébrale dans le domaine temporel, A (t), est donnée
z
par la transformée de Fourier inverse de A (ω).
z
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Légende
f fréquence, Hz
Y1 amplitude
Y2 phase, rad
Figure 3 — Réponse en fréquence de la fonction de transfert du siège à la colonne vertébrale
avec ses bandes de tolérances
[15][72]-[75]
NOTE Cette réponse a été dérivée d’une linéarisation du réseau neuronal . Un ajustement par
moindres carrés a été appliqué à la réponse du réseau neuronal à un signal aléatoire gaussien depuis le courant
continu jusqu’à 80 Hz avec une accélération de crête de 20 m/s . Le filtre résultant a été ajusté pour donner
une transmissibilité en courant continu de 1,0 sur la base du fait que la valeur différente de 1 du facteur
de transmission en courant continu du réseau neuronal était physiquement incorrecte. Une atténuation
supplémentaire a été appliquée au-dessus d’environ 50 Hz pour fournir une limite supérieure à la réponse en
fréquence. La confiance dans les fréquences supérieures à 50 Hz de la réponse du réseau neuronal original a été
jugée faible en raison des incertitudes considérables associées au mesurage des fonctions de transfert.
5.3 Calcul de la dose de la réponse de la colonne vertébrale
La dose d’accélération, D , en mètres par seconde carrée, dans la direction verticale est définie comme:
z
 
 
DA=10, 7 (3)
zz∑ ,i
 
i
 
e
où A est la i crête de l’accélération de réponse, A (t) [Formule (2)].
z,i z
NOTE 1 La Formule (1) représente la réponse en fréquence de la colonne vertébrale en fonction d’un filtre.
En outre, il existe une fonction de réponse en amplitude de la colonne vertébrale qui est représentée ici par le
facteur 1,07 dans la Formule (3).
Une crête est définie ici comme la valeur maximale de l’accélération de réponse entre deux passages par
zéro consécutifs. Seules les crêtes positives doivent être prises en compte.
Dans le calcul de la dose, les crêtes d’accélération, d’amplitude considérablement plus faible que la crête
la plus élevée (trois fois ou plus), ne contribuent pas de manière significative à la valeur du fait du terme
de puissance 6 dans la Formule (3).
Une dose quotidienne, D , en mètres par seconde carrée, peut être calculée à l’aide de la Formule (4):
zd
 6
t
d
DD= (4)
 
zd z
t
 m 
où
D est la dose d’accélération;
z
t est la période d’exposition quotidienne;
d
t est la période pendant laquelle D a été mesurée.
m z
Pour pouvoir comparer différentes expositions, il est recommandé d’utiliser t = 8 h dans la Formule (4).
d
La Formule (4) peut être utilisée lorsque l’exposition quotidienne totale peut être représentée par
une seule période de mesurage. Lorsque l’exposition quotidienne aux vibrations consiste en deux ou
plusieurs périodes d’amplitude différente, la dose d’accélération, en mètres par seconde carrée, pour
l’exposition quotidienne totale peut être calculée comme suit:
 6
t
d,j
 
DD= (5)
zd ∑ z,j
 t 
m,j
j
 
où
D est la dose d’accélération pour la condition j;
z,j
t est la durée de l’exposition quotidienne à la condition j;
d,j
t est la durée pendant laquelle D a été mesurée.
m,j z,j
NOTE 2 Des recommandations, relatives à l’évaluation des effets néfastes sur la santé, tirées des connaissances
sur les chocs de la colonne vertébrale sont données aux Annexes B et C.
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Annexe A
(informative)
Modèle alternatif pour la détermination de la réponse de la
colonne vertébrale lors d’expositions sans perte de contact avec la
surface du siège
A.1 Généralités
L’Article 5 met l’accent sur les expositions dans des conditions sévères: véhicules militaires tout-
terrain, bateaux à grande vitesse, etc. Toutefois, la présente annexe propose un modèle alternatif
pour l’évaluation des chocs répétés lors d’expositions où le sujet exposé ne perd pas le contact avec la
surface du siège suite au choc. Ces expositions sont plus susceptibles d’être observées dans un contexte
industriel, par exemple les expositions liées à la conduite de tracteurs, de camions, d’engins forestiers
et d’engins de terrassement mobiles. Un lien entre l’évaluation de l’exposition de la présente annexe et
[69][71]
les effets néfastes sur la santé a été établi dans une étude .
Ce modèle alternatif est validé pour des accélérations de crête de 9,81 m/s pour des signaux
d’accélération dans la direction z mesurés à la surface du siège. Par conséquent, la présente annexe
est limitée aux mesurages dans lesquels la personne exposée ne perd pas le contact avec la surface
du siège suite à des chocs. La largeur de bande du mesurage et du conditionnement des signaux selon
l’Article 5 tient compte des événements de chute libre qui ne sont pas prévus dans le contexte industriel
de ce modèle alternatif. Par conséquent, le mesurage peut suivre les modes opératoires décrits dans
l’ISO 2631-1. Des informations détaillées relatives au mesurage des séries de valeurs temporelles
d’accélération sont données en A.2.
Le modèle alternatif traite comme une entrée les signaux d’accélération dans trois directions mesurés
à la surface du siège (au minimum). En outre, des mesurages au niveau du dossier et des pieds (point de
fixation du siège ou plancher de la cabine) peuvent également être inclus dans l’évaluation. Sur la base de
ces séries de valeurs temporelles, les forces de compression entre deux vertèbres sont calculées à l’aide
des fonctions de transfert d’un modèle biomécanique incluses dans un logiciel de calcul, disponible à
l’adresse http: //standards .iso .org/iso/2631/ -5/ed -2.
Pour les besoins spécifiés dans le présent document, l’utilisateur est autorisé à utiliser ce logiciel de
calcul dans son format d’origine sans aucune modification. L’utilisation du logiciel de calcul est décrite
dans les instructions d’utilisation fournies à la même adresse serveur.
Par conséquent, l’effet des accélérations dans les trois directions est pris en compte, alors qu’à l’Article 5,
l’évaluation est basée uniquement sur la direction z. De plus, les fonctions de transfert dépendent de la
posture, de la masse corporelle et de l’indice de masse corporelle (IMC) de l’individu exposé. Bien que
la masse corporelle soit également une variable décrite à l’Annexe C (voir Formule C.1), l’évaluation est
limitée à une posture par défaut (assise droite).
NOTE 1 L’IMC est le rapport de la masse corporelle (kg) sur le carré de la taille du corps (m).
Compte tenu des conditions d’accélération et d’exposition mesurées, le logiciel calcule à l’aide de
fonctions de transfert la réponse de la colonne vertébrale aux forces de compression (voir A.3.2). Les
forces de compression de crête ainsi obtenues donnent lieu à une dose de compression définie en A.3.3.
NOTE 2 Des recommandations relatives à l’évaluation des effets néfastes sur la santé basés sur cette dose de
compression sont données aux Annexes B et E.
A.2 Mesurage de séries de valeurs temporelles d’accélération
Le mesurage des vibrations, y compris la direction du mesurage, l’emplacement des transducteurs, la
durée du mesurage et l’enregistrement des conditions des vibrations doivent satisfaire aux exigences
énoncées dans l’ISO 2631-1 et aussi dans l’ISO 10326-1 pour l’emplacement des mesurages sur le siège et
pour la conception du disque interface.
Le logiciel (voir A.3) évalue uniquement la partie du signal entre 0,5 Hz et 80 Hz. Par conséquent, la
fréquence d’échantillonnage doit être supérieure à 160 Hz. Il convient que les capteurs de vibrations
enregistrent correctement les accélérations de 0,5 Hz à 80 Hz. Il convient que les données soient
acquises de manière synchrone et efficace dans toutes les directions et à tous les emplacements de
mesurage.
Ce modèle alternatif est validé pour des accélérations de crête de 9,81 m/s pour des signaux
d’accélération dans la direction z mesurés à la surface du siège qui sont filtrés par les filtres limiteurs
de bande décrits dans l’ISO 2631-1 (passe-haut: caractéristique de Butterworth de deuxième ordre,
fréquence de coupure 0,4 Hz; passe-bas: caractéristique de Butterworth de deuxième ordre, fréquence
de coupure 100 Hz). Pour l’évaluation, le signal généré après filtrage passe-bande de la surface du siège
peut être utilisé pour mesurer les accélérations de crête maximales. Il n’est pas nécessaire d’effectuer
d’autres conditionnements des signaux. Pour les autres emplacements de mesurage (dossier, point
de fixation du siège ou plancher de cabine), il convient de ne pas appliquer de filtres de pondération
fréquentielle conformément à l’ISO 2631-1.
Pour mesurer les vibrations, y compris les chocs répétés, il est important que le signe des signaux
d’accélération (positif ou négatif) soit correctement enregistré. Dans le système de coordonnées
basicentriques pour les personnes assises, le sens de l’axe y est positif vers la gauche du sujet. Le sens de
l’axe x est positif vers le ventre du sujet et le sens de l’axe z positif vers le crâne du sujet.
Pendant la collecte des données, le sujet doit rester assis et attaché, si possible, et ne doit pas perdre le
contact avec le disque de mesurage.
En plus du mesurage à la surface du siège (au moins), des mesurages au niveau du dossier sont
recommandés. Pour tenir compte de l’exposition aux pieds et aux mains, il est recommandé de mesurer
les accélérations au point de fixation du siège ou au plancher de la cabine.
La durée du mesurage doit être suffisante pour garantir que les chocs répétés sont typiques des
expositions objet de l’évaluation, sans risque de traumatisme pour les individus exposés pendant le
mesurage. Il convient de porter une attention particulière à la caractérisation précise de la distribution
statistique des impacts puisque les queues de plus grande amplitude de la distribution peuvent ne pas
se produire pendant la durée de l’échantillonnage, mais peuvent avoir une incidence importante sur les
évaluations des traumatismes potentiels.
Les séries de valeurs temporelles doivent être enregistrées dans des fichiers séparés pour chaque
interface du modèle: surface et dossier du siège, mains et pieds. Cela exige l’enregistrement de deux
copies du signal mesuré à partir du point de fixation du siège ou du plancher de la cabine: une pour les
mains et une pour les pieds. Tous les fichiers ne doivent pas contenir de ligne d’en-tête et les données
re e
doivent être présentées en quatre colonnes: la 1 pour la durée de mesurage en secondes, la 2 pour
2 e 2 e
l’accélération dans la direction x en m/s , la 3 pour l’accélération dans la direction y en m/s et la 4
pour l’accélération dans la direction z en m/s .
A.3 Logiciel
A.3.1 Entrée et sortie du logiciel (analyse «orientée»)
Les fichiers de données et les chemins des séries de mesures temporelles d’acc
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