Brevet FR2085498A1 — publié le 19711224

La présente invention concerne un dispositif pour absorber une énergie d'impact, comprenant deux parties tubulaires télesco-piques qui sont maintenues solidaires l'une de l'autre d'une façon déterminée par l'intermédiaire d'éléments intercalaires et dont 5 l'une est agencée pour être déplacée d'une certaine distance par rapport à l'autre sous l'action de l'impact et avec déformation des parois tubulaires desdites parties lorsque la force d'impact dépasse une limite correspondant à la solidarisation des pièces entre elles, de façon que, au cours du mouvement, la force de dé-10 placement soit produite entre lesdites parties dans une direction opposée à l'impact. L'invention concerne également un procédé pour obtenir une force de déplacement déterminée avec précision et qui caractérise le dispositif suivant l'invention» Dans des dispositifs du type précité qui sont utilisés pour 15 absorber les chocs violents sur les colonnes de direction de véhicules automobiles en vue de retenir une partie de la masse du conducteur lorsque celui-ci est projeté en direction du volant pendant une collision, il est important, pour des raisons de sécurité que la force de déplacement s'exerçant dans le dispositif en op-20 position à la force d'impact soit constante sur toute la distance de déplacement du dispositif. Lorsqu'au cours d'un accident d'automobile le conducteur est projeté en direction du volant, il se produit non seulement une poussée axiale exercée sur la colonne de direction mais une charge transversale exerçant un moment de 25 flexion sur cette dernière; Dans des dispositifs connus montés sur des colonnes de direction, par exemple le dispositif décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 392 599.» le moment de flexion peut faire varier la force antagoniste créée. La raison en est que le moment de flexion exercé sur la colonne de direction 30 déforme le dispositif de sorte que des déformations permanentes y sont produites localement dans les parois tabulaires des pièces télescopiques sous l'effet d'organes profilés, tels que par exemple des billes sphériques ou des rouleaux, qui entrent en contact ponctuel ou linéaire avec les parois tubulaires et qui provoquent 35 une déformation plastique de ces parois au cours de leur déplacement . Dans le cas où lesdits organes sont entraînés au cours de ce déplacement avec une des parties mobiles, un creux résiduel formé dans la partie portante et engendré par le moment de flexion peut produire une réduction du contact de frottement entre les parties mobiles et ainsi une réduction de la force de déplacement sur 70 15326 2 2085498 toute la distance prévue. Pour cette raison, le dispositif ne peut pas absorber l'énergie en question. Des dispositifs d'absorption d'énergie du type décrit dans le brevet américain mentionné plus haut, dans lesquels l'accrochage relatif des pièces par l'inter-5 médiaire des organes de contact est intégralement basé sur l'emboîtement des pièces l'une dans l'autre, se sont également avérés très difficiles à fabriquer en vue d'obtenir une force de déplacement dont la valeur soit déterminée avec précision. Ces inconvénients sont éliminés suivant l'invention qui con-10 cerne un dispositif d'absorption d'énergie qui n'est pas affecté par une charge provoquant sa flexion par le fait que la force de déplacement s'exerçant entre les parties mobiles reste constante, le dispositif étant en outre d'une fabrication facile en vue d'obtenir une force de déplacement contrôlée qui peut être déterminée 15 avec précision pour chaque cas. Le problème est résolu suivant l'invention par le fait que, sur la distance de déplacement, une des parties tubulaires a une section droite trilobée qui est déformée pratiquement élastiquement lors de la solidarisation ées pièces entre elles et qui comporte entre les lobes des creux dans 20 lesquels des organes de contact en forme de billes s'engagent, que l'autre partie tubulaire entoure les billes et ladite première partie et présente une section qui, lorsque ladite solidarisation s'établit, se déforme élastiquement d'un degré négligeable par comparaison à la déformation de la première partie, et que cette 25 autre partiç/fcubulaire est formée de segments sphériques entourant chacun une des billes et la maintenant dans une position fixe par rapport à la première partie tubulaire. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description , donnée à titre 30 d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins ci-joints dans lesquels : Figure 1 est une vue latérale d'une colonne de direction d'un véhicule automobile, munie .d'un dispositif d'absorption d'énergie suivant l'invention; 35 Figures 2 et 3 sont des coupes du dispositif d'absorption d'énergie respectivement suivant les lignes II-II et III-III de la figure 1 ; Figure 4 est une coupe longitudinale suivant la ligne IV-IV de la figure 1 ; et 40 Figures 5 et 6 sont respectivement une coupe longitudinale 70 15326 3 2085498 et une vue en bout, en partie en coupe, d'un outillage pour la mise en forme des éléments du dispositif suivant l'invention. Sur les dessins, on a désigné par 1 une colonne de direction comprenant un tube extérieur 2 dans lequel est fixé un volant 5 3 et un tube inférieur 4 qui est fixé par son extrémité inférieure sur l'engrenage de direction 5 du véhicule. La colonne de direction représentée sur la figure 1 dans une position normale est fixée dans le châssis 6 du véhicule à l'aide de deux supports 7 par l'intermédiaire de manchons en caoutchouc 8 et de coussinets d'ap-10 pui 9 et elle est empêchée de se déplacer vers le haut en direction du conducteur par deux bagues de butée 10 fixées sur le tube supérieur. Le tube inférieur 4 est engagé télescopiquement dans le tube supérieur 2 et s'étend vers le haut dans ce dernier un peu au-delà du support 'supérieur 7* Comme le montrent les figures 2 et 15 3, sa section droite a une forme trilobée et comporte trois lobes 11 et trois creux 12 intercalaires. A partir de l'extrémité supérieure du tube inférieur et vers le bas sur une distance, mesurée à partir de l' extrémité inférieure du tube supérieur, égale à la distance de pliage admissible de la colonne de direction, le tube 20 inférieur conserve la section droite trilobée . Les creux ^ .constituent des chemins de glissement pour des organes de contact en forme de billes 13 qui sont réparties par groupes de trois billes immédiatement en-dessous de chaque support J. Le tube supérieur, de section droite circulaire, est déformé en regard de chaque creux 25 ce qui modifie la section circulaire, d'une part pour chaque groupe de billes, de manière que chaque bille soit entourée par un segment sphérique 14 formé par la paroi du tube et, d'autre part en restant à peu près droit entre les groupes de billes de manière que trois rainures 15 correspondant aux creux 12 soient formées dans la 30 paroi du tube supérieur. On va maintenant décrire en référence aux figures 5 et 6 comment la liaison est établie par serrage entre les différentes parties du dispositif d'absorption d'énergie suivant l'invention, ces figures montrant l'installation utilisée pour établir la liaison entre les tubes 2 et 4 par 1'intermédiaire des 35 billes 13 en fonction de la force dé déplacement désirée. Cette installation comprend trois mors de compression 16 qui sont répartis de façon à pouvoir s'appliquer par l'intermédiaire d'un tampon en caoutchouc 17 monté sur le mors sur la périphérie du tube supérieur 2 dans la zone correspondant à chaque groupe de billes. Les 40 mors sont actionnés hydrauliquement par des vérins 18 dont la force 70 15326 4 2085498 p exercée sur les mors est réglée à l'aide d'un dispositif de détection 19 en réponse à la force de déplacement entre les tubes, cette détection étant assurée d'une manière qui sera décrite dans la suite. Un mandrin 20, muni de deux parties cylindriques 21 5 écartées l'une de l'autre de la même distance que les groupes de billes et présentant un diamètre tel qu'elles sont tangentes â la surface intérieure du tube inférieur dans la zone des creux 12, est agencé de façon à pouvoir être rapproché ou écarté axialement d'une zone placée exactement en regard des mors 16. Le tube supé-10 rieur 2 est fixé sur le bâti 22 et un vérin hydraulique 23 est agencé pour déplacer à l'aide d'un plateau 24 en contact avec l'extrémité inférieure du tube, les deux tubes l'un pa^apport à l'autre avec la force p., ci La solidarisai on entre les parties tubulaires correspon-15 dant à la force de déplacement désirée est obtenue de la manière suivante : les groupes de billes sont temporairement fixés en position dans les creux du tube inférieur, par exemple à l'aide d'une masse de cire 25 » Le tube supérieur est fixé sur le bâti 22, le tube inférieur "est engagé dans le tube supérieur et est placé sur le 20 plateau de compression 24 qui est réglé dans une position telle que l'écartement entre les extrémités supérieures des deux tubes soit supérieur de quelques centimètres à la longueur de la colonne de direction terminée. Le mandrin 20 est engagé dans le tube infé~ rieur et les mors 16 sont rapprochés du tube supérieur de manière 25 que les tubes s'engagent l'un dansai'autre . Le tube inférieur est déplacé par rapport au tube supérieur à l'aide du vérin 23 et la force de déplacement p_ utilisée est détectée par le dispositif 19 cl qui est agencé pour régler automatiquement la force de compression p des mors 16 jusqu'à ce qu'on obtienne la force de déplacement 30 désirée pQ plus la force additionnelle nécessaire pour compenser cl le raidissage de la section du tube inférieur par le mandrin 20. Le mandrin est retiré du tube inférieur et, dans une dernière phase , les tubes sont poussés l'un dans l'autre jusqu'à ce qu'on obtienne là longueur correcte pendant qu'on mesure la charge de 35 déplacement. On va décrire maintenant le fonctionnement du dispositif suivant l'invention. On va supposer que le conducteur exerce une poussée contre le volant lors d'un accident d'automobile et qu'il transmet ainsi à la colonne de direction une charge axiale et une 40 charge transversale qui provoquent dans la colonne un moment de 70 15326 5 2085498 flexion, assurant sa déformation dans une partie où le dispositif d'absorption d'énergie suivant l'invention est placé. Le moment de flexion produit une augmentation de la charge entre les tubes 2 et 4 dans la zone des groupes de billes 13 placés à proximité 5 des supports 7. Une déformation plastique, susceptible de réduire le serrage entre les tubes ne se produit cependant pas dans la zone des billes, du fait que, d'une part, le tube supérieur 2 qui perte les billes entoure chaque bille par une surface de contact sphérique de dimensions telles qu'une faible pression 10 superficielle est obtenue et d'autre part du fait que la section trilobée du tube inférieur est élastiquement déformée alors que le tube supérieur n'est pas déformé notablement par comparaison au tube inférieur. Le tube supérieur maintient par conséquent son action de serrage sur les billes et sur le tube inférieur et 15 entraîne les billes lors d'un déplacement des tubes par la charge axiale. Pendant ce déplacement, le tube inférieur 4 est déformé élastiquement par l'action de serrage mentionné plus haut, les billes étant en contaet linéaire avec le tube inférieur. Du fait des grandes surfaces de contact et des rigidités différentes des 20 deux parties déplaçables l'une par rapport à l'autre, à savoir les tubes 2 et 4, on obtient une force de déplacement à peu près constante ët indépendanted'une déformation possible par flexion sur toute la distance de déplacement des tubes l'un par rapport à l'autre. Les rainures 15 formées dans les creux 14 ne participent 25 pas à l'absorption de charges au cours du déplacement mais servent seulement à établir la stabilité de liaison pour des mouvements de direction effectués à l'aide du volant en cours de marche normale du véhicule automobile. Bien qu'on ait décrit plus haut un mode de réalisation de 30 l'invention se rapportant à une colonne de direction et un procédé de fabrication correspondant, il va de soi que l'invention n'est pas limitée à ce mode spécifique de réalisation et qu'il est possible de lui apporter toutes variations et modifications tout en restant dans le cadre de l'invention. Le dispositif d'absorption 35 d'énergie suivant l'invention peut également être avantageusement appliqué au pare-choc d'un véhicule en vue de réduire la force d'impact d'une collision. Du fait que le dispositif suivant l'invention est relativement insensible à une charge dirigée en oblique et en outre du fait que le contact ou accrochage est établi 40 par déformation élastique d'une des deux parties déplaçables par 70 15326 2085498 rapport à l'autre, l'invention présente l'avantage que le dispositif peut être utilisé plusieurs fois puisque, après avoir été comprimé, il peut être ramené dans sa position initiale sans que la force die déplacement soit modifiée d'une façon appréciable. Le 5 dispositif suivant l'invention peut également être appliqué à une ceinture de sécurité utilisée pour retenir une personne sur un siège dans un véhicule. La ceinture proprement dite peut être agencée de façon à subir seulement un allongement rectiligne tandis que l'absorption des charges et de l'énergie lors d'une 10 collision possible est assurée par un dispositif suivant l'invention qui est monté dans ce cas entre la ceinture et le châssis du véhicule. 70 15326 7 2085498 20 REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour absorber une énergie notamment d'impact, comprenant deux parties tubulaires télescopiques qui sont maintenues solidaires l'une de l'autre, de façon déterminée par l'inter- 5 médiaire d'éléments intercalaires et dont l'une est agencée pour être déplacée d'une certaine distance par rapport à l'autre sous l'action de l'impact et avec déformation des parois tubulaires, desdites parties lorsque la charge dépasse une limite correspondant à la solidarisation mutuelle des pièces, de façon que, au 10 cours du mouvement, la force de déplacement soit produite entre lesdites parties tubulaires dans une direction opposée à l'impact, caractérisé en ce que, sur la distance de déplacement, une des parties tubulaires 4 a une section droite trilobée qui est déformée pratiquement élastiquement lors de la solidarisation 15 des pièces et qui compcrte les lobes des creux dans lesquels les organes de contact en forme de billes s'engagent, en ce que l'autre partie tubulaire entoure les billes et ladite première partie et présente une section qui, lorsque ladite solidarisation s'établit y se déforme élastiquement d'une degré négligeable par comparaison à la déformation de la première partie, et en ce que cette autre partie tubulaire est formée de segments sphériques entourant chacun une dâs billes et la maintenant dans une position fixe par rapport à la première partie tubulaire. 2 - Procédé de fabrication du dispositif suivant la revendi- 25 J cation 1, caractérisé en ce que les organes de contact 13 sont fixés dans les creux 12 de la première partie tubulaire 4 du dispositif à l'aide d'une masse de cire 25 ou d'une matièr^éimilaire puis ladite partie 4 est engagée sur un mandrin 20 qui est tangent à la surface intérieure du tube dans lesdits creux à proximité des organes de contact de manière que l'autre partie tubulaire 2 , qui a un diamètre intérieur tel qu'elle puisse êttfe aisément engagée sur la première partie 4 et sur les organes de contact 13, soit engagée sur cette partie 4, et en ce que 1'autre partie est soumise , à proximité des organes de contact, à une charge dirigée radialement vers l'intérieur et uniformément répartie à l'aide d'une presse, cette charge provoquant une déformation plastique de la paroi de ladite autre partie 2 autour des organes de contact de manière à former dans la paroi de l'autre partie des logements 14 destinés à retenir les organes de contact en position dans la paroi et à établir également la solidarisation mutuelle des deux parties tubulaires en fonction de la force de déplacement désirée êggj^iJes dites parties après que le mandrin a été enlevé du dis-