Brevet FR2175091A1 — publié le 19731019

La présente invention concerne en général les pare hous amortisseurs et en particulier les pare-chocs de véhicules. Bien que l'invention soit particulièrement applicable aux pare-chocs amortisseurs d'automobiles et que l'exemple choisi pour sa description soit un pare-chocs de ce genre, son principe est applicable à toutes sortes de dispositifs destinés à amortir les chocs et à protéger aussi bien des véhicules et du navires que des batiments, des constructions, des installations, machires de chantier,etc. Les pare-chocs d'automobiles sont depuis longtemps constitués de simples barres ou plaques métalliques rigides fixées au châssis de la voiture par des entretoises métalliques. Ils servent essentiellement à protéger les ailes en tô- le et le radiateur de la voiture, mais n'amortissent que très peu ou pas du tut les chocs à l'égard du châssis du véhicule et de ses occlipants. I.es pruOrès déjà réalisés dans ce domaine ont consisté à réaliser des pare-chocs contenant un tampon ou rembourrage élastique ou amortisseur fixé à une plaque d'appui et capable d'absorbeur en se déformant une partie de énergie due au choc. Une technique connue consiste à réaliser des parechocs constitués d'une matière d'amortissement, par exemple une mousse de polyuréthanne, fixée à une plaque d'appui et éventuellement revêtue d'une couche d'élastomère ou d'une autre matière appropriée capable à la fois de protéger des intempéries la matière d'amortissement et de donner à la surface du pare-chocs un aspect assez agréable. Ce genre de pare chocs rembourré présente pourtant plusieurs inconvénients le premier d'entre eux vient du fait qu'au cours d'une collision, le choc est normalement localisé en un point déterminé du pare-chocs dont le rembourrage est comprimé en ce point et transmet une partie importante de l'énergie à la plaque d'ap pul et donc a châssis du véhicule.Cette compression locali- ;-u et excessive risque en outre de briser et de déchirer la surface du rembourrage. Un autre inconvénient vient de ce que certains facteurs liés à la conception et à.la réalisation des pare-chocs, notamment des pare-chocs d'automobiles, empêchent l'utilisation d'un rembourrage amortisseur ayant plus de quelques centimètres d'épaisseur, ce qui est insuffisant pour absorber convenablement l'énergie due à la collision. Plus le rembourrage est épais, plus il est difficile de le fixer sur son support sans qu'il transmette directement à la plaque d'appui et donc au chassies qu'il protège les efforts développés. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 666 310 concerne notamment un support de rembourrage élastique ne transmettant pas à la structure protégée les forces engendrées par le choc. Néanmoins, l'épaisseur limitée de la matière d'amor tissent utilisée dans la plupart des pare-chocs, notamment- des pare-choc d'automobiles, reduit leur efficacité en tant qu'amortisseurs. Des terltLtivos ont été faites pour pallier cet incon vénient au moyen de rembourrages spongieux, généralement en matière plastique, imprégnés d'un liquide (par exemple d'eau) et qui comportent des conduits permettant au liquide de s'échapper sous le choc dans une chambre d'expansion : l'énergie engendrée par le choc est ainsi au moins partiellement utilisée à faire passer le liquide du rembourrage dans la chambre, par exemple, comme le décrit le brevet des Etats-Unis d'Àméri- que no 3 494 607, en déformant un élément constitué de membranes.Le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 514 144 dé-crit un dispositif, basé sur le même principe, constitué d'un tube compressible et rempli de liquide qui suit pratiquement toute la longueur du pare-chocs : l'énergie engendrée par le choc est ainsi absorbée par le liquide que contient le tube. Ce dernier type de dispositif présente des inconvénients évidents : si le choc est assez violent, le contenant souple du liquide risque de se rompre, le pare-chocs perdant alors toute efficacité, ce qui oblik N remplacer ou à réparer l'élément contenant-le 1iqxlide ; le fait que le-dispositif est soumis aux conditions atmosphériques oblige à se servir d'un liquide ayant un point de congélation assez bas, ce qui pose des problèmes de compatibilité chimique entre lui et son contenant ; enfin le poids supplémentaire et les dépenses de fabrication sont aussi des incoiivénients. La présente invention concerne donc un pare-chocs amour tisseur constitué de plusieurs éléments et capable d'absorber en cas de collision sensiblement plus d'énergie que les parechocs rembourrés d'une épaisseur équivalente en utilisant une partie de l'énergie engendrée par le choc pour comprimer un gaz et en réduisant ainsi sensiblement la quantité d'énergie transmise à la structure protégée (dans le cadre de la présente invention, le gaz utilisé peut etre de-l'air).-La con- ception et le fonctionnement de ce pare-chocs sont simples, et il ne nécessite pas l'utilisation d'un liquide ou de chambres d'expansion. La partie du pare-chocs selon l'invention qui est destinée à recevoir les chocs et qu'on appellera ci-après tam- pon" contient ou coopère avec une ame contenant un gaz compressible et comportant des clapets de décharge qui règlent les conditions d'évacuation du gaz comprimé. La déformation de l'ame engendrée par le choc provoque la compression du gaz qu'elle contient et que les clapets évacuent ensuite à l'air libre. En général, mais pas nécessairement, cette ame est-moins compacte que le tampon. Ce tampon peut être constitué de toute matière appropriée, mais de préférence d'une matière plastique spongieuse, par exemple une mousse de polyuréthanne, qui présente l'avantage de contribuer par elle-meme à la fonction d'amortissement recherchée pour le pare-chocs. L'élasticité de ce type de matière ne contribue que partiellement à la fonction d'amortissement assurée par le pare-chocs, le reste de cette fonction étant assuré par la compression de l'air que contiennent les alvéoles internes de la structure spongieuse et, lorsque ces derniers communiquent les uns avec les autres, par le courant d'air comprimé traversant la matière.Dans une matière spon gieuse à cellules internes ouvertes, la paroi de chacune de ces dernières comporte de petits orifices ou "pores" qui ou- vrent lorsqu'elles sont déformées en permettant à l'air comprimé qu'elles contiennent de s'échapper. En revanche, dans les matières spongieuses à cellules internes fermées, ces pores n'existent pas, et l'air que contient chaque cellule est comprimé lorsque la force engendrée par le choc déforme la matière et reprend son volume initial dès que la pression se relache. Certaines matières plastiques spongieuses peuvent contenir à la fois des cellules fermées et des cellules ouvertes dont il est possible de déterminer le diamètre des pores. Dans le cadre de l'invention, le tampon est de préférence constitué d'une matière de ce genre contenant de 90 à 99 % de cellules à pores de petit diamètre et 1 à 10 % environ de cellules fermées, car les propriétés d'amortissement d'une telle matière s' avèrent meilleures : l'amortissement est en effet assuré d'une part par l'élasticité intrinsèque de la matière, d'autre part par la compression de l'air dans les cellules fermées et enfin par l'énergie dépensée pour forcer l'air à passer par les pores des cellules ouvertes et les conduits internes de la matière.Comme le décrit en détail le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3 666 310 précité, une matière permettant d'absorber beaucoup d'énergie est une mousse compacte de polyuréthanne comportant à la fois des cellules fermées et des cellules ouvertes à pores de faible diamètre. Le tampon du pare-ehocs selon l'invention est constitué d'une telle matière, ce qui représente une première caractéristique de l'invention. L'âme du pare-chocs selon l'invention peut etre simplement constituée d'un espace ou d'un volume contenant du gaz, c'est-à-dire de l'air. Le tampon a une section droite en forme de C de manière à former vers l'intérieur un espace ou volume rempli d'air et communiquant avec l'atmosphère par des clapets de décharge réglés de manière à opposer à l'air comprimé dans ce volume une certaine résistance qui, pour être surmontée, exige une certaine dépense d'énergie supp'émentai-- re, ce qui augmente l'énergie totale absorbée par le dispose tif. L'âme peut être aussi constituée par une matière résistant aux chocs et contenant un gaz (de l'alr), de préfé rence une matière spongieuse peu compacte à cellules internes ouvertes. En se comprimant sous le choc, le tampon comprime cette âme dont le gaz qu'elle contient (généralement de l'air) est donc également comprimé et passe des cellules vers l'atmosphère en traversant les conduits internes de la matière cellulaire. L'énergie nécessaire pour comprimer et expulser le gaz de cette âme est plus grande si cette dernière est constituée d'une mousse de matière plastique comportant une forte proportion de cellules ouvertes à petits pores.Une des formes de réalisation du pare-chocs selon l'invention comporte donc un tampon extérieur constitué d'une mousse de matière plastique relativement compacte et une âme constituée d'une mousse de matière plastique relativement peu compacte à cellules internes ouvertes à pores de petit diamètre. L'âme peut aussi être constituée simplement d'un tube à paroi souple contenant de l'air ou un autre gaz et entouré par le tampon compact. Ce tube se déforme sous le choc et le gaz qu'il contient est comprimé et expulsé par les clapets de décharge. Il s'agit là d'une autre forme de réalisation de l'invention. Il est intéressant d'entourer au moins la partie extérieure du tampon d'un revêtement imperméable aux gaz, robuste et résistant à la déchirure afin d'empêcher l'air comprimé de traverser cette surface et de s:échapper du tampon lors des collisions. Ce revêtement peut être soit un élastomère capable de céder sous le choc pour reprendre ensuite sa forme primitive, soit une plaque rigide destinée à répartir les efforts, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Am4rique précité. En tout cas, ce revêtemellt doit être imper- méable aux gaz de façon à les maintenir dans le tampon et à les forcer à passer dans 3'âme lors d'une collision. Ce revê- tement représente un aspect secondaire de l'invention.Il sert non seulerient à répartir les charges et à empêcher le gaz comprimé de traverser le tampon, mais aussi à rehausser l'esthétique du pare-chocs en lui donnant une surface lisse, brillante, finie et qu'il est possible de colorer à volonté. Cela est particulièrement intéressant dans le cas de parechocs d'automobiles où les considérations esthétiques sont importantes. Les clapets de décharge peuvent être situés n'importe oi dans le pare-chocs, mais il est intéressant de les monter dans la plaque d'appui de ce dernier, c'est-à-dire dans la plaque à laquelle sont fixés le tampon et ltâme. Cette plaque d'appui ou base-est généralement fixée au véhicule au moyen d'entretoises. Le montage ainsi décrit correspond aussi à un aspect secondaire de l'invention. De cette description, il ressort que la présente invention concerne un pare-chocs capable d'absorber une grande quantité d'énergie, constitué essentiellement d'un tampon extérieur et d'une âme contenant un gaz dont la compression et l'échappement par des clapets de décharge permettent dlabsor- ber énergie engendrée au cours d'une collision. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 représente schématiquement en perspective avec coupe partielle une partie du pare-chocs selon l'invention la figure 2 représente schématiquement en coupe horizontale et à plus petite échelle le pare-chocs tout entier la figure 3 est une coupe verticale à plus grande échelle selon la ligne 3-3 de la figure 2 la figure 4, analogue à la figure 3, représente une autre forme de réalisation de l'invention la figure 5, analogue aux deux précédentes, représente une autre forme de réalisation de l'invention la figure 6 est une vue partielle en perspective avec coupe partielle d'une autre forme de réalisation du pare chocs selon l'invention ; et la figure 7 est une coupe verticale selon la ligne 7-7 de la figure 6. La figure 1 représente une partie 10 d'un pare-chocs selon l'invention dont une partie 12, destinée a recevoir les chocs et qu'on appellera ci-après "tampon", est creuse et présente en section transversale sensiblement la forme d'un C. Ce tampon 12 est fixé à une plaque rigide d'appui 14 généralement métallique et par exemple en acier. Cette plaque 14 est ellemeAme fixée au chassies du véhicule à protéger par une entretoise 16. La cavité ou âme 18 formée entre la paroi interne 13 du tampon 12 et la plaque 14 contient de l'air. Un revetement extérieur 20 en élastomère recouvre la paroi externe du tampon 12. Sur la figure 1, on voit aussi, par tiellement en trait plein et partiellement en pointillé l'un (22)des clapets de décharge montés à intervalles dans la pla que 14 sur presque toute sa longueur. La figure 3 est une coupe verticale selon la ligne 3-3 de la figure 2. Lorsque se produit une collision, le tampon 12 se trouve comprimé et prend la position représentée par les lignes en traits interrompus 20' et 13'. Cette déformation provoque la compression de l'air que contient la cavité 18 et, si le choc est assez violent, la pression de cet air est suffisante pour ouvrir le clapet 22 et permettre à l'air de s'échapper partiellement. Le travail effectué pour comprimer l'air et le forcer à sortir par le clapet 22 absorbe une par tie importante de l'énergie engendrée par le choc. Le travail nécessaire pour déformer Ie tampon 12 ab sorbe de meme une autre partie importante de cette énergie. Si le tampon 12 est constitué d'une matière cellulaire à cellules internes ouvertes, l'énergie absorbée sert à déformer cette matière ellemeAme, à comprimer l'air que contiennent ses cel lules et à l'obliger à passer dans la cavité 18 par les con duits internes de la matière.Dans une des formes préférées de l'invention, le tampon 12 est constitué d'une mousse de poly uréthanne contenant une forte proportion de cellules ouvres tes à pores de faible diamètre, le travail nécessaire pour expulser l'air emprisonné dans ce genre de matière étant plus grand que celui qui est nécessaire pour des mousses dont les pores des cellules ouvertes sont de grand diamètre, de sorte que les caractéristiques d'amortissement sont meilleures. Le revetement 20 ne sert pas seulement à recouvrir le pare-chocs d'une enveloppe élastique et résistante, mais aussi à empêcher l'air comprimé de s'échapper vers l'extérieur du tampon 12. La figure 4 représente en section droite une autre forme de réalisation sensiblement analogue à celle des figures 1, 2 et 3, à ceci près que la cavité ou âme 18 est remplie entièrement ou presque d'une matière plastique cellulaire 24 peu compacte et à cellules internes ouvertes. Sous le choc, le tampon 12 en se déformant comprime la matière 24 dont l1air intérieur est expulsé et sort par le clapet 22. Pour augmenter la quantité d'énergie absorbée, cette matière 24 peut de préférence être constituée aussi d'une mousse contenant une forte proportion de cellules ouvertes à pores de petit diamètre. La figure 5, analogue à la figure 4, représente une autre forme de réalisation de l'invention dont la structure est sensiblement analogue à celle de la figure 3, à ceci près que la cavité ou âme 18 est la cavité intérieure d'un tube souple 28 dont un côté est appliqué contre la plaque 14 et traversé par le clapet 22, de sorte que la compression, provoquée par le choc, du gaz que contient ce tube 18 provoque l'ouverture du clapet 22 par lequel le gaz peut s'échapper. Comme dans les formes de réalisation précédentes, ce sont à la fois la force exercée par l'obstacle rencontré par le parechocs et la pression exercée par l'air expulsé du tampon 12 qui compriment le tube 28 (sous réserve bien entendu que ce tampon soit constitué d'une matière plastique cellulaire à cellules intérieures ouvertes). Dans toutes les autres formes dé réalisation représente tées (c'est-à-dire sur les figures 1 à 4 et sur les figures 6 et 7), l'air expulsé du tampon 12 (supposé constitué d'une mousse à cellules ouvertes) passe dans l'âme 18 ou 24 pour sortir par le clapet 22 (on groupera ci-après sous le même terme d'âme la cavité 18, le noyau de matière plastique 24 et le tube souple 28). En revanche, dans la forme de réalisation de la figure 5, l'air expulsé du tampon 12 ne peut ni passer dans le tube 2 Xui est imperméable ni traverser le revêtement 20 ou la plaque 14, de sorte qu'il exerce une pression uniforme sur la surface externe du tube 28.Cette répartiti on plus égale de la charge engendrée par le choc rend plus avantageux d'utiliser dans cette forme de réalisation un tampon 12 constitué d'une matière cellulaire ne comportant que des cellules internes ouvertes. Si l'on utilise une matière cellulaire à cellules internes fermées,-la force ne s'exer- ce sur le tube 28 qu'en face du point d'impact (à moins que le tampon ne comporte extérieurement une plaque rigide destinée à répartir la charge). Le fait d'utiliser une matière cellulaire à cellules internes ouvertes lorsqu'une telle plaque n' existe pas permet de répartir uniformément la charge engendrée par le choc sur toute la surface externe du tube 28 qui peut ainsi supporter sans se rompre des efforts supérieurs à ceux qu'il pourrait supporter autrement. Lorsque la pression engendrée par le choc se relâche, le tube 28 reprend sa forme primitive en repoussant l'air à l'intérieur du tampon 12. Dans tous les cas, les clapets 22 sont conçus de manière à permettre à l'air extérieur de rentrer dans l'ami 18 ou 24 lorsque le tampon 12 reprend sa forme primitive après le choc. Bien que l'invention ait été décrite en prenant comme exemple un pare-chocs d'automobile, elle peut bien entendu s'appliquer à une grande diversité de dispositifs amortisseurs constitués d'une grande diversité de matières. Il est toutefois préférable d'utiliser comme tampon ou élément analogue une mousse de polyuréthanne comportant une grande proportion de cellules internes ouvertes à pores de petit diamètre, et dont la densité est comprise entre 0,16 et 0,32 g/cm . A titre d'exemple, il peut être intéressant d'utiliser dans le pare-chocs selon l'invention certains dispositifs décrits dans la demande de brevet précitée, notamment une plaque rigide montée extérieurement sur la surface exposée du tampon 12 et destinée à répartir l'effort en cas de collision. Cette plaque peut soit être noyée dans la masse du tampon 12, soit le recouvrir. Dans tous les cas, elle suit sensiblement toute la longueur du pare-chocs. Cette plaque peut être maintenue par des tiges de support horizontales coulissant dans des manchons faisant partie de la plaque- d'appui, de sorte qu'au moment du choc,elles coulissent dans les manchons et ne transmettent donc pas directement les efforts à la plaque d'appui et par conséquent à la structure protégée. Si l'on utilise ce genre de tiges dans le cas de la forme de réalisation de la figure 5, le tube 28 peut comporter plusieurs tronçons distincts entre lesquels passent ces tiges, mais il est aussi possible de les faire passer par dessus ou par dessous le tube 28 ou dans des conduits étanches qui le traversent. Les figures 6 et 7 représentent une autre forme de réalisation de l'invention dont les éléments analogues aux formes de réalisation précédentes portent les mêmes références. Dans cet exemple, une plaque rigide 30 de répartition des effcrts recouvre extérieurement le tampon 12. Les tiges 34 qui le supportent et la relient à la plaque 14 en traversant les manchons 15 servent aussi à améliorer la résistance du dispositif dans le sens vertical. Les tiges 34 comportent chacune à l'une de leurs extrémités une base plus large 32 fixée par des rivets 31 à la plaque 30 et coulissent par leurs autres extrémités dans les manchons 15 de façon, comme on l'a déjà dit, à ne pas transmettre directement les composantes de force parallèles à elles à la plaque d'appui 14. En revanche, elles transmettent au châssis du véhicule les forces exercées dans le sens vertical (à savoir les forces V-1 et V-2 représentées par des flèches sur la figure 7), de telles forces pouvant etre exercées par exemple par un vérin lorsqu'ii s'agit de soulever la voiture.Des goupilles 36 traversent des trous appropriés des tiges 34 pour les maintenir sur la plaque 14. Lorsqu'une collision se produit, le choc-déforme le tampon 12, ce qui comprime l'âme 24 et l'air qu'elle contient qui s'échappe à l'air libre par les clapets de décharge 22 (voir figure 4). Le fonctionnement du pare-chocs 10 n'est pas affecté par la plaque 30 et les tiges 34 : la première répartit les efforts sur presque toute la longueur du tampon et donc du pare-chocs, et les secondes, qui peuvent se déplacer librement dans le sens longitudinal, donnent au pare-chocs dans le sens vertical la résistance suffisante pour permettre d'utiliser un vérin de pare-chocs, en même temps qu'elles servent d'éléments d'assemblage du dispositif. Le pare-chocs selon l'invention possède des propriétés d'amortissement remarquables, et il est particulièrement intéressant à utiliser sur des automobiles et des camions. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux dispositifs décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. REVFADICATICNS 1. Pare-chocs, caractérisé en ce que sa partie extérieure destinée à recevoir les chocs (ou tampon) coopère avec une me qui contient un gaz et coopère elle-meme avec un ou plusieurs clapets de décharge, de sorte que toute déformation du tampon comprime l'âme en en expulsant le gaz comprimé qui est évacué par les clapets. 2. Pare-chocs selcn la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme est constituée par un volume rempli de gaz et formé par le tampon dont la section droite sensiblement en forme de C forme un creux vers l'intérieur. 3. Pare-chocs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tampon est constitué d'une matière plastique cellulaire contenant une forte proportion de cellules ouvertes à pores de faible diamètre. 4. Pare-chocs selon la revendication 1, caractérisé en ce que I'âe est constituée d'une matière plastique cellulaire contenant une forte proportion de cellules ouvertes à pores de faible diamètre. 5. Pare-chocs selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme est constituée d'un tube souple rempli de gaz. 6. Pare-chocs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tampon et l'âme sont tous deux constitués d'une matière plastique cellulaire plus compacte pour le tampon que pour l'âme. 7. Pare-chocs selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une forte proportion de cellules internes des matières plastiques utilisées sont ouvertes et comportent des pores de faible diamètre. 8. Pare-chocs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tampon coopère extérieurement avec une plaque rigide qui reçoit les chocs et répartit les efforts sur presque toute la longueur du tampon. 9. Pare-chocs selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un revetement en élastomère imperméable aux gaz recouvre extérieurement le tampon. 10. Pare-chocs selon la revendication i, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une plaque d'appui rigide ou base à laquelle sont fixés le tampon et l'âme. 11. Pare-chocs selon l'une quelconque des revendica tions 8 et 10, caractérisé en ce que des tiges coulissant par rapport à lui le relient à ladite plaque. 12. Pare-chocs selon la revendication 11, caractérisé en ce que les tiges coulissent dans des manchons faisant partie de la plaque d'appui de façon à traverser cette dernière sans lui transmettre les forces engendrées par le choc auquel elles sont soumises. 13. Pare-chocs, caractérisé en ce qu'il comporte, entre une plaque d'appui et un tampon destiné à recevoir les chocs, une âme contenant un gaz compressible et coopérant avec un ou plusieurs clapets de décharge, de façon que les chocs reçus par le tampon provoquent la déformation de l'âme, la compression et l'expulsion de l'air qu'elle contient et sa sortie par le ou les clapets. 14. Pare-chocs selon la revendication 13, caractérisé en ce que le ou les clapets sont logés dans la plaque d'appui. 15. Pare-chocs selon la revendication 13, caractérisé en ce que le tampon est constitué d'une mousse compacte de polyuréthanne dont une forte proportion des cellules internes sont ouvertes et comportent des pores de faible diamètre. 16. Pare-chocs selon la revendication 15, caractérisé en ce que la densité de la mousse est comprise entre 0,16 et 0,32 g/cm environ. 17. Pare-chocs selon la revendication 13, caractérisé en ce que son tampon supporte sur presque toute sa longueur une plaque destinée à répartir les efforts engendrés par les chocs.