Brevet FR2418655A1 — publié le 19790928

La présente invention concerne une fixation de sécurité pour ski dont le déclenchement est commandé par un circuit électronique. Les fixations de ce genre, connues uniquement par des publications, comportent un ou plusieurs capteurs qui détectent en permanence les efforts qui s'exercent sur la jambe du -skieur. Les valeurs mesurées par ces capteurs sont transmises sous forme de signaux à un circuit électronique. Ce dernier traite l;information qui lui est transmise et détermine si les efforts enregistrés, de par leur durée et leur amplitude, sont dangereux ou non pour le skieur. Lorsque le circuit électronique a jugé que les efforts sont dangereux, il envoie un signal de déclenchement à un dispositif de verrouillage solidarisant la chaussure evec le ski. Le dispositif de verrouillage s'ouvre alors et autorise l'échappement de la chaussure.Pour alimenter le circuit électronique et pour actionner le dispositif de verrouillage, généralement un électro-aimant, la fixation est pourvue d'une source d'énergie électrique telle qu'une batterie. L'existence d'une batterie constitue une contrainte pour le skieur du fait que celle-ci doit être remplacée périodiquement. Le skieur risque d'avoir soudain une fixation en mauvais état de marche, la batterie s'étant déchargée, et doit en permanence porter sur lui des batteries de rechange. De plus le changement répété des batteries est une opération onéreuse ; l'existence d'une batterie augmente l'encombrement et le poids de la fixation ; en outre les batteries sont très vulnérables à la corrosion et particulièrement dans les conditions de pratique du ski. L'invention se propose d'éviter ces inconvénients. A cet effet une fixation conforme à l'invention est pourvue d'un dispositif générateur d'énergie électrique qui est actionné par le skieur. Avantageusement ce dispositif est un cristal piezoélectrique qui est disposé sur le ski de manière à être en contact, soit directement, soit indirectement par l'intermédiaire d'une transmission mécanique, avec la semelle du skieur. Le déplacement répété de la position du centre de gravité du skieur par rapport au ski a pour effet de comprimer et décomprimer alternativement le cristal. Celui-ci produit un courant électrique qui est emmagasiné d'une part dans un dispositif alimentant le circuit électronique, d'autre part dans un dispositif apte à actionner le mécanisme de verrouillage. Ce dernier, appelé dans la suite accumulateur d'énergie, est de préférence un condensateur. Le déverrouillage est réalisé par la décharge du condensa- teur à travers le mécanisme de verrouillage. Au lieu d'un condensateur, le dispositif emmagasinant l'énergie électrique produite par le piezo-cristel peut être une batterie (ou pile) rechargeable. Une telle batterie offre par rapport à un condensateur l'avantage de se décharger très peu d'elle-même. Ainsi après une nuit de repos, elle est prête à fonctionner tandis que le condensateur doit être rechargé par des mouvements préliminaires du skieur. Malheureusement une batterie recharyeable présente les mêmes inconvénients de poids et d'encombrement qu'une batterie à jeter. De préférence une fixation selon l'invention est pourvue en outre d'un dispositif d'affichage destiné à renseigner le skieur sur état de marche de sa fixation. Avantageusement on choisira un dispositif à cristaux liquides en raison de sa très faible consommation de courant. Ce dispositif affiche un symbole indiquant si ltalåmentation du circuit électronique se fait de façon correcte et/ou si le dispositif accumulateur d'énergie est suffisamment chargé. Si tel n'est pas le cas le skieur doit faire quelques mouvements pour actionner le piezo-cristal afin de "pomper" énergie électrique manquante. Afin de réduire encore la consommation d'énergie du dispositif d'affichage, on peut prévoir d'alimenter celui-ci par intermittence.La visualisation du symbole affiché peut par exemple être réalisé par intervalles de 1 seconde, pour une durée de 0,1 seconde, ce qui est suffisant pour une lecture et réduit du facteur 10 la consommation d'énergie. Dans les fixations de l'art antérieur il est bien connu d'utiliser des cristaux piezo-électriques comme jauges de contrainte. Selon une forme de réalisation intéressante de l'invention on peut utiliser le cristal piezo-électrique, dont la fonction première est de générer de énergie, également comme jauge de contrainte. Dans ce cas une partie (faible)du courant fourni par le cristal est transmise comme signal d'entrée au circuit électronique. D'autresparticularités et avantages de l'invention appara1- tront au cours de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés, dans lesquels - La figure t est un schéma électrique montrant le mode d'action d'un dispositif générateur d'énergie dont est pourvue une fixation (non représentée) conforme à l'invention. - La figure 2 est un diagramme montrant les principaux constituants de la partie électrique et électronique d'une fixation conforme à l'invention. - La figure 3 est une vue schématique, en coupe, d'une forme de réalisation d'une fixation conforme à l'invention, représentée en position fermée. - La figure 4 est une vue analogue à la figure 3 représentant la fixation en position ouverte. - Sur le circuit représenté en figure 1, la référence 1 désigne le circuit électronique de commande, 2 désigne le dispositif qénérateur d'énergie, 3 désigne ltaccumulateur d'énergie, 4 désigne le mécanisme de verrouillage et 5 désigne un pont de diodes. Le générateur 2 se présente sous la forme d'un cristal piezoélectrique cylindrique dont les faces sont reliées électriquement à l'accumulateur 3, lequel est un condensateur, par l'intermédiaire du pont à diodes. Le cristal 2 est monté sur le ski de façon à etre soumis à des contraintes de compression engendrées par les mouvements du skieur au cours de -la pratique du ski. On verra plus loin un mode d'agencement du cristal sur le ski qui permet d'atteindre ce résultat. A chaque sollicitation du cristal on peut recueillir aux bornes de celui-ci un courant électrique dont l'intensité est proportionnelle à la contrainte encaissée. Le sens de ce courant change selon que le cristal se comprime ou se décomprime. Le rôle du pont de diodes 5 est de redresser ce courant de sens variable afin de charger le condensateur 3 par un courant de sens constant. Le circuit électronique joue le rôle d'un interrupteur qui est normalement ouvert. Quand arrive l'ordre de déclenchement décidé par ce circuit t, celui-ci se ferme de façon à établir une connection entre le condensateur 3 et le mécanisme de verrouillage 4 qui est un électro-aimant. Le condensateur se décharge dans l'électroaimant de façon à provoquer le déverrouillage de la fixation. Un exemple de déverrouillage de la fixation au moyen d'un électroaimant sera décrit plus loin. La figure 2 représente sous forme de diagramme les principaux composants de la partie électronique et électrique d'une fixation selon l'invention et montre les liaisons fonctionnelles reliant ces composants. En plus des composants l à 4 dont il a été question précédemment en référence à la figure 1, on y distingue les éléments suivants - des jauges de contrainte 6a, 6b. - des convertisseurs analogique/digital 7a, 7b, - des organes de réglage 8a, Bb, fic,... - un dispositif d'affichage 9. - un interrupteur 10. Les jauges de contrainte 6a, 6b sont de préférence au nombre de deux mais il va de soi que ce nombre peut être plus élevé. Elles sont disposées sur le ski ou sur la fixation (non représentés) de façon à être soumises à des contraintes correspondant aux efforts exercés sur le skieur. La jauge 6a détecte les efforts de flexion dans un plan vertical passant par l'axe du ski tandis que la jauge 6b détecte les efforts de torsion autour d'un axe vertical. Pour réduire la perte d'énergie à ce niveau, les jauges ont une résistance très élevée ; de telles jauges peuvent être fabriquées par la technique de dépôt sous vide. Comme il a été dit plus haut, il est possible de remplacer une ou plusieurs jauges par le (ou les) cristal (cristaux) piezoélectrique(s) servant de générateur(s) d'énergie. Cette possibilité est figurée par la présence d'un branchement en traits interrompus sur la figure 2, le cristal 2 servant également de jauge de contrainte et remplaçant la jauge 6a. La jauge 6b pourrait etre remplacée par un second cristal actionné par les mouvements de torsion du skieur. Les jauges 6a, 6b fournissent des signaux qui sont avantageusement transformés en signaux logiques au moyen de convertisseurs analogique/digital 7a, 7b. On peut ainsi les introduire dans un circuit intégré 1 à très faible consommation d'énergie, par exemple du type "Cosmos" ou Injection Logic". Les organes de réglage aa, 8b, Ec,... peuvent etre réalisés sous forme de boutons d'affichage montés sur la fixation et permettent d'introduire initialement dans le circuit 2 divers paramètres caractérisant le skieur : poids, aqe, sexe, diamètre du tibia, pointure, niveau, etc. En fonction de ces données, le circuit 1 détermine les limites des efforts admissibles par le skieur et fixe en conséquence les seuils du déclenchement de sécurité. L'alimentation en électricité du circuit 1 est réalisée par le cristal piezo-électrique 2 lequel assure également la charge du condensateur 3. Un dispositif d'affichage 9 placé convenablement sur le ski donne au skieur une information de l'état de charge du condensateur et de l'alimentation du circuit. Dans l'exemple représenté l'affichage se fait par des cristaux liquides qui dessinent les lettres OK lorsque le système est en parfait état de marche et LO (=Low) lorsque le système est insuffisamment alimenté. Le circuit intégré 1 comporte un élément horloge dont le rôle est de faire intervenir la grandeur temps pour l'évaluation du danger créé par les efforts appliqués au skieur, le danger dépendant de-la durée d'application des efforts. Avantageusement, comme il a été dit plus haut, cet élément horloge est utilisé pour commander de façon intermittente le dispositif d'affichage. Le circuit 1 commande un interrupteur 10 normalement ouvert de façon à le fermer au moment opportun et provoquer la décharge du condensateur 3 dans ltélectro-aimant 4. Dans la figure 1 l'interrupteur avait été incorpore au circuit 1, pour raison de simplification. Cet interrupteur peut être simplement un transistor. Les figures 3-4 représentent très schématiquement une fixation de sécurité conforme à l'invention. La forme de réalisation choisie pour illustrer le principe de la présente invention est une talonnière, mais il va de soi que l'invention ne se limite pas à une telle fixation et peut s'appliquer aussi bien aux butées avant, aux fixations à plaque, aux fixations à prise latérale, etc. La fixation représentée comporte un corps fixe 14 monté sur le ski S par des moyens non représentés et par l'intermédiaire d'une plaque-support 19. Articulé sur un axe horizontal 15 disposé transversalement par rapport au ski et porté par le corps 14, un organe 12 porte ltélément agrippe-semelle 11. L'agrippe-semelle est guidé dans la pièce 12 et peut coulisser verticalement par rapport à celle-ci sur une faible course (de l'ordre de 1 mm). Ce coulissement de 11 sur 12 se fait à l'encontre d'un ressort à lame 22. L'organe 12 est normalement maintenu dans sa position fermée, représentée en figure 3, par un verrou 18 sous la forme d'une tige guidée en translation dans un palier fixe. Les mouvements de vaet-vient de la tige 18 sont provoqués par un électro-aimant 4. Le blocage de la pièce pivotante 12 par le verrou 18 est réalisé par l'intermédiaire d'un jeu de leviers démultiplicateurs de force 16, 17. Dans cette position fermée l'agrippe-talon coopère avec l'arrière de la chaussure (non représentée) du skieur pour appliquer celle-ci fermement contre la plaque-support 19. A l'intérieur de cette plaque est monté un levier articulé 20 qui s'ap puie sur un cristal piezo-électrique 2 et sur un ressort à lame 21. L'extrémité du levier 20 opposée à l'axe d'articulation présente un épanouissement en forme de pédale qui ressort de la plaque pour faire saillie sur la face supérieure de celle-ci. La fixation étant en position de retenue de la chaussure, la semelle de celle-ci s'appuie donc contre l'extrémité du levier 20 et de ce fait comprime le cristal 2 avec une force augmentée d'un facteur qui dépend de la longueur du levier 20 et de la position sous celui-ci du cristal 2. Le cristal piezo-électrique 2 est relié électriquement par une liaison non représentée au circuit électronique 1' logé dans le corps 14. 1' regroupe les composants 7a, 7b, 1, 3, 10 de la figure 2. Sur la pièce 12 est montée une jauge de contrainte 6a qui réagit aux contraintes se développant sur la pièce 12 lorsqu'elle tend à pivoter vers sa position d'ouverture à l'encontre du système de verrouillage 16, 17, 18. La jauge 6a, ainsi qu'une seconde jauge 6b non représentée car portée par la butée avant de façon à mesurer les contraintes de torsion, sont reliées par des liaisons électriques non représentées au circuit 1'. La butée avant possède également un système de verrouillage, travaillant en torsion, et commandé par le circuit 1' auquel il est relié par une liaison électrique non représentée.Les boutons de réglage Ba, 8b, 8c..., non représentés, sont indiffèremment montés sur la talonnière ou sur la butée avant. Le dispositif d'affichage 9, non représenté, est monté soit sur la fixation avant, soit directement sur le ski en avant de celle-ci de manière à être bien visible pour le skieur. Le fonctionnement de la fixation est le suivant Après avoir fait les réglages initiaux au moyen des boutons Ba, 8b, Bic..., le skieur chausse sa fixation et agit sur un moyen de fermeture non représenté, par exemple un interrupteur actionné par ltextrémité de son baton de ski, pour amener la fixation à l'état verrouillé. Dans la forme de réalisation représentée, un tel moyen est superflu car de petits ressorts 160, 170, 180 interposés dans le mécanisme de verrouillage tendent constamment à maintenir celui-ci dans sa position active. Par une lecture au dispositif d'affichage placé devant lui le skieur s'informe de l'état de charge de sa fixation. Si celleci n'est pas suffisamment chargée, il doit effectuer quelques mouvements préliminaires, soit en se penchant alternativement vers l'avant et vers l'arrière, soit en portant son poids alternative- ment d'un ski sur l'autre. Par cette opération, du fait du montage élastique de l'agrippe-talon 11 sur la pièce 12, l'arrière de la semelle se soulève légèrement et se rapproche alternativement de la plaque-support 19. La pédale 20 s'abaisse et se relève successivement et le cristal est dont alternativement compressé et décompressé. Il se crée donc un courant électrique qui est conduit au circuit 1'.Quand 1' est suffisamment chargé, les lettres "OK" apparaissent au dispositif d'affichage et le skieur est averti qu'il peut commencer à skier. Pendant le ski les efforts qui s'exercent sur le skieur sont mesurées en permanence par les jauges de contrainte 6a, 6b. Les signaux fournis par les jauges sont traités par le circuit 1 qui, en fonction des paramètres du réglage initial, évalue si les efforts enregistrés sont dangereux. Si l'effort de flexion est dangereux, le circuit 1 commande le déverrouillage de la talonnière ; si l'effort de torsion est dangereux le circuit 1 commande le déverrouillage de la butée avant , si -c'est de loin le cas le plus fréquent- la combinaison des efforts de flexion et de torsion est dangereuse, le circuit 1 commande les déverrouillages simultanés de la talonnière et de la butée avant. Le déverrouillage de la talonnière est réalisé par décharge du condensateur 3 dans l'électro-aimant 4. La tige 18, avantageusement munie d'un galet anti-friction, recule et libère le jeu de leviers 16,17. La pièce 12 et l'ayrippe-talon 11 sont alors libres de pivoter en position ouverte représentée en figure 4, permettant l'échappement de la chaussure. Après rechaussage quelques mouvements du skieur avant le départ rechargent le condensateur. Toute éventuelle perte de charge est compensée automatiquement au cours du ski par les mouvements du talon par rapport au ski. On a donc une fixation parfaitement autonome. il est bien entendu que l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit, qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Fixation de sécurité pour ski dont le déclenchement est com mandé par un circuit électronique, caractérisée en ce qutelle comporte un dispositif générateur d'énergie électrique action né par le skieur. 2. Fixation de sécurité suivant la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif accumulateur d'énergie relié électriquement au dispositif générateur. 3. Fixation de sécurité suivant l'une des revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que le dispositif générateur d'énergie est un cristal piezo-électrique. 4. Fixation de sécurité suivant l'une des revendications 2 ou 3 caractérisée en ce que le dispositif accumulateur d'énergie est un condensateur. 5. Fixation de sécurité suivant l'une des revendications 2 ou 3 caractérisée en ce que le dispositif accumulateur d'énergie est une batterie rechargeable. 6. Fixation de sécurité suivant l'une des revendications précé dentes caractérisée en ce quelle est ppurvue d'un dispositif d'affichage renseignant le skieur sur l'état de marche du circuit électronique et/ou sur l'état de charge du dispositif accumulateur d'énergie. 7. Fixation de sécurité suivant la revendication 6 caractérisée en ce que le dispositif d'affichage est du type à cristaux liquides. a. Fixation de sécurité suivant l'une des revendications 6 ou 7 caractérisée en ce que la commande de l'affichage au disposi tif d'affichage est réalisée de façon intermittente. 9. Fixation de sécurité suivant lune des revendications 2 à 8 caractérisée en ce que, en plus de sa fonction de générateur d'énergie, le cristal piezo-électrique remplit la fonction de jauge de contrainte et est agencé pour fournir au circuit électronique un signal électrique représentatif de 11 effort appliqué à la jambe du skieur.