Brevet FR2484845A1 — publié le 19811224

La présente invention concerne un enrouleur de ceinture de sécurité du type dans lequel un tambour d'enroulement est automatiquement bloqué contre le déroulement de la ceinture en réponse à une accélération du véhicule dans une direction quelconque, et en particulier elle concerne un dispositif à inertie pour un tel enrouleur. Les enrouleurs de ceinture de sécurité sont d'usage généralisé dans le monde dans les ceintures de sécurité pour occupants de véhicule. De nombreux enrouleurs ont un mécanisme pour bloquer automatiquement la rotation du tambour dans le sens du dérou- lement résultant d'une accélération du véhicule, le mécanisme com- portant un dispositif à inertie qui est sensible à l'accélération du véhicule et qui agit sur un mécanisme de blocage associé au tam- bour d'enroulement. Il existe trois types fondamentaux de dispositifs à inertie. Le premier est du type pendule dans lequel une masse est suspendue à un support, habituellement un chapeau qui se trouve au- dessus du support et porte une colonnette associée à laquelle la masse est fixée. Par rapport aux deux autres types courants de dis- positifs à inertie, le pendule a l'inconvénient de nécessiter une opération spéciale d'assemblage, celle de-fixer la masse à la colon- nette après que celle-ci a été introduite au travers du trou dans le support. Les frais supplémentaires de cette étape, bien qu'ils soient faibles à l'unité, augmentent considérablement les frais d'ensemble pour la production de plusieurs dizaines de milliers de dispositifs. La seconde catégorie générale de dispositifs est du type à bille. Dans sa forme la plus simple, le dispositif du type à bille comporte un cliquet ou autre actionneur ayant une sur- face suiveuse horizontale qui repose sur le sommet de la bille et qui est poussée vers le haut par l'action de calage de la bille quand elle roule sur la surface inclinée d'un support. L'action de calage de la bille quand elle est accélérée par rapport au support sous l'action de la force d'inertie s'oppose à l'action vers le bas du cliquet en un point de contact sur le cliquet et au frottement aux points de contact entre la bille d'une part et le support et le cliquet d'autre part. Ordinairement, la force de frottement agissant au point de contact entre la bille et le support est sensiblement plus grande que la force de frottement au point de contact entre la bille et le cliquet. Par suite, la bille roule sur la surface inclinée du support, à moins que la force d'inertie comporte une composante vers le haut suffisante pour réduire ou éliminer la force de frot- tement. L'effet du frottement au point de contact entre la bille et le cliquet peut être considéré comme une fonction de l'angle (en une position donnée quelconque) entre une ligne reliant les deux points de contact et une ligne perpendiculaire à la surface de la bille au point de contact entre la bille et le cliqqet, cet angle pouvant être appelé "angle de pression". - Dans le cas simple considéré, l'angle de pression, et par suite le frottement, est au début relativement petit et il augmente quand la bille roule sur la surface inclinée dans une direc- tion quelconque. Quand la bille part de la position de repos, l'accélé- ration du cliquet varie de façon appréciable en fonction de la direc- tion du mouvement de la bille par rapport au pivot du cliquet pour une accélération donnée quelconque de la bille. De même, le déplace- ment du bout du cliquet dans un temps donné varie sensiblement avec la direction du mouvement de la bille. En conséquence, la faculté de réponse de la forme simple de dispositif à bille est très variable et elle constitue un inconvénient important. Certains des inconvénients de ce dispositif à inertie du type à bille peuvent être éliminés par la présence d'une surface de came sur la bille, comme une surface conique dirigée vers le bas sur la bille ou une bride suiveuse annulaire. De tels arrange- ments peuvent être conçus pour réduire quelque peu les variations de réponse, c'est-à-dire la-variation de direction. D'autre part, l'accélération initiale du cliquet pour une accélération donnée de la bille est relativement grande, dans la mesure o le point de con- tact entre la bille et le cliquet est placé en un point sur la sur- face de la bille o le plan tangent est sensiblement incliné par rapport à l'horizontal. Quand la bille roule de la position de repos vers les positions extrêmes de fonctionnement, l'accélération du cliquet diminue en fonction du déplacement. En outre, l'angle de pression, et par suite l'effet du frottement, est à un maximum dans la position de repos et il diminue à une vitesse décroissante en fonction du déplacement. Du fait que l'accélération du cliquet et l'effet du frottement sont très grands en position de repos, la force nécessaire pour faire démarrer le roulement de la bille est relative- ment élevée par rapport à la force nécessaire pour l'empêcher de rou- ler. En ajoutant le fait que le frottement statique est sensiblement plus grand que le frottement cinétique, ce type de dispositif action- neur est soumis à des variations considérables dans le temps quand le mouvement commence à la suite d'une accélération de la bille par inertie, en réponse à l'accélaration du support. Quand l'élément de sortie de l'actionneur est un cliquet, le dispositif est encore haute- ment directionnel dans la mesure de la quantité de déplacement du cliquet pour un déplacement donné de celui-ci. Une telle variation peut être éliminée par la présence d'un coulisseau mobile verticale- ment à la place du cliquet, mais ordinairement un tel coulisseau agit contre un cliquet et cet arrangement implique davantage de composants ainsi que d'autres problèmes et inconvénients. Le troisième type de dispositif à inertie du type à poids stationnaire, comprend une masse de forme appropriée quel- conque, possédant une queue s'étendant vers le bas à partir de la base, laquelle masse repose sur un socle dans un support qui empêcha la masse de se déplacer de façon appréciable dans une direction hori- zontale quelconque, mais lui permet de se renverser à partir d'une position stationnaire verticale. Une surface de came, par exemple une surface conique dirigée vers le haut, au sommet de la masse, agit contre une saillie suiveuse sur un cliquet ou un coulisseau. Un tel dispositif à poids stationnaire présente l'avantage de répondre de façon sensiblement uniforme à une accélération dans n'importe quelle direction, la saillie suiveuse sur le cliquet restant généralement centrée verticalement sur l'axe du socle à la base du support. De tels dispositifs peuvent également être conçus pour fournir des vitesses prévisibles de réponse et des caractéristiques favorables de frottement (faible frottement de démarrage en particulier). Ils ont une construction relativement simple, peu coûteuse. Mais ils ont par ailleurs un inconvénient important, à savoir un hystérésis élevé. Le problème d'hystérésis sera peut être mieux compris en imaginant que le dispositif est basculé légèrement à partir de l'horizontale, juste au point o le poids bascule.Par exemple, on suppose que l'axe vertical s'incline de 15 avant le basculement de la masse. Ayant atteint cette position, la masse bascule de l'angle prévu de bas- culement dans l'enveloppe, à savoir 5'. Avant que le poids retourne à sa position verticale sur la base, l'enveloppe doit être basculée en arrière de ces mêmes 5 et ces 5 peuvent être considérés comme hystérésis. Pratiquement, l'hystérésis relativement élevé a pour résultat que l'enrouleur risque de rester en position bloquée quand le véhicule s'arrête dans une descente. Dans l'exemple, l'enrouleur a tendance à rester bloquer quand le véhicule s'arrête sur une descente de plus d'environ 10 . L'invention concerne un dispositif à inertie qui est de construction très simple, ce qui diminue les frais de fabrication et de montage, et répond rapidement et de façon correcte, il possède une relation favorable entre l'angle de presssion et le déplacement, et l'accélération du cliquet et le déplacement, et il a des caractéristiques sensiblement constantes dans toutes les direc- tions de l'accélération du véhicule. En particulier, le dispositif comprend un support ayant un trou sensiblement circulaire et une surface de révolution, de préférence une surface conique entourant le trou et en pente vers le haut et vers l'extérieur dans toutes ' les directions à partir du trou. Une masse d'inertie soutenue par le support possède une saillie de positionnement qui pénètre dans le trou, et une surface sphérique entourant la saillie est conçue pour rouler dans une direction constante sur la surface autour du trou dans le support, en réponse à une force d'inertie sur la masse par suite d'une accélération prédéterminée du support par rapport à la masse. Une portion suiveuse de came d'un actionneur est en contact avec une surface de came dirigée vers le haut sur la masse et elle se déplace généralement vers le haut en réponse au mouvement de roulement de la masse à partir de sa position de repos. La surface de came sur la m a s s e a une forme telle que le déplacement ver- tical de la portion suiveuse de came de l'actionneur est sensiblement plus grand que le déplacement vertical du centre de gravité de la masse quand elle roule sur la surface du support. L'invention a les caractéristiques préférées suivantes. Comme on l'a indiqué ci-dessus, la surface en pente voisine du trou est conique. Le trou dans le support est légèrement plus grand en diamètre que la saillie de la masse, de sorte qu'il n'y a pas interférence entre la saillie et le trou qui peut empêcher le déplacement de la masse à partir de la position de repos et le retour de la masse à sa position de repos. L'actionner est un cliquet qui pivote autour d'un axe placé généralement au-dessus et par côté de la masse, et la portion suiveuse de came du cliquet agit contre le centre de la surface de came sur le sommet de la masse. La surface sphérique entourant la saillie de la masse possède une dimension qui est au moins égale à la distance le long de la surface conique du support o la masse roule entre la position de repos et la position de fonctionnement total, et elle a utr centre de courbure qui coïncide avec le centre de gravité de la masse. La surface de celle-ci est une surface de révolution autour d'un axe vertical qui contient l'axe de la saillie du fond et son centre de gravité, de sorte que sa réponse à une force d'inertie est uniforme dans toutes les directions. La surface de came de la masse peut être une surface horizontale plane ou une surface concave vers le haut ou conique, c'est-à-dire une surface de révolution engendrée par la rotation d'une droite ou d'une courbe placée obliquement par rapport à la ligne centrale verticale de la masse et tournant autour de cette ligne. La surface de came de la masse peut également être une saillie centrale s'étendant vers le haut. Dans le cas de surfaces de came conique ou concave, le suiveur de came sur le cliquet est une saillie s'étendant vers le bas et se trouvant verticalement audessus du trou dans la base, et dans le cas d'une surface de came en saillie sur la masse, le suiveur de came est une portion de cliquet analogue à un disque, possédant une surface conique ou concave dirigée vers le bas (c'est-à-dire une surface engendrée par la rotation d'une droite ou d'une courbe autour de la ligne centrale verticale du trou dans le support). D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se reportant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente une coupé d'une réalisa- tion de l'invention; - la figure 2 représente en perspective le support de la réalisation représentée sur la figure 1; - la figure 3 représente une vue de dessus du cliquet de la réalisation de la figure 1; - les figures 4A à 4D représentent des schémas montrant différentes étapes du mouvement entre la position de repos et la position de fonctionnement total; - la figure 5 représente une vue latérale en coupe partielle d'une variante de masse à inertie et de cliquet; et - la figure 6 représente une vue en coupe par- tielle d'une autre variante de masse à inertie et de cliquet. La réalisation représentée sur les figures 1 à 4 comprend un support 10 ayant une base généralement horizontale 12, une paroi latérale 14 servant à la fixation du support sur le bâti d'un enrouleur et une colonnette 16 pour une extrémité du pivot d'un cliquet. La base 12 du support possède un trou circulaire 18 placé généralement au centre, qui est entouré par une surface conique 20a inclinée vers le haut en s'écartant du trou. A l'extérieur de la sur- face conique 20a se trouve une surface concave qui peut être d'une forme désirée quelconque, mais qui se raccorde de préférence à la forme de la partie inférieure de la masse à inertie dans la position de fonctionnement total (voir figure 4C) et aide à arrêter la masse quand elle a roulé dans la position complète de fonctionnement. La masse d'inertie 22 a une saillie conique 24 se rétrécissant vers le bas et vers l'intérieur et qui est entourée d'une surface sphérique 26 ayant son centre de courbure en coincidence avec le centre de gravité de la masse, sa dimension étant au moins égale à l'étendue du mouvement de roulement de la masse le long de la surface conique 20a de la base 12. La surface de came supérieure 27 de la masse est plane et elle est perpendiculaire à l'axe vertical de la masse (c'est-à-dire perpendiculaire a une lign e déterminée par le centre de gravité de la masse et l'axe de la saillie 24). Le reste de la su-face de la masse (entre la surface de came 27 du sommet et la surface sphérique inférieure 26) est une surface de révolution autour de la ligne centrale verticale, mais la forme exacte est de peu d'importance, du moment que le centre de gravité coïncide géné- ralement avec le centre de la surface sphérique et que le moment d'inertie est le même dans toutes les directions pour une réponse uniforme dans toutes les directions. Un cliquet 28 est fixé à l'enveloppe par un axe de pivotement 30 qui est introduit dans les trous 32 et 34 de la paroi 14 et de la colonnette 16 du support. Le cliquet s'étend au- dessus du sommet de la masse et il possède une portion active 28a qui fait saillie vers le haut et qui est placée de façon appropriée pour être en prise avec une roue à rochet (non représentée) associée au mécanisme qui bloque le tambour de la ceinture de l'enrouleur et l'empêche de se dérouler. Une saillie 28b suiveuse de came, en forme de dôme, part du cliquet 28 dans une position centrée verticalement au-dessus du trou 18 dans le support, et elle s'appuie contre la surface de came plane 24 au sommet de la masse d'inertie 22. Dans la position de repos (figure 4A), la masse repose verticalement dans la surface conique 20 de la base 12. Le diamètre du trou 18 est légèrement plus grand que le diamètre le plus grand de la saillie conique 24 sur la masse 22, ce qui laisse un petit jeu annulaire C (à savoir 0,3 à 0,4 mm) entourant la saillie 24 entre celle-ci et le bord du trou. En cas de collision, de renversement ou d'arrêt brusque du véhicule, ce qui produit une accélération de la base 12 dans une direction quelconque dans un domaine approprié prédéterminé (à savoir 0,3 g à 0,7 g), la masse 22 produit une force F (voir fi- gure 4A) d'amplitude suffisante pour provoquer le mouvement de la masse 22 dans une direction opposée à la direction de l'accélération de la base. Au début, ce mouvement est contrarié seulement par une force de frottement Rl au point de contact entre la saillie 28b sur le cliquet 28 et par une force de frottement R2 agissant à l'endroit o la masse touche la base 12 (de préférence entièrement le long du bord supérieur du trou 18). La force d'inertie F fait d'abord glisser la masse 22 légèrement dans la direction de la force et elle ferme la partie de la fente sur le coté de la saillie 24 opposé à la direction de la force, comme le montre la figure 4B. La fente restante laisse du jeu pour assurer que l'interférence entre la saillie et le trou n'empêchera pas le mouvement de roulement de la masse entre sa position représentée sur la figure 4B et sa position représentée sur la figure 4C, celle-ci étant la position de fonctionnement total. Dans la position représentée sur la figure 4B, l'angle de pression Xi (qui, comme on l'a dit, est l'angle entre (a) une ligne joignant les points de contact entre (1) la masse et le support et (2) la masse et le cliquet, et (b) une ligne perpendiculaire à la surface de la masse au point entre la masse et le cliquet) est relativement petit. En conséquence, la force de frottement Rl au point voisin du départ du mouvement représenté sur la figure 4B est relativement faible. De plus, du fait que la sail- lie 28b est en contact avec la surface de came 27 devenue sensible- ment horizontale, l'accélération initiale du cliquet à l'instant o la masse démarre pour rouler vers la gauche le long de la surface 20a est également virtuellement nulle. En conséquence, les conditions de force (frottement et accélération du cliquet) apportées par l'in- vention sont favorables à une réponse rapide, uniforme et précise à la force d'inertie produite par un seuil donné d'accélération. Entre la position représentée sur la figure 4B et celle représentée en 4C, la force d'inertie F produit un mouve- ment de roulement de la masse 22 le long de la surface conique 20a du support, ce qui incline la surface de came 27 sur le sonnet de la masse de façon à soulever le cliquet 28 vers le haut pour le mettre en contact avec la roue à rochet, comme on l'a mentionné plus haut. Comme il est évident sur la figure 4D, pour un déplacement relativement petit d de la masse le long de la surface conique du support et, en conséquence, un petit déplacement vertical dVM3 la surface de came 27 de la masse entraîne un déplacement sensiblement vertical dVp du suiveur de came sur le cliquet, ce déplacement étant multiplié au bout par l'action de levier du cliquet. Le mouvement de la masse est arrêté par le contact de la saillie inférieure 24 de la masse avec la paroi du trou 18, avec une aide due au contact de la masse avec la partie conique extérieure de la surface de la base 12. En plus, le cliquet 28 est appliqué conplètement entre les dents de la roue à rochet (non représentée), de sorte que le cliquet ne peut pas monter plus haut quand il est en position de fonctionnement total. La masse ne peut pas non plus être délogée du support en aucun cas à cause de la retenue entre le cliquet et le support, aussi est-il inutile pour le support d'avoir des parois périphériques pour retenir la masse. La masse revient facilement en arrière à partir de la position de fonctionnement total représentée sur la figure 4C vers une position verticale (figure 4A ou 4B) grâce à une action de coin entre le cliquet et le support agissant par un angle de coin W déterminé par la pente de la portion conique du support et la pente de la surface de came de la masse. On voit que la remise en place du dispositif de l'invention est plus efficace qu'aved les dispositifs du type à bille, à cause d'un angle de coin W relativement grand dans la position de fonctionnement total. Différentes configurations de came et de suiveur decame peuvent être mises à la place de celle du dispositif des figures 1 à 4. Par exemple, comme le montre la figure 5, une surface de came conique 27' peut être utilisée à la place de la surface plane. Pour un déplacement vertical donné de la masse, la surface conique donne un déplacement vertical plus grand du cliquet qu'une surface plane. Un autre dispositif à came, représenté sur la figure 6, comprend une saillie 27" s'étendant vers le haut, dont l'extrémité supérieure constitue une surface de came, et un suiveur 28b" sur le cliquet 28" sous la forme d'un élément en forme de disque ayant une surface suiveuse en cône dirigée vers le bas. L'invention a ainsi fourni un dispositif à iner- tie de construction très simple qui est facile et peu coûteux à fabriquer et à monter, qui est de faible dimension, fournit un fonc- tionnemant rapide et correct et possède peu d'hystérésis, il incor- pore les caractéristiques avantageuses aussi bien des dispositifs à bille que des dispositifs à poids stationnaire, mais il est essen- tiellement exempt des inconvénients de ces dispositifs. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homne de l'art aux dispositifs ou procédés qui vien- nent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I ONS 1. Dispositif à inertie pour enrouleur de ceinture de sécurité, caractérisé en ce qu'il comprend 1) un support (12) ayant un trou sensiblement circulaire (18) et, autour du trou (18), une surface (20a) dirigée vers le haut, de révolution autour de-l'axe du trou et entourant celui-ci, et s'écartant vers le haut dans toutes les directions à partir du trou, 2) une masse d'inertie (22) portée par le support (12). et possédant une saillie de positionnement (24) traversant le trou et une surface sphérique entourant la saillie et conçue pour rouler en montant sur la sur- face (20a) du support dirigée vers le haut, dans une direction quelconque en réponse à une force d'inertie sur la masse, 3) un actionneur (28) ayant une portion (28b) en contact avec une sur- face (27) dirigée vers le haut placée sur la masse, l'actionneur étant mobile vers le haut en réponse au mouvement de roulement de la masse, et 4) des moyens de coopération à came et sui- veur de came sur la surface supérieure (27) dé la masse et la por- tion (28b) de l'actionneur, pour déplacer verticalement ladite por- tion de l'actionneur d'une quantité sensiblement plus grande que le déplacement vertical de la masse elle-même quand elle roule sur la surface conique du support. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il existe ui jeu entre la saillie (24) et le trou (18) pour réduire l'interférence entre la saillie et le trou quand la masse commence à rouler sur la surface conique. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite surface (20a) du support est une surface conique. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le centre de courbure de la surface sphérique de la masse coïncide sensiblement avec le centre de gravité de la masse. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'actionneur (28) est un cliquet qui pivote autour d'un axe (30) placé généralement au-dessus et sur le côté de la masse d'inertie. 11. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le suiveur de came comporte une saillie suiveuse de came (28b) partant du cliquet et placée sensiblement à la verticale au- dessus du trou du support, cette saillie suiveuse de came reposant sur la surface de came (20a) de la masse. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface de came (27) de la masse est sensiblement plane et perpendiculaire à un axe passant par le centre de gravité de la masse et le centre de la saillie (24). 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la surface de came de la masse est une surface conique (27') divergeant vers le haut et vers l'extérieur et possédant un axe qui coïncide avec un axe passant par le centre de gravité de la masse et le centre de la saillie (24). 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la came et le suiveur de came comportent une saillie (27") s'étendant vers le haut au sommet de la masse et, sur le cliquet, une surface conique (28b") divergeant vers le bas et vers l'extérieur, en contact avec la saillie (27") s'étendant vers le haut.