Brevet FR2597046A1 — publié le 19871016

Coussin de genoux à récupération élastique pour des véhicules à moteur. La présente invention concerne un coussin de genoux destiné à être utilisé dans un véhicule à moteur, habituellement en liaison avec, soit un coussin pneumatique, soit une ceinture de sécurité, pour empêcher un passager d'être blessé lors de collisions frontales; elle concerne plus particulièrement un coussin qui stocke élastiquement une portion de l'énergie de collision pour procurer un rebond contrôlé de l'occupant contre le dossier, de telle sorte que les forces d'impact au rebond sur la tête ou le cou de l'occupant soient minimisées. Les études ont montré que, lors d'un choc frontal d'automobile, l'occupant se déplace d'abord vers l'avant (à pratiquement la vitesse initiale de l'automobile) par rapport à la carrosserie de l'automobile et rebondit ensuite en direction du siège. De ce fait, il peut être sérieusement blessé, non seulement du fait du premier impact, mais également lors du deuxième impact avec le siège. Ce deuxième impact est habituellement appelé collision secondaire. Bien que les entraves de l'occupant (par exemple les ceintures de sécurité) réduisent de telles blessures, même compte tenu de la législation de plusieurs Etats, le public n'est pas prêt à accepter ces entraves du fait des divers inconvénients qu'elles causent aux occupants. On a proposé d'autres solutions, y compris des entraves passives telles que des coussins pneumatiques et des ceintures de sécurité automatiques, combinées à des coussins de genoux conventionnels. Dans un véhicule ainsi équipé, les entraves absorbent l'énergie cinétique de l'occupant lors de l'impact primaire de sorte que, théoriquement, l'occupant ne devrait être que peu ou pas blessé. Cependant, on a constaté que, même avec de telles entraves, certains occupants étaient encore blessés. Des études complémentaires ont montré que ces blessures pouvaient être attribuées au fait que l'entrave de poitrine ne dissipe pas toute l'énergie cinétique de l'occupant, mais au contraire en stocke au moins une partie et restitue ensuite cette énergie à l'occupant en une collision semi- élastique lors de l'impact primaire, d'o il résulte une collision secondaire contre le dossier du siège. De façon plus particulière, on a trouvé que, du fait que l'impact entre l'occupant et l'entrave de poitrine était centré dans la partie supérieure de la poitrine, c'est-à-dire au-dessus du centre de gravité de l'occupant, ce dernier 20 était soumis à la fois à une translation (vers l'arrière) et à une rotation (avec le haut du buste pivotant en s'éloignant de l'avant du véhicule). Il résulte de ce pivotement que la partie supérieure du corps de l'occupant (c'est-à-dire la tête et le cou) vienne heurter en premier le dossier lors de la collision secondaire. Du fait que cette partie du corps est très fragile, même un impact secondaire mineur peut entraîner des blessures. Compte tenu de ce qui précède, c'est un but principal de l'invention de procurer des moyens pour éliminer ce pivotement indésirable vers l'arrière de l'occupant d'une automobile après un impact primaire dans une collision, d'o il résulte que les blessures lors de l'impact secondaire ultérieur sont réduites ou même éliminées. 35 Un autre but est de procurer des moyens qui garantissent que, lors de la collision secondaire, c'est la partie médiane ou inférieure du corps de l'occupant qui vient heurter 2Z597046 en premier le dossier du siège. Un autre but est de procurer des moyens grâce auxquels les forces en provenance du coussin de genoux ne sont pas concentrées directement sur les genoux de l'occupant, réduisant ainsi le risque de blessures directes sur ces parties sensibles. Un autre but est de procurer des moyens qui garantissent que les genoux de l'occupant sont emprisonnés par le coussin de genoux et ne glissent pas en travers du coussin lors de collisions frontales survenant sous un certain angle. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront dans la description suivante. Ces buts sont atteints par un coussin de genoux réalisé pour emprisonner et absorber l'énergie cinétique de la partie inférieure du-corps d'un occupant lors de l'impact primaire, le coussin étant adapté pour stocker une portion de cette énergie et la rediriger 20 vers la portion inférieure du corps de l'occupant pour compléter l'action de rebond de l'entrave de poitrine. En outre, le coussin de genoux est disposé pour entrer en contact avec les genoux et les tibias de l'occupant de façon pratiquement simultanée de sorte que la force 25 de l'impact primaire est régulièrement répartie sur ces membres. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, 30 d'une réalisation préférée, en liaison avec le dessin joint sur lequel: - la figure 1 est une vue en coupe partielle du compartiment intérieur d'une automobile avec un coussin de genoux selon 35 l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe du coussin de genoux; - la figure 3 est une vue en plan du coussin de genoux; - les figures 4 à 6 montrent les forces subies par l'occupant d'une automobile sans la présente invention; et - les figures 7 à 9 montrent les forces subies par l'occupant d'une automobile équipée d'un coussin de genoux selon l'invention. La figure 1 montre l'intérieur d'une automobile avec le coussin de genoux. Sur cette figure, le coussin de genoux est représenté sous le panneau d'instruments pour protéger le conducteur. Cependant, des coussins de genoux similaires peuvent être placés à d'autres emplacements à l'intérieur 15 de l'automobile pour protéger les autres occupants. Le véhicule 10 de la figure 1 comporte un siège 12, avec une assise 14 et un dossier 16, un volant de direction 18 (qui peut comporter un coussin pneumatique (non repré20 senté), un tableau de bord 20, une paroi parefeu 22 et un coussin de genoux 24. Dans la présente description, le tableau de bord désigne le panneau d'instruments, le tableau de bord proprement dit et la structure support. Par ailleurs, le terme "véhicule" désigneaussi bien des automobiles, des camions, des bateaux et des avions que des motocyclettes. Comme on le voit sur les figures 2 et 3, le coussin de 30 genoux comporte une structure de type caisson 26, avec deux supports 30 pour le fixer sur le tableau de bord et sur des contre-fiches supports 28 s'étendant horizontalement jusqu'à la cloison pare-feu 22. Comme on le voit sur la figure 2, le coussin est de façon caractéristique fixé 35 en faisant un angle d'environ 53 avec l'horizontale de façon à répartir uniformément la charge d'impact sur les genoux et les tibias de l'occupant (l'angle réel doit correspondre à l'angle des tibias au contact du coussin, les 2597046 talons de l'occupant étant disposés à la jonction entre le plancher horizontal et le plancher incliné). Le coussin 26 comporte également une ouverture en forme d'U 34 pour recevoir la colonne de direction et une ouverture 36 dans le coin inférieur gauche pour permettre d'accéder à la poignée de déverrouillage du capot, à un frein de secours ou à d'autres dispositifs similaires disposés sous le tableau de bord. Le coussin 26 comporte un cadre 38 rigidifiant la structure caisson et pouvant être constitué par un tube métallique de 16 mm X 1 mm. Une plaque d'appui métallique déformable est fixée sur le cadre 38 et elle peut être en une tôle 15 métallique de jauge 20. La couche suivante est une couche de mousse de polyéthylène 42, ayant une densité d'environ 96 g/dm3 et ayant environ 38 mm d'épaisseur. Cette couche est très élastique et elle est conçue pour stocker de l'énergie lors de l'impact et pour la libérer. La couche exté20 rieure 44 est une couche en mousse de polystyrène pouvant être écrasée,d'environ 38 mm d'épaisseur et ayant une densité d'environ 32 g/dm3. Cette couche absorbe et dissipe de l'énergie lors de l'impact par déformation permanente. Une multiplicité de rainures verticales 46 de 12,7 mm de profondeur sont découpées dans la couche extérieure, comme on le voit sur la figure 3. Ces rainures permettent au coussin d'emprisonner positivement les genoux par le fait que la couche extérieure s'écrase seulement à l'intérieur des rainures qui sont directement en face des genoux de 30 l'occupant. La plaque d'appui 40 et les couches de mousse 42 et 44 sont enveloppées dans un revêtement de vinyle 48. La partie frontale inférieure du coussin 26 peut être inclinée comme 35 en 50 pour augmenter l'espace normalement disponible pour les jambes de l'occupant à l'intérieur de l'automobile et pour minimiser la gêne pouvant être apportée au fonctionnement normal de l'automobile. La couche interne de mousse 42 doit s'étendre sur au moins 19 mm en dessous du cadre 38 pour constituer une garniture de protection pour le devant des tibias de l'occupant. Les figures 4 à 6 montrent une séquence caractéristique d'attitudes pouvant se produire dans une automobile avec un coussin pneumatique (ou une ceinture de sécurité),mais sans coussin de genoux (ou avec seulement un coussin de genoux conventionnel). La figure 4 montre la position normale 10 du conducteur juste avant la collision. Sur la figure 5, juste après la collision, le corps du conducteur se déplace vers l'avant et son énergie cinétique est absorbée par un coussin pneumatique 60. Comme précédemment expliqué, le coussin pneumatique (ou la ceinture de sécurité) ne dissipe 15 qu'une partie de cette énergie cinétique. En conséquence, une collision semi-élastique a lieu entre la partie supérieure du corps (ou la poitrine) du conducteur et le dispositif d'entrave de la poitrine, d'o il résulte que la partie supérieure du corps du conducteur est simultanément repoussée 20 vers le dossier et pivote en sens inverse des aiguilles d'une montre sur la figure 6. En conséquence, la tête (et/ou le cou) du conducteur vient heurter la partie supérieure du dossier absorbant tout l'impact de la collision secondaire. Ceci est à opposer à la séquence d'attitudes se produisant dans une automobile équipée du coussin de genoux semi-élastique décrit ici. Sur la figure 7, le conducteur est à nouveau représenté dans une position normale, juste avant la collision. Immédiatement après la collision frontale, comme le corps du conducteur se déplace vers l'avant, tandis que la partie supérieure de son corps est amortie par le coussin pneumatique 60 (ou la ceinture de sécurité), ses genoux viennent en contact avec le coussin de genoux 26 (figure 8) et commencent à le comprimer. Du fait de l'angle spécifique choisi pour le coussin, ce contact n'est pas limité aux genoux, mais également réparti uniformément sur les tibias. Autre- ment, si tout le contact était limité aux genoux, les forces concentrées créées lors de l'impact primaire pourraient sérieusement blesser les genoux. Lorsque les genoux et les tibias pénètrent dans le coussin, les couches de mousse 42 et 44 commencent à se déformer. La couche 44 est écrasée et se déforme de façon permanente sous l'impact primaire, autour des genoux et destibias, tandis que la couche 42 se déforme élastiquement. Il est important de constater que, lorsqu'elle s'écrase, la couche 44 forme des poches de retenue pour les genoux et les tibias, dont la forme s'adapte à ces membres, du fait des rainures verticales préalablement découpées 46. Ces poches qui apparaissent lors de l'impact des genoux empêchent ceux-ci 15 de glisser latéralement en travers du coussin, ce qui est particulièrement important dans des collisions en oblique. Les forces exercées par la partie inférieure du corps du conducteur sont transmises par la plaque d'appui 40 et le cadre 38 à la partie inférieure du tableau de bord 20. 20 Une partie principale de ces forces est absorbée par ce tableau de bord, déformant ainsi ce dernier et les supports 30. On doit noter que la couche interne de mousse 42 s'étend en dessous du cadre 38 de façon à protéger le devant des tibias de l'occupant lors de l'impact et de la déformation 25 ultérieure du tableau de bord. Dès que le mouvement vers l'avant de la partie inférieure du corps du conducteur est complètement absorbé, la couche élastique 42, qui a stocké une portion de l'énergie cinétique 30 du corps, repousse élastiquement la partie inférieure du corps vers l'arrière en l'éloignant de l'avant de l'automobile (figure 9). Du fait que cette force s'exerce en dessous du centre de gravité du conducteur, elle tend à faire pivoter celui-ci vers l'avant en opposition avec l'action du coussin pneumatique 60 (ou de la ceinture de sécurité) de sorte que, lors de l'impact secondaire, c'est le dos et le bas du buste du conducteur qui viennent heurter en premier le siège avant la tête ou le cou. 2 S97r46 En variante, la couche é]astique 42 petit i-tre e. e'e matériaux ou comporter une multiplicit% d3e rcste co pour agir parallèlement avec le sen dle d-placle dt de l'automobile. Bien entendu, de nombreuses autres md4ú-&a tions peuvent être apportées à l'iniention 7ans z'I4arter de sa portée. Revendications. 1. Dispositif pour absorber l'énergie de translation du bas du buste d'un occupant dans une collision frontale de véhicules, caractérisé en ce qu'il a un corps comprenant une structure avec des moyens élastiques pour stocker une partie de l'énergie de collision en vue d'appliquer une force de rappel sur la partie inférieure de cet occupant après la collision, et des moyens pour fixer la structure 10 sur la carrosserie de l'automobile. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'automobile (10) comporte un tableau de bord (20) et que la structure est en contact avec ce tableau de bord 15 et comporte des moyens pour transmettre à ce tableau de bord les forces s'exerçant sur cette structure. 3. Dispositif pour coopérer avec les genoux de l'occupant d'un véhicule lors d'une collision, caractérisé en ce qu'il 20 comprend une base (38, 40), une couche de matériau élastique (42) disposée sur cette base afin d'absorber l'énergie cinétique de la partie inférieure du corps lors de la collision et retransmettre ensuite l'énergie stockée à la partie inférieure du corps en lui appliquant une force, et des 25 moyens (30) pour fixer cette base sur la carrosserie de l'automobile. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérissé en ce qu'il comprend une couche de matériau pouvant être écrasé (44), disposée sur cette base pour absorber l'énergie de la portion inférieure du corps par une déformation permanente. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche de matériau élastique (42) est disposée 35 entre la couche du matériau pouvant être écrasé (44) et la base (40). 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une plaque d'appui déformable (40) est disposée sur cette base. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la base, la plaque d'appui, la couche du matériau pouvant être écrasé et la couche de matériau élastique se présentent sous la forme d'une structure caisson. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en 10 ce que la base comporte un cadre tubulaire (38). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la carrosserie du véhicule comporte un tableau de bord et que les moyens pour le fixer comprennent deux contre15 fiches s'étendant entre le dispositif et le tableau de bord. 10. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche du matériau pouvant être écrasé est dispo20 sée pour empêcher les genoux de glisser latéralement lors de l'impact. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la couche du matériau pouvant être écrasé comporte 25 des rainures verticales (46) dans la zone de l'impact, disposées pour emprisonner les genoux lors de l'impact. 12. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche de matériau élastique comprend de la mousse 30 de polyéthylène. 13. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couche du matériau pouvant être écrasé comprend de la mousse de polystyrène. 35 14. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette structure est disposée sous un angle correspondant à l'angle des tibias lors du contact avec les genoux. 15. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure est disposée en faisant un angle qui est le même que l'angle déterminé en plaçant les talons de l'occupant à la jonction du plancher horizontal et du plancher incliné et en glissant son corps vers l'avant jusqu'au contact des genoux avec le dispositif. 16. Véhicule (10) contenant un occupant et caractérisé en ce qu'il comporte une carrosserie, un coussin pneumatique 10 (60) ou une courroie de sécurité disposé sur la carrosserie pour absorber l'énergie de la partie supérieure du corps lors d'une collision, ce coussin pneumatique exerçant une première force sur l'occupant, qui tend à faire pivoter l'occupant dans une première direction; et un coussin de gneoux (24) disposé sur la carrosserie pour absorber l'énergie de la partie inférieure du corps lors de la collision, ce coussin de genoux exerçant une force sur cette partie inférieure du corps dans une deuxième direction opposée à la première direction. 17. Automobile selon la revendication 16, caractérisée en ce que la carrosserie de l'automobile comporte un tableau de bord (20) et que le coussin de genoux (24) est fixé sur ce tableau de bord. 18. Automobile selon la revendication 16, caractérisée en ce que le coussin de genoux est une structure comprenant une couche élastique (42) pour stocker une portion de l'énergie du corps de la partie inférieure du corps et une couche 30 pouvant être écrasée (44) pour dissiper l'autre portion de l'énergie.