Brevet FR2619222A1 — publié le 19890210

Capteur d'accélération L'invention se rapporte à un capteur d'accéléra- tion connu du fait du DE-A-35 40 948, figure 6, en parti- culier pour le déclenchement automatique des dispositifs de protection des occupants dans les véhicules automobi- les en cas d'accident, comprenant un bottier dans la ca- vité duquel est disposée une masselotte d'inertie de for- me allongée, possédant une symétrie de révolution, et qui sert de masse sismique, masselotte qui, d'une part, possède un perçage longitudinal traversant qui démasque un trajet optique entre un émetteur et un récepteur dans la position de repos de la masselotte d'inertie, et qui, d'autre part, présente, sur une face frontale, une base de portée par laquelle elle prend appui sur un support qui s'étend perpendiculairement au perçage longitudinal et présente un perçage traversant correspondant au per- cage longitudinal, de telle manière que, lorsque l'accé- lération excède une amplitude prédéterminée, cette masse- lotte dévie en basculant autour d'un point de bascule de la base de portée et engendre par ce mouvement un signal de commande de déclenchement par interception du trajet optique. Un capteur d'accélération comparable est égale- ment décrit dans le WO-85/04 627. On connait par ailleurs un capteur d'accéléra- tion (DE-A-33 13 033, DE-A-34 02 387) dans lequel une masselotte d'inertie est retenue en position de repos par un aimant permanent. Alors que, dans les systèmes comportant un éta- blissement mécanique du contact, on peut constater l'in- convénient consistant en ce que les contacts se salis- sent, se corrodent, etc. pendant la durée de vie du sys- tème et que, de cette façon, on n'est pas certain que l'interrupteur fonctionnera quand on en aura besoin, on peut reprocher aux systèmes à détection ooto-électroni- que déjà connus de posséder un comportement de commuta- tion quasi analogique. Le but de l'invention est donc de donner à un capteur d'accélération du genre en question une configu- ration telle qu'il travaille de façon particulièrement fiable pendant toute sa durée de vie et que, en réponse à une accélération, il produise un signal quasi numéri- que possédant une grande raideur de flanc. Selon l'invention, ce problème est résolu dans le cas d'un capteur d'accélération du genre en question par le fait que la masselotte d'inertie présente des pro- priétés de basse coercitivité magnétique et que le sup- port est constitué par un aimant permanent annulaire, *15 que le diamètre de l'aimant permanent annulaire corres- pond à peu près au diamètre de la face frontale de la masselotte d'inertie tandis qu'au contraire, le diamètre de la base de portée est plus petit que le diamètre de la face frontale, et que, à partir de la base de portée qui est appuyée à plat sur l'aimant permanent annulaire, il se forme entre la face frontale et l'aimant permanent annulaire, une fente annulaire qui s'ouvre dans une di- rection radiale. Des exemples de réalisation de l'invention sont représentés sur le dessin et décrits dans la suite de fa- çon plus détaillée. Sur ces dessins, la figure 1 représente par une vue schématique un capteur d'accélération selon l'invention; la figure 2 représente le capteur d'accéléra- tion selon la figure 1 dans une position déviée; les figures 3 à 5 représentent une variante de conformation du capteur d'accélération par une représen- tation simplifiée; et la figure 6 représente par une vue schématique un autre exemple de réalisation d'un capteur d'accéléra- cion selon l'invention. Le capteur d'accélération 1 représenté sur la figure 1 comprend un boîtier 2 de forme cylindrique creuse -de préférence en matière plastique ou en matière élastique non métallique telle que le caout- chouc - présentant une cavité 3 dans laquelle est dispo- sée une masselotte d'inertie 4 qui sert de masse sismi- que. La masselotte d'inertie 4 est un corps possédant une symétrie de révolution et la forme d'un double tronc de cône, elle est munie d'un perçage longitudinal traver- sant 5 et est composée d'une matière à basse coercitivi- té magnétique. Afin de pouvoir capter de très faibles accélérations, la masselotte d'inertie 4 peut également être faite d'une matière non magnétique - telle qu'une matière plastique ou l'aluminium - mais, dans ce cas, elle est munie, au moins sur sa face frontale 4.1, d'un revêtement à basse coercitivité magnétique 6, par exem- ple, d'une pellicule, d'une plaquette ou d'une enduc- tion. Sur sa face frontale inférieure 4.1, la masselotte d'inertie 4 présente en outre une base de portée plane 4.2 de diamètre d par laquelle elle prend aDpui sur un support 7 qui s'étend perpendiculairement au perçage longitudinal 5 et qui est constitué par un aimant per- manent annulaire 7.1, cet aimant présentant un perçage traversant 8 qui correspond au perçage longitudinal 5. Il est visible que le diamètre d de la base de portée 4.2 est beaucoup plus petit que le diamètre de la face frontale 4.1 qui, à partir de la base de portée plane 4.2, délimite avec l'aimant permanent annulaire plat 7.1, une fente annulaire 9 qui s'ouvre dans la direction radiale et présente un angle d'ouverture o(. Sur la figure 1, on a également représenté la disposition du système optoélectronique. Un émetteur 11 et un récepteur 12, constituant un détecteur à réflexion 13, sont agencés sur l'axe du perçage longitudinal 5, dans la paroi frontale supérieure 2.1 du bottier et sur un composant 10, par exemple, sur une plaquette de semi- conducteur, de telle manière que, dans la position de re- pos de la masselotte d'inertie 4, un faisceau lumineux 11.1 concentré en un rayon très fin tombe à travers le perçage longitudinal 5 et le perçage traversant 8 qui correspond au premier, sur un réflecteur 14 disposé au- dessous de l'aimant permanent annulaire 7.1, dans le fond 2.2 du bottier, et qui est constitué, par exemple, par une pellicule réfléchissante, et soit renvoyé sur le récepteur 12 par ce réflecteur. Par ailleurs, on a prévu dans la cavité 3 du bottier, à la hauteur de l'extrémité de la masselotte d'inertie 4, un amortisseur de chocs - formé, par exemple, d'une bague torique, d'une ba- gue de mousse ou d'un bourrelet annulaire dans le cas o le bottier est d'une constitution élastique - qui a pour fonction, non seulement d'éviter les chocs, mais aussi de limiter l'angle de basculement de la masselotte d'inertie. Grâce à la configuration particulière de la fa- ce frontale 4.1 de la masselotte d'inertie 4 qui présen- te des propriétés de basse coercitivité magnétique, cet- te masselotte n'est pas seulement fixée par l'aimant per- manent annulaire 7.1 avec une certaine force d'adhéren- ce, mais elle est aussi centrée sur son axe de symétrie et, grace à la surface relativement grande de l'aimant et à la disposition symétrique de ses lignes de force, elle est empêchée de vaciller ou de tourner pendant le mouvement de basculement. L'utilisation du système opto-électronique 13, 14 apporte l'avantage de permettre de contrôler le cap- teur d'accélération à tout moment pendant toute sa durée de vie. Si, au cours de l'utilisation du capteur d'accé- lération, l'accélération excède une amplitude donnée dans le plan X/Y, grâce à l'étroitesse relative du per- çage longitudinal 5, on oeut être certain que, à la moin- dre déviation de la masselotte d'inertie 4 par rapport à son axe de symétrie (ou axe omtique) - voir également fi- gure 2 - le trajet optique sera interromDu et que, de cette façon, un signal de commande de déclenchement sera engendré. Ici, ce qu'on appelle l'effet de mouvement brusque qui est nécessaire pour obtenir un signal quasi numérique lorsque l'accélération excède une valeur de seuil prédéterminée est aussi assuré par la configu- ration particulière de la face frontale 4.1 de la masse- lotte d'inertie 4, en coopération avec l'aimant perma- nent annulaire 7.1, et ceci en tirant parti du principe physique selon lequel la force d'attraction magnétique entre deux corps décroit avec le carré de leur distance d'espacement (entrefer). Ainsi que ceci ressort de la fi- gure 2, lorsque l'accélération devient supérieure à une amplitude prédéterminée dans un sens quelconque, la mas- selotte d'inertie 4 quitte sa position de repos en bascu- lant sur un point de bascule K qui se trouve sur le dia- mètre d de la base de portée 4.2, et, dans ce mouvement, la base de portée 4.2 et le segment 4.1.1 de la surface frontale 4.1 (en hachures croisées) se soulèvent de l'aimant permanent 7.1. La relation quadratique qui lie la force d'attraction magnétique à l'entrefer a pour ef- fet, en coopération avec la présence de la fente annulai- re 9 qui s'ouvre dans une direction radiale, que la for- ce d'attraction magnétique décrott dans une mesure plus que proportionnelle le long du segment 4.1.1 qui s'éloi- gne de l'aimant 7.1 mais, au contraire, la force d'at- traction s'accroit de plus en plus sur le segment 4.1.2 qui se rapproche de l'aimant (en hachures obliques), c'est-à-dire que ce segment est attiré de plus en plus fortement. Par conséquent, dès que la masselotte d'iner- tie 4 a quitté sa position de repos, le mouvement de bas- cule se renforce ou s'accélère en raison des conditions magnétiques décrites et, grâce à cet effet de "mouvement brusque", on obtient un comportement de commutation qua- si numérique. On obtient le même comportement de commutation avec la forme de réalisation représentée sur la figure 3, dans laquelle c'est la face supérieure 7.1.1 qui limi- te avec la face frontale plane 4.1 de la masselotte d'inertie 4, à partir de la base de portée plane 4.2 de l'aimant permanent annulaire 7.1 une fente annulaire 9 qui s'ouvre dans la direction radiale. Cette figure mon- tre en outre que, en variante, l'amortisseur de chocs 15 peut aussi bien être monté sur la masselotte d'inertie 4 que sur le bottier. La figure 4 montre une masselotte d'inertie 4 en forme de tonneau et la figure 5 une masselotte d'iner- tie 4 de forme tronconique, -la forme pouvant être choi- sie en fonction du seuil de commutation et de la qualité de commutation exigés - puisque ces caractéristiques va- rient avec la position du centre de gravité de la masse- lotte d'inertie et avec l'aire de la surface de la base de portée. Alors que, sur la figure 1, le détecteur à ré- flexion 13 est disposé dans la paroi frontale supérieure 2.1 du bottier et le réflecteur 14 dans le fond 2.2 du bottier, il est également possible d'adopter la disposi- tion inversée, qui apporte l'avantage de simplifier le montage du capteur d'inertie 1 sur un panneau de circuit imprimé, en ce sens que les broches de contact 10.1 du composant 10, qui sont dans ce cas dirigées vers le bas, peuvent servir en même temps à fixer l'ensemble du cap- teur d'inertie sur le panneau de circuit imprimé par em- brochage. Toutefois, en principe, l'ensemble de l'élec- tronique d'analyse 17, qui estparexempleunorgane tempo- risé, une bascule monostable ou un commutateur électro- nique, peut être intégré dans le bottier 2, de sorte qu'on obtient au total une construction très compacte. On peut également, en renonçant à un détecteur à réflexion, se contenter de monter dans le bottier 2 un émetteur placé d'un côté du perçage longitudinal 5 et un récepteur 12 placé de l'autre côté, ainsi que ceci est représenté dans le cas du capteur d'accélération selon la figure 6. Ici, à la différence des exemples de réali- sation selon les figures 1 à 5, la masselotte d'inertie 4 présente, sur sa face frontale inférieure 4.1, dans la région du perçage longitudinal 5, un évidement 16 en for- me de niche dans laquelle s'engage un téton 2.3 du boa- tier, qui est d'une forme correspondante et présente un perçage traversant 8.1 correspondant au perçage longitu- dinal 5 et sur lequel est en outre monté l'aimant perma- nent annulaire 7.1. La masselotte d'inertie 4 porte sur l'aimant permanent annulaire 7.1 par une base de portée plane 4.2 en forme de couronne de cercle qui présente le diamètre d, la face frontale 4.1 délimitant avec l'ai- mant permanent annulaire plat 7.1 - à partir de la base de portée 4.2 une fente annulaire 9 qui s'ouvre dans une direction radiale, avec un angle d'ouverture gD. La conformation particulière donnée à la masse- lotte d'inertie 4 munie d'un évidement 16 et à celle du bottier 2 muni d'un téton 2.3 a pour but de ramener la masselotte d'inertie exactement dans sa position de re- pos après son basculement et, éventuellement, d'éviter avec certitude le coincement de la masselotte d'inertie dans le bottier. D'une façon générale, par le choix des cotes de la masselotte d'inertie et/ou de l'aimant permanent annu- laire - par exemple le choix de la valeur de l'angle d'ouverture ", qui est inversement proportionnel à la longueur de la masselotte d'inertie, de la valeur du dia- mètre d de la base de portée, etc. - on peut agir sur le seuil de réponse et, en particulier, sur la caractéristi- que de commutation du capteur d'accélération à réoonse omnidirectionnelle. Toutefois, le diamètre d de la base de portée 4.2 est de préférence choisi à une fraction de 1: 1,5 à 1: 5 du diamètre de la face frontale 4.1. R E V E N D I C A T IONS 1 - Capteur d'accélération, en particulier pour le déclenchement automatique des dispositifs de protec- tion des occupants dans les véhicules automobiles en cas d'accident, comprenant un bottier dans la cavité duquel est disposée une masselotte d'inertie de forme allongée, possédant une symétrie de révolution, et qui sert de mas- se sismique, masselotte qui, d'une part, possède un per- sage longitudinal traversant qui démasque un trajet oDti- que entre un émetteur et un récepteur dans la position de repos de la masselotte d'inertie, et qui, d'autre part, présente, sur une face frontale, une base de por- tée par laquelle elle prend appui sur un support qui s'étend perpendiculairement au perçage longitudinal et présente un perçage traversant correspondant au Persage longitudinal, de telle manière que, lorsque l'accéléra- tion excède une amplitude prédéterminée, cette masselot- te dévie en basculant autour d'un point de bascule de la base de portée et engendre par ce mouvement un signal de commande de déclenchement par interception du trajet op- tique, caractérisé en ce que la masselotte d'inertie (4) présente des propriétés de basse coercitivité magnétique et que le support (7) est constitué par un aimant perma- nent annulaire (7.1), en ce que le diamètre de l'aimant permanent annulaire (7.1) correspond à peu près au diamè- tre de la face frontale (4.1) de la masselotte d'inertie (4) tandis qu'au contraire, le diamètre (d) de la base de portée (4.2) est plus petit que le diamètre de la fa- ce frontale (4.1), et que, à partir de la base de portée (4.2) qui est appuyée à plat sur l'aimant permanent annu- laire (7.1), il se forme entre la face frontale (4.1) et l'aimant permanent annulaire (7.1), une fente annulaire (9) qui s'ouvre dans une direction radiale. 2 - Canteur d'accélération selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la masselotte d'inertie (4) est faite d'une matière non magnétique - telle que les matières plastiques ou l'aluminium - et est muni d'un dépôt à basse coercitivité (6) au moins sur sa face frontale (4.1). 3 - Caoteur d'accélération selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que, la face frontale (4.1) de la masselotte d'inertie (4) délimite avec l'aimant perma- nent annulaire plat (7.1), à partir de la base de portée plane (4.2), la fente annulaire (9) qui s'ouvre dans la direction radiale. 4 - CaDteur d'inertie selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face supérieure (7.1.1) de l'ai- mant permanent annulaire (7.1) délimite avec la face frontale plane (4.1), à partir de la base de portée pla- ne (4.2), la fente radiale (9) qui s'ouvre dans la direc- tion radiale. - Capteur d'accélération selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la masselotte d'inertie (4.2) porte un amortisseur de chocs (15) à son extrémité qui est à l'opposé de sa face frontale (4.1). 6 - Capteur d'accélération selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'un amortisseur de chocs (15) est agencé dans la cavité (3) du bottier, au niveau de l'extrémité de la masselotte d'inertie (4). 7 - Capteur d'accélération selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le bottier (2) est fait d'une matière élastique non métallique - telle que le caoutchouc. 8 - Capteur d'accélération selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'émetteur (11) et le ré- cepteur (12) sont disposés dans le prolongement du pera- ge longitudinal (5), l'un en face de l'autre dans le bot- tier (2, 2.1, 2.2). 9 - Capteur d'accélération selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'émetteur (11) et le ré- cepteur (12) forment un détecteur à réflexion (13) qui est agencé dans le bottier (2), dans le prolonqement dia perçage longitudinal (5), en face d'un réflecteur (14). 10 - Capteur d'accélération selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le rapport entre le diamè- tre (d) de la base de portée (4.2) et le diamètre de la face frontale (4.1) est d'environ 1: 1,5 à 1: 5. 11 - Capteur d'accélération selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'angle d'ouverture (0) de la fente annulaire (9) est inversement proportionnel à la longueur de la masselotte d'inertie (4). 12 - Capteur d'accélération selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la masselotte d'inertie (4) présente une forme tronconique, en double tronc de cône ou en tonneau. 13 - Capteur d'accélération selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la masselotte d'inertie (4) présente, sur sa face frontale inférieure (4.1), dans la région du perçage longitudinal (5), un évidement (16) en forme de niche, dans lequelest engagé un téton (2.3) du bottier qui est d'une forme correspondante. 14 - Capteur d'accélération selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'électronique d'analyse (17) du capteur d'accélération est elle aussi intégrée dans la cavité (3) du bottier (2). - Capteur d'accélération selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le capteur d'accélération peut être connecté par embrochage à un panneau de cir- cuit imprimé ou à une connexion d'alimentation électri- que au moyen d'un composant (10, 10.1).