Brevet FR2652789A1 — publié le 19910412

La présente invention concerne un système de retenue par coussin pneumatique pour des véhicules, et notamment un système comportant des moyens de mise à l'air libre pour permettre au coussin pneumatique de s'aplatir d'une manière contrôlée. Les collisions d'automobiles impliquent des impacts de véhi- cules qui entraînent des changements brutaux de la vitesse du véhicule. Les occupants circulant à l'intérieur d'un véhicule doivent également encaisser ces changements de vitesse s'ils restent à l'intérieur du compartiment passa- gers. Toutefois, la manière et la séquence temporelle selon lesquelles ils les subissent sont fonction de la manière dont l'occupant est retenu à l'intérieur du véhicule. Techniquement, à moins qu'il ne soit éjecté, l'occupant est toujours "retenu" d'une manière ou d'une autre. Dans le cas d'impacts frontaux, la retenue s'effectuera, soit par une ceinture de sécurité ou un coussin pneumatique, soit par un contact violent avec le volant de direction, le pare-brise ou le tableau de bord. En d'autres termes, tôt ou tard, la vitesse de l'occupant doit être égale à celle du véhicule, d'o il résulte un changement de la vitesse absolue par rapport au sol. En termes d'énergie, un changement de vitesse de l'occupant équivaut à un changement de la grandeur de son énergie ciné- tique. La relation entre la vitesse et l'énergie cinétique est strictement définie et elle est donnée par des formules mathématiques bien connues. Le but de tout système de retenue d'occupant est alors d'aider l'obtention de ce changement d'énergie avec un minimum de force traumatique. En termes de physique, le changement d'énergie est obtenu en appliquant une force de retenue sur une distance donnée. En simples termes, plus la distance sur laquelle la force est appliquée est faible, plus élevée doit être la force appliquée afin d'obtenir le changement d'énergie donné. La minimisation de la force de retenue est en conséquence obtenue par la maximisation de la distance "au sol" sur laquelle la force est appliquée. Par exemple, dans une collision contre une barrière, la dis- tance au sol maximale théorique disponible pour l'occu- pant comporte les distances suivantes: la distance que parcourt le compartiment passagers lors de la déformation de l'extrémité frontale de la structure du véhicule, plus la distance que peut traverser l'occupant à l'intérieur du compartiment avant un contact indésirable avec une surface structurale "dure" (c'est-à-dire le volant, le pare-brise, le tableau de bord, etc.). Du fait que la distance au sol comporte l'écrasement de la structure du véhicule, il est important de commencer la retenue de l'occupant aussitôt que possible dans la colli- sion. De cette manière, l'occupant utilisera la déformation du véhicule pour faciliter la dissipation de son énergie. Dans une situation idéale, une charge de retenue constante est appliquée a l'instant o commence l'impact et est telle que l'occupant utilise toute la distance disponible à l'inté- rieur du compartiment passagers. Une telle force serait le minimum exigé pour dissiper l'énergie de l'occupant. Dans le pire des cas, aucune force de retenue n'est appliquée jusqu'à ce que le véhicule soit complètement déformé et s'arrête, et l'occupant a complètement traversé le comparti- ment. A ce moment, l'occupant viendra heurter le volant, le parebrise et/ou le tableau de bord. En fonction de l'élas- ticité de ces composants (lesquels ne sont pas en général très élastiques et tendent également à exercer une charge localisée), l'occupant encaissera son changement d'énergie au moyen d'une force très-élevée exercée sur la distance relativement courte dont céderont ces composants. Ce qui peut se passer dans la pratique est compris entre ces deux extrêmes. On pourrait penser que les ceintures de sécurité appliquent directement et immédiatement la charge de retenue à l'occupant. En fait, l'élasticité de la ceinture et de l'occupant, le mou et le déroulement du dispositif de rétraction, et la géométrie de la ceinture par rapport à l'occupant retardent le déclenchement d'une force de rete- nue significative jusqu'à un moment avancé dans l'impact du véhicule. Les systèmes de coussins pneumatiques de sécurité impliquent également un délai dans l'application de la charge de retenue. La détection de la sévérité de la collision et la décision de déployer le coussin combinées avec le temps nécessaire pour déployer et remplir le coussin, constituent le retard associé au système de retenue gonflable. Comme on l'a dit précédemment, le but d'un système de retenue est de minimiser la force traumatique appliquée pour obtenir le changement de vitesse nécessaire de l'occupant. Une stric- te minimisation de la grandeur de cette force n'est pas suffisante en soi. L'application de la force doit s'effectuer de manière à minimiser le traumatisme qu'elle implique. A cet égard, les coussins pneumatiques de sécurité sont nettement meilleurs que tous les autres systèmes de retenue actuellement disponibles. Par comparaison aux ceintures de sécurité, qui exercent essentiellement une force linéaire en travers du pelvis et en diagonale en travers du torse, un coussin pneumatique répartit la charge de retenue sur toute la surface supérieure du torse et de la face. La possi- bilité qu'a un coussin pneumatique de répartir la force de retenue sur une large surface du corps de l'occupant réduit de façon significative le risque de traumatisme. Toutefois, une fois le coussin pneumatique déployé, il de- vient relativement rigide, de sorte qu'il peut survenir entre le coussin pneumatique et l'occupant une collision secondaire;qui a un impact bien inférieur que s'il n'y avait pas de coussin pneumatique, mais qui peut être encore suffi- samment sérieux pour causer des blessures. En fait, dans certaines conditions, l'occupant peut rebondir suffisamment pour perdre le contact avec le coussin. Comme solution à ce problème, on a suggéré des coussins pneumatiques ayant un ou plusieurs trous d'aération relative- ment grands pour évacuer le gaz du coussin pneumatique à un débit prédéterminé. Cette solution est admissible si on utilise un gaz propre (c'est-à-dire un gaz sans particules de matière)pour mettre le coussin en pression. On a constaté que le gaz sous pression est de préférence produit par des réactions de produits chimiques, car, avant les réactions, les réactifs solides et/ou liquides peuvent être stockés dans un volume très petit. Cette considération est particu- lièrement importante dans le cas de coussins pneumatiques montés sur la colonne de direction. Toutefois, un gaz produit par de tels moyens chimiques contient une grande concentra- tion de particules de matière et en conséquence il est inaccep- table dans des coussins pneumatiques comportant des trous d'aération décrits ci-dessus, car le gaz évacué s'échappe dans le compartiment passagers en même temps que les parti- cules de matière, ce qui peut avoir des effets nuisibles sur les occupants. Compte tenu des inconvénients précités des systèmes de rete- nue par coussins pneumatiques existants, c'est un but de la présente invention de procurer un système de retenue par coussin pneumatique qui réduit les forces appliquées sur les occupants d'un véhicule sur une durée présélectionnée. Un autre but est de procurer un système de coussin pneuma- tique de sécurité avec mise à l'air libre, dans lequel le gaz sous pression est produit par des réactions chimiques. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante de l'inven- tion. Compte tenu de ce qui précède, un système de retenue de passagers pour un véhicule à moteur comprend des moyens de gonflage pour produire des gaz par un procédé entraînant des particules de matière comme sousproduits, un ensemble de coussin pneumatique couplé à ces moyens de gonflage pour être gonflé par ces gaz et comprenant des moyens de mise à l'air libre pour évacuer du coussin les gaz à un débit contrôlé, et des moyens de filtre pour filtrer la matière en particules provenant de ces gaz avant que ces gaz soient évacués de l'ensemble de coussin pneumatique. A tout moment dans le temps, la force exercée par le coussin pneumatique est directement reliée à sa pression interne. Cette pression résulte du gaz fourni par le générateur, disposé à l'intérieur du module de coussin pneumatique, lequel générateur produit de l'azote et/ou tout autre gaz relativement inerte en brûlant un agent de propulsion solide. Pendant le déploiement du coussin, lorsque le gaz commence à entrer dans le coussin plié serré, la pression s'élève rapidement jusqu'à ce que le coussin crève finalement son enveloppe. Immédiatement après, la pression tombe à zéro au fur et à mesure que le coussin non gonflé se remplit. Dès que le remplissage est terminé et que le tissu est tendu, le coussin est mis en pression et peut retenir l'occupant. Afin d'appliquer une force de retenue aussitôt que possible, le gonfleur doit rapidement amener la pression à l'intérieur du coussin jusqu'à une valeur significative. Lorsque l'occu- pant pénètre dans le coussin, réduisant ainsi son volume, la pression s'élève davantage. Afin d'empêcher la pression, et de ce fait la force de retenue, de devenir trop élevées, on laisse une partie du gaz s'échapper lorsque l'occupant pénètre dans le coussin. Ceci est connu sous le terme "mise à l'air libre" du coussin. Sans mise à l'air libre, le coussin agirait essentiellement à la manière d'un ressort, la force de retenue croissant proportionnellement avec la pénétration de l'occupant. Pour des pénétrations importantes, la force exercée sur l'occupant deviendrait inacceptablement élevée et l'occupant rebondirait en s'éloignant du coussin. En permettant à une partie du gaz de s'échapper pendant la pénétration, la pression est maintenue plus constante et le coussin pneumatique devient un dispositif d'absorption d'énergie beaucoup plus efficace. La vitesse de rebondissement et le risque de blessures associées sont également réduits de façon significative. Le degré de mise à l'air libre du coussin devient un paramè- tre de conception qui influence considérablement la perfor- mance du système. Une évacuation d'air trop importante entrai- nerait une pénétration trop profonde de l'occupant dans le coussin, et risquerait ainsi que l'occupant vienne heur- ter le volant. Une évacuation d'air trop faible provoquerait une force excessive du coussin et des vitesses de rebondisse- ment. Ainsi, la mise à l'air libre doit être accordée au coussin, au gonfleur et aux autres composants du système afin d'obtenir la performance optimale. Un système de retenue par coussin pneumatique réalisé selon l'invention comprend un ou plusieurs détecteurs pour détec- ter une collision, un coussin pneumatique agencé et disposé dans un compartiment d'un véhicule pour minimiser les effets de la collision sur un occupant, et des moyens de pressurisa- tion pour libérer un gaz sous pression dans le coussin pour le gonfler. Le coussin est au moins partiellement en un matériau perméable à l'air pour permettre au gaz de s'échap- per du coussin à un débit dosé et en même temps pour inter- cepter et filtrer les particules de matière produites lors de la production du gaz. En outre, le générateur de gaz peut également être équipé de moyens filtrants pour locali- ser les particules de matière autour du générateur de gaz. Dans ce but, l'ensemble de coussin comporte une première portion en un premier tissu perméable aux gaz pour la libéra- tion contr8ôlée des gaz hors du coussin. Il comporte également une deuxième portion en un deuxième tissu non perméable aux gaz. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée suivante, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée d'un module de coussin pneumatique selon l'invention, en liaison avec le dessin joint sur lequel: - la figure 1 est une vue en coupe transversale partielle d'un module de coussin pneumatique réalisé selon l'invention; - la figure 2 est une vue en plan d'un coussin pneumatique utilisé dans le module de la figure 1; et - la figure 3 est une vue en coupe transversale partielle du coussin pneumatique de la figure 2. Comme précédemment mentionné, le système de retenue parcoussin pneumatique décrit ici est particulièrement utile lorsque l'espace est un paramètre capital, par exemple pour un module installé sur la colonne de direction d'un véhicule à moteur. Un tel volume 10 est représenté sur la figure 1 et il comporte un carter 12 défini par une plaque arrière 14 et un couvercle 16. Le couvercle est en un matériau pouvant être brisé ou il comporte des sections affaiblies comme en 18. Le carter est monté sur la colonne de direction 20. Un ensemble gonfleur 22 pour produire un gaz parréaction chimique est disposé à l'intérieur du carter 12. Cet ensemble comporte une boite métallique 24 avec des trous d'évacuation 26. De préférence, les trous 26 sont équipés d'un filtre à mailles 28. Un ensemble de coussin pneumatique plié 30 entoure au moins une portion du carter. L'ensemble est fixé sur une plaque support 32 par des boulons 34 de façon à former un joint étanche à l'air par le sac autour des trous 26. Les figures 2 et 3 représentent l'ensemble de sac en configu- ration non pliée. Le sac comporte deux sections de tissu. La section supérieure 36 a un trou circulaire central 38 dimensionné pour se loger autour de l'ensemble gonfleur 22. Ce trou central 38 est entouré par une multiplicité de trous plus petits 40 utilisés pour loger les boulons 34 qui maintiennent le coussin en place. La section 36 est constituée par une couche de tissu 42 et par un composant interne 44. En outre, une couche de matériau protecteur 46 s'étend radialement vers l'extérieur depuis le trou 38 jusqu'à environ mi-distance en travers de la couche 44, comme on le voit sur la figure 3. La couche 42 est de préfé- rence en un tissu perméable à l'air, par exemple un tissu fabriqué par W. L. Gore and Associates, Inc., sous le nom de membrane Nanofabril GORETE2È. Ce tissu est imperméable à l'eau, mais est perméable aux gaz et en conséquence cons- titue un bon matériau filtrant. On a constaté que ce tissu peut filtrer jusqu'à 99,9994% des particules de matière ayant un diamètre de 0,1 pm. Le composant interne 44 est un élément support suffisamment résistant pour maintenir le coussin intact lorsqu'il est mis en pression. Ce deuxième composant peut être par exemple en nylon, NOMEk ou en tout autre tissu similaire. De préférence, le composant 44 est revêtu d'un revêtement ignifuge pour protéger le coussin de la combustion et de la chaleur lors du gonflage du coussin. Le composant 46 peut être par exemple en NEOPRENO ou tout autre matériau similaire. Le composant 46 protège le coussin de la flamme et de la chaleur. En outre, le composant 46 est imperméable à l'air. Le périmètre extérieur du composant 46 est fixé à la couche 42 par une couture ou soudure circu- laire 48. De façon importante, la portion annulaire 49 de la section supérieure 36 est constituée seulement par les couches 42 et 44 pour permettre aux gaz de s'échapper du coussin à un débit contrôlé, comme il sera décrit plus en détail ci-après. Le type de tissu choisi pour cette couche, la surface totale de cette couche qui n'est pas revêtue par le composant 46 et le gradient ou différence de pression à travers les tissus déterminent le débit d'évacuation des gaz. La section inférieure 50 est constituée par une couche 52 qui peut être du même tissu que le composant 44 mentionné ci-dessus. Le tissu 52 est également revêtu d'un matériau caoutchouteux, tel que le composant 46, en 54, pour augmenter la résistance du tissu, le protéger de la chaleur et le rendre imperméable à l'air. La section inférieure 50 recouvre la section supérieure 36, comme on le voit en 56, et est cousue sur elle. Le dispositif de retenue par coussin pneumatique fonctionne comme suit. Lorsqu'un accéléromètre (non représenté) détecte une collision, il actionne l'ensemble gonfleur 22. Dans l'ensemble gonfleur, des gaz sont produits et se dilatent très rapidement, par combustion ou toute autre action chi- mique. Ces gaz sortent à travers les trous 26 et mettent en pression l'ensemble de coussin. Lorsque l'ensemble de coussin se dilate, il sort du carter 12 en ouvrant ou en brisant le couvercle 16. Une partie des particules de matière qui sont les sous-produits de la combustion ou de toute autre réaction chimique à l'intérieur de l'ensemble gonfleur est retenue à l'intérieur de la boite 24 par les tamis 28. D'autres particules de matière s'échappent dans l'ensem- ble de coussin. Lorsque le coussin est gonflé et atteint ses dimensions maximales, l'occupant disposé entre le coussin et le siège du véhicule à moteur est projeté par la collision primaire ou secondaire dans le coussin. La pression addition- nelle provoquée à l'intérieur par la collision du passager avec le coussin force les gaz à s'échapper à travers la portion 49 de la section supérieure 36 du coussin. Bien entendu, de nombreuses modifications peuvent être appor- tées à l'invention, sans s'écarter de sa portée telle qu'elle est définie dans les revendications jointes. il Revendications 1.- Système de retenue de passagers pour un véhicule à moteur, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) des moyens de gonflage (22) pour produire des gaz par un procédé entraînant la formation de particules de matière en tant que sous-produits; (b) un ensemble de coussin (30) couplé aux moyens de gonflage (22) pour être gonflé par ces gaz et comportant des moyens de mise à l'air libre pour libérer les gaz du coussin à un débit contr8ôlé; et (c) des moyens filtrants pour filtrer les particules de matière dans ces gaz avant que ceux-ci soient évacués de l'ensemble de coussin. 2.- Système de retenue de passagers selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coussin comporte une portion filtrante en un tissu perméable aux gaz (42) pour filtrer et évacuer ces gaz du coussin. 3.- Système de retenue de passagers selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces moyens filtrants comportent des moyens de tamis (28) disposés dans les moyens de gonflage (22) pour intercepter une portion de ces particules de ma- tière. 4.- Système de retenue de passagers pour un véhicule à moteur, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un ensemble de gonflage (22) pour produire des gaz sous pression avec des particules de matière en tant que sous- produits; (b) un ensemble de coussin (30) couplé à cet ensemble de gonflage pour être gonflé par les gaz et comportant une première portion (36) faite d'un premier tissu perméable aux gaz pour la libération contrôlée de ces gaz hors du coussin. 5.- Système de retenue de passagers selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'ensemble de coussin comporte une deuxième portion faite d'un deuxième tissu (52), ce deuxième tissu étant non perméable aux gaz. 6.- Système de retenue des passagers selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de tamis (28) pour filtrer les particules de matière en provenance des gaz passant de l'ensemble de gonflage (22) à l'ensemble de coussin (30). 7.- Système de retenue des passagers selon la revendication , caractérisé en ce que la première portion (36) et la deuxième (50) coopèrent pour former un coussin pneumatique. 8.- Système de retenue de passagers pour réduire les blessu- res d'un passager dues à une collision dans un véhicule à moteur, celuici comprenant un compartiment passagers, caractérisé en ce qu'il comprend: a) un carter (12) disposé à l'intérieur du compartiment passagers; b) un ensemble de gonflage (22) disposé dans le carter pour produire des gaz avec des particules de matière en tant que sous-produits; et c) un ensemble de coussin (30) disposé autour de cet ensemble de gonflage à l'intérieur du carter pour être gonflé par les gaz, cet ensemble de coussin comprenant une portion perméable aux gaz (49) pour évacuer à l'air libre ces gaz à un débit prédéterminé et pour filtrer les particules de matière. 9.- Système de retenue de passagers selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'ensemble de coussin comprend une première section et une deuxième s'étendant sur la même surface que la première section. 10.- Ensemble de coussin selon la revendication 9, caracté- risé en ce que la première section (36) comporte une ouver- ture (38) pour monter l'ensemble de coussin autour de l'en- semble de gonflage. 11.- Ensemble de coussin selon la revendication 10, caracté- risé en ce que la première section (36) comporte une région annulaire comprenant un matériau protecteur (46) disposé autour de l'ouverture pour protéger l'ensemble de coussin de la chaleur dégagée par l'ensemble de gonflage. 12.- Ensemble de coussin selon la revendication 11, caracté- risé en ce que la première section (36) comprend un matériau perméable aux gaz (42). 13.- Ensemble de coussin selon la revendication 12, caracté- risé en ce que la deuxième section (50) comporte une couche de matériau en un tissu (52) non perméable aux gaz. 14.- Ensemble de coussin pneumatique utilisé dans un système de retenue de passagers dans un véhicule à moteur, caracté- risé en ce qu'il comprend: a) un premier composant imperméable aux gaz; et b) un deuxième composant fait d'un tissu perméable aux gaz et coopérant avec le premier composant pour former une en- ceinte gonflable, d'o il résulte que le deuxième composant filtre et évacue à l'air libre les gaz en provenance de l'enceinte. 15.- Ensemble de coussin selon la revendication 14, caracté- risé en ce qu'il comporte des moyens de fixation (34) pour fixer l'enceinte gonflable sur un générateur de gaz destiné à assurer le gonflage. 16.- Ensemble de coussin pneumatique selon la revendication 14, caractérisé en ce que le premier composant comprend une section de tissu et que le deuxième composant comporte une section de tissu s'étendant sur la même surface que la section de tissu du premier composant. 17.- Ensemble de coussin pneumatique selon la revendication 16, caractérisé en ce que le deuxième composant comporte une ouverture pour raccorder l'ensemble de coussin pneuma- tique à un ensemble de gonflage d'un système de retenue de passagers dans un véhicule à moteur. 18.- Ensemble de coussin pneumatique selon la revendication 17, caractérisé en ce que le deuxième composant comporte un tissu protecteur annulaire (46) disposé autour de l'ouver- ture (38) pour protéger le coussin pneumatique de la chaleur.