Brevet FR2721081A1 — publié le 19951215

La présente invention concerne les absorbeurs d'énergie et, plus particulièrement, ceux d'entre eux à action progressive et ou graduelle qui trouvent une application notamment à bord des véhicules par exemple automobiles terrestres pour contribuer à la protection. La présente invention a plus particulièrement pour objets un absorbeur d'énergie à action progressive du type télescopique et son application aux véhicules notamment automobiles terrestres. Dans de nombreux secteurs industriels, il est nécessaire d'absorber l'&nergie résultant de chocs relativement importants et c'est tout spécialement le cas du domaine des véhicules automobiles terrestres dont il faut assurer la sécurité des occupants en cas de colli- sion ou d'accident. Pour la sécurité des véhicules automobiles terrestres, on a déjà proposé de construire notamment leur partie antérieure de manière à ce qu'elle offre une protection en zones ou tranches successives qui sont mises à contribution progressivement de l'avant vers l'arrière, repéré par rapport à l'axe longitudinal traditionnel du véhicule. C'est ainsi qu'on distingue habituellement une zone pour les "petits chocs" se produisant pour une vitesse relative ne dépassant pas 4 km/h environ, une zone pour les chocs "moyens" se produisant pour une vitesse relative de l'ordre de 4 à 8 ou 10 km/h environ, une zone pour les "grands" chocs se produisant pour une vitesse relative de l'ordre de 10 à 20 km/h et enfin une zone pour les chocs "violents" se produisant pour une vitesse relative de plus de 20-25 km/h. Habituellement, l'énergie des "petits" chocs et/ou des chocs "moyens est absorbée par le pare-choc ou bouclier dont la pea' et ou le revêtement sont mis à contribution pour des,vil esses relatives ne dépassant pas 4 km/h environ, et dont la "poutre" ou similaire se déforme d'abord élastiquement réversiblement entre 4-8 km/h et se déforme nonréversiblement entre 8-10 km/h environ. L'énergie des "grands" chocs pour des vitesses relatives de l'ordre de 10-15 km/h est souvent absorbée par des tampons ou similaires associés à la structure ou coque du véhicule et placés devant des longerons qui la prolongent vers l'avant. L'énergie des chocs "violents" pour des vitesses relatives atteignant ou dépassant 20-25 km/h est, elle, absorbée essentiellement par les longe- rons qui se déforment. Une telle configuration permet en particulier une réparation éventuelle, facilitée par un échange standard de la seule zone atteinte après vérification immédiate que les longerons n'ont pas été affectés, ce qui nécessiterait un passage "au marbre" de la coque ou structure pour la dégauchir. Diverses solutions ont déjà été proposées. Des exemples de solution sont par exemple exposées dans les documents FR 87-06 734, FR 89-16 413, FR 90-13 567, FR 10-16 495 et FR 91-07 539 au nom de la Demanderesse. Si ces solutions donnent relativement satisfaction, elles sont toutefois compliquées car elles nécessitent la mise en oeuvre d'absorbeurs d'énergie de structure et de nature complexe. Le but de l'invention est de remédier à ce type d'inconvénients à l'aide d'un absorbeur d'énergie facile à fabriquer et à installer et d'une grande efficacité qui opère de manière à assurer une absorption progressive de l'énergie par des déformations différen- ciées, une pour les petits chocs o il subit une déformation élastique révErsible, une pour les chocs "moyens" o il subit une déformation plastique réduite et une pour les chocs "grarnds" o il se détruit. L'invention a pour objet un absorbeur d'énergie à action progressive qui est caractérisé en ce qu'il comprend un corps avec un chambre intérieure délimitée par une paroi latérale, par un fond transpercé d'un orifice et par une embouchure à l'opposé du fond et avec une embase, un piston avec une tête qui présente deux faces opposées et qui est placée dans la chambre de manière à pouvoir y coulisser, avec une tige qui présente deux extrémités et dont l'une est reliée à l'une des faces de la tête et qui est engagée dans cet orifice pour s'y mouvoir et avec un socle qui est relié à l'autre des extrémités de la tige, et une garniture qui est placée dans la chambre et intercalée entre l'embouchure et la tête et qui est faite d'au moins un tampon élastique s'il y a lieu et d'au moins un lit de sphères o ces tampon le cas échéant et lit sont empilés et orientés trans- versalement à la chambre. L'invention a aussi pour objet l'application d'un absorbeur d'énergie à action progressive du type défini auparavant à un véhicule notamment automobile terrestre o il est placé par exemple entre un pare- chocs et les longerons du châssis-coque. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la lecture de la description et des revendications qui suivenu ainsi que de l'examen du dessin annexé, donné seulement à titre d'exemple, o: - la Figure 1 est une vue schématique partielle en coupe longitudinale méridienne d'un mode de réalisation d'un absorbeur d'énergie selon l'invention dans son application particulière à un véhicule par exemple automobile terrestre; la Figure 2 est une section transversale locale de la Figure 1, - et les vrues A, B, C, D de la Figure 3 illustrent le mode de réalisation de l'absorbeur selon l'invention de la Figure 1 dans diverses phases de son fonctionnement. Les absorbeurs d'énergie en général et ceux plus particulièrement destinés à équiper des véhicules notamment automobiles terrestres étant bien connus dans la technique, on ne décrira dans ce qui suit que ce qui concerne directement ou indirectement l'invention. Pour le surplus, l'Homme du Métier de la technique considérée puisera dans les solutions classiques courantes à sa disposition pour faire face aux problèmes particuliers auxquels il est confronté. En particulier, il pourra se reporter utilement aux documents précités. Dans ce qui suit, on utilise toujours un même numéro de référence pour identifier un élément homologue quel que soit le mode de réalisation ou sa variante d'exécution. Pour la commodité de l'exposé, on décrira successivement chacun des constituants d'un absorbeur d'énergie à action progressive selon l'invention avant d'en exposer la fabrication au besoin, et le fonction- nement. Dans ce qui suit, un absorbeur d'énergie à action progressive selon l'invention sera décrit à propos de son application particulière à un véhicule, notamment automobile terrestre mais il est clair que l'application d'un absorbeur perfectionné selon l'invention n'est pas limitée à cette seule application. Pour cette application particulière, un absorbeur d'énergie à action progressive selon l'in- vention est destiné à être monté entre d'une part un longeron L le plus souvent nécanosoudé qui prolonge vers l'avant et/ou l'arrière un châssis ou coque de véhicule classique, et d'autre part un pare-chocs PC, bouclier ou similaire, le plus souvent constitué d'une poutre sur D laquelle est disposée u: revêtement avec une "peau" ou similaire superficielle. L'absorbeur d'énergie à action progressive selon l'invention comprend essentiellement un corps 10, un piston 20, une garniture 30, et est apte à recevoir des moyens de fixation 40 pour son montage sur le véhicule. Le corps 10 comprend une chambre 11 et une embase 12. La chambre 11 intérieure est délimitée par une paroi 111 latérale, par un fond 112 transpercé d'un orifice 1120, et par une Embouchure 113 s'il y a lieu fermée par un couvercle 113() ou analogue pour les raisons qui apparaîtront par la suite. S'il y a lieu, et de préférence, pour permettre une déformation maîtrisée du corps, celui-ci est muni de zones de configuration particulière par leur forme et/ou leur épaisseur, voire leur traitement notamment, qui favorisent la déformation du corps par exemple par rupture pour les raisons qui apparaîtront par la suite. L'embase 12 est apte à recevoir des moyens de fixation 40 tels que des trous au besoin taraudés, des vis-écrous, des boulons, de:. rivets ou similaires ou bien des soudures ou une colle. Tout ceci est classique. Le piston 20 comprend une tête 21 avec deux faces 211 et 212 opposées, avec une tige 22 qui présente deux extrémités 221, 222 et avec un socle 23. Comme on le voit, la tête 21 est placée dans la chambre 11 de manière à pouvoir y couli;ser et sa face 211 est par exemple reliée par toute technique appropriée convenable tel le soudage à l'extrémité 221 de la tige 22. La tige 22 est engagée dans l'orif-ce 1120 du fond de manière à pouvoir s'y mouvoir et son extrémité 222 par exemple est reliée au socle 23 par toute technique appropriée convenable tel le soudage. Le socle '3, lit comme l'embase 12, est apte à recevoir des moyens De fixation 40 du type de ceux énumérés précédemment ou s:milaires. La garniture 30 comprend, essentiellement, s'il y a lieu au moins un tampon 31 élastique, et au moins un lit 32 de sphères 320 de préférence creuses. Un tel lit 32 de sphères 320 est mono ou multistrates et les sphères sont jointives ou non. S'il y a lieu, lorsque la garniture comprend plusieurs lits de sphères, au moins deux lits successifs sont, au besoin, séparés par une entretoise 33. Ces sphères sont douées d'une certaine élasticité et sont déformables. L'un au moins de ces corps, piston et garniture est fait à base de métal ou à base de résine synthétique dont les propriétés sont au besoin convena- blement adaptées à l'aide de charges et/ou de renforts de fibres de verre ou similaires. Tous les constituants sont obtenus et mis en forme selon des techniques traditionnelles convenablement adaptées aux matériaux dont ils sont faits tels que par exemple, le moulage par injection, l'extrusion, l'ex- pansion par moussage. Une technique de fabrication de sphères creuses est, par exemple, décrite dans le docu- ment FR 90-00 484 auquel on pourra utilement se reporter. Tous les constituants d'un absorbeur d'é- nergie à action progressive selon l'invention sont réunis, assemblés et montés comme cela ressort clairement de l'examen des figures. Une fois la garniture placée dans la chambre en appui ontre la tête du piston au contact du fond, l'embouchure du corps est s'il y a lieu close par un couvercle convenable ou similaire maintenu sur l'embouchure par toute technique appropriée telle le soudage, le collage, l'encliquetage élastique ou non.... Autrement, on peut par exemple maintenir les lits de sphères contre le tampon el ou les entretoises à l'aide de colle ou similaire pour permettre l'opération d'assem- blage et de montage uilerieure avec un absorbeur selon l'invention constituant une entité facile à manipuler manuellement ou automatiquoment. On se reportera maintenant aux diverses vues de la Figure 3 qui illustrent la manière dont opère un absorbeur selon l'invention. Sur la vue A l'absorbeur est illustré dans son état initial. Si maintenant survient un choc axial ou oblique ne dépassant pas 30 environ par exemple, à composante longitudinale pour une plage de vitesses par exemple comprises entre 0 et 4 km/h environ, l'énergie est absorbée par une déformation élastique réversible le cas échéant du tampon élastique et/ou des sphères des lits, comme illustré sur la vue B. On observera aussi que l'utilisation de moyens de fixation à rotule ou similai- re, permet d'absorber des chocs "en coin" ou latéraux avec un angle de l'ordre dEo 60:. Si un tel choc survient pour une plage de vitesses comprise par exemple entre 4 et 8 km/h environ, l'énergie est absorbée de plus par une déformation plastique réduite, comme i]lustré sur la vue C, jusqu'à ce que le fond du corps el le socle du piston se tou- chent. Si maintenant un tel choc survient pour une plage de vitesses comprise par exemple entre 8 à 20 km/h environ, l'énergie est absorbée aussi par destruction de l'absorbeur par exemple par flambement de la tige du piston etou écrasement du corps qui par exemple "ondu- le", se gonfle, s'écrase a)u éclate avec fragmentation maîtrisée par des lignes de pré-rupture. Une telle déformation privilégiée di corps sert par exemple à limiter l'effort d'amcrçago du flambement du corps. Dans ce mode de réalisation, on a supposé que l'embase du corps était fix clair que la solution inverse peut être retenue. Il est clair que lorsqu'on utilise plusieurs tampons et/ou plusieurs lits de sphères par exemple 25 sphères rangées aléatoirement, les divers tampons peuvent être de taille, nature et structure différentes et qu'il en est de même des sphères d'un lit à l'autre voire au sein d'un même lit. Des éléments élastiques tels des ressorts peuvent aussi être utilisés en complément. Lorsqu'un absorbeur selon l'invention est fait essentiellement à base de polypropylène, il est peu coûteux, sa masse est de l'ordre de 1 kg et il est facilement recyclable. Un mode de réaLisation de l'invention com- prend par exemple un corps et un piston cylindriques qui, à l'état initial, occupent une position telle que l'embase et le socle sont séparés par une distance de l'ordre de 230 mm pour une course du piston de l'ordre de 70 mm lorsqu'il passe de la position initiale illus- trée sur la vue A à la position illustrée sur la vue C de la Figure 3. On a utilisé des sphères creuses de diamètre extérieur 25 mm environ pour une épaisseur de l'ordre de 1,2 à raison de cinq sphères non- jointives par lit, comme cela apparait sur la Figure 2. On a utilisé un tampon élastique en mousse de polypropylène de 80 g/l. On observera qu'en phase finale de déforma- tion de l'absorbeur comme illustré sur la vue D de la Figure 3, il n'y a pas de déformation de l'embase et de ce fait le longeron auquel il est fixé ne subit aucune atteinte. Des essais faits avec un absorbeur selon l'invention montrent que pour des vitesses inférieures à 6 km/h environ et pour une masse de 900 kg environ, la courbe effort maximum f on n(w;ton) en fonction du déplace- ment (en millimètre) est, grosso modo linéaire entre 60 mm environ et 20 k\ e:n rC. Des essais de même nature montrent que pour des -:_te;ses ne dépassant pas 15 km/h environ et pour une masse die 525 kg environ, la courbe en question est grosso modo parabolique entre 70-80 mm environ et 160 kN environ. De ce qui précede, on voit qu'un absorbeur d'énergie selon l'invention qui est compact et autonome assure une progressivité de l'absorption de l'énergie cinétique lors de chocs et que les parties qui sont mises en cause interviennent successivement, par palier, ce qui permet d'éventuelles interventions de réparation ou d'échange graduelles et proportionnées à l'importance du choc, et donc d'un coût réduit et commensuré. Par exemple, le coût de la réparation pour des détériorations à 8 km/h environ sont de l'ordre de 2,5 fois le coût de la réparation pour des détériorations à 4 km/h environ. Grâce à l'invention, la quantité d'énergie absorbée lors d'un choc qui produit une décélération assez brutale, est notablement augmentée durant environ les 25 premières millisecondes du choc. Habituellement c'est au cours de cette brève période que se déforme aussi les 300 premiers millimètres environ d'un véhicule classique, période pendant laquelle se déploient aussi habituellement les dispositifs pyrotechniques de protec- tion des passagers communément appelés dans la technique "air-bag". Ce qui précède met bien en lumière les particularités distinctives de l'invention, l'intérêt qu'elle offre et les avanta3es qu'elle procure, notamment en matière de sécurité passive puisque l'habitacle est préservé de toute déformaetion et les occupants sont soumis à une décélératc:. tie niveau acceptable, et cela sans modification de la cDn3ueur hors-tout d'un véhicule et sans atteinte à l'esthétique de sa silhouette. LO PREVEMDICATIONS 1 - Absorbeur d'énergie à action progressive caractérisé en ce qu'il comprend un corps (10) avec un chambre (11) intérieure délimitée par une paroi (111) latérale, par un fond (112) transpercé d'un orifice (1120) et par une embouchure (113) à l'opposé du fond (112), et avec une embase (12), un piston (20) avec une tête (21) qui présente deux faces (211, 212) opposées et qui est placée dans la chambre (11) de manière à pouvoir y coulisser, avec une tige (22) qui présente deux extrémités (221, 222) et dont l'une (221) est reliée à l'une des faces (221, 222) de la tête (21) et qui est engagée dans cet orifice /1120) pour s'y mouvoir et avec un socle (23) qui est relié à l'autre (212) des extrémi- tés (211, 212) de la tige (12), et une garniture (30) qui est placée dans la chambre (11) et intercalée entre l'embouchure (113) et la tête (21) et qui est faite d'au moins un tampon (31) élastique s'il y a lieu et d'au moins un lit (32) de sphères (320) o ces tampons (31) le cas échéant et lit (32) sont empilés et orientés transversalement à la chambre (11). 2 - Absorbeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lit (32) de sphères (320) est monostate. 3 - Absorbeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lit (32) de sphères (320) est multistrate. 4 Absorbeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les sphères (320) sont non-jointives. - Absorbeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les sphères (320) sont jointives. 6 - Absorbeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, carartérisé en ce qu'il comprend plusieurs lits 32 -.e spzères (320) et en ce que au moins deux lits (32 s ccessifs sont séparés par une entretoise (33). 7 - Absorbeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'embouchure (113) est close par un couvercle (1130). 8 - Absorbeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'un au moins des embase (12) et socle (23) est apte à recevoir des moyens de fixation (40. 9 - Absorbeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'un au moins de ces corps (10), piston ('20) et garniture (30) est fait à base de métal. 10 - Absorbeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'un au moins de ces corps (10), piston (20) et garniture (30) est fait à base de résine synthétique. 11 - Application d'un absorbeur selon l'une quelconque des revendicatLons 1 à 10 à un véhicule notamment automobile terrestre. 12 - Application à un véhicule qui comprend notamment un châssis-coque (C) avec longerons (L) et un pare-chocs (PC), d'un absorbeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 o cet absorbeur est placé entre longerons (L) et pare-chocs (PC).