Brevet FR2730065A1 — publié le 19960802

Accéléromètre. La présente invention concerne un accéLéromètre comportant une masse sensitive mobile, montée sur un support et dont une trajectoire de déplacement donnée forme un seuil de déclenchement. Un tel accéléromètre mécanique constitue un système de dé- clenchement inertiel, pour un verrouillage par exemple. Des systèmes d'entraînement de type mécanique (ressorts de pression ou de traction), de type pneumatique (gaz comprimé) ou hydraulique, peuvent être débloqués par le déverrouilla- ge. Le déverrouillage se produit au-dessus d'un seuil de déclenchement donné, d'une force exercée de l'extérieur et transmise au support, par exemple. Le seuil de déclenchement se caractérise par une trajectoire donnée du déplacement de la masse sensitive, provoqué par la force transmise. Le seuil de déclenchement s'oppose à ce que des effets de forces externes, des impulsions en particulier, situés au- dessous de ce seuil, provoquent une réponse de l'accéléromè- tre et le déblocage consécutif, d'un verrouillage par exem- ple. Il faut à cet égard prendre en compte que tous les effets de forces, situés au-dessous du seuil de déclenche- ment, ne peuvent pas provoquer une réponse de l'accéléromè- tre et que le capteur ne répond que lorsque l'effet de force s'élève au-delà du seuil précité. L'invention vise à créer un accéLéromètre du type cité en introduction, qui permette d'obtenir un comportement de réponse amélioré. Sur un accéléromètre du type cité en introduction, cet objectif est atteint, conformément à l'invention, par le fait que la masse sensitive se compose de deux masses, dont la première est guidée et peut osciller sur le support, et dont la seconde est montée et peut osciller sur la première. Les deux masses sont de préférence accouplées entre elles de sorte que, avec une force externe en forme d'impulsion, transmise par l'intermédiaire du support, une force est transmise par la seconde masse déplacée à la première masse, déplacée à partir de sa position de repos, cette force s'opposant, pour une durée donnée, à un retour de la pre- mière masse dans sa position de repos. Sous l'effet de plusieurs impulsions successives et/ou effets de forces en forme d'impulsions, agissant de l'extérieur et situés au- dessous du seuil de déclenchement, la première masse conti- nue ainsi à se déplacer à partir d'une position initiale, qui se situe déjà en dehors de la position de repos, lors de l'arrivée de la deuxième impulsion et des impulsions suivan- tes, si bien que l'obtention du seuil de déclenchement implique le parcours d'une trajectoire de déplacement, infé- rieure à la trajectoire correspondante au seuil de déclen- chement et à la force exercée de l'extérieur, requise pour atteindre ce seuil. Sur des véhicules automobiles en particulier, des impulsions s'exercent au début d'un accident (crash), au cours des premières 20 à 30 millisecondes par exemple, sur un accélé- romètre prévu sur le véhicule, ces impulsions se situant au- dessous du seuil de déclenchement du capteur. Ces impulsions réduites résultent de déformations sur le véhicule, obliga- toirement produites lorsque des zones déformables sont pré- vues sur ce dernier. Une force, qui dépasse le seuil de déclenchement de l'accéLéromètre, s'exerce donc sur ce der- nier avec un retard considérable. Des systèmes de sécurité, prévus sur le véhicule, des systèmes de retenue en particu- lier, tels que sacs gonflables, enrouleurs-dérouleurs de ceinture, ou systèmes de sécurité de pédales d'accélérateur, sont mis en marche trop tard avec une réponse trop tardive de l'accéléromètre, de sorte qu'ils n'exercent qu'insuffi- samment leur fonction de sécurité. Mais étant donné qu'une addition des trajectoires de dépla- cement de la masse sensitive, produites par les impulsions de force initiales encore inférieures au seuil de déclenche- ment, est obtenue à l'aide des deux masses accouplées entre elles, un raccourcissement considérable de la réponse de l'accéléromètre est obtenu, avant que la force exercée n'atteigne le seuil de déclenchement. Des impulsions indivi- duelles "intempestives", dites "misuse" en anglais, non produites par un événement accidentel et situées au-dessous du seuil de déclenchement, ne provoquent donc aucune réponse de l'accéléromètre. Mais en cas d'accident, le capteur ré- pond avant que la force externe exercée atteigne le seuil précit é. Chacune des deux masses présente de préférence un degré de liberté, les degrés de liberté des deux masses se situant dans un plan. Un couplage des deux masses est ainsi préfé- rentiellement obtenu, de sorte que l'addition explicitée ci- dessus des impulsions externes situées au-dessous du seuil de déclenchement, qui s'exercent initialement sur l'accélé- romètre en cas d'événement accidentel, provoque une réponse précoce du capteur. Il est avantageux que la première masse fasse partie d'un système masseressort oscillant, monté sur le support, et que la seconde masse soit réalisée sous forme de pendule physique, dont l'axe d'oscillation se situe à la transver- sale du sens de déplacement de la première masse. D'une manière préférentielle, le système masse-ressort de la première masse exécute un mouvement linéaire. La première masse exécute alors un mouvement parallèLe et/ou de transla- tion par rapport au support. Le déplacement additionné de la première masse peut être utilisé pour débloquer un verrouillage, un cLiquet d'arrêt s'appliquant sur cette masse, par exemple. Mais il est également possible d'utiliser le déplacement de la seconde masse pour débloquer un verrouillage. Le verrouillage peut alors également former une Limite de dé- placement pour la seconde masse. La première masse est préférentiellement montée sans frotte- ment sur le support au moyen de bras oscillants transver- saux. Pour un supportage sans frottement, les bras oscillants sont de préférence réalisés d'une seule pièce avec la première masse. Ils peuvent être réalisés sous forme de ressorts (ressorts à lames ou en barres). Les bras oscillants transversaux sont fixés sur le support et articu- lés avec la première masse, pour que cette dernière puisse exécuter le mouvement de translation préférentiel par rapport au support. Les bras oscillants peuvent être fixés dans le support ou être réalisés d'une seule pièce avec ce dernier. Dans une forme de construction préférentielle, le verrouillage présente un levier d'arrêt qui s'applique sur la première masse, le long d'une trajectoire correspondante au seuil de déclenchement. Le levier d'arrêt s'applique alors sur la première masse avec une force d'appui minime, qui agit dans le sens du déblocage du verrouillage. Il est enfin avantageux que la force d'appui soit formée par une force d'entraînement, bloquée par le verrouillage. L'invention sera encore détaillée à l'aide des dessins anne- xés, qui correspondent à: Figure 1: une représentation schématique d'un exemple de construction de l'accéLéromètre, Figure 2: un diagramme correspondant à la force exercée dans un véhicule sur l'accéLéromètre, en cas d'événe- ment accidentel, Figures 3A - E: un exemple de construction de l'accéléromè- tre couplé à un verrouillage. L'exemple de construction d'un accéléromètre, reproduit sur la figure 1, présente une première masse 1, montée et pou- vant osciller sur un support 3 par l'intermédiaire de bras oscillants transversaux 7, 8, réalisés sous forme de ressorts. Une seconde masse 2, réalisée sous forme de pen- dule physique, est montée sur la première masse 1 avec une possibilité de pivotement autour d'un axe d'oscillation 4. Les deux masses 1 et 2 forment la masse sensitive de l'accé- Léromètre. Le support 3 peut être fixé sur un véhicule ou sur un autre dispositif, contrôlé quant aux effets de forces externes. Pour un supportage sans frottement de la masse 1, les bras oscillants transversaux 7 et 8 sont réalisés d'une seule pièce avec la masse 1. Dans l'exemple de construction représenté, les bras oscillants 7 et 8 sont également réali- sés d'une seule pièce avec le support 3. Mais il est égale- ment possible de fixer les extrémités inférieures des bras 7 et 8 dans le support 3. Il est en outre possible de prévoir des articulations à charnière à frottement réduit aux points de transition entre les bras oscillants transversaux 7 et 8 et la masse 1, c'est-à-dire sur les extrémités supérieures des bras oscillants. Un supportage oscillant sur le support 3 est ainsi prévu pour la masse 1. Sous l'effet d'une force externe, la masse 1 exécute un mouvement d'oscillation li- néaire par rapport au support-3. Il s'agit dans cet exemple d'un mouvement de translation (parallèle) en va-et-vient. Par ailleurs, la seconde masse 2, réalisée sous forme de pendule physique, exécute sur la masse 1 une oscillation tournante autour de l'axe 4. Les deux masses 1 et 2 présen- tent des forces d'inertie (inerties) différentes. Le degré de liberté (déplacement linéaire) de la masse 1 et le degré de liberté (rotation) de la masse 2 se situent dans un plan commun. Le couplage entre les deux masses 1 et 2 et les inerties différentes font que, sous l'effet d'une force externe transmise par le support 3, en forme d'une impulsion en particulier, la première masse 1 exécute un mouvement linéaire par rapport au support 3 à partir de sa position de repos, contre la force de ressort exercée par les bras oscillants transversaux 7 et 8, qui peuvent être réalisés sous forme de ressorts à lames ou en barres, et éventuelle- ment contre la force d'un ressort supplémentaire, non repré- senté. Après l'effet de l'impulsion, le système masse- ressort, dont fait partie la masse 1, tend à ramener la masse 1 dans sa position de repos. Mais étant donné que le mouvement accéléré de la masse 1 confère au pendule physique de la masse 2 un mouvement pendulaire consécutif dans le même plan que le plan de déplacement, et que ce mouvement pendulaire, suivant dans le temps, est supporté sur la masse 1, la masse 2 exerce une force sur la masse 1 qui s'oppose au retour immédiat de la masse 1 dans sa position de repos après l'évanouissement de l'impulsion. L'amplitude des oscillations de pendule de la masse 2 provoque une persis- tance de la masse 1 dans sa position de déviation et/ou un mouvement de retour retardé dans la position initiale. Ce comportement de l'accéléromètre, reproduit sur la figure 1, peut être notamment utilisé lors de l'enregistrement d'un accident (crash) d'un véhicule. Cette possibilité sera en- core détaillée à l'aide de la figure 2. Lorsqu'un véhicule est impliqué dans un accident et que des forces frontales s'exercent, iL en résulte un diagramme de forces sur l'accélérometre à peu près sous la forme repro- duite par la courbe de la figure 2. Le temps, en milLisecon- des par exemple, est reporté en abscisse de la figure, la force et/ou l'accélération étant reportée en ordonnée. La force et/ou l'accéLération, correspondante au seuil de dé- clenchement du capteur, est reproduite en traits mixtes. Au début de l'accident, la force frontale externe ne s'exerce pas totalement, mais se traduit par des impulsions relative- ment faibles, qui se situent au-dessous du seuil de déclen- chement. Ce n'est qu'après une période de 40 à 50 millise- condes que la force exercée dépasse le seuil de déclenche- ment. Cela signifie que l'accéléromètre, s'il est réalisé dans le sens conventionnel, ne répond que très tard. Un recours fréquent jusqu'alors consistait à fixer à une valeur relativement basse le seuil de déclenchement du capteur, mais avec le risque que ce seuil soit dépassé par suite de chocs individuels, non provoqués par un accident, et qu'un déclenchement erroné "intempestif" ou "misuse" en anglais de l'accéléromètre se produise. O20 Sous l'effet d'une force, tel que celui reproduit sur la figure 2 ou d'un effet analogue, l'accéléromètre conforme à l'invention fonctionne comme suit: Par la première impulsion, la masse 1 est déplacée à partir de sa position de repos d'une trajectoire donnée, qui n'atteint pas encore le seuil de déclenchement. Avec ce déplacement, la masse 2 est animée d'un mouvement pendu- laire, au cours duquel la masse 1 est soumise à une force qui s'oppose à son retour en position de repos et/ou ralen- tit son retour en position de repos. Lorsque la deuxième impulsion s'exerce de l'extérieur, la masse 1 est déviée d'une trajectoire donnée à partir de sa position de repos, si bien que la trajectoire encore manquante de la masse 1 est parcourue dès la deuxième impulsion, pour atteindre et/ou dépasser le seuil de déclenchement. La force exercée sur la masse 1 par la masse oscillante 2 se répercute alors lorsque la masse 2 oscille dans le sens, dans lequel la masse 1 a déjà été déplacée. Un verrouillage, un cliquet d'arrêt en particulier, tel que celui encore explicité à l'aide de l'exemple de construction de la figure 3, est débloque par le déplacement de la masse 1. Mais il est également possible de débloquer un verrouillage 6 (figure 1), ou autres, par le mouvement pendulaire de la masse 2. Par ailleurs, le verrouillage 6 fait alors office de limite de déplacement pour le mouvement pendulaire de la masse 2. Mais il est également possible de prévoir sur la masse 1 une butée, qui limite le mouvement pendulaire de la masse 2. Un exemple d'application de l'invention sera encore détaillé à l'aide des figures 3A - E. Un accéléromètre conforme à l'invention, dont la première masse 1 et l'un des deux bras oscillants transversaux 7, 8 sont reproduits, est représenté sur la figure 3 en concours avec un verrouillage, réalisé sous forme de cliquet d'arrêt. Le verrouillage 5 s'engage dans un système d'allumage d'un générateur de gaz 9. Le système d'allumage présente un percuteur 13, soumis à la tension initiale d'un ressort de percussion 10. Le verrouillage 5, réalisé sous forme de cliquet d'arrêt, s'engage dans un évidement du percuteur 13. Sur le support 3 réalisé en forme de carter, le cliquet d'arrêt présente un support à couteau 14. Le cliquet d'arrêt s'applique par ailleurs sur une surface d'appui 15 de la première masse 1 de l'accéléromètre. Dans le sens de dépla- cement (flèche 16 sur la figure 3B) de la masse 1, la sur- face de contact entre la surface d'appui 15 et le verrouillage 5 présente une extension, qui correspond à la trajectoire de déplacement de la masse sensitive, formant le seuil de déclenchement. Le déplacement de la masse 1 peut se produire contre la force d'un- ressort supplémentaire 12, qui peut avoir la fonction d'un ressort de capteur. Mais la propriété d'un tel ressort peut être également conférée par les bras oscillants transversaux 7, 8. Le verrouillage 5 présente la forme d'un levier d'arrêt dont la partie cli- quet, comme déjà décrit, s'engage dans un évidement du percuteur 13. Le percuteur 13 forme un élément entrainable par le ressort de percussion 10. Le ressort 10 fait office de ressort d'entraînement. Une fermeture 11, réalisée sous forme de vis de réglage, permet un réglage fin de la force du ressort 10. L'axe de rotation du levier d'arrêt est formé par le support à couteau 14. Par la force du ressort 10, le levier d'arrêt du verrouillage 5 est précontraint dans une position de pivotement, caractérisée par une flèche 17 sur la figure 3C. Par suite du rapport de transmission élevé, le levier d'arrêt ne s'applique sur la surface d'appui 15 que par une force minime (3 N environ). Ce rapport élevé est obtenu par un bras de levier de courte longueur entre le point de prise du verrouillage 5 dans l'élément à entraîner (percuteur 13) et le supportage rotatif (support à couteau 14) du levier d'arrêt, et par le bras de levier important entre le supportage rotatif du levier et la surface d'appui sur la masse 1. Dans l'exemple de construction représen- té, la force d'appui est transmise par le ressort de per- cussion 10, qui sert de ressort d'entraînement. Avec un ralentissement du véhicule, supérieur à 5 g par exemple, la masse 1 commence à se déplacer dans le sens de la flèche 16 de la figure 3B. Ce sens de déplacement peut correspondre de préférence au sens de marche du véhicule. Les forces de rappel dans le système masse-ressort, dont fait partie la masse 1, peuvent également s'exercer à l'en- contre de ce sens. Lors de ce déplacement, le chevauchement entre le verrouillage 5 et la surface d'appui 15 sur la masse 1 se réduit, à un montant par exemple, diminué par rapport au chevauchement en position de repos (figure 3B). Si le ralen- tissement du véhicule a été provoqué par une impulsion externe individuelle, et si cette impulsion se situe au- dessous du seuil de déclenchement (figure 2), le verrouilla- ge 5 n'est pas débloqué. Par suite du mouvement pendulaire de la masse 2, non visible sur la figure 3, car elle se situe au-dessous ou à l'intérieur de la masse 1, la masse 1 reste encore un certain temps dans la position de chevauche- ment réduit, pour revenir enfin dans sa position initiale, par suite des forces élastiques de rappel. Mais si la première impulsion est suivie d'autres impul- sions, comme dans le cas d'un accident, l'impulsion et/ou les impulsions suivantes, qui se situent encore au-dessous du seuil de déclenchement, s'exercent de sorte que la masse 1 est encore déplacée, à partir du chevauchement réduit u, jusqu'à ce que tout chevauchement soit inexistant et que la masse i se soit déplacée, par rapport au support 3 et/ou au verrouillage 5, de la trajectoire correspondante au seuil de déclenchement. Le verrouillage 5 est alors dégagé de la surface d'appui 15, et pivote autour du support à couteau 14 dans le sens de la flèche 17, c'est-à-dire dans le sens du déblocage du verrouillage. L'engagement du cliquet du verrouillage 5 dans l'élément à entraîner, c'est-à-dire dans le percuteur, est alors débloqué, de sorte que le percuteur est déplacé sur le système d'allumage du générateur de gaz 9, par suite de l'effet d'entraînement du ressort 10 (figure 3D). Le générateur de gaz 9 est ainsi amorcé (figure 3E). Le ressort 10 est également utilisable pour l'entrainement d'autres éléments à entraîner. Le ressort 10 peut être utilisé, par exemple, pour l'entraînement mécanique d'élé- ments à déplacer dans un véhicule, tels que câble de trac- tion d'un rétracteur de ceinture de sécurité, ou autres. Le gaz carburant du générateur 9 est utilisable pour le gonflage d'un air bag. Mais il peut être également utilisé comme agent d'entraînement po-ur un rétracteur de ceinture, 1 1 entraîné par un gaz propulseur. Revendications. 1. Accéléromètre comportant une masse sentive mobile, montée sur un support et dont une trajectoire de déplacement donnée forme un seuil de déclenchement, caractérisé en ce que la masse sensitive se compose de deux masses (1, 2), dont la première (1) est guidée et peut osciller sur un support (3), et dont la seconde (2) est montée et peut osciller sur la première (1). 2. Accéléromètre suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des deux masses (1, 2) présente un degré de liberté, les degrés de liberté des deux masses (1, 2) se situant dans un plan. 3. Accéléromètre suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la première masse (1) fait partie d'un système masse-ressort oscillant, monté sur le support (3), la seconde masse (2) étant réalisée sous forme de pendule physique, dont l'axe d'oscillation (4) se situe à la trans- versale du sens de déplacement de la première masse (1). 4. Accéléromètre suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux masses (1, 2) sont accouplées entre elles de sorte que, sous l'effet d'une force externe en forme d'impulsion, transmise par l'intermédiaire du support (3), une force est transmise par la seconde masse (2) déplacée à la première masse (1) déplacée à partir de sa postion de repos, cette force s'opposant au retour de la première masse (1) dans sa position de repos. 5. Accéléromètre suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en que le le système masse-ressort de la pre- mière masse (1) exécute un mouvement linéaire. 6. Accéléromètre suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un verrouillage (5) peut être débloqué par La première masse (1) déplacée. 7. Accéléromètre suivant L'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un verrouil[Lage (6) peut être débloqué par la seconde masse (2) déplacée. 8. Accéléromètre suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le verrouillage (6) forme une limite de déplacement de la seconde masse (2). 9. Accéléromètre suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la première masse (1) est montée sans frottement sur le support (3) au moyen de bras oscillants transversaux (7, 8). 10. Accéléromètre suivant la revendication 9, caractérisé en ce que les bras oscillants transversaux (7, 8) sont réalisés sous forme de ressorts et sont réalisés d'une seule pièce avec la première masse (1). 11. Accéléromètre suivant l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les bras oscillants transversaux (7, 8) sont fixés dans le support (3). 12. Accéléromètre suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le verrouillage (5) présente un levier d'arrêt, qui s'applique sur la première masse (1) le long d'une trajec- toire correspondant au seuil de déclenchement. 13. Accéléromètre suivant la revendication 12, caractérisé en ce que le levier d'arrêt s'applique sur la première masse (1) par une force d'appui minime, agissant dans le sens du déblocage du verrouillage (5). 14. Accéléromètre suivant la revendication 13, caractérisé en ce que la force d'appui est formée par une force d'en- traînement, bloquée par le verrouillage (5).