Brevet FR2744779A1 — publié le 19970814

Si aujourd'hui personne ne conteste l'intérêt de la ceinture de sécurité automobile, en particulier dans le cas de chocs frontaux, il existe cependant des améliorations techniques et technologiques à concevoir et développer pour cet équipement. En effet, si on vérifie l'intérêt de voir les personnes plaquées sur le dossier de leur siège, en particulier par la tension, à l'aide d'un rétracteur ou d'un enrouleur pyrotechnique, on constate que de nombreuses personnes n'ont pu être sauvées par la ceinture dans le cas où le choc présente un pic de décélération très important. En effet, la décélération appliquée à la masse du haut du corps, créée une force au niveau du thorax qui s'appuie localement sur la ceinture qui est bloquée. En cas de pic de décélération, cette force dépasse le niveau admissible de la résistance des cotes qui se brisent et créent des lésions irréversibles. Le système limiteur d'effort composite à absorption d'énergie pour ceinture de sécurité (SYLEC) a pour objectif de remédier tout ou partie à ces inconvénients majeurs. Selon l'invention, le système SYLEC de base peut être schématisé ainsi (fig. 1). Un fusible (1) en matériaux composites préférentiellement tissé est placé dans un ensemble mécanique (2) entre un piston d'écrasement (3) et un fond d'appui (4). Selon l'invention, ce fusible commencera préférentiellement à se détruire par son extrémité en contact avec le piston si, et seulement si la force de tension de la ceinture sur le piston est supérieure à une valeur limite déterminée. Cette valeur est liée à la résistance du thorax. Cette destruction progressive s'effectuera sous une force constante tout au long de l'écrasement du fusible composite. Cette destruction du fusible en micro parcelles entrainera l'absorption d'une part importante de l'énergie cinétique du haut du corps. Selon l'invention, le système SYLEC est placé entre le point de liaison rigide de la structure du siège ou du véhicule et la ceinture ou son enrouleur, ou son rétracteur. Ainsi équipée, la ceinture de sécurité présente grâce à l'invention les caractéristiques ci-après : Soit Fa (t) la force d'appui entre le thorax et la ceinture de sécurité si celle-ci était bloquée. Dès que Fa (t) est égale à la valeur limite tolérée par le thorax Fe, le fusible en matériaux composites commence à s'écraser en présentant une force de résistance à la compression Fc qui induit, au niveau de la liaison thorax - ceinture, une force Fd choisie, inférieure ou égale à Fe. Grâce au fusible composite, selon 1 invention, cette force Fc est constante, précise et reproductible. Cependant, sans sortir de l'invention, on peut, en faisant varier l'épaisseur ou la texture ou le diamètre du fusible, obtenir une force Fc croissante qui sera elle aussi précise et reproductible. Selon l'invention, cet écrasement du fusible sous effort maîtrisé, permet l'extension de la ceinture en limitant l'effort sur le thorax à une force inférieure ou égale à la valeur limite et en retenant l'avancée du haut du corps avec cette même force. Dans la plupart des cas, le haut du corps est suffisamment retenu pour ne pas heurter le volant, le tableau de bord, le pare-brise ou les dossiers de sièges avant pour les passagers arrières. Dans le cas où le spectre de décélération présente plusieurs pics qui entraîneraient, en cas de blocage de la ceinture, des pics d'effort au contact du thorax sur la ceinture supérieurs à la valeur limite de tenue du thorax, la destruction du fusible composite, selon l'invention, est elle aussi séquentielle et permet une optimisation de la retenue du haut du corps. En effet, dans ce cas, la destruction du fusible composite s'initie, lors du premier pic, au moment où la force Fa (t) thorax - ceinture atteint la force choisie Fd inférieure à la force limite Fe tolérée par le thorax ; le fusible se détruit en appliquant une force Fd sur le thorax ; l'avancée du haut du corps ne se fait donc que sous l'effet de la force résiduelle Fr (t) = Fa (t) - Fd. Dès que la force Fa (t) devient inférieure à Fd, le fusible composite continue à se détruire sur une petite longueur 1 pour absorber l'énergie cinétique relative Ec du haut du corps dans le repère lié au véhicule, tel que (Fd - Fa (t)) x 1 = Ec et ce, jusqu'à l'arrêt de l'avancée du haut du corps. Si la force Fa (t) présente un deuxième pic et dépasse à nouveau la valeur Fd, le même phénomène mécanique se reproduit et ce, jusqu'à l'arrêt du véhicule. La présente invention peut équiper indifféremment des ceintures équipées ou non de rétracteur pyrotechnique ou d'enrouleur à prétensionneur pyrotechnique. La présente invention peut se présenter sous la forme d'un ensemble mécanique complet qui se place, soit entre la ceinture éventuellement équipée de ses équipements de prétension, et la fixation sur la structure du véhicule (planches, montants, sièges ...), soit au sein de l'ensemble de prétension ou de blocage de la ceinture. La présente invention peut aussi s'intégrer dans l'équipement de prétension ou de blocage de la ceinture. L'originalité de la conception et de la construction de la présente invention ressortira, en particulier, de sa description et de la justification des techniques et technologies employées. Toutefois, les descriptions qui vont suivre de plusieurs variantes du système limiteur d'effort composite à absorption d'énergie pour ceinture de sécurité (SYLEC) sont illustratrices et non limitatives de l'invention. Elles doivent être lues en regard des dessins annexés. Fig.2 - SYLEC de base indépendant, placé entre la structure du véhicule et la ceinture ou l'un de ses équipements de prétension ou de blocage. Fig. 3 - SYLEC intégré dans un rétracteur pyrotechnique de ceinture. Fig. 4 et 4 bis - SYLEC intégré axialement dans un enrouleur mécanique ou à prétension pyrotechnique et relié par câble au système d'enroulement. Fig. 5 - SYLEC intégré tangentiellement dans un enrouleur mécanique ou à prétension pyrotechnique et relié par câble au système d'enroulement. Fig. 6 et 7 - SYLEC intégré axialement dans un enrouleur mécanique ou à prétensionneur pyrotechnique et dont le piston est relié par une vis au système d'enroulement (vis intérieure et vis extérieure du fusible composite). Fig. 8 et 9 - SYLEC à fusible composite en portion de tore intégré dans un enrouleur mécanique ou à prétensionneur pyrotechnique (liaison par axe central ou par cylindre externe). Fig. 10 - 11 et 12 - Formes géométriques des initiateurs de destruction à effort maîtrisé des fusibles composites. Selon l'invention, le SYLEC de base indépendant et placé entre la structure du véhicule et la ceinture ou l'un de ses équipements de prétension ou de blocage (fig.2) est constitué principalement d'un corps (2) fixé à la structure du véhicule par une attache (5) et dans lequel coulisse un piston (3) sous l'effet de la force appliquée à l'attache (6) de liaison avec la ceinture ou l'un de ses équipements. Lors de sa course, le piston (3) écrase le fusible composite (1). Afin de régulariser la cinématique de l'écrasement du fusible composite (1) et d'obtenir une force d'écrasement constante ou conforme aux caractéristiques attendues, selon l'invention, on place le fusible composite (1) dans un talon (7) de maintien présentant une double couronne (8) d'encastrement et on intercale entre le piston (3) et le fusible composite (1) un sabot (9) équipé d'une couronne préférentiellement intérieure (10) de centrage et de maintien. Le talon (7) est en appui sur la fermeture (4) du corps dont l'orifice sert de guidage à la tige du piston (3). Le talon (7) peut être intégré à l'appui de fermeture (4) et le sabot (9) peut être intégré au piston (3). Selon l'invention, le SYLEC intégré dans un rétracteur pyrotechnique de ceinture fig.3 est constitué principalement d'un corps (2) fixé à la structure du véhicule. Le piston (3) présente un orifice central dans lequel coulisse le piston moteur (13) du rétracteur pyrotechnique. Le générateur de gaz du rétracteur de ceinture est fixé sur le corps à l'aide du filetage (11). Avant le fonctionnement de ce générateur, le piston moteur est en position (12) et il est équipé de son système de blocage anti retour (14) libre en mouvement. Lors du fonctionnement du générateur de gaz, le noyau moteur se déplace jusqu'à sa position (13), il tend la ceinture par l'intermédiaire du câble (18). L'étanchéité est assurée par un joint (17). Le noyau moteur (13) est bloqué sur le piston (3) à l'aide de son système anti-retour (15). Si la force appliquée par le thorax sur la ceinture crée une force de traction sur le câble (18) supérieure à la résistance à l'amorce de rupture du fusible (1), selon l'invention cette force de traction, transmise par le noyau (13) au piston (3), entraîne l'écrasement et la destruction progressive du fusible (1) placé entre le talon (7) et le sabot (9). Selon l'invention, cette construction rend la course d'écrasement du fusible (1) indépendante de la course de prétension du noyau moteur liée aux conditions relatives de tension et de longueur de la ceinture, au moment de l'accident. Selon l'invention, le SYLEC peut être intégré à un enrouleur équipé ou non d'un prétensionneur pyrotechnique en étant placé selon l'axe de l'enrouleur (23) - fig. 4 et 4 bis. Le fusible composite (1) est placé entre le talon d'appui (7) lié à la structure du véhicule et le sabot (9) du piston mobile (3) lié à la partie mobile en rotation (11). Le piston (3) comporte un cylindre de guidage (19) car la liaison avec l'enrouleur de ceinture est assurée par un câble (18), préférentiellement en acier ou en fibre aramide. Ce câble de liaison (18) est fixé en (22) au tambour de l'enrouleur de ceinture (21). Afin de passer de l'axe longitudinal de l'enrouleur (23) à l'axe tangentiel du tambour (21), le câble (18) traverse deux oeillets de guidage (20) (2Obis). Selon l'invention, Le SYLEC peut être intégré dans un enrouleur (23) équipé ou non d'un prétensionneur pyrotechnique, en étant placé tangentiellement à l'enrouleur. Le fusible composite (1) est placé entre le talon d'appui (7) et le sabot(9). Le piston (3) comporte un cylindre de guidage (19) car la liaison avec un tambour mobile de l'enrouleur (21) est faite à l'aide d'un câble (18) préférentiellement en acier ou en aramide. Ce câble (18) est fixé en (22) au tambour mobile (21), celui-ci est lié au système d'enroulement de la ceinture. Selon l'invention, le SYLEC peut être intégré à un enrouleur et placé selon l'axe de rotation de cet enrouleur, le piston étant relié au système d'enroulement par une vis. Le fusible composite (1) est placé entre le talon (7) et le sabot (9) qui présente ou non un ergot de positionnement (27) qui coulisse dans une rainure (28) réalisée dans le corps (2) lié à la partie fixe de l'enrouleur ; le fond du corps (2) faisant office de fond d'appui ; ceci empêche la rotation du sabot (9), ce qui entraînerait un couple de torsion perturbateur sur le fusible (1). Le piston d'écrasement (3) est équipé d'une portion de vis (30) et d'un ergot (29). L'axe (24) de type vis (30) est lié au système d'enroulement de la ceinture mobile en rotation. Selon l'invention, la force appliquée par le thorax sur la ceinture crée un couple de rotation sur l'axe de l'enrouleur qui transmet ce couple à l'axe (24). Celui-ci transmet ce couple au piston (3) par l'intermédiaire de la liaison vis (30). Le piston (3) se déplaçant axialement du fait de la présence de son ergot (29) dans la rainure (28). Il induit une force axiale appliquée au fusible (1). Selon l'invention, le SYLEC à action rotative est préférentiellement intégré dans un enrouleur de ceinture équipé ou non d'un prétensionneur pyrotechnique. Selon l'invention, la liaison entre le SYLEC et l'enrouleur se fait préférentiellement par l'axe central (fig.8) ou par une couronne extérieure (fig.9). Dans le cas de la liaison par l'axe central (fig.8), le fusible composite (1) a préférentiellement une forme torique, il est maintenu intérieurement par un axe métallique (33) de même forme torique. Sans sortir de l'invention, il peut être cylindrique et être placé selon une corde de l'enrouleur (31). Le fusible composite (1) est placé entre un talon d'appui (7) et un sabot (9). Le piston (3) est lié à l'enrouleur (31) par l'axe (32). Dans le cas de la liaison par couronne extérieure (fig.9), le fusible composite (1) est préférentiellement de forme torique, mais sans sortir de l'invention, il peut être cylindrique et être placé selon une corde de l'enrouleur (31). Le piston (3) est lié à l'enrouleur (31) par la couronne (34). Selon l'invention, le fusible composite (1) est réalisé préférentiellement par enroulement d'un tissu préimprégné d'une résine thermodurcissable telle que polyester, vinylester, epoxyde. Le tissu est préférentiellement en fibre de verre ou en fibre de carbone. Sans sortir de l'invention, on peut utiliser d'autres fibres pour le tissu, d'autres résines thermodurcissables et réaliser le fusible composite (1) par enroulement de tissu sec imprégné au moment de l'enroulement. Selon l'invention, le fusible composite est aussi réalisé préférentiellement par enroulement de tissu préimprégné de résine thermoplastique. Selon l'invention, le fusible composite est aussi réalisé par enroulement simultané d'un tissu sec et d'un fil thermoplastique, puis chauffé et comprimé. Sans sortir de l'invention, on peut réaliser le fusible composite par injection de résine thermodurcissable sur des formes cylindriques tissées ou tressées. Sans sortir de l'invention, on peut réaliser le fusible composite par mise en forme, sur un mandrin cylindrique, de formes cylindriques tissées ou tressées préimpregnées de résine thermodurcissable. Sans sortir de l'invention, on peut réaliser le fusible composite par enroulement filamentaire préférentiellement de fil de verre ou de carbone imprégné ou préimprégné de résine thermodurcissable ou thermoplastique. Sans sortir de l'invention, on peut réaliser ces fusibles composites par d'autres moyens industriels. Selon l'invention, l'extrémité d'amorçage du fusible composite a été définie pour maîtriser l'effort d'amorçage de la destruction à un niveau déterminé, par rapport à l'effort de destruction au long du fusible composite. Selon l'invention, l'extrémité d'amorçage de la rupture du fusible composite est préférentiellement placée du côté du sabot. Selon l'invention, cette extrémité (fig.1O) présente préférentiellement une partie cylindrique (35) d'épaisseur el, une partie conique (36), et le début du corps (37) qui est cylindrique d'épaisseur e2, lorsque l'on veut une force d'écrasement constante. Selon l'invention, cette extrémité (fig.11) présente préférentiellement une partie cylindrique (35) d'épaisseur el, puis une partie cylindrique (37) d'épaisseur e2. Selon l'invention, cette extrémité (fig.12) présente préférentiellement une partie tronconique (36) dont l'épaisseur de départ est égale à el et une partie cylindrique (37) d'épaisseur e2. Selon l'invention, ces géométries de l'extrémité d'amorçage sont réalisées préférentiellement par nappage de tissu prédécoupé, dont la géométrie à plat avant enroulement est adaptée à la géométrie d'amorçage. Après enroulement, ces découpes entraînent des sous-épaisseurs locales de l'extrémité d'amorce de rupture. Sans sortir de l'invention, la géométrie de l'amorçage peut être usinée. Selon l'invention, le fusible composite (1) peut être cylindrique et l'amorçage de la rupture réalisée par une diminution locale de la densité de fibres en chaîne ou en trame ou en chaîne et trame du tissu qui sera enroulé. REVENDICATIONS 1) Dispositif limiteur d'effort à absorption d'énergie caractérisé en ce qu'il est constitué d'un fusible en composite (1) qui est un élément cylindrique réalisé en matériaux composites, placé entre un fond d'appui fixe (4) et un piston mobile (3) lié à la source d'effort. 2) Dispositif selon la revendication 1 et caractérisé en ce que le fusible composite (1) est centré et maintenu par un talon d'appui (7), dont les deux couronnes cylindriques (8) encastrent le pied du fusible et par un sabot (9), dont la couronne cylindrique intérieure (10) oriente la destruction vers l'extérieur. 3) Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2 et caractérisé en ce que le fusible composite (1) est réalisé en matériaux composites tissés par enroulement de tissus de verre ou de carbone préimprégnés de résine epoxyde, polyester ou vinylester. 4) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 et caractérisé en ce que le fusible en composite (1) présente une extrémité dont la forme est cylindrique, de plus faible diamètre extérieur (35) avec un raccordement tronconique (36) du diamètre nominal (37) de la partie principale du cylindre, afin de limiter l'effort de rupture initiale au niveau de l'effort de rupture observée tout au long de la destruction de la partie principale du fusible en composite. 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la forme de l'extrémité d'amorce de rupture du fusible composite (1) est réalisée par nappage de tissu prédécoupé dont la géométrie à plat avant enroulement présente une découpe qui, après enroulement, entraîne des sous épaisseurs locales de l'extrémité d'amorce de rupture. 6) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la forme de l'extrémité d'amorce de rupture du fusible en composite (1) est réalisée par usinage. 7) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'une des extrémités du fusible en composite (1) présente une diminution des caractéristiques mécaniques par utilisation d'un tissu, dont la densité de la chaîne ou de la trame est diminuée, et ce, afin de limiter l'effort de rupture initiale au niveau de l'effort de rupture observée tout au long de la destruction de la partie principale du fusible en composite. 8) Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 4, 5, 6, 7, caractérisé en ce que le fusible composite (1) est réalisé en matériaux composites tissés par enroulement d'un tissu de verre ou de carbone préimprégné d'une résine thermoplastique. 9) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, destiné à équiper une ceinture de sécurité automobile, et dont le fond d'appui (4) est lié à la structure du véhicule et le piston mobile (3) à la ceinture ou à un de ses équipements de prétension ou de blocage ou vice versa. 10) Dispositif selon l'une des revendication 1 à 8, destiné à équiper une ceinture de sécurité automobile à enrouleur et étant placé selon l'axe de rotation de celui-ci, et dont le fond d'appui est lié à la structure du véhicule et le piston mobile à la partie mobile en rotation (21) de l'enrouleur (23) par un câble souple (18) orienté par un ou des oeillets (20). 11) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, destiné à équiper une ceinture de sécurité automobile à enrouleur et étant placé selon un axe "tangentiel" à l'enrouleur (23), et dont le fond d'appui est lié à la partie fixe de l'enrouleur et le câble (18) lié au piston mobile (3)à la partie mobile en rotation de l'enrouleur (21). Ce piston (3) étant équipé d'un cylindre de guidage (19). 12) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, destiné à équiper une ceinture de sécurité automobile à enrouleur, et étant placé selon l'axe de rotation de l'enrouleur, dont le fond d'appui (2) est lié à la partie fixe de l'enrouleur et le piston mobile (3) lié à la partie mobile en rotation de l'enrouleur par une vis (25), dont la contre vis (30) est liée au fond d'appui (2). 13) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, destiné à équiper une ceinture de sécurité automobile à enrouleur, et étant placé selon l'axe de rotation de l'enrouleur, dont le fond d'appui (2) est lié à la partie fixe de l'enrouleur, et le piston mobile mis en mouvement de translation par une vis (30) liée à la partie mobile en rotation de l'enrouleur. 14) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, destiné à équiper une ceinture de sécurité automobile à enrouleur, dont le piston mobile en rotation (3) est lié à la partie mobile en rotation de l'enrouleur, soit par un axe central (32), soit par une couronne extérieure (34) et dont le piston écrase un fusible composite (1) en portion de tore monté sur un support axial de même forme (33). 15) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, destiné à équiper une ceinture de sécurité automobile à prétensionneur pyrotechnique, dont le noyau moteur de prétension (12) vient, après fonctionnement du générateur de gaz, empêcher l'allongement de la ceinture en se bloquant sur le corps cylindrique du piston mobile (3) et dont le piston mobile (3) viendra écraser le fusible composite (1) dès que la force de traction de la ceinture sur le câble (18) lié au noyau moteur (13) sera supérieure à la valeur limite choisie.