Brevet FR2751933A1 — publié le 19980206

L'invention concerne un tube dont la paroi est susceptible d'être retournée, notamment sous l'effet d'une forte poussée ou d'un choc, appelé tube emboutis- sable par retournement, pour véhicules automobiles, qui est utilisé en particulier comme pièce de liaison entre deux parties ou tronçons d'un arbre de direction et qui, par application d'une force axiale, peut être retourné, sous déformation plastique et à commencer par une extré- mité, avec consommation ou conversion d'énergie. Par le document DE 1 931 844 B1, on connaît un tel tube, pour véhicules automobiles, qui a pour but d'amortir un choc axial par le processus d'emboutissage par retournement. On a prévu dans ce cas, après amorçage du mouvement de retournement, une déformation plastique continue qui est obtenue par une forme cylindrique de même épaisseur de paroi sur toute la longueur. Le document DE 33 21 198 C1 décrit un arbre de direction de sécurité en matière plastique, qui comporte des tronçons ayant des diamètres extérieurs différents, mais dont le diamètre intérieur reste le même, un tronçon étant prévu pour une déformation cédante sous charge axiale. Ce tronçon est réalisé avec un plus grand dia- mètre extérieur et une plus faible épaisseur de paroi et est capable de s'élargir sous pression. Une dégradation d'énergie de l'ordre de grandeur comme dans une exécution sous la forme d'un tube emboutissable par retournement, ne peut pas être obtenue par un tel tronçon déformable. Sa résistance au changement de forme diminue à mesure que la déformation et la désintégration de la structure fi- breuse de l'arbre de direction augmentent. Le but de l'invention consiste, dans le cas d'un arbre de direction comportant un tube emboutissable par retournement du type générique indiqué, à moduler la résistance à la déformation du tube de façon adaptée à la force d'impact d'un occupant du véhicule lorsque celui-ci vient heurter le volant dans le cas d'un accident et en particulier d'une collision de véhicule. Conformément à l'invention, on obtient ce ré- sultat par le fait que le tube comporte, à partir de l'extrémité o commence le retournement, un tronçon lon- gitudinal plus facilement déformable que le tronçon lon- gitudinal suivant. Un tube emboutissable par retournement en tant que pièce de liaison entre deux tronçons de l'arbre de direction d'un véhicule automobile, est capable, lors de la charge axiale exercée par un occupant heurtant le vo- lant lors d'une collision du véhicule, de réduire, par sa possibilité de déformation typique, les forces ainsi exercées par l'occupant du véhicule sur l'arbre de direc- tion et de diminuer de cette manière, pour les occupants, les contraintes auxquelles ils peuvent être soumis et les blessures susceptibles d'être provoquées par la résis- tance de l'arbre de direction. Une des extrémités du tube est enfoncée à cet effet à travers l'espace intérieur du tube ou retournée vers l'extérieur par une déformation continue de la paroi du tube. Le tube emboutissable par retournement selon l'invention réagit de façon adaptée à la force d'impact d'un occupant grâce au fait qu'il présente, dans le sens de son étendue longitudinale, des zones ayant des résis- tances à la déformation différentes et qui déterminent une plus grande ou une plus petit déformabilité du tube. Le tube est conçu de manière que, à partir de l'extrémité à laquelle commence le mouvement de retourne- ment, il comporte un premier tronçon longitudinal, auquel se raccorde un tronçon longitudinal ayant un plus petit diamètre intérieur ou une plus forte épaisseur de paroi que le premier tronçon, de sorte que le tube peut être retourné dans le premier tronçon longitudinal en opposant une plus faible résistance que dans le deuxième tronçon longitudinal. La résistance à la déformation du tube est ainsi choisie pour que l'impact avec le volant d'une per- sonne relativement légère (de poids corporel relativement faible) soit encaissé et amorti par la faculté de céder du premier tronçon, de plus faible résistance, tandis que l'impact d'une personne plus lourde produit également la déformation de la zone ou du tronçon de plus grande ré- sistance et qu'une telle personne, après la phase au cours de laquelle le tube cède, est retenue par une plus haute résistance de l'arbre de direction, de manière à éviter ainsi, autant que possible, le retournement com- plet du tube et la compression maximale de l'arbre de di- rection. Au deuxième tronçon longitudinal, de plus haute résistance à la déformation, peut se raccorder de nouveau un tronçon longitudinal plus facilement déformable, de sorte que les contraintes auxquelles les occupants peuvent être soumis lors d'une collision diminuent de nouveau, et ce troisième tronçon peut lui-même être suivi d'un tronçon terminal ayant la plus haute résistance à la déformation et pouvant entrer en action dans une éven- tuelle phase finale de retournement du tube. Un tube emboutissable par retournement possé- dant différents diamètres qui se succèdent, est réali- sable avec une épaisseur de paroi qui reste approximati- vement la même sur toute sa longueur, mais cette épais- seur peut également varier, ce qui permet d'exercer une influence supplémentaire sur la résistance à la déforma- tion du tube. De même, le tube peut aussi être adapté aux conditions de déformation désirées par la seule varia- tion, sur sa longueur,de l'épaisseur de paroi à déformer. Cette épaisseur peut être changée aussi par des pièces tubulaires fixées en supplément au tube. La faculté de céder de l'arbre de direction sous l'effet d'une force axiale, est ainsi adaptable simplement aux conditions dans des véhicules automobiles quelconques. La forme cylindrique d'un tronçon longitudinal du tube emboutissable par retournement offre une force de déformation à peu près constante, ou une résistance de l'arbre de direction à peu près de même valeur sur tout ce tronçon, à l'égard des occupants du véhicule exerçant une force sur elle. Les tronçons cylindriques de diffé- rents diamètres peuvent être reliés entre eux par des tronçons coniques qui procurent une transition en douceur entre une résistance à la déformation relativement faible et une plus haute résistance à la déformation ou inverse- ment. Pour appuyer l'arbre de direction comportant un tel tube, il est avantageux de prévoir un palier à trois points ou à trois paliers élémentaires mutuellement espa- cés axialement et dont celui du milieu forme un palier offrant une mobilité en translation longitudinale à l'arbre de direction près de l'extrémité o commence le retournement du tube, de sorte que l'arbre ne fléchit pas pendant la déformation du tube. Afin que le tronçon lon- gitudinalement déplaçable de l'arbre de direction reçoive un bon guidage permettant sa translation facile, contre une faible résistance, un palier élémentaire à transla- tion longitudinale contient une cage à billes déplaçable conjointement avec l'arbre dans ce palier. Les paliers élémentaires peuvent être montés dans une bride de fixation d'une seule pièce par laquelle on peut les ancrer collectivement dans le véhicule automobile. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que du dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue de côté partiellement en coupe axiale d'une partie d'un arbre de direction com- portant un tube emboutissable par retournement et possé- dant des tronçons ayant des diamètres différents, tronçons qui sont indiqués en traits mixtes, le premier tronçon étant montré au début de la déformation; - la figure 2 est un diagramme force-trajet se rapportant à la déformation de l'exemple représenté sur la figure 1 d'un tube emboutissable par retournement; et - la figure 3 montre une disposition correspon- dant à celle de la figure 1, mais avec un tube emboutis- sable par retournement comportant des tronçons de diffé- rentes épaisseurs de paroi. Les figures 1 et 3 montrent une partie d'un arbre de direction 1 installée dans un véhicule automo- bile dont les autres parties ne sont pas représentées. L'arbre de direction s'étend en réalité obliquement vers le haut et accouple un mécanisme de direction non repré- senté à un volant 2. L'arbre 1 est appuyé dans le véhi- cule par un palier à trois points 3 dont les points se présentent sous forme de paliers élémentaires 3a, 3b et 3c qui sont mutuellement espacés axialement et dont celui désigné par 3a est un palier fixe, tandis que ceux désig- nés par 3b et 3c permettent un mouvement de glissement en translation longitudinale de l'arbre de direction 1. En vue d'un bon guidage de l'arbre 1 en direction axiale et un bon appui en direction radiale, le palier élémentaire 3c comporte une cage à billes 4 fixée à l'arbre 1 et dont les billes roulent sur une surface de guidage dans le palier élémen- taire 3c lors d'un déplacement en translation longitudi- nale de l'arbre. Les paliers élémentaires 3a, 3b et 3c sont montés dans une bride de fixation 5 en une seule pièce qui est commune à ces paliers élémentaires et per- met ainsi leur fixation collective dans le véhicule auto- mobile, par exemple sur une poutre transversale 6. L'arbre de direction 1 comporte, entre deux parties ou tronçons d'arbre, un tube emboutissable par retournement 7, 7' qui les relie et qui, lorsqu'une pres- sion axiale est exercée sur le volant 2, peut être re- tourné, à commencer par l'extrémité 9 représentée ici à droite, dans l'espace intérieur 8 du tube, sous déforma- tion plastique et avec consommation ou conversion d'éner- gie, la paroi du tube subissant une déformation continue. Le début du retournement du tube est indiqué en traits mixtes. Le palier élémentaire 3b du milieu sert à suppor- ter l'arbre 1, tout en permettant son déplacement longi- tudinal, près de l'extrémité 9 o commence le retourne- ment et à empêcher son flambement. Le tube 7, 7' est ca- pable, lors d'une collision du véhicule, grâce à sa pos- sibilité de déformation, de convertir de l'énergie d'im- pact appliquée axialement et de réduire ainsi la résis- tance opposée par le volant aux occupants et par suite les contraintes auxquelles ils sont soumis et le risque de blessures des occupants par cet impact. Le tube 7, 7' réagit de façon adaptée à la force d'impact des occupants lorsqu'ils heurtent le vo- lant 2, du fait qu'il présente, le long de son étendue longitudinale, des zones ayant des résistances à la dé- formation différentes et qui déterminent une déformabi- lité relativement grande ou plus petite de ce tube. Comme on peut le voir dans le diagramme force (F)-trajet de déformation (s) de la figure 2, le tube 7, 7' est conçu pour que, à partir de l'extrémité 9 o com- mence le retournement, il comporte un tronçon longitudi- nal 10 auquel se raccorde un tronçon longitudinal 11 dont la déformation est plus difficile, de sorte que le tube 7, 7' peut être retourné par une faible force F dans le premier tronçon 10 et par une force F plus élevée dans le deuxième tronçon 11. La résistance à la déformation du tube 7, 7' a ainsi été choisie afin que l'impact d'un oc- cupant relativement léger puisse être encaissé et amorti par une faculté de céder relativement grande du tube dans le tronçon longitudinal 10, tandis que l'impact plus im- portant d'un occupant plus lourd provoque également la déformation par retournement de la zone de plus grande résistance formée par le deuxième tronçon longitudinal 11, dans lequel une conversion d'énergie plus importante peut avoir lieu. A ce tronçon longitudinal 11 de résistance à la déformation plus élevée, se raccorde de nouveau un tron- çon longitudinal 12 plus facilement déformable, de sorte que la sollicitation des occupants lors du retournement de ce troisième tronçon diminue de nouveau. Le troisième tronçon est lui-même suivi d'un tronçon longitudinal ter- minal 13 ayant la plus haute résistance à la déformation et qui peut entrer en action - par son retournement - dans une éventuelle phase finale de retournement, ceci afin d'éviter autant que possible le retournement complet du tube 7, 7' et la compression maximale de l'arbre de direction 1. L'exemple de réalisation de la figure 1 montre un tube emboutissable par retournement 7 dont les tron- çons longitudinaux 10, 11, 12 et 13 ont des diamètres in- térieurs différents et une épaisseur de paroi 14 qui reste à peu près la même sur toute la longueur. C'est ainsi que le tronçon 10 est réalisé avec un plus grand diamètre intérieur que le tronçon 11, de sorte qu'il est plus facilement retournable. Le tronçon longitudinal 11 doit opposer, à des occupants projetés contre le volant avec plus de force et dont l'impact a déjà produit le re- tournement du tronçon 10, une résistance plus élevée, s'accompagnant d'une conversion d'énergie plus impor- tante. Le tronçon longitudinal suivant 12 présente un plus grand diamètre intérieur que le tronçon 11 et est lui-même suivi du tronçon longitudinal 13 ayant le plus petit diamètre intérieur du tube 7 et la plus grande ré- sistance à la déformation, ce tronçon terminal entrant éventuellement en action dans la phase finale de retour- nement. Ce comportement de déformation différencié dans les tronçons successifs peut encore être accentué par des épaisseurs de paroi différentes. La forme cylindrique de ces tronçons longitudi- naux 10, 11, 12 et 13 offre, sur chaque tronçon, une force de déformation restant approximativement la même ou une résistance de l'arbre de direction 1, à l'égard des occupants exerçant une force sur elle, qui reste approxi- mativement constante. Les tronçons cylindriques 10, 11, 12 et 13 sont reliés entre eux par des tronçons coniques qui apportent une transition régulière entre une ré- sistance à la déformation relativement faible et une plus forte résistance à la déformation ou inversement. La figure 3 montre une autre possibilité de réalisation sous la forme d'un tube emboutissable par re- tournement 7' qui est doté d'une épaisseur de paroi 16 variable, laquelle détermine la résistance à la déforma- tion. A cet effet, des viroles 18, 19 sont mises en place autour ou à l'intérieur d'un tube d'arbre de direction 17, viroles qui augmentent la résistance à la déformation du tube d'une façon analogue à celle décrite relativement aux figures 1 et 2. A la suite du tronçon longitudinal 10, commençant à l'extrémité 9 d'o part le retournement et dont la résistance au retournement est conçue pour un occupant de véhicule relativement léger, la virole 18, disposée extérieurement autour du tube d'arbre 17, ac- croît la résistance au retournement dans le tronçon lon- gitudinal 11 dans la mesure nécessaire pour obtenir, pour une personne venant heurter le volant avec une plus grande force, une conversion d'énergie supplémentaire des forces transmises par l'impact sur le volant 2. A la suite de la virole 18, la résistance au retournement du tube 17 de l'arbre de direction est réduite en consé- quence (tronçon longitudinal 12), avant d'être augmentée une nouvelle fois, et fortement, dans le tronçon longitu- dinal 13 par la virole 19 mise en place à l'intérieur de ce tronçon, lequel peut éventuellement entrer en action dans une phase finale de retournement. Une épaisseur de paroi variable 16 est naturellement réalisable aussi par d'autres méthodes couramment appliquées. La faculté de céder de l'arbre de direction 1, lorsqu'il est soumis à des forces axiales, peut ainsi être adaptée de manière simple aux conditions existant dans des véhicules automobiles quelconques. REVENDICATIONS 1. Tube emboutissable par retournement pour vé- hicules automobiles, utilisé en particulier comme pièce de liaison entre deux tronçons d'un arbre de direction et qui, par application d'une force axiale, peut être retourné, sous déformation plastique et à commencer par une extrémité, avec conversion d'énergie, caractérisé en ce que le tube (7 ou 7') comporte, à partir de l'extrémité (9) o commence le retournement, un tronçon longitudinal (10) plus facilement déformable que le tronçon longitudinal (11) suivant. 2. Tube emboutissable par retournement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon longi- tudinal (10) faisant suite à l'extrémité (9) o commence le retournement, possède un plus grand diamètre intérieur que le tronçon longitudinal (11) qui s'y raccorde. 3. Tube emboutissable par retournement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube (7) pos- sède à peu près la même épaisseur de paroi (14) sur toute sa longueur. 4. Tube emboutissable par retournement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube (7) com- prend des tronçons longitudinaux cylindriques (10, 11, 12, 13) qui se raccordent les uns aux autres par des tronçons coniques (15). 5. Tube emboutissable par retournement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le tube (7') présente une plus faible épaisseur de paroi (16) dans le premier tronçon longitudinal (10), commençant à l'extré- mité (9) d'o part le retournement, que dans le deuxième tronçon longitudinal (11). 6. Tube emboutissable par retournement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un tronçon de tube (11) plus difficilement déformable est suivi d'un tronçon longitudinal (12) plus facilement déformable. il 7. Tube emboutissable par retournement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (7 ou 7') présente la plus haute résistance à la déformation dans un tronçon longitudinal terminal (13) qui entre éventuel- lement en action, par son retournement, dans une phase finale de retournement. 8. Tube emboutissable par retournement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube (7 ou 7') fait partie d'un arbre de direction (1) qui est appuyé dans un palier à trois points (3), se présente sous la forme de paliers élémentaires (3a, 3b, 3c) mutuellement espacés axialement et dont celui du milieu (3b) forme un palier offrant une mobilité en translation longitudinale à l'arbre de direction (1) près de l'extrémité (9) o commence le retournement du tube (7 ou 7'). 9. Tube emboutissable par retournement selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une cage à billes (4), déplaçable en translation conjointement avec l'arbre de direction (1), est reçue dans au moins un palier élé- mentaire (3c). 10. Tube emboutissable par retournement selon la revendication 8, caractérisé en ce que les paliers élémentaires (3a, 3b, 3c) sont rassemblés dans une bride de fixation (5) réalisée en une seule pièce et au moyen de laquelle ces paliers sont fixés collectivement dans le véhicule automobile.