Brevet FR2767100A1 — publié le 19990212

La présente invention concerne un dispositif qui permet d'améliorer un coussin gonflable (1] Dans un impact le gaz contenu dans le coussin gonflable est comprimé adiabatiquement et la pression engendrée produit la force de freinage. l'énergie cinétique est transformée en énergie thermique du gaz. Un coussin gonflable comprend un ou plusieurs compartiments, le seul coussin gonflable ayant plus d'un compartiment fut développé par Oliver Meyer pour le parapente, il est décrit dans le brevet européen EP 0 605 360 Al déposé le 01/12/93. Dans ce coussin gonflable l'air circule entre les compartiments à travers un orifice de la cloison qui les séparent. Les défauts d'un coussin gonflable sont ceux de la compression adiabatique: montée lente de la pression au début de la compression, ce qui concentre l'effort de freinage vers la fin de la compression et la réversibilité du processus qui entraîne un rebondissement ou effet "trampoline" préjudiciable au sujet protégé. Comparons deux coussin gonflables de volumes différents: en fin de compression l'énergie thérmique du gaz est la même dans les deux, elle est égale à l'énergie cinétique de l'impact, la température par contre est plus élevée dans le petit, très exactement ltéchauffement ou l'augmentation de la température est inversement proportionnel au volume. La pression augmente avec la température (selon une loi plus complexe), elle est donc aussi plus élevée dans le petit. La force de freinage est proportionnelle à la pression, pour un coussin gonflable on l'exprime en nombre de g (nbg), il est égal à la force de freinage divisée par la masse de l'objet. Le nombre de g subi par l'objet est plus grand pour le petit coussin gonflable, il existe une limite de tolérance pour ce nombre, pour le corps humain elle est del7 g. Le dernier paramètre à considéré pour la comparaison est la profondeur de pénétration dans le coussin gonflable, elle doit être inférieure à l'épaisseur de celui-ci. Un coussin gonflable idéal aurait les caractéristiques d'un coussin gonflable de volume plus petit: une montée rapide de la pression et de la température en début de compression mais qui se terminerait par un palier du nombre de g correspondant à son propre volume. Les caractéristiques d'un coussin gonflable à compartiments multiples muni du dispositif décrit dans la présente invention sont proches de celles décrites cidessus, le gain en énergie absorbée est de 25 % La figure 1 est une coupe d'un coussin gonflable à deux compartiments: A de volume va et B de volume vb, la cloison de séparation C est percée en O. Le dispositif de la présente invention que nous appelons obturateur OB modifie le débit d'air passant par l'orifice O, il est commandé directement ou indirectement par le ou les paramètres définissant l'état de la compression dans les compartiments (pression, température, volume, densité, profondeur ou vitesse de pénétration, etc.) L'obturateur comprend une coupole CP obturant l'orifice et un déclencheur que nous appelons fusible F il commande la position de la coupole en fonction de l'état de compression. Les états prédéterminés sont des points de consigne, F est prolongé par la/les suspentes FX fixées à la paroie A. Un objet tombant sur le coussin gonflable comprime les compartiments: supposons que le compartiment A est le plus comprimé, I'air s'écoule de A vers B quand CP est ouvert. En début de compression CP est fermée, A est isolé et la vitesse de montée de la pression et de la température dans A est déterminée par le volume va. Au point de consigne, CP s'ouvre et la montée en pression dans A ralentit. Si la surface de l'orifice et le point de consigne sont bien choisis, l'état de compression dans A se maintient au même niveau jusqu'à la fin de la compression, on obtient en particulier un palier de pression dans A proche de celui qui serait déterminé par le volume va+ Vb. Par ailleurs l'air est transféré du compartiment chaud A dans le compartiment froid B lorsque l'écart de température entre les compartiments est maximum. D'après les lois de la thermodynamique l'entropie du système a augmenté, le processus devient irréversible et l'effet trampoline est réduit. Dans l'exemple ci dessus OB fonctionne par tout ou rien mais le dispositif n'interdit pas un fonctionnement différent plus adapté à l'objectif fixé, tout dépend du coût de réalisation acceptable. On donne un premier exemple de réalisation d'un obturateur à faible inertie, en effet OB doit s'ouvrir en quelques millisecondes, il doit aussi supporter une force de l'ordre de 50 Kg, il est entièrement réalisé avec les matériaux légers et résistants (tissus et suspentes) utilisés par l'industrie du vol libre. La coupole obturante est réalisée en tissu, la force qui s'exerce sur elle est F= S (pa-pb) où S est la surface de la coupole et (Pa-Pb) la différence de pression entre les compartiments. Le point de consigne est la pression p, dans A, le fusible est réalisé avec une suspente calibrée pour se rompre au point de consigne, il est fixé d'une part à la coupole, de l'autre à l'enveloppe de A via des suspentes FX plus résistantes. La figure 2 montre la coupole, elle est réalisée avec des bandes de tissu trapézoïdales qui se chevauchent, les bandes sont cousues (CT ) au pourtour, du coté B de l'orifice, l'extrémité libre des bandes est percée, une des bandes (1) recouvre les deux bandes adjacentes. La suspente faisant office de fusible F est fixée (E) sur cette bande, elle est enfilée ensuite dans les trous T des autres bandes et ressort côté A où elle est racordée à FX, la coupole est faiblement courbée, le rayon de courbure est déterminé par la position des trous, il est choisi de façon à permettre à la coupole un déplacement de plusieurs centimètres. La figure 3 représente la coupole ouverte et développée à plat ainsi que le fusible F enfilé dans les trous. Au début de la compression le fusible maintient la coupole fermée, quand la pression dans le compartiment A atteint la valeur de consigne, le fusible est coupé, la coupole s'ouvre et laisse le passage à l'air. Dans un deuxième exemple de réalisation, la valve est constituée par une pièce de tissu fixée sur l'orifice O et fermée par un dispositif crochets et velours [2] le tissu joue le rôle de coupole et le dispositif crochets et velours celui de fusible. Ce système est simple mais probablement moins précis quant au moment de l'ouverture. Pour illustrer un troisième exemple de dispositif, on ajoute à la partie supérieure du compartiment B du coussin gonflable, un troisième compartiment B2 communiquant avec B par 1' orifice 02. B2 est replié en accordéon et maintenu par un dispositif crochets et velours VK. La figure 4 est une coupe de la partie supérieure du coussin gonflable. B2 se gonfle quand la pression dans B atteint le point de consigne fixé pour l'arrachement du dispositif crochets et velours, la pression cesse de monter dans B. Dans cette exemple le compartiment B2 joue le rôle de coupole et le velcro celui de fusible et de fixation. 1 connu aussi sous le nom Airbag (marque déposée) 2 commercialisé parfois sous le nom de Velcro (marque déposée) REVENDICATIONS 1) Dispositif applicable à un coussin gonflable ['] à compartiments multiples communicants, caractérisé en ce qu'il permet de modifier la force de freinage pendant l'impact en modifiant le débit de gaz, au moyen d'un obturateur placé sur l'orifice de communication entre deux compartiments adjacents 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'obturateur est commandé par un signal direct ou indirect engendré par l'état de la compression. L'état de la compression est défini par un ou plusieurs paramètres dépendant de la compression (pression, température, volume, densité, profondeur de pénétration, position ou vitesse du sujet ou objet protégé, etc.). 3) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'un obturateur est réalisé entièrement avec un tissu et une suspente de parapente. I1 comprend une coupole CP en tissu fermant l'orifice O et une suspente F qui maintient fermé 0. La suspente est calibrée pour se rompre quand la pression dans le compartiment A atteint la valeur fixée par le point de consigne. 4) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'un obturateur est constitué par une pièce de tissu maintenue fermée par un dispositif crochets et velours [2] fixée sur l'orifice O , le tissu joue le rôle de coupole et le dispositif crochets et velours celui de fusible 5) Dispositif à trois compartiments selon les revendications 3 ou 4 caractérisé en ce qu'un troisième compartiment plié en accordéon B2, communiquant avec le compartiment B (fig.3) obture l'orifice 02 et joue le rôle de coupole. Le dispositif crochets et velours VK maintient l'orifice fermé, il est calibré pour s'ouvrir au point de consigne de la pression dans le compartiment B, et il joue le rôle de fusible pour le gonflage de B2. I connu aussi sous le nom Airbag (marque déposée) 2 commercialisé parfois sous le nom de Velcro (marque déposée)