Brevet FR2759958A1 — publié le 19980828

DISPOSITIF DE GONFLAGE HYBRIDE POUR AIRBAGS L'invention décrite ci-dessous concerne en général des procédés et des dispositifs utilisés pour gonfler des dispositifs de retenue de l'occupant d'un véhicule, par exemple des airbags, et plus spécifiquement le type de dispositif de gonflage connu sous le nom de dispositif de gonflage hybride. De nombreux types de dispositifs de gonflage ont été décrits dans la technique pour gonfler un système de retenue d'un occupant d'un véhicule, par exemple un airbag. Il existe trois types primaires de dispositifs de gonflage. Les dispositifs de gonflage pyrotechniques dérivent une source de gaz d'un matériau producteur de gaz combustible qui produit lors de l'allumage une quantité de gaz suffisante pour gonfler un airbag. Les dispositifs de gonflage à gaz stocké utilisent une certaine quantité de gaz sous pression stocké, relâché sélectivement pour gonfler un airbag. Les dispositifs de gonflage hybrides combinent l'utilisation d'un matériau producteur de gaz et d'une quantité de gaz sous pression stocké pour gonfler un airbag. Les dispositifs de gonflage hybrides connus dans la technique présentent certains inconvénients. Ils exigent un très grand nombre de soudures pour l'assemblage, de nombreuses soudures pouvant être des soudures structurales. De nombreux dispositifs de gonflage hybrides présentent une flexibilité d'assemblage insuffisante. S'il faut prévoir par exemple un dispositif de gonflage hybride ayant un débit de gaz différent de ceux construits, il faut prévoir un assemblage complètement différent. Les dispositifs de gonflage hybrides connus exigent en outre deux éléments de joint. La présente invention permet de supprimer les inconvénients ci- dessus. Les difficultés inhérentes à la technique antérieure sont ainsi surmontées de façon simple et efficace, tout en donnant des résultats avantageux. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention peut être réalisée avec certaines pièces et agencements de pièces, dont une forme de réalisation préférée sera décrite en détail dans cette description et illustrée dans les dessins annexés, faisant partie de la description, et dans lesquels: - 2 - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une première forme de réalisation d'un dispositif de gonflage hybride selon la présente invention; la figure 2 est une vue en perspective, en coupe longitudinale du dispositif de gonflage hybride représenté dans la figure 1; la figure 3 est une vue explosée du dispositif de gonflage hybride représenté dans la figure 1; la figure 4 est une vue en coupe fragmentaire agrandie du dispositif de gonflage hybride représenté dans la figure 1, illustrant la propulsion d'un projectile vers une fermeture par l'intermédiaire de gaz chaud produit; la figure 5 est similaire à la figure 4 et montre la voie d'écoulement du gaz chaud produit immédiatement après la cassure de la fermeture par le projectile; la figure 6 est similaire à la figure 5 et montre les voies d'écoulement du gaz chaud produit et du gaz stocké lors de leur dégagement du dispositif de gonflage; la figure 7 est une vue en coupe longitudinale d'une première forme de réalisation modifiée d'un dispositif de gonflage hybride selon la présente invention; la figure 8 est une vue en coupe longitudinale d'une deuxième forme de réalisation modifiée d'un dispositif de gonflage hybride selon l'invention; la figure 9 est une vue en coupe longitudinale d'une troisième forme de réalisation modifiée d'un dispositif de gonflage hybride selon la présente invention; la figure 10 est une vue en coupe longitudinale fragmentaire d'une quatrième forme de réalisation modifiée d'un dispositif de gonflage hybride selon la présente invention; la figure 11 est une vue en coupe prise le long de la ligne 11-11 de la figure 10; la figure 12 est une vue en coupe fragmentaire d'une cinquième forme de réalisation modifiée d'un dispositif de gonflage hybride selon la présente invention; et la figure 13 est une vue en coupe fragmentaire d'une autre forme de réalisation, constituant une sixième forme de réalisation modifiée, - 3 - largement préférée d'un dispositif de gonflage hybride selon la présente invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION Les figures 1 et 2 sont des vues en coupe longitudinales d'un dispositif de gonflage hybride 10 servant à gonfler un système de retenue d'un occupant d'un véhicule, par exemple un airbag, la figure 3 étant une vue explosée du dispositif de gonflage hybride. Toutes les formes de réalisation illustrées sont destinées à une utilisation avec des airbags latéraux, mais l'invention est applicable de même à des airbags frontaux du conducteur, des airbags frontaux du passager et à d'autres applications. Le dispositif de gonflage hybride 10 englobe un récipient sous pression 12 avec une chambre de stockage 14, remplie d'hélium, d'argon, d'azote ou d'un autre gaz sous pression approprié. Le récipient sous pression représenté a certes une forme généralement cylindrique, mais on comprendra qu'un récipient sous pression ayant une forme sphérique peut également être utilisé pour la mise en pratique de la présente invention. La chambre de stockage a une section transversale circulaire. Un orifice de remplissage 16 agencé au niveau d'une première extrémité 18 du récipient 12 est fermé par un bouchon 20 fixé au récipient 12 par une soudure 22. Le récipient peut être composé d'acier inoxydable, d'acier doux ou d'un quelconque autre matériau approprié présentant une résistance suffisante et une perméabilité extrêmement basse au gaz. Le dispositif de gonflage hybride 10 englobe également un assemblage de chauffage pyrotechnique 30. Un diffuseur généralement cylindrique 70 forme la périphérie externe de l'assemblage de chauffage pyrotechnique 30. Le diffuseur peut être composé d'acier inoxydable, d'acier doux ou d'un quelconque autre matériau approprié, présentant une résistance structurale suffisante. Le diffuseur généralement cylindrique est inséré téléscopiquement dans le récipient généralement cylindrique. Le diffuseur est connecté au récipient cylindrique par une soudure circonférentielle 78, constituant de préférence une soudure d'angle. Cela signifie que l'extrémité ouverte 17 du récipient 12 est assemblée de façon étanche au diffuseur 70 par une soudure circonférentielle 78. Le diffuseur comporte une partie à diamètre réduit agencée à l'intérieur du récipient généralement cylindrique et définit une ouverture circulaire avec une surface représentant de 40% à 60% de la surface de la section transversale circulaire de ladite chambre de stockage. L'extrémité - 4 76 du diffuseur agencée à l'intérieur du récipient est assemblée à une fermeture 62 scellant le gaz sous pression dans la chambre de stockage 14. La fermeture est de préférence composée d'acier inoxydable ou d'un quelconque autre matériau résistant à la corrosion, à perméabilité extrêmement basse au gaz stocké et présentant des propriétés mécaniques stables au-delà d'une vaste plage de températures. La fermeture se prête à une déformation plastique, comme représenté dans les dessins, par suite de la pression exercée par le gaz inerte dans la chambre de stockage. La fermeture 62 est fixée au diffuseur 70 par une soudure 64. Une deuxième extrémité 72 du diffuseur 70 est sertie au- dessus d'un assemblage de retenue d'un dispositif d'allumage 52. Un plénum 26 est formé par le récipient sous pression 12 et le diffuseur 70. Le plénum 26 est formé par: (a) l'extrémité de la section a diamètre accru du boîtier du diffuseur; (b) la section à diamètre réduit du boîtier du diffuseur; et l'extrémité proximale du récipient sous pression. Le plénum simplifie l'assemblage fini du module de l'airbag, réduisant ainsi le coût correspondant. L'établissement d'un plénum intégral supprime la nécessité de prévoir un écartement autour du dispositif de gonflage. Le diffuseur 70 comporte plusieurs ouvertures 74 qui le traversent pour évacuer le gaz du dispositif de gonflage vers un système de retenue de l'occupant d'un véhicule. L'espace annulaire ou le plénum, agencé à l'extérieur du diffuseur et juxtaposé aux ouvertures 74, permet une dispersion uniforme du gaz dans une direction de 360 . Cela permet un remplissage uniforme de l'airbag sans qu'il soit nécessaire de prévoir du matériel supplémentaire pour assurer ce remplissage uniforme. Un manchon 32, effilé au niveau d'une première extrémité 38, est agencé dans le diffuseur 70. Le manchon 32 coopère avec le dispositif d'allumage 54 et la bague de support 50 pour définir une chambre de combustion 33. La chambre de combustion 33 renferme un ensemble 40 contenant un matériau solide producteur de gaz 42, scellé hermétiquement à l'intérieur. L'ensemble peut être composé d'aluminium ou d'un quelconque matériau approprié pouvant être scellé hermétiquement. Un collet au niveau de la deuxième extrémité 46 de l'ensemble est serré entre la bague de support 50 et la deuxième extrémité 34 du manchon 32. La bague de support et le dispositif d'allumage supportent la deuxième extrémité 46 de l'ensemble 40 contre la pression entraînée par l'allumage du matériau produisant le gaz. La première extrémité 38 du manchon 32 est rétrécie pour former une buse 39 comportant dans cette forme de réalisation un projectile -5- qui y est fixé, par exemple par pressage. Un filtre 28, ajusté contre l'intérieur 73 du diffuseur 70 et agencé entre l'extrémité de la buse et les ouvertures traversant le diffuseur, entoure la première extrémité 38 du manchon 32. Un dispositif d'allumage 54 est ajusté à l'intérieur de l'assemblage de retenue du dispositif d'allumage 52. Le dispositif d'allumage 54 communique avec un moyen détecteur (non représenté) par l'intermédiaire de broches de contact électriques 56. Le moyen détecteur peut être d'un type quelconque utilisé actuellement dans la technique pour détecter une collision ou une décélération brusque d'un véhicule. Comme représenté dans la figure 3, l'assemblage du dispositif de gonflage hybride est très flexible. Le dispositif de gonflage hybride 10 peut par exemple être composé de quatre composants d'assemblage essentiels, à savoir le dispositif d'allumage 54, l'assemblage de retenue du dispositif d'allumage 52, l'assemblage de chauffage pyrotechnique 30 et le récipient sous pression 12. Pour fixer un dispositif d'allumage, un dispositif d'allumage 54 est simplement inséré dans le capuchon d'extrémité du dispositif d'allumage dans l'assemblage de retenue du dispositif d'allumage 52. Le dispositif d'allumage est de préférence fixé en position par l'intermédiaire d'un ajustement serré entre le capuchon d'extrémité 52 et l'anneau de retenue 53. On comprendra toutefois que le dispositif d'allumage peut si nécessaire être fixé en position par des filets, par soudage, par un adhésif ou par un quelconque autre moyen approprié. Pour fixer un récipient sous pression, une extrémité 17 du récipient sous pression 12 est assemblée de façon étanche au diffuseur 70 avec une soudure circonférentielle 78, comme représenté dans les figures 1 et 2. Le fonctionnement d'un dispositif de gonflage hybride selon cette première forme de réalisation peut être expliqué le mieux en référence aux figures 4, 5 et 6. Comme représenté dans la figure 4, lors de la réception d'un signal électrique émis par un détecteur, signalant une collision du véhicule (non représenté), en réponse à une collision du véhicule, exigeant un déploiement du système de retenue de l'occupant d'un véhicule, le dispositif d'allumage 54 est activé, allumant le matériau solide producteur de gaz 42 à l'intérieur de l'ensemble 40. Lors de l'allumage, le propulseur solide 42 produit un gaz chaud entraînant la défaillance structurale d'une première paroi 45 de l'ensemble, formant une ouverture 48 permettant l'échappement d'un écoulement 43 du gaz chaud produit de l'ensemble 40. L'écoulement 43 du gaz chaud produit se déplace ensuite à travers la buse -6- 39 formée au niveau de la première extrémité 38 du manchon 32, propulsant le projectile 60 dans la fermeture 62 et cassant celle-ci, établissant ainsi un passage à travers la fermeture. L'efficacité du jet de gaz sortant du manchon de combustion, cassant l'ouverture pour établir un passage la traversant, dépend dans une large mesure du diamètre réduit de l'ouverture scellée par la fermeture par rapport au diamètre intérieur du récipient sous pression. L'ouverture scellée par la fermeture a de préférence une surface représentant de 40% à 60% de la surface de la section transversale circulaire de ladite chambre de stockage. Des tests ont montré que des rapports supérieurs à celui-ci admettant un fléchissement accru de la fermeture, permettant ainsi l'écartement de la fermeture du jet au cours de l'ouverture. Un accroissement du diamètre de l'ouverture scellée par la fermeture entraîne en outre une réduction du pouvoir structural de la fermeture à retenir le gaz stocké. Il faut alors utiliser des matériaux plus épais pour supporter cette charge de pression. Des tests ont montré que des rapports inférieurs à celui-ci n'établissent pas une zone ouverte suffisante pour permettre un échappement rapide du gaz du récipient sous pression. Un déploiement rapide de l'airbag est tout particulièrement nécessaire pour les cas d'impact latéral. Comme représenté dans la figure 5, le gaz chaud produit s'écoule dans le récipient sous pression, chauffant le gaz stocké, et en-dehors du plénum. La forme et l'emplacement relatif de la buse par rapport à la fermeture 62 permet une focalisation efficace du gaz chaud produit sur la fermeture et dans la chambre de stockage, pour des objectifs de chauffage. Lors de la cassure de la fermeture, un écoulement 24 de gaz sous pression provenant de la chambre de stockage 14 se déplace à travers le passage 71 formé dans la fermeture 62 agencée au niveau de la première extrémité 76 du diffuseur 70, comme représenté dans la figure 6. Lorsque l'écoulement 24 de gaz stocké sous pression traverse le passage 71, il rejoint l'écoulement 43 du gaz chaud produit, formant un écoulement mixte 66. L'écoulement mixte 66 traverse le filtre 28, passe à travers plusieurs ouvertures 74, rentre dans le plénum, qui est formé par le récipient sous pression 12 et le diffuseur 70, et rentre dans un système de retenue de l'occupant d'un véhicule (non représenté). Comme représenté également dans la figure 6, l'agencement relatif du manchon 32 et du diffuseur 70 dirige le gaz chaud produit le long d'une 7 - voie tortueuse, comme indiqué par les flèches 43 et 46. Cette voie tortueuse crée au moins deux tournants pour le gaz chaud produit, un premier tournant 66 constituant un tournant de 180 et un deuxième tournant constituant un tournant de 90 . Toujours en référence à la figure 6, cette voie tortueuse 43, 66 fait fonction de dispositif de suppression d'éclair et aide le filtre 28 à réduire au minimum l'émission de quelconques fragments ou particules produits par la combustion ou la cassure de la fermeture. La flexibilité de l'assemblage d'un dispositif de gonflage hybride selon la présente invention ressort bien si l'on tient compte des variations possibles du dispositif de gonflage hybride réalisables en appliquant le même procédé d'assemblage de base. La figure 7 montre par exemple un dispositif de gonflage hybride 10 avec un assemblage de chauffage pyrotechnique 30, un dispositif d'allumage du type à broche 54 et un récipient sous pression 12. L'assemblage de chauffage pyrotechnique comporte une zone de connexion du récipient 75 avec un diamètre extérieur X1 sur le diffuseur 70. Le récipient sous pression 12 a un volume V1. La figure 8 montre un dispositif de gonflage hybride 11 à débit de gaz sous pression réduit comportant le même assemblage de chauffage pyrotechnique 30 avec une zone de connexion du récipient identique 75 et un diamètre extérieur identique XI sur le diffuseur 70, avec le même dispositif d'allumage du type à broche 54. Ce dispositif de gonflage hybride 11 comporte toutefois un récipient sous pression 13 plus petit, ayant un volume V2 inférieur au volume VI. La figure 9 montre un dispositif de gonflage 57, ayant un débit de gaz sous pression compris entre ceux des dispositifs de gonflage représentés dans les figures 7 et 8, comportant le même assemblage de chauffage pyrotechnique 30 avec une zone de connexion du récipient identique 75 et un diamètre extérieur identique X1 sur le diffuseur 70. Ce dispositif de gonflage hybride 57 comporte toutefois un récipient sous pression 58 avec un volume V3 inférieur au volume V1 mais supérieur au volume V2. Ce dispositif de gonflage hybride diffère aussi de ceux représentés dans les figures 7 et 8 en ce qu'il comporte un dispositif d'allumage du type à fil conducteur 59. D'autres variations de l'assemblage sont également possibles. -8- Dans une autre forme de réalisation de la présente invention, représentée dans les figures 10 et 11, le projectile 61 utilisé pour casser la fermeture 62 n'est pas une pièce séparée mais fait partie du manchon 32. Les figures 10 et 11 montrent une récipient sous pression 12, un diffuseur 70 et un filtre 28. Des éléments cassables 33 fixent le projectile 61 à la buse 39. Lorsque l'écoulement 43 du gaz chaud produit se déplace à travers la buse 39, il heurte le projectile 61, tout en le séparant des éléments cassables 33 et propulsant le projectile 61 à travers la fermeture 62. La figure 12 montre une forme de réalisation encore différente de la présente invention, comportant une fermeture à affaiblissement structural 62 exigeant un support pour sceller le gaz sous pression dans le récipient 12. Ce support est assuré par une colonne 65, pouvant être une pièce séparée ou simplement une chambre de combustion allongée. La pièce séparée serait pressée dans l'extrémité de la chambre de combustion. Lorsque l'écoulement 43 du gaz chaud produit se déplace à travers la buse 39, il heurte la colonne 65, entraînant la défaillance de la colonne et permettant ainsi la défaillance de la fermeture affaiblie et le dégagement du gaz stocké. La forme de réalisation préférée de l'invention est représentée dans la figure 13. Cette forme de réalisation comporte un moyen légèrement différent pour fixer la fermeture 64 au diffuseur 70. Une plaque à orifice est ajoutée pour supporter l'ensemble 40. Avec cette plaque à orifice supportant l'ensemble, la paroi de l'ensemble est cassée en présence d'une température et d'une pression élevées. L'écoulement résultant du gaz chaud produit a une température et une pression élevées entraîne une érosion rapide de la fermeture 64, établissant un passage à travers la fermeture par la seule présence du gaz chaud, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser un projectile comme dans les autres formes de réalisation. -9- REVENDICATIONS 1. Dispositif de gonflage hybride (10) pour un airbag, comprenant: un récipient généralement cylindrique (12), définissant une chambre de stockage (14) destinée à contenir un gaz sous pression, ladite chambre de stockage ayant une section transversale circulaire; un diffuseur généralement cylindrique (70) inséré téléscopiquement dans le récipient généralement cylindrique; une fermeture (62) assemblée à une structure de support (76) s'étendant à travers une partie de la section transversale de la chambre de stockage et définissant une ouverture circulaire, ladite ouverture circulaire ayant une surface représentant de 40% à 60% de la surface de la section transversale circulaire de ladite chambre de stockage, ladite fermeture s'étendant à travers ladite ouverture circulaire pour établir un joint de pression entre la chambre de stockage et le diffuseur; et un assemblage de chauffage pyrotechnique (30) agencé dans ledit diffuseur pour établir un passage à travers ladite fermeture. 2. Dispositif de gonflage hybride (10) pour un airbag selon la revendication 1, dans lequel la structure de support de la fermeture (62) constitue une extrémité du diffuseur (70). 3. Dispositif de gonflage hybride (10) pour un airbag selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l'assemblage de chauffage pyrotechnique (30) établit un passage à travers ladite fermeture (62) par la seule présence du gaz chaud. 4. Dispositif de gonflage hybride (10) pour un airbag selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l'assemblage de chauffage pyrotechnique (30) établit un passage à travers ladite fermeture (62) en propulsant un projectile (60, 61) à travers la fermeture. 5. Dispositif de gonflage hybride (10) pour un airbag selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le diffuseur (70) est connecté au récipient généralement cylindrique (12) par une soudure circonférentielle (78). 6. Dispositif de gonflage hybride (10) pour un airbag selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit récipient généralement cylindrique (12) et ledit diffuseur (70) coopèrent pour former un plénum (26). - 10 - 7. Dispositif de gonflage hybride (10) pour un airbag selon la revendication 3, dans lequel le diffuseur (70) comporte plusieurs ouvertures (74) qui le traversent pour évacuer le gaz du dispositif de gonflage, le gaz chaud étant dirigé en direction de la fermeture (62) à travers une buse (39), une extrémité de ladite buse, proximale à la fermeture, étant plus proche de la fermeture que les ouvertures traversant le diffuseur. 8. Dispositif de gonflage hybride (10) pour un airbag selon la revendication 4, dans lequel le diffuseur (70) comporte plusieurs ouvertures (74) qui le traversent pour évacuer le gaz du dispositif de gonflage, le projectile (60, 61) étant dirigé vers la fermeture (62) à travers une buse (39), une extrémité de ladite buse, proximale à la fermeture, étant plus proche de la fermeture que les ouvertures traversant le diffuseur. 9. Dispositif de gonflage hybride (10) pour un airbag selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, comprenant en outre un filtre (28) agencé entre l'extrémité de la buse (39) et les ouvertures (74) traversant le diffuseur (70).