Brevet FR2774144A1 — publié le 19990730

L'invention a trait à une unité d'absorption d'énergie. Une unité d'absorption d'énergie est utilisée, notamment dans le domaine des véhicules automobiles, pour absorber l'énergie due à un choc, par exemple lors d'un accident. Il est connu d'équiper certaines parties de l'habitacle d'un véhicule automobile, telles que les portes latérales ou le tableau de bord, d'unités d'absorption d'énergie afin d'amortir les efforts transmis au corps d'un passager en cas de décélération brutale. Il est également connu d'intégrer une unité d'absorption d'énergie à l'intérieur d'un pare-chocs ou de certains éléments de carrosserie d'un véhicule. Les unités d'absorption d'énergie connues sont principalement de deux types - Les unités réalisées en matière plastique thermodurcissable moulées par injection qui présentent l'inconvénient majeur d'être relativement rigides et incompressibles au point que l'absorption d'énergie obtenue ne permet pas d'éviter certaines fractures du squelette d'un passager, notamment au niveau du bassin. - Les unités d'absorption d'énergie à base de mousse de polyuréthane, de polystyrène ou de polypropylène qui présentent de meilleures caractéristiques d'absorption d'énergie, mais sont d'un prix de revient tel que leur utilisation est limitée à certaines gammes de véhicules. Par ailleurs, on s'est aperçu que l'effort de réaction exercé par une unité d'absorption d'énergie sur le corps d'un passager ne devrait pas être supérieure à 5 daN/cm2, ce qui ne peut pas être atteint avec les dispositifs connus. C'est à ces contraintes qu'entend plus particulièrement répondre l'invention en proposant une unité d'absorption d'énergie efficace, sans danger et dont le prix de revient permet une utilisation généralisée, notamment dans le domaine de la construction automobile. Dans cet esprit, l'invention concerne une unité d'absorption d'énergie caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs éléments juxtaposés aptes à se déformer par écrasement, lesdits éléments étant reliés entre eux par une zone de liaison sécable. Grâce à l'invention, l'absorption d'énergie a lieu, d'une part, grâce à la déformation individuelle des éléments juxtaposés et, d'autre part, grâce au fait que la zone de liaison sécable entre les éléments est déchirée. Ces deux phénomènes de déformation et de déchirement sont prévus pour correspondre à des niveaux d'énergie différents, de sorte que l'effort de réaction exercé par l'unité d'absorption d'énergie sur un corps inter-agissant avec elle peut être limité et rendu globalement constant en fonction de l'écrasement de l'unité d'absorption. Cette unité peut être moulée en matière plastique, telle que, par exemple, en polypropylène. Son prix de revient est alors particulièrement attractif. Selon un premier aspect avantageux de l'invention, les éléments juxtaposés prévus pour se déformer sont creux et sécants deux à deux sur une partie de leur périphérie. Le fait que les élements sont creux permet de les déformer par écrasement avec un effort relativement peu important, alors que la liaison par leur périphérie leur confère une rigidité suffisante pour se déchirer uniquement lorsqu'un niveau d'effort supérieur est atteint. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, ces éléments sont des pyramides tronquées, à base polygonale, des tétraèdres tronqués ou des cônes tronqués. Ces différentes géométries permettent d'atteindre les objectifs de l'invention tout en facilitant le moulage de la pièce. Dans ce cas, on peut prévoir que l'unité comprend au moins un voile au niveau du plan de troncature des éléments juxtaposés et/ou au niveau de leur base. Ce ou ces voiles ont pour effet d'augmenter la rigidité de l'unité en torsion et la résistance de chaque élément à l'écrasement. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, les éléments juxtaposés sont disposés en quinconce selon deux directions globalement perpendiculaires. Cette disposition, entre ces éléments, ménage des espaces qui permettent leur déformation. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, les éléments déformables sont reliés entre eux par la zone de liaison sécable sur une partie de leur dimension globalement parallèle à la direction principale d'un effort à absorber. Plus précisément, on peut prévoir que ces éléments sont reliés entre eux sur une partie de leurs arêtes ou de leurs surfaces latérales. Ainsi, l'effort à absorber résulte dans un effort de cisaillement de la liaison sécable. Dans ce cas, les éléments déformables sont avantageusement reliés entre eux sur 10 à 50 % de la dimension des arêtes ou des surfaces en question, de préférence sur 20 à 35 %. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, l'unité comprend un cadre de rigidification périphérique. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, l'unité est obtenue par moulage par injection d'une matière thermoplastique. Cet aspect de l'invention résulte dans d'excellentes caractéristiques économiques de l'unité d'absorption d'énergie de l'invention. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de trois modes de réalisation d'une unité d'absorption d'énergie conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une représentation schématique en perspective avec arrachement partiel d'une unité d'absorption d'énergie conforme à l'invention - la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II à la figure 1 - les figures 3 à 5 sont des coupes à plus grande échelle selon les lignes III-III, IV-IV et V-V à la figure 2 - la figure 6 est une coupe analogue à la figure 2 lors d'une première étape d'absorption d'énergie - la figure 7 est une coupe analogue à la figure 2 lors d'une seconde étape d'absorption d'énergie - la figure 8 est une représentation schématique de la force de réaction obtenue en fonction de la déformation de l'unité d'absorption - la figure 9 est une représentation schématique de principe en plan d'une unité d'absorption conforme à un second mode de réalisation de l'invention et - la figure 10 est une vue analogue à la figure 9 pour une unité d'absorption d'énergie conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention. L'unité d'absorption d'énergie 1, représentée aux figures 1 à 7, est réalisée en polypropylène régénéré et comprend un cadre 2 de forme globalement rectangulaire à l'intérieur duquel sont disposés plusieurs éléments déformables 3 en forme de tronc de pyramide creuse à base rectangulaire ou carrée. Les éléments 3 sont disposés en quinconce selon deux directions XX' et YY' parallèles aux bords du cadre 2. Des espaces libres 4 sont définis entre les éléments déformables 3. Le fond des espaces libres 4, qui est au niveau de la base des éléments 3, est pourvu d'un voile 5. La face supérieure des éléments 3, qui correspond au plan de troncature de la pyramide, est également pourvue d'un voile 6 globalement parallèle au voile de fond 5 des espaces libres 4. Dans leur partie la plus proche de leur voile supérieur 6, les éléments 3 ne sont pas jointifs. Plus précisément, ils sont séparés d'une distance d visible à la figure 2. Les surfaces latérales 7 des éléments 3 qui ne jouxtent pas le cadre 2 se raccordent au niveau de quatre arêtes latérales 8 réparties aux quatre coins de la base de ces éléments 3. Les éléments 3 qui jouxtent le cadre 2 ont une, deux ou trois arêtes latérales 8 définies par l'intersection de leurs surfaces latérales 7. A la figure 2, apparaissent les arêtes 8 de trois éléments déformables jointifs selon la direction du plan de coupe. Compte tenu de la géométrie des éléments 3 en tronc de pyramide, les arêtes 8 sont légèrement inclinées par rapport à la normale ZZ au plan défini par les directions XX' et YY'. A proximité des voiles 5, les arêtes 8 sont confondues et constituent un unique pied 9. En pratique, le pied 9 s'étend sur environ un tiers de la hauteur h des éléments 3, c'est-àdire de la dimension des éléments 3 selon la direction ZZ'. Dans le plan de la figure 3, les arêtes 8 de deux éléments 3 voisins sont séparées par une distance d' légèrement inférieure à la distance d. Cette distance va en diminuant en direction du plan de la figure 4, dans laquelle elle est nulle alors que le pied 9 est constitué par la zone en superposition des arêtes 8 des deux éléments 3. Dans le plan de la figure 5, le pied 9 s'étend, dans chaque direction, sur toute l'épaisseur des surfaces 7. Lorsqu'un effort E est exercé sur les voiles 6 des éléments 3 selon la direction ZZ', ceux-ci se déforment par écrasement, comme représenté à la figure 6. Cette déformation de la matière plastique résulte dans l'absorption de l'énergie de l'effort E. Selon un aspect avantageux mais non obligatoire de l'invention, on peut prévoir que cette déformation est élastique, c'est-à-dire que les éléments 3 reprennent leur position non contrainte représentée en traits pointillés lorsque l'effort E représenté à la figure 6 est supprimé. Lorsque l'effort exercé sur l'unité 1 selon la direction ZZ' est plus important, comme représenté par l'effort E' à la figure 7, les éléments déformables 3 sont d'abord écrasés, comme représenté à la figure 6, puis les pieds 9 sont déchirés, comme représenté à la figure 7 à cause de la déformation plastique de la partie supérieure des éléments 3 qui induit sur les zones formant les pieds 9 un effort de cisaillement résultant dans une destruction de ces pieds selon une ligne de déchirement 10 visible à la figure 7. Cette destruction du pied 9 contribue à l'absorption de l'énergie supplémentaire de l'effort E' par rapport à l'effort E. A la figure 8, on a représenté la force de réaction R exercée par l'unité d'absorption d'énergie, sur un corps avec lequel elle inter-agit par rapport au déplacement D correspondant à l'écrasement de l'unité 1 jusqu'à une valeur Do représentant l'enfoncement maximal, c'est-à-dire une réduction de la hauteur h totale de l'unité 1 d'environ 70 %. La courbe obtenue est la courbe en traits pleins qui a une forte pente dans la zone de faible déplacement, puis une valeur de palier correspondant à un effort de réaction nominal RN choisi en fonction de la valeur de 5 daN/cm2 mentionnée comme objectif de la présente invention. La courbe en traits pleins est la somme d'une courbe en traits pointillés correspondant à l'effort d'absorption d'énergie par la déformation des éléments 3 jusqu'à l'état de la figure 6 et d'une seconde courbe en traits mixtes correspondant à l'effort de déchirement des pieds 9. Ainsi, l'invention permet de cumuler les zones actives correspondantes aux deux courbes en traits pointillés et en traits mixtes, de façon à obtenir une courbe de réaction en traits pleins proche de la valeur nominale RN. On peut considérer que l'énergie absorbée est représentée par l'aire située entre la courbe en traits pleins et l'axe de abscisses à la figure 8. Dans le mode de réalisation de l'invention representé à la figure 9, les éléments déformables 53 sont constitués par des troncs de pyramide à base hexagonale. Les élements 53 sont reliés entre eux par des portions d'arêtes d'extrémité 58 et par des zones de raccordement de leurs surfaces latérales 57. Les zones ainsi formées 59 et 59' sont linéaires ou surfaciques et peuvent se déchirer à des niveaux d'effort différents. Comme précédemment, les éléments 53 se déforment d'abord par écrasement avant que les zones 59 et 59' ne se déchirent. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 10, les élements déformables 103 sont en forme de tronc de cône et leurs surfaces coniques respectives 107 définissent des zones 109 de liaison sécable. La forme et le positionnement des éléments déformables 3, 53 et 103 peut varier en fonction des choix de conception et des valeurs d'effort nominales à atteindre. On peut, par exemple, utiliser des éléments en forme de tronc de tétraèdre. Dans tous les cas, le caractère incliné des surfaces latérales 7, 57, 107 des éléments déformables 3, 53, 103 facilite leur démoulage lors de leur fabrication. En outre, il est possible d'équiper ou non chaque unité d'absorption d'énergie de voiles de fond 5, 6 ou équivalents, ce qui permet de conférer plus ou moins de rigidité à l'unité ainsi formée. Le choix de l'épaisseur de ces voiles de fond, des surfaces 7, 57, 107 ou équivalentes et des zones 9, 59, 59' et 109 dépend de l'objectif de rigidité à atteindre. I1 est à la portée de l'homme du métier. Une unité d'absorption d'énergie conforme à l'invention est facilement utilisable dans le domaine de la construction automobile afin d'améliorer la sécurité des passagers d'un véhicule. En effet, l'utilisation d'une telle unité dans un habitacle permet de réduire l'effort de réaction exercé par l'habitacle sur le corps d'un passager. REVENDICATIONS 1. Unité d'absorption d'énergie (1) caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs éléments (3; 53; 103) juxtaposés aptes à se déformer par écrasement, lesdits éléments étant reliés entre eux par une zone (9; 59; 59'; 109) de liaison sécable. 2. Unité selon la revendication 1, caractérisée en que lesdits éléments (3; 53; 103) sont creux et sécants deux à deux sur une partie de leur périphérie (8; 57; 58; 107). 3. Unité selon la revendication 2, caractérisée en que lesdits éléments sont des pyramides tronquées (3; 53), des tétraèdres tronqués ou des cônes tronqués (103). 4. Unité selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un voile (5, 6) au niveau du plan de troncature desdits éléments juxtaposés (3) et/ou au niveau de la base desdits éléments. 5. Unité selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits éléments juxtaposés (3; 53; 103) sont disposés en quinconce selon deux directions (XX', yy') globalement perpendiculaires. 6. Unité selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en que lesdits éléments sont reliés entre eux par ladite zone (9; 59; 59'; 109) de liaison sécable sur une partie de leur dimension (ZZ') globalement parallèle à la direction principale d'un effort (E, E') à absorber. 7. Unité selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits éléments (3; 53; 103) sont reliés entre eux sur une partie de leurs arêtes (8; 58) ou de leurs surfaces (57; 107) latérales. 8. Unité selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que lesdits éléments (3; 53; 103) sont reliés entre eux sur 10 à 50 % de ladite dimension (ZZ') desdites arêtes (8; 58) ou desdites surfaces (57; 107), de préférence sur 20 à 35 % de ladite dimension desdites arêtes ou desdites surfaces. 9. Unité selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un cadre périphérique (2) de rigidification. 10. Unité selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en qu'elle est obtenue par moulage par injection d'une matière thermoplastique.