Brevet FR2790077A1 — publié le 20000825

La présente invention se rapporte au domaine de la sécurité automobile et concerne plus particulièrement un allumeur électro-pyrotechnique. Depuis une trentaine d'années, de nombreux allumeurs électropyrotechniques sont apparus et sont largement utilisés pour constituer, soit les dispositifs d'allumage des générateurs de gaz destinés à gonfler des coussins de protection pour occupants d'un véhicule automobile, soit les micro-générateurs de gaz inclus dans les prétensionneurs de ceinture de sécurité. Traditionnellement, les allumeurs électro- pyrotechniques comportent, d'une part, des broches métalliques reliées à une source de courant électrique et entre lesquelles est généralement disposé un noyau de ferrite, et d'autre part, un élément résistif chauffant qui est rattaché auxdites broches métalliques et qui est recouvert par une composition pyrotechnique d'amorçage. Comme décrit dans la demande de brevet FR 2 704 944 ou dans son correspondant US 5,544,585, l'élément résistif chauffant peut être constitué par une bande résistive chauffante intégrée dans un sous-circuit imprimé. Il a également été proposé, dans la demande de brevet FR 2 760 525, un allumeur électro-pyrotechnique de forme allongée et de faible diamètre permettant de supprimer les broches métalliques ainsi que les noyaux de ferrite en intégrant leurs fonctions dans un circuit imprimé complet. Toutefois, de par sa configuration géométrique particulière, cet allumeur ne peut pas être utilisé en lieu et place des allumeurs couramment employés dans les générateurs de gaz et dans les prétensionneurs de ceinture de sécurité. Par ailleurs, la forte augmentation du nombre de " modules air-bag " incorporés dans un véhicule automobile, un " module air-bag " étant constitué d'une entité particulière renfermant un générateur de gaz associé à un coussin de protection, entraîne la multiplication du nombre d'allumeurs employés. Pour éviter de procéder à des connexions électriques individuelles entre chaque allumeur et la source de courant électrique, ce qui se traduirait par des coûts d'installation et des encombrements trop élevés, il est alors souhaitable d'incorporer, dans les générateurs de gaz des différents modules air-bag, des allumeurs pouvant être reliés à une unité centrale de commande par un réseau câblé filaire de manière à limiter le nombre de câbles disposés dans le véhicule. Mais là apparaissent plusieurs problèmes à résoudre consistant dans le fait: - qu'un tel allumeur doit posséder un encombrement externe similaire à celui d'un allumeur couramment utilisé de façon à pouvoir se substituer à ce dernier dans les modules air-bag, - qu'en cas de collision, l'unité centrale de commande peut ne pas être en mesure de délivrer suffisamment d'énergie électrique pour provoquer l'initiation des différents allumeurs inclus dans les modules air-bag, - et qu'en fonction de la nature et de l'intensité de la collision par exemple, il est souhaitable de pouvoir choisir uniquement le déclenchement des modules air-bag permettant d'apporter une protection adaptée. L'homme du métier est donc toujours à la recherche d'allumeurs électropyrotechniques aptes à être intégrés dans un réseau câblé relié à une unité centrale de commande et présentant un encombrement externe similaire à celui des allumeurs traditionnels. L'objet de l'invention est justement de proposer un tel allumeur et concerne donc un allumeur électro- pyrotechnique comprenant un corps comportant un élément résistif chauffant, une composition pyrotechnique d'amorçage, une composition pyrotechnique d'allumage, ledit élément résistif chauffant étant électriquement relié à au moins deux électrodes externes rattachées à un support de circuit imprimé réalisé sous la forme d'une carte électronique sur laquelle sont ménagées des pistes conductrices, caractérisé en ce que, i) une paroi transversale séparatrice divise l'intérieur du corps en une chambre aval contenant l'élément résistif chauffant, la composition pyrotechnique d'amorçage, ainsi que la composition pyrotechnique d'allumage, et en une chambre amont contenant la carte électronique, ii) des moyens de connexion électrique traversent ladite paroi transversale séparatrice et relient les pistes conductrices de la carte électronique à l'élément résistif chauffant, iii) un moyen de dialogue et de déclenchement d'une information codée ainsi qu'un moyen de stockage d'énergie électrique sont connectés aux pistes conductrices. Il en découle alors que: - cet allumeur électro-pyrotechnique peut être utilisé pour le même usage qu'un allumeur traditionnel puisque l'emploi d'une carte électronique sur laquelle sont intégrés les différents composants électroniques permet de conférer audit allumeur objet de l'invention un encombrement externe similaire à celui d'un allumeur traditionnel, l'utilisation d'un tel allumeur dans chacun des différents modules air-bag incorporés dans le véhicule et reliés par un réseau câblé de type bus à une unité centrale de commande permet, d'une part, de laisser le choix à l'unité centrale de commande de ne déclencher que le ou les modules air-bag susceptibles d'apporter une protection efficace à l'occupant en fonction du choc, et d'autre part, de ne plus demander à l'unité centrale de commande de délivrer la quantité d'énergie électrique nécessaire pour provoquer l'initiation d'un tel allumeur. Ceci est obtenu grâce à la présence dans chaque allumeur, d'une part, d'un moyen de stockage d'énergie électrique périodiquement alimenté par un courant électrique de faible intensité émis par l'unité centrale de commande, et d'autre part, d'un moyen de dialogue et de déclenchement qui est apte à détecter une information codée provenant de l'unité centrale de commande et à donner l'ordre audit moyen de stockage d'énergie électrique de délivrer la quantité d'énergie électrique jusqu'alors stockée. Celle-ci permet de chauffer l'élément résistif chauffant par effet Joule de manière à initier la composition pyrotechnique d'amorçage. Préférentiellement, le moyen de dialogue et de déclenchement sera un circuit intégré spécifique et l'information codée qui circule entre l'unité centrale de commande et ledit moyen de dialogue et de déclenchement consistera en des trains d'impulsions électriques spécifiques. Dans la présente demande, l'information codée comprendra à la fois les informations constituant les ordres de déclenchement des différents allumeurs et les informations permettant à l'unité centrale de commande de s'assurer de la fiabilité des composants électroniques contenus dans chaque allumeur. Préférentiellement encore, le moyen de dialogue et de déclenchement est placé sur l'une des deux faces planes de la carte électronique et le moyen de stockage d'énergie électrique est placé sur l'autre face plane. Avantageusement, la paroi transversale séparatrice est réalisée à l'aide d'une pièce métallique portant plusieurs perforations, chacune de ces perforations présentant une paroi latérale en verre. De façon avantageuse, la pièce métallique porte deux perforations et les moyens de connexion électrique sont constitués par deux broches de connexion métalliques, chacune d'elles étant insérée dans l'une des deux perforations portées par la pièce métallique et présentant une première extrémité rattachée à l'élément résistif chauffant et une seconde extrémité soudée sur les pistes conductrices. Cette paroi transversale séparatrice permet donc d'assurer l'étanchéité entre la chambre amont et la chambre aval avant et après fonctionnement de l'allumeur mais aussi d'isoler électriquement les broches de connexion métalliques l'une de l'autre. Avantageusement encore, la carte électronique est disposée perpendiculairement à la paroi transversale séparatrice. Pour améliorer la résistance mécanique de la carte électronique et des composants électroniques fixés dessus, il est souhaitable de recouvrir l'ensemble par un surmoulage ou par un enrobage. Préférentiellement, l'élément résistif chauffant est constitué par un pont résistif en couche mince reposant sur la pièce métallique, ledit pont résistif en couche mince étant constitué par du nitrure de tantale dont l'épaisseur est comprise entre 0,01 Am et 1.m. Le pont résistif pourra également consister par exemple en une couche d'un alliage nickel/chrome. Préférentiellement encore, la composition pyrotechnique d'amorçage est une laque à base de trinitrorésorcinate de plomb qui recouvre le pont résistif. Ladite composition pyrotechnique d'amorçage peut également consister par exemple en des sels de dinitrobenzofuroxane. Préférentiellement, les électrodes externes sont constituées par des broches externes métalliques qui sont disposées dans le prolongement de la carte électronique et qui sont parallèles à cette carte. Préférentiellement encore, le moyen de stockage d'énergie électrique est constitué par un condensateur. L'invention concerne également l'utilisation de tels allumeurs électro-pyrotechniques dans des générateurs de gaz pour modules air-bag reliés dans un véhicule automobile par un réseau câblé de type bus à une unité centrale de commande. On décrit ci-après aux figures 1 et 2 le mode de réalisation préférée de l'invention et à la figure 3 le schéma d'un exemple de réseau câblé de type bus. La figure 1 est une vue partielle en coupe longitudinale d'un allumeur électro-pyrotechnique selon le mode de réalisation préféré de l'invention avec omission des composants électroniques et d'une partie de l'enrobage. La figure 2 est une vue en perspective arrachée de l'allumeur représenté partiellement à la figure 1 avec omission de l'enrobage. La figure 3 est un schéma d'un réseau câblé de type bus dans lequel sont intégrés quatre modules air- bag contenant chacun un allumeur électro-pyrotechnique représenté aux figures 1 et 2 En se reportant aux figures 1 et 2, on observe qu'un allumeur 1 électro-pyrotechnique selon l'invention est constitué à partir d'un capuchon 2 qui est muni d'une paroi latérale 6 se terminant, d'une part, par un fond 4, et d'autre part, par une extrémité libre 33, et dans lequel est tout d'abord inséré un chemisage 3 cylindrique. Ce dernier présente une première extrémité en appui contre le fond 4 du capuchon 2 et une paroi latérale 5 dont la surface externe est au contact d'une partie de la surface interne de la paroi latérale 6 du capuchon 2. Une composition pyrotechnique d'allumage 7 sous la forme d'une substance pulvérulente est ensuite introduite dans le capuchon 2. Un ensemble, décrit ci- après, est finalement glissé dans ledit capuchon 2. Cet ensemble est constitué à partir d'une traversée de verre qui comprend, d'une part, une pièce métallique discoïde 8 présentant une face amont et une face aval sur laquelle est rapporté un élément résistif chauffant 11, et d'autre part, deux broches de connexion 13, 14 métalliques. Plus précisément, la pièce métallique discoïde 8 est munie de deux perforations comportant chacune une paroi latérale 9, 10 en verre, les deux broches de connexion 13, 14 métalliques sont chacune introduites dans l'une des deux perforations et lesdites broches 13, 14 présentent chacune une première extrémité fixée par soudure à l'élément résistif chauffant 11. Ce dernier est avantageusement réalisé à l'aide d'un pont résistif en couche mince constitué par du nitrure de tantale dont l'épaisseur est d'environ 0, 5mm. Un support de circuit imprimé, sous la forme d'une carte électronique 17 rectangulaire présentant une face plane supérieure 26 et une face plane inférieure 27 sur lesquelles sont ménagées des pistes conductrices 18, 19, est rattaché aux broches de connexion 13, 14. Plus précisément, la seconde extrémité 24, 25 de chacune des deux broches de connexion 13, 14 est fixée par soudure aux pistes conductrices 18, 19 sur la face plane supérieure 26 de manière à ce que la tranche 28 de la carte électronique 17 rectangulaire soit au contact de la face amont de la pièce métallique discoïde 8. Un moyen de stockage 20 d'énergie électrique constitué par un condensateur ainsi que des moyens de protection 21, 22 contre les décharges électrostatiques et contre les perturbations électromagnétiques sont connectés aux pistes conductrices 18, 19 sur la face plane supérieure 26 et un moyen de dialogue et de déclenchement d'un train d'impulsions électriques spécifiques est connecté aux pistes conductrices 18, 19 sur la face plane inférieure 27. Ce moyen de dialogue et de déclenchement est avantageusement réalisé à l'aide d'un circuit intégré spécifique. La carte électronique 17 rectangulaire est par ailleurs prolongée par trois broches externes 29 à 31 métalliques présentant chacune une extrémité fixée par soudure sur les pistes conductrices 18, 19, lesdites broches externes 29, 30 étant fixées sur la face plane supérieure 26 et destinées à être intégrées dans un réseau câblé de type bus rattaché à une unité centrale de commande et la broche externe 31 étant fixée sur la face plane inférieure 27 et assurant la mise à la masse. Une composition pyrotechnique d'amorçage 12 sous la forme d'une laque à base de trinitrorésorcinate de plomb est déposée sur l'élément résistif chauffant 11 et l'ensemble tel que décrit précédemment est introduit dans le capuchon 2, la pièce métallique discoïde 8 étant placée en appui sur la seconde extrémité du chemisage 3 cylindrique. Une pièce 32 en matière plastique est insérée dans le capuchon 2 et l'extrémité libre 33 de ce dernier est sertie sur la pièce 32. Un polymère thermodurcissable d'enrobage est ensuite injecté par un orifice présenté par la pièce 32 de manière à remplir l'intérieur de la pièce 32. Un allumeur 1 électro-pyrotechnique tel que décrit précédemment présente un schéma de fonctionnement suivant. Dans des conditions normales de fonctionnement, c'est à dire lorsque le véhicule automobile dans lequel est incorporé ledit allumeur 1 ne subit aucun accident particulier nécessitant le déploiement d'un coussin de protection afin de protéger l'occupant, le moyen de stockage 20 d'énergie électrique, constitué ici par un condensateur, est régulièrement alimenté par un courant de faible intensité émis par l'unité centrale de commande et transmis audit condensateur par l'intermé- diaire des broches externes 29 et 30. Dans le cas o, à la suite d'un choc, l'activation de l'allumeur 1 est souhaitable afin d'initier le générateur de gaz auquel il est associé, l'unité centrale de commande délivre un ordre de déclenchement sous la forme d'un train d'impulsions électriques spécifiques qui ne peut être détecté que par le moyen de dialogue et de déclenchement inclus dans l'allumeur 1. Ce moyen de dialogue et de déclenchement permet alors de solliciter le condensateur qui est de ce fait amené à libérer, dans les deux broches de connexion 13, 14 et donc dans l'élément résistif chauffant 11, la quantité d'énergie électrique qui était stockée. Ledit élément résistif chauffant 11 provoque alors, par effet Joule, l'initiation de la composition pyrotechnique d'amorçage 12, et par suite, l'initiation en combustion de la composition pyrotechnique d'allumage 7, ce qui a pour effet de fracturer le fond 4 du capuchon 2. Par ailleurs, compte-tenu de la résistance mécanique de la pièce métallique discoïde 8, un avantage important réside dans le fait que lors de l'activation de l'allumeur 1, les différents composants électroniques ne sont pas endommagés par l'onde de pression découlant de l'initiation de la composition pyrotechnique d'amorçage 12, et le moyen de dialogue et de déclenchement est alors encore apte à échanger des informations avec l'unité centrale de commande dans les millisecondes suivantes, notamment pour lui signifier par exemple que le déclenchement de l'allumeur 1 a été correctement exécute. En se reportant à la figure 3, on observe un schéma présentant un exemple de réseau câblé de type bus dans lequel sont intégrés une unité centrale de commande ainsi que quatre modules air-bag 111a, 11lb, lllc et 11ld, les deux modules air-bag 11lb et 11lc pouvant par exemple contenir chacun un générateur de gaz destiné à gonfler un coussin de protection frontal, et les deux autres modules air-bag llla et llld pouvant par exemple contenir chacun un générateur de gaz destiné à gonfler un coussin de protection latéral. Le générateur de gaz inclus dans chacun de ces différents modules renferme un allumeur électro- pyrotechnique tel que décrit précédemment qui présente donc trois broches externes 114 à 116 métalliques, les deux broches externes 114 et 115 étant destinées à être connectées à un premier conducteur d'alimentation électrique 112 rattaché à l'unité centrale de commande et la broche externe 116 étant destinée à être connectée à un second conducteur électrique 113 rattaché également à l'unité centrale de commande 110 et servant de mise à la masse. Dans des conditions normales de fonctionnement, c'est à dire lorsque le véhicule automobile ne subit aucun choc particulier nécessitant l'activation d'un seul ou de plusieurs modules air-bag llla, lllb, lllc et llld, l'unité centrale de commande 110 délivre périodiquement un courant électrique de faible intensité dans le premier conducteur d'alimentation électrique 112, et ce courant électrique est transmis au moyen de stockage d'énergie électrique de l'allumeur inclus dans chacun des quatre modules air-bag 1lla, lllb, lllc et llld par l'intermédiaire des broches externes 114 et 115. Dans le cas o, à la suite d'un choc, l'activation du module air-bag lllc par exemple est souhaitable, l'unité centrale de commande 110 délivre dans le premier conducteur d'alimentation électrique 112 un train d'impulsions électriques spécifiques constituant un ordre de déclenchement destiné à l'allumeur du module air-bag 111c. Ce train d'impulsions électriques spécifiques est transmis à chaque allumeur par l'intermédiaire des broches externes 114 et 115, mais seul le moyen de dialogue et de déclenchement inclus dans l'allumeur du module air-bag lllc est apte à le détecter et à l'analyser. Le moyen de stockage d'énergie électrique associé au moyen de dialogue et de déclenchement inclus dans l'allumeur du module air- bag 11lc est alors sollicité et il provoque l'initiation de la composition pyrotechnique d'amorçage comme décrit précédemment. Dans le cas o, à la suite d'un choc, l'activation de plusieurs modules air-bag est souhaitable, par exemple les modules air-bag 11la et 11lb, l'unité centrale de commande 110 délivre alors dans le premier conducteur d'alimentation électrique 112 les trains d'impulsions électriques spécifiques destinés à l'allumeur inclus dans chacun des modules air-bag 1lla et lllb. Le fonctionnement de chacun des deux allumeurs est alors analogue à celui analysé ci-dessus. Revendications 1. Allumeur (1) électro-pyrotechnique comprenant un corps comportant un élément résistif chauffant (11), une composition pyrotechnique d'amorçage (12), une composition pyrotechnique d'allumage (7), ledit élément résistif chauffant (11) étant relié électriquement à au moins deux électrodes externes rattachées à un support de circuit imprimé réalisé sous la forme d'une carte électronique (17) sur laquelle sont ménagées des pistes conductrices (18, 19), caractérisé en ce que, i) une paroi transversale séparatrice (8) divise l'intérieur du corps en une chambre aval contenant l'élément résistif chauffant (11), la composition pyrotechnique d'amorçage (12), ainsi que la composition pyrotechnique d'allumage (7), et en une chambre amont contenant la carte électronique (17), ii) des moyens de connexion électrique traversent ladite paroi transversale séparatrice (8) et relient les pistes conductrices (18, 19) de la carte électronique (17) à l'élément résistif chauffant (11), iii) un moyen de dialogue et de déclenchement d'une information codée ainsi qu'un moyen de stockage (20) d'énergie électrique sont connectés aux pistes conductrices (18, 19). 2, Allumeur (1) électro-pyrotechnique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de dialogue et de déclenchement est placé sur l'une des deux faces planes (27) de la carte électronique (17) et en ce que le moyen de stockage (20) d'énergie électrique est placé sur l'autre face plane (26). 3. Allumeur (1) électro-pyrotechnique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi transversale séparatrice (8) est réalisée à l'aide d'une pièce métallique portant plusieurs perforations, chacune de ces perforations présentant une paroi latérale (9,10) en verre. 4. Allumeur (1)électro-pyrotechnique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la carte électronique (17) est disposée perpendiculairement à la paroi transversale séparatrice (8). 5. Allumeur (1) électro-pyrotechnique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de connexion électrique sont constitués par deux broches de connexion (13, 14) métalliques, chacune d'elles étant insérée dans une des perforations portées par la pièce métallique (8) et présentant une première extrémité rattachée à l'élément résistif chauffant (11) et une seconde extrémité soudée sur les pistes conductrices (18, 19). 6. Allumeur (1) électro-pyrotechnique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément résistif chauffant (11) est constitué par un pont résistif en couche mince reposant sur la pièce métallique (8). 7. Allumeur (1) électro-pyrotechnique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le pont résistif en couche mince est constitué par du nitrure de tantale dont l'épaisseur est comprise entre 0,01lm et lgm. 8. Allumeur (1) électro-pyrotechnique selon la revendication 6, caractérisé en ce que le pont résistif en couche mince est constitué par une couche d'alliage nickel/chrome dont l'épaisseur est comprise entre 0,01 Mm et lpm. 9. Allumeur (1) électro-pyrotechnique selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique d'amorçage (12) est une laque à base de trinitrorésorcinate de plomb qui recouvre le pont résistif. 10. Allumeur (1) électro-pyrotechnique selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la composition pyrotechnique d'amorçage (12) est une laque à base d'un sel de dinitrobenzofuroxanne. 11. Allumeur (1) électro-pyrotechnique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les électrodes externes sont constituées par des broches externes (29 à 31) métalliques qui sont disposées dans le prolongement de la carte électronique (17) et qui sont parallèles à cette carte électronique (17). 12. Allumeur (1) électro-pyrotechnique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de stockage (20) d'énergie électrique est constitué par un condensateur. 13. Utilisation d'allumeurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 dans des générateurs de gaz pour modules air-bag reliés dans un véhicule automobile par un réseau câblé à une unité centrale de commande.