Brevet FR2815002A1 — publié le 20020412

Domaine technique La présente invention concerne une installation de détec- tion d'un choc latéral d'un véhicule comportant des composants détectant des accélérations d'ensembles de construction du véhicule et commandant le déclenchement des coussins latéraux gonflables protégeant les occu- pants du véhicule. L'instant de déclenchement d'un coussin latéral gonflable en cas de choc latéral sur un véhicule automobile se détecte en grande partie par les capteurs d'accélération. Or ceux-ci sont en général installés au niveau de la traverse transversale des sièges, du seuil au niveau de la zone de la portière ou de la colonne B ou de la colonne C du châssis d'un véhicule automobile. Etat de la technique Dans le cas des capteurs à air comprimé, on a constaté qu'en cas d'augmentation de pression non occasionnée par un choc laté- ral, dans les cavités de portière de véhicules automobiles et en cas de dé- passement du premier seuil sensible de déclenchement du coussin gonflable latéral, on peut risquer un déclenchement accidentel de celuici. Cela peut par exemple se produire en cas de fermeture brutale de la por- tière ou en cas de déclenchement du coussin d'air frontal. En cas de choc en pointe au milieu de la portière, il faut que les durées de déclenchement des coussins latéraux soient aussi ré- duites que possible. Pendant la durée du déclenchement, il faut que le coussin latéral de thorax, installé dans la portière d'un véhicule automo- bile puisse se déployer sans être gêné de même que pour le coussin latéral intégré dans le dossier du siège pour que dans de telles situations de choc, on évite les blessures les plus dangereuses en offrant une protection maximale au milieu de la portière, c'est-à-dire à l'endroit le plus critique du point de vue des déformations, pour protéger les occupants du véhi- cule. De plus, le seuil de non déclenchement d'une poche latérale doit être réglé pour une vitesse du véhicule comprise entre 20 et 25 km/h, pour assurer la robustesse nécessaire des dispositifs de capteur vis-à- vis de déclenchements accidentels dans des situations non critiques pour les occupants du véhicule, par exemple lors d'une fermeture brutale d'une portière. Un réglage très fin des paramètres dans l'algorithme de dé- clenchement des capteurs de coussins gonflables dans des cavités de por- tières de véhicules automobiles conduit en cas de risque à des durées de déclenchement courtes, souhaitées, mais d'autres part, le seuil de déclen- chement est abaissé à un niveau de vitesse de 10 à 15 km/h, ce qui con- duit aux inconvénients exposés ci-dessus. Les capteurs de pression présentent en cas de choc en flè- che, au milieu d'une portière de véhicule considérée comme souple du point de vue de sa rigidité, à des temps de réponse plus courts par compa- raison avec ceux des capteurs d'accélération pour la structure du véhi- cule, mais présentent les inconvénients esquissés ci-dessus. La pression est une grandeur scalaire et il n'est pas sans importance de savoir si celle- ci vient de l'intérieur du véhicule (montée en pression) par déclenchement simultané des deux coussins frontaux ou par la fermeture brutale de la portière lorsque les vitres latérales et le toit ouvrant sont fermés) ou si la pression est exercée de l'extérieur sur la cellule de l'habitacle, c'est-à-dire dans le cas d'un choc latéral appliqué au véhicule. Exposé de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces incon- vénients et concerne à cet effet une installation du type défini cidessus, caractérisée en ce que les ensembles de construction du véhicule com- portent un composant détectant le début d'une déformation plastique de l'ensemble, et qui diminue le seuil de déclenchement pour activer le cous- sin latéral gonflable. Ainsi selon l'invention, en plus de l'exploitation des signaux de capteurs d'accélération périphériques (PAS), on surveille également la déformation de la tôle extérieure de la portière, c'est-à-dire la déformation plastique de la tôle de la portière à l'aide d'un capteur à jauge de con- traintes. Le capteur à jauge de contraintes est logé dans la cavité entre le côté extérieur et le côté intérieur de la portière du véhicule, par exemple sur un élément de renforcement de la portière (tube, tôle profilée ou moyens analogues). Par la détection supplémentaire de la déformation de la portière, on peut reconnaître extrêmement rapidement, c'est-à-dire entre 3 et 5 ms, un choc sur la portière. Si en plus du capteur d'accélération, on utilise un capteur à jauge de contraintes par portière du véhicule, on peut détecter les situa- tions de chocs latéraux, dangereuses déjà après un intervalle de 3 à 5 ms. A l'aide du signal généré par le capteur à jauge de contraintes, on peut abaisser immédiatement le seuil de déclenchement du capteur d'accélération prévu par exemple sur la colonne B d'un véhicule automo- bile, pour que le coussin latéral qui protège la tête et la zone de thorax des occupants du véhicule soit activé à temps. En utilisant uniquement un capteur répondant à la pres- sion, on détectera un choc en poteau latéral seulement après environ 6 ms; pour une durée de gonflement du coussin latéral d'environ 10 ms pour le coussin latéral de protection du thorax, cela signifie une réduction par deux de la durée de détection qui est un avantage de temps décisif pour la sécurité passive des occupants du véhicule. A côté de l'utilisation dans une cavité d'une portière de vé- o10 hicule, on peut également fixer les capteurs à jauge de contraintes, de fa- çon comparable dans la zone avant de la carrosserie d'un véhicule automobile, par exemple sur la face inférieure avant du capot, pour dé- tecter un choc avec un piéton. Les capteurs à jauge de contraintes se fixent avantageuse- ment par rivetage sur l'organe de déformation dont on veut détecter le dé- but de la déformation élastique pour permettre de remplacer simplement des composants défectueux; le composant à surveiller, par exemple une portière de véhicule, pourra néanmoins rester en utilisation. Le capteur à jauge de contraintes peut se riveter simplement sur le tube de renforce- ment de la cavité de la portière de façon à supprimer tout soudage direct compliqué ou collage sur la pièce déformable. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide des des- sins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue d'une portière de conducteur ou de passager avec la position de montage prédéterminée pour le capteur à jauge de contraintes, - la figure 2 montre le circuit amplificateur sous une forme schématique, - la figure 3 montre le montage de principe d'un capteur à jauge de con- traintes, - la figure 4 est une vue de côté du capteur à jauge de contraintes avec le connecteur engagé ainsi que les broches de connexion, - la figure 5 est une vue de dessus de l'élément de capteur à jauge de contraintes de la figure 4, - la figure 6 montre la configuration du support en tôle d'acier recevant les composants du capteur, - la figure 7 est une vue de côté du support en tôle d'acier. Description des modes de réalisation La figure 1 est une vue d'une portière de conducteur ou de passager d'un véhicule automobile montrant la position de montage d'un capteur à jauge de mesure pour l'intérieur de la portière, monté sur un tube de renforcement ou un élément de renforcement. La vue de la figure 1 montre un ensemble de construction 1 d'un véhicule sous la forme d'une portière de véhicule. La portière comprend une surface de portière 2 et une ca- vité 3 pour la vitre. La référence 4 désigne la zone de la colonne A. La réfé- rence 5 désigne la zone de la colonne B. La référence 6 correspond à la zone du seuil de porte sur le côté inférieur de la portière i du véhicule. Un élément capteur 8 sous la forme d'un capteur à jauge de contraintes (DMS) est installé au niveau de la position de capteur 7 sensiblement au- dessus du milieu de la surface 2 de la portière sur l'élément de renforce- ment à l'intérieur de la portière. Dans la configuration de la figure 1, la déformation du composant 8 de détection de l'élément de renforcement est réalisée sous la forme d'un seul capteur DMS. L'élément de capteur 8 réalisé sous la forme d'un capteur à jauge de contraintes est sensible à l'extension et à la compression dans le domaine micrométrique; il a un coefficient (k) environ égal à 2. Cela si- gnifie que pour une variation de longueur de 1 % de la jauge de contrain- tes, la résistance de l'élément de capteur 8 change de 2 %. Les jauges de contraintes permettent de réaliser des capteurs de déformation, c'est-à- dire des capteurs dynamométriques très précis. De plus, les capteurs à jauge de contraintes permettent une unique variation de longueur d'environ 10 %. Les éléments de capteur 8 comme ceux présentés à la fi- gure i occupent une surface d'environ 0,1 cm2, de sorte que pour une va- riation de longueur de 10 %, il faut au niveau du capteur à jauge de contraintes 8 une déformation de l'élément de renforcement de porte qui arrive loin dans la zone plastique. Cela signifie qu'avant la destruction du capteur à jauge de contraintes par dépassement de la variation de longueur de 10 %, il y aura eu depuis longtemps le déclenchement de la poche latérale gonflable. La figure 2 montre un circuit d'exploitation ou d'amplification du capteur à jauge de contraintes. La déformation de l'élément de renforcement de porte peut produire un allongement ou une rétraction de la résistance à jauge de contraintes 8. C'est pourquoi, on surveille l'amplitude de la variation quant au dépassement d'un ou plu- sieurs seuils dans un programme avec un algorithme de déclenchement de l'appareil de déclenchement du coussin gonflable. Contrairement à la détection en valeur absolue nécessaire au classement vis-à-vis des occupants du véhicule, pour chaque détection de choc, il suffit d'une mesure dynamique. Pour cela, le schéma de la fi- gure 2 montre un circuit amplificateur 10 dont l'amplificateur 9 est un amplificateur à tension alternative. Celui-ci est beaucoup plus simple et plus économique à réaliser qu'un amplificateur à tension continue. L'amplificateur à tension alternative 9 est couplé par un filtre passebas câblé avec une fréquence appropriée plus basse; la fréquence de coupure inférieure précise est réglée par un filtre passe-bas de programme, situé plus haut et qui se prédétermine de manière plus précise. La figure 3 montre le principe de construction d'un capteur à jauge de contraintes. L'élément de renforcement de porte 11 d'une telle portière de véhicule automobile porte un élément de capteur 8. L'élément de ren- forcement de porte 1 1 peut être réalisé avec des épaisseurs de tôle diffé- rentes et dans les véhicules de tourisme actuels, selon le constructeur, les épaisseurs de tôle de portière sont comprises entre 0,5 mm et 1,0 mm. L'élément de capteur 10 selon la figure 3 est porté par un support à fond d'acier 12 qui est constitué par une plaque de fond en tôle d'acier d'une épaisseur de 0,5 mm et il est fermé par un couvercle en matière plastique 32 représenté en traits interrompus. Le support de fond en acier 12 est fixé de manière amovible à l'élément de renforcement de porte dans la ca- vité d'une portière de véhicule automobile par l'intermédiaire d'un moyen de fixation susceptible d'être détaché par exemple des rivets. Le mode de fixation offre l'avantage de pouvoir extraire un élément de capteur défec- tueux 8 de sa position de montage 7 à l'intérieur de la portière tout en pouvant continuer d'utiliser le composant 1 par exemple la portière de vé- hicule automobile et en cas de capteurs défectueux, de ne pas avoir à remplacer l'ensemble 1 ou 12. La plaquette de fond d'acier 12 porte une platine 20 dont la face supérieure 19 est munie d'un certain nombre de composants électro- niques sous la forme de condensateurs à puce en céramique 27, d'éléments de branchement 13 ainsi que d'un composant d'exploitation (ASIC) identifié par la référence 16. La fixation de la platine 20, des élé- ments de branchement ainsi que des composants électriques sur la pla- tine 20 sur un mince support de tôle d'acier 12 est nécessaire pour avoir au niveau de l'élément de capteur 8 la souplesse nécessaire pour n'influencer qu'au minimum la flexion de l'élément de renforcement de portière 11. La vue de la figure 4 est une vue de côté d'un élément de capteur à jauge de contraintes comportant un élément de liaison par con- necteur 17 accroché au support d'acier 12, et sur lequel sont prévues des broches de connexion 13. L'élément de capteur 8 selon la figure 4 est reçu comme l'élément de capteur de la figure 3 par des rivets de fixation 15, amovibles sur le côté d'un élément de renforcement de portière. La tôle de fond en acier 12 a de préférence une épaisseur de seulement 0,5 mm et reçoit sur son côté supérieur une platine de circuit imprimé 20, fixée contre la face supérieure de la tôle de fond en acier 12 par une colle 28 réfractaire. La platine de circuit imprimé souple 20 est une feuille de kapton 25 qui sert de supports de composants et de conducteurs de liaison pour le capteur à jauge de contraintes réalisé sous la forme d'une couche NiCr ou de cons- tantan, en étant soudée sur la tôle de fond d'acier 12 par l'intermédiaire d'une couche isolante. La platine de circuit Flex 20 sert en outre de sup- port aux composants d'exploitation 16 (ASIC) et d'un certain nombre de condensateurs puces 27 en céramique, discrets. La hauteur de la cons- truction du dispositif de capteur 8 par rapport à l'élément de renforcement de portière jusqu'à la face supérieure du couvercle 32 qui couvre le circuit ne représente que quelques millimètres comme l'indique la référence 30; dans le mode de réalisation de la figure 4, il s'agit seulement de 6 mm. Au niveau de l'élément de connecteur 17 qui est fixé par deux becs d'accrochage 21 sur la face supérieure de la tôle de fond d'acier, la hau- teur globale désignée par la référence 31 est d'environ 18 mm. Les broches de connexion 13, représentées en traits interrompus dans leur passage dans le connecteur 17, sont reliées par une liaison de brasure à la vague 26 à la platine de circuit imprimé 20 qui porte les composants électroni- ques. Après la pulvérisation du capteur à jauge de contraintes sur la feuille de kapton 20 et son collage par une liaison adhésive 28 réfrac- taire sur la plaque de fond d'acier 12, on réalise le contact des composants électroniques installés et des deux broches de connexion 13 au cours d'une seule opération de brasage à la vague 26. Le boîtier 17 du connec- teur est accroché avantageusement avec son bec d'accrochage 21, injecté, à la tôle de fond d'acier 12. Entre l'élément de renforcement de portière 11 et la face inférieure de la plaque de tôle de fond d'acier 12, du fait de la caverne réalisée par emboutissage profond dans la plaque de tôle de fond en acier 12, on dispose de suffisamment de place pour les becs d'accrochage 21 (voir figure 7). Le couvercle en matière plastique 32 du capteur à jauge de contraintes 8 est par exemple seulement encliqueté dans le boîtier 17 du connecteur. Pour assurer l'étanchéité à l'eau, c'est-à-dire contre les pro- jections d'eau ou l'eau de pluie qui pourraient arriver par le joint de la portière, la périphérie du couvercle 32 est collée avec de la colle 28 à la surface de fond en acier 12 fixée par des rivets 15 à l'élément de renforce- ment de portière. La vue de la figure 5 est une vue de dessus de l'élément de capteur 8 selon la figure 4. Cette configuration montre notamment la position des per- is5 çages 22 recevant les rivets 15, pour relier le capteur à jauge de contrain- tes 8 amovible à l'élément de renforcement de portière 11. La figure 5 montre le tracé du cordon de colle 28 qui pro- tège les composants électroniques 16, 27 contre la pénétration d'humidité. Les broches de connexion 13 sont reproduites en traits interrompus et el- les sont injectées dans le connecteur 17 accroché à la tôle de fond 12 en acier. La référence 23 désigne une résistance de jauge de contraintes (DMS) dans la vue de la figure 5. L'orientation en forme de méandres est parallèle à l'axe longitudinal de l'élément de renforcement de portière 11 pour permettre de mesurer son fléchissement en direction de l'intérieur de l'habitacle. L'utilisation d'une feuille de kapton 20 comme platine de circuit souple, la réalisation de la tôle de fond en acier 12 comme pla- quette de fond à paroi mince avec une épaisseur de matière de seulement 0, 5 mm ainsi que d'un couvercle 32 à paroi mince et extrêmement bas, assurent la ductilité nécessaire et la faible rigidité en flexion du capteur à jauge de contraintes 8 selon la configuration des figures 3 et 4; cela as- sure que la rigidité propre de l'élément de capteur à jauge de contraintes 8 ne fausse pas le comportement en déformation du support déformable. La figure 6 est une vue de dessus d'une tôle de fond en acier 12 de configuration appropriée, montrée de manière plus détaillée. La référence 18 désigne les perçages dans la tôle d'acier d'une épaisseur de 0,5 mm recevant les becs d'accrochage 21 de l'élément de connecteur 17 par accrochage. La platine 20 selon les figures 4, 5 est une feuille de kapton souple qui reçoit les différents composants électroniques. Selon le gabarit de perçage de la figure 6, pour fixer la tôle d'acier 12 sur l'élément de renforcement de portière 11, on prévoit deux perçages 22, ce qui per- met par un nombre approprié de rivets 15 de fixer de manière interchan- geable la tôle de fond d'acier ainsi que la platine 20 portée par celleci, dans la cavité d'une portière de véhicule automobile. De tels capteurs de déformation 8 fixés par rivets permet- tent d'améliorer la protection des passagers en cas de choc latéral; ils ré- duisent significativement le risque de blessures des occupants ou 0o passagers du véhicule. Un élément de capteur 8 qui détecte la déformation d'ensemble du véhicule selon la présente invention peut être reçu d'une manière comparable également au niveau de la zone du capot du moteur d'un véhicule automobile ou encore servir à détecter le choc d'un piéton. On peut également installer de manière détachable des capteurs de dé- formation mesurant autour d'un axe de flexion, et qui sont fixés avec seu- lement deux rivets, pour la détection d'un choc de piéton, comme des capteurs de contact dans le support du pare-chocs à l'avant d'un véhicule automobile. La réception de l'élément de capteur à jauge de contraintes 8 selon l'invention utilisant deux rivets s'est avérée comme particulière- ment intéressante dans l'industrie automobile, car les rivets à l'intérieur des portières constituent le standard unique usuel du mode de fixation utilisé actuellement dans l'industrie automobile. De plus, les jauges de contraintes peuvent seulement être rivetées et non vissées, car les liaisons vissées perdent en forces de serrage pendant leur durée de vie. De manière avantageuse, selon l'invention, le capteur à jauge de contraintes peut se remplacer simplement. Dans le présent cas de montage, on ne colle, ni ne soude le capteur à jauge de contraintes à l'élément de renforcement de portière, car sinon en cas d'éléments de capteur 8 défectueux, il faudrait remplacer l'ensemble de la pièce, c'est-à-dire la portière du véhicule. De manière avantageuse, l'élément de capteur à jauge de contraintes 23 est soudé directement sur la tôle à fond d'acier 12 et ces deux points de rac- cordement sont mis en contact sur la platine de circuit imprimé souple 20 avec deux éléments de liaison 25. On évite ainsi des effets de rampage pour des éléments à jauge de contraintes collés. La platine de circuit im- primé 20 est découpée à l'endroit du capteur 23 comme le montre la figure 5. NOMENCLATURE 1 portière 2 élément de surface de renforcement de portière 3 surface de la fenêtre 4 colonne A colonne B 6 zone de seuil de portière 7 position du capteur 8 élément de capteur 9 amplificateur circuit amplificateur 1 1 élément tubulaire de renforcement de portière (tôle profilée ou analo- gue) 12 tôle de fond en acier 13 broches de connecteur 14 caverne obtenue par emboutissage profond rivets 16 composants d'exploitation 17 connecteur 18 perçages 19 surface platine 21 becs d'accrochage 22 perçages 23 élément à jauge de contraintes (DMS) 24--- liaisons 26 soudage à la vague 27 condensateur 28 collage 29 épaisseur de matière hauteur de montage 31 hauteur globale avec connecteur 32 couvercle REVENDICATIONS 1 ) Installation de détection d'un choc latéral d'un véhicule comportant des composants détectant des accélérations d'ensembles de construction (1) du véhicule et commandant le déclenchement des coussins latéraux gonflables protégeant les occupants du véhicule, caractérisée en ce que les ensembles de construction (1 1) du véhicule comportent un composant (8) détectant le début d'une déformation plastique de l'ensemble, et qui diminue le seuil de déclenchement pour activer le coussin latéral gonfla- ble. 2 ) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le composant (8) qui détecte la déformation plastique de l'ensemble de construction est un capteur à jauge de contraintes dont le signal de sortie diminue le seuil de déclenchement du capteur d'accélération équipant le véhicule. 3 ) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le capteur à jauge de contraintes (8) est formé d'une unique résistance disposée en méandres et dont la variation d'amplitude est surveillée en cas de dépassement d'un ou plusieurs seuils. 4 ) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la résistance de la jauge de contraintes est orientée pour mesurer la va- riation de longueur (allongement ou rétraction) de l'ensemble de construc- tion (1 1) à surveiller. ) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la résistance (8) est soudée sur une tôle de fond d'acier (12) reliée par des liaisons à rivets (15) à l'ensemble de construction (1 1). 6 ) Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu' un composant d'exploitation (16) ainsi qu'un certain nombre de compo- sants électroniques (27) sont montés sur une platine de circuit (20) de la plaque de base (12) et la plaque de base (12) est reçue par des éléments de fixation amovibles (15) sur l'ensemble de construction (11) déformable du côté intérieur. 7 ) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le signal de sortie du capteur à jauge de contraintes DMS (8) est amplifié par un amplificateur à courant alternatif (9). 8 ) Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que le capteur à jauge de contraintes (8) et l'amplificateur (9) sont montés sur une plaque de base (12) sans résistance de flexion, qui n'influence pas la déformation de l'ensemble de construction (11) déformable. 9 ) Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu' on monte sur la face supérieure (19) de la plaque de base (12), une platine de circuit souple (20) comme support de conducteur de liaison du capteur à jauge de contraintes (8), du composant d'exploitation (16) et des compo- sants électroniques (27).