Brevet FR2845446A1 — publié le 20040409

Le domaine technique de l'invention est celui de la sécurité automobile impliquant des systèmes d'absorption d'énergie, pour amortir le déplacement de certaines pièces qui auront été mises en mouvement lors d'un choc 5 mécanique du véhicule automobile avec un élément extérieur. Les systèmes d'absorption selon l'invention sont particulièrement adaptés, par exemple, aux colonnes de direction qui, si elles ne sont pas libérées puis amorties, peuvent constituer pour le conducteur une 10 butée fixe apte à devenir une source de blessures importantes. Les dispositifs d'absorption d'énergie ont déjà fait l'objet de plusieurs demandes de brevet. On peut citer le brevet US 3, 656, 366 qui décrit un 15 système amortisseur pour colonne de direction. L'axe de la colonne de direction, en position non rétractée, est bloqué en translation par un système de blocage à billes. L'une des extrémités de la colonne est entourée par une bague apte à coulisser dans un cylindre rempli 20 de fluide, ladite bague étant traversée par une pluralité de canaux. Lors d'un choc, l'axe de la colonne de direction est débloqué et le mouvement en translation de la colonne est amorti par le fluide qui se comprime sous l'effet de poussée de la bague, une partie du 25 fluide étant évacuée par les canaux. Il s'agit d'un système amortisseur hydraulique conventionnel ne faisant pas intervenir de charges pyrotechniques. De même, le système d'absorption d'énergie divulgué dans le brevet EP 0979 768 est un système hydraulique 30 n'impliquant pas de charges pyrotechniques. Ce système comporte un cylindre dans lequel se déplace un piston lors du mouvement de la colonne de direction. Une valve commandée par une unité de commande électronique permet de contrôler le flux de fluide du cylindre jusqu'au 35 réservoir de fluide, ce qui permet d'augmenter ou de réduire le niveau d'amortissement créé par la compression du fluide. L'unité de commande électronique reçoit pour cela des signaux provenant notamment d'un capteur de vitesse du véhicule, d'un capteur d'accélération du véhicule et d'un capteur mesurant la masse du conducteur. On peut également mentionner le brevet EP 1 101 687 qui se rapporte à un système d'absorption d'énergie utilisant une pluralité d'enroulements pour amortir une colonne de direction d'un véhicule automobile. Ce 10 système est modulable par l'intermédiaire d'un actionneur pyrotechnique capable de libérer un ou plusieurs enroulements en cas de choc. Il s'agit d'un système d'amortissement mécanique et l'actionneur pyrotechnique n'intervient que pour déclencher l'action 15 des enroulements. Enfin, le brevet EP 0550 321 concerne un vérin pyrotechnique à course amortie pouvant être utilisé dans tout type de système d'absorption d'énergie. Ce vérin comporte un générateur de gaz pyrotechnique, un piston, 20 une chambre de combustion de matières pyrotechniques et une chambre de contre-pression ainsi qu'une chambre intermédiaire comprise en ladite chambre de combustion et une extrémité du piston. Un canal relie la chambre intermédiaire à la chambre de contre-pression. Les gaz 25 émis par le générateur mettent sous pression la chambre intermédiaire pour s'opposer au mouvement du piston et ainsi amortir sa course, une partie desdits gaz étant acheminés par le canal vers la chambre de contrepression. Les systèmes d'absorption d'énergie selon l'invention possèdent un générateur de gaz pyrotechnique constitué d'une pluralité de charges pyrotechniques dont les gaz vont directement venir au contact de la pièce 35 mécanique à amortir. Cette pluralité de charges pyrotechniques rend le système d'absorption modulable car le générateur pyrotechnique peut émettre une quantité variable de gaz suivant le nombre de charges initiées en combustion. De cette manière, les systèmes d'absorption selon l'invention peuvent s'adapter à un 5 certain nombre de paramètres comme la vitesse du véhicule au moment du choc et la morphologie du conducteur, pour les rendre plus efficaces et plus srs. L'objet de la présente invention concerne un système 10 d'absorption d'énergie pour dispositifs de sécurité dans un véhicule automobile, comprenant un générateur de gaz pyrotechnique et un piston de coulissement pouvant se déplacer dans une chambre d'amortissement dans laquelle débouche au moins un canal d'évacuation des gaz, ledit 15 générateur étant apte à libérer des gaz dans ladite chambre pour amortir le piston caractérisé en ce que le générateur de gaz comprend une pluralité de charges pyrotechniques. Avantageusement, un dispositif d'allumage permet 20 d'initier les charges pyrotechniques indépendamment les unes des autres. De façon préférentielle, ledit dispositif d'allumage peut initier plusieurs charges pyrotechniques simultanément. De façon avantageuse, le dispositif d'allumage peut initier les charges pyrotechniques avec un décalage temporel. De cette manière, la présence de plusieurs charges pyrotechniques au sein d'un même système d'absorption 30 permet une grande souplesse d'utilisation de celui-ci, puisque le dispositif d'allumage qui lui est associé permet, d'une part, de sélectionner les charges pyrotechniques à initier en combustion et, d'autre part, de définir leur chronologie d'initiation. Ainsi les charges peuvent être initiées simultanément ou avec des décalages temporels paramétrables pour améliorer les conditions de fonctionnement du dispositif d'absorption. De façon avantageuse, les charges pyrotechniques impliquées dans le système d'absorption selon 5 l'invention ont toutes des caractéristiques différentes que ce soit au niveau de leur composition chimique, de leur géométrie, de leur dimension ou de leur masse. Les caractéristiques du dispositif d'allumage associées aux caractéristiques des charges pyrotechniques offrent une 10 multiplicité de combinaisons permettant de traiter un très grand nombre de configurations. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif d'allumage comprend une matrice d'allumage intégrant des dispositifs d'initiation basse intensité 15 qui, associés à une composition d'allumage, initient une charge relais provoquant la combustion des charges pyrotechniques. De façon avantageuse, le piston est constitué par un corps prolongé par une tige, ledit corps obturant 20 partiellement la chambre et le canal traversant ledit corps. Préférentiellement, le canal débouche dans une chambre secondaire située de l'autre côté du corps par rapport à la chambre d'amortissement, les deux chambres 25 étant dans le prolongement l'une de l'autre. De cette manière, une grande partie des gaz est stockée dans la chambre d'amortissement pour freiner la course du piston tandis qu'une autre partie est acheminée vers une chambre secondaire, cette fuite étant 30 nécessaire pour assurer un amortissement progressif dudit piston. Avantageusement, les charges sont disposées circulairement dans des chambres de combustion individuelles, de façon à isoler les charges les une des 35 autres, et à éviter qu'une charge s'initie en combustion sous l'effet de la combustion d'une charge voisine. Cet effet d'initiation par influence doit être évité dans la présente invention. De façon préférentielle, chaque chambre de combustion est munie d'un opercule claquable. De façon avantageuse, les opercules sont dimensionnés pour résister à la pression de fonctionnement de la chambre d'amortissement et claquer seulement sous la pression d'allumage des charges correspondantes. La présence d'opercules dans les chambres de combustion se justifie pour isoler un peu plus les charges pyrotechniques entre elles et diminuer le risque de transmission de la combustion d'une charge à une autre. Préférentiellement les charges pyrotechniques sont constituées de propergol. Avantageusement, le piston est équipé d'un dispositif anti-retour pour éviter audit piston de se déplacer selon un sens donné. Autrement dit, le dispositif d'absorption d'énergie est conçu pour que le piston se déplace selon un certain sens et si, pour des raisons de mauvais fonctionnement, il était amené à amorcer un déplacement en sens inverse, il serait instantanément bloqué par le dispositif anti25 retour. De façon préférentielle, le dispositif anti-retour comprend une pièce mobile divisée, située à la périphérie du corps du piston, ladite pièce pouvant se déplacer pour venir se coincer entre le corps du piston 30 et la paroi interne de la chambre d'amortissement afin de bloquer ledit piston dans ladite chambre. De façon avantageuse, le dispositif anti-retour est constitué d'une pluralité de billes et le corps du piston à la forme d'un cône tronqué, lesdites billes 35 étant situées autour de la partie la moins évasée du corps du piston et étant aptes à se déplacer vers la partie la plus évasée dudit corps pour venir se bloquer entre la paroi interne de la chambre d'amortissement et ledit corps. L'invention porte également sur l'utilisation d'un 5 système d'absorption d'énergie selon l'invention pour amortir une colonne de direction d'un véhicule automobile en cas de choc. Les dispositifs d'absorption d'énergie selon 10 l'invention présentent le double avantage d'être peu encombrants et d'une grande efficacité. Ils sont peu encombrants dans la mesure o le système d'amortissement n'existe pas tant que le générateur de gaz n'est pas déclenché et est créé sous forme d'un afflux gazeux ne 15 nécessitant pas l'intervention de pièces solides supplémentaires spécialement conçues pour cette fonction d'amortissement. Ils sont d'une grande efficacité, car la multiplicité des charges pyrotechniques mises en jeu 20 permet une bonne maîtrise de la pression initiale d'amortissement, celle-ci pouvant entre autre être adaptée à la morphologie du conducteur et à la vitesse du véhicule automobile au moment du choc. On donne, ci-après, la description détaillée d'un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant aux figures l à 3. La figure 1 est une vue en coupe axiale longitudinale d'un dispositif d'absorption d'énergie 30 selon l'invention n'ayant pas encore fonctionné. La figure 2 est le dispositif d'absorption de la figure 1 mais après avoir fonctionné. La figure 3 est une vue en perspective d'un dispositif d'absorption d'énergie selon l'invention 35 ayant subi une coupe axiale longitudinale partielle. En se référant aux figures i et 2, un système 1 d'absorption d'énergie selon l'invention comprend une pièce 2 cylindrique creuse présentant à chacune de ses deux extrémités une ouverture dont le centre est situé 5 sur l'axe de révolution de ladite pièce 2.. Ladite pièce 2 possède une partie amont incluant un dispositif générateur de gaz 3 et une matrice d'allumage 4 reliée à un câblage électrique 5 ayant une connexion 6 de type bus, ledit câblage 5 sortant de ladite pièce 2 par l'une 10 des deux ouvertures, et une partie aval permettant de loger un piston 7 constitué par un corps cylindrique 8 prolongé par une tige 9 de plus faible diamètre. Le diamètre externe du corps 8 du piston 7 est sensiblement inférieur au diamètre interne de la pièce 2 15 du système 1 d'absorption. Le piston 7 est positionné par rapport à ladite pièce 2, de manière à ce que le corps 8 dudit piston 7 se retrouve dans la pièce 2 et en butée contre l'une des deux extrémités de ladite pièce 2, la tige 9 émergeant de la pièce 2 par l'ouverture de 20 l'extrémité de la pièce 2 contre laquelle le corps 8 du piston 7 est en butée. Le corps 8 du piston 7 est traversé par une pluralité de canaux 10 parallèles à l'axe de révolution de la pièce 2 cylindrique creuse. Un espace libre subsiste à l'intérieur de la pièce 2 entre 25 le corps 8 du piston 7 et le dispositif générateur de gaz 3 permettant de définir une chambre d'amortissement 11. Le dispositif générateur de gaz 3 comporte un support 12 cylindrique plein dont le diamètre externe 30 est sensiblement inférieur au diamètre interne de la pièce 2, et comprenant six chambres 13 de combustion, chacune contenant une charge 14 de propergol. Lesdites chambres 13 sont cylindriques et leur axe est parallèle à celui du support 12 et de la pièce 2. Les chambres 13 sont disposées de sorte que leurs sections circulaires soient régulièrement espacées autour d'un cercle. Ainsi, le support 12 muni de ses chambres 13 de combustion a la forme d'un barillet. Les charges 14 de propergol sont cylindriques à combustion radiale. Elles ont une section identique mais des 5 hauteurs différentes. Ainsi, leur durée de combustion est analogue tandis que leur débit de gaz est différent. Chaque chambre de combustion 13 est obturée par un opercule claquable 15 pour assurer de bonnes conditions d'allumage des charges 14 qui y sont logées et protéger 10 lesdites charges 14 physiquement et thermiquement des effets des autres charges 14. Les opercules 15 sont dimensionnés pour supporter la pression de fonctionnement de la chambre d'amortissement 11 et claquer seulement sous la pression d'allumage des 15 charges 14 correspondantes. La matrice d'allumage 4 est constituée par un boîtier monobloc dans lequel sont intégrés une électronique de commande et un système d'initiateurs pyrotechniques. L'électronique de commande reçoit ces ordres d'une prise multiple 16 de type bus et 20 commande indépendamment la mise à feu des multiples initiateurs pyrotechniques situés dans le boîtier. A chaque initiateur est associée une ligne pyrotechnique permettant la déportation de l'ordre d'initiation. En se référant à la figure 3, le système 25 d'absorption 1 d'énergie possède un dispositif antiretour 16 permettant d'éviter au piston 7 qui se déplace vers le générateur de gaz 3 d'amorcer un déplacement en sens inverse. Le corps 8 du piston 7 a sensiblement la forme d'un cône tronqué présentant une zone de section 30 élargie située dans la partie dudit corps 8 la plus proche du générateur de gaz 3 et une zone de section réduite située dans la partie dudit corps 8 la plus proche de la tige 9. Le dispositif anti-retour est constitué d'une pluralité de billes 16 situées autour du 35 corps 8 du piston 7 dans la zone de section réduite, lesdites billes étant au contact à la fois de la paroi interne de la chambre il et la paroi externe du corps 8 du piston 7. Le mode de fonctionnement d'un dispositif d'absorption d'énergie selon l'invention est décrit ci5 après en prenant pour exemple une colonne de direction d'un véhicule automobile. La colonne de direction étant initialement bloquée en appui contre l'extrémité libre de la tige 9 du piston 7, la séquence de fonctionnement distingue les étapes 10 suivantes: - à to: choc du véhicule, - à to + loms environ la centrale électronique a calculé les paramètres optimum en fonction du choc et transmet les ordres de fonctionnement à la matrice 15 d'allumage 4, - de to + lOms à to + 3Oms: les charges pyrotechniques 14, 20 sollicitées ont fonctionné et ont donc mis la chambre il sous pression. C'est la phase d'armement du dispositif d'absorption 1, - au-delà de to + 3Oms environ: le dispositif d'absorption 1 est prêt à assurer sa fonction d'amortissement. Dans le cas o l'occupant heurterait le volant, la colonne de direction, solidaire dudit volant, s'enfonce en provoquant la rétractation du 25 piston 7 dont la course est freinée par les gaz. Il s'agit de la phase d'amortissement à proprement parler du dispositif d'absorption 1. De façon plus détaillée, la combustion desdites 30 charges 14 entraîne le claquage des opercules 15 obturant les chambres 13 de combustion, permettant aux gaz produits d'envahir la chambre d'amortissement 11. La mise sous pression de la chambre 11 amortit le piston 7 tandis qu'une partie des gaz s'échappe de 35 ladite chambre 11 par les canaux 10 qui traversent le o corps 8 du piston 7 pour mettre en pression une chambre secondaire, située à l'arrière dudit corps 8 dans la pièce 2 cylindrique creuse, ladite chambre secondaire étant créée par le déplacement dudit piston 7. De cette 5 manière, comme le montre la figure 2, le piston 7 finit sa course en douceur contre le générateur de gaz 3. Au cas o le piston 7, pour une raison indéterminée, amorçait une course en sens inverse, les billes 16 constituant le dispositif anti-retour se déplaceraient 10 pour venir se coincer entre la paroi interne de la chambre il et la partie du corps 8 du piston 7 de section élargie afin de bloquer ledit piston 7 dans ladite chambre 11. Le dispositif anti-retour 16 pourrait intervenir, par exemple, lors de la phase 15 d'amortissement lorsqu'une charge 14,20 supplémentaire serait mise à feu intempestivement, ou bien, lors de la phase d'armement, en cas d'enfoncement prématuré de la colonne d à un impact de l'occupant sur le volant. t Revendications 1. Système d'absorption d'énergie (1) pour dispositifs de sécurité dans un véhicule automobile, comprenant 5 un générateur (3) de gaz pyrotechnique et un piston (7) de coulissement pouvant se déplacer dans une chambre d'amortissement (11) dans laquelle débouche au moins un canal (10) d'évacuation des gaz, ledit générateur (3) étant apte à libérer des gaz dans 10 ladite chambre (11) pour amortir le piston (7), caractérisé en ce que le générateur (3) de gaz comprend une pluralité de charges pyrotechniques (14,20). 2. Système d'absorption selon la revendication (1) caractérisé en ce que le piston (7) est constitué par un corps (8) prolongé par une tige (9), ledit corps (8) obturant partiellement la chambre (11) et le canal (10) traversant ledit corps (8). 20 3. Système d'absorption selon la revendication (2) caractérisé en ce que le canal (10) débouche dans une chambre secondaire située de l'autre côté du corps (8) par rapport à la chambre d'amortissement (11), 25 les deux chambres étant dans le prolongement l'une de l'autre. 4. Système d'absorption selon la revendication (1) caractérisé en ce que les charges (14,20) sont 30 disposées circulairement dans des chambres de combustion individuelles (13). 5. Système d'absorption selon la revendication (1) caractérisé en ce qu'un dispositif d'allumage permet 35 d'initier les charges pyrotechniques (14,20) indépendamment les unes des autres. 6. Système d'absorption selon la revendication (5) caractérisé en ce que le dispositif d'allumage peut initier plusieurs charges pyrotechniques (14,20) simultanément. 7. Système d'absorption selon la revendication (5) caractérisé en ce que le dispositif d'allumage peut initier les charges pyrotechniques (14,20) avec un 10 décalage temporel. 8. Système d'absorption selon la revendication (1) caractérisé en ce que les charges pyrotechniques (14,20) sont constituées de propergol. 15 9. Système d'absorption selon la revendication (4) caractérisé en ce que chaque chambre de combustion (13) est munie d'un opercule claquable (15). 1O.Système d'absorption selon la revendication (9) caractérisé en ce que les opercules (15) sont dimensionnés pour résister à la pression de fonctionnement de la chambre d'amortissement (11) et claquer seulement sous la pression d'allumage des 25 charges (14,20) correspondantes. l1.Système d'absorption selon l'une quelconque des revendications (5,6) ou (7) caractérisé en ce que le dispositif d'allumage comprend une matrice d'allumage 30 (4) intégrant des dispositifs d'initiation basse intensité qui, associés à une composition d'allumage, initient une charge relais provoquant la combustion des charges pyrotechniques (14,20). 12.Système d'absorption selon la revendication (1) caractérisé en ce que le piston (7) est équipé d'un dispositif anti-retour (16) pour éviter audit piston (7) de se déplacer selon un sens donné. 13.Système d'absorption selon la revendication (12) 5 caractérisé en ce que le dispositif anti-retour (16) comprend une pièce mobile divisée, située à la périphérie du corps (8) du piston (7), ladite pièce pouvant se déplacer pour venir se coincer entre le corps (8) du piston (7) et la paroi interne de la 10 chambre d'amortissement (11) afin de bloquer ledit piston (7) dans ladite chambre (11). 14.Utilisation d'un système d'absorption selon l'une quelconque des revendications (1) à (13) pour amortir 15 une colonne de direction d'un véhicule automobile en cas de choc.