Brevet FR2836218A1 — publié le 20030822

La présente invention est relative à un dispositif de mesure de force et, plus particulièrement, à un siège de véhicule automobile équipé d'un tel dispositif pour mesurer ou évaluer le poids d'un passager assis sur ce siège. Dans diverses prestations incorporées à un véhicule automobile, la connaissance du poids d'un passager peut être exploitée utilement. Par exemple, dans un véhicule équipé d'un dispositif de sécurité basé sur le gonflement de sacs d'air de protection des passagers en cas d'accident, il est important de savoir si un siège est occupé ou non, pour décider du gonflement ou du non gonflement des sacs d'air destinés à protéger le passager éventuellement assis sur ce siège. L'occupation du siège peut être détectée à l'aide d'un capteur sensible au poids de ce passager. La mesure de ce poids permet aussi d'optimiser le déploiement des sacs, par exemple en jouant sur la rapidité du déploiement et/ou sur le volume et/ou sur la pression de gonflage des sacs, en fonction du volume et de la position du passager sur son siège, évalués à partir d'une mesure de son poids. Pour obtenir cette mesure on peut penser à disposer une ou plusieurs jauges extensométriques sur le siège, en des emplacements où elles sont sensibles aux contraintes appliquées au siège par le poids du passager qu'il supporte. Dans un véhicule automobile, cependant, de telles jauges sont appelées à supporter des contraintes très supérieures à celles qui résultent du seul poids d'un passager, notamment lors de phases d'accélération ou de décélération brutales du véhicule résultant par exemple d'un freinage d'urgence ou d'un choc du véhicule contre un obstacle. Les efforts alors subis par les jauges sont susceptibles de mettre celles-ci hors d'usage. Une mesure du poids du passager par jauges extensométriques s'avère ainsi être une solution peu fiable et, en outre, peu économique, du fait du coût du remplacement des jauges détériorées. La présente invention a précisément pour but de réaliser un dispositif de mesure de force qui ne présente pas les inconvénients précités. Plus précisément, la présente invention a pour but de réaliser un tel dispositif qui soit robuste et propre, notamment, à mesurer le poids d'un passager d'un véhicule automobile de manière fiable et économique. On atteint ce but de l'invention, avec un dispositif de mesure de force, comprenant a) une pièce allongée ancrée à une extrémité et libre à son autre extrémité, b) des moyens pour appliquer une force à mesurer à ladite pièce de manière à faire fléchir celle-ci autour de son extrémité ancrée et c) des moyens pour mesurer la flexion de ladite pièce et pour en déduire une mesure de la force appliquée à cette pièce, ce dispositif étant remarquable en ce qu'il comprend des moyens de butée adjacents à ladite pièce allongée pour en limiter la flexion quand la force appliquée dépasse une valeur prédéterminée. Comme on le verra plus loin en détail, les moyens de butée du dispositif suivant l'invention permettent de préserver l'intégrité du dispositif quand, dans l'environnement d'un véhicule automobile par exemple, la partie sensible du dispositif subit des efforts qui dépassent largement ceux qui résultent normalement du seul poids d'un passager assis sur un siège équipé de ce dispositif. Suivant d'autres caractéristiques du dispositif selon l'invention : - les moyens de butée sont constitués par une deuxième pièce allongée de flexibilité inférieure à celle de la première et accolée à celle-ci, deux extrémités correspondantes desdites pièces étant solidaires alors que les deux autres extrémités correspondantes sont disposées de part et d'autre d'un espace d'épaisseur prédéterminée, la flexion de ladite autre extrémité de ladite première pièce étant arrêtée par sa venue en butée contre l'extrémité en regard de ladite deuxième pièce, quand la force appliquée à ladite première pièce atteint ou dépasse ladite valeur prédéterminée, - ladite première pièce allongée reste dans un domaine de déformation élastique, au moins jusqu'à son contact avec ladite deuxième pièce allongée, - ladite première pièce allongée est réalisée dans un matériau présentant une hystérésis mécanique sensiblement nulle, vis-à-vis des efforts de flexion appliqués, - lesdits moyens de mesure de flexion comprennent un capteur à effet Hall et un aimant permanent agencé pour envoyer un flux magnétique à travers la partie sensible dudit capteur, l'aimant et le capteur étant disposés en face l'un de l'autre, l'un sur l'extrémité libre de ladite première pièce allongée et l'autre sur un support fixe, - l'aimant est monté sur ladite extrémité de la première pièce, par l'intermédiaire d'une extension en matériau amagnétique. L'invention a aussi pour objet de réaliser un siège de véhicule automobile monté sur le châssis de ce véhicule, ce siège étant remarquable en ce qu'il est solidaire d'un dispositif de mesure de force selon la présente invention, interposé entre ledit siège et ledit châssis pour émettre un signal de mesure du poids d'un passager assis sur ledit siège. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif suivant l'invention, - la figure 2 est une vue perspective d'une partie d'un siège d'un véhicule automobile équipé d'un dispositif suivant l'invention. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé où le dispositif représenté comprend essentiellement une pièce allongée 1 (coupée selon sa plus grande dimension) montée sur une deuxième pièce allongée 2, parallèlement à cette dernière. Les pièces 1 et 2 présentent des faces généralement planes. Deux extrémités en regard de ces pièces 1,2 sont solidarisées par un boulon 3 et un écrou 4 vissé sur ce boulon. Une rondelle 5 est interposée entre ces extrémités des pièces 1 et 2. Une deuxième rondelle 6 est interposée entre la face de la pièce 2 opposée à celle qui est en regard de la pièce 1 et un support fixe 7 (partiellement représenté), traversé par le boulon 3, support sur lequel repose l'ensemble des pièces précitées et qui constitue donc un ancrage pour les extrémités des pièces 1 et 2 traversées par le boulon 3. Les deux autres extrémités des pièces allongées 1 et 2 sont également disposées en regard l'une de l'autre et traversées par un axe 8, fileté sur une partie de sa longueur pour recevoir un écrou 9, avec interposition d'une rondelle 10 entre l'écrou 9 et la pièce 1. L'axe 8 présente à son extrémité non filetée un épaulement 11 en appui sur la pièce 2. L'axe 8 présente aussi un deuxième épaulement 12 de plus petit diamètre que celui de l'épaulement 11, en appui sur la face de la pièce 1 qui est en regard de la pièce 2. L'axe 8 est ainsi rendu parfaitement solidaire de la pièce 1 par le blocage de l'écrou 9 sur la rondelle 10. Par contre il traverse librement la pièce 2. Comme représenté à la figure 1, la pièce 1 est sensiblement moins épaisse, dans le plan de la figure, et donc plus flexible que la pièce 2, toutes choses étant égales par ailleurs. Un espace, dont l'épaisseur est celle de la rondelle 5, est ménagé entre les pièces 1 et 2 là où elles sont traversées par l'axe 8. Sous l'effet d'un effort appliqué à la pièce 1 perpendiculairement à la grande dimension de celle-ci, par exemple selon la flèche F centrée sur l'axe 8, la pièce 1 fléchit vers le bas (du point de vue de la figure) autour de son extrémité ancrée (disposée à droite sur la figure 1). Suivant la présente invention, l'amplitude de cette flexion est limitée par des moyens de butée constitués par la pièce allongée 2 elle-même. Comme on l'a vu plus haut, celle-ci présente une flexibilité inférieure à celle de la pièce 1. En choisissant convenablement le matériau constituant la pièce 2 et son dimensionnement, notamment en section droite, on peut faire en sorte que la pièce 1 vienne en contact, par son extrémité libre (à gauche sur la figure 1) avec l'extrémité en regard de la pièce 2, quand on lui applique une force de flexion de valeur prédéterminée, très inférieure à celle qui provoquerait également la flexion de la pièce 2, alors en contact par son extrémité libre avec celle de la pièce 1. La pièce 2 peut être conçue pour ne fléchir en aucun cas, quelle que soit l'effort appliqué à la pièce, ou poutre, 1, après son entrée en contact avec cette dernière, dans les conditions extrêmes d'application d'efforts aux pièces 1 et 2, qui dépendent de l'environnement dans lequel ce dispositif est placé. C'est ainsi que, par exemple, dans l'environnement d'un siège de véhicule automobile les pièces 1 et 2 peuvent être dimensionnées et agencées l'une par rapport à l'autre de manière que la pièce 2 arrête la flexion de la pièce 1 quand cette dernière fléchit sous un effort de l'ordre de 1500 N, correspondant à la limite supérieure de la gamme de poids dans laquelle se trouve celui de l'ensemble formé par le siège et le passager. La pièce 2, de son côté, est conçue pour résister, sans flexion sensible, à des efforts maximaux de l'ordre 15000 N, par exemple, de manière que la limite élastique de la pièce 1 ne soit jamais dépassée, dans les conditions extrêmes d'accélération ou de décélération que l'on peut observer dans un véhicule automobile, par exemple. La pièce 1 est dimensionnée et réalisée en un matériau choisi pour que, comme indiqué ci-dessus, sa limite élastique ne soit pas atteinte, au moins jusqu'à son entrée en contact avec la butée que constitue la pièce 2. Suivant une autre caractéristique de cette pièce, le matériau est aussi choisi de manière à présenter une faible hystérésis mécanique, c'est-à-dire une grande résistance à la fatigue sous efforts répétés, sur des périodes d'utilisation prolongées, de manière que la relation entre la flexion de la poutre et l'effort appliqué ne subisse pas de dérive à long terme. En effet, suivant la présente invention, c'est par la mesure de l'amplitude de cette flexion que l'on atteint une mesure de la force appliquée à la pièce 1. Pour ce faire, suivant une autre caractéristique de la présente invention, on utilise avantageusement des moyens de mesure constitués par un aimant permanent 13 solidaire de la pièce 1 et un capteur 14 à effet Hall disposés en regard de l'aimant 13, sur un appui fixe, pour être sensible au flux magnétique de l'aimant 13. Dans le mode de réalisation du dispositif suivant l'invention représenté à la figure 1, l'aimant 13 est monté sur une extension 15 de la pièce 1, fixée sur l'extrémité libre de celle-ci. Cette extension 15 est avantageusement réalisée en un matériau amagnétique pour isoler magnétiquement l'aimant 13 de la pièce 1, couramment réalisée en un matériau métallique pour présenter les caractéristiques en flexion désirées. Un alliage amagnétique tel que CuBe2Co ou l'acier 17-4 Ph peut être choisi pour constituer l'extension 15. L'extension 15 a aussi pour fonction d'amplifier la déflexion de l'extrémité libre de la pièce 1, et donc la sensibilité de la mesure de cette déflexion par l'ensemble constitué de l'aimant 13 et du capteur 14 à effet Hall. Toujours à titre d'exemple illustratif et non limitatif, l'amplitude de la course de l'aimant 13 peut être de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres seulement, suffisante notamment dans l'application envisagée ci-dessus à la mesure du poids supporté par un siège de véhicule automobile. On comprend que cette amplitude est réglée par l'épaisseur de la rondelle 5. Au repos, l'axe d'aimantation de l'aimant 13 est perpendiculaire à celui de la partie sensible du capteur 14 à effet Hall. Dans cette position, l'épaulement 11 est en appui sur la pièce 2 et interdit toute déflexion de la pièce 1 dans le sens opposé à celui de la flèche F. Une flexion sous charge de la pièce 1 dans le sens de cette flèche F a alors pour effet d'écarter l'un de l'autre les axes de l'aimant et de la partie sensible du capteur, donc de faire varier le flux magnétique qui traverse cette partie sensible. Le capteur 14 convertit le flux magnétique capté en un signal électrique traité par une électronique (non représentée) disposée dans un compartiment 16 du dispositif, fermé par un couvercle 17. Des liaisons électriques classiques (non représentées) raccordent l'électronique au capteur 14 et à un connecteur 18, tant pour l'alimentation du capteur en énergie électrique que pour la transmission du signal délivré par ce capteur. On a construit un dispositif suivant l'invention, conçu pour être utilisé dans l'application automobile mentionnée ci-dessus. Sur ce dispositif on a pu observer une bonne linéarité du signal délivré par le capteur, proportionnel à la force appliquée. Des anneaux de protection souples 19 et 20 sont disposés autour de l'axe 8, au niveau de l'épaulement 11 et dans l'espace qui sépare les pièces 1 et 2, respectivement, pour éviter que des particules de poussière ne viennent s'insérer dans le dispositif à ces endroits. En effet de telles particules pourraient gêner les déplacements de l'axe 8 et de la pièce 1, et donc perturber le fonctionnement du dispositif suivant l'invention. On a représenté à la figure 2 du dessin annexé une partie d'un siège de véhicule automobile équipé d'un dispositif de mesure de force suivant l'invention. Sur cette figure des références numériques identiques à des références utilisées sur la figure 1 repèrent des éléments ou organes identiques ou analogues. Le dispositif représenté est généralement semblable à celui de la figure 1. Il s'en distingue cependant par l'orientation de l'axe du connecteur 18, perpendiculaire à la grande dimension des pièces 1 et 2 et non parallèle à celle-ci. Il s'en distingue aussi par le remplacement de la rondelle 5 définissant l'espace qui sépare les pièces 1 et 2, par la disposition d'une marche 21 sur la surface supérieure (du point de vue de la figure 2) de la pièce 2. Sur la figure 2 les profilés référencés 22 et 7 sont respectivement solidaires du siège du véhicule et du plancher de l'habitacle de celui-ci, donc du châssis de ce véhicule. Il apparaît alors que le profilé 7 joue le rôle du support 7 représenté sur la figure 1. Le poids, ou une fraction connue du poids du siège et du passager éventuellement assis sur le siège, est appliqué suivant la flèche F à l'axe 8 du dispositif suivant l'invention par le profilé 22 à travers, éventuellement, une rondelle d'appui 23. En disposant ainsi un ou plusieurs dispositifs de mesure suivant l'invention sous un siège de véhicule automobile, dans des positions prédéterminées où ils sont soumis chacun à au moins une fraction du poids du siège et d'une charge supportée par le siège, on peut tirer du ou des signaux délivrés une estimation fiable de la mesure du poids et de la position d'un passager éventuellement assis sur ce siège. Il apparaît maintenant que l'invention permet bien d'atteindre le but annoncé, à savoir réaliser un dispositif de mesure d'une force qui soit robuste et propre à fournir des mesures fiables, notamment dans l'environnement automobile évoqué cidessus. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi qu'on ne sortirait pas du cadre de la présente invention en équipant le dispositif de moyens de butée autorisant et limitant la déflexion de la pièce 1 dans les deux sens de la direction d'application des forces et non dans un seul sens seulement. C'est ainsi encore que d'autres moyens de mesure de déplacement de l'extrémité de la pièce 1 pourraient être substitués à l'ensemble aimant/capteur à effet Hall décrit ci-dessus. De même l'invention n'est pas limitée à l'application automobile décrite à titre d'exemple et peut trouver d'autres applications faisant intervenir des mesures de force. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de force, comprenant a) une pièce allongée (1) ancrée à une extrémité et libre à son autre extrémité, b) des moyens (8) pour appliquer une force à mesurer à ladite pièce (1) de manière à faire fléchir celle-ci autour de son extrémité ancrée et c) des moyens (13,14, 16) pour mesurer la flexion de ladite pièce (1) et pour en déduire une mesure de la force appliquée à cette pièce, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de butée (2) adjacents à ladite pièce allongée (1) pour en limiter la flexion quand la force appliquée dépasse une valeur prédéterminée. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de butée sont constitués par une deuxième pièce allongée (2) de flexibilité inférieure à celle de la première (1) et accolée à celle-ci, deux extrémités correspondantes desdites pièces (1,2) étant solidaires alors que les deux autres extrémités correspondantes sont disposées de part et d'autre d'un espace d'épaisseur prédéterminée, la flexion de ladite autre extrémité de ladite première pièce (1) étant arrêtée par sa venue en butée contre l'extrémité en regard de ladite deuxième pièce (2), quand la force appliquée à ladite première pièce (1) atteint ou dépasse ladite valeur prédéterminée. 3. Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ladite première pièce allongée (1) reste dans un domaine de déformation élastique au moins jusqu'à son contact avec ladite deuxième pièce allongée (2). 4. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que ladite première pièce allongée (1) est réalisée dans un matériau présentant une hystérésis mécanique sensiblement nulle, vis-à-vis des efforts de flexion appliqués. 5. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens (13,14, 16) de mesure de flexion comprennent un capteur à effet Hall (14) et un aimant permanent (13) agencé pour envoyer un flux magnétique à travers la partie sensible dudit capteur (14), l'aimant (13) et le capteur (14) étant disposés en face l'un de l'autre, l'un sur l'extrémité libre de ladite première pièce (1) allongée et l'autre sur un support fixe. 6. Dispositif conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que l'aimant (13) est monté sur ladite extrémité libre de ladite première pièce (1), par l'intermédiaire d'une extension (15) en matériau amagnétique. 7. Dispositif conforme à la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit capteur (14) à effet Hall délivre un signal électrique proportionnel à l'amplitude de la force à mesurer. 8. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de butée (2) sont conçus pour limiter la flexion de ladite première pièce (1), dans l'un ou l'autre des deux sens de la direction d'application de la force à mesurer. 9. Siège de véhicule automobile, monté sur le châssis dudit véhicule, caractérisé en ce qu'il est solidaire d'au moins un dispositif de mesure de force conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, interposé entre ledit siège et ledit châssis pour émettre un signal de mesure du poids d'un passager assis sur ledit siège. 10. Siège conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que ledit siège est solidaire d'un axe (8) sensiblement vertical, également rendu solidaire de l'extrémité libre de ladite première pièce allongée (1) dudit dispositif, sensiblement horizontale, ledit axe (8) transmettant à ladite première pièce (1) au moins une fraction prédéterminée du poids à mesurer.