FR2784151A1 - Dispositif d'absorption d'energie lors d'un choc et son procede d'obtention - Google Patents
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Abstract
Il s'agit d'un dispositif d'absorption d'énergie lors d'un choc, présentant une plaque de base (3) de laquelle se dresse une pluralité d'éléments absorbeurs de choc (51-58), creux, de forme sensiblement conique et dont les caractéristiques diffèrent pour certains (hauteur, épaisseur de paroi et/ ou pente, en particulier), afin que lors d'un choc, ces éléments présentent entre eux des résistances différentes à l'écrasement en fonction de la hauteur de cet écrasement.Application privilégiée à la réalisation de pièces structurelles pour l'automobile.
Description
L'invention a pour objet un dispositif d'absorption d'énergie lors
d'un choc.
Ce dispositif trouve tout particulièrement son application dans le domaine automobile. Il est disposé de préférence dans les portières du véhicule, mais il peut également être disposé dans d'autres parties du véhicule o il vient compléter l'absorption d'énergie procurée par la
structure du véhicule en cas de choc (plancher, pied milieu de l'habitacle,...).
La présente invention a plus particulièrement pour objet un dispositif présentant une hauteur déterminée et comprenant, sur cette hauteur, une plaque de base de laquelle se dresse une pluralité d'éléments absorbeurs de choc, creux, présentant une résistance à l'écrasement dû au
choc et une forme sensiblement conique (ou tronconique).
De tels dispositifs sont déjà connus, mais ils n'apportent pas toujours l'absorption d'énergie que l'on pourrait escompter. Au cours d'essais, la demanderesse a déterminé que de tels éléments encaissent mal les efforts et tendent à se rompre sous la contrainte. Ils perdent alors une grande
partie de leur efficacité.
Pour résoudre ce problème, l'invention propose que les caractéristiques dimensionnelles de certains au moins des éléments diffèrent entre eux pour que, lors d'un choc, ces éléments présentent entre eux des résistances différentes à l'écrasement en fonction de la hauteur de cet écrasement. On définit en tant que hauteur d'écrasement la différence entre la
"hauteur déterminée" du dispositif et la hauteur d'un élément déterminé.
Lorsque tous les éléments présentent des courbes de variations de résistance à l'écrasement sensiblement identiques en fonction de la hauteur d'écrasement, ceux-ci présentent un risque de flambement sensiblement en même temps. En modifiant les caractéristiques structurelles et/ou dimensionnelles des éléments, on réduit de manière simple et efficace le
risque de flambement quasi simultané de ces éléments.
Une caractéristique avantageuse de l'invention consiste par ailleurs en ce que chaque élément présente une résistance maximum à l'écrasement pour une hauteur d'écrasement déterminée et cette hauteur
d'écrasement diffère entre certains au moins des éléments.
La variation de l'effort résistant à l'écrasement d'un élément déterminé en fonction de son écrasement présente généralement une montée rapide jusqu'à un pic (maximum), puis sensiblement un palier présentant des ondulations. En décalant, pour certains au moins des éléments, la hauteur d'écrasement à laquelle on atteint ces pics de résistance, on réduit l'effort résistant maximum global. Les éléments ont alors moins tendance à flamber brutalement et ils - et par conséquent le dispositif - conservent leur efficacité
au-delà du pic.
Selon une autre caractéristique importante de l'invention, chaque élément d'absorption de choc présente une hauteur déterminée avant choc (c'est-à-dire une hauteur nominale) et cette hauteur diffère entre certains au moins des éléments. Il a en effet été noté que prévoir des éléments de hauteurs différentes favorise notablement la résolution du problème de
flambement brutal évoqué avant.
On notera également que deux autres caractéristiques notables sont prévues dans l'invention, à savoir: - chaque élément présente une épaisseur de paroi ou un profil d'épaisseur déterminé(e) et cette épaisseur ou ce profil diffère avantageusement entre certains au moins desdits éléments, et/ou chaque élément présente au moins un angle de conicité et
cet(ces) angle(s) diffère(nt) entre certains au moins des éléments.
On a constaté que de telles variations d'angles et/ou d'épaisseurs des troncs de cône favorisent en particulier le contrôle de la résistance des
éléments concernés en l'augmentant, ou en la réduisant, suivant les besoins.
Lorsque l'épaisseur de paroi n'est pas constante sur toute la hauteur d'un élément, on préférera alors parler de différence entre les profils d'épaisseur. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les éléments absorbeurs de choc seront avantageusement organisés suivant un motif répété. En pratique, on conseille de répéter le motif dans chaque zone du dispositif o les caractéristiques de résistance à obtenir sont identiques ou comparables. Toujours pour obtenir une résistance à l'écrasement favorable en évitant (ou du moins limitant largement) le problème de rupture inopinée et difficilement contrôlable des cônes absorbeurs de choc, une autre caractéristique de l'invention se rapporte à un procédé de réalisation du dispositif présenté ci-avant, selon lequel la plaque de base et les éléments absorbeurs sont moulés ensemble par injection de matière(s) plastique(s), de
manière à obtenir une pièce monobloc.
Une description encore plus détaillée de l'invention va maintenant
être fournie, en référence aux dessins d'accompagnement dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un dispositif absorbeur de choc conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue partielle en coupe d'une variante de réalisation, - la figure 3 est une vue partielle en coupe d'une autre variante de réalisation, en vue agrandie, - la figure 4 est une vue partielle en coupe d'une autre variante de réalisation, en vue encore agrandie, - la figure 5 présente des courbes montrant la variation de l'effort (F) résistant à l'écrasement d'un (ou plusieurs) plot(s) absorbeur(s) en fonction de la hauteur d'écrasement (E), - la figure 6 est une vue schématique en perspective d'une doublure intérieure de porte équipée d'un dispositif absorbeur de choc conforme à l'invention, et - la figure 7 montre en vue agrandie et en perspective le dispositif
absorbeur de choc de la figure 6.
Sur la figure 1 tout d'abord, on voit représenté un exemple de
dispositif d'absorption d'énergie 1, conforme à l'invention.
Le dispositif 1 comprend une plaque de base 3 d'un côté de laquelle s'élève une pluralité d'éléments absorbeurs de choc, ici au nombre de
huit, repérés 51 à 58.
La pièce 1 est monobloc et en matière plastique telle que du polyéthylène basse densité (PEBD). D'autres matières, utilisées seules ou en combinaison, peuvent également convenir: polyéthylène haute densité (PEHD), polypropylène copolymère PP/PE, polypropylène copolymère
EPDM par exemple.
Le matériau choisi devra de préférence conserver un comportement ductile à une vitesse de sollicitation élevée (de l'ordre de
sl) aux températures "usuelles", c'est-à-dire entre -30 C et +80 C.
Les exemples de matières ci-avant et les données ci-dessous pourront en particulier concerner une zone d'absorption de choc disposée dans une doublure de porte, pour constituer un absorbeur (également appelé
"padding") de bassin pour un occupant de véhicule automobile.
En particulier dans ce cas, le module d'élasticité en traction mesuré en sollicitations quasistatiques à 23 C sera avantageusement compris entre environ 300 MPa et 1300 MPa, avec une limite d'élasticité pouvant être
comprise entre 10 MPa et 25 MPa, avantageusement.
La pièce 1 est avantageusement réalisée en une seule étape de moulage, de préférence par injection, injection-compression ou compression
de matière plastique.
Sur la figure 1, on a remarqué que les éléments absorbeurs de choc 51 à 58 présentent individuellement une forme conique (ou plus exactement tronconique), leur plus grande base, telle que 5a pour le cône 51, étant la plus proche de la plaque de base 3, tandis que leur extrémité libre haute (ou plus petite base), telle que 5b pour le même cône 51, présente une paroi de
préférence sensiblement parallèle à la plaque 3.
Les cônes 51 à 58 sont individualisés, c'est-à-dire en général
écartés les uns des autres par une portion de plaque 3.
Comme on peut le voir sur les figures 2, 3 et 4, il s'agit de plots creux qui peuvent être ouverts (figure 2) ou fermés par une plaque arrière 7
(figures 3 ou 4) liée à la plaque de base 3.
En particulier sur la figure 2, on peut constater que les plots, repérés ici 511, 512, 513, 514, présentent des caractéristiques dimensionnelles différentes. Sur cette figure 2, les plots 512 et 513 sont identiques, bien que différents des troncs de cône 511 et 514, qui sont eux-mêmes différents entre
eux.
Sur la figure 1, les plots 51, 52, 55, 56, 57 sont identiques entre eux, structurellement et dimensionnellement, de même que les plots 53 et 58, ces deux groupes de plots étant eux-mêmes différents (au moins en hauteur) du
plot 54.
La différence de hauteur entre ces plots creux absorbeurs de choc est une caractéristique importante de l'invention, étant précisé que ces absorbeurs structuraux doivent assurer, lors de leur écrasement (qui, a priori peut être consécutif à un choc avant, flèche F de la figure 1, ou arrière, flèche F), une montée rapide en effort, puis un palier qui doit être compris entre des limites haute et basse dites "biomécaniques". Bien que ceci soit connu, on peut considérer ces limites comme de l'ordre respectivement de 2 x 105 Pa et 106 Pa, environ, pour la réalisation d'absorbeurs de choc de portière, pour le bassin. Pour contrôler l'absorption du choc par les éléments absorbeurs,
comme indiqué en début de description, trois caractéristiques
dimensionnelles ont plus particulièrement été prises en considération dans l'invention: il s'agit de la hauteur des plots, de leur épaisseur de paroi et de
leur angle de conicité (pente).
La hauteur paraît être l'une des caractéristiques à privilégier d'abord, étant toutefois précisé que les trois caractéristiques ci-dessus peuvent être utilisées seules ou en combinaison, et que d'autres moyens de contrôle structuraux peuvent même être prévus (fente d'affaiblissement local,
amorce de rupture contrôlée locale d'un plot,...).
Sur la figure 2, les trois solutions privilégiées sont représentées: différences de hauteur, d'épaisseur de paroi et de pente. Ainsi, la hauteur totale Hi du dispositif 1' partiellement représenté correspond à celle du plot tronconique 514, tandis que le plot 511 présente une hauteur inférieure H2, les plots 512, 513 présentant quant à eux une même hauteur encore inférieure
H3.
Les plots 511 et 514 présentent en outre une même épaisseur de paroi ei, qui est en outre l'épaisseur de paroi de la plaque de base 3. Par contre, les plots tronconiques 512, 513 présentent une épaisseur de paroi supérieure e2, continûment. On aurait toutefois pu envisager de faire évoluer ces épaisseurs pour un même plot, par exemple avec une épaisseur allant en
s'élargissant du sommet à la base du plot.
On notera encore que la pente des plots 512, 513, 514, est constante pour chaque plot et identique entre les plots (angles). La pente du plot de
hauteur intermédiaire 511 est par contre différente (angle [, avec ac <[3).
Sur la figure 3, les deux cônes d'absorption de choc 521, 522, présentent une hauteur différente mais sont par contre structurellement et dimensionnellement identiques pour ce qui concerne les autres caractéristiques. Ils sont en outre reliés par un conduit 9 permettant une circulation d'air entre les deux éléments. Ainsi, lorsqu'ils seront comprimés lors d'un choc, l'air emprisonné à l'intérieur du volume fermé constitué par les deux plots 521, 522, reliés par le canal 9 et obturé à l'arrière par la plaque 7, pourra subir une compression avec, dans un premier temps, circulation d'air du cône 521 vers le cône 522, lorsque la partie supérieure de ce dernier sera comprimée, par déformation du cône, alors qu'aucun effort n'a encore été encaissé par l'élément 522, moins haut (on a supposé ici un choc frontal
dans le sens de la flèche F).
Bien entendu, plus de deux plots peuvent être reliés par un canal de communication fluide, la section des canaux dépendant du débit de fluide
à faire circuler.
Sur la figure 4, le plot 531 qui y est représenté comprend un évent 11 calibré pour assurer une fuite contrôlée du fluide (a priori air) contenu dans la chambre interne définie par le plot et sa plaque arrière de fermeture 7. En l'espèce, l'évent 11 est formé dans la plaque supérieure de fermeture du
plot; d'autres emplacements sont toutefois envisageables.
Sur la figure 5, l'illustration représente trois courbes (A, B, C) montrant les variations de la résistance à l'écrasement (force F) en fonction de l'écrasement E, ces courbes correspondant respectivement à la situation pour
les plots 52, 54 et 53 de la figure 1.
Ainsi, on peut constater que le pic (maximum) de résistance du plot 52 (valable également a priori pour les plots 51, 55, 56, 57) apparaît pour une force d'environ 3800 Newton, après un écrasement E (à partir de la
hauteur nominale H avant choc) d'environ 3 cm.
Sur la figure 5, la courbe D représente le cumul des courbes A, B, C, c'est-à-dire la force résultante s'opposant à l'écrasement en fonction de la
hauteur d'écrasement pour les trois plots 52, 54, 53, considérés ensemble.
Bien entendu, on pourrait par extrapolation obtenir la courbe des effets cumulés de l'ensemble des plots illustrés sur la figure 1. Quoi qu'il en soit, les courbes de la figure 5 montrent que la courbe caractéristique force (ou pression)/hauteur d'écrasement d'une structure creuse conique, suivant son axe principal de révolution, tel que l'axe 13 pour le plot 52 de la figure 1, présente un premier pic suivi d'un creux, puis d'une remontée en pression (effort) qui va ensuite en s'atténuant suivant une ligne générale globalement
sensiblement horizontale.
Par ailleurs, en comparant les courbes A, B, C et D, on constate que l'utilisation de plusieurs cones, ou groupes d'éléments creux globalement sensiblement tronconiques, présentant des hauteurs et/ou des épaisseurs et/ou des angles différents, permet d'obtenir une compensation des pics et des creux que l'on peut constater pour chacun des éléments pris individuellement, avec une courbe (telle que la courbe D) qui présente un palier en effort (ou pression) assez plat et une montée en effort (pression) rapide. On notera en outre que les essais réalisés montrent que l'on a pu exploiter favorablement la ductilité du plastique, sur la base des matériaux choisis, en évitant pratiquement toute rupture non souhaitée et donc les
concentrations corollaires excessives de contraintes.
En ce qui concerne les préconisations qui peuvent être émises pour la conception des éléments absorbeurs de choc, leur hauteur sera de préférence comprise entre 30 mm et 150 mm environ, avec une épaisseur de paroi pouvant être comprise entre 1 mm et 4 mm, et une pente (cc ou 3) comprise entre environ 5 et 30 , avec une préférence pour un angle voisin de . Pour laisser s'échapper l'air de manière contrôlée, lors de la compression d'un élément donné, on pourrait également réaliser un affaiblissement local de paroi (sans création d'orifice), l'évent se créant par
rupture de la zone affaiblie lors de l'écrasement.
Sur la figure 6, on remarquera une application du dispositif amortisseur de choc de l'invention à un panneau de porte 10, le dispositif
apparaissant en pointillé (parce que caché) à l'endroit du repère 20.
Sur la figure 7, on a représenté un exemple de ce que pourrait être le dispositif absorbeur 20 de la figure 6: il s'agit en l'espèce du panneau de la figure 1 que l'on a dupliqué, mettant ainsi en évidence que le motif créé par les éléments absorbeurs 51- 58 de la figure 1 sont reproduits une fois pour créer le dispositif 20, étant donné que dans cette zone basse de la porte, on peut considérer que les conditions biomécaniques à respecter sont
identiques, d'o la répétition du motif.
A noter encore que les surfaces de limitation haute et/ou basse
des plots pourraient être des surfaces gauches et/ou inclinées.
Claims (10)
1. Dispositif d'absorption d'énergie lors d'un choc, présentant une hauteur déterminée et comprenant, sur cette hauteur, une plaque de base de laquelle se dresse une pluralité d'éléments absorbeurs de choc (51- 58), creux, présentant une résistance à l'écrasement dû au choc et une forme sensiblement conique, caractérisé en ce que les caractéristiques dimensionnelles de certains au moins des éléments (51- 58) diffèrent entre eux pour que lors d'un choc, ces éléments présentent entre eux des résistances à
l'écrasement en fonction de la hauteur de cet écrasement différentes.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément présente une résistance maximum à l'écrasement pour une hauteur d'écrasement déterminée et cette hauteur d'écrasement diffère entre certains
au moins des éléments.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque élément présente une hauteur déterminée avant choc et cette hauteur
diffère entre certains au moins des éléments.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que chaque élément présente une épaisseur de paroi déterminée (Ei, E2) et cette épaisseur diffère entre certains au moins des
éléments.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que chaque élément présente au moins un angle de conicité (a, 3) et cet (ces) angle(s) diffère(nt) entre certains au moins
des éléments.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que certains au moins des éléments définissent des volumes sensiblement clos renfermant de l'air, un orifice calibré (11)
permettant de contrôler l'échappement de l'air lors de leur écrasement.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que les éléments définissent des volumes individuellement sensiblement clos renfermant de l'air et communiquent
entre eux, au moins pour certains.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que les éléments sont organisés suivant un
motif répété.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications
précédentes, caractérisé en ce que la plaque et la pluralité d'éléments absorbeurs de choc constituent une pièce unique (1, 1', 20) en matière plastique.
10. Procédé de réalisation du dispositif selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce que la plaque de base (3) et les
éléments absorbeurs de choc (51-58) sont moulés ensemble par injection de
matière(s) plastique(s) pour obtenir une pièce monobloc (1, 1', 20).
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