FR2833055A1

FR2833055A1 - Dispositif mecanique a ressorts croises, et application a l'absorption d'energie cinetique

Info

Publication number: FR2833055A1
Application number: FR0115726A
Authority: FR
Inventors: Bernard Fromentin
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2001-12-05
Filing date: 2001-12-05
Publication date: 2003-06-06
Anticipated expiration: 2021-12-05
Also published as: FR2833055B1

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'absorption d'énergie cinétique formé d'un empilement comprenant une poutre rigide (1) s'étendant suivant une dimension longitudinale (L1), un absorbeur (2) en appui sur la poutre (1), et une coquille externe (3) recouvrant au moins partiellement l'absorbeur (2).Selon l'invention, l'absorbeur (2) et la coquille (3) sont réalisés dans des matériaux élastiquement déformables, la coquille (3) opposant à un choc d'intensité moyenne une résistance élastique à sa déformation suivant l'épaisseur (E) de l'empilement, tandis que l'absorbeur (2) oppose une résistance élastique à sa déformation suivant la largeur (L2) de cet empilement.Grâce à cet agencement, l'effort de compression élastique de l'empilement peut être rendu sensiblement indépendant de la course de compression, ce qui maximalise la quantité d'énergie absorbée pour une course donnée associée à une limite d'effort et permet donc de réduire l'encombrement du dispositif.

Description

La présente invention concerne, de façon générale, les systèmes mécaniques conçus pour développer, en cas de déformation, une résistance élastique contrôlée.

Plus précisément, l'invention concerne, selon un premier de ses aspects, un dispositif mécanique présentant une dimension variable suivant une première direction et comprenant au moins des premier et second organes élastiques, communément appelés"ressorts"en particulier dans le cas où ces organes sont métalliques.

Bien que l'usage de dispositifs susceptibles de développer une résistance élastique contrôlée, et par exemple une résistance sensiblement constante sur une course de déformation donnée, soit assez répandu en mécanique, ces dispositifs présentent généralement une structure relativement complexe, requérant le plus souvent l'usage de systèmes de cames ou de renvois, comme le montre l'exemple de la combinaison d'un ressort et d'une fusée en horlogerie.

Dans ce contexte, l'invention vise en premier lieu à proposer un dispositif mécanique de structure simple et néanmoins susceptible de développer une résistance élastique contrôlée.

A cette fin, le dispositif mécanique de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le premier organe élastique oppose une première résistance élastique à son raccourcissement suivant la première direction et en ce que le second organe élastique oppose une seconde résistance élastique à son allongement suivant une seconde direction sensiblement transversale à la première direction, ce dispositif comprenant, entre les premier et second organes élastiques, une liaison reliant l'allongement du second organe élastique au raccourcissement du premier organe élastique.

Ce dispositif, qui comprend ainsi deux organes élastiques, ou ressorts, mutuellement croisés, est

particulièrement avantageux dans le cas où le rapport de la raideur du premier organe élastique à la raideur du second organe élastique est compris entre 0,7 et 1.

Dans tous les cas, le dispositif de l'invention permet d'opérer un ajustement de sa résistance élastique à la configuration souhaiée.

Par exemple, dans l'application privilégiée décrite cidessous, un effort sensiblement constant en fonction de la cote de compression est obtenu avec deux organes élastiques présentant des raideurs respectives voisines.

Pour d'autres applications, et suivant le besoin, il est aisé d'obtenir un effort croissant ou décroissant en jouant sur les raideurs respectives des deux organes élastiques.

L'invention vise par ailleurs à donner à un tel dispositif une forme de réalisation qui le rende aisément applicable à l'absorption d'énergie cinétique.

En effet, bien que des dispositifs d'absorption d'énergie cinétique soient notamment déjà utilisés à l'avant des véhicules automobiles, ces dispositifs sont aujourd'hui soumis à la nécessité d'évoluer pour présenter des performances accrues en termes d'absorption d'énergie, tout en conservant des dimensions modestes, voire des dimensions réduites par rapport aux dispositifs connus.

Aussi l'invention poursuit-elle également le but de proposer un dispositif d'absorption d'énergie cinétique susceptible d'équiper un mobile quelconque, et permettant de préserver au maximum l'intégrité d'un obstacle fragile que ce mobile pourrait rencontrer à une vitesse relativement réduite.

Pour ce faire, il est possible de prévoir que ce dispositif soit formé d'un empilement comprenant une poutre rigide s'étendant suivant une dimension longitudinale, un absorbeur en appui sur la poutre, et une coquille externe recouvrant au moins partiellement l'absorbeur, que l'empilement présente, dans une section

transversale par rapport à la dimension longitudinale, une épaisseur s'étendant suivant un plan longitudinal médian de la poutre et une largeur s'étendant transversalement à ce plan longitudinal médian, ce dispositif subissant, en réponse à un choc d'intensité supérieure à une valeur minimale déterminée, appliqué sur la coquille et dirigé vers la poutre, des déformations de la coquille et de l'absorbeur se traduisant notamment par une compression de l'empilement suivant son épaisseur, que la coquille et l'absorbeur soient réalisés dans des matériaux élastiquement déformables et forment respectivement les premier et second organes élastiques, et que, pour un choc d'intensité comprise entre la valeur minimale et une valeur maximale déterminée, la coquille oppose une résistance élastique à sa déformation suivant l'épaisseur de l'empilement, et l'absorbeur oppose une résistance élastique à sa déformation suivant la largeur de l'empilement, ce dispositif permettant ainsi une absorption d'énergie cinétique.

Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la coquille peut présenter, en section transversale et suivant l'épaisseur de l'empilement, une base distante de la poutre, et l'absorbeur peut présenter, en section transversale et suivant l'épaisseur de l'empilement, une première face en appui sur la poutre et une seconde face en appui sur la base de la coquille ou formée par cette base.

Dans ce cas, il est avantageux de prévoir que l'absorbeur définisse, en section transversale, une forme polygonale convexe délimitée par une pluralité de côtés rectilignes ou curvilignes incluant au moins les première et seconde faces, une première paire de côtés adjacents à la première face, et une seconde paire de côtés adjacents à la seconde face, que les côtés de la forme polygonale définissent une pluralité d'angles incluant au moins des premier et second angles distants de la coquille et de la poutre et distants l'un de l'autre suivant la largeur de

la section transversale, et que l'absorbeur se déforme sous l'effet du choc au moins par fermeture des premier et second angles.

Pour ce faire, les premier et second angles sont par exemple opposés l'un à l'autre et inférieurs à 180 degrés.

De préférence, la forme polygonale que définit l'absorbeur en section transversale présente, en plus de ses premier et second angles, des angles supplémentaires comprenant au moins des troisième et quatrième angles disposés de part et d'autre de la première face de l'absorbeur, et des cinquième et sixième angles disposés de part et d'autre de la seconde face de l'absorbeur, et cette forme polygonale se déforme sous l'effet du choc par ouverture de ses angles supplémentaires.

Par ailleurs, il est avantageux de prévoir que l'absorbeur présente, au moins entre la première face de l'absorbeur et les côtés de la première paire, une structure alvéolaire formée de cellules délimitées les unes des autres par des cloisons s'étendant transversalement à la première face de l'absorbeur et comprenant des cloisons décalées les unes par rapport aux autres le long de la largeur de l'empilement.

Par exemple, les cellules, observées en coupe dans un plan parallèle à la dimension longitudinale de la poutre et à la largeur de l'empilement, présentent une section rectangulaire.

La coquille peut présenter, en section transversale, des premier et second voiles se raccordant à la base et s'étendant au moins approximativement vers la poutre, de sorte que cette coquille délimite, entre sa base et ses voiles, un volume libre dans lequel s'inscrit l'absorbeur, les voiles de la coquille étant espacés de l'absorbeur suivant la largeur de l'empilement.

La base de la coquille peut éventuellement être renforcée par un bandeau rapporté, ou par des nervures internes s'étendant à l'intérieur de l'absorbeur.

Dans la mise en oeuvre industrielle du dispositif d'absorption de l'invention, l'un ou chacun des éléments de l'empilement que forment la coquille et l'absorbeur peut être réalisé dans un polymère thermoplastique, cet élément étant par exemple formé par injection.

La poutre peut, quant à elle, être constituée par un profilé ou un tube métallique, de façon connue en soi.

Le dispositif d'absorption de l'invention peut être appliqué à la réalisation d'un pare-chocs de véhicule automobile, la poutre étant solidaire du châssis du véhicule et s'étendant suivant une direction horizontale.

Dans cette application, il est possible de faire en sorte que ce dispositif présente un effort de compression sensiblement constant de l'empilement formé par la coquille, l'absorbeur et la poutre, dans toute une plage de compression élastique de cet empilement, la poutre formant un élément de référence qui ne subit lui-même qu'une compression élastique totalement négligeable.

Il est ainsi possible de protéger un obstacle fragile, tel que les jambes d'un piéton, heurté à vitesse relativement réduite par un véhicule automobile équipé du dispositif de l'invention, sans pour autant devoir donner à ce dispositif des dimensions inacceptables.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la Figure 1A est un schéma d'un organe élastique auquel s'assimile la coquille du dispositif de l'invention, cet organe étant soumis à une force qui le déforme par compression ; - la Figure 1B est un diagramme schématique illustrant la loi qui relie l'amplitude de la compression subie par l'organe de la figure 1A à la force de compression qui s'exerce sur lui ;

- la Figure 2A est un schéma d'un système élastique élémentaire auquel s'assimile l'absorbeur du dispositif de l'invention, ce système étant soumis à une force qui lui imprime une déformation suivant deux directions orthogonales ; - la Figure 2B est un diagramme schématique illustrant la loi qui relie l'amplitude de la déformation subie par le système de la figure 2A en fonction de la force qui s'exerce sur lui ; - la Figure 3A est un schéma d'un système élastique complexe auquel s'assimilent la coquille et l'absorbeur du dispositif de l'invention, ce système complexe étant soumis à une force qui lui imprime une déformation complexe ; - la Figure 3B est un diagramme schématique illustrant la loi qui relie l'amplitude de la déformation subie par le système de la figure 3A en fonction de la force qui s'exerce sur lui ;

- la Figure 4 est un schéma semblable à celui de la figure 3A, appliqué à un dispositif conforme à l'invention, défini par des dimensions précises, et représentant le système déformé par l'action de la force qui s'exerce sur lui ; - la Figure 5 est un diagramme illustrant, dans trois cas correspondant à trois raideurs différentes de la coquille, la loi qui relie la déformation subie par le montage du schéma de la figure 4 à la force qui s'exerce sur lui ; - la Figure 6 est une vue en coupe transversale d'un dispositif d'absorption d'énergie cinétique conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; - la Figure 7 est une vue en coupe transversale d'un dispositif d'absorption d'énergie cinétique conforme à un second mode de réalisation de l'invention ; - la Figure 8 est une vue en coupe longitudinale agrandie d'une structure alvéolaire utilisée dans le

dispositif d'absorption d'énergie cinétique illustré à la figure 6 ou 7 ; - la Figure 9 est une vue en perspective et en coupe arrachée du dispositif d'absorption d'énergie cinétique illustré à la figure 7 ; et - la Figure 10 est un diagramme double illustrant, en fonction de la course de déformation, d'une part la force de résistance que le dispositif de la figure 9 oppose à cette déformation, et d'autre part l'accélération subie par la jambe d'un piéton, qui serait heurtée par ce dispositif à une vitesse de 40 kilomètres par heure.

Comme annoncé précédemment, l'invention concerne notamment un dispositif d'absorption d'énergie cinétique formé d'un empilement comprenant (figures 6,7, et 9) une poutre rigide 1, un absorbeur 2, et une coquille externe 3.

La poutre rigide 1, typiquement réalisée en acier, présente une forme allongée et s'étend donc suivant une dimension longitudinale Ll.

Pour donner un sens à la dimension Ll dans le cas classique où la poutre 1 est cintrée, la direction de cette dimension est considérée comme étant définie en chaque point de la poutre 1.

La dimension Ll est ainsi perpendiculaire au plan des figures 6 et 7, et le plan de ces figures constitue une coupe transversale de l'empilement qui forme le dispositif de l'invention.

L'absorbeur 2 est en appui sur la poutre 1, et la coquille externe 3 recouvre l'absorbeur 2, au moins de façon partielle.

Comme le montrent les figures 6 et 7, l'empilement présente, dans sa section transversale, une épaisseur E, qui s'étend parallèlement au plan longitudinal médian P de la poutre, et une largeur L2 qui s'étend transversalement au plan longitudinal médian P.

Lorsqu'il reçoit un choc d'intensité suffisante, appliqué sur la coquille 3 et dirigé vers la poutre 1, ce

dispositif subit des déformations de la coquille 3 et de l'absorbeur 2, qui se traduisent au moins par une compression de l'empilement suivant son épaisseur E.

L'absorbeur 2 et la coquille 3 sont réalisés dans des matériaux élastiquement déformables, de sorte que, pour un choc d'intensité suffisante pour déformer le dispositif, mais inférieure à la valeur pour laquelle la déformation du dispositif devient irréversible, l'absorbeur 2 et la coquille 3 ont un comportement élastique et reprennent donc leur forme initiale après absorption de l'énergie mise en jeu dans le choc.

La coquille 3 oppose, dans la plage de comportement élastique, une résistance élastique à sa déformation suivant l'épaisseur E de l'empilement, tandis que l'absorbeur 2 oppose, dans la plage de comportement élastique, une résistance élastique à sa déformation suivant la largeur L2 de l'empilement.

Le sens précis de ces caractéristiques est développé en référence aux figures 1A à 3B, qui permettent de comprendre le principe de base de l'invention.

Dans le dispositif d'absorption d'énergie cinétique illustré aux figures 6,7, et 9, la coquille 3 a pour modèle physique de déformation, dans la plage de

comportement élastique, le modèle d'un ressort R1 (figure 1A) travaillant en compression entre deux faces d'appui parallèles B1 et BO disposées en regard l'une de l'autre, ce ressort étant orienté suivant l'épaisseur E de l'empilement que forment les éléments 1,2, et 3 du dispositif.

Dans ces conditions, si l'on convient de désigner par kl la raideur du ressort R1, par F1 la force de compression appliquée à ce ressort au moment du choc, et par X la compression subie par ce ressort suivant l'épaisseur E de l'empilement, les grandeurs F1, kl, et X sont liées les unes aux autres, de façon connue, par la loi :

illustrée par le diagramme de la figure 1B.

Par ailleurs, dans le dispositif d'absorption d'énergie cinétique illustré aux figures 6,7, et 9, l'absorbeur 2 a pour modèle physique de déformation, dans la plage de comportement élastique, le modèle d'un montage mécanique (figure 2A) qui inclut d'une part deux faces d'appui Bl et B2 disposées parallèlement l'une à l'autre et en regard l'une de l'autre, un ensemble de bielles identiques Cl à C4 articulées deux à deux et sur les faces d'appui Bl et B2 par des points d'articulation Al à A6, et un ressort R2 travaillant en traction, relié aux articulations A2 et A5, et donc orienté suivant la largeur L2 de l'empilement que forment les éléments 1,2, et 3 du dispositif.

Dans ces conditions, si l'on convient de désigner par k2 la raideur du ressort R2, par F2 la force de compression qui est appliquée au montage de la figure 2A et qui tend à rapprocher la face d'appui B2 de la face d'appui Bl, par d la longueur commune des bielles Cl à C4, et par X le rapprochement des faces d'appui Bl et B2, suivant l'épaisseur E de l'empilement, qui résulte de l'application de la force F2, et si l'on convient par ailleurs que la distance entre les faces d'appui Bl et B2 avant l'application de la force F2 est infiniment proche de 2. d, alors les grandeurs F2, k2, d et X sont liées les unes aux autres par la loi :

illustrée par le diagramme de la figure 2B.

Dans le dispositif de l'invention, l'absorbeur 2 et la coquille 3 sont montés en parallèle, au sens mécanique du terme, de sorte que leurs forces de résistance à la déformation s'ajoutent.

Dans ces conditions, le dispositif de l'invention a pour modèle physique de déformation le modèle du montage mécanique de la figure 2A, auquel s'intègre le ressort RI de la figure 1A, le modèle résultant étant illustré à la figure 3A.

Sous l'effet d'une force F telle que F = FI + F2, le dispositif de l'invention réagit donc par un rapprochement des faces d'appui Bl et B2 suivant l'épaisseur E de l'empilement, c'est-à-dire par une compression X, répondant à la loi :

Si kl = k2 = k, alors les grandeurs F, k, d sont liées les unes aux autres par la loi :

qui est indépendante de la compression X et qui est illustrée par le diagramme de la figure 3B.

En d'autres termes, le dispositif de l'invention, qui a pour modèle physique théorique le modèle illustré à la figure 3A, peut être dimensionné de façon telle que l'effort qu'il oppose à sa compression dans le sens de son épaisseur E soit constant et indépendant de l'amplitude de cette compression, au moins dans sa plage de comportement élastique.

En pratique, pour assurer l'amorce de la compression du système dans de bonnes conditions, il est nécessaire que la distance entre les faces d'appui Bl et B2 ait une limite supérieure au voisinage de 1,99 d.

Néanmoins, le dispositif garde son intérêt car il est possible de lui conserver une résistance à la compression sensiblement constante en ajustant la raideur kl à une valeur voisine de 0,85 k2, comme le montre la courbe G2 de la figure 5.

De façon plus générale, le dispositif de l'invention peut trouver de nombreuses applications dans le cas où le rapport kl/k2 des raideurs, kl et k2 est compris entre 0,7 et 1.

Une façon simple, bien que non unique, pour faire en sorte que le modèle physique de la figure 3A s'applique au dispositif de l'invention consiste à donner à ce dernier une structure calquée sur ce modèle (figures 6 et 7).

Ainsi, la coquille 3 peut présenter, en section transversale et suivant l'épaisseur E de l'empilement, une base 30 distante de la poutre 1 et correspondant à la face d'appui BO de la figure 1A.

De son côté, l'absorbeur 2 présente, en section transversale et suivant l'épaisseur E de l'empilement, une première face 211 en appui sur la poutre 1, et une seconde face 212 en appui sur la base 30 de la coquille 3 ou formée par cette base 30.

La première face 211 correspond à la face d'appui B1 de la figure 2A, et la seconde face 212 correspond à la face d'appui B2 de la figure 2A si elle est en appui sur la base 30 de la coquille 3, ou à la face d'appui BO de la figure 1A si elle est formée par la base 30.

Comme le montrent le mieux les figures 6 et 7, l'absorbeur 2 définit, en section transversale, une forme polygonale convexe délimitée par une pluralité de côtés rectilignes ou curvilignes, 211 à 216, reliés deux à deux par des articulations 241 à 246 par exemple réalisées sous forme de réductions d'épaisseur de la matière constitutive de l'absorbeur 2.

Bien que la convexité d'une forme polygonale ne soit normalement définie que pour les formes délimitées par des côtés rectilignes, et implique que cette forme se trouve tout entière disposée dans le demi-plan bordé par chacune des droites passant par ses côtés, la notion de convexité est ici étendue à une forme polygonale, dont certains côtés au moins peuvent être curvilignes, en posant que cette forme polygonale se trouve toute entière disposée dans un demi-plan bordé par toute tangente à l'un quelconque de ses côtés.

Les côtés de la forme polygonale que dessine la section transversale de l'absorbeur 2 comprennent les faces 211 et 212, une paire de côtés adjacents à la face 211 et référencés 213 et 215, et une paire de côtés adjacents à la face 212 et référencés 214 et 216.

Ces côtés 211 à 216 définissent une pluralité d'angles 221 à 226, qui inclut notamment deux angles, 221 et 222, distants de la coquille 3 et de la poutre 1 dans le sens de l'épaisseur E de l'empilement, et distants l'un de l'autre dans le sens de la largeur L2 de l'empilement.

L'absorbeur 2 ainsi constitué se déforme sous l'effet du choc par fermeture des angles 221 et 222, ces angles étant de préférence opposés l'un à l'autre et inférieurs à 180 degrés, par exemple de l'ordre de 165 degrés.

En réalité, la forme polygonale que définit l'absorbeur en section transversale présente, en plus des angles 221 et 222, des angles supplémentaires 223 à 226.

Ces angles supplémentaires comprennent notamment deux angles, 223 et 224, disposés de part et d'autre de la face 211 de l'absorbeur 2, et deux angles, 225 et 226, disposés de part et d'autre de la face 212 de l'absorbeur 2.

Ainsi, en cas de choc, la forme polygonale que dessine l'absorbeur 2 en section transversale ne se déforme pas que par fermeture de ses angles 221 et 222, mais également par ouverture de ses angles supplémentaires 223 à 226.

Pour constituer le ressort R2 de la figure 3A, l'absorbeur 2 présente, par exemple entre sa face 211 appuyée sur la poutre 1 et ses côtés 213 et 215 adjacents à sa face 211, une structure alvéolaire présentant un comportement élastique pour une extension dans le sens de la largeur L2 de la section transversale de l'absorbeur.

Comme le montrent de façon combinée les figures 6 et 8 ou 7 et 8, cette structure alvéolaire est formée de cellules 23 qui sont délimitées les unes des autres par des cloisons telles que 230 et 231.

Ces cloisons 230 et 231 s'étendent transversalement à la face 211 de l'absorbeur 2 qui est en appui sur la poutre 1, les cloisons 230 étant par exemple continues et parallèles à l'épaisseur E de l'empilement, tandis que

les cloisons 231 sont décalées les unes par rapport aux autres le long de la largeur L2 de cet empilement.

Comme le montre la figure 8, les cellules 23, observées en coupe dans un plan parallèle à la dimension longitudinale Ll de la poutre 1 et à la largeur L2 de l'empilement, peuvent présenter une section rectangulaire, auquel cas elles forment un dessin semblable à celui d'un mur de briques compte tenu du décalage que présentent entre elles deux cloisons 231 successives dans le sens de la largeur L2.

En section transversale, la coquille 3 présente de préférence (figures 6 et 7) deux voiles 31 et 32, qui se raccordent à la base 30 et qui s'étendent globalement vers la poutre 1, la coquille 3 délimitant ainsi, entre sa base 30 et ses voiles 31 et 32, un volume libre dans lequel s'inscrit l'absorbeur 2.

Par ailleurs, il est avantageux que les voiles 31 et 32 de la coquille 3 soient suffisamment espacés de l'absorbeur 2 suivant la largeur L2 de l'empilement, pour que l'absorbeur, en cours de déformation sous l'effet d'un choc, ne vienne pas heurter la coquille 3.

La base 30 de la coquille 3 peut, le cas échéant, être renforcée par un bandeau rapporté 33 (figure 6) ou par des nervures internes 300 s'étendant à l'intérieur de l'absorbeur 2 (figure 7).

Comme le montre la figure 9, ces nervures peuvent également être elles-mêmes remplacées par des structures pyramidales 301.

La coquille et l'absorbeur peuvent être réalisés dans des polymères thermoplastiques, identiques ou différents, et formés par injection.

Le dispositif d'absorption de l'invention peut être appliqué à la réalisation d'un pare-chocs de véhicule automobile, la poutre étant solidaire du châssis (non représenté) du véhicule et s'étendant horizontalement.

Dans ce cas, une plaque de police 39 peut être fixée sur l'avant de la coquille 3.

Le dispositif de l'invention permet de réaliser un pare-chocs présentant un effort de compression contrôlé, et par exemple sensiblement constant, dans toute la plage de compression élastique que forme l'empilement de l'absorbeur 2 et de la coquille 3 sur la poutre 1.

La figure 4 représente le modèle d'un système identique à celui de la figure 3A, appliqué à un dispositif tel que représenté à la figure 6 dont les dimensions sont précisées, le système étant déformé par l'action de la force F.

A l'état de repos, c'est-à-dire avant le choc, les angles entre les côtés 214 et 215 d'une part et 216 et 213 d'autre part sont déjà inférieurs à 180 degrés, par exemple de 165 degrés environ, de sorte que ce dispositif ne présente qu'une épaisseur totale de 69,5 millimètres bien que chacun des côtés 213 à 216 ait une longueur d égale à 35 millimètres.

Par ailleurs, la raideur k2 du ressort R2 que forme la structure alvéolaire 23 est égale à 10 daN/mm.

Sur la figure 5, la courbe Gl représente la force de résistance F qu'exerce, suivant son épaisseur E et en fonction de la course X de la compression qu'il subit, le dispositif dont le modèle est illustré par la figure 4, dans le cas où la raideur kl du ressort RI que forme la coquille 3 est égale à 14 daN/mm, donc supérieure à k2.

Comme le montre cette courbe Gl, la force de résistance présente une pente initiale positive importante, suivie d'une pente positive moins importante.

Sur cette même figure 5, la courbe G2 est tracée comme la courbe Gl, mais pour un dispositif dans lequel la raideur k1 du ressort RI que forme la coquille 3 est égale à 8,6 daN/mm, valeur nécessaire dans cet exemple pour imposer au système un niveau d'effort sensiblement constant.

Enfin, la courbe G3 est tracée comme les courbes Gl et G2, mais pour un dispositif dans lequel la raideur k1

du ressort RI que forme la coquille 3 est égale à 4 daN/mm.

Dans la mesure où la raideur kl est cette fois inférieure à la raideur k2, la force de résistance F, après une croissance initiale importante et semblable à celle des courbes G1 et G2, présente une pente négative.

Les courbes Gl à G3 illustrent deux résultats fondamentaux de l'invention.

Le premier réside dans le fait que l'ajustement de la forme de ces courbes, notamment à l'image de la courbe G2, permet de maximiser la quantité d'énergie cinétique susceptible d'être absorbée par un dispositif conforme à l'invention, et qui, dans le cas du système représenté par chacune de ces courbes de la figure 5, est proportionnelle à la surface que cette courbe délimite avec l'axe des abscisses.

Et le second résultat réside dans la possibilité de contrôler à volonté l'évolution de ces courbes par le contrôle de la raideur que présentent l'absorbeur et la coquille.

La pertinence de ces résultats est démontrée par les courbes Fexp et Gamma de la figure 10.

Cette figure illustre, en fonction de la course de déformation X du dispositif représenté à la figure 9, la force de résistance expérimentale Fexp (obtenue par simulation) que ce dispositif oppose à cette déformation, et l'accélération Gamma que subit la jambe d'un piéton, heurtée par ce dispositif à une vitesse de 40 kilomètres par heure.

Comme le montre la figure 10, la force Fexp est du même ordre de grandeur que la force maximale souhaitée Fcible, c'est-à-dire très voisine de la courbe G2 de la figure 5, et l'accélération Gamma reste pratiquement toujours inférieure à l'accélération maximale Gamma Max de 150 g, la grandeur"g"représentant l'accélération de la pesanteur.

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif mécanique présentant une dimension variable suivant une première direction et comprenant au moins des premier et second organes élastiques (R1, R2), caractérisé en ce que le premier organe élastique (R1) oppose une première résistance élastique (F1) à son raccourcissement (X) suivant la première direction et en ce que le second organe élastique (R2) oppose une seconde résistance élastique (F2) à son allongement (X) suivant une seconde direction sensiblement transversale à la première direction, ce dispositif comprenant, entre les premier et second organes élastiques, une liaison reliant l'allongement du second organe élastique (R2) au raccourcissement du premier organe élastique (R1).
2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second organes élastiques (R1, R2) présentent des première et seconde raideurs respectives (kl, k2), et en ce que le rapport (kl/k2) de la première raideur (kl) à la seconde (k2) est compris entre 0,7 et 1.
3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est formé d'un empilement comprenant une poutre rigide (1) s'étendant suivant une dimension longitudinale (L1), un absorbeur (2) en appui sur la poutre (1), et une coquille externe (3) recouvrant au moins partiellement l'absorbeur (2), en ce que l'empilement présente, dans une section transversale par rapport à la dimension longitudinale (L1), une épaisseur (E) s'étendant suivant un plan longitudinal médian (P) de la poutre et une largeur (L2) s'étendant transversalement à ce plan longitudinal médian (P), ce dispositif subissant, en réponse à un choc d'intensité supérieure à une valeur minimale déterminée, appliqué sur la coquille (3) et dirigé vers la poutre (1), des déformations de la coquille (3) et de l'absorbeur (2) se traduisant notamment par une

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compression de l'empilement suivant son épaisseur (E), en ce que la coquille (3) et l'absorbeur (2) sont réalisés dans des matériaux élastiquement déformables et forment respectivement les premier et second organes élastiques (R1, R2), et en ce que, pour un choc d'intensité comprise entre la valeur minimale et une valeur maximale déterminée, la coquille (3) oppose une résistance élastique à sa déformation suivant l'épaisseur (E) de l'empilement, et l'absorbeur (2) oppose une résistance élastique à sa déformation suivant la largeur (L2) de l'empilement, ce dispositif permettant une absorption d'énergie cinétique.
4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la coquille (3) présente, en section transversale et suivant l'épaisseur (E) de l'empilement, une base (30) distante de la poutre (1), et en ce que l'absorbeur (2) présente, en section transversale et suivant l'épaisseur (E) de l'empilement, une première face (211) en appui sur la poutre (1) et une seconde face (212) en appui sur la base (30) de la coquille (3) ou formée par cette base (30).
5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'absorbeur (2) définit, en section transversale, une forme polygonale convexe délimitée par une pluralité de côtés (211 à 216) rectilignes ou curvilignes incluant au moins les première et seconde faces (211,212), une première paire (213,215) de côtés adjacents à la première face (211), et une seconde paire (214,216) de côtés adjacents à la seconde face (212), en ce que les côtés (211 à 216) de la forme polygonale définissent une pluralité d'angles (221 à 226) incluant au moins des premier et second angles (221,222) distants de la coquille (3) et de la poutre (1) et distants l'un de l'autre suivant la largeur (L2) de la section transversale, et en ce que l'absorbeur (2) se déforme sous l'effet du choc au moins par fermeture des premier et second angles (221,222).

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6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les premier et second angles (221, 222) sont opposés l'un à l'autre et inférieurs à 180 degrés.
7. Dispositif suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la forme polygonale que définit l'absorbeur en section transversale présente, en plus de ses premier et second angles (221,222), des angles supplémentaires (223 à 226) comprenant au moins des troisième et quatrième angles (223,224) disposés de part et d'autre de la première face (211) de l'absorbeur (2), et des cinquième et sixième angles (225,226) disposés de part et d'autre de la seconde face (212) de l'absorbeur (2), et en ce que cette forme polygonale se déforme sous l'effet du choc par ouverture de ses angles supplémentaires (223 à 226).
8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 7 combinée à la revendication 5, caractérisé en ce que l'absorbeur (2) présente, au moins entre la première face (211) de l'absorbeur et les côtés de la première paire (213,215), une structure alvéolaire formée de cellules (23) délimitées les unes des autres par des cloisons (230,231) s'étendant transversalement à la première face (211) de l'absorbeur (2) et comprenant des cloisons (231) décalées les unes par rapport aux autres le long de la largeur (L2) de l'empilement.
9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les cellules (23), observées en coupe dans un plan parallèle à la dimension longitudinale (Ll) de la poutre (1) et à la largeur (L2) de l'empilement, présentent une section rectangulaire.
10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que la coquille (3) présente, en section transversale, des premier et second voiles (31,32) se raccordant à la base (30) et s'étendant vers la poutre (1), en ce que la coquille (3) délimite, entre sa base (30) et ses voiles (31,32), un

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volume libre dans lequel s'inscrit l'absorbeur (2), et en ce que les voiles (31,32) de la coquille (3) sont espacés de l'absorbeur (2) suivant la largeur (L2) de l'empilement.
11. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que la base (30) de la coquille (3) est renforcée par un bandeau rapporté (33).
12. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 11, caractérisé en ce que la base (30) de la coquille (3) est renforcée par des nervures internes (300) s'étendant à l'intérieur de l'absorbeur (2).
13. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 12, caractérisé en ce que l'un au moins des éléments de l'empilement que forment la coquille (3) et l'absorbeur (2) est réalisé dans un polymère.
14. Application d'un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 13 à la réalisation d'un pare-chocs de véhicule automobile présentant un effort de compression sensiblement constant de l'empilement, dans laquelle la poutre (1) est solidaire du châssis du véhicule et s'étend suivant une direction horizontale.