FR2837762A1 - Poutre pare-chocs avec absorbeur d'energie pour vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
Une poutre pare-chocs (10), destinée en particulier à une face avant de véhicule automobile, est formée d'une matière hybride et comprend un profilé (16) à section ouverte. Elle comprend au moins un boîtier absorbeur (12) intégré à la poutre pare-chocs, ce boîtier étant logé au moins en partie dans la section ouverte du profilé (16) et comprenant une enveloppe (30) garnie d'une mousse métallique (38) ayant des propriétés d'absorption d'énergie.
Description
quand ie connocteur (2, 3) est connecté.
Poutre pare-chocs avec absorbeur d'énergie pour véhicule automobile L' invention se rapporte à une poutre pare-chocs destinée en particulier à faire partie d'une face avant de véhicule automobile. Elle concerne plus particulièrement une poutre pare-chocs, que l'on peut appeler "poutre hybride", étant donné qu'elle est formée d'une matière hybride à partir d'un profilé à section ouverte. On connaît déjà des poutres pare-chocs de ce type qui sont constituées dun profilé métallique à section ouverte, généralement en forme de C, formant insert. Ce profilé est surmoulé et/ou renforcé par une matière de moulage,
habituellement une matière plastique éventuellement renforcée.
Les véhicules actuels reçoivent une face avant, cest-à-dire un élément de structure susceptible d'intégrer divers équipements du véhicule, tels que projecteurs, clignotants, avertisseur sonore, module d'échange de chaleur, etc. La face avant, ainsi pourvue de ses équipements, constitue un module unitaire préparé et livré par l'équipementier, et prét à être monté sur le véhicule par le constructeur. Le montage de ce module unitaire se fait par raccordement à des éléments de structure latéraux du véhicule, tels que longerons, ailes, coques, puis mise en place d'un pare- chocs rapporté sur le module. Pour cela, la face avant reçoit habituellement la poutre pare chocs sur laquelle est monté ultérieurement le pare-chocs
proprement dit, encore appelé bouclier frontal.
t Le module de face avant doit satisfaire à des exigences d'essais anticollision (essais Ucrash Danner"), à savoir ne pas déformer la structure du véhicule, minimiser l'endommagement des composants et ainsi réduire les coûts de réparation. D'autre part, ce module doit assurer la sécurité
des occupants et celle des piétons.
La face avant et la poutre pare-chocs constituent des éléments indispensables qui participent respectivement à la structure du
véhicule et du module et à sa protection.
La poutre pare-chacs a plusieurs rôles. Elle doit participer à la structure du véhicule et protéger les passagers du véhicule en cas de choc avec un obstacle extérieur, ainsi que les équipements du véhicule, notamment afin de réduire le coût des
réparations en cas d' accident. Inversement, la poutre pare-
chocs a pour fonction de diminuer l'agressivité du véhicule, notamment envers les piétons, en absorbant autant que possible l'énergie du choc de manière à minimiser la gravité des
blessures infligées à ces derniers.
Il existe déjà des normes qui réglementent les caractéristiques des poutres pare-chocs et, à l'avenir, ces normes vont devenir
encore plus strictes.
Il est connu de fixer la poutre pare-chocs à la structure du véhicule en interposant généralement deux boîtiers absorbeurs
de chocs ou d'énergie ("crashbox" en anglais).
Dans les réalisations connues, ces boîtiers absorbeurs sont généralement constitués par des éléments déformables qui sont destinés à absorber l'énergie d'un choc frontal. Toutefois, l'ensemble ainsi formé par la poutre pare-chocs et les boîtiers absorbeurs constitue un ensemble lourd et encombrant qui devient difficilement acceptable dans les véhicules modernes
qui sont de plus en plus compacts.
3 2837762
On connaît aussi, d'après le document DE 195 02 307, un élément de déformation absorbeur d'énergie destiné à la protection d'une carrosserie de véhicule automobile. Cet élément est constitué d'un pare-chocs qui est relié aux longerons du véhicule par l'intermédiaire d'un boîtier rempli d'une mousse d'aluminium. Là encore, cet ensemble est particulièrement lourd et encombrant. L' invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle vise en particulier à réaliser une poutre pare-chocs, du type hybride, qui est susceptible dêtre associée à au moins un boîtier absorbeur pour former un ensemble possédant des performances élevées eu égard à un faible poids et un
encombrement réduit.
C'est encore un but de l' invention de proposer une telle poutre parechocs qui peut être facilement intagrée à une face avant
de véhicule automobile.
Ltinvention propose à cet effet une poutre pare-chocs du type défini en introduction, laquelle comprend au moins un boîtier absorbeur intégré à la poutre pare-chocs, qui est logé au moins en partie dans la section ouverte du profilé et qui comprend une enveloppe garnie d'une mousse métallique ayant des
propriétés d' absorption d'énergie.
Du fait que le boîtier absorbeur vient occuper au moins en partie le volume libre défini dans la section ouverte du profilé, ceci permet de diminuer l'encombrement, notamment dans la direction longitudinale, de l!ensemble constitué par la
poutre hybride et le boîtier absorbeur.
i ? I1 est ainsi possible, à encombrement constant, par rapport aux solutions connues, d' augmenter les performances de résistance
aux chocs.
Inversement, il est possible, en réduisant l'encombrement par rapport aux solutions connues, d'obtenir des performances comparables à ce qui était obtenu avec des ensembles beaucoup
plus encombrants et beaucoup plus lourds.
Dans l' invention, le profilé est avantageusement un profilé métallique à section générale en forme de C ou de U formant insert qui est surmoulé et/ou renforcé par une matière de moulage par une technique d'hybridation de la matière du
profilé et de la matière de moulage.
Par l'expression technique d'hybridation", on entend désigner toute technique qui permet d'associer étroitement une matière de moulage, généralement une matière plastique, à un insert, le plus souvent métallique, supprimant ainsi toute opération de
fixation ou de montage.
On obtient des performances particulièrement intéressantes avec un profilé en acier, en particulier en acier à haute limite
élastique (HLE).
Comme matière de moulage, on utilise avantageusement une matière plastique choisie parmi les matières thermoplastiques et les matières thermodurcissables, avec ou sans renfort. De préférence, la matière plastique est choisie parmi les polyamides, en particulier le polyamide-6, et les polypropylènes. Quant à la matière plastique, il est avantageux de la renforcer par une matière appropriée, en particulier par des fibres de
verre.
Selon une autre caractéristique de l' invention, la matière de moulage forme des nervures de rigidification dans la section ouverte du profilé. Ceci contribue à la résistance macanique de
la poutre.
L'enveloppe du boîtier absorbeur est avantageusement réalisée en une matière de moulage. I1 s'agit de préférence de la même
matière que celle définie précédemment pour la poutre pare-
chocs. Cependant, il est aussi possible de réaliser cette enveloppe
dans une autre matière, par exemple en acier.
Dans une première forme de réalisation de l' invention, l'enveloppe du boîtier absorbeur est surmoulée et/ou reliée à la matière du profilé. Il en résulte que la matière de l'enveloppe est la même que la matière de moulage surmoulée sur la poutre pare-chocs. En pareil cas, l'enveloppe du boîtier absorbeur est complètement intégrée à la poutre pare-chocs par
hybridation.
Dans une autre forme de réalisation de l'invention, l'enveloppe du boîtier absorbeur est fixée dans la section ouverte du profilé. Il en résulte que l'enveloppe du boîtier absorbeur 2 5 n'est pas obligatoirement réalisée dans la méme matière de
moulage que celle qui est surmoulée sur le profilé.
Dans cette deuxième forme de réalisation de l'invention, l'enveloppe du boitier absorbeur est avantageusement intégrée dans un élément de la face avant. Cela signifie, en d'autres termes, que l'enveloppe peut être réalisée avec cet élément de la face avant par une technique de moulage, éventuellement avec hybridation. Quelle que soit la forme de réalisation, l'enveloppe du boîtier absorbeur est avantageusement réalisée sous la forme d'un profilé creux de section générale rectangulaire, notamment carrée, qui présente une première extrémité rattachée à la poutre parechocs et une deuxième extrémité propre à être fixée à la structure du véhicule, en particulier en bout d'un longeron longitudinal. Comme indiqué précédemment, l'enveloppe du boîtier est destinée à être remplie, au moins en partie, par une mousse métallique
douée de propriétés absorbantes.
I1 est avantageux que l'enveloppe du boîtier soit surmoulée sur
cette mousse métallique.
Parmi les mousses métalliques utilisables, on préfère une mousse en aluminium, en particulier en aluminium de la série
6000 ou 300.
Dans la description qui suit, faite seulement à titre
d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 est une vue d'un ensemble poutre pare-chocs et boîtier absorbeur selon l' invention monté sur un module de face avant de véhicule automobile; - la Figure 2 est une vue partielle en perspective d'un ensemble poutre parechocs et boîtier absorbeur selon une première forme de réalisation de l' invention; - la Figure 3 est une vue en coupe longitudinale de l'ensemble de la Figure 2 montrant la fixation du boîtier absorbeur sur une face avant de véhicule automobile; - la Figure 4 est une vue en perepective dun boîtier absorbeur intégré à un élément de face avant dans une deuxième forme de réalisation de l' invention; - la Figure 5 est une vue en coupe longitudinale de lensemble de la Figure 4, l'ensemble étant équipé de la poutre pare-chacs et étant fixé sur la structure du véhicule; et - les Figures 6, 7 et 8 sont des vues arrière partielles de différentes poutres pare-chocs montrant différentes
configurations de nervures de rigidification.
Sur la vue schématique de la Figure 1, l'élément représenté comprend une poutre pare-chocs 10 constituée par un profilé creux, en forme générale de C ou de U. dans lequel vient se loger au moins en partie un boîtier absorbeur 12. Il en résulte que l'encombrement global L de l'ensemble dans la direction longitudinale du boîtier absorbeur est légèrement supérieur à
la longueur du boîtier absorbeur.
Le boîtier absorbeur 12 est fixé à la structure d'un véhicule automobile, ici en extrémité d'un longeron inférieur 14, sur
laquelle est aussi fixée un module de face avant 15.
La poutre pare-chocs 12 est destinée à recevoir un pare-chocs
17, encore appelé bouclier frontal.
On se réfère maintenant aux Figures 2 et 3 pour décrire une
première forme de réalisation de l' invention.
Dans cette forme de réalisation, la poutre pare-chocs 10 est une poutre hybride qui intègre le boîtier absorbeur 12. La poutre 10 comprend un profilé 16 à section ouverte en forme générale de C. Ce profilé 16, qui forme insert, comprend une âme 18 généralement verticale prolongée par deux ailes, à savoir une aile supérieure 20 sensiblement horizontale et une aile inférieure 22 sensiblement horizontale. Ce profilé 16 délimite ainsi un espace creux dans lequel est logé au moins en partie le boîtier amortisseur 12, comme on le voit aux Figures
2 et 3.
Le profilé 16 est avantageusement réalisé en acier, en particulier en acier à haute limite élastique (HLE). Ce profilé en acier est surmoulé et/ou renforcé par une matière de moulage 24 qui forme un revêtement extérieur 26 sur le profilé et un l r
revêtement intérieur 28.
Le boîtier amortisseur 12 comprend une enveloppe 30 qui, dans l'exemple, est réalisée sous la forme d'un profilé creux de sect ion généra le rect angul aire l imité par une f ace in férieure 32, une face supérieure 34 et deux faces latérales 36. Cette enveloppe est. dans l'exemple, réalisée aussi dans la même matière de moulage que celle qui est surmoulée sur le profilé métallique. De cette manière, l'enveloppe 30 et les revêtements intérieur 26 et extérieur 28 du profilé forment un ensemble qui est moulé
et intégré au profilé par une technique d'hybridation.
Comme montré à la Figure 2, la matière de moulage forme à l'intérieur de la section ouverte du profilé des nervures de rigidification. Ces nervures comprennent ici des nervures horizontales 35 et des nervures verticales 37. Par ailleurs, des nervures horizontales 39 relient les faces 36 de
l'enveloppe 30.
L'intérieur de l'enveloppe est rempli, au moins en partie, par une mousse métallique 38 qui est dans l'exemple une mousse d'aluminium. A ce titre, on utilise avantageusement de l'aluminium de la série 6000, par exemple AA6061, ou de la série 300, par exemple A356. De facon avantageuse, l'enveloppe
est surmoulée sur la mousse métallique 38.
L'enveloppe 30 possède ainsi une première extrémité 40 qui est logée à l'intérieur de la section ouverte du profilé et une deuxième extrémité 42 qui se termine par une face ouverte et qui est destinée à être fixée en bout dun longeron 14. Pour assurer cette fixation, on utilise avantageusement' comme montré à la Figure 3, une plaque support 44 dont dépendent deux ailes espacées 46 (une seule est visible sur la Figure 3)
venant se clipper à l'intérieur des faces 36 de l'enveloppe 30.
- La plaque 44 est fixée en bout du longeron 14 par des vis 48 qui traversent l'épaisseur de la plaque 44. Avantageusement, la plaque 44 emprisonne au montage l'âme 50 dun élément 52 dun
module de face avant.
Dans la forme de réalisation des Figures 4 et 5, l'enveloppe 30 du boîtier amortisseur 12 est intégrée à un élément 54 faisant partie d'un module de face avant. Cet élément 54 comprend une âme conformée 56, à partir de laquelle s'étend l'enveloppe 30 en forme de profilé à section générale rectangulaire. Cette âme 56 se prolonge par différents bras, en particulier par deux
bras supérieurs 58 et 60 qui ne seront pas décrits en détail.
L'âme 56 est percée de quatre trous 62 (Figure 5) pour sa fixation en bout dun profilé 14 avec interposition d'une
plaque de fixation 44 analogue à celle décrite à la Figure 3.
L'élément 54 et l'enveloppe 30 du boîtier absorbeur constituent
un ensemble monobloc réalisé par une technique d'hybridation.
Cet élément 54 peut comporter un insert métallique surmoulé par une matière de moulage qui forme différentes parties de
structure et notamment l'enveloppe 30.
Ainsi, lorsque l'élément 54 est fixé en bout du longeron 14 avec interposition de la plaque 44, le boîtier absorbeur se trouve solidarisé au longeron. La Figure 5 montre, en vue éclatée, la fixation de l'élément 54 sur le longeron 14 avec
interposition de la plaque 44.
L'enveloppe 30 est analogue à celle de la forme de réalisation précédente. Elle comprend une extrémité 40 qui est logée dans la section ouverte de la poutre et une extrémité opposée 42 qui est reliée en bout du longeron. Toutefois, dans cette forme de réalisation, l'extrémité 42 est réalisée monobloc avec
l'élément 54.
La poutre 12 qui vient coiffer l'extrémité 40 peut être fixée à celle-ci par tout moyen approprié, par exemple avec interposition d'une plaque de fixation analogue à la plaque 44
décrite précédemment.
Dans la forme de réalisation de la Figure 6, la poutre pare- chocs 10 comporte, à l'intérieur de sa section ouverte, un logement 68 pour recevoir l'extrémité 40 de l'enveloppe 30 du boîtier absorbeur. Dans cet exemple les nervures de
rigidification sont des nervures obliques 70.
Dans la forme de réalisation de la Figure 7, l'intérieur de la section ouverte de la poutre est renforcé par des nervures
verticales 72.
Dans la forme de réalisation de la Figure 8, on retrouve à la fois des nervures horizontales 74 et des nervures verticales 76, qui se croisent mutuellement, et qui ressemblent à celles
montrées déjà à la Figure 2.
On procure ainsi un ensemble poutre, pare-chocs avec absorbeur qui présente des performances élevées eu égard à son poids et
à son encombrement.
La matière plastique utilisée pour le moulage est avantageusement un polyamide, en particulier le polyamide-6, ou un polypropylène. Cette matière plastique est avantageusement
renforcée par des fibres de verre.
De préférence, on utilise donc un PA 6 GF 30 ou un PP GF 30. Le profilé métallique formant insert doit avoir une géométrie optimisée étant donné qu'une inertie optimale de la section est
souhaitable pour minimiser la flèche.
L' invention sera maintenant décrite en référence aux exemples 1 à 3 suivants. Les exemples 1 et 2 sont des exemples comparatifs concernant des poutres pare-chocs non conformes à r;
l' invention, tandis que l'exemple 3 porte sur une poutre pare-
chocs selon l' invention.
Exemple 1: poutre pare-chocs acier On réalise une poutre pare-chocs en acier à partir dun profilé à section fermée fixé aux longerons du véhicule, lesquels
incluent des boîtiers amortisseurs classiques.
On effectue un essai dit "Danner test" à 16 km/h. L'énergie absorbée par la poutre est de 6035 joules et celle absorbée par les longerons est de 4381 joules, ce qui donne un total de
416 joules.
Il en résulte que 58 % dénergie est absorbée par la poutre et
42 % par les longerons qui incluent les boîtiers amortisseurs.
Dans cet exemple, le poids de la poutre fait 5,7 kilogrammes.
Exemple 2: poutre pare-chocs en aluminium avec boîtiers absorbeurs en aluminium On réalise une poutre pare-chocs à partir d'un profilé à section fermée en aluminium. Ce profilé est fixé aux longerons du véhicule par l'intermédiaire de boîtiers amortisseurs en aluminium. Le poids de la poutre fait 2,7 kg et les deux
boîtiers amortisseurs 1,08 kg.
En utilisant le même essai que dans l'exemple 1, l'énergie absorbée par la poutre est de 4100 joules, celle absorbse par
les boîtiers amortisseurs 5230, le total étant de 9330 joules.
Ainsi, 44 % de l'énergie est absorbée par la poutre et 56 % par
les boîtiers amortisseurs.
Dans cet exemple, les dimensions du boîtier amortisseur sont de x 70 x 60 mm (dans les directions X, Y et Z). L'aluminium
est un aluminium de la série 7000 (Re = 300; Rm = 400 Mpa).
Exemple 3: poutre pare-chocs hybride avec boîtier absorbeur en . aluminlum
Le poids de la poutre fait ici 2,5 kilogrammes.
La poutre pare-chocs est ici conforme à l' invention. En utilisant l'essai Danner, dans les mêmes conditions que précédemment, l'énergie absorbée par la poutre est de 1320 joules, celle absorbée par le boîtier absorbeur est de 8040 joules, celle absorbée par les nervures de 240 joules, le
total étant de 9600 joules.
I1 en résulte que 16 % de l'énergie est absorbée par l' insert
de la poutre, et 84 % par les boîtiers absorbeurs.
Dans cet exemple, les dimensions du boîtier absorbour sont x 60 x 70 mm (dans les directions X, Y et Z). L'aluminium
est un aluminium de la série 6000-7000.
Pour atteindre le même niveau d' absorption qu'une poutre en aluminium, à même poids, il est avantageux d'avoir un boîtier absorbeur plus grand: 190 mm sont nécessaires pour absorber
9600 joules.
Dans l' invention, l'épaisseur de l' insert métallique peut varier entre 0,7 et 1,2 mm suivant les caractéristiques de l'acier. On utilise de préférence un acier HLE d'épaisseur
0,77 mm (Re = 360 Mpa; Rm = 450 Mpa; A% = 21).
Le tableau suivant résume les chiffres donnés précédemment pour
les exemples 1 à 3.
Essai Danner Energie Energie Energie (Joules) (Joules) (Joules) Exemple 1 Exemple 2 Exemple 3 Poutre 6035 4100 1320 Boîtier 4381 5230 8040 Absorbeur Nervures 240 Total 10416 9330 9600 Poids (kg) 5,7 3,78 3,56 Dans l' invention, on peut utiliser une mousse d'aluminium de différentes densités. La poutre avec des boîtiers absorbeurs garnis de mousse d'aluminium absorbe 1,6, 2,5 et 3 fois plus dénergie que la poutre seule pour respectivement des densités
de 0,2, 0,3 et 0,4 g/cm3.
Pour une même énergie (5000 joules), l' intrusion est réduite de 37 %, 50 % et 58 % pour respectivement des densités de 0,2, 0,3
et 0,4 g/cm3.
Ainsi, l'utilisation de mousse daluminium permet de réduire
soit la longueur du boîtier absorbeur, soit sa section.
L' invention trouve ainsi une application aux véhicules
automobiles. -
Claims (16)
1. Poutre pare-chocs, en particulier pour une face avant de véhicule automobile, ladite poutre étant formée d'une matière hybride et comprenant un profilé à section ouverte, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un boîtier absorbeur (12) intogré à la poutre pare- chocs (10), et en ce que ledit boîtier absorbeur est logé au moins en partie dans la section ouverte du profilé (16) et comprend une enveloppe (30) garnie d'une mousse métallique (38) ayant des propriétés
d' absorption dénergie.
2. Poutre pare-chocs selon la revendication 1, caractérisée en ce que le profilé (16) est un profilé métallique à section générale en forme de C ou de U formant insert qui est surmoulé et/ou renforcé par une matière de moulage (24) par une technique d'hybridation de la matière du profilé et de la
matière de moulage.
3. Poutre pare-chocs selon la revendication 2, caractérisée en ce que le profilé (16) est en acier, en particulier en acier
à haute limite élastique (HLE).
4. Poutre pare-chocs selon l'une des revendications 2 et 3,
caractérisée en ce que la matière de moulage (24) est une matière plastique choisie parmi les matières thermoplastiques
et les matières thermodurcissables, avec ou sans renfort.
5. Poutre pare-chocs selon la revendication 4, caractérisee en ce que la matière plastique est choisie parmi les polyamides, en particulier le polyamide-6, et les polypropylènes.
6. Poutre pare-chocs selon l'une des revendications 4 et 5,
caractérisée en ce que la matière plastique est renforcée, en
particulier par des fibres de verre.
7. Poutre pare-chocs selon l'une des revendications 2 à 6,
caractérisée en ce que la matière de moulage (24) forme des nervures de rigidification (35, 37, 39, 70, 72, 74, 76) dans la section ouverte du profilé. r
8. Poutre pare-chocs selon l'une des revendications 1 à 7,
caractérisée en ce que l'enveloppe (30) du boîtier absorbeur
(12) est en une matière de moulage.
9. Poutre pare-chocs selon la revendication 8, caractérisée en ce que la matière de moulage de l'enveloppe (30) est une matière plastique choisie parmi les matières thermoplastiques et les matières thermodurcissables, notamment parmi les polyamides, en particulier le polyamide-6, et les polypropylènes, et en ce que la matière plastique peut être
renforcée, en particulier par des fibres de verre.
10. Poutre pare-chocs selon l'une des revendications 8 et 9,
caractérisée en ce que l'enveloppe (30) du boîtier absorbeur
est surmoulée et/ou reliée à la matière du profilé.
11. Poutre pare-chocs selon l'une des revendications 3 et 9,
caractérisée en ce que l'enveloppe (30) du boîtier absorbeur
(12) est fixée dans la section ouverte du profilé (16).
12. Poutre pare-chocs selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'enveloppe (30) du boîtier absorbeur (12) est
intégrée dans un élément (54) de la face avant.
13. Poutre pare-chocs selon l'une des revendications 8 à 12,
caractérisée en ce que l'enveloppe (30) du boîtier absorbeur (12) est un profilé creux de section générale rectangulaire, notamment carrée, qui présente une première extrémité (40) rattachée à la poutre pare-chocs (10) et une deuxième extrémité (42) propre à être fixée à la structure du véhicule, en
particulier en bout d'un longeron longitudinal (14).
14. Poutre pare-chocs selon l'une des revendications 1 à 13,
caractérisée en ce que l'enveloppe (30) du boîtier absorbeur
(12) est surmoulée sur la mousse métallique (38).
15. Poutre pare-chocs selon l'une des revendications 1 à 14,
caractérisée en ce que la mousse métallique (38) contenue dans l'enveloppe (30) du dottier absorbeur est une mousse en . aluminium.
16. Poutre pare-chocs selon la revendication 15, caractérisée en ce que la mousse métallique (38) est en aluminium de la
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