FR2873086A1 - Capot multicouche a peau exterieure frangible et a agressivite reduite en cas de collision avec un pieton - Google Patents

Abstract

Le capot (1) selon l'invention comporte une couche extérieure (5) fine, légère et frangible, qui entre en plasticité ou se rompt rapidement en cas d'impact crânien permettant ainsi de dissiper une partie de l'énergie du choc.Sous cette couche extérieure, se trouve une couche (4) plus épaisse de matériau amortissant, léger et présentant un module d'élasticité faible et un important plateau de plasticité dans le but de décélérer la tête de façon optimale.Le capot est préférentiellement divisé en deux zones (7, 8) optimisées spécifiquement pour l'enfant et l'adulte.Le capot peut également comporter une couche intérieure (6) pouvant se rompre en cas de contact avec le bloc moteur.Cette invention intéresse les fabricants de véhicules et d'équipements pour ces véhicules.

Description

2873086 1

La présente invention concerne un capot multicouches, destiné à équiper les véhicules routiers motorisés, dont l'agressivité est fortement diminuée en cas de collision avec un piéton ou tout autre usager de la route dont la tête n'est pas protégée, afin de réduire pour ce dernier la gravité des blessures engendrées par le choc.

Les accidents de la circulation entre un véhicule routier motorisé et un piéton conduisent très souvent à un choc de la tête non protégée du piéton contre la partie avant du véhicule. Ce choc a souvent lieu contre la jonction capot/pare-brise ou contre le capot du véhicule, notamment lorsque le piéton est un enfant ou un adulte de petite taille.

Malheureusement, ces impacts crâniens entraînent fréquemment la mort du piéton ou sont la cause de très graves lésions cérébrales.

Pour lutter contre ce fléau, de nouvelles normes de protection entreront en vigueur en 2005 et demanderont aux constructeurs automobiles de garantir un niveau d'amortissement de la tête acceptable en cas d'impact crânien sur le capot. Ainsi, à l'heure actuelle, divers efforts sont en cours pour limiter l'agressivité du capot.

Parmi ceux-ci, on peut citer des sacs de sécurité gonflables (airbags) tels que ceux décrits par exemple dans les brevets US 6.415.883, EP 1.350. 692 ou EP 1.319.559. Ces sacs gonflables sont des dispositifs de sécurité actifs qui nécessitent une détection du choc et qui de ce fait, sont complexes et particulièrement onéreux. Par ailleurs, ils ne protègent généralement que la périphérie du capot.

On connaît aussi des capots actifs qui se relèvent d'une dizaine de centimètres en cas d'impact afin de permettre plus de déformation. On en trouve des exemples dans les brevets WO 03/095273, US 6.439.330 ou EP 1. 302.388. Il s'agit là encore d'un 2873086 2 système actif qui nécessite une détection des chocs. De plus, ces dispositifs donnent des résultats décevants puisque l'effet de masse du capot reste inchangé et de ce fait le déroulement des premiers instants du choc est toujours aussi critique.

En effet, en cas de choc, trois paramètres sont à prendre en compte pour évaluer l'agressivité d'un capot qui sont la masse, la raideur et l'amortissement. Ce type de dispositif joue uniquement sur la raideur du capot et laisse sa masse, qui représente 20 kg en moyenne, inchangée. Cette masse trop importante doit être allégée pour qu'un effet positif puisse être constaté.

On connaît également, par exemple d'après les demandes DE 10059225, WO 01/98118 et EP 1.364.846, des capots à deux peaux, une peau interne et une peau externe, avec ou sans injection de gaz entre les deux afin de soulever la peau externe. Cependant, ces capots restent métalliques et donc lourds et dangereux. Ils sont de plus très peu amortissants.

On a enfin envisagé de placer une couche ou des structures amortissantes sous la paroi du capot, comme c'est le cas par exemple dans les brevets EP 1.093.980, US 5.124.191, WO 03/047842, WO 03/064221, EP 1.000.821 ou DE 10037628.

Aucun de ces dispositifs n'est encore réellement satisfaisant. En effet, la couche externe reste la plupart du temps métallique ou présente une masse volumique trop élevée, qui entraîne un effet de masse au début de l'impact et une montée en force critique dans les quatre à huit premières millisecondes du choc pouvant conduire à une fracture du crâne même si le HIC est satisfaisant. De plus, aucune dissipation d'énergie n'est prévue à ce niveau.

D'autre part, la couche amortissante est généralement trop rigide et sa masse volumique trop importante. En outre, sa résistance à la chaleur n'est 2873086 3 jamais prise en compte alors qu'elle est destinée à être placée prés du moteur et donc à être exposée à des températures élevées.

Enfin, tous les modèles de capot de l'art antérieur ont été développés et optimisés uniquement par rapport au critère HIC (Head Injury Criteria) présent dans les normes actuelles. Ce critère est très largement critiqué dans la communauté scientifique internationale, car trop simpliste et peu représentatif des risques lésionnels multiples encourus par une tête humaine. De nouvelles limites de tolérance, plus réalistes, sont en cours d'élaboration et permettront dans les futures normes d'évaluer plus fidèlement la dangerosité des impacts crâniens.

Ces risques multiples peuvent être évalués par les critères chiffrés suivants: un risque de fracture du crâne existe pour des forces de l'ordre de 10 5 kN pour l'adulte et de 5 2 kN pour l'enfant; 20. un risque de fracture du crâne existe pour une énergie de déformation crânienne de l'ordre de 3 1 J pour l'adulte et de 2 1 J pour l'enfant; un risque d'hématome sous dural existe pour une énergie de déformation de l'espace sous durai de l'ordre de 5 1 J pour l'adulte et de 3,5 1 J pour l'enfant; et un risque de lésion neurologique existe pour des contraintes de cisaillement intracérébrales de Von Mieses de 40 10 kPa pour l'adulte comme pour l'enfant.

Le but de l'invention est de fournir une nouvelle structure de capot qui diminue efficacement l'agressivité du capot des véhicules routiers motorisés vis-à-vis de la tête non protégée des piétons ou autres usagers de la route.

Avantageusement, le capot selon l'invention présente une optimisation précise de ses propriétés 2873086 4 mécaniques basées non plus sur les valeurs du HIC, mais sur des critères biomécaniques liés aux nouvelles limites de tolérance évoquées précédemment et relatives à la tête humaine de l'adulte et de l'enfant.

D'autre part, le capot selon l'invention est d'une conception conduisant à une réalisation fiable et peu onéreuse, et d'une mise oeuvre simple, rapide et aisée pouvant être adaptée à n'importe quel type de véhicule.

Destiné à équiper toute sorte de véhicules, pour tous les pays, ce capot est adaptable à tous les types de véhicules et présente une composition fiable et stable quelles que soient les conditions d'utilisation. En outre, tous les matériaux utilisés sont prévus de manière à résister parfaitement aux conditions thermiques rencontrées sous un capot.

Pour résoudre ce problème technique, l'invention fournit un capot multicouches destiné à équiper un véhicule routier motorisé, notamment une automobile, une camionnette, un camion, un autobus ou autre, optimisé afin de réduire son agressivité en cas de collision avec un piéton ou autre usager de la route dont la tête n'est pas protégée.

Ce capot comporte une couche extérieure fine, légère et frangible, qui entre en plasticité ou se rompt rapidement en cas d'impact crânien permettant ainsi de dissiper une partie de l'énergie du choc, sous laquelle se trouve une couche plus épaisse de matériau amortissant, léger et présentant un module d'élasticité faible et un important plateau de plasticité dans le but de décélérer la tête de façon optimale.

Le capot selon l'invention est préférentiellement divisé en deux zones optimisées spécifiquement selon les critères relatifs à l'enfant pour la zone avant et à l'adulte pour la zone arrière.

2873086 5 Selon un mode de réalisation préférentiel, le capot selon l'invention comporte en outre une couche intérieure similaire à la couche extérieure susceptible de se rompre en cas de contact avec le bloc moteur rigide. Cette couche intérieure peut n'être prévue qu'au niveau de la zone adulte.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, description faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue partielle en perspective de l'avant d'un véhicule équipé d'un capot selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique de profil illustrant les deux zones, adulte et enfant, d'un capot selon l'invention; la figure 3 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un capot multicouches selon l'invention.

Le capot multicouches selon la présente invention va maintenant être décrit de façon détaillée en référence aux figures 1 à 3. Les éléments équivalents représentés sur les différentes figures porteront les mêmes références numériques.

Dans la suite de ce document, par piéton, nous comprendrons tout piéton ou autre usager de la route dont la tête n'est pas protégée, tel qu'un cycliste ou un cyclomotoriste ne portant pas de casque, un individu utilisant des patins à roulette, une planche à roulette, une trottinette, ou autre.

Le capot multicouche 1 de l'invention est principalement destiné à être monté sur un véhicule routier motorisé 2, tel que par exemple une automobile 3, une camionnette, un camion, un autobus ou analogue.

Le capot 1 selon l'invention est formé de plusieurs couches superposées et adopte une structure dite en sandwich . Il comporte ainsi une couche 2873086 6 amortissante 4, revêtue d'une couche extérieure 5 à la manière d'une peau, ces deux couches pouvant être complétées par une couche intérieure 6 optionnelle.

Par convention, on définira dans cette demande les notions d'intérieur et d'extérieur comme correspondant au côté dirigé vers l'intérieur ou vers l'extérieur du véhicule 2 lorsque le capot 1 selon l'invention est monté sur le véhicule et se trouve en position fermée. De même, on qualifiera les éléments d'avant ou d'arrière en se basant sur l'orientation adoptée par le capot sur les différentes figures. Il est évident néanmoins que cette orientation n'est pas forcément conservée par le capot une fois celui-ci mis en place.

De préférence, le capot multicouches 1 selon l'invention est divisé en deux zones distinctes: une zone enfant 7 située dans sa partie avant et une zone adulte 8 située dans sa partie arrière comme illustré schématiquement sur la figure 2, chacune de ces zones correspondant à la partie du capot dans laquelle la tête d'un enfant ou d'un adulte vient respectivement taper.

Ces deux zones ont des dimensions et une superficie relative qui varient en fonction du modèle de véhicule sur lequel le capot 1 est monté. Elles peuvent être délimitées en utilisant la notion de WAD (Warp Around Distance) qui correspond à une abscisse curviligne définie à partir du sol. La zone enfant 7 présente ainsi de préférence un WAD compris sensiblement entre 1 m et 1,5 m et la zone adulte 8 sensiblement entre 1, 5 m et 2,1 m.

Chacune de ces zones peut ainsi être optimisée de façon indépendante visà-vis de critères biomécaniques liés aux limites de tolérance établies spécifiquement pour l'adulte et pour l'enfant.

La tête de l'enfant étant moins lourde que celle de l'adulte, les matériaux utilisés pour 2873086 7 réaliser la zone enfant 7 peuvent par exemple être moins épais, présenter une densité plus faible ou comporter moins de fibres de renfort que les matériaux de la zone adulte 8.

La transition entre les deux zones peut se faire progressivement. Cependant, pour des raisons de respect de norme, elle a plutôt lieu de façon discontinue au niveau d'une délimitation 9.

Selon une caractéristique essentielle de l'invention, la couche extérieure 5, également appelée peau externe, est fine, légère et frangible. Sa fonction est d'entrer en plasticité ou de rompre rapidement pour laisser travailler le matériau amortissant de la couche 4 en cas d'impact crânien.

La masse volumique limitée et l'épaisseur faible de cette couche extérieure 5 évitent l'effet de masse néfaste durant les premières millisecondes de l'impact et limitent ainsi le risque de fracture du crâne non pris en compte par le critère HIC actuel.

En outre, une part importante de l'énergie du choc peut être dissipée par la destruction de la couche extérieure 5, cette destruction évitant par ailleurs tout retour élastique.

La force maximale que cette couche doit supporter en cas de choc correspond sensiblement à 5 kN pour un impact causé par une sphère d'environ 15 cm de rayon en zone adulte 8 et de 5 2 kN pour un impact causé par une sphère d'environ 13 cm de rayon dans la zone enfant 7.

Cette peau extérieure 5 peut être par exemple réalisée à partir de polycarbonate siloxane (PCS) qui est léger et très stable en température car pouvant aller jusqu'à - 60 C. On peut également envisager par exemple l'utilisation de résines, à base d'esters vinyliques ou autre, renforcées de fibres de verre ou de tissu carbone/kevlar.

Pour pouvoir convenir à cette application, le 2873086 8 matériau constitutif de la couche extérieure 5 doit présenter les propriétés mécaniques suivantes, à plus ou moins 50% pour cent près: masse volumique: 1200 kg/m3 5. module d'élasticité : 3000 MPa limite de plasticité ou de rupture: 75 MPa. D'autre part, son épaisseur est faible et préférentiellement de l'ordre de 1 mm.

La couche amortissante 4 est réalisée à partir d'un matériau amortissant léger qui présente un module d'élasticité faible et un important plateau de plasticité dans le but de décélérer la tête du piéton.

Elle peut éventuellement comporter des parties alvéolaires, par exemple en nid d'abeille.

Pour pouvoir convenir à cette application, le matériau amortissant doit présenter les propriétés mécaniques suivantes, à plus ou moins 50% pour cent près: masse volumique: 50 kg/m3 20. module d'élasticité : 25 MPa limite de plasticité ou de rupture: 0,7 MPa.

En outre, la couche amortissante 4 étant disposée à proximité du moteur du véhicule, le matériau amortissant utilisé 9 doit pouvoir résister à une température constante de 90 C en conservant ses propriétés mécaniques et ne pas être altéré par une montée en température ponctuelle pouvant aller jusqu'à 135 C.

Pour fabriquer cette couche amortissante 4, on peut envisager de préférence l'utilisation d'un matériau de type connu sous la marque Noryl de densité préférentiellement comprise entre 20 et 80, qui est très stable en température puisqu'il s'agit d'un mélange de polystyrène expansé et d'oxyde de polyphénylène, qui garde des propriétés mécaniques quasiment constantes jusqu'à 90 C et qui n'est pas altéré par une montée en température ponctuelle de 190 C.

L'épaisseur de la couche amortissante 4 doit être suffisante pour pouvoir remplir correctement sa fonction, mais est par ailleurs limitée par l'espace disponible sous le capot du véhicule qui est actuellement de l'ordre de 70 mm et sera probablement de l'ordre de 100 mm dans le futur. Une couche amortissante 4 d'épaisseur comprise entre 10 et 50 mm est donc tout à fait envisageable, ce qui laisse en plus un espace disponible pour un éventuel dispositif de sécurité complémentaire et notamment pour une plaque active de recouvrement du pare-brise rangée sous le capot en situation normale de roulage.

Comme indiqué précédemment, le capot 1 de l'invention peut comporter en plus une couche intérieure 6 optionnelle dont le rôle est de limiter les risques engendrés par le contact avec le bloc moteur rigide.

Cette couche 6, réalisée comme une peau, est préférentiellement similaire à la couche extérieure 5. Elle est donc également fine, légère et frangible.

En cas d'impact important, la déformation du capot peut conduire à un choc aggravant contre le bloc moteur rigide situé en dessus. La destruction de la couche intérieure 6 contre le bloc moteur conduit alors à la dissipation d'une partie de l'énergie en résultant.

La tête de l'enfant étant généralement trop légère pour provoquer un tel enfoncement, la couche intérieure 6 peut être limitée à la zone adulte 8.

Cette couche peut être constituée par exemple d'une résine, à base d'esters vinyliques ou autre, renforcée de fibres de verre ou d'un tissu de carbonekevlar.

Les ordres de grandeur des propriétés mécaniques du matériau à retenir sont à plus ou moins 50% pour cent près: 2873086 10 masse volumique: 1400 kg/m3 module d'élasticité : 5000 MPa limite de plasticité ou de rupture: 100 MPa.

Comme pour la peau extérieure 5, l'épaisseur de la couche intérieure 6 est faible et préférentiellement de l'ordre de 2 mm.

La couche extérieure 5 et la couche amortissante 4 du capot 1 selon l'invention peuvent avantageusement être optimisées vis-à-vis de critères biomécaniques liés à des limites de tolérance spécifiques aux lésions neurologiques, aux hématomes sous-duraux ou extra-duraux et à la fracture du crâne. Ce processus d'optimisation s'effectue en utilisant des modèles informatiques, mécaniques ou numériques de la tête humaine en considérant les nouvelles limites de tolérance évoquées précédemment avec des vitesses d'impact de l'ordre de 40 km/h.

Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, on distingue la zone enfant 7 de la zone adulte 8 lors de la réalisation de ce processus d'optimisation.

En revanche, il n'est pas nécessaire de prévoir une telle optimisation vis-à-vis des critères biomécaniques pour la couche intérieure 6.

L'homme du métier pourra imaginer de nombreuses variantes des modes précédents de réalisation sans s'écarter de la portée de l'invention.

Il pourra ainsi par exemple, modifier la forme et la taille du capot selon l'invention de manière à l'adapter aux différents modèles et aux différents types de véhicules à équiper.

Pour avoir un système de protection complet, un perfectionnement très intéressant consiste à combiner la protection passive offerte par le capot multicouches selon l'invention avec un dispositif de sécurité actif de recouvrement du pare-brise 10 du 2873086 11 véhicule et notamment avec une plaque de protection amortissante et flexible, rangée sous le capot du véhicule en position escamotée de repos en situation normale de roulage, et rapidement éjectée de cette position et mise en place sur le pare-brise 10 en position projetée de sécurité en cas de détection ou de prévision d'un choc par un dispositif de détection.

Dans ce cas, l'épaisseur de la plaque de protection mobile et celle des différentes couches du capot selon l'invention sont adaptées en fonction de l'espace disponible sous le capot du véhicule.

Un autre perfectionnement consiste à combiner le capot selon l'invention avec un mécanisme de soulèvement du capot en cas d'impact, ce qui diminue sa raideur au niveau de ses conditions aux limites de fixation et procure plus d'espace entre le capot et le bloc moteur. Un tel perfectionnement pourrait diminuer encore l'agressivité du capot en cas d'impact avec un piéton.

L'homme du métier peut également envisager d'appliquer la structure multicouches du capot selon l'invention à d'autres parties du véhicule susceptibles d'être heurtées par la tête non protégée d'un piéton afin de les rendre moins dangereuses pour lui. Les ailes latérales du véhicule peuvent ainsi être avantageusement réalisées de la même façon que le capot.

Cette structure multicouches de protection d'une tête non protégée pourrait également trouver des applications dans de nombreux autres domaines, tels que par exemple la réalisation de parois internes pour les trains ou les avions, ou l'élaboration de zones de protection dans le domaine du sport ou du jeu.

De manière évidente, l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation préférentiels décrits précédemment et représentés sur les différentes figures, l'homme du métier pouvant y apporter de 2873086 12 nombreuses modifications et imaginer d'autres variantes sans sortir du cadre et de la portée de l'invention.

Claims (19)

REVENDICATIONS

1. Capot multicouches (1) destiné à équiper un véhicule routier motorisé (2), notamment une automobile (3), une camionnette, un camion, un autobus ou autre, optimisé afin de réduire son agressivité en cas de collision avec un piéton ou autre usager de la route dont la tête n'est pas protégée, caractérisé en ce qu'il comporte une couche extérieure (5) fine, légère et frangible, qui entre en plasticité ou se rompt rapidement en cas d'impact crânien, sous laquelle se trouve une couche (4) plus épaisse de matériau amortissant, léger et présentant un module d'élasticité faible et un important plateau de plasticité.

2. Capot multicouches (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il est divisé en deux zones optimisées spécifiquement selon les critères relatifs à l'enfant pour la zone enfant (7) située à l'avant et à l'adulte pour la zone adulte (8) située à l'arrière du capot.

3. Capot multicouches (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce que la zone enfant (7) présente un WAD (Warp Around Distance) compris sensiblement entre 1 m et 1,5 m et la zone adulte (8) sensiblement entre 1,5 m et 2,1 m.

4. Capot multicouches (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre une couche intérieure (6) fine, légère et frangible.

5. Capot multicouches (1) selon les revendications 2 et 4 caractérisé en ce que la couche intérieure (6) est limitée à la zone adulte (8).

6. Capot multicouches (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche extérieure (5) est réalisée à partir de polycarbonate siloxane (PCS).

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7. Capot multicouches (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'une au moins parmi la couche extérieure (5) et l'éventuelle couche intérieure (6) est réalisée à partir d'une résine renforcée de fibres de verre ou d'un tissu de carbone-kevlar.

8. Capot multicouches (1) selon la revendication précédente caractérisé en ce que la résine renforcée est à base d'esters vinyliques.

9. Capot multicouches (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le matériau utilisé pour réaliser la couche extérieure (5) présente les propriétés mécaniques suivantes à plus ou moins 50% pour cent près: 15. masse volumique: 1200 kg/m3 module d'élasticité : 3000 MPa limite de plasticité ou de rupture: 75 MPa.

10. Capot multicouches (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche extérieure (5) présente une épaisseur sensiblement égale à 1 mm.

11. Capot multicouches (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche amortissante (4) est réalisée à partir d'un mélange de polystyrène expansé et d'oxyde de polyphénylène de type connu sous la marque Noryl .

12. Capot multicouches (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le matériau utilisé pour réaliser la couche amortissante (4) présente les propriétés mécaniques suivantes à plus ou moins 50% pour cent près: masse volumique: 50 kg/m3 module d'élasticité : 25 MPa 35. limite de plasticité ou de rupture: 0,7 MPa.

13. Capot multicouches (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé 2873086 15 en ce que la couche amortissante (4) présente une épaisseur comprise entre 10 et 50 mm.

14. Capot multicouches (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la couche extérieure (5) et la couche amortissante (4) sont optimisées vis-à-vis de critères biomécaniques liés à des limites de tolérance spécifiques aux lésions neurologiques, aux hématomes sous-duraux ou extra-duraux et à la fracture du crâne.

15. Capot multicouches (1) selon l'une quelconque des revendications 4 à 14 caractérisé en ce que le matériau utilisé pour réaliser la couche intérieure (6) présente les propriétés mécaniques suivantes à plus ou moins 50% pour cent près: 15. masse volumique: 1400 kg/m3 module d'élasticité : 5000 MPa limite de plasticité ou de rupture: 100 MPa.

16. Capot multicouches (1) selon l'une quelconque des revendications 4 à 15 caractérisé en ce que la couche intérieure (6) présente une épaisseur sensiblement égale à 2 mm.

17. Capot multicouches (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est combiné avec une plaque de protection amortissante et flexible, rangée sous le capot (1) du véhicule (2) en position escamotée de repos en situation normale de roulage, et rapidement éjectée de cette position et mise en place sur le pare-brise (10) en position projetée de sécurité en cas de détection ou de prévision d'un choc par un dispositif de détection.

18. Capot multicouches (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il se soulève en cas d'impact.

19. Aile latérale destinée à équiper un véhicule routier motorisé (2), notamment une automobile (3), une camionnette, un camion, un autobus 2873086 16 ou autre, optimisée afin de réduire son agressivité en cas de collision avec un piéton ou autre usager de la route dont la tête n'est pas protégée, caractérisée en ce qu'elle comporte la même structure multicouches que le capot (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16.