FR3015372A1 - Barre tubulaire de torsion ajouree de vehicule automobile - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne une barre (10) tubulaire de torsion d'un châssis de véhicule automobile, comportant une matrice tubulaire (18) réalisée en un matériau composite et au moins un implant longitudinal (20, 22) en fibres noyé dans ladite matrice tubulaire composite (10), caractérisée en ce que la barre (10) comporte au moins une ouverture longitudinale (24) dont des largeur (e) et longueur (L) déterminent des caractéristiques mécaniques élastiques de ladite barre (10).

Description

"Barre tubulaire de torsion ajourée de véhicule automobile" L'invention concerne une barre tubulaire de torsion de véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement une barre tubulaire de torsion de véhicule automobile comportant une matrice tubulaire réalisée en un matériau composite et au moins un implant longitudinal en fibres noyé dans ladite matrice tubulaire composite. On connaît de nombreux exemples de barres de torsion de ce type, connues notamment sous le nom de "traverses" lorsqu'elles sont fixées sous un élément de structure de caisse du véhicule et mises en oeuvre dans le cadre de la réalisation d'essieux arrière, et qui sont réalisées en matériaux composites. De telles barres de torsion sont notamment employées pour former des traverses d'essieux arrière à bras tirés. Le document FR-2.954.921, par exemple, décrit et représente une barre de torsion ou traverse composite cylindrique qui relie deux bras longitudinaux d'un véhicule, comportant une matrice en fibre de verre et résine époxy dans laquelle sont noyés des implants en fibre de carbone. De telles barres présentent sensiblement la même résistance que des barres conventionnelles en acier, tout en étant plus légères. Elles sont en ceci particulièrement avantageuses car elles permettent d'alléger sensiblement le pods total des véhicules qu'elles équipent. Toutefois, les caractéristiques des matériaux composites diffèrent sensiblement des caractéristiques de l'acier, de sorte que les caractéristiques d'une telle barre diffèrent sensiblement des caractéristiques d'une barre en acier de mêmes dimensions.
Parmi ces caractéristiques, on peut citer la raideur en torsion, la raideur sous efforts transversaux, ou les braquages induits par le roulis dans des situations de sous virage. Il est bien entendu possible de modifier le diamètre de la barre afin de modifier ces caractéristiques, mais également l'épaisseur de la paroi tubulaire de la barre en matériau com posite. Toutefois de telles modifications trouvent leur limites dans les dimensions mêmes de la barre, et il n'est parfois pas possible 5 de réduire l'épaisseur des éléments mis en oeuvre dans la traverse sans compromettre la résistance de ladite barre. L'invention remédie à cet inconvénient en proposant une barre de torsion du type décrit précédemment, dont les caractéristiques sont modifiées par une ouverture pratiquée dans 10 ladite barre. Dans ce but, l'invention propose une barre du type décrit précédemment, caractérisée en ce que la barre comporte au moins une ouverture longitudinale dont des largeur et longueur déterminent des caractéristiques mécaniques élastiques de ladite 15 barre. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - l'ouverture est délimitée radialement par des bords qui sont définis par une portion angulaire ouverte d'angle de la barre, par rapport à un axe de révolution de la barre, 20 - l'angle d'ouverture de la portion angulaire ouverte est compris entre 15° et 35°, - l'ouverture s'étend suivant une partie centrale de la barre, et ladite barre comporte deux parties d'extrémité de part et d'autre de la partie centrale présentant chacune une longueur 25 déterminée, - la longueur cumulée des parties d'extrémité est comprise entre 70 et 300 mm, - la barre est composée d'un demi-tube dit supérieur, opposé à l'ouverture longitudinale et comportant exclusivement 30 des implants longitudinaux en fibres de verre, et d'un demi-tube inférieur, comportant l'ouverture longitudinale, qui comporte principalement des implants longitudinaux en fibres de carbone, - le demi-tube inférieur comporte au moins un implant en fibres de verre.
Dans la description qui va suivre, des numéros de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un 5 premier mode de réalisation d'une barre de torsion selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un deuxième mode de réalisation d'une barre de torsion selon l'invention ; 10 - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un troisième mode de réalisation d'une barre de torsion selon l'invention ; - la figure 4 est une vue en perspective de la barre de torsion selon le premier mode de réalisation de l'invention ; 15 - la figure 5 est vue en perspective de la barre de torsion selon les deuxième ou troisième modes de réalisation de l'invention. On a représenté aux figures 4 à 5 une barre tubulaire 10 de torsion d'orientation axiale "A" pour un véhicule automobile 20 (non représenté). La barre 10 s'étend sensiblement transversalement par rapport au véhicule et elle comporte deux extrémités opposées 12 et 14. Dans sa version la plus simple qui a été représentée ici, la barre 10 peut être utilisée dans la réalisation d'un essieu arrière à 25 bras tirés, lesdits bras étant fixés aux extrémités opposées 12, 14 de la barre 10. Dans ce cas, la barre 10 est fixée sous l'élément de structure de caisse du véhicule (non représenté) La barre 10 en ce cas est aussi connue sous le nom de traverse. 30 Il sera compris que cette configuration n'est pas limitative de l'invention, et que la barre pourrait être utilisée pour rigidifer une suspension avant triangulée à bras indépendants. La barre 10 serait alors utilisée comme barre anti-roulis et serait fixée à des triangles de suspension opposés du véhicule. Cette configuration n'a pas été représentée ici. Comme l'illustrent les figures 1 à 3, la barre 10 comporte une matrice tubulaire 18 réalisée en un matériau composite et au moins un implant longitudinal 20, 22 en fibres qui est noyé dans ladite matrice tubulaire composite 18. Conventionnellement, une barre de torsion pour cette fonction est réalisée en acier. Une barre 10 comportant une matrice 18 composite présente sensiblement la même résistance qu'une barre en acier, tout en étant plus légère. Toutefois, les caractéristiques des matériaux composites diffèrent sensiblement des caractéristiques de l'acier, de sorte que les caractéristiques, notamment dynamiques, d'une telle barre 10 diffèrent sensiblement des caractéristiques d'une barre en acier de même résistance. Ainsi, une telle barre 10, comportant une matrice 18 composite, peut présenter une raideur de torsion plus élevée, une raideur sous efforts transversaux plus élevée, ou des braquages induits par le roulis dans des situations de sous-virage sensiblement différents de la barre en acier qu'elle entend rem placer. Il est bien entendu possible de modifier le diamètre de la barre 10 afin de modifier ces caractéristiques, mais également l'épaisseur de la paroi tubulaire de la barre 10 en matériau 25 composite. Toutefois de telles modifications trouvent leur limites dans les dimensions mêmes de la barre 10, et il n'est parfois pas possible de réduire l'épaisseur des matériaux mis en oeuvre dans la barre 10 sans compromettre la résistance de ladite barre 10. 30 L'invention remédie à cet inconvénient en proposant une barre 10 de torsion du type décrit précédemment, dont les caractéristiques sont modifiées par une ouverture 24 pratiquée dans ladite barre 10.
Dans ce but, l'invention propose une barre 10 du type décrit précédemment, comportant au moins une ouverture longitudinale 24 de largeur "e" et longueur "L". Comme l'illustrent les figures 1 à 3, la barre tubulaire 10 peut être artificiellement divisée en un demi-tube supérieur 16 et un demi-tube inférieur 26, selon une coupe longitudinale axiale passant par un plan contenant l'axe "A". Selon l'invention, l'ouverture longitudinale 24 est ménagée dans le demi-tube inférieur 26, opposé à l'élément de structure de caisse du véhicule, le demi-tube inférieur 26 étant défini pour que l'ouverture longitudinale 24 soit disposée vers le bas. La largeur "e" et la longueur "L " de l'ouverture 24 déterminent les caractéristiques mécaniques élastiques de ladite barre 10.
L'ouverture 24 s'étend sensiblement suivant la direction longitudinale, c'est-à-dire parallèlement à un axe "A" de la barre tubulaire 10. L'ouverture 24 peut prendre différentes conformations. Toutefois, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, comme l'illustrent les figures 1 à 3, l'ouverture est délimitée transversalement par des bords 28, qui sont définis par une portion angulaire ouverte d'angle "cc" par rapport à un axe "A" de révolution de ladite barre 10. Les figures 1 à 3 représentent des bords 28 orientés 25 radialement, mais des bords droits pourraient également être envisagés. Dans le cas des bords orientés radialement qui ont été représentés aux figures 1 à 3, la largeur "e" qui est variable sur l'épaisseur de la barre, peut alors être considérée comme étant 30 la largeur prise à mi-épaisseur de la barre 10. A titre d'exemple, pour une barre de torsion d'un véhicule de tourisme, l'angle d'ouverture "cc" de la portion angulaire ouverte 28 est compris sensiblement entre 15°, comme représenté aux figures 2 et 3, et 35°, comme représenté à la figure 1.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'ouverture s'étend suivant une partie centrale 30 de la barre 10, et la barre 10 comporte deux parties d'extrémité 32 qui sont agencées de part et d'autre de la partie centrale 30. Cette configuration a pour objet de permettre une diminution de la rigidité de la raideur de la barre 10 en faisant varier la longueur "L" de l'ouverture unique 24, dont les extrémités se trouvent alors respectivement à une distance "D12" et "D14" des extrémités 12 et 14 correspondant chacune à la longueur de la partie d'extrémité 32 correspondante. De préférence, on choisira les mêmes valeurs des distances "D12" et "D14", afin d'avoir un comportement symétrique de la barre de torsion 10. A titre d'exemple, pour une barre de torsion d'un véhicule 15 de tourisme, la valeur cumulée de distances "D12" et "D14", représentant la longueur des parties d'extrémité 32, est comprise entre 70 et 300 mm. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, une ouverture 24 de longueur "L" réduite sera de préférence associée 20 à un angle d'ouverture "cc" élevé, la surface totale de l'ouverture étant proportionnelle à la réduction de raideur recherchée. Par exemple, on associera selon un premier mode de réalisation représenté aux figures 1 et 4 une ouverture élevée de 35° à une ouverture dont la longueur "L" réduite correspond à une 25 valeur cumulée de "D12" et "D14" de 300 mm.. De même, on associera selon un deuxième mode de réalisation représenté aux figures 2 et 5 et 4 une ouverture réduite de 15° à une ouverture dont la longueur "L" élevée correspond à une valeur cumulée "D12" et "D14" de 70 mm. Une 30 telle barre est plus rigide d'environ 6% que la barre selon le premier mode de réalisation de l'invention. Conformément à l'invention, le demi-tube supérieur 16 comporte exclusivement des implants longitudinaux 20 en fibres de verre, et le demi-tube inférieur 26 comporte principalement des implants longitudinaux 22 en fibres de carbone. Selon un troisième mode de réalisation qui a été représenté aux figures 3 et 5, le demi-tube inférieur 26 peut comporter au moins un implant 20 en fibres de verre. De préférence, cet implant 20 est disposé au niveau de la réalisation de l'ouverture, de sorte que dans la partie effectivement ouverte, l'implant est agencé de part et d'autre des bords 28 de l'ouverture 24. Cette configuration permet de diminuer la rigidité torsionnelle de la barre 10. Ainsi, associer selon ce troisième mode de réalisation une ouverture réduite de 15° associée à une ouverture de longueur "L" élevée correspondant à valeur cumulée "D12" et "D14" de 70 mm permet d'obtenir une barre 10 qui est moins rigide d'environ 15% par rapport à la barre 10 selon le premier mode de réalisation de l'invention. Selon l'exemple de réalisation, le demi-tube supérieur 16 comporte cinq implants 20 en fibres de verre, de même nature, dimension, et régulièrement répartis. Le demi-tube inférieur 26 comporte quatre implants 22 en fibre de carbone et un implant 20 en fibre de verre. L'invention permet donc, en ajourant une barre 10 de torsion en matériau composite, de faire varier selon une plage de valeurs les caractéristiques mécaniques d'une telle barre de torsion 10.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS1. Barre (10) tubulaire de torsion d'un châssis de véhicule automobile, comportant une matrice tubulaire (18) réalisée en un matériau composite et au moins un implant longitudinal (20, 22) en fibres noyé dans ladite matrice tubulaire composite (10)' caractérisée en ce que la barre (10) comporte au moins une ouverture longitudinale (24) dont des largeur (e ) et longueur (L) déterminent des caractéristiques mécaniques élastiques de ladite barre (10).
  2. 2. Barre (10) tubulaire selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'ouverture (24) est délimitée radialement par des bords (28) qui sont définis par une portion angulaire ouverte d'angle (a) par rapport à un axe (A) de révolution de ladite barre.
  3. 3. Barre (10) tubulaire selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'angle (a) d'ouverture de la portion angulaire ouverte (28) est compris entre 15° et 35°.
  4. 4. Barre (10) tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'ouverture (24) s'étend suivant une partie centrale (30) de la barre (10), et en ce que ladite barre (10) comporte deux parties (32) d'extrémité de part et d'autre de la partie centrale (30) présentant chacune une longueur (D12, D14) déterminée.
  5. 5. Barre (10) tubulaire selon la revendication précédente, 25 caractérisée en ce que la longueur cumulée des parties (32) d'extrémité est comprise entre 70 et 300 mm.
  6. 6. Barre (10) tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est composée d'un demi-tube dit supérieur (16), opposé à l'ouverture longitudinale (24) et 30 comportant exclusivement des implants (20) longitudinaux en fibres de verre, et un demi-tube inférieur (26), comportant l'ouverture longitudinale (16), qui comporte principalement des implants longitudinaux (22) en fibres de carbone.
  7. 7. Barre (10) tubulaire selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le demi-tube inférieur (26) comporte au moins un implant (20) en fibres de verre.
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