FR3040033A1 - Caisse de vehicule automobile avec zone a deformation et a deceleration optimisee au niveau de la planche a talons - Google Patents

Abstract

L'invention a trait à une caisse (2) de véhicule automobile, comprenant un plancher (4) avec une zone (41) de réception d'assise(s) de passagers arrière, une zone (43) destinée aux pieds desdits passagers et située à l'avant de la zone de réception (41), et un ressaut (42) entre ladite zone de réception d'assise(s) (41) et ladite zone destinée aux pieds desdits passagers (43), deux longerons (6) disposés de part et d'autre du plancher (4), et un tunnel central (12) disposé sur le plancher (4). Au moins un des deux longerons (6) et/ou le tunnel central (12) comprennent, chacun, à hauteur du ressaut (42), un ou plusieurs renfoncements transversaux (10, 10') formant une ou plusieurs zones de déformation programmée en cas de choc frontal.

Description

CAISSE DE VEHICULE AUTOMOBILE AVEC ZONE A DEFORMATION ET A DECELERATION OPTIMISEE AU NIVEAU DE LA PLANCHE A TALONS L’invention a trait au domaine des véhicules automobiles, plus particulièrement au comportement aux chocs des véhicules automobiles.

Un véhicule doit satisfaire à de nombreuses prestations, notamment des tests de choc frontal.

Parmi ces tests, on compte un test de choc frontal à 64 km/h avec recouvrement partiel contre une barrière composée d’une structure complexe qui représente la déformation «théorique» d’un bloc avant de voiture venant en sens inverse. Elle se compose notamment de panneaux en nid d’abeille. La figure 1 illustre ce test de choc. Le protocole est celui qui est utilisé actuellement par l’organisme European New Car Assessment Program (Euro NCAP). Ce test est à satisfaire aussi bien du côté gauche que du côté droit.

Un nouveau protocole de choc frontal à 50 km/h avec 100% de recouvrement contre un mur rigide est en préparation. Il est introduit dans le protocole Euro NCAP en 2015. Ce test est illustré à la figure 2.

Il est donc souhaitable de satisfaire à ces deux protocoles de choc frontal. A l’occasion du choc décalé à 40%, un seul côté du véhicule heurte l’obstacle et l’obstacle est par ailleurs déformable. Le fait de devoir absorber toute l’énergie du choc sur le seul côté impacté accentue le risque d’intrusions à l’intérieur de l’habitacle de ce côté. En revanche, la déformation de la barrière, ainsi que celle du véhicule, filtrent la décélération subie par le véhicule, que l’on peut traiter avec les moyens de retenue des occupants conventionnels. A l’occasion d’un choc sans décalage sur un mur rigide, les deux côtés du véhicule travaillent de manière simultanée. L’énergie du choc est plus rapidement absorbée du fait de la raideur double représentée par les deux côtés du véhicule. De plus, l’impact est contre un mur rigide. La décélération subie par le véhicule est donc plus importante. La protection biomécanique des occupants est donc dégradée. Il est reconnu que cette dégradation est particulièrement aggravée en fin de choc où l’occupant est généralement lié physiquement au véhicule et subit directement la décélération du véhicule. La difficulté avec ce protocole se concentre donc essentiellement sur la loi de décélération du véhicule, et plus particulièrement sur la phase finale de cette loi.

Il est connu d’utiliser des moyens de retenue d’occupants de véhicule, tels que des coussins gonflables ou bien des ceintures pyrotechniques qui soient plus performants de manière à limiter la décélération ressentie par l’occupant, selon les étapes du choc ; ces moyens sont en revanche onéreux.

Bien que la tendance soit à la diminution de la masse des véhicules, les véhicules à propulsion électrique présentent un surpoids lié aux batteries de traction. Celles-ci sont habituellement disposées à l’arrière et peuvent présenter une masse de l’ordre de 250 kg. Cette masse ajoutée à l’arrière pose un problème en ce qu’elle forme un surcroît d’énergie à absorber en cas de choc frontal.

Le document de brevet publié DE 10 2014 001 289 B3 aborde une problématique similaire en prévoyant qu’une partie des batteries de traction d’un véhicule électrique participent à l’absorption d’énergie en cas de choc frontal. Plus précisément, cet enseignement prévoit de loger des batteries selon un ou plusieurs modules d’un premier type à l’avant et à l’arrière du véhicule, et selon un ou plusieurs modules d’un deuxième type au centre du véhicule. Les modules du premier type sont configurés pour se déformer et participer à l’absorption d’énergie alors que les modules du deuxième type sont configurés pour être plus rigide et conserver l’intégrité des batteries. Cette solution est intéressante mais impose de revoir complètement l’architecture du véhicule.

Le document de brevet publié DE 10 2009 053 138A1 aborde une problématique relative à la fixation des batteries de traction d’un véhicule à propulsion électrique en cas de choc notamment frontal. Plus précisément, cet enseignement cherche à solutionner le problème que les batteries puissent participer à l’absorption d’énergie en cas de choc. Pour ce faire, il prévoit des éléments absorbeurs d’énergie à la périphérie des batteries. Cet enseignement n’aborde pas la difficulté du véhicule à propulsion électrique à satisfaire les protocoles de choc frontal susmentionnés. L’invention a pour objectif de permettre à un véhicule, plus particulièrement un véhicule à propulsion électrique, de satisfaire les protocoles de chocs, et ce de manière simple et économique. L’invention a pour objet une caisse de véhicule automobile, comprenant : un plancher avec une zone de réception d’assise(s) de passagers arrière, une zone destinée aux pieds desdits passagers et située à l’avant de la zone de réception, et un ressaut entre ladite zone de réception d’assise(s) et ladite zone destinée aux pieds desdits passagers ; deux longerons disposés de part et d’autre du plancher ; un tunnel central disposé sur le plancher ; remarquable en ce qu’au moins un des deux longerons et/ou le tunnel central comprennent, chacun, à hauteur du ressaut, un ou plusieurs renfoncements transversaux formant une ou plusieurs zones de déformation programmée en cas de choc frontal.

Le ressaut est avantageusement situé longitudinalement à hauteur des passages de portes arrière du véhicule.

Les renfoncements sont avantageusement réalisés lors de l’emboutissage des éléments du ou des longerons et/ou du tunnel central.

Selon un mode avantageux de l’invention, le ou chacun des renfoncements présente une profondeur comprise entre 1mm et 5mm, préférentiellement ente 2mm et 4mm.

Selon un mode avantageux de l’invention, chacun des longerons forme un corps creux allongé délimité par une face supérieure et une face inférieure dudit longeron, les renfoncements sur le ou les longerons étant situés sur lesdites faces supérieure et inférieure.

Selon un mode avantageux de l’invention, les renfoncements sur les faces supérieure et inférieure du ou de chacun des longerons sont alignés deux-à-deux verticalement.

Selon un mode avantageux de l’invention, le tunnel central comprend une face supérieure et deux faces latérales formant une section généralement en U renversé, les renfoncements sur ledit tunnel étant situés sur ladite face supérieure et lesdites faces latérales.

Selon un mode avantageux de l’invention, le ressaut comprend une portion généralement verticale, le ou les renfoncements étant situés longitudinalement sur une plage longitudinale de 500mm, préférentiellement de 400mm, centrée sur ladite portion généralement verticale.

Selon un mode avantageux de l’invention, les renfoncements sur le ou chacun des longerons comprennent au moins deux renfoncements situés longitudinalement à l’avant de la portion généralement verticale, et au moins quatre, préférentiellement au moins six, renfoncements situés longitudinalement à l’arrière de ladite portion.

Selon un mode avantageux de l’invention, les renfoncements sur le tunnel central sont situés sur une plage de 300m, préférentiellement de 200mm, s’étendant vers l’avant depuis la portion généralement verticale du ressaut.

Selon un mode avantageux de l’invention, le tunnel central est formé par une tôle principale s’étendant longitudinalement et une tôle intermédiaire s’étendant longitudinalement entre la tôle principale et la portion généralement verticale, ladite tôle intermédiaire comprenant le ou plusieurs des renfoncements.

Cette tôle intermédiaire permet de faire varier l’empattement d’un véhicule en modifiant seulement cette pièce sans modifier ainsi le reste de la plateforme : c’est donc une pièce que l’on peut avantageusement modifier seule, sans impact industriel sur les autres pièces. La tôle intermédiaire peut présenter une longueur comprise entre 50mm et 200mm.

Avantageusement, la tôle intermédiaire présente une épaisseur inférieure d’au moins 0.1 mm, préférentiellement d’au moins 0.15mm, plus préférentiellement encore d’au moins 0.2mm, par rapport à l’épaisseur de la tôle principale. La tôle intermédiaire est avantageusement réalisée en acier à très haute résistance, dit Dual Phase de manière à la rendre plus résistante que la partie avant du tunnel malgré son épaisseur moindre). L’invention a également pour objet un véhicule automobile à propulsion hybride ou électrique, comprenant une caisse et des batteries de traction, remarquable en ce que la caisse est selon l’invention, les batteries de traction étant situées à l’arrière de la zone en ressaut du plancher.

Sur un véhicule du type hybride pou électrique, l’ajout de batterie en zone arrière augmente la masse « poussante >> lors d’un choc frontal ; et donc , pour obtenir un bon comportement en choc frontal, il est alors nécessaire de renforcer la structure, ce qui pose un double inconvénient : augmentation de la masse de la caisse mais aussi augmentation de la décélération du véhicule lors du choc (car il est plus raide). L’invention proposée est par conséquent particulièrement avantageuse en ce qu’elle résout ce double problème. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l’aide de la description et des dessins parmi lesquels : - La figure 1 est une représentation schématique d’un test de choc frontal avec recouvrement partiel ; - La figure 2 est une représentation schématique d’un test de choc frontal avec recouvrement total ; - La figure 3 est une vue en perspective de la partie arrière supérieure du longeron de gauche d’une caisse de véhicule conforme à l’invention ; - La figure 4 est une vue en perspective de la partie arrière inférieure du longeron de gauche de la caisse de véhicule de la figure 3 ; - La figure 5 est une vue en perspective de la partie arrière du tunnel central de la caisse de véhicule des figures 3 et 4 ; - La figure 6 est une vue en perspective du dessous de la partie arrière du tunnel central de la figure 5 ; - La figure 7 est une représentation d’un véhicule pourvu d’une caisse conforme à l’invention, suite à un test de choc frontal à recouvrement partiel ; - La figure 8 est un graphe montrant l’évolution de la décélération à l’intérieur de l’habitacle du véhicule pourvu d’une caisse conforme à l’invention en comparaison avec une caisse classique, suite à un choc frontal sur barrière fixe avec recouvrement total.

Les figures 1 et 2 représentent deux types de choc frontal d’un véhicule et ont déjà été décrites précédemment dans le cadre de la discussion de l’art antérieur. De tels chocs frontaux nécessitent que le véhicule soit réalisé avec une structure apte à éviter l’intrusion des éléments du compartiment avant du véhicule dans l’habitacle. La remontée de la colonne de direction ou le recul du tableau de bord sont des exemples d’une telle intrusion à éviter.

Les figures 3 et 4 sont deux vues en perspective, l’une du dessus et l’autre du dessous, de la partie arrière gauche d’une caisse de véhicule conforme à l’invention.

La caisse du véhicule 2 comprend un plancher 4 et deux longerons 6 s’étendant parallèlement l’un à l’autre, latéralement de part et d’autre du plancher 4. Les longerons 6 sont des profilés s’étendant longitudinalement de chaque côté du plancher. Ils peuvent être formés par l’assemblage de deux éléments de tôle emboutis, l’un pouvant être généralement plan et l’autre de section en forme de U couché avec des ailes généralement verticales aux extrémités des branches du U. Ces ailes sont destinées à venir en contact avec des bords correspondant de l’élément généralement plan, en vue de former des feuillures d’assemblage. Ces bords sont assemblés par soudure à résistance électrique, plus communément appelé soudure par point.

En l’occurrence, la section du longeron 6 est généralement rectangulaire avec une face supérieure 61, une feuillure supérieure d’assemblage 62, une face latérale intérieure 63, une face inférieure 64, une feuillure inférieure d’assemblage 65, et une face latérale extérieure (non visible). Cette dernière est recouverte par le côté de caisse 8 s’étendant autour des entrées latérales de l’habitacle et formant notamment le pilier milieu entre les entrées latérales avant et arrière.

Le longeron gauche 6 visible aux figures 3 et 4 comporte des renfoncements 10 s’étendant transversalement sur ses faces supérieure 61 et inférieure 64. Ces renfoncements forment des goulottes transversales par rapport à l’axe longitudinal du véhicule. Ils présentent avantageusement une section généralement courbe, c’est-à-dire sans angle saillant. Ce profil courbe forme avantageusement une simple concavité. Les renfoncements sont avantageusement réalisés par emboutissage lors de la mise à forme du ou des éléments de tôle correspondants du longeron. Le longeron de droite, non visible aux figures 3 et 4, est avantageusement identique par symétrie, suivant un plan longitudinal médian, au longeron de gauche.

Le plancher 4 comprend une portion 41 destinée à recevoir la ou les assises de passagers arrière. Ces passagers sont couramment désignés comme étant les passages de rang 2, le rang 1 correspondant au conducteur et au passager avant. Le plancher forme un ressaut 42 entre la portion 41 et la portion 43 située à l’avant de la portion 41 et destinée à recevoir les pieds des passagers arrière assis sur la ou les assises au-dessus de la portion 41 en question. Le ressaut 42 est généralement vertical et est couramment désigné plancher à talons.

Sur chacune des faces supérieure 61 et inférieure 62 du longeron 6, le renfoncement 10 le plus en avant sur le longeron 6 est situé à l’avant de la portion généralement verticale du ressaut ou planche à talons 42, alors que les deux renfoncements 10 arrière sont à l’arrière dudit ressaut. Le renfoncement plus en avant est avantageusement situé sur une plage de 300m, préférentiellement de 200mm, s’étendant vers l’avant depuis la portion généralement verticale du ressaut. Les renfoncements 10 arrières sont avantageusement situés sur une plage de 400m, préférentiellement de 300mm, s’étendant vers l’arrière depuis la portion généralement verticale du ressaut 42.

Les renfoncements 10 situés sur les faces supérieure 61 et inférieure 62 du longeron 6 sont avantageusement alignés verticalement deux à deux. En d’autres termes, chacun des trois renfoncements 10 situés sur la face inférieure 62 du longeron 6 est situé au droit, verticalement, d’un des trois renfoncements 10 situés sur la face supérieure 61 du longeron 6.

Le nombre de renfoncements sur les longerons peut varier de la configuration illustrée aux figures 3 et 4.

Les renfoncements 10 s’étendent avantageusement sur plus de 80% de la largeur de la face supérieure ou inférieure, respectivement, du longeron.

La profondeur des renfoncements est avantageusement comprise entre 1mm et 5mm, préférentiellement ente 2mm et 4mm.

Les renfoncements sont destinés à former des zones de déformation contrôlée en cas de choc frontal du véhicule. Ces zones sont ainsi situées à hauteur du ressaut 42.

Tout ce qui a été décrit en relation avec le longeron gauche est également valable pour le longeron droit, les deux longerons étant avantageusement identiques en symétrie.

En alternative ou complément aux renfoncements décrits ci-avant sur les longerons, la caisse du véhicule peut également comporter des renfoncements correspondants au niveau du tunnel central. Cette situation est illustrée à la figure 5.

Les figures 5 et 6 sont des troisième et quatrième vues de la caisse 2 des figures 3 et 4. Elles illustrent la portion arrière du tunnel central 12. Il est constitué d’une pièce principale 121 s’étendant entre les fixations des sièges avant et traversant la zone 43 destinée aux pieds des passagers arrière, et d’une pièce intermédiaire 122 disposée sur la pièce principale 121 au niveau de la jonction du tunnel 12 avec le ressaut 42.

Le tunnel 12 présente une section en U renversé, la pièce intermédiaire 122 épousant la pièce principale 121 sur une portion réduite de sa longueur et sur la totalité ou quasi-totalité dudit profil. La pièce intermédiaire 122 comprend des renfoncements 10’, similaires aux renfoncements décrits en relation avec les figures 3 et 4. Plus précisément la pièce intermédiaire 122 présente un renfoncement 10’ sur sa face supérieure et un renfoncement 10’ sur chacun de ses faces latérales. Ces trois renfoncements sont avantageusement longitudinalement au même niveau, c’est-à-dire qu’ils ont des axes principaux contenus essentiellement dans le même plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du véhicule.

Le ressaut 42 peut supporter une plaque de renfort 14 destiné à assurer une certaine résistance à l’enfoncement du tunnel 12. Ce renfort 14 est avantageusement une pièce emboutie avec des volumes en vue de sa rigidification. Il présente des pattes en contact avec la pièce intermédiaire 122.

Similairement à ce qui a été décrit ci-avant en relation avec les figures 3 et 4, les renfoncements 10’ forment des goulottes transversales par rapport à l’axe longitudinal du véhicule. Ils présentent avantageusement une section généralement courbe, c’est-à-dire sans angle saillant. Ce profil courbe forme avantageusement une simple concavité. Les renfoncements sont avantageusement réalisés par emboutissage lors de la mise à forme de la pièce intermédiaire 122. La profondeur des renfoncements 10’ est avantageusement comprise entre 1mm et 5mm, préférentiellement ente 2mm et 4mm.

Les renfoncements 10’ sur le tunnel central sont avantageusement situés sur une plage de 300m, préférentiellement de 200mm, s’étendant vers l’avant depuis le ressaut 42.

Les renfoncements 10’ sont destinés à former des zones de déformation contrôlée en cas de choc frontal du véhicule. Ces zones sont ainsi situées à hauteur du ressaut 42.

En alternative ou complément aux renfoncements 10’, la pièce intermédiaire 122 peut présenter une épaisseur contrôlée, inférieure à celle de la pièce principale 121. L’épaisseur de la pièce intermédiaire 122 peut présenter une épaisseur comprise entre 1mm et 1.3mm, préférentiellement entre 1.1mm et 1.2mm. L’épaisseur de la pièce principale 121 peut être comprise entre 1.2mm et 1.5mm, préférentiellement entre 1.3mm et 1.4mm. Avantageusement, la pièce intermédiaire 122 présente une épaisseur inférieure d’au moins 0.1mm, préférentiellement d’au moins 0.15mm, plus préférentiellement encore d’au moins 0.2mm, par rapport à l’épaisseur de la pièce principale 121. La pièce intermédiaire 122 est avantageusement réalisée en acier à très haute résistance, dit Dual Phase. Les aciers Dual Phase se distinguent par un remarquable compromis résistance/emboutissabilité. Celui-ci provient de la microstructure constituée d"une phase dure (martensite ou bainite) dispersée dans une matrice ferritique ductile.

La figure 7 illustre la déformation d’un véhicule pourvu d’une caisse conforme à celle des figures 3 à 6. On peut observer l’obstacle percuté par la partie avant gauche du véhicule. On peut observer que la zone de déformation programmée à l’arrière grâce aux moyens décrits ci-avant n’est que très peu déformée car la porte arrière résiste à ce type de choc et assure une fonction d’entretoise.

En cas de choc contre une barrière rigide et avec un recouvrement total, les portes arrière s’ouvrent et permettent aux zones de déformation contrôlée de se déformer et de participer à l’absorption de l’énergie du choc.

La figure 8 est un graphe de la valeur de décélération à l’intérieur du véhicule en cas de choc contre une barrière rigide et avec un recouvrement total, en fonction du temps. La courbe en trait continu illustre la décélération pour un véhicule avec une caisse sans les zones de déformation contrôlée selon l’invention. La courbe en trait interrompu illustre la décélération pour un véhicule avec une caisse conforme à l’invention. L’axe des abscisses exprime le temps en ms et l’axe des ordonnées exprime la décélération en g. On peut observer que le véhicule classique atteint de valeurs de 500g alors et que les mesures de l’invention permettent de limiter cette valeur à environ 400 g.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Caisse (2) de véhicule automobile, comprenant : - un plancher (4) avec une zone (41) de réception d’assise(s) de passagers arrière, une zone (43) destinée aux pieds desdits passagers et située à l’avant de la zone de réception (41), et un ressaut (42) entre ladite zone de réception d’assise(s) (41) et ladite zone destinée aux pieds desdits passagers (43) ; - deux longerons (6) disposés de part et d’autre du plancher (4) ; - un tunnel central (12) disposé sur le plancher (4) ; caractérisée en ce que : au moins un des deux longerons (6) et/ou le tunnel central (12) comprennent, chacun, à hauteur du ressaut (42), un ou plusieurs renfoncements transversaux (10, 10’) formant une ou plusieurs zones de déformation programmée en cas de choc frontal.
2. 2. Caisse (2) de véhicule automobile, selon la revendication 1 et caractérisée en ce que le ou chacun des renfoncements (10, 10’) présente une profondeur comprise entre 1 mm et 5mm, préférentiellement ente 2mm et 4mm.
3. 3. Caisse (2) de véhicule automobile, selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que chacun des longerons (6) forme un corps creux allongé délimité par une face supérieure (61) et une face inférieure (64) dudit longerons (6), les renfoncements (10) sur le ou les longerons (6) étant situés sur lesdites faces supérieure (61) et inférieure (64).
4. 4. Caisse (2) de véhicule automobile, selon la revendication 3, caractérisée en ce que les renfoncements (10) sur les faces supérieure (61) et inférieure (64) du ou de chacun des longerons (6) sont alignés verticalement.
5. 5. Caisse (2) de véhicule automobile, selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le tunnel central (12) comprend une face supérieure et deux faces latérales formant une section généralement en U renversé, les renfoncements (10’) sur ledit tunnel (12) étant situés sur ladite face supérieure et lesdites faces latérales.
6. 6. Caisse (2) de véhicule automobile, selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le ressaut comprend une portion généralement verticale (42), le ou les renfoncements (10, 10’) étant situés longitudinalement sur une plage longitudinale de 500mm, préférentiellement de 400mm, centrée sur ladite portion généralement verticale (42).
7. 7. Caisse (2) de véhicule automobile, selon la revendication 6, caractérisée en ce que les renfoncements (10) sur le ou chacun des longerons (6) comprennent au moins deux renfoncements (10) situés longitudinalement à l’avant de la portion généralement verticale (42), et au moins quatre, préférentiellement au moins six, renfoncements (10) situés longitudinalement à l’arrière de ladite portion (42).
8. 8. Caisse (2) de véhicule automobile, selon l’une des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que les renfoncements (10’) sur le tunnel central (12) sont situés sur une plage de 300m, préférentiellement de 200mm, s’étendant vers l’avant depuis la portion généralement verticale (42) du ressaut.
9. 9. Caisse (2) de véhicule automobile, selon l’une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que le tunnel central (12) est formé par une tôle principale (121) s’étendant longitudinalement et une tôle intermédiaire (122) s’étendant longitudinalement entre la portion généralement verticale (42) du ressaut et la tôle principale (121), ladite tôle intermédiaire (122) comprenant le ou les renfoncements (10’).
10. 10. Véhicule automobile à propulsion hybride ou électrique, comprenant une caisse et des batteries de traction, caractérisé en ce que la caisse (2) est selon l’une des revendications 1 à 9, les batteries de traction étant situées à l’arrière du ressaut (42) du plancher (4).