FR3041313A1 - Montant de baie pour vehicule automobile - Google Patents

Abstract

Ce montant de baie pour véhicule automobile comprend une pièce interne de renfort (6) et deux parois profilées (P1, P2) assemblées avec la pièce interne. La pièce interne de renfort est réalisée en matériau composite, lesdites parois profilées étant fixées sur la pièce interne de renfort

Description

Montant de baie pour véhicule automobile

La présente invention concerne, de manière générale, les structures de carrosserie pour véhicule automobile et concerne plus particulièrement un montant de baie pour véhicule automobile.

Par montant de baie on entend, dans le cadre de la description, les montants adaptés pour recevoir un pare-brise mais également les éventuels prolongements vers l’arrière, au niveau du pavillon, jusqu’au milieu, pour constituer un brancard avant. L’une des préoccupations majeures des constructeurs de véhicules automobiles concerne l’allègement de l’ensemble de la caisse afin d’améliorer la consommation voire, en ce qui concerne les véhicules à traction électrique, améliorer l’autonomie et la longévité des batteries.

En effet, plus les véhicules sont légers, plus la consommation d’un groupe motopropulseur à combustion thermique peut être réduite ou l’autonomie d’un véhicule à traction électrique peut être augmentée.

La réduction de la masse de la caisse du véhicule permet de réduire la taille des moteurs et la taille des batteries.

Comme on le sait, la structure de la caisse d’un véhicule automobile est relativement complexe et comporte un nombre important de pièces de tôlerie. Elles mettent en œuvre un grand nombre de liaisons de contact et d’assemblage.

Par ailleurs, la caisse d’un véhicule est soumise à un grand nombre de contraintes portant sur les caractéristiques mécaniques et acoustiques de la structure. Ces contraintes portent notamment sur la raideur globale de la structure, la raideur en torsion, le premier mode propre de flexion.

En outre, la caisse d’un véhicule doit être conçue de manière à pouvoir absorber des chocs, par exemple frontaux ou latéraux, à encaisser un retournement éventuel du véhicule et doit conserver ses caractéristiques mécaniques même lorsqu’elle est sous contrainte, en particulier au niveau des points d’ancrage des ceintures et des sièges.

Les concepteurs de structures de caisse doivent ainsi être capables de proposer des structures de caisse solides ayant des zones plus raides et des zones localement renforcées.

Ces contraintes doivent en outre s’accompagner d’un allègement de la structure de la caisse.

Dans l’état de la technique, il était classique de réaliser les caisses à partir d’acier à très haute limite d’élasticité voire à partir d’aluminium qui permet un allègement de l’ordre de 30% à 40%.

Dans le but d’augmenter encore l’allègement, il a été proposé de réaliser la caisse à partir d’éléments fabriqués en matériau composite qui permet, par rapport à l’acier, un allègement de 40% à 50%. L’utilisation du composite est donc attractive. Mais elle nécessite de revoir le découpage de la caisse, la conception des caisses, de modifier les interfaces entre les pièces et de modifier les procédés de fabrication.

Ce problème se pose de façon accrue en ce qui concerne les montants de baie.

On a représenté sur la figure 1 un exemple de réalisation du côté latéral d’une caisse et sur les figures 2a et 2b des sections en coupe transversale selon les lignes I-I et II-II de la figure 1.

Comme on le voit sur ces figures, un montant de baie comporte classiquement une pièce interne de renfort 1 ainsi que deux parois profilées 2 et 3 destinées à être assemblées et désignées classiquement par les termes de « côté de caisse » et « doublure de côté de caisse ».

Comme indiqué précédemment, un tel montant de baie est généralement réalisé en acier à haute limite d’élasticité ou en aluminium. Ce type de pièce est généralement soumis à des contraintes mécaniques relativement fortes puisqu’elle doit supporter des chocs frontaux ou latéraux et des retournements. En outre, elle constitue un élément essentiel qui participe à la raideur globale de la caisse du véhicule.

Le montant de baie doit par ailleurs présenter une section relativement fine puisqu’il est situé dans l’angle de vision du conducteur. En outre, il doit présenter une forme telle qu’il ne constitue pas un obstacle pour l’entrée du conducteur et du passager avant du véhicule.

Enfin, le montant de baie d’un véhicule automobile, qui est particulièrement visible de l’extérieur, participe à la qualité perçue du véhicule.

Comme on le voit sur les figures 2a et 2b, la pièce de renfort 1 s’étend entre un premier bord 4 externe et supérieur du montant de baie et un deuxième bord longitudinal 5 interne et inférieur du montant de baie au niveau desquels la pièce interne 1 est soudée aux parois profilées 2 et 3, entre ces dernières.

Dans cette zone inférieure, le montant de baie délimite une feuillure qui reçoit un joint d’étanchéité (non représenté) contre lequel vient s’appuyer une portière du véhicule.

Dans la zone supérieure, le montant de baie délimite une feuillure qui est destinée à la fixation d’un pare-brise (non représenté) par collage.

Dans le but d’améliorer les performances mécaniques du montant de baie, il est nécessaire d’augmenter l’épaisseur et la taille des différentes pièces afin d’améliorer la tenue aux efforts et d’absorber au maximum l’énergie mécanique.

Par ailleurs, lorsque le montant de baie comporte des pièces réalisées en acier, il n’est pas possible de réaliser ces pièces avec une forme complexe sans risquer le déchirement des tôles lors de leur emboutissage de sorte qu’il est préférable, dans ce cas, de passer par un découpage des pièces, ce qui augmente le nombre des pièces à assembler. L’assemblage de ces pièces rend le procédé de fabrication du montant de baie par soudage, rivetage ou clinchage relativement complexe à mettre en œuvre.

Le but de l’invention est donc de pallier cet inconvénient et de proposer un montant de baie pour véhicule automobile présentant des caractéristiques mécaniques améliorées et ce avec une masse réduite.

Un autre but de l’invention est de proposer un tel montant de baie qui puisse être assemblé avec une structure de caisse sans modifier de manière notable les procédés de fabrication mis en qpuvre dans des installations à haute cadence. L’invention a donc pour objet un montant de baie pour véhicule automobile, comprenant une pièce interne de renfort et deux parois profilées assemblées avec la pièce interne.

La pièce interne de renfort est réalisée en matériau composite, lesdites parois profilées étant fixées sur la pièce interne de renfort.

Ainsi, en réalisant la pièce de renfort en matériau composite, il est possible d’améliorer considérablement les caractéristiques mécaniques du montant de baie, tout en réduisant de manière significative le gain en poids et en réduisant le nombre de pièces mises en œuvre pour la réalisation du montant de baie.

Selon une autre caractéristique du montant de baie, celui-ci comprend un premier bord longitudinal correspondant à une partie externe du montant de baie et un deuxième bord longitudinal opposé au premier bord qui délimite une feuillure, ladite paroi interne de renfort s’étendant entre les parois profilées le long d’au moins une partie du premier bord longitudinal en étant fixée auxdites parois, les parois profilées étant fixées l’une sur l’autre le long d’une partie au moins du deuxième bord longitudinal.

En d’autres termes, le long du deuxième bord longitudinal, à l’endroit de la feuillure, la pièce interne de renfort est en retrait de la zone de fixation des parois profilées de sorte que l’on peut prévoir une pièce de renfort d’épaisseur accrue sans modifier l’épaisseur de la feuillure du montant de baie et sans modifier la structure de la caisse sur laquelle vient prendre appui la porte du véhicule ce qui, sinon, aurait pour conséquence de modifier considérablement les procédés de montage.

Dans un mode de réalisation, la pièce de renfort est réalisée en un matériau composite comprenant une matrice à base de résine injectée et un renfort en fibres de verre ou de carbone placé dans la résine.

Le renfort peut ainsi comporter un ou plusieurs tissages pliés.

Avantageusement, les parois profilées sont réalisées en matériau composite.

Elles peuvent, cependant, en variante être réalisées en acier ou en aluminium.

Selon encore une autre caractéristique de l’invention, les parois profilées sont collées à la pièce de renfort en utilisant des joints de collage disposés en quinconce de part et d’autre de la pièce de renfort.

On peut en outre prévoir dans le montant de baie des inserts métalliques ou en matériau composite qui peuvent être revêtus d’une résine de protection, en particulier en ce qui concerne les inserts métalliques.

Dans divers modes de réalisation, la section transversale de la pièce de renfort peut varier le long du montant de baie.

On pourra avantageusement prévoir, dans le montant de baie, une surface antérieure de reprise d’effort. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : -les figures 1, 2a et 2b, dont il a déjà été fait mention, illustrent la structure d’un montant de baie de véhicule automobile conforme à l’état de la technique ; - la figure 3 est une vue latérale d’une caisse de véhicule automobile ; -les figures 4, 5 et 6 sont des vues en perspective du côté de caisse, de la doublure de côté de caisse et du renfort de montant de baie, respectivement ; et -les figures 7a et 7b sont des vues en coupe selon les sections III-III et IV-IV de la figure 3.

On se référera tout d’abord aux figures 3 à 6 qui illustrent en perspective la zone latérale de la structure de caisse d’un véhicule.

Dans cette zone, la structure de la caisse du véhicule est formée par l’assemblage de deux parois profilées elles-mêmes constituées d’un ensemble de pièces profilées et assemblées l’une sur l’autre, à savoir une première paroi PI constituant le côté de caisse du véhicule, visible sur la figure 4, et une doublure P2 du côté de caisse du véhicule, visible sur les figures 3 et 5.

La présente invention ne concernant essentiellement que la zone de la caisse délimitant le montant de baie B jusqu’à la zone de brancard B’ avant, voire arrière, la description suivante ne sera faite qu’en ce qui concerne le montant de baie rendu visible sur la figure 3.

Le montant de baie est ainsi formé par l’association des deux parois profilées PI et P2 avec interposition d’une pièce interne de renfort 6 (figure 6) collée aux parois PI et P2.

Le renfort est ici réalisé à partir d’un matériau composite c’est-à-dire en matière plastique à base d’une matrice en résine époxy de type « thermodur » ou en thermoplastique et d’un ou plusieurs mats ou inserts en fibres de verre ou en fibres de carbone. Le mat est réalisé à partir d’un matériau tissé comprenant par exemple une taille de toron de l’ordre de 6000 K (6000 fibres de carbone par toron) et comprenant un ou plusieurs plis dont le nombre est choisi en fonction des caractéristiques mécaniques à obtenir. Ainsi, en fonction des prestations mécaniques à obtenir, on pourra adapter la taille du toron, le type de tissage et le nombre de plis, et en particulier augmenter leur nombre, dans les zones ayant des contraintes accrues.

Bien entendu, la forme générale du renfort et le nombre de pièces entrant dans sa constitution seront choisis en fonction des caractéristiques mécaniques et de la forme générale du montant de baie. On notera à cet égard que l’on pourra par exemple former dans le renfort, sur une face avant une surface frontale S de reprise d’effort visible sur la figure 6, qui est destinée à venir en appui contre une pièce de transmission des efforts, par exemple une pièce de structure du type d’un renfort choc avant (non représenté).

De même, les fibres entrant dans la constitution du mat sont orientées selon les caractéristiques mécaniques résultantes à obtenir.

En ce qui concerne les parois profilées PI et P2, celles-ci pourront être réalisées en acier, voire en aluminium.

Toutefois, afin de diminuer la masse du montant de baie, on réalisera avantageusement les parois profilées PI et P2 en matériau composite à partir d’une matrice à base de résine de type époxy ou thermoplastique et d’un ou de plusieurs mats en fibre de verre ou de carbone.

Avantageusement, afin de réduire les coûts de fabrication du montant de baie, on choisira un unique matériau composite pour la réalisation des parois profilées et du renfort en choisissant de manière appropriée la matrice de résine et le tissage.

Ces pièces pourront être réalisées à partir de procédés de fabrication de type classique par exemple le RTM (pour « Résiné Transfert Molding ») ou le HP-RTM (« High Pressure Résiné Transfert Molding »).

De tels procédés de fabrication sont largement connus en eux-mêmes de l’état de la technique et ne seront donc pas détaillés par la suite. On notera toutefois qu’ils permettent la réalisation de pièces à forte cadence.

Le procédé consiste à mettre en place des tissages de fibre de verre ou de carbone dans des moules, soit manuellement, soit automatiquement, les uns au-dessus des autres en formant des plis pour délimiter des zones à contraintes accrues et en injectant de la résine dans le moule.

On notera qu’avant l’injection de la résine dans le moule, il est possible de positionner des inserts métalliques ou en matériau composite notamment destinés à l’assemblage des pièces ainsi réalisées.

La colle utilisée pour l’assemblage des parois profilées et de la pièce de renfort est bien entendue choisie en fonction de la nature des matériaux à assembler, du temps de fabrication à respecter et des contraintes mécaniques résultantes.

On utilisera avantageusement une colle à bi-composant et à base de polyuréthane. On pourra toutefois, en variante, utiliser une colle monocomposant. Un traitement de surface pourra également être réalisé sur les pièces à assembler avant collage.

On notera que les diverses étapes de fabrication des pièces du montant de baie en composite peuvent être utilisées à partir de la même ligne de fabrication qu’une caisse assemblée en tôle.

On pourra à cet égard utiliser une ligne de préassemblage dans laquelle on assemble par collage le renfort de montant de baie sur le côté de caisse PI et la doublure de côté de caisse P2 sur le renfort, puis en utilisant l’ensemble ainsi assemblé dans une ligne d’assemblage de la caisse pour obtenir des structures de caisse gauche et droite du véhicule.

Par exemple, on pourra réaliser le côté de caisse et la doublure de côté de caisse à partir de pièces composites comprenant des épaisseurs allant de 2,5mm à 4mm, et le renfort de montant de baie en en composite avec une épaisseur de 4mm.

Lorsque le renfort de montant de baie et les parois PI et P2 sont réalisés en matériau composite, on peut obtenir un gain de masse de plus de 50% et l’on peut réduire le nombre de pièces pour la réalisation de la caisse d’environ 40%.

Comme indiqué précédemment, lors de la réalisation des pièces en composite, il est possible d’ajouter des inserts métalliques ou composites nécessaires aux fixations des interfaces des équipements et des éléments montés sur la caisse, tels que des inserts d’écrous, des plaquettes, des romaines, etc.

En se référant aux figures 7a et 7b, qui représentent une vue en coupe transversale selon les lignes III-III et IV-IV de la figure 3, et sur lesquelles on reconnaît les parois profilées PI et P2 qui correspondent respectivement aux côtés de caisse et à la doublure de côté de caisse et la pièce de renfort 6, on voit que la pièce de renfort présente une section dont la forme varie selon la longueur du renfort, entre ses deux extrémités mutuellement opposées 7 et 8.

Par exemple, cette pièce de renfort 6 pourra présenter une zone ayant une section en forme de W, par exemple au niveau de la zone supérieure de la pièce de renfort, s’étendant jusqu’à la zone de brancard, alors qu’elle peut comporter une section ayant une zone en Ω au niveau du pied A.

On voit par ailleurs sur les figures que les parois profilées PI et P2 sont collées sur la pièce de renfort 6 en utilisant des joints de collage, tels que des cordons de collage 9, disposés de part et d’autre de la pièce de renfort 6, ces joints de collage 9 étant avantageusement répartis en quinconce, en particulier au niveau de la section IV-IV (figures 3 et 7b).

Comme le montrent les figures 7a et 7b, le montant de baie comporte un premier bord longitudinal supérieur et externe 10 et un deuxième bord longitudinal 11 inférieur et externe qui délimite une zone de feuillure destinée à recevoir un joint J, illustré en pointillés, pour réaliser l’étanchéité avec la portière avant du véhicule.

La pièce de renfort 6 ayant une épaisseur relativement importante, c’est-à-dire pouvant être supérieure à 4 mm, pour éviter de modifier l’épaisseur du montant de baie dans la zone de feuillure, les parois PI et P2 sont directement collées l’une sur l’autre au moyen d’un joint de collage 12, la pièce de renfort 6 étant, dans cette zone, en retrait par rapport à cette zone de collage. On conserve ainsi une feuillure d’épaisseur identique à une feuillure selon l’état de la technique, malgré la présence d’un renfort d’épaisseur accrue. A l’autre extrémité, dans laquelle ces contraintes sont moindres, la pièce de renfort 2 peut être collée entre les parois PI et P2.

Comme on le conçoit, l’invention qui vient d’être décrite, qui utilise une pièce de renfort en matériau composite et deux parois profilées constituant respectivement un côté de caisse et une doublure de côté de caisse permet de réaliser un montant de baie présentant un profil affiné tout en permettant d’augmenter l’épaisseur du renfort.

Il a été constaté que grâce à la réduction de section, on pouvait obtenir un décalage latéral du pare-brise par rapport à un agencement conventionnel, ce décalage pouvant atteindre 40 mm. L’habillage prévu à l’intérieur du montant de baie peut ainsi être décalé d’une grandeur équivalente, ce qui permet d’améliorer l’angle de vision.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS 1* Montant de baie pour véhicule automobile, comprenant une pièce interne de renfort (6) et deux parois profilées (Pi, P2) assemblées avec la pièce interne, caractérisé en ce que la pièce interne de renfort est réalisée en matériau composite, lesdites parois profilées étant fixées sur la pièce interne de renfort.
2. 2. Montant de baie selon la revendication 1, comprenant un premier bord longitudinal (10) correspondant à une partie externe du montant de baie et un deuxième bord longitudinal (11) opposé au premier bord qui délimite une feuillure, ladite pièce interne de renfort s’étendant entre les parois profilées le long d’au moins une partie du premier bord longitudinal en étant fixée auxdites parois, les parois profilées étant fixées l’une sur l’autre le long d’une partie au moins du deuxième bord longitudinal.
3. 3. Montant de baie selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel la pièce de renfort est réalisée en un matériau composite comprenant une matrice à base de résine injectée et un renfort en fibres de verre ou de carbone placé dans la résine.
4. 4. Montant de baie selon la revendication 3, dans lequel lè renfort en fibres de verre comporte un ou plusieurs tissages pliés.
5. 5. Montant de baie selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les parois profilées sont réalisées en matériau composite.
6. 6. Montant de baie selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les parois profilées sont réalisées en acier ou en aluminium.
7. 7. Montant de baie selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les parois profilées sont collées à la pièce de renfort en utilisant des joints de collage (9) disposés en quinconce de part et d’autre de la pièce de renfort.
8. 8. Montant de baie scion l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre des inserts métalliques ou en matériau composite.
9. 9. Montant de baie selon la revendication 8, comportant une résine de protection recouvrant les inserts.
10. 10. Montant de baie selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel la section transversale de la pièce de renfort varie le long du montant de baie.
11. 11. Montant de baie selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le renfort (6) comporte une surface antérieure (S) de reprise d’effort.