FR3076804A1 - Piece structurelle pour caisse en blanc de vehicule et procede de fabrication associe - Google Patents
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Abstract
La pièce structurelle (10) pour caisse en blanc de véhicule comprend: - une armature (12) formée d'au moins deux branches (16) reliées l'une à l'autre dans au moins une zone de liaison (18) et séparées l'une de l'autre par au moins un espace (20) dans une zone de moindre sollicitation, ladite armature (12) étant réalisée en un premier matériau composite comprenant une pluralité de fibres continues imprégnées d'un premier matériau polymérique, et - un corps (14) solidaire de l'armature (12) s'étendant dans ledit espace (20) et reliant les deux branches (16) dans la zone de moindre sollicitation, ledit corps (14) étant réalisé en un deuxième matériau différent du premier matériau composite et comprenant au moins un deuxième matériau polymérique, ledit corps (14) étant venu de matière avec les branches (16).
Description
Pièce structurelle pour caisse en blanc de véhicule et procédé de fabrication associé
La présente invention concerne une pièce structurelle pour caisse en blanc de véhicule.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une telle pièce structurelle.
La caisse en blanc forme le « squelette >> du véhicule et est donc soumise à des contraintes mécaniques importantes. Les pièces structurelles composant la caisse en blanc doivent donc avoir des caractéristiques mécaniques particulières, notamment en termes de rigidité, de déformabilité, de résistance mécanique, etc.
A cet effet, les pièces structurelles constituant la caisse en blanc d’un véhicule sont généralement composées de plusieurs pièces d'acier estampé soudées entre elles. Des pièces structurelles réalisées dans des matériaux plus légers, mais présentant des caractéristiques mécaniques satisfaisantes, sont également connues, permettant ainsi de diminuer le poids des véhicules et de réduire l’énergie nécessaire lors de leur utilisation.
Des chapelles de suspension (parfois appelées coupelles de support de suspension ou d’amortisseur) réalisées dans un alliage d’aluminium et de magnésium moulé sous pression sont par exemple utilisées dans les véhicules haut de gamme. Toutefois, de telles pièces ne peuvent pas être produites dans des volumes importants du fait des coûts de fabrication engendrés.
La conception de pièces en matériau composite a aussi été proposée afin d’alléger la structure du véhicule. Dans le document FR 2967965, une coupelle de support de suspension comportant des nervures de renfort est réalisée d’un seul tenant dans un matériau thermoplastique chargé en fibres courtes.
Une telle pièce structurelle ne donne cependant pas entière satisfaction. En effet, un tel matériau ne possède pas des propriétés mécaniques comparables à celles des matériaux métalliques. Les fibres continues présentent de meilleures propriétés mécaniques, mais elles représentent un coût de fabrication et de matière très important, qui rend la pièce impropre à une production à grande échelle.
Un des buts de l’invention est de proposer une pièce structurelle pour caisse en blanc de véhicule présentant des propriétés mécaniques comparables à celles obtenues avec des matériaux métalliques, tout en étant plus légère, moins coûteuse à fabriquer et pouvant être produite industriellement en grande quantité.
L’invention a pour objet une pièce structurelle pour caisse en blanc comprenant :
- une armature formée d’au moins deux branches reliées l’une à l’autre dans au moins une zone de liaison et séparées l’une de l’autre par au moins un espace dans une zone de moindre sollicitation, ladite armature étant réalisée en un premier matériau composite comprenant une pluralité de fibres continues imprégnées d’un premier matériau polymérique, et
- un corps solidaire de l’armature s’étendant dans ledit espace et reliant les deux branches dans la zone de moindre sollicitation, ledit corps étant réalisé en un deuxième matériau différent du premier matériau composite et comprenant au moins un deuxième matériau polymérique, ledit corps étant venu de matière avec les branches.
L’armature confère à la pièce structurelle des propriétés mécaniques comparables à celle d’une pièce structurelle réalisée en matériau métallique, tout en maintenant des coûts compatibles avec une production à grande échelle grâce au corps réalisé dans un matériau moins coûteux. Un tel matériau moins coûteux peut être utilisé car le corps s’étend dans une zone de moindre sollicitation dans laquelle les propriétés mécaniques de la pièce structurelle sont moins cruciales que dans la ou les zones où s’étend l’armature.
La pièce selon l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible :
- le corps s’étend dans la continuité d’au moins une partie de l’armature ;
- la pièce structurelle comprend au moins un insert surmoulé sur le corps et/ou sur une branche ;
- l’armature comprend des régions de fixation ;
- l’armature est composée d’au moins 20% en volume de fibres continues ;
- la pièce structurelle est destinée à subir des contraintes selon une direction moyenne, la majorité des fibres continues étant disposées de manière à définir un angle sensiblement inférieur ou égal à 10° avec ladite érection moyenne ;
- le corps est réalisé en matériau polymérique renforcé par des fibres coupées ; et
- la pièce structurelle comprend en outre des nervures de renfort s’étendant en saillie de l’armature et/ou du corps.
L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’une pièce structurelle pour caisse en blanc de véhicule, telle que décrite ci-dessus, comprenant les étapes suivantes :
- fourniture d’une armature formée d’au moins deux branches reliées l’une à l’autre dans au moins une zone de liaison et séparées l’une de l’autre par au moins un espace dans une zone de moindre sollicitation, ladite armature étant réalisée en un premier matériau composite comprenant une pluralité de fibres continues imprégnées d’un premier matériau polymérique, et
- formation d’un corps solidaire de l’armature s’étendant dans ledit espace et reliant les deux branches dans la zone de moindre sollicitation, ledit corps étant réalisé en un deuxième matériau différent du premier matériau et comprenant au moins un deuxième matériau polymérique, ledit corps étant venu de matière avec les branches.
Le procédé selon l’invention peut comprendre la formation du corps par injection du deuxième matériau dans ledit espace.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d’une caisse en blanc de véhicule comprenant plusieurs pièces structurelles selon l’invention ;
- la figure 2 est une vue schématique d’une première pièce structurelle d’une caisse en blanc de véhicule selon l’invention ;
- la figure 3 est une vue schématique d’une deuxième pièce structurelle d’une caisse en blanc de véhicule selon l’invention ;
- la figure 4 est une vue schématique d’une troisième pièce structurelle d’une caisse en blanc de véhicule selon l’invention.
Une caisse en blanc 8 de véhicule selon l’invention est représentée schématiquement sur la figure 1. La caisse en blanc de véhicule constitue le squelette du véhicule et est formée par une armature comprenant plusieurs pièces structurelles 10 assemblées entre elles de façon à être solidaires les unes des autres et immobiles les unes par rapport aux autres, en dehors des déformations qu’elles sont susceptibles de subir lors de l’utilisation du véhicule.
Différents composants, comme le châssis et le moteur, et équipements, notamment, les ouvrants, les garnissages et pièces intérieurs et le système électrique, sont ensuite montés sur la caisse en blanc 8.
L’invention s’applique à différents types de pièces structurelles de caisse en blanc, comme cela va être décrit ci-dessous.
Une première pièce structurelle 10 selon l’invention est représentée schématiquement sur les figures 1 et 2.
Dans cet exemple, la première pièce structurelle 10 forme une coupelle de support de suspension, ou chapelle de suspension, aussi appelée « shock tower » en anglais, destinée à être fixée à l’avant de la caisse en blanc 8 autour du compartiment moteur et à recevoir un amortisseur du véhicule de sorte à absorber les vibrations engendrées par cet amortisseur. En variante ou en plus, la première pièce structurelle 10 est destinée à être fixée au niveau des amortisseurs situés à l’arrière d’un véhicule.
La coupelle de support de suspension présente par exemple une forme de dôme. Elle forme une surface d’appui pour le ressort de l’amortisseur et elle comprend un orifice pour permettre la fixation par vissage de l’amortisseur.
De façon générale, une pièce structurelle 10 selon l’invention comporte une armature 12 et un corps 14 solidaire de l’armature 12.
L’armature 12 reprend la forme générale de la pièce structurelle 10 et sert de squelette à ladite pièce structurelle 10.
L’armature 12 est formée d’au moins deux branches 16 reliées l’une à l’autre dans au moins une zone de liaison 18.
Par exemple, la zone de liaison 18 est une zone dans laquelle une première branche 16 est superposée sur et solidarisée à une deuxième branche 16. En variante, la zone de liaison 18 est formée d’une pièce rapportée, par exemple métallique, sur laquelle les deux branches 16 sont fixées.
Les branches 16 peuvent être planes ou gauches. Les branches 16 sont par exemple de forme polygonale. Les branches 16 peuvent présenter la même épaisseur ou bien présenter des épaisseurs différentes en fonction des contraintes auxquelles elles sont destinées à être soumises.
Les branches 16 sont séparées l’une de l’autre par au moins un espace 20 dans une zone de moindre sollicitation. Par moindre sollicitation, on entend que la pièce structurelle 10 est destinée à être soumise à des contraintes plus faibles dans l’espace 20 que dans les branches 16 de l’armature 12.
Par exemple, au niveau de l’armure 12, c’est-à-dire dans les zones de forte sollicitation, les contraintes sont entre 50% et 150% plus importantes que les contraintes dans les zones de moindre sollicitation.
La pièce structurelle 10 est destinée à subir des contraintes selon une direction moyenne déterminée selon la fonction de la pièce structurelle 10 et son emplacement dans la caisse en blanc 8.
Dans l’exemple illustré sur la figure 2, dans lequel la pièce structurelle 10 forme une coupelle d’amortisseur, la pièce structurelle 10 est destinée à subir des contraintes dirigées selon une direction allant de l’avant à l’arrière du véhicule et selon la direction d’élévation du véhicule.
La pièce structurelle 10 selon l’exemple comprend deux branches 16A, 16B comprenant chacune une première partie s’étendant sensiblement parallèlement à l’axe de l’amortisseur et une seconde partie s’étendant sensiblement parallèlement à la direction avant-arrière du véhicule. Une autre branche 16C s’étend sensiblement parallèlement à la direction avant-arrière du véhicule.
La pièce structurelle 10 comprend de préférence au moins une quatrième branche 16D s’étendant dans l’espace 20 délimité par les branches 16A, 16B, de sorte que la quatrième branche 16D relie les deux autres branches 16A, 16B en formant avec lesdites branches 16A, 16B des angles sensiblement droits. Cette quatrième branche 16D permet d’améliorer l’intégrité mécanique de l’armature 12.
Dans l’exemple illustré sur la figure 2, les bandes 16A et 16C ont une forme de polygone irrégulier et les branches 16B et 16D ont une forme de bande.
L’armature 12 est réalisée en un premier matériau composite comprenant une pluralité de fibres continues imprégnées d’un premier matériau polymérique.
On entend par « fibres continues » des fibres dont la longueur est supérieure à 50 millimètres, et avantageusement de longueur voisine ou sensiblement égale aux dimensions de la branche 16 dans le sens de la longueur et/ou de la largeur. Les fibres continues sont par exemple choisies parmi les fibres minérales, végétales, synthétiques, artificielles, et leurs mélanges.
Les fibres minérales sont par exemple choisies parmi les fibres de verre, les fibres de carbone, les fibres de basalte et leurs mélanges.
Les fibres végétales sont par exemple des fibres extraites de végétaux. De manière préférentielle, les fibres végétales sont choisies parmi les fibres de lin, de sisal, de jute, de chanvre, de kénaf, et leurs mélanges.
Les fibres artificielles sont par exemple choisies parmi les fibres de cellulose régénérée, telle que la viscose.
Les fibres synthétiques sont formées à partir de dérivés du pétrole ou de molécules issues de la chimie verte, par exemple des fibres polyoléfines telles que les fibres de polyéthylène ou/et de polypropylène, de polyester, de polyamide, et leurs mélanges.
Avantageusement, les fibres continues sont des fibres de verre. Ces fibres présentent une très bonne résistance mécanique, tout en étant faciles et peu coûteuses à produire.
Avantageusement, l’armature 12 est composée d’au moins 20% en volume de fibres continues. De manière préférentielle, l’armature 12 est composée d’au moins 40% en volume de fibres continues. De telles proportions garantissent une bonne tenue mécanique de l’armature 12.
Selon un mode de réalisation, la majorité des fibres continues est disposée de manière à s’étendre selon une direction définissant un angle sensiblement inférieur ou égal à 10° avec la direction moyenne des contraintes que la pièce structurelle 10 est destinée à subir. Avantageusement, au moins 80% des fibres continues s’étendent selon une direction définissant un angle sensiblement inférieur ou égal à 10° avec ladite direction moyenne. De préférence, au moins 80% des fibres continues sont sensiblement parallèles à ladite direction moyenne. Cette orientation des fibres continues assurent une bonne transmission et une bonne répartition des charges le long des branches 16 de l’armature 12.
Dans l’exemple illustré sur la figure 2, la pièce structurelle 10 est destinée à subir des contraintes majoritairement dirigées selon la direction d’élévation du véhicule.
Le premier matériau polymérique est choisi parmi les matériaux thermoplastiques, les matériaux thermodurcissables, et leurs mélanges. De préférence, le premier matériau polymérique est choisi parmi le groupe constitué du polycaprolactame PA 6, du polyhexaméthylène adipamide PA 6.6, du poly(téréphtalate d'éthylène) PET, des polyesters insaturés et des polyépoxydes.
Selon un mode de réalisation, l’armature 12 comprend des régions de fixation 28. Par exemple, ces régions de fixation 28 sont des ouvertures permettant la fixation d’une autre pièce structurelle, comme un support de fixation 30, sur la première pièce structurelle 10. Les régions de fixation 28 sont par exemple des orifices de passage de vis.
Les régions de fixation 28 sont destinées à supporter des sollicitations importantes. Par exemple, les régions de fixation 28 sont destinées à supporter des sollicitations supérieures à 200 MPa, notamment des sollicitations sensiblement égales à 300 MPa.
L’orientation des fibres continues selon la direction moyenne des contraintes permet de transférer lesdites contraintes mécaniques entre des zones de sollicitations importantes et les régions de fixation 28. L’armature 12 permet ainsi à la pièce structurelle 10 de supporter des contraintes en traction supérieures à 15.103 N, avantageusement supérieures à 50.103 N.
Le corps 14 complète la forme générale de la pièce structurelle 10 et définit l’enveloppe complète de ladite pièce structurelle 10.
Le corps 14 s’étend dans l’espace 20 et relie au moins deux branches 16 dans une zone de moindre sollicitation.
Le corps 14 est venu de matière avec les branches 16, c’est-à-dire que le corps 14 et l’armature 12 sont formés d’une seule pièce.
Avantageusement, le corps 14 s’étend dans la continuité d’au moins une partie de l’armature 12, c’est-à-dire que le corps 14 et l’armature 12 définissent entre eux une surface sensiblement continue sensiblement plane et/ou incurvée selon une forme tridimensionnelle.
Selon un mode de réalisation particulier, le corps 14 recouvre au moins une partie d’une branche 16 de sorte que plusieurs espaces 20 sont reliés entre eux également par le corps 14. Par exemple, le corps 14 recouvre une face d’une branche 16 et s’étend entre deux espaces 20 séparés l’un de l’autre par ladite branche 16.
Le corps 14 est réalisé en un deuxième matériau différent du premier matériau composite. Le deuxième matériau comprend au moins un deuxième matériau polymérique. Avantageusement, les premier et deuxième matériaux polymériques sont de même nature pour permettre une compatibilité en adhésion des deux matériaux entre eux. Par exemple, le premier matériau polymérique et le deuxième matériau polymérique sont identiques.
Par exemple, le deuxième matériau polymérique est choisi parmi les matériaux thermoplastiques, les matériaux thermodurcissables, et leurs mélanges. De préférence, le deuxième matériau polymérique est choisi parmi le groupe constitué du polycaprolactame PA 6, du polyhexaméthylène adipamide PA 6.6, du poly(téréphtalate d'éthylène) PET, des polyesters insaturés, des polyépoxydes et des résines acryliques.
Avantageusement, le deuxième matériau utilisé pour le corps 14 est moins coûteux que le premier matériau composite utilisé pour l’armature 12. Il est ainsi possible d’obtenir une pièce structurelle 10 présentant à la fois une bonne résistance aux contraintes mécaniques grâce à l’armature 12, tout en maintenant grâce au corps 14 des coûts compatibles avec une production industrielle à grande échelle. Une telle pièce structurelle 10 peut être obtenue parce que le corps 14 s’étend dans une zone de moindre sollicitation et peut donc être réalisé dans un matériau présentant des caractéristiques mécaniques moins cruciales que celles du matériau dans lequel est réalisée l’armature 12, qui sera soumise à des sollicitations importantes lors de l’utilisation du véhicule.
Selon un mode de réalisation, le corps 14 est réalisé en un deuxième matériau polymérique renforcé par des fibres continues avec une orientation aléatoire.
Selon un mode de réalisation, le corps 14 est réalisé en un deuxième matériau polymérique renforcé par des fibres courtes ou longues.
On entend par « fibres courtes >> des fibres dont la longueur est comprise entre 0,1 millimètre et 1 millimètre, et par « fibres longues >> des fibres dont la longueur est supérieure à 1 millimètre et inférieure ou égale à 60 millimètres.
Avantageusement, le corps 14 est réalisé en un deuxième matériau polymérique renforcé par des fibres coupées.
Selon un mode de réalisation, le corps 14 comprend des régions de fixation 34. Ces régions de fixation 34 sont destinées à supporter des sollicitations moindres que les régions de fixation 28 de l’armature 12.
Selon un mode de réalisation, la pièce 10 comprend au moins un insert 36 surmoulé sur le corps 14 et/ou sur les branches 16. Avantageusement, ledit insert 36 est réalisé en un matériau métallique ou en un matériau composite.
Ledit insert 36 est avantageusement localisé au niveau des régions de forte sollicitation et/ou à proximité des régions de fixation 28, 34 afin de garantir une meilleure répartition locale des contraintes, d'éviter le fluage ou pour des raisons de montage, comme par exemple pour permettre le soudage par points. A cet effet, l’insert 36 est par exemple métallique afin de permettre de le souder à son environnement, tel qu’à une autre pièce structurelle réalisée en métal ou pour permettre de rapporter une pièce métallique sur la pièce structurelle 10 par soudage avec l’insert 36.
L’insert 36 est destiné à supporter des sollicitations importantes. Par exemple, l’insert 36 est destiné à supporter des contraintes égales à 300 MPa.
Selon le mode de réalisation illustré à la figure 2, un insert 36 est surmoulé sur la zone de liaison 18 reliant trois branches 16 entre elles. En variante, l’insert 36 forme la zone de liaison 18 et les branches 16 sont fixées sur l’insert 36 par exemple par surmoulage.
Selon un mode de réalisation, la pièce structurelle 10 comprend des nervures de renfort 38 s’étendant en saillie de l’armature 12 et/ou du corps 14. De telles nervures de renfort 38 permettent à la pièce structurelle 10 de supporter des sollicitations locales plus importantes que celles supportées par des régions dépourvues de nervures de renforts 38.
Les nervures de renfort 38 sont avantageusement réalisées dans le même deuxième matériau que le corps 14 afin de maintenir un coût de fabrication réduit.
Un procédé de fabrication de la première pièce structurelle 10 visible sur la figure 2 va maintenant être décrit.
La première pièce structurelle 10 est destinée à subir des contraintes selon une direction moyenne.
Au moins deux branches 16 sont fabriquées dans un premier matériau composite comprenant une pluralité de fibres continues imprégnées d’un matériau polymérique.
Les branches 16 sont par exemple formées d’une seule pièce ou surmoulées sur une pièce de liaison métallique. Les branches 16 sont agencées de sorte qu’elles forment une armature 12 comprenant au moins deux branches 16 reliées l’une à l’autre dans au moins une zone de liaison 18 et séparées l’une de l’autre par un espace 20 destiné à subir des sollicitations moindres. La majorité des fibres continues sont disposées de manière à définir un angle sensiblement inférieur ou égal à 10° avec la direction moyenne des contraintes.
Des régions de fixation 28 sont avantageusement fabriquées sur l’armature 12.
Puis, un corps 14 est formé à l’intérieur de l’espace 20 situé entre au moins deux branches 16, de sorte que le corps 14 est solidaire de l’armature 12 et s’étend dans ledit espace 20. Le corps 14 relie au moins deux branches 16.
Avantageusement, le corps 14 est formé par injection du deuxième matériau dans l’espace 20 situé entre au moins deux branches 16. L’armature 12 est par exemple disposée dans la cavité de moulage d’un moule d’injection, la cavité présentant la forme de la pièce structurelle 10 à réaliser et le corps 14 est injecté dans la cavité de moulage de sorte à être formé d’une seule pièce avec l’armature 12.
Selon un mode de réalisation particulier, le corps 14 couvre au moins une partie d’une branche 16.
Selon un mode de réalisation, des régions de fixation 34 sont moulées avec le corps 14.
Selon un mode de réalisation particulier, au moins un insert 36 est surmoulé sur le corps 14 et/ou sur les branches 16.
Selon un mode de réalisation particulier, des nervures de renfort 38 sont formées en saillie de l’armature 12 et/ou du corps 14 sur au moins une des faces de la pièce structurelle 10.
Selon un mode de réalisation, la pièce structurelle 10 est fabriquée par un procédé en une seule étape. Dans ce cas, le premier matériau composite est constitué d’un préimprégné. Dans le cas d’un premier matériau polymérique thermoplastique, le premier matériau composite est chauffé et déposé dans le moule froid. Dans le cas d’un premier matériau polymérique thermodurcissable, le premier matériau composite est placé froid dans le moule chaud. Dans les deux cas, le moule est ensuite fermé et le deuxième matériau est injecté dans le moule.
Selon un deuxième mode de réalisation, la pièce structurelle 10 est réalisée en utilisant la technique de moulage par injection d’une résine à faible viscosité, aussi connue sous son appellation anglaise « resin transfer molding ». Les matériaux fibreux des branches 16 et du corps 14 sont disposés dans l’entrefer d’un moule. Le moule est, le plus souvent, maintenu à une température constante dépendant de la résine. Il peut être aussi piloté en fonction d’une courbe de température prédéfinie. La résine est injectée dans le moule fermé. Avantageusement, au moins un insert 36 est placé à l’intérieur du moule et est directement surmoulé sur le corps 14 et/ou sur les branches 16 au cours de cette étape d’injection.
Selon un troisième mode de réalisation, la pièce structurelle 10 est réalisée par un procédé de moulage par compression dans le cas de matériaux thermodurcissables, aussi appelé procédé SMC, SMC étant l’acronyme anglais de « Sheet Moulding compound » qui signifie « mélange à mouler en feuille ». Dans ce procédé, l’armature 12 est constituée d’un pré-imprégné comprenant des fibres continues et le corps 14 est constitué d’un pré-imprégné comprenant des fibres disposées de manière aléatoire. L’armature 12 et le corps 14 sont déposés dans le moule. Le moule est ensuite fermé avec une pression comprise entre 10 à 20 MPa et chauffé à une température environ égale à 150°C. Les pièces 10 sont éjectées après untemps de 60 à 120 secondes.
Selon un quatrième mode de réalisation, la pièce structurelle 10 est réalisée par un procédé de moulage par compression, dans le cas de matériaux thermoplastiques, aussi appelé procédé GMT, GMT étant l’acronyme anglais de « Glass Mat Thermoplastics » qui signifie « thermoplastique formé d’un mât de fibres de verre ». Dans ce procédé, l’armature 12 est constituée d’un pré-imprégné comprenant des fibres continues et le corps 14 est constitué d’un pré-imprégné comprenant des fibres disposées de manière aléatoire. L’armature 12 et le corps 14 sont préchauffés dans un four audessus de la température de fusion du matériau thermoplastique, par exemple à une température égale à 300°C pour un PA 6.6. Une foischauffés, l’armature 12 et le corps 14 sont déposés dans un moule fermé avec une pression de 10 à 20 MPa. Le moule est maintenu à une température environ égale à 150°C. Les pièces 10 sont éjectées après un temps de 60 à 120 secondes.
En variante, une deuxième pièce structurelle 210 selon l’invention est représentée schématiquement sur les figures 1 et 3.
Dans cet exemple, la deuxième pièce structurelle 210 forme un pilier avant, aussi appelé « A-Pillar >> en anglais, destiné à servir de support au pare-brise et à un ouvrant d’un véhicule.
La deuxième pièce structurelle 210 comporte une première branche 16A s’étendant sensiblement dans la direction dans laquelle s’étend la pièce structurelle 210, par exemple une direction d’élévation. Ladite première branche 16A comprend des régions de fixation 28.
Ladite première branche 16A est reliée à chacune de ses extrémités à deux branches 16B et 16C formant un angle avec la première branche 16A. Les trois branches 16A, 16B et 16C reprennent la forme générale de la pièce 210.
De préférence, la première branche 16A est aussi reliée à la branche 16B au moyen d’une quatrième branche 16D s’étendant dans l’espace 20, de sorte que l’armature 12 présente sensiblement la forme d’une équerre. Cette disposition des branches 16A, 16B et 16D renforce l’intégrité mécanique de la pièce structurelle 210 et permet une meilleure répartition des contraintes au sein de ladite pièce structurelle 210.La pièce structurelle 210 comporte avantageusement une pluralité d’inserts 36 localisés au niveau des bords de ladite pièce 210. Ces inserts 36 servent principalement à l’assemblage avec les pièces métalliques environnantes par des procédés adaptés au métal.
En variante, une troisième pièce structurelle 310 selon l’invention est représentée schématiquement sur les figures 1 et 4.
Dans cet exemple, la troisième pièce structurelle 310 forme un rail arrière, aussi appelé « rail rear node >> en anglais, destiné à absorber les chocs à l’arrière du véhicule.
La troisième pièce structurelle 310 est destinée à subir des contraintes selon la direction avant-arrière du véhicule.
La troisième pièce structurelle 310 comporte une face inférieure 311 s’étendant sensiblement selon la direction avant-arrière du véhicule et au moins une face latérale 312 s’étendant sensiblement selon la direction d’élévation. La face inférieure est gauche et présente sensiblement le profil d’un escalier.
Les branches 16 reprennent la forme générale de la pièce 310.
Une branche 16A principale s’étend le long de la face inférieure 311 selon la direction avant-arrière du véhicule. Deux branches 16B, 16C s’étendent le long de la face latérale 312 sensiblement selon la direction d’élévation.
Deux branches 16D et 16E s’étendent le long de la face latérale 312 sensiblement selon la direction avant-arrière du véhicule. En variante, une seule branche s’étend le long de la face latérale 312 sensiblement selon la direction avant-arrière du véhicule.
Les branches 16B, 16C, 16D, 16E s’étendant le long de la face latérale 312 renforcent ainsi la résistance mécanique de la pièce structurelle vis-à-vis de contraintes latérales au véhicule.
Des régions de fixation 28 se situent au niveau des zones de liaison 18 reliant la branche 16A principale aux branches 16B et 16C latérales.
La pièce structurelle 310 comporte avantageusement une pluralité d’inserts 36 localisés au niveau des bords de ladite pièce 310. Ces inserts 36 servent de renforts au niveau des bords et réduisent l’endommagement des pièces structurelles 310 au cours du temps.
En variante, l’invention peut également s’appliquer à une quatrième pièce structurelle 410 représentée schématiquement sur la figure 1.
Dans cet exemple, la quatrième pièce structurelle 410 forme le haut d’un pilier central, aussi appelé « B-Pillar » en anglais.
En variante, la pièce structurelle selon l’invention peut aussi être un renfort pour toit décapotable, une traverse ou toute autre pièce de la caisse en blanc 8 d’un véhicule destinée à être soumise à des sollicitations mécaniques.
La pièce structurelle selon l’invention permet de bénéficier des propriétés mécaniques des fibres continues, tout en maintenant des coûts compatibles avec une production à grande échelle grâce à l’utilisation d’un matériau moins coûteux dans les zones soumises à une moindre sollicitation mécanique. La combinaison d’un matériau fibreux continu haute performance avec un autre matériau à faible coût et basse performance permet d’obtenir des pièces structurelles légères.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. - Pièce structurelle (10 ; 210 ; 310 ; 410) pour caisse en blanc (8) de véhicule comprenant :- une armature (12) formée d’au moins deux branches (16) reliées l’une à l’autre dans au moins une zone de liaison (18) et séparées l’une de l’autre par au moins un espace (20) dans une zone de moindre sollicitation, ladite armature (12) étant réalisée en un premier matériau composite comprenant une pluralité de fibres continues imprégnées d’un premier matériau polymérique, et- un corps (14) solidaire de l’armature (12) s’étendant dans ledit espace (20) et reliant les deux branches (16) dans la zone de moindre sollicitation, ledit corps (14) étant réalisé en un deuxième matériau différent du premier matériau composite et comprenant au moins un deuxième matériau polymérique, ledit corps (14) étant venu de matière avec les branches (16).
- 2. - Pièce structurelle (10 ; 210 ; 310 ; 410) selon la revendication 1, dans laquelle le corps (14) s’étend dans la continuité d’au moins une partie de l’armature (12).
- 3. - Pièce structurelle (10 ; 210 ; 310 ; 410) selon l’une des revendications 1 ou 2 comprenant en outre au moins un insert (36) surmoulé sur le corps (14) et/ou sur une branche (16).
- 4. - Pièce structurelle (10; 210; 310; 410) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle l’armature (12) comprend des régions de fixation (28).
- 5. - Pièce structurelle (10; 210; 310; 410) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l’armature (12) est composée d’au moins 20% en volume de fibres continues.
- 6. - Pièce structurelle (10; 210; 310; 410) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, ladite pièce (10 ; 210 ; 310) étant destinée à subir des contraintes selon une direction moyenne, la majorité des fibres continues étant disposées de manière à définir un angle sensiblement inférieur ou égal à 10° avec ladite direction moyenne.
- 7. - Pièce structurelle (10; 210; 310; 410) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le corps (14) est réalisé en matériau polymérique renforcé par des fibres coupées.
- 8. - Pièce structurelle (10; 210; 310; 410) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, ladite pièce (10 ; 210 ; 310) comprenant en outre des nervures de renfort (38) s’étendant en saillie de l’armature (12) et/ou du corps (14).
- 9. - Procédé de fabrication d’une pièce structurelle (10; 210; 310; 410) pour caisse en blanc (8) de véhicule comprenant les étapes suivantes :- fourniture d’une armature (12) formée d’au moins deux branches (16) reliées l’une à l’autre dans au moins une zone de liaison (18) et séparées l’une de l’autre par au moins un espace (20) dans une zone de moindre sollicitation, ladite armature (12) étant réalisée en un premier matériau composite comprenant une pluralité de fibres continues imprégnées d’un premier matériau polymérique, et- formation d’un corps (14) solidaire de l’armature (12) s’étendant dans ledit espace (20) et reliant les deux branches (16) dans la zone de moindre sollicitation, ledit corps (14) étant réalisé en un deuxième matériau différent du premier matériau et comprenant au moins un deuxième matériau polymérique, ledit corps (14) étant venu de matière avec les branches (16).
- 10. - Procédé selon la revendication 9, dans lequel le corps (14) est formé par injection du deuxième matériau dans ledit espace (20).
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2967965A1 (fr) * | 2010-11-26 | 2012-06-01 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Ensemble de structure pour vehicule automobile comprenant une coupelle de support de systeme de suspension et une paroi de passage de roue |
| DE102010053346A1 (de) * | 2010-12-03 | 2012-06-06 | Daimler Ag | Diagonalstrebenvorrichtung, Verfahren zu ihrer Herstellung und mittels Diagonalstrebenvorrichtung verstärkter Kraftfahrzeugunterboden |
| US20130244004A1 (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-19 | Dr. Ing. H.C.F. Porsche Aktiengesellschaft | Fiber composite part of a motor vehicle, mounting part for such a fiber composite part and manufacturing method |
| EP2938532A1 (fr) * | 2012-12-27 | 2015-11-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Structure de section avant de carrosserie de véhicule |
-
2018
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2967965A1 (fr) * | 2010-11-26 | 2012-06-01 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Ensemble de structure pour vehicule automobile comprenant une coupelle de support de systeme de suspension et une paroi de passage de roue |
| DE102010053346A1 (de) * | 2010-12-03 | 2012-06-06 | Daimler Ag | Diagonalstrebenvorrichtung, Verfahren zu ihrer Herstellung und mittels Diagonalstrebenvorrichtung verstärkter Kraftfahrzeugunterboden |
| US20130244004A1 (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-19 | Dr. Ing. H.C.F. Porsche Aktiengesellschaft | Fiber composite part of a motor vehicle, mounting part for such a fiber composite part and manufacturing method |
| EP2938532A1 (fr) * | 2012-12-27 | 2015-11-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Structure de section avant de carrosserie de véhicule |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4077106B1 (fr) * | 2019-12-19 | 2024-01-31 | Audi AG | Élément structural en matière thermoplastique pour un véhicule à moteur, véhicule à moteur doté d'un élément structural et procédé de réalisation d'un élément structural |
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