WO2017216436A1 - Renfort de choc latéral en matière composite pour porte de véhicule automobile - Google Patents

Renfort de choc latéral en matière composite pour porte de véhicule automobile Download PDF

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side impact
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David Figoli
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60J5/04—Doors arranged at the vehicle sides
    • B60J5/042—Reinforcement elements
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    • B60J5/00—Doors
    • B60J5/04—Doors arranged at the vehicle sides
    • B60J5/048—Doors arranged at the vehicle sides characterised by the material
    • B60J5/0481—Doors arranged at the vehicle sides characterised by the material plastic

Definitions

  • the present invention relates to a shock absorber for a motor vehicle side door, the two opposite ends of this reinforcement being intended to be fixed respectively near the rear edge and the front edge of the lining of the door.
  • the invention also relates to a motor vehicle whose side doors are each equipped with a side impact reinforcement according to the invention positioned between the liner and the outer panel of the door.
  • FIG. 1 shows the lining 1 of a side door of a motor vehicle equipped with a lateral impact reinforcement 2.
  • One of the two ends of the reinforcement 2 is fixed near the front edge 1b of the lining 1.
  • the other end of the reinforcement 2 is fixed near the rear edge 1a of the lining
  • Figure 2 shows the outer skin 3 which covers the lining 1.
  • the lateral impact reinforcement 2 serves to protect the occupants of the vehicle in the event of a side impact.
  • the Applicant has developed a side door reinforcement, composite material, that is to say made of polymer coated fibers. More specifically, this reinforcement is manufactured by stamping fibers coated with plastic material in the form of a woven (fabric) or superimposed and crossed unidirectional fiber strips. During this stamping, the woven, for example, is deformed, similar to the stamping of a sheet. The opposite ends of the reinforcement obtained are flattened to facilitate their attachment to the lining of the door.
  • FR 3,023,237 proposes a lateral impact reinforcement for a motor vehicle side door, the two opposite ends of which are designed to be fastened respectively near the rear edge and the front edge of the liner. the door.
  • This reinforcement is made of composite material consisting of polymer and fibers, and has a cross section that varies and whose developed length is substantially constant along the length of the reinforcement between its two opposite ends.
  • Such a reinforcement has many advantages because it can be obtained by stamping a polymer-coated fiber fabric which has before stamping a rectangular shape or the developed form of the reinforcement and the fibers are aligned in the direction of the length and the width of the reinforcement or main efforts.
  • said fabric undergoes few cuts after stamping, capable of forming significant drops and the fibers are continuous from one end to the other of the reinforcement.
  • the compressive strength is equivalent to or even greater than the tensile strength.
  • the breaking strength in compression is lower than the tensile strength, of the order of 50 to 70%.
  • the present invention therefore aims to provide a lateral reinforcement composite material whose compressive strength is improved.
  • the subject of the invention is a side impact reinforcement for a motor vehicle side door, the two opposite ends of this reinforcement being intended to be fixed respectively near the rear edge and the front edge of the door lining, reinforcement being a composite material consisting of polymer and fibers, characterized in that said reinforcement has areas whose thickness is greater than the thickness of the remainder of the reinforcement.
  • these zones of the reinforcement whose thickness is increased relative to the thickness of the remainder of the reinforcement make it possible to reinforce the compressive strength of this reinforcement at said zones.
  • the cross section of the reinforcement has on one of its faces at least one hollow and on its opposite side a projection, the thickness of the reinforcement at the top of the projection or the bottom of the hollow being greater than the thickness of the rest of the reinforcement.
  • the top of the projection which, once the reinforcement mounted on a vehicle door, is on the outside of the vehicle, works mainly in compression while the rest of the reinforcement works in tension.
  • the extra thickness of the top of the projection therefore increases the compressive strength of said zone.
  • the cross section of the reinforcement according to the invention may have at least one form of U, V or omega, open or closed.
  • the cross section of the reinforcement has a form of double omega open, thus forming on one of the faces of the reinforcement two projections or bumps intended to be positioned on the outside of the vehicle, the reinforcement having at the vertices a thickness greater than that of the rest of the reinforcement.
  • this extra thickness of the peaks of the bumps is constant over almost all the reinforcement in length.
  • At least the end intended to be positioned on the front side of the liner is flattened because there is no room because of the congestion related to the hinges of the door.
  • the opposite end of the reinforcement may be less flattened.
  • the two opposite ends of the reinforcement can be flattened.
  • the fibers are arranged to be continuous, including in the areas of extra thickness and in the two opposite ends of the reinforcement.
  • the fibers of the reinforcement consist, for example, of fibers extending perpendicularly to one another either in the form of a woven fabric or in the form of unidirectional fiber sheets (UD) positioned according to 0 ° / 90 ° directions.
  • UD unidirectional fiber sheets
  • simple fibers are preferred. unidirectional at 0 ° in the direction of the longitudinal axis of the reinforcement. It is also possible to envisage a layer of fibers at 90 ° superimposing the layers of the unidirectional at 0 ° over a large part of the section, in order to ensure a good stamping (no misalignment / sliding of the UD fibers during the implementation form).
  • the cross section of the reinforcement varies and the developed length of this section is substantially constant along the length of the reinforcement between its two opposite ends.
  • the invention also relates to a motor vehicle whose side doors are each equipped with a lateral impact reinforcement according to the invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a vehicle side door liner having a lateral impact reinforcement
  • FIG. 1 is a perspective view of the outer panel of the side door
  • FIG. 3 is a plan view of a lateral impact reinforcement according to the invention.
  • FIG. 4 is a sectional view along the line AA of a lateral impact reinforcement according to FIG. 3;
  • FIG. 5 is a plan view of a fiber fabric used to manufacture the reinforcement shown in FIG. 4.
  • the two opposite ends 10a, 10b of the reinforcement 10 according to the invention are intended to be fixed respectively close to the rear edge 1a and the front edge 1b of the lining 1 of the door, shown in FIG.
  • the reinforcement 10 is made of composite material consisting of polymer and fibers.
  • the polymer may be chosen from polypropylene, a polyamide PA, PA6, PA66, in particular for temperature resistance, and the fibers may be glass fibers.
  • the cross section of the reinforcement 10 varies and the developed length of this section is substantially constant along the length of the reinforcement 10 between its two opposite ends 10a, 10b.
  • the lateral impact reinforcement 10 according to the invention is obtained by stamping a fabric of polymer-coated fibers.
  • the reinforcement 10 has two ribs January 1, 12 extending from one end to the other of the reinforcement 10 along the longitudinal axis and whose section is in the form of double omega. These ribs 1 1, 12 form two bumps or protrusions on the opposite side of the reinforcement 10 which constitute zones of compression of the reinforcement 10.
  • the fabric T has, before stamping, a rectangular shape or the developed form 10 '(flattened) of the reinforcement 10 and the fibers are aligned in the direction of the length and the width of the reinforcement 10 or main efforts (cf. Figure 5).
  • the fabric T undergoes little cutting after stamping may form significant falls.
  • the fibers remain continuous from one end to the other of the reinforcement 10.
  • strips of BF fibers are deposited on the flattened form 10 '(see FIG. 5) on the areas of the fabric T which correspond, after embossing, to the top of the bump (s) (or bottom of the ribs 1 1, 12) of the reinforcement 10.
  • These strips of BF fibers make it possible locally to increase the thickness of the fabric T and the areas where these bands of BF fibers are located after shaping will constitute the vertices 1 1 a, 12a protrusions and will then have a thickness E greater than that e rest of the reinforcement 10.
  • FIG. 4 which represents a section in cross-section of the reinforcement, a variation of the thickness of said reinforcement 10 between the peaks of the projections 1 1a, 12a of thickness E greater than thickness e of the rest of the reinforcement 10.
  • the two opposite ends 10a, 10b of the reinforcement 10 are flattened, which facilitates their attachment to flat portions of the lining of a door.
  • the fibers contained in the reinforcement 10 are continuous, including in the two opposite ends 10a, 10b.
  • the flattened ends 10a, 10b of the reinforcement increase the width of the reinforcement, but the developed length of the cross section remains the same as in the central zone of the reinforcement.
  • the implementation of a reinforcement according to the invention can be carried out using a conventional stamping process which generally uses flat products with a constant thickness, the extra thickness can then be implemented using patches deposited at appropriate areas.
  • a reinforcement according to the invention can also be made by manual or automatic lay-up by robot, consisting of depositing / positioning strips of the fibers (initially wound on rollers):
  • thermoplastic composites essentially for thermoplastic composites
  • the latter method is particularly advantageous for parts with complex geometry with small radii such as automotive parts, a robot that does not have access to the deposit in the bottom of the double omega, for example.
  • Unidirectional fiber webs are preferably used, but from a functional point of view, it is also advantageous to have woven fabrics because they are better in terms of breaking strength, stress distribution, and elongation.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

L'invention concerne un renfort de choc latéral pour porte latérale de véhicule automobile, les deux extrémités opposées (10a, 10b) de ce renfort étant destinées à être fixées respectivement près du bord arrière et du bord avant de la doublure de la porte, ce renfort (10) étant en matière composite constituée de polymère et de fibres, caractérisé en ce que ledit renfort (10) présente des zones (11a, 12a) dont l'épaisseur (E) est supérieure à l'épaisseur (e) du reste du renfort (10).

Description

RENFORT DE CHOC LATÉRAL EN MATIÈRE COMPOSITE POUR PORTE
DE VÉHICULE AUTOMOBILE
La présente invention concerne un renfort de choc pour porte latérale de véhicule automobile, les deux extrémités opposées de ce renfort étant destinées à être fixées respectivement près du bord arrière et du bord avant de la doublure de la porte.
L'invention concerne également un véhicule automobile dont les portes latérales sont équipées chacune d'un renfort de choc latéral selon l'invention positionné entre la doublure et le panneau extérieur de la porte.
La figure 1 montre la doublure 1 d'une porte latérale d'un véhicule automobile équipée d'un renfort de choc latéral 2.
L'une des deux extrémités du renfort 2 est fixée près du bord avant 1 b de la doublure 1 .
L'autre extrémité du renfort 2 est fixée près du bord arrière 1 a de la doublure
1 .
La figure 2 montre la peau extérieure 3 qui recouvre la doublure 1 .
Le renfort de choc latéral 2 a pour fonction de protéger les occupants du véhicule en cas de choc latéral.
Les renforts connus de ce type sont habituellement en tôle d'acier ou d'aluminium mais présentent donc l'inconvénient d'augmenter la masse des véhicules et par conséquent leur consommation en carburant.
De plus, ces renforts dégradent la qualité du bruit engendré lors de la fermeture des portes.
En effet, ce bruit est perçu comme étant trop métallique et pas assez
« sourd ».
La demanderesse a développé un renfort de porte latérale, en matière composite, c'est-à-dire constituée de fibres enrobées de polymère. Plus précisément, ce renfort est fabriqué par estampage de fibres enrobées de matière plastique sous forme de tissé (tissu) ou de bandes de fibres unidirectionnelles superposées et croisées. Lors de cet estampage, le tissé, par exemple, est déformé, semblable à l'emboutissage d'une tôle. Les extrémités opposées du renfort obtenu sont aplaties pour faciliter leur fixation sur la doublure de la porte. Un tel renfort est notamment décrit dans FR 3 023 237 qui propose un renfort de choc latéral pour porte latérale de véhicule automobile dont les deux extrémités opposées de ce renfort étant destinées à être fixées respectivement près du bord arrière et du bord avant de la doublure de la porte. Ce renfort est en matière composite constituée de polymère et de fibres, et présente une section transversale qui varie et dont la longueur développée est sensiblement constante suivant la longueur du renfort entre ses deux extrémités opposées.
Un tel renfort présente de nombreux avantages car il peut être obtenu par estampage d'un tissu de fibres enrobées de polymère qui présente avant estampage une forme rectangulaire ou la forme développée du renfort et les fibres sont alignées dans le sens de la longueur et de la largeur du renfort ou des efforts principaux.
Ainsi, ledit tissu subit peu de découpes après l'estampage, susceptibles de former des chutes importantes et les fibres sont continues d'un bout à l'autre du renfort.
De ce fait, les propriétés mécaniques du renfort sont très satisfaisantes.
Toutefois, lors d'un choc latéral, on sait qu'un renfort subit une flexion, c'est- à-dire qu'une partie de la section du renfort est sollicitée en traction tandis que l'autre partie est sollicitée en compression.
Dans le cas d'un renfort métallique la tenue en compression est équivalente voire même supérieure à la tenue en traction. Dans le cas d'un renfort en composite à fibres continues, la tenue à la rupture en compression est plus faible que la tenue à la traction, de l'ordre de 50 à 70%.
La présente invention a donc pour but de proposer un renfort latéral en matière composite dont la tenue en compression est améliorée.
A cet effet l'invention a pour objet un renfort de choc latéral pour porte latérale de véhicule automobile, les deux extrémités opposées de ce renfort étant destinées à être fixées respectivement près du bord arrière et du bord avant de la doublure de la porte, ce renfort étant en matière composite constituée de polymère et de fibres, caractérisé en ce que ledit renfort présente des zones dont l'épaisseur est supérieure à l'épaisseur du reste du renfort. De manière avantageuse, ces zones du renfort dont l'épaisseur est augmentée par rapport à l'épaisseur du reste du renfort permettent de renforcer la tenue en compression de ce renfort au niveau desdites zones.
Selon un mode de réalisation préféré, la section transversale du renfort présente sur l'une de ses faces au moins un creux et sur sa face opposée une saillie, l'épaisseur du renfort au niveau du sommet de la saillie ou au fond du creux étant supérieure à l'épaisseur du reste du renfort.
Ainsi, le sommet de la saillie qui, une fois le renfort monté sur une porte de véhicule, se trouve côté extérieur du véhicule, travaille surtout en compression tandis que le reste du renfort travaille en traction. La surépaisseur du sommet de la saillie permet donc d'augmenter la tenue en compression de ladite zone.
De préférence, la section transversale du renfort selon l'invention peut présenter au moins une forme de U, de V ou d'oméga, ouverte ou fermée.
Selon un mode de réalisation préféré, la section transversale du renfort présente une forme de double oméga ouverte, formant ainsi sur l'une des faces du renfort deux saillies ou bosses destinées à être positionnées côté extérieur du véhicule, le renfort présentant au niveau des sommets une épaisseur plus grande que celle du reste du renfort. De préférence, cette surépaisseur des sommets des bosses est constante sur la quasi-totalité du renfort en longueur.
Au moins l'extrémité destinée à être positionnée du côté avant de la doublure est aplatie car il n'y a pas de place du fait de l'encombrement lié aux charnières de la porte. L'extrémité opposée du renfort peut être moins aplatie. De préférence, les deux extrémités opposées du renfort peuvent être aplaties.
Ces deux extrémités aplaties facilitent la fixation du renfort sur la doublure d'une porte de véhicule.
De préférence également, les fibres sont agencées de manière à être continues, y compris dans les zones de surépaisseur et dans les deux extrémités opposées du renfort.
Selon une variante de réalisation, on peut également prévoir que les fibres du renfort sont par exemple constituées de fibres s'étendant perpendiculairement les unes aux autres soit sous forme d'un tissé soit sous forme de nappes de fibres unidirectionnelles (UD) positionnées selon des directions 0°/90° . Par contre au niveau des surépaisseurs des bosses, on préfère des fibres simples unidirectionnelles à 0° dans le sens de l'axe longtudinal du renfort. Il est possible également d'envisager une couche de fibres à 90° superposant les couches des unidirectionnelles à 0° sur une large partie de lasection, afin d'assurer une bonne estampabilité (pas de désalignement/glissement des fibres UD lors de la mise en forme).
De préférence, la section transversale du renfort varie et la longueur développée de cette section est sensiblement constante suivant la longueur du renfort entre ses deux extrémités opposées.
Selon un autre aspect, l'invention concerne également un véhicule automobile dont les portes latérales sont équipées chacune d'un renfort de choc latéral selon l'invention.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore tout au long de la description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples, non limitatifs :
- la figure 1 est une vue en perspective d'une doublure de porte latérale de véhicule comportant un renfort de choc latéral ;
- la figure 2 est une vue en perspective du panneau extérieur de la porte latérale ;
- la figure 3 est une vue en plan d'un renfort de choc latéral selon l'invention,
- la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne AA d'un renfort de choc latéral selon la figure 3,
- la figure 5 est une vue en plan d'un tissu de fibres utilisé pour fabriquer le renfort représenté sur la figure 4.
Les deux extrémités opposées 10a, 10b du renfort 10 selon l'invention sont destinées à être fixées respectivement près du bord arrière 1 a et du bord avant 1 b de la doublure 1 de la porte, montrée sur la figure 1 .
Le renfort 10 est en matière composite constituée de polymère et de fibres. A titre d'exemple, le polymère peut être choisi parmi le polypropylène, un polyamide PA, PA6, PA66 notamment pour des questions de résistance à la température, et les fibres peuvent être des fibres de verre. Selon un mode de réalisation préféré, la section transversale du renfort 10 varie et la longueur développée de cette section est sensiblement constante suivant la longueur du renfort 10 entre ses deux extrémités opposées 10a, 10b.
Le renfort de choc latéral 10 selon l'invention est obtenu par estampage d'un tissu de fibres enrobées de polymère.
Dans l'exemple représenté sur les figures 3 et 4, le renfort 10 présente deux nervures 1 1 , 12 s'étendant d'un bout à l'autre du renfort 10 selon l'axe longitudinal et dont la section est en forme de double oméga. Ces nervures 1 1 , 12 forment deux bosses ou saillies sur la face opposée du renfort 10 qui constituent des zones de compression du renfort 10.
Le tissu T présente, avant estampage, une forme rectangulaire ou la forme développée 10' (mise à plat) du renfort 10 et les fibres sont alignées dans le sens de la longueur et de la largeur du renfort 10 ou des efforts principaux (cf. figure 5).
En outre, le tissu T subit peu de découpe après l'estampage susceptible de former des chutes importantes.
Ainsi, les fibres restent continues d'un bout à l'autre du renfort 10.
Avant l'estampage, on dépose donc des bandes de fibres BF sur la forme développée à plat 10' (cf. figure 5) sur les zones du tissu T qui correspondent, après estampage, au sommet de la ou des bosses (ou fond des nervures 1 1 , 12) du renfort 10. Ces bandes de fibres BF permettent d'augmenter localement l'épaisseur du tissu T et les zones où se trouvent ces bandes de fibres BF après mise en forme vont constituer les sommets 1 1 a, 12a des saillies et vont alors avoir une épaisseur E supérieure à celle e du reste du renfort 10.
Comme on peut le voir sur la figure 4 qui représente une coupe en section transversale du renfort, on obtient bien ainsi une variation de l'épaisseur dudit renfort 10 entre les sommets des saillies 1 1 a, 12a d'épaisseur E supérieure à l'épaisseur e du reste du renfort 10.
On voit en outre que les deux extrémités opposées 10a, 10b du renfort 10 sont aplaties, ce qui facilite leur fixation sur des parties planes de la doublure d'une porte.
Les fibres contenues dans le renfort 10 sont continues, y compris dans les deux extrémités opposées 10a, 10b. Les extrémités aplaties 10a, 10b du renfort augmentent la largeur du renfort, mais la longueur développée de la section transversale reste la même que dans la zone centrale du renfort.
La mise en œuvre d'un renfort selon l'invention peut être réalisée à l'aide d'un procédé d'estampage classique qui utilise en général des produits plat à épaisseur constante, la surépaisseur peut alors être mise en œuvre à l'aide de patchs déposés au niveau de zones adéquates.
On peut également réaliser un renfort selon l'invention par un drapage manuel ou automatique par robot, consistant à déposer/positionner des bandes des fibres (enroulées initialement sur des rouleaux) :
- directement sur moule représentant la forme finale de la pièce ou
- sur un produit plat pour être ensuite mis en forme (essentiellement pour les composites thermoplastiques).
Ce dernier procédé est particulièrement avantageux pour les pièces à géométrie complexe avec de faibles rayons telles que les pièces automobiles, un robot n'ayant pas accès à la dépose dans le fond du double oméga par exemple.
Ce procédé est le plus intéressant d'un point de vue économique car on pose la matière où on souhaite et on évite les chutes de matière.
On utilise de préférence, des bandes de fibres unidirectionnelles, mais d'un point de vue fonctionnel, il est aussi intéressant de pouvoir disposer de tissés car ils sont meilleurs en termes de tenue à la rupture, répartition des contraintes, % d'allongement.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Renfort de choc latéral pour porte latérale de véhicule automobile, les deux extrémités opposées (10a, 10b) de ce renfort étant destinées à être fixées respectivement près du bord arrière et du bord avant de la doublure de la porte, ce renfort (10) étant en matière composite constituée de polymère et de fibres, caractérisé en ce que ledit renfort (10) présente des zones (1 1 a, 12a) dont l'épaisseur (E) est supérieure à l'épaisseur (e) du reste du renfort (10).
2. Renfort selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la section transversale du renfort (10) présente sur l'une de ses faces au moins un nervure (1 1 , 12) formant sur sa face opposée une bosse ou saillie, l'épaisseur (E) du renfort (10) au niveau du sommet (1 1 a, 12a) de la saillie étant supérieure à l'épaisseur (e) du reste du renfort (10). 3. Renfort selon la revendication 2, caractérisé en ce que la section transversale du renfort (10) présente au moins une forme de U, de V ou d'oméga, ouverte ou fermée.
Renfort selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la section transversale du renfort (10) présente une forme de double oméga ouverte, formant ainsi sur l'une des faces du renfort deux saillies ou bosses (1 1 , 12) destinées à être positionnées côté extérieur du véhicule, dont les sommets (1 1 a, 12a) sont plus épais que le reste du renfort (10). 5. Renfort selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la surépaisseur des sommets des bosses est constante sur la quasi-totalité du renfort (10) en longueur.
Renfort selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les deux extrémités (10a, 10b) opposées du renfort (10) sont aplaties.
7. Renfort de choc latéral selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est obtenu par estampage d'un tissu de fibres enrobées de polymère, des bandes de fibres (BF) ayant été déposées sur la forme développée à plat sur des zones du tissu qui correspondent, après mise en forme aux sommets des saillies d'épaisseur (E) supérieure à celle (e) du reste du renfort (10).
8. Renfort de choc latéral selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit tissu présente avant estampage une forme rectangulaire ou la forme développée (mise à plat) du renfort et les fibres sont alignées dans le sens de la longueur et de la largeur du renfort 10 ou des efforts principaux.
9. Renfort de choc latéral selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit tissu subit peu de découpe après l'estampage susceptible de former des chutes importantes.
10. Véhicule automobile dont les portes latérales sont équipées chacune d'un renfort de choc latéral (10) selon l'une des revendications 1 à 9.
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