Brevet FR2732301A1 — publié le 19961004

L'invention concerne une structure composite pour véhicule automobile et a également pour objet un élément constitutif de cette structure ainsi qu'un véhicule automobile comportant une telle structure. Actuellement, lors de la fabrication d'un véhicule, pour réaliser la caisse de celui-ci, qui est généralement en tôle d'acier, environ deux cent pièces sont découpées, embouties et soudées par points. C'est pourquoi on a proposé d'autres types de structure afin de diminuer le nombre de pièces et donc de simplifier la fabrication du véhicule. Par exemple, le document FR-A-2698601 décrit une structure comportant quatre pièces moulées, à savoir d'une part deux demi-caissons assemblés entre eux pour former un caisson central constituant le châssis du véhicule et, d'autre part, deux demi-carcasses assemblées avec le caisson central et assemblées entre elles pour former la carrosserie du véhicule. Le caisson et la carrosserie sont de préférence en matériau composite, et les éléments sont assemblés suivant leurs bords. Cependant, les tolérances dimensionnelles sont plus importantes avec les matériaux composites qu'avec l'acier par exemple, et il est difficile d'assurer un bon accostage des éléments sur la totalité de leur longueur qui est de l'ordre de quelques mètres, car c'est en fait la longueur du véhicule. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient en proposant une structure de ce type, mais permettant un assemblage plus facile et plus précis des différents éléments. Plus précisément, I'invention a pour objet une structure composite pour véhicule automobile, comprenant des éléments en matériau composite assemblés les uns aux autres suivant des plans de joint, caractérisée en ce que chaque élément présente, au niveau du plan de joint, une aile facilitant l'accostage avec un élément adjacent. Selon d'autres caractéristiques de cette structure: - ladite aile constitue une partie du plan de joint des deux éléments; - au niveau du plan de joint, deux éléments adjacents ont une forme telle que leurs surfaces extérieures et/ou intérieures soient en continuité l'une avec l'autre; - chaque élément comprend une aile au niveau de sa surface intérieure (ou extérieure) et, au niveau de sa surface extérieure (ou intérieure), une dépression apte à recevoir une aile de l'autre élément; - elle comprend cinq éléments constituant un plancher, deux côtés d'habitacle, un pavillon et un panneau arrière. Les termes "intérieur" et "extérieur" employés à propos des surfaces des éléments doivent s'entendre par rapport à l'habitacle du véhicule. L'invention a également pour objet un élément constitutif d'une telle structure. Selon la principale caractéristique de cet élément, celui-ci comprend, sur au moins une partie de son pourtour, une aile facilitant l'accostage avec un autre élément. Selon d'autres caractéristiques de cet élément: - il comporte une aile au niveau de l'une de ses faces et, au niveau de l'autre face, une dépression apte à recevoir une aile d'un autre élément; - il présente une structure en sandwich comprenant deux parois rigides délimitant un espace interne; - ladite aile est constituée par deux bords contigus appartenant à chacune desdites parois respectivement; - le matériau constitutif desdites parois rigides est choisi parmi les fibres de verre ou de carbone noyées dans une résine telle qu'une résine polyester ou epoxy; - l'espace interne contient un matériau de remplissage; - le matériau de remplissage est choisi panni des matériaux allégés tels que des mousses, de préférence la mousse de polyuréthane;; - cet élément comportant une ouverture destinée à recevoir une pièce de carrosserie du véhicule, cette ouverture est entièrement comprise à l'intérieur de l'élément - il comprend une aile le long de ladite ouverture sur laquelle la pièce de carrossene peut prendre appui. Enfin, I'invention a encore pour objet un véhicule automobile comportant une structure telle que définie ci-dessus. L'invention apparaîtra mieux au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un véhicule automobile comportant une structure conforme à l'invention; - les figures 2a à 2d sont des vues schématiques en coupe illustrant la réalisation d'un élément de structure selon l'invention; - les figures 3 et 4 sont des vues schématiques en coupe illustrant l'assemblage de deux éléments adjacents selon deux modes de réalisation différents; - la figure 5 est une vue schématique en coupe illustrant l'assemblage du pavillon avec un côté d'habitacle; - la figure 6 est une vue schématique en coupe illustrant l'assemblage du plancher avec un côté d'habitacle;; - la figure 7 est une vue schématique en coupe illustrant la mise en place du pare-brise dans l'ouverture correspondante du pavillon ; et - les figures 8 et 9 sont des vues schématiques en coupe verticale illustrant l'assemblage d'une structure complète d'un véhicule selon l'invention. La figure 1 représente, en perspective éclatée, un véhicule tel qu'un petit véhicule urbain, par exemple un véhicule électrique, dont la structure est réalisée conformément à l'invention. Dans l'exemple décrit, celle-ci se compose de cinq éléments, à savoir un pavillon 1, deux côtés d'habitacle 2, un panneau arrière 3 et un plancher 4. Chaque élément a une structure en sandwich et présente sur au moins une partie de son pourtour une aile facilitant l'accostage et la jonction avec un élément adjacent, par exemple l'aile 5 sur le bord gauche du pavillon 1 pour l'assemblage avec le côté d'habitacle gauche. Cette structure et le mode d'assemblage seront décrits plus en détail ci-dessous. Le profil du véhicule terminé a été représenté schématiquement en traits fins en 5a sur la figure 1. Certains des éléments de la structure présentent des ouvertures destinées à recevoir des pièces de carrosserie du véhicule. C'est ainsi que le pavillon 1 présente, à sa partie antérieure, une ouverture 6 pour le pare-brise et, à sa partie supérieure, une ouverture 7 pour des éléments de signalisation et/ou une antenne radio. Les côtés d'habitacle 2 présentent chacun une ouverture 8 pour les portes du véhicule et le panneau arrière 3 présente une ouverture 9 apte à recevoir un volet arrière fixe ou mobile. Pour ne pas nuire à la clarté du dessin, les pièces de carrosserie n'ont pas été représentées sur la figure 1. Selon une caractéristique importante de l'invention, chaque ouverture est entièrement comprise à l'intérieur de l'élément correspondant et ne débouche pas à l'extérieur de celui-ci. Cette disposition présente l'avantage que l'élément est plus rigide car son pourtour est fermé et permet une meilleure précision des accostages lors de la mise en place des pièces de carrosserie car les cotes des ouvertures sont plus précises. Les figures 2a à 2d illustrent la réalisation d'un élément de structure conforme à l'invention. Celui-ci est de préférence réalisé par la méthode dite RTM (Resin Transfer Molding ou moulage par transfert de résine). Pour cela, on réalise d'abord dans un moule un noyau 10 en mousse rigide, par exemple en mousse de polyuréthane (figure 2a). On réalise ensuite deux préformes 11 et 12 (figure 2b) qui constitueront les parois rigides de l'élément. Celles-ci sont de préférence en fibre de verre et peuvent être réalisées soit par déformation d'un mat, soit par projection des fibres avec adjonction d'un liant et formage à chaud. Comme on le voit sur la figure 2b, les parois 1 1 et 12 sont généralement planes, mais la paroi 11 présente un décrochement 13 se terminant par un rebord 14 luimême parallèle au plan général de la paroi. Les deux préformes sont ensuite placées de part et d'autre du noyau 10 qui remplit ainsi l'espace ménagé entre elles (figure 2c). L'ensemble est ensuite placé dans un nouveau moule et on injecte de la résine dans les préformes, puis on effectue une polymérisation à chaud. On obtient ainsi l'élément représenté à la figure 2d dans lequel les deux parois 11 et 12 délimitent un espace contenant le matériau de remplissage 10. Par ailleurs, le rebord 14 de la préforme 1 1 a été appliqué sur une partie dépassante de même largeur de la préforme 12 et les deux parties se sont interpénétrées, créant ainsi une aile 15 le long d'un bord de l'élément termine. D'autres méthodes peuvent être mises en oeuvre pour réaliser les éléments de structure. Par exemple, on peut utiliser une technique dite de moussage "in situ" : on réalise d'abord deux préformes ou peaux que l'on assemble et on injecte ensuite la mousse dans l'espace interne. On peut aussi coller la mousse sur l'une des peaux et coller l'autre peau sur l'ensemble ainsi obtenu. Ces techniques sont connues en soi et ne seront pas davantage détaillées ici. La figure 3 montre l'assemblage de deux éléments selon un premier mode de réalisation. Dans cet exemple, chacun des deux éléments A et B est constitué comme celui de la figure 2d, et leurs éléments constitutifs portent les mêmes références affectées des indices a ou b suivant qu'ils appartiennent à l'élément A ou à l'élément B. Les deux décrochements 13a et 13b ont même pente afin que les deux profils puissent venir en coincidence l'un avec l'autre, I'aile 15a de l'élément A reposant sur la paroi 1 lb de l'élément B et l'aile 15b de l'élément B reposant sur la paroi 1 la de l'élément A. Une couche de colle 16 assure la fixation des deux éléments l'un à l'autre. Afin d'assurer une bonne continuité des surfaces, on peut prévoir sur l'au moins des éléments une dépression apte à recevoir une aile de l'autre élément et dont la profondeur est égale à l'épaisseur de cette aile. Cette disposition est visible à la figure 4 qui illustre la jonction entre le pavillon 1 et le panneau arrière 3 qui s'étendent dans un même plan au voisinage de leur plan de joint. Le pavillon 1 présente une dépression 17 apte à recevoir l'aile 15 du panneau arrière 3 et celui-ci présente une dépression 18 apte à recevoir l'aile 15 du pavillon. Une disposition semblable peut être utilisée pour des éléments qui sont courbés ou galbés au voisinage de leur plan de joint. Tel est le cas pour les bords latéraux du pavillon 1 et les bords supérieurs des côtés d'habitacle 2, comme le montre la figure 5. La disposition étant la même qu'à la figure 4, on a utilisé les même références sauf pour l'aile latérale du pavillon qui est référencée 5 comme sur la figure 1. Lorsque l'élément de structure présente une ouverture pour une pièce de carrosserie, il peut être utile de prévoir une aile le long de cette ouverture sur laquelle la pièce de carrosserie peut prendre appui, comme cela est illustré aux figures 6 et 7. La figure 6 montre schématiquement en coupe verticale la jonction entre le plancher 4 et la partie inférieure d'un côté d'habitacle 2. Dans cette zone, le plancher est constitué comme les éléments des figures 2d et 3 tandis que le côté d'habitacle se présente sous la forme d'un profilé afin d'augmenter la rigidité de la structure à cet endroit. Le profilé a deux faces en contact avec l'aile 15 et le décrochement 13 du plancher 4 respectivement par l'intermédiaire de la couche de colle 16 et il présente deux ailes verticales, l'une 18 à sa partie inférieure et l'autre 19 à sa partie supérieure. Outre le rôle bien connu de telles ailes dans l'augmentation de la rigidité, I'aile supérieure 19 sert de feuillure pour recevoir un joint d'étanchéité 20, par exemple du type "snap-on", sur lequel vient s'appuyer la partie inférieure de la porte représentée schématiquement en 21. La figure 7 illustre le montage du pare-brise dans l'ouverture 6 du pavillon 1, à la partie inférieure de celle-ci. Dans cette zone, le pavillon 1 présente une aile 22 sur laquelle le pare-brise 23 est fixé par l'intermédiaire d'une couche de colle 24. L'emplacement de l'aile 22 est choisi de préférence pour que le pare-brise soit en affleurement avec la paroi extérieure 11 du pavillon 1 pour des raisons d'esthétique et/ou d'aérodynamisme. Les figures 8 et 9 montrent schématiquement en coupe verticale deux dispositifs permettant d'assembler la structure de véhicule automobile de l'invention. Le dispositif de la figure 8 se compose essentiellement d'un gabarit inférieur 25 reposant sur le sol S et sur lequel est placé le plancher 4 et d'un gabarit supérieur 26 qui vient se placer par dessus le plancher. La face supérieure du gabarit 25 et la face inférieure du gabarit 26 ont des formes correspondant aux faces du plancher avec lesquelles elles sont en contact. Le gabarit supérieur 26 comporte en outre des butées latérales 27 (deux de chaque côté) sur lesquelles viennent en appui les côtés d'habitacle 2 et des butées supérieures 28 sur lesquelles vient en appui le pavillon 1. La forme et les dimensions des gabarits 25,26 et des butées 27,28 sont telles que les éléments de structure soient en contact les uns avec les autres et puissent être collés les uns aux autres lorsqu'ils sont en appui sur les butées. Bien entendu, le gabarit 26 est prévu pour pouvoir être extrait par l'arrière du véhicule avant montage du panneau arrière (il peut être démontable et/ou réalisé en plusieurs parties). Dans le mode de réalisation de la figure 9, le gabarit supérieur 26 présente deux parties inclinées 26a qui s'écartent du plan médian longitudinal du véhicule de bas en haut. Dans ce cas, il n'y a qu'une seule butée latérale 27 à la partie supérieure du gabarit. Dans le cas de la figure 8, le plancher étant en place, on met d'abord le pavillon 1 en appui sur les butées 28, puis on amène les côtés d'habitacle 2 en contact avec les butées 27. Dans le cas de la figure 9, on met d'abord les côtés d'habitacle 2 en contact avec le plancher 4 et les butées 27 et on amène ensuite le pavillon 1. On a donc réalisé suivant l'invention une structure de véhicule facile à assembler puisqu'elle se compose d'un nombre limité d'éléments (cinq dans l'exemple décrit), l'accostage des éléments étant facilité par la présence d'une aile facile à réaliser dans le cas d'un élément en matériau composite de structure en sandwich comprenant deux parois en un matériau tel que la fibre de verre délimitant un espace rempli d'une mousse rigide. De plus, les éléments ainsi réalisés présentent une bonne rigidité de sorte que la caisse du véhicule constitue la structure de celui-ci. Enfin, le fait que les ouvertures ménagées dans les éléments pour recevoir des pièces de carrosserie soient entièrement comprises à l'intérieur de ceux-ci évite les problèmes dus aux tolérances de fabrication, notamment à la jonction de deux éléments voisins, et la mise en place des pièces en est grandement facilitée. Enfin, il est bien entendu que l'invention ne se limite pas au seul mode de réalisation décrit et représenté, mais qu'elle en couvre au contraire toutes les variantes. C'est ainsi que l'homme du métier pourra faire varier, en fonction de chaque application particulière, la nature du matériau utilisé ainsi que la forme et l'emplacement des ailes. Enfin, si l'on a décrit un véhicule dont la structure se compose de cinq éléments, I'invention s'applique aussi bien à une structure comportant un nombre différent d'éléments. REVENDICATIONS 1. Structure composite pour véhicule automobile, comprenant des éléments (1 à 4) en matériau composite assemblés les uns aux autres suivant des plans de joint, caractérisée en ce que chaque élément (1) présente, au niveau du plan de joint, une aile (5) facilitant l'accostage avec un élément adjacent (2). 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite aile (5) constitue une partie du plan de joint des deux éléments (1,2). 3. Structure selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au niveau du plan de joint, deux éléments adjacents (1,2) ont une forme telle que leurs surfaces extérieures et/ou intérieures soient en continuité l'une avec l'autre. 4. Structure selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque élément (1) comprend une aile (5) au niveau de sa surface intérieure (ou extérieure) et, au niveau de sa surface extérieure (ou intérieure), une dépression (18) apte à recevoir une aile (15) de l'autre élément (2). 5. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend cinq éléments constituant un plancher (4), deux côtés d'habitacle (2), un pavillon (1) et un panneau arrière (3). 6. Elément constitutif d'une structure composite de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend, sur au moins une partie de son pourtour, une aile (5,15) facilitant l'accostage avec un autre élément. 7. Elément selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une aile (15) au niveau de l'une de ses faces et, au niveau de l'autre face, une dépression (17) apte à recevoir une aile d'un autre élément. 8. Elément selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il présente une structure en sandwich comprenant deux parois rigides (11,12) délimitant un espace interne. 9. Elément selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite aile (15) est constituée par deux bords contigus appartenant à chacune desdites parois (11,12) respectivement. 10. Elément selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le matériau constitutif desdites parois rigides (11,12) est choisi parmi les fibres de verre ou de carbone noyées dans une résine telle qu'une résine polyester ou epoxy. 11. Elément selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'espace interne contient un matériau de remplissage (10). 12. Elément selon la revendication 11, caractérisé en ce que le matériau de remplissage (10) est choisi parmi des matériaux allégés tels que des mousses, de préférence la mousse de polyuréthane. 13. Elément selon l'une des revendications 6 à 12, comportant une ouverture (6,7,8) destinée à recevoir une pièce de carrosserie du véhicule, caractérisé en ce que cette ouverture (6,7,8) est entièrement comprise à l'intérieur de l'élément. 14. Elément selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend une aile (22) le long de ladite ouverture (6) sur laquelle l'élément de carrosserie (23) peut prendre appui. 15. Véhicule automobile comportant une structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.