Brevet FR2857299A1 — publié le 20050114

L'invention concerne en général les véhicules automobiles. Plus précisément, l'invention concerne un train arrière de véhicule automobile comprenant deux bras latéraux longitudinaux liés à la caisse par des extrémités avant respectives et portant les roues par des extrémités arrière respectives, et une traverse déformable transversale fixée aux deux bras latéraux par des extrémités opposées. Des trains arrière de ce type sont connus de l'art antérieur, et comprennent des traverses présentant des sections en U perpendiculairement à la direction transversale. Ces trains arrière présentent de nombreux défauts. Quand la traverse se déforme en torsion, les contraintes maximales sont concentrées aux extrémités et dans les soudures qui fixent la traverse sur les bras. Le risque de rupture prématurée de la traverse est important. Par ailleurs, la distribution des contraintes dans la traverse fait qu'il est nécessaire de prévoir des surépaisseurs locales de matière dans les zones les plus sollicitées. Enfin, il est souhaitable en général d'augmenter la raideur en torsion des traverses pour éviter une prise de roulis importante du véhicule, par exemple dans les courbes, et augmenter le confort des passagers. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de pallier les défauts mentionnés ci-dessus et d'améliorer la tenue du véhicule en cas de roulis. A cette fin, le train arrière de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que la traverse présente sur toute sa largeur transversale des sections elliptiques dans des plans perpendiculaires à la direction transversale. Dans un mode de réalisation possible de l'invention, lesdites sections elliptiques sont de grands axes longitudinaux. Avantageusement, lesdites sections elliptiques de la traverse sont de taille relativement plus petite au centre de la traverse et relativement plus grande aux extrémités de la traverse. De préférence, la taille desdites sections elliptiques croît de façon continue du centre de la 10 traverse jusqu'aux extrémités de la traverse. Par exemple, la traverse est fixée aux bras par des cordons de soudure à contour fermé. Avantageusement, la traverse est constituée de tôles d'épaisseur uniforme. De préférence, la traverse comprend des demi- coquilles supérieure et inférieure mutuellement assemblées, chacune de section semi-elliptique dans des plans perpendiculaires à la direction transversale. Par exemple, les demi-coquilles supérieure et inférieure sont mutuellement assemblées par des points de soudure ou par des cordons de soudure. Avantageusement, les demi-coquilles supérieure et inférieure comprennent chacune des rebords avant et arrière faisant saillie vers l'extérieur des demi- coquilles, par lesquels les demi-coquilles supérieure et inférieure sont assemblées. De préférence, la traverse comprend une tôle plane interposée entre les demi-coquilles supérieure et inférieure. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles: la figure 1 est une vue de dessus d'un train arrière selon l'invention, les coupes AA et BB représentant des sections de la traverse de ce train dans deux plans perpendiculaires à la direction transversale, les figures 2A à 2D représentent les sections de différents modes de réalisation de la traverse de la figure 1, vues en coupe dans un plan perpendiculaire à la direction transversale, les figures 3A à 3C sont respectivement des vues de dessus, de face et de côté de la traverse de la figure 1, avec ses principales cotes, les figures 4A à 4C sont respectivement des vues de dessus, de face et de côté d'une traverse de l'art antérieur, avec ses principales cotes, - la figure 5 représente schématiquement les niveaux de contraintes dans la traverse de la figure 1, quand une des extrémités de cette traverse est soumise à une rotation de 5 , et - la figure 6 est un schéma de principe du train de la figure 1, montrant les axes de torsion de la traverse. Le train arrière de la figure 1 comprend deux bras latéraux longitudinaux 10 disposés des deux côtés latéraux du véhicule, et une traverse déformable 20 sensiblement transversale fixée aux deux bras latéraux 10 par des extrémités opposées 21. Les deux bras 10 sont liés à la caisse du véhicule par des extrémités avant 11 respectives et portent les roues arrière 52 du véhicule par des extrémités arrière 12 respectives. Comme le montre la figure 1, les extrémités avant 11 sont articulées sous le plancher de la caisse par une articulation élastique 13. Cette articulation 13 comprend une pièce de structure 131 formant deux flasques, un manchon métallique rigide 132 disposé horizontalement entre les flasques, une vis 133 traversant le manchon cylindrique 132 et coopérant avec un écrou 134 pour lier le manchon aux flasques, et un manchon élastique 135 entourant le manchon métallique 132. L'extrémité avant 11 comprend une partie conformée en anneau, engagée entre les flasques. Le manchon métallique 132 traverse cette partie en anneau, le manchon élastique 135 étant interposé entre le manchon métallique 132 et la partie en anneau de l'extrémité avant 11. L'extrémité arrière 12 supporte les fusées de roues arrière 53. Les fusées des deux roues arrière sont alignées transversalement selon un axe XX' et supportent les roues. La traverse 20 est rigidement fixée sur les bras 10 entre les extrémités avant et arrière 11 et 12. La traverse 20 et les bras 10 sont des pièces métalliques, creuses, mécanosoudées. Selon l'invention, la traverse 20 présente sur toute sa largeur transversale des sections elliptiques dans des plans perpendiculaires à la direction transversale, comme le montrent les coupes AA et BB de la figure 1. Lesdites sections elliptiques présentent toutes des grands axes longitudinaux et des petits axes verticaux. Ces sections elliptiques sont de taille relativement plus petite au centre de la traverse 20, et relativement plus grande aux extrémités 21 de la traverse 20. Dans un mode de réalisation préféré, la taille desdites sections elliptiques croît de façon continue du centre de la traverse 20 jusqu'aux extrémités 21 de la traverse 20. Le grand axe de la section elliptique au centre de la traverse est environ deux fois plus court que le grand axe de la section elliptique à l'extrémité de la traverse. De même, le petit axe de la section elliptique au centre de la traverse est environ deux fois plus court que le petit axe de la section elliptique à l'extrémité de la traverse. 2857299 5 Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 3, les grands axes au centre et à l'extrémité de la traverse présentent respectivement des longueurs de 200 et 400 millimètres. Les petits axes au centre et à l'extrémité de la traverse présentent respectivement des longueurs de 100 et 200 millimètres. On notera que la traverse 20 est symétrique par rapport à un plan vertical longitudinal médian. Les extrémités 21 de la traverse 20 sont fixées aux 10 bras 10 par des cordons de soudure 23 continus à contour fermé Des calculs ont été effectués pour comparer les raideurs en torsion et les niveaux de contrainte dans une traverse à section elliptique selon l'invention, et une traverse à section en U de l'art antérieur. La traverse à section elliptique considérée dans ce calcul est représentée sur les figures 3A à 3C. Elle présente une largeur transversale de 1400 millimètres et une masse de 14,2 kilogrammes. Les dimensions des sections elliptiques au centre et aux extrémités de cette traverse correspondent aux dimensions indiquées précédemment. La traverse à section en U considérée par comparaison est représentée sur les figures 4A à 4C. Elle présente une largeur transversale de 1400 millimètres et une masse de 10,7 kilogrammes. Le U est ouvert vers l'arrière. La taille de la section en U augmente de façon continue depuis le centre de la traverse jusqu'aux extrémités de celle-ci. L'ouverture du U est de 60 millimètres au centre et de 183 millimètres aux extrémités. La hauteur du U est de 100 millimètres au centre et de 200 millimètres aux extrémités. La dimension longitudinale du U est de 182 millimètres au centre et de 280 millimètres aux extrémités. Les calculs ont été effectués en considérant qu'une extrémité de la traverse est encastrée et que l'extrémité opposée subit une rotation imposée de 5 autour d'un axe transversal. Les raideurs en torsion des traverses à section elliptique et à section en U sont déduites de ce calcul. Elles valent respectivement 7344 N.m/ et 26,07.m/ . La traverse de l'invention présente donc une raideur en torsion 280 fois plus importante que la traverse à section en U. A masse équivalente, le rapport de raideur en torsion est de 216. La figure 5 représente les niveaux de contrainte dans la traverse des figures 3A à 3C résultant du calcul décrit ci-dessus. La traverse est divisée en zones, chacune affectée d'un niveau de contrainte. Les niveaux de contrainte correspondent à des fourchettes de valeur de contrainte croissantes et sont identifiés par les références 1 à 7, 1 étant le niveau de contrainte minimum et 7 le niveau de contrainte maximum. L'amplitude des fourchettes de valeur est sensiblement égale pour tous les niveaux. On voit clairement sur la figure 5 que les contraintes les plus fortes sont localisées au centre de la traverse, et qu'elles vont en décroissant du centre vers les extrémités de la traverse. Les cordons de soudure fixant les extrémités de la traverse aux bras longitudinaux subissent les contraintes les plus faibles. Il résulte de cette répartition des contraintes que la traverse 20 peut être constituée de tôles d'épaisseur uniforme. Il n'y a pas de surépaisseur à prévoir pour résister à des pics de contrainte localisée. Les tôles choisies présentent une haute limite élastique. Comme le montrent les figures 2A à 2D, la traverse 20 comprend des demicoquilles supérieure et inférieure 31 et 32 mutuellement assemblées, chacune de section semi-elliptique dans des plans perpendiculaires à la direction transversale. Ces demi-coquilles comprennent chacune des bords libres avant et arrière 33 et 34, les bords libres avant 33 des deux demi-coquilles étant mutuellement en contact, et les bords libres arrière 34 des deux demi-coquilles étant mutuellement en contact. L'interface entre les deux demi-coquilles, constituée des bords libres avant et arrière, s'étend dans un plan sensiblement horizontal. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 2A, les bords libres avant et arrière 33 et 34 s'inscrivent exactement dans le prolongement de la demi-ellipse formée par la demicoquille, et ce pour la demi-coquille supérieure 31 comme pour la demicoquille inférieure 32. Selon un second mode de réalisation, représenté sur les figures 2B et 2C, les bords libres avant et arrière 33 et 34 comprennent des rebords avant et arrière 331 et 341 en saillie vers l'extérieur des demi-coquilles. Les rebords avant et arrière d'une même demi-coquille s'étendent dans un même plan horizontal. Les rebords avant 331 respectifs des demi-coquilles supérieure et inférieure 31 et 32 sont plaqués l'un contre l'autre. De même, les rebords arrière 341 respectifs de ces demi-coquilles sont plaqués l'un contre l'autre. Selon un troisième mode de réalisation représenté sur la figure 3D, les demi-coquilles supérieure et inférieure 31 et 32 sont du même type que dans le second mode de réalisation, et la traverse 20 comprend en plus une tôle plane 37 interposée entre les demi-coquilles supérieure et inférieure 31 et 32. Cette tôle plane 37 s'étend sur toute la largeur transversale de la traverse 20, et présente des bords avant et arrière pincés respectivement entre les rebords avant 331 et les rebords arrière 341 des deux demicoquilles. La tôle plane 37 épouse parfaitement le contour des rebords avant et arrière 331 et 341, et ses bords arrivent au ras de celles-ci, sans dépasser vers l'extérieur des demi-coquilles. L'ajout d'une telle tôle plane dans la traverse permet d'augmenter la rigidité en torsion de la traverse. Comme le montrent les figures 2A à 2C, les demi-coquilles supérieure et inférieure 31 et 32 sont mutuellement assemblés par des points de soudure séparés ou par des cordons de soudure continus. Plus précisément, dans le mode de réalisation de la figure 2A, les bords libres avant 33 des demi-coquilles supérieure et inférieure 31 et 32 sont de préférence mutuellement assemblés par des cordons de soudure continus 35, les bords libres arrière 34 de ces demi-coquilles étant également mutuellement assemblés par des cordons de soudure continus 35. Ces cordons 35 s'étendent sur toute la largeur transversale de la traverse 20. Dans le mode de réalisation des figures 2B et 2C, les bords libres avant 33 et les bords libres arrière 34 des deux demi-coquilles peuvent être assemblés soit par cordons soit par points de soudure. Dans l'exemple illustré sur la figure 2B, les rebords avant 331 des deux demi-coquilles sont assemblés par des cordons de soudure 35 continus, solidarisant ces rebords par des parties extérieures, c'est-à-dire opposées à la traverse. Les rebords arrière 341 sont assemblés de la même façon. Dans l'exemple illustré sur la figure 2C, les rebords avant 331 des deux demi-coquilles sont assemblés par des points de soudure 36 séparés, solidarisant ces rebords par des parties centrales, c'est-à-dire en pleine tôle. Les rebords arrière 341 sont assemblés de la même façon. Pour le mode de réalisation de la figure 2D, il est possible d'utiliser les deux modes d'assemblage décrits ci-dessus, c'est-à-dire des points de soudure en pleine tôle, ou des cordons de soudure continus solidarisant les rebords par des parties extérieures. On va maintenant décrire le comportement du train arrière de l'invention. En cas de roulis, c'est-à-dire quand la caisse du véhicule penche d'un côté latéral, un bras latéral 10 va 5 se rapprocher du sol, et le bras latéral 10 opposé va s'éloigner du sol ou rester au même niveau. Les extrémités arrière 12 des bras latéraux restent au même niveau par rapport au sol. En revanche, l'extrémité avant 11 du bras qui se rapproche du sol se baisse puisqu'il est lié à la caisse. L'extrémité avant 11 du bras opposé reste au même niveau ou s'éloigne du sol. Il résulte de ces mouvements combinés une torsion de la traverse 20, autour des axes de torsion ff' et ff" 15 représentés sur la figure 6. Dans le cas où le bras gauche du train de la figure 6 reste au même niveau, et où le bras droit se baisse, la traverse va se déformer progressivement avec l'accroissement de l'inclinaison de la caisse. La traverse présente une raideur en torsion croissante de son centre vers ses extrémités. Elle va se déformer d'abord au centre, puis, quand la torsion s'accroît, la déformation se propagera vers l'extrémité correspondant au bras qui se baisse. La résistance au roulis est donc relativement plus faible au départ et augmente quand le roulis s'accentue. La traverse permet donc une prise de roulis progressive, compatible avec un comportement mécanique efficace du train arrière. On notera qu'en pompage la traverse subit une simple rotation autour de l'axe transversal Y-Y', et n'est pas soumise à une déformation par torsion. Par ailleurs, le train est rigide transversalement. Le train décrit cidessus présente encore d'autres 35 avantages. La traverse étant réalisée avec des tôles d'épaisseur unique et uniforme, sa fabrication est économique. Il est possible de la réaliser par hydroformage, ce qui permet d'économiser une opération de découpe par comparaison avec le procédé de fabrication des traverses à section en U. La liaison entre la traverse et le bras est effectuée par la partie de la traverse présentant la plus grande section. La répartition des contraintes dans la soudure se fait sur une plus grande longueur, et la résistance de cette soudure en est améliorée. Ce cordon de soudure est fermé, par opposition au cas de la traverse à section en U, qui est fixée aux bras par des soudures non fermées. Dans une soudure non fermée, il y a concentration des contraintes aux extrémités du cordon, ce qui peut entraîner une rupture prématurée du cordon. Les contraintes maximales résultant de la torsion de la traverse sont concentrées au centre de celle-ci. Ce n'est pas le cas de la traverse à section en U, pour laquelle les contraintes maximales sont situées en bord de tôle et dans les soudures liant la traverse aux bras. Ces contraintes peuvent entraîner l'initialisation de microfissures se développant en criques, et provoquer une rupture prématurée en fatigue. Il est à noter que, pour limiter les risques de rupture de ce type, les traverses à section en U subissent des opérations de traitement thermique et de grenaillage, qui renchérissent sensiblement les coûts de fabrication. La fixation de la traverse à section elliptique est particulièrement simple. Elle est fixée en deux points seulement, par soudure. Il n'est pas nécessaire de mettre en oeuvre des moyens d'assemblage de type vis/écrou, plus complexes et plus difficiles à maîtriser (problème de serrage des vis). Enfin, comme souligné précédemment, la traverse à section elliptique est considérablement plus rigide qu'une traverse en U, à poids égal. REVENDICATIONS 1. Train arrière de véhicule automobile comprenant deux bras (10) latéraux longitudinaux liés à la caisse par des extrémités avant (11) respectives et portant les roues (52) par des extrémités arrière (12) respectives, et une traverse déformable (20) transversale fixée aux deux bras latéraux (10) par des extrémités (21) opposées, caractérisée en ce que la traverse (20) présente sur toute sa largeur transversale des sections elliptiques dans des plans perpendiculaires à la direction transversale. 2. Train arrière selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites sections elliptiques sont 15 de grands axes longitudinaux. 3. Train arrière selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites sections elliptiques de la traverse (20) sont de taille relativement plus petite au centre (22) de la traverse (20) et relativement plus grande aux extrémités (21) de la traverse (20). 4. Train arrière selon la revendication 3, caractérisé en ce que la taille desdites sections elliptiques croît de façon continue du centre (22) de la traverse (20) jusqu'aux extrémités (21) de la traverse (20). 5. Train arrière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la traverse (20) est fixée aux bras (10) par des cordons de soudure (23) à contour fermé. 6. Train arrière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la traverse (20) est constituée de tôles d'épaisseur uniforme. 7. Train arrière selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la traverse (20) comprend des demi-coquilles supérieure et inférieure (31, 32) mutuellement assemblées, chacune de 2857299 12 section serai-elliptique dans des plans perpendiculaires à la direction transversale. 8. Train arrière selon la revendication 7, caractérisé en ce que les demicoquilles supérieure et inférieure (31, 32) sont mutuellement assemblées par des points de soudure (36) ou par des cordons de soudure (35). 9. Train arrière selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les demi-coquilles supérieure et inférieure (31, 32) comprennent chacune des rebords avant et arrière (331, 341) faisant saillie vers l'extérieur des demi-coquilles, par lesquels les demi-coquilles supérieure et inférieure (31, 32) sont assemblées. 10. Train arrière selon la revendication 9, caractérisé en ce que la traverse (20) comprend une tôle plane (37) interposée entre les demicoquilles supérieure et inférieure (31, 32).