Brevet FR2890639A1 — publié le 20070316

La présente invention concerne un dispositif de réduction des efforts aérodynamiques et plus particulièrement de la traînée et de la portance aérodynamiques d'un véhicule automobile et également un véhicule automobile équipé d'au moins un tel dispositif. Les véhicules automobiles, lorsqu'ils roulent, sont soumis à un certain nombre d'efforts qui s'oppose à leur avancement. Ces efforts sont en particulier les frottements solides, c'est à dire les contacts des roues avec le sol, et les frottements aérodynamiques, comme par exemple les frottements de l'air sur les parois de la carrosserie du véhicule. A haute vitesse, les efforts aérodynamiques deviennent dominant par rapport aux autres, comme par exemple le contact des roues avec le sol, et jouent un rôle essentiel sur la consommation et la stabilité du véhicule. Ces forces aérodynamiques sont essentiellement générées par les dépressions créées par les décollements, les recirculations et les tourbillons longitudinaux de l'air. En effet, les écoulements de l'air à l'arrière des véhicules automobiles sont complexes et, en général, il se produit un équilibre entre les zones dites décollées et les tourbillons longitudinaux. Les dispositifs utilisés en aérodynamique automobile interviennent sur le décollement qui a lieu sur l'arrière du véhicule, en particulier dans la région du raccord entre le pavillon et la lunette arrière, d'une part, et la lunette arrière et le coffre, d'autre part. Les dispositifs classiques sont essentiellement constitués par des becquets, des ailerons ou des déflecteurs placés dans ces zones à l'arrière du véhicule. Le becquet est utilisé le plus souvent pour réduire le coefficient de pénétration dans l'air et les autres systèmes sont plutôt utilisés pour réduire la portance. On connaît également des systèmes de guidage d'air, soit passif, soit actif, qui permettent, dans une zone déterminée, d'aspirer l'air et de le 30 souffler. Mais, les dispositifs utilisés jusqu'à maintenant présentent des inconvénients. En effet, les dispositifs actifs d'aspiration et de soufflage sont le plus souvent très coûteux à mettre en oeuvre et à dimensionner. En ce qui concerne les dispositifs passifs, leur efficacité dépend très largement de leur forme. L'invention a pour but de proposer un dispositif aérodynamique qui permet de contrôler les tourbillons longitudinaux et les décollements et, d'une manière générale, la structure globale de l'écoulement de l'air sur la carrosserie d'un véhicule automobile. L'invention a donc pour objet un dispositif de réduction des efforts aérodynamiques et plus particulièrement de la traînée et de la portance aérodynamiques d'un véhicule automobile comprenant une carrosserie formée d'éléments de carrosserie créant entre eux des zones tourbillonnaires, caractérisé en ce qu'il comprend, au niveau d'au moins une desdites zones tourbillonnaires, au moins un conduit aéraulique s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal du véhicule et muni, à chacune de ses extrémités, respectivement d'une ouverture d'entrée d'air et d'une ouverture de sortie d'air ménagées dans l'élément de carrosserie correspondant, ladite ouverture d'entrée étant munie d'un organe de réglage de sa section. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - ladite zone tourbillonnaire est déterminée par une arête de jonction formée par au moins un des éléments de carrosserie constitués par les montants de baie avant et/ou arrière, un pavillon et une lunette arrière, un panneau de coffre et chacune des parois latérales, - le conduit aéraulique converge vers l'ouverture de sortie, - le conduit aéraulique comporte des arêtes longitudinales à angle vif, - l'organe de réglage est formé par un clapet pivotant, - l'organe de réglage est formé par un clapet coulissant, et le clapet est déplaçable par un ensemble de commande piloté en fonction d'informations fournies par au moins un capteur de pression et/ou de vitesse et/ou de frottement implanté sur au moins un des éléments de la carrosserie du véhicule automobile et/ou par un calculateur de fonctionnement des différents paramètres du véhicule automobile. L'invention a également pour objet un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de réduction des efforts 5 aérodynamiques tel que précédemment mentionné. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig. 1 est une vue schématique en perspective de l'arrière 10 d'un véhicule automobile équipé d'au moins un dispositif aérodynamique, conforme à l'invention, - la Fig. 2 est une vue schématique à plus grande échelle d'un exemple d'implantation d'un dispositif aérodynamique sur le pavillon d'un véhicule automobile, - les Figs. 3A à 3C sont des vues schématiques d'un premier mode de réalisation d'un organe de réglage de la section de l'ouverture d'entrée d'air du dispositif aérodynamique, conforme à l'invention, et - les Figs. 4A A 4C sont des vues schématiques d'un second mode de réalisation d'un organe de réglage de la section de l'ouverture d'entrée 20 d'air du dispositif aérodynamique, conforme à l'invention. Les véhicules automobiles, lorsqu'ils roulent sont soumis à des efforts qui s'opposent à leur avancement et qui sont les frottements solides, les frottements aérodynamiques et, les forces aérodynamiques générées par les dépressions et par les décollements, les recirculations et les tourbillons longitudinaux de l'air. Les tourbillons longitudinaux sont générés notamment sur les montants de baies avant et arrière et les décollements sont générés, notamment au niveau du raccord entre le pavillon et la lunette arrière et au niveau du raccord entre les parois latérales et le panneau de coffre. Ces structures tourbillonnaires sont en interaction les unes avec les autres et c'est leur contribution globale qui est déterminante. Ainsi, si on considère l'écoulement, par exemple sur la lunette arrière, les tourbillons longitudinaux génèrent un mouvement de rotation qui ramène le fluide vers la lunette arrière et tend à retarder le décollement susceptible d'apparaître sur celle-ci. Le dispositif aérodynamique selon l'invention permet de jouer en particulier sur cet équilibre entre les tourbillons longitudinaux et le décollement en les perturbant. Ainsi, une carrosserie 2 d'un véhicule automobile, comme représentée à la Fig. 1, comporte des éléments de carrosserie qui déterminent des régions de basse pression où ces phénomènes sont particulièrement importants. Ces zones de la carrosserie 2 du véhicule sont par exemple les montants de baie avant 3 et arrière 4, le raccord transversal entre le pavillon 5 et la lunette arrière 6 et les raccords entre les parois latérales 7 et le panneau de coffre 8. Le dispositif aérodynamique selon l'invention permet de contrôler les décollements et les tourbillons longitudinaux et par là même la structure globale de l'écoulement de l'air, notamment à l'arrière de la carrosserie 2 du véhicule 1, en modifiant les conditions limites de l'écoulement de l'air dans ces zones et l'équilibre entre les tourbillons longitudinaux et le décollement en perturbant ces tourbillons longitudinaux ou en favorisant ou non ce décollement. Pour cela, l'une ou plusieurs ou l'ensemble de ces zones tourbillonnaires formées par les montants de baie avant 3 et arrière 4, le raccord transversal entre le pavillon 5 et la lunette arrière 6 et le raccord transversal entre les parois latérales 7 et le panneau de coffre 8 sont équipés d'au moins un dispositif de réduction des efforts aérodynamiques, conforme à l'invention. En se reportant maintenant à la Fig. 2, on va décrire un exemple d'implantation entre le pavillon 5 et la lunette arrière 6 d'un dispositif aérodynamique, conforme à l'invention. Le dispositif aérodynamique comprend au moins un conduit aéraulique désigné par la référence générale 10 qui s'étend sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal du véhicule. Le conduit aéraulique 10 est ménagé au-dessous de l'élément de carrosserie correspondant et, dans l'exemple de réalisation représenté à la Fig. 2, au dessous du pavillon 5. Ce 2890639 5 conduit aéraulique 10 comporte un orifice d'entrée 11 et un orifice de sortie 12 ménagés dans le pavillon 5. Le nombre et la taille des conduits aérauliques 10 sont variables selon les effets à obtenir. Selon un mode de réalisation préférentiel, le conduit aéraulique 10 converge vers son ouverture de sortie 12 et il comporte des arêtes longitudinales à angle vif, comme montrées à la Fig. 2, de façon à engendrer notamment des tourbillons de coin qui contribuent fortement à l'efficacité du dispositif en agissant sur la couche de mélange. La forme convergente du conduit aéraulique 10 entraîne une accélération du fluide dans le conduit aéraulique sans aucun apport d'énergie, ce qui augmente l'efficacité du dispositif. En fonction de l'implantation du conduit aéraulique sur un élément de carrosserie et en fonction de l'effet à obtenir, plusieurs paramètres du conduit aéraulique 10 peut varier. Ces paramètres sont par exemple la longueur globale (A, C), la longueur du conduit (B, C) et la profondeur du conduit 10 (C, H) qui peuvent varier (AC) de l cm à 20cm, (BC) de 5 cm à 15 cm et (C, H) de 0,2 cm à 5 cm. La forme des courbes AC et AH peut être plus ou moins convexe et la forme des profils et des courbes AC et AH peut être plus ou moins profilée. De préférence, l'ouverture d'entrée 11 est munie d'un organe 20 de réglage de la section de cette ouverture 11 de façon à régler le débit d'air circulant dans le conduit aéraulique 10 ou à empêcher l'air de pénétrer dans ce conduit aéraulique 10. Selon un premier mode de réalisation représenté sur les Figs. 3A à 3C, l'organe de réglage 20 est constitué par un clapet 21 monté pivotant sur un axe 22 et déplaçable par un ensemble de commande entre une position de libération totale de l'ouverture d'entrée 11 (Fig. 3A), une position de fermeture de cette ouverture 11 (Fig. 3B) et une position intermédiaire de libération partielle de l'ouverture d'entrée 11 (Fig. 3C). Dans ce cas, l'ensemble de commande comprend un moteur électrique 23 qui comporte un pignon de sortie, non représenté, engrenant avec un pignon intermédiaire 24 porté par un axe transversal 25. Le pignon intermédiaire 24 engrène avec un pignon 26 porté par l'axe de pivotement du clapet 21. Cet ensemble de commande permet donc de fermer, d'ouvrir totalement ou partiellement le conduit aéraulique 10 correspondant et ainsi de modifier le débit d'air circulant dans ce conduit aéraulique 10. L'utilisation d'un axe transversal 25 permet de pouvoir relier plusieurs clapets 21 de plusieurs conduits aérauliques 10 disposés les uns à côté des autres, comme montré à la Fig. 2 et ainsi de pouvoir les piloter à partir d'un seul moteur 23 afin de limiter les coûts d'implantation. Selon un second mode de réalisation représenté sur les Figs. 4A à 4C, l'organe de réglage 20 est formé par un clapet 31 coulissant sous l'action d'un élément de commande entre une position de libération totale de l'ouverture d'entrée 11 (Fig. 4A), une position de fermeture de cette ouverture d'entrée 11 (Fig. 4B) et une position de libération partielle de ladite ouverture d'entrée 11 (Fig. 4C) afin de modifier le débit d'air circulant dans le conduit aéraulique 10. Dans ce cas, la translation du clapet 31 est guidée par des rails 32 situés de chaque côté de l'ouverture d'entrée 11. L'ensemble de commande du déplacement du clapet 31 est formé par un moteur électrique 33 dont le pignon de sortie, non représenté, engrène avec un pignon intermédiaire 34 qui engrène avec une crémaillère 35 montée sur la face inférieure du clapet 31. Le pilotage du déplacement de l'organe de réglage 20 peut être fait en fonction d'informations fournies par au moins un capteur, non représenté, de pression et/ou de vitesse et/ou de frottement implanté sur au moins un des éléments de carrosserie du véhicule automobile et/ou par un calculateur de fonctionnement des différents paramètres du véhicule automobile. L'utilisation de petits conduits aérauliques individualisés les uns à côté des autres, plutôt qu'un système de fentes, permet de générer un ensemble de tourbillons de coins dont le nombre et la répartition dépendent de ceux des conduits aérauliques. Ainsi, l'efficacité du dispositif peut être renforcée par l'interaction mutuelle de ces tourbillons de coins. Par ailleurs, l'utilisation de conduits aérauliques permet de réduire la traînée et la portance du véhicule automobile en agissant sur la structure du sillage. La modification du nombre de ces conduits aérauliques ouverts, grâce à des systèmes simples, ainsi que leur débit en réponse à des informations recueillies permet également de s'adapter aux différents types d'écoulement que peut rencontrer un véhicule automobile, comme par exemple les différentes vitesses de conduite ou un vent latéral. Enfin, le dispositif aérodynamique selon l'invention est facilement intégrable dans les éléments de carrosserie du véhicule automobile et n'a aucun impact sur le style de ce véhicule. REVENDICATIONS 1. Dispositif de réduction des efforts aérodynamiques et plus particulièrement de la traînée et de la portance aérodynamiques d'un véhicule automobile comprenant une carrosserie (2) formée d'éléments de carrosserie (3, 4, 5, 6, 7, 8) créant entre eux des zones tourbillonnaires, caractérisé en ce qu'il comprend, au niveau d'au moins une desdites zones tourbillonnaires, au moins un conduit aéraulique (10) s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe longitudinal du véhicule et muni, à chacune de ses extrémités, respectivement d'une ouverture d'entrée (11) d'air et d'une ouverture de sortie (12) d'air ménagées dans l'élément de carrosserie (3, 4, 5, 6, 7, 8) correspondant, ladite ouverture d'entrée (11) étant munie d'un organe de réglage (20) de sa section. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite zone tourbillonnaire est déterminée par une arête de jonction formée par au moins un des éléments de carrosserie constitué par les montants de baie avant (3) et/ou arrière (4), un pavillon (5) et une lunette arrière (6), un panneau de coffre (8) et chacune des parois latérales (7). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit aéraulique (10) converge vers l'ouverture de sortie (12). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 20 caractérisé en ce que le conduit aéraulique (10) comporte des arêtes longitudinales à angle vif. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe de réglage (20) est formé par un clapet pivotant (21). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe de réglage (20) est formé par un clapet coulissant (31). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le clapet (21; 31) est déplaçable par un ensemble de commande piloté en fonction d'informations fournies par un capteur de pression et/ou de vitesse et/ou de frottements implanté sur au moins un des éléments de la carrosserie du véhicule automobile et/ou par un calculateur de fonctionnement des différents paramètres du véhicule automobile. 8. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif aérodynamique selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes.