Brevet FR2938814A1 — publié le 20100528

i La présente invention est notamment relative à un élément creux de carrosserie de véhicule automobile dont la capacité d'absorption d'énergie lors d'un impact est augmentée. Une volonté majeure exprimée aujourd'hui par les 5 constructeurs de véhicules automobiles est d'en augmenter au maximum l'habitabilité. Ainsi, ces constructeurs cherchent notamment à accroître, dans l'habitacle, la distance qui sépare deux portes en regard l'une de l'autre, pour des raisons d'ergonomie et de style. 10 Un moyen pour augmenter cette habitabilité est, bien entendu, de diminuer l'épaisseur des bandeaux de porte. Mais cela doit être mis en oeuvre sans toutefois atténuer leurs performances en termes de sécurité. On entend par l'expression "bandeau de porte", les longerons qui s'étendent parallèlement à l'axe longitudinal du véhicule et qui sont 15 intégrés dans l'épaisseur de la portière. Il s'agit d'éléments creux, le plus souvent constitués par l'assemblage de deux profilés, qui contribuent à absorber de façon non négligeable, une partie de l'énergie encaissée par la portière lors d'un impact résultant d'une collision. Dans un tel choc latéral, l'implication du bandeau de porte 20 dans l'absorption d'énergie est variable. Compte tendu des différents types de chocs, il peut être intéressant d'adapter la raideur de la structure afin d'optimiser ses capacités à absorber l'énergie du choc. Ainsi, dans le cas d'un choc latéral peu violent, il est utile que 25 le bandeau conserve sa forme initiale, tandis qu'en cas de choc plus violent, il est primordial que les capacités d'absorption d'énergie du bandeau soient augmentées, tout particulièrement en modifiant sa géométrie. L'état de la technique en la matière peut être illustré notamment par le document US-A-5,845,937. 30 Toutefois, la sollicitation d'un bandeau de porte intervient très tôt après la détection du choc latéral. En effet, le temps disponible pour la déformation de la structure en choc frontal est inférieur à 6 ms, et de l'ordre de 3 ms en cas de choc latéral. Classiquement, les générateurs de gaz sont utilisés pour gonfler et pressuriser un sac en tissu ou une quelconque enveloppe. C'est le gaz obtenu par combustion d'un propergol et/ou le gaz provenant d'une enceinte pressurisée qui est utilisé. Cette génération de gaz est malheureusement trop lente pour permettre de déformer la structure métallique dans un laps de temps compatible avec un choc latéral. Dans ces conditions, la solution décrite dans le document précité n'est pas convenable. De plus, pour répondre aux exigences de tenue dans le temps, les éléments structurels de véhicule, tels que les bandeaux de porte, doivent subir un traitement de cataphorèse. Cette exigence s'applique aussi bien à la structure qu'aux 15 éléments pyrotechniques qu'elle renferme. Or, une contrainte majeure de ce procédé de cataphorèse est sa température de mise en oeuvre, qui est de l'ordre de 190 à 200°C. Or, à ce jour, aucun propergol n'a une température critique d'explosion thermique (en anglais "cook-off") compatible. En effet, la plus haute température 20 connue à ce jour est de 185°C. La présente invention vise donc à résoudre ce problème en proposant un élément creux de carrosserie tel qu'un bandeau de porte de véhicule automobile qui, en cas de choc, puisse être très rapidement déformé pour absorber au moins une partie de l'énergie générée par ce 25 choc, tout en étant compatible avec les procédés traditionnels de traitement de ces structures, notamment de cataphorèse. Ainsi, la présente invention concerne en premier lieu un élément creux de carrosserie de véhicule automobile, à contour fermé et dont la paroi est étanche, caractérisé par le fait que son espace interne 30 renferme un mélange combustible de gaz ainsi que des moyens pour initier la combustion de ce mélange, de manière à générer dans ledit espace une élévation de température et de pression suffisante pour déformer au moins localement ladite paroi. Cet élément renferme donc un mélange de gaz qui, dès lors 35 qu'il est initié, s'enflamme et génère une température et une pression suffisantes pour déformer sa paroi. 3 Une telle structure est tout à fait compatible avec les objectifs de temps disponible indiqués plus haut et avec les températures de traitement, notamment de cataphorèse, auxquels elle doit être soumise. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives : - ledit mélange comprend au moins un gaz combustible et un gaz oxydant ; - ledit mélange comprend également au moins un gaz inerte ; - ledit gaz inerte est choisi dans le groupe constitué par l'argon, l'hélium et l'azote ; - ledit gaz combustible est de l'hydrogène ou un hydrocarbure gazeux ; - l'hydrocarbure gazeux est choisi dans le groupe constitué par le méthane, le propane et le butane ; - le gaz oxydant est de l'oxygène ; - au moins une région de la paroi dudit élément présente un profil sinueux, de sorte que sous l'effet de ladite élévation de température et de pression, au moins ladite région se déforme et le volume de son espace interne augmente ; - lesdits moyens pour initier la combustion de ce mélange consistent en un initiateur pyrotechnique ou en une résistance chauffante ; - ledit élément consiste en un bandeau de porte, un longeron, ou une enveloppe métallique pour système de retenue sous-abdominal, ou il est intégré dans un système de levée de capot. L'invention concerne également un véhicule automobile équipé d'au moins un élément conforme à l'une des caractéristiques précédentes. Ce véhicule comporte avantageusement des moyens de détection d'un impact aptes à déclencher le fonctionnement des moyens 30 d'initiation de la combustion. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation préférentiel. Cette description sera faite en référence aux dessins annexés 35 dans lesquels : - la figure 1 est une vue de face d'un élément creux de carrosserie constitué par un bandeau de porte ; - la figure 2 est une vue en coupe selon le plan II-II de la figure 1 de ce bandeau de porte ; - la figure 3 est une vue en coupe selon un axe longitudinal de la partie centrale de ce bandeau, destinée notamment à faire apparaître l'initiateur ainsi que le dispositif de remplissage de gaz qui l'équipe. La description qui suit est donnée en référence à un bandeau de porte. Toutefois, il est clair que la présente invention s'applique à tout élément creux de carrosserie, tel que défini plus haut. Le bandeau de porte représenté aux figures annexées a une structure généralement connue en soi. Ce bandeau 1 est constitué de deux plaques métalliques 10 et 11 soudées ensemble, formant une paroi 12. La plaque 10 est celle qui est destinée à être dirigée vers l'extérieur du véhicule équipé d'un tel bandeau. Les plaques 10 et 11, vues de face, ont une forme de rectangle allongé et sont soudées, de manière étanche, au niveau de leur périphérie. Les régions correspondantes de ces plaques sont référencées 101 et 111 à la figure 2. Ainsi que le montre plus particulièrement la figure 2, la plaque 10, dite "plaque avant", comporte une région centrale 10 longitudinale, à profil transversal sinueux. En l'occurrence, ce profil est constitué d'un dôme central 103 bordé, par deux régions 102 et 104 de forme globalement triangulaires. Ces régions 102 et 104 sont séparées du dôme 103 qu'elles encadrent par des creux référencés 105 et 106. Bien entendu, d'autres profils sinueux peuvent être envisagés. 30 On pourrait par exemple envisager des régions ondulées de forme identique. La plaque 11 ou "plaque arrière" comporte, quant à elle, une région centrale longitudinale 110 qui forme une cuvette par rapport à sa région périphérique 111. 35 La cuvette 110 présente une ouverture 112 dans laquelle est placé et connecté, de manière étanche, un dispositif d'allumage 2. Il est constitué d'un support 20 dans lequel est emmanché un initiateur pyrotechnique 21 dont les électrodes 210 le traversent et sont connectables à une source d'énergie électrique (non représentée) par l'extérieur du bandeau 1. L'initiateur 21 est de type généralement connu dans le domaine pyrotechnique. En d'autres termes, il renferme une matière pyrotechnique qui est apte à être initiée dès qu'une décharge électrique provoque l'échauffement d'un pont résistif qu'il contient également. Par ailleurs, comme le montre la figure 3, la cuvette 110 est également équipée d'un dispositif tel qu'une valve 3, qui permet d'introduire un gaz à l'intérieur de l'espace interne E du bandeau 1, et ceci de manière étanche. Cette valve 3 est du même type que celle qui équipe les 15 générateurs de gaz hybrides permettant de gonfler des coussins de sécurité appelés, dans le langage courant, "airbags". Selon l'invention, l'espace interne E renferme un mélange combustible de gaz, qui est introduit via la valve 3 et est destiné à être initié en vue de sa combustion, pour générer dans cet espace E une élévation de 20 température et de pression suffisante pour déformer au moins localement la paroi 12 du bandeau. En l'occurrence, c'est principalement la face avant 10 qui va se déformer dans le sens des flèches f, de sorte que le profil sinueux de cette face va être profondément atténué, notamment par déplacement vers 25 l'avant des creux 105 et 106 précités. La présente invention fait donc usage d'une source énergétique issue de la combustion d'un mélange tel que de l'hydrogène et de l'air. Des tests ont montrés que la combustion d'un tel mélange 30 permet la mise en pression rapide de la structure, en l'occurrence en une durée de l'ordre de 7 à 8 ms, par augmentation de son volume d'environ trois litres. Cette combustion provoque une rapide montée en température (de l'ordre de 4 000 à 4 500 K avec un mélange 35 hydrogène/oxygène pur). 5 10 6 La pressurisation résultante n'est pas maintenue dans le temps, et on constate une rapide décroissance après 12 ms. Ce sont ces propriétés particulières (rapidité de mise en pression et décroissance rapide) qu'il est possible d'exploiter pour déployer 5 le bandeau 1. On cherche donc à établir directement la combustion du mélange de gaz et non pas à générer un tel gaz au moyen d'un générateur. Dans un cas tel que celui présenté sur les figures, le déploiement de la structure nécessite un maximum de 350 mol.K. La masse 10 de gaz nécessaire pour atteindre ce but est par exemple constitué de 4,4 grammes d'un mélange constitué de 74 % d'argon, de 21 % d'O2 et de 5% d'hélium, ainsi que 2,4 grammes d'un mélange de 53 % d'argon, de 42 % de H2 et de 5 % d'hélium. Un mélange avec de l'azote est également envisageable et 15 autoriserait une mise en pression moins rapide. De même, un mélange de type gaz combustible/oxygène est envisageable. A titre indicatif, le gaz combustible peut être du méthane CH4, du propane C3H8 ou du butane C4H10. 20 Un tel mélange de gaz nécessite théoriquement 0,02 mJ pour être initié. Dans la mesure où ce mélange est confiné dans une enceinte fermée, l'allumage peut être très facilement provoqué, soit par un allumeur classique tel que l'initiateur 21, soit par une simple résistance, en 25 l'occurrence par le pont résistif de l'initiateur 21. En supposant que le volume mort initial de la structure non déployée, soit de 0,6 litres, la pression de stockage est de 0,93 MPa à la température ambiante, de 1,13 MPa à +85°C et de 1,57 MPa à 200°C. Cette dernière température est celle qui est constatée pendant 30 l'opération de cataphorèse, de sorte que le bandeau ne se déformera pas jusqu'à une pression de 1,57 MPa. Il est bien entendu nécessaire d'assurer une très grande herméticité des plaques 10 et 11 du bandeau pour garantir le fonctionnement du système sur une longue période, par exemple de 15 ans. 35 La planéité, le maintien et la soudure des deux plaques sont donc des paramètres à surveiller tout particulièrement. L'élément creux selon l'invention présente donc les avantages suivants : 1) une très grande simplicité du système : un simple allumeur ou une résistance électrique suffisent à l'allumage ; 2) un gain d'encombrement et une masse importante : l'épaisseur de la structure n'est pas définie par la taille du générateur ; 3) un passage à la cataphorèse possible, sous pression compatible avec le bandeau : pas de risque d'auto-inflammation à 200°C ; 4) une grande adaptabilité du système : ce principe de déformation pourrait être appliqué à toutes autres structures, tels que les longerons de véhicule, les enveloppes métalliques pour PRC (Pelvis Restrain Cushion), les systèmes de levée de capot pour protection piéton et, plus généralement, tout système structure hermétique ; 5) un temps de fonctionnement compatible avec le besoin de 15 déploiement d'un bandeau ; 6) une pressurisation homogène du bandeau, donc un déploiement rapide ; 7) pas d'effluents ou de particules émises lors de la combustion du mélange hydrogène/air. REVENDICATIONS1. Elément creux de carrosserie (1) de véhicule automobile, à contour fermé et dont la paroi (12) est étanche, caractérisé par le fait que son espace interne (E) renferme un mélange combustible de gaz ainsi que des moyens (21) pour initier la combustion de ce mélange, de manière à générer dans ledit espace (E) une élévation de température et de pression suffisante pour déformer au moins localement ladite paroi (12). 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit mélange comprend au moins un gaz combustible et un gaz oxydant. 3. Elément selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit mélange comprend également au moins un gaz inerte. 4. Elément selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit gaz inerte est choisi dans le groupe constitué par l'argon, l'hélium et l'azote. 5. Elément selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé 15 par le fait que ledit gaz combustible est de l'hydrogène ou un hydrocarbure gazeux. 6. Elément selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'hydrocarbure gazeux est choisi dans le groupe constitué par le méthane, le propane et le butane. 20 7. Elément selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que le gaz oxydant est de l'oxygène. 8. Elément selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'au moins une région (100) de sa paroi présente un profil sinueux, de sorte que sous l'effet de ladite élévation de température et 25 de pression, au moins ladite région (100) se déforme et le volume de son espace interne (E) augmente. 9. Elément selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits moyens (21) pour initier la combustion de ce mélange consistent en un initiateur pyrotechnique ou en une résistance 30 chauffante. 10. Elément selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il consiste en un bandeau de porte (1), un longeron, 59 ou une enveloppe métallique pour système de retenue sous-abdominal, ou qu'il est intégré dans un système de levée de capot. 11. Véhicule automobile équipé d'au moins un élément conforme à l'une des revendications précédentes. 12. Véhicule selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de détection d'un impact aptes à déclencher le fonctionnement des moyens d'initiation de la combustion.