Brevet FR2979608A1 — publié le 20130308

"DISPOSITIF DE RENFORT LATERAL A COUCHES DE RENFORT POUR UN MONTANT A MI LONGUEUR D'UN COTE DE CAISSE DE VEHICULE AUTOMOBILE" La présente invention est relative à un dispositif de renfort latéral à couches de renfort pour un montant à mi longueur d'un côté de caisse de véhicule. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de renfort latéral à couches de renfort pour un montant qui s'étend sensiblement à mi longueur d'un côté de caisse de véhicule automobile entre une armature longitudinale supérieure et une armature longitudinale inférieure de ce côté de caisse et qui est susceptible de se déformer transversalement par flexion suite à un choc latéral du véhicule. Ce genre de dispositif est connu du document US6296299 dans lequel les couches de renfort sont dans un corps creux. Leur mise en oeuvre dans la caisse est relativement complexe et leur disposition fait l'objet d'un choix d'implantation complexe pour l'efficacité du renforcement de la caisse. Le document US2011/0133515 décrit une structure de véhicule à montant renforcé par des pièces de renforcement charnière. Chaque pièce constitue une couche de renfort localisé à hauteur déterminée sur le montant. Ce type de solution peut induire une augmentation significative de la masse du montant. La présente invention a notamment pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de renfort latéral à couches de renfort pour un montant qui s'étend sensiblement à mi longueur d'un côté de caisse de véhicule automobile entre une armature longitudinale supérieure et une armature longitudinale inférieure de ce côté de caisse et qui est susceptible de se déformer transversalement par flexion suite à un choc latéral du véhicule. Ce dispositif comporte un panneau structurel conformé pour être relié par ses extrémités auxdites armatures et recouvert au moins en partie par un empilement desdites couches de renfort qui sont superposées en nombre différent à différents tronçons verticaux sur la hauteur du panneau structurel de manière que les tronçons soient déformables de manière différenciée en rendant variable la résistance à la déformation en flexion du dispositif sur sa hauteur.. Dans divers modes de réalisation du dispositif selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : une zone de flexion est présente à chacune de 15 des extrémités du dispositif ; un nombre maximal de couches de renfort est présent à une zone au trois quarts supérieur de la hauteur du panneau structurel, cette zone étant prévue pour correspondre à la hauteur du thorax, des épaules et 20 de la tête d'un occupant d'un siège adjacent au montant du véhicule ; les couches de renfort sont empilées en nombre croissant du bas vers le haut du panneau structurel ; la zone de flexion à l'extrémité supérieure du 25 dispositif est constituée par une échancrure localisée en hauteur sur le tronçon à nombre maximal d'empilement de couches de renfort ; chaque couche de renfort comporte une dent d'étagement progressif de l'empilement des couches de 30 renfort ; chaque couche de renfort comporte une matrice en métal et une strate de renfort ; chaque matrice métallique pouvant alors comporter deux feuilles qui prennent en sandwich la 35 strate de renfort ; la strate est à base de fibres et chaque matrice métallique est à base d'aluminium ou de magnésium ; chaque couche de renfort est en forme venue d'emboutissage. Par ailleurs, l'invention a également pour objet un véhicule automobile comportant un montant qui s'étend 5 sensiblement à mi longueur d'un côté de caisse de véhicule automobile entre une armature longitudinale supérieure et une armature longitudinale inférieure de ce côté de caisse et qui est susceptible de se déformer transversalement par flexion suite à un choc latéral du 10 véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif conforme à l'invention dont le panneau structurel est relié par ses extrémités à l'armature longitudinale supérieure et à l'armature longitudinale inférieure. 15 D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif ainsi que l'une de ses variantes, en regard des dessins joints. 20 Sur les dessins : la figure 1 est une vue schématique montrant un dispositif de renfort latéral selon l'invention et son implantation relativement à un côté de caisse de véhicule ; 25 la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale montrant le dispositif de renfort latéral selon l'invention tel que déformé lors d'un choc latéral et son implantation dans le véhicule non déformé ; la figure 3 représente un diagramme d'inertie en 30 flexion transversale du dispositif de renfort latéral selon l'invention en fonction de la hauteur, en correspondance d'une section de principe d'empilement dans ledit dispositif ; la figure 4 est une vue schématique en 35 perspective montrant un panneau structurel du dispositif selon l'invention ; la figure 5 est une vue schématique en perspective montrant l'empilement des couches de renfort pour le dispositif selon l'invention ; la figure 6 est une vue en section de principe 5 d'une partie de couche de renfort du dispositif selon l'invention, suivant la ligne VI-VI de la figure 5 ; la figure 7 est une vue schématique en perspective montrant l'empilement des couches de renfort pour une variante du dispositif de la figure 5. 10 Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. Dans la description qui va suivre, la direction désignée comme longitudinale correspond à l'axe d'avancement d'un véhicule qui sert ici de référentiel. 15 En se reportant aux figures, la référence 10 désigne une caisse de véhicule selon l'invention, comprenant vers l'extérieur du véhicule un côté de caisse 12 constitué par un panneau de tôle, par exemple en tôle d'acier découpée et embouti à la presse. 20 Le côté de caisse 12 est conformé pour déterminer un encadrement de porte avant 12A et un encadrement de porte arrière 12R dont le haut et le bas sont formés respectivement par une armature longitudinale supérieure 12S et une armature longitudinale inférieure 121. 25 Sensiblement à moitié de sa longueur, le côté de caisse 12 de véhicule automobile comporte un montant 16 qui s'étend sensiblement verticalement entre l'armature longitudinale supérieure 12S et l'armature longitudinale inférieure 121. Ce montant 16 du côté de caisse 12 est 30 destiné à être caché par les portes du véhicule et fait partie d'une structure de pied milieu 18 (figure 2) de la caisse. Pour être suffisamment résistant, en particulier lors d'un choc latéral au véhicule, le pied milieu 18 35 comprend un dispositif de renfort latéral 20 qui est disposé vers l'intérieur du véhicule par rapport au montant 16 et dont le contour est schématisé en traits pointillés à la figure 1. En effet, actuellement, la prise en compte du choc latéral en Europe impose de concevoir le véhicule pour répondre à la configuration de choc latéral appliqué par une barrière déformable qui vient heurter latéralement le véhicule et qui est représentative de la surface et de la raideur de la face avant d'un véhicule moyen du parc européen. Pour satisfaire à un tel choc latéral, il faut concevoir le pied milieu 18 du véhicule de telle sorte qu'il présente un « comportement à déformation programmé ». Le principe est représenté par la ligne de déformation 30 sur le diagramme de la figure 3 qui illustre l'inertie suivant la hauteur sur la caisse du véhicule. Le pied central peut être assimilé à une poutre sollicitée en flexion. Sur cette poutre, il faut réduire les flèches d'intrusions dans la zone face à un occupant 22 de siège 24 du véhicule (figure 2), au niveau du bassin mais surtout face aux thorax et à la tête qui sont les segments corporels les plus fragiles du corps humain. Pour obtenir ce résultat, le pied central est dimensionné pour présenter en début de choc deux rotules 30A par déformation à rotation à ses extrémités, représentées schématiquement sur la ligne de déformation 30 à la figure 3. L'une des rotules 30A est située en bas de pied sous le bassin de l'occupant 22 et l'autre est en haut de pied au dessus de la tête de l'occupant. Ces rotules absorbent de l'énergie et concentrent les déformations dans des secteurs éloignés de l'occupant et elles permettent alors de décharger toute la partie du pied destinée à être en regard de l'occupant du siège adjacent. Pour obtenir ce comportement en déformation fonctionnement de pied milieu 18, le besoin en inertie de flexion du pied milieu est alors très variable selon sa cote verticale Z considérée, comme schématisé par la ligne 30 à la figure 3. Il faut éviter que le pied milieu soit trop raide au niveau des zones à rotules programmées car plus il sera raide dans ces zones, plus les rotules 5 seront tardives à se former et pendant ce temps, plus le pied milieu devra résister ailleurs, dans les zones en regard de l'occupant. Dans ces dernières zones le dimensionnement est également difficile pour gérer l'inertie et la masse qui va croissante avec la quantité 10 de matière nécessaire pour réaliser les parois du pied milieu. Le dispositif de renfort latéral 30 permet d'ajuster l'inertie du pied milieu en utilisant un empilage de couches successives. Le nombre de couches 15 empilées est variable selon la cote Z considérée, en fonction de la situation de ces couches relativement aux membres de l'occupant destiné à être assis sur le siège 24 adjacent au pied milieu 18. Le principe de réalisation du dispositif de renfort 20 latéral 20 à empilage variable suivant différents emplacements en hauteur du pied milieu est représenté à gauche de la figure 3. Différentes cotes de hauteur, notées Z1 à Z5 à la figure 3, correspondent à une zone inférieure de chaque couche de l'empilage. Ces cotes Z1 à 25 Z5 sont reportées à la figure 2. Dans le dispositif de renfort latéral 20, une couche de base 34 s'étend sensiblement sur toute la hauteur du pied milieu 18 pour en constituer une doublure associée au montant 16 appartenant à la tôle externe de 30 côté de caisse 12. Des couches de renfort recouvrent au moins partiellement la couche de base. Dans le mode de réalisation représenté, la couche de base 34 est constituée par un panneau structurel de doublure en tôle d'acier, réalisée par découpe et 35 emboutissage. Cette couche de base 34 est illustrée à la figure 4 et elle présente un contour élancé à deux élargissement progressifs à ses extrémités en haut et en bas. A sa face interne 34A, la couche de base 34 est recouverte sensiblement intégralement par une première 5 couche de renfort 41 dont le contour en vue de face est élancé et élargi progressivement vers le haut, sensiblement comme la couche de base 34. La première couche de renfort 41 a sa partie basse 41A qui est moins large que sa partie haute, pour former une dent de 10 créneau sensiblement à son milieu. La première couche de renfort 41 est recouverte partiellement, ici sur sensiblement les trois quarts de sa partie supérieure, par une deuxième couche de renfort 42 également à forme élancée et élargie progressivement à 15 son extrémité supérieure, sensiblement comme ladite première couche 41. La deuxième couche de renfort 42 présente également son extrémité inférieure qui constitue une dent inférieure 42A, sensiblement à son milieu. La dent 42A de la deuxième couche est moins large que la 20 dent 41A de la première couche. La deuxième couche de renfort 42 est recouverte partiellement, ici sur sensiblement les deux tiers de sa partie supérieure, par une troisième couche de renfort 43 également à forme élancée et élargie progressivement à 25 son extrémité supérieure, sensiblement comme les couches précédentes. La troisième couche de renfort 43 a également son extrémité inférieure qui constitue une dent inférieure 43A, sensiblement de même largeur que la dent 42A de la deuxième couche. 30 La troisième couche de renfort 43 est recouverte partiellement, ici sensiblement sur sa moitié supérieure, par une quatrième couche de renfort 44 également élargie progressivement à son extrémité supérieure, sensiblement comme les couches précédentes. La quatrième couche de 35 renfort 44 a également son extrémité inférieure qui constitue une dent inférieure 44A, légèrement moins large que la dent 43A de la troisième couche. Les dents 41A, 42A, 43A et 44A ont sensiblement la même hauteur et renforcent le milieu du dispositif de renfort latéral 20. Chaque dent permet un étagement progressif de l'empilement des couches de renfort. Ainsi, les ruptures d'épaisseurs à chaque limite inférieure de chevauchement des couches de renfort n'impliquent pas de changement brusque d'inertie dans le pied milieu. Toutes les couches de renfort 41, 42, 43, 44 présentent, au milieu de extrémité supérieure élargie, 10 une échancrure 47 d'assouplissement. Dans le mode de réalisation décrit précédemment, quatre couches empilées sont présentes à la partie la plus épaisse et ayant l'inertie maximale du dispositif de renfort latéral 20, compte tenu de la disposition des 15 couches de renfort 41, 42, 43, 44. Les variations d'inertie correspondant à ces quatre épaisseurs sont symbolisées par la courbe 31 à droite de la figure 3, des marches à liaison inclinée correspondant aux diverses épaisseurs résultant des empilements. Les liaisons 20 inclinées résultent de la présence des dents 41A, 42A, 43A et 44A. Les échancrures 47 de chacune des couches à leur extrémité supérieure induisent une inclinaison de la courbe d'inertie 31 à son extrémité correspondant au haut du pied milieu. 25 Chaque couche de renfort 41, 42, 43, 44 est constituée d'une matrice en métal et d'une strate de renfort 46. Chaque matrice de métal comporte deux feuilles 48 qui prennent en sandwich la strate de renfort 46. Les feuilles 48 de la matrice sont en métal léger tel 30 que l'aluminium et ses alliages ou le magnésium par exemple. L'épaisseur de chaque feuille est par exemple la moitié d'un millimètre. La couche de renfort 46 peut être de deux types : soit des particules ou des fibres courtes céramiques ou 35 en carbone, soit des fibres longues céramiques ou en carbone ou métalliques. Dans le cas des particules ou des fibres courtes : les propriétés mécaniques, obtenues pour l'ensemble, sont alors légèrement supérieures à celle du métal formant la matrice. Les procédés traditionnels de mise en forme des métaux peuvent être employés. Dans le cas des fibres longues : les propriétés sont alors bien supérieures à celle de la matrice à feuilles de métal, mais les procédés de mise en forme sont plus coûteux. Il faut par exemple infiltrer du métal fondu autour d'un tissu de fibre. L'avantage de ce type de composite est que la matrice étant métallique, ses caractéristiques mécaniques intrinsèques sont bonnes. Il est donc possible de s'appuyer sur le comportement matriciel et de ne renforcer que certaines zones, ou encore de se contenter de renforts unidirectionnels. Concernant la mise en forme, chaque couche de renfort 41, 42, 43, 44 à strate 46 interposée entre deux feuilles 48 sera emboutie comme s'il s'agissait d'une simple plaque d'aluminium d'épaisseur de l'ordre du millimètre. Chaque couche de renfort 41, 42, 43, 44 peut être réalisée dans un composite multicouches d'aluminium et de carbone tel qu'utilisé couramment pour les structures 25 d'avions pour leur fuselage. Avantageusement, dans le dispositif de renfort latéral 20, pour ajuster l'inertie du pied milieu 18, il est fait recours à un empilage de couches successives, variables selon la cote Z considérée sur la hauteur du 30 pied milieu. L'inertie est plus importante, par paliers atténués par les dents, suivant le nombre de couches de renfort 41, 42, 43, 44 superposées à la couche de base 34 à une hauteur déterminée. Avantageusement, le dispositif de renfort latéral 35 20 selon l'invention permet de disposer : de zones locales à rotule 30A programmée en haut et en bas de pied milieu 18, ces zones ayant une faible inertie pour favoriser l'activation des rotules en déformation et absorption d'énergie ; de zones à inertie déterminée en regard de divers segments corporels de l'occupant 22, la résistance 5 du pied milieu étant croissante du segment bas au segment haut du corps de l'occupant 22. Ainsi, l'inertie du pied milieu au niveau du bassin est inférieure à l'inertie du pied milieu au niveau de l'abdomen qui est inférieure à l'inertie du pied milieu 10 au niveau du thorax, cette dernière inertie étant elle-même inférieur à l'inertie du pied milieu au niveau de la tête. Avantageusement, le dispositif de renfort latéral 20 selon l'invention permet d'optimiser la résistance et 15 la structure du pied milieu 18 suivant deux thèmes : l'inertie de tenue en flexion ajustée très localement par superposition de couches ; l'utilisation de matériaux légers mais néanmoins résistants au choc, à savoir un matériau composite en 20 multicouches à matrice métallique. En effet, ce type de matériau, de type couramment utilisé dans les structures aéronautiques, concilie les qualités des métaux, à savoir leur comportement ductile et leur moindre risque de rupture que les autres classes 25 de composites, avec la légèreté propre à l'ensemble des matériaux composites. Avantageusement, par rapport à un pied milieu tout en tôles d'acier, le gain de masse est estimé à un kilogramme par pied central, soit deux kilogrammes pour 30 le véhicule. Dans un mode particulier de réalisation en variante d'exécution du dispositif de renfort latéral 20, les couches de renfort sont au nombre de cinq, comme représenté à la figure 7. Une cinquième couche de renfort 35 45 est ajoutée entre la troisième couche de renfort 43 et la quatrième couche de renfort 44, suivant une géométrie et un contour du même type avec dent inférieure 45A. REVENDICATIONS1. Dispositif de renfort latéral (20) à couches de renfort pour un montant (16) qui s'étend sensiblement à mi longueur d'un côté de caisse (12) de véhicule automobile entre une armature longitudinale supérieure (12S) et une armature longitudinale inférieure (121) de ce côté de caisse et qui est susceptible de se déformer transversalement par flexion suite à un choc latéral du véhicule, caractérisé en ce que le dispositif (20) comporte un panneau structurel (34) conformé pour être relié par ses extrémités auxdites armatures (12S, 121) et recouvert au moins en partie par un empilement desdites couches de renfort (41, 42, 43, 44) qui sont superposées en nombre différent à différents tronçons verticaux sur la hauteur du panneau structurel (34) de manière que les tronçons soient déformables de manière différenciée en rendant variable la résistance à la déformation en flexion du dispositif (20) sur sa hauteur. 2. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il présente une zone de flexion (30A) à chacune de ses extrémités et un nombre maximal de couches de renfort (41, 42, 43, 44) à une zone au trois quarts supérieur de la hauteur du panneau structurel (34), cette zone étant prévue pour correspondre à la hauteur du thorax, des épaules et de la tête d'un occupant d'un siège adjacent au montant du véhicule. 3. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les couches de renfort (41, 42, 43, 30 44) sont empilées en nombre croissant du bas vers le haut du panneau structurel (34). 4. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la zone de flexion (30A) à l'extrémité supérieure du dispositif est constituée par 35 une échancrure (47) localisée en hauteur sur le tronçon à nombre maximal d'empilement de couches de renfort (41, 42, 43, 44). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque couche de renfort (41, 42, 43, 44) comporte une dent (41A, 42A, 43A, 44A) d'étagement progressif de l'empilement des couches de renfort. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque couche de renfort (41, 42, 43, 44) comporte une matrice en métal et une strate de renfort (46). 7. Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque matrice métallique comporte deux feuilles (48) qui prennent en sandwich la strate de renfort (46). 8. Dispositif selon la revendication précédente, 15 caractérisé en ce que la strate (46) est à base de fibres et chaque matrice métallique (48) est à base d'aluminium ou de magnésium. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque 20 couche de renfort (41, 42, 43, 44) est en forme venue d'emboutissage. 10. Véhicule automobile comportant un montant (16) qui s'étend sensiblement à mi longueur d'un côté de caisse (12) de véhicule automobile entre une armature 25 longitudinale supérieure (12S) et une armature longitudinale inférieure (121) de ce côté de caisse et qui est susceptible de se déformer transversalement par flexion suite à un choc latéral du véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (20) conforme à l'une 30 quelconque des revendications précédentes dont le panneau structurel (34) est relié par ses extrémités à l'armature longitudinale supérieure (12S) et à l'armature longitudinale inférieure.