Brevet FR3024397A1 — publié le 20160205

"Barre de torsion de suspension de véhicule automobile en matériau composite" DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne une barre de torsion de suspension de véhicule automobile en matériau composite. ARRIERE PLAN TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne plus particulièrement une barre de torsion du type mentionné ci-dessus utilisée par exemple comme traverse pour un essieu arrière dit "souple" de véhicule automobile. 15 La conception d'une telle barre de torsion en matériau composite et son utilisation dans le cadre d'un train arrière à traverse deformable sont connues notamment des documents FR-A-2.954.921 et FR-A-2.985.221. Selon une conception connue, toute la barre de torsion, ou 20 au moins une portion tubulaire axiale de celle-ci, est en matériau composite à matrice en matériau synthétique renforcé et cette portion tubulaire axiale comporte au moins une fente, ou ouverture, d'orientation axiale qui est délimitée angulairement par deux bords latéraux parallèles, qui sont par exemple des bords 25 rectilignes parallèles à l'axe général de la portion tubulaire, et qui sont espacés transversalement d'une largeur déterminée de la fente. Lorsque la fente, ou ouverture, ne s'étend pas axialement sur toute la longueur de la barre de torsion, au moins une de ses 30 deux extrémités axiales est borgne, non débouchante, et est délimitée par un bord d'extrémité d'orientation générale transversale qui relie entre elles les deux extrémités en vis-à-vis des deux bords latéraux rectilignes parallèles. Selon une conception connue, ce bord d'extrémité est un bord rectiligne d'orientation générale transversale constituant ainsi une fermeture globalement "à angles droits" de la fente axiale. On désigne dans le cadre de la présente invention comme matériau composite un matériau comprenant une matrice et un ou plusieurs renforts réalisés par exemple sous la forme d'inserts noyés dans la matrice et qui s'étendent axialement à l'intérieur de la matrice sur tout ou partie de la portion tubulaire en matériau composite. Les caractéristiques mécaniques et de fiabilité d'une barre de torsion en matériau composite dépendent notamment du choix du matériau de la matrice, éventuellement renforcée, ainsi que de la conformation et du choix des matériaux pour les inserts de renfort. Les inserts peuvent par exemple être réalisés en carbone, ou plus précisément en fibre de carbone, ou en fibre de verre. La matrice a pour fonction principale de transmettre les efforts mécaniques dans la barre de torsion et aux renforts ou inserts, et elle assure aussi la protection des renforts ou inserts vis-à-vis des conditions et paramètres environnementaux, tout en permettant en outre de conférer la forme voulue à la barre de torsion. Les principales matrices utilisées sont des matrices thermodurcissables ou des matrices thermoplastiques. La conformation connue mentionnée ci-dessus "à angles droits" du pourtour de l'extrémité borgne non débouchante de la fente axiale aboutit à des faiblesses mécaniques dans cette zone de découpe de la fente, notamment dans la cas de sollicitations de torsion, ou autres, qui provoquent des déformations qui produisent du cisaillement dans cette zone particulière, la contrainte dans le sens transversal s'avérant rédhibitoire pour la résistance de la barre de torsion. De manière connue, la fente axiale, ou ouverture, peut être réalisée par découpe dans une barre de torsion en matériau composite préalablement réalisée sous la forme d'un élément de profil tubulaire continu. L'invention vise à résoudre les problèmes mentionnés ci- dessus en proposant une forme particulière du pourtour du tronçon d'extrémité borgne non débouchante de la fente axiale de manière notamment à réduire les contraintes ou charges transversales dans cette zone. BREF RESUME DE L'INVENTION Dans ce but, l'invention propose une barre de torsion de suspension du type mentionné précédemment, caractérisée en ce que le bord transversal d'extrémité de la fente axiale comporte un tronçon incurvé de fond, d'orientation générale transversale, dont la concavité est orientée axialement vers l'intérieur de la fente. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - le tronçon incurvé de fond est délimité circonférentielle- ment par deux points alignés transversalement qui sont espacés transversalement d'une distance supérieure à ladite largeur déterminée de la fente ; - les deux points alignés transversalement sont espacés transversalement d'une distance comprise entre 1,2 fois et 1,5 fois la largeur déterminée de la fente ; - l'extrémité de chaque bord latéral de la fente est reliée à l'un desdits deux points alignés transversalement, respectivement, par un tronçon intermédiaire incurvé dont la convexité est orientée vers le tronçon intermédiaire opposé ; - le rayon de courbure de chaque tronçon intermédiaire est compris entre 2,5 fois et 5 fois la largeur déterminée de la fente ; - les deux bords latéraux parallèles sont deux bords rectilignes parallèles à l'axe de ladite portion tubulaire ; - la portion tubulaire de la barre de torsion est une portion cylindrique d'épaisseur sensiblement constante ; - la barre comporte une bande extérieure de renfort en matériau composite qui entoure angulairement au moins une partie axiale d'une paroi externe convexe de ladite portion tubulaire, en recouvrant au moins ledit bord d'extrémité de la fente ; - la barre comporte une bande intérieure de renfort en matériau composite qui entoure angulairement au moins une partie axiale d'une paroi interne concave de ladite portion tubulaire, en recouvrant au moins ledit bord d'extrémité de la fente ; - la portion tubulaire comporte au moins un insert de renfort d'orientation axiale et qui s'étend angulairement à l'intérieur de la matrice en matériau synthétique, et en ce que ladite fente est formée entièrement au sein dudit insert ; - la matrice est réalisée en matériau thermoplastique renforcé, et l'insert est réalisé en fibre de carbone ou en fibre de verre. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui 25 va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique en perspective illustrant une portion d'une barre de suspension de véhicule automobile en matériau composite comportant une fente axiale 30 conformée selon l'état de la technique ; - la figure 2 est une vue en perspective analogue à celle de la figure 1 illustrant une portion d'une barre de suspension en matériau composite comportant une fente axiale confirmée selon un exemple de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une représentation schématique à plus grande échelle du contour de la fente axiale et de son extrémité 5 borgne non débouchante réalisée selon les enseignements de l'invention ; - la figure 4 est une vue en perspective d'une partie d'extrémité d'une barre de torsion selon l'invention comportant de plus une bande extérieure de renfort au droit de l'extrémité 10 borgne non débouchante de la fente axiale ; - la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 4 illustrant, par transparence, l'agencement d'une bande interne de renfort agencée au droit de l'extrémité borgne non débouchante de la fente axiale. 15 DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront 20 désignés par des mêmes références. Dans la suite de la description, on adoptera de manière non limitative des orientations axiale, verticale et transversale indiquées par le trièdre "L,V,T" des figures et sans référence à la gravité terrestre. On définit aussi un plan horizontal qui s'étend 25 axialement et transversalement. On a représenté à la figure 1 une portion axiale d'extrémité d'une barre de torsion tubulaire 10 en matériau composite qui est délimitée radialement par une paroi périphérique externe convexe 12 et par une paroi périphérique interne concave 14. 30 La barre de torsion de suspension est ici une barre à parois 12 et 14 parallèles cylindriques à génératrices circulaires. De manière connue, la barre de torsion 10 comporte une ouverture réalisée sous la forme d'une fente d'orientation axiale parallèle à l'axe général A de la barre de torsion 10. La fente axiale 16 traverse ici la barre de torsion 10 dans toute son épaisseur et elle est délimitée angulairement par deux bords latéraux rectilignes parallèles et opposés B1 et B2. La fente 16 ne s'étend pas sur toute la longueur de la partie tubulaire de la barre de torsion composite et elle s'arrête à distance axiale du bord d'extrémité libre 11 de la barre de torsion 10. La fente 16 comporte ainsi une extrémité axiale borgne non débouchante qui est délimitée par un bord d'extrémité BE d'orientation générale transversale qui, dans la conception selon l'état de la technique représentée à la figure 1, est un bord rectiligne. On décrira maintenant la conception selon l'invention illustré notamment aux figures 2 et 3. La fente 16 présente une symétrie générale de conception par rapport à un plan vertical médian passant par l'axe A illustré notamment à la figure 3. Comme on peut le voir notamment à la figure 3, chaque bord latéral rectiligne B1, B2 se termine par une extrémité axiale E1, E2 respectivement, les deux extrémités El et E2 étant sensiblement alignées transversalement. Les deux bords rectilignes B1 et B2 sont espacés transversalement d'une distance transversale L qui est aussi la distance séparant transversalement les deux extrémités El et E2. Conformément aux enseignements de l'invention, le bord transversal d'extrémité BE de la fente 16 est de conformation 30 générale incurvée sous la forme d'un tronçon incurvé de fond de fente d'orientation générale transversale. Dans l'exemple représenté aux figures 2 et 3, le tronçon BE est un arc de cercle, ou de tout autre contour incurvé sans point d'inflexion. Le tronçon incurvé BE est délimité circonférentiellement par deux points P1 et P2 qui sont alignés transversalement. La concavité du tronçon incurvé BE est orientée vers l'intérieur de la fente axiale 16 en direction du bord 11. La distance D séparant transversalement les deux points P1 et P2 est supérieure à la largeur transversale L de la fente 16 séparant les deux bords latéraux B1 et B2. Pour raccorder le tronçon incurvé d'extrémité ou de fond BE aux deux extrémités El et E2 des bords latéraux B1 et B2, le bord transversal d'extrémité comporte deux tronçons intermédiaires opposés TI1 et TI2. Le premier tronçon intermédiaire TI1 s'étend axialement entre l'extrémité El et le premier point Pl, tandis que le deuxième tronçon intermédiaire TI2 s'étend axialement entre la deuxième extrémité E2 et le deuxième point P2. Chaque tronçon intermédiaire TI1, TI2 présente un profil incurvé dont la convexité est tournée vers le tronçon intermédiaire opposé TI2, TI1 respectivement. Ainsi, le contour ou pourtour de la fente axiale 16 ne présente que des points d'inflexions El, puis Pl, puis P2, puis E2 entre les différentes parties ou tronçons du pourtour, sans aucun angle vif ou angle droit. A titre d'exemple non limitatif, les dimensions sont telles que la distance transversale D séparant les deux points P1 et P2 est comprise entre 1, 2 et 1,5 fois la larguer L, tandis que le rayon de courbure R1, respectivement R2, des tronçons intermédiaires TI1 et T12 est compris entre 2,5 et 5 fois la largeur transversale L de la fente 16. La barre tubulaire de torsion 10 est ici une barre d'épaisseur sensiblement constante. Grâce à la conception selon l'invention du pourtour ou contour de l'extrémité borgne non débouchante de la fente axiale 16, il est possible de réaliser un gain d'au moins 50% pour l'absorption des contraintes et charges transversales dans cette zone de la barre de torsion en matériau composite 10. Afin de renforcer encore cette zone, et comme cela est illustré aux figures 4 et 5, il est possible de prévoir une bande de renfort externe et/ou une bande de renfort interne. La bande de renfort externe 20 représentée à la figure 4 est une bande elle aussi en matériau composite, par exemple constituée de fibres unidirectionnelles orientées selon la direction transversale T de la barre de torsion 10 avec une matrice d'enrobage de ces fibres qui est par exemple une matrice en résine thermoplastique. La bande est enroulée circonférentiellement autour de la paroi périphérique externe convexe 12 de la barre de torsion 10 et elle recouvre au moins la partie d'extrémité borgne non débouchante de la fente axiale 16. Une telle bande extérieure de renfort permet encore un gain compris entre 5 et 10% pour l'absorption des charges et contraintes dans cette zone. De la même manière, comme cela est illustré par transparence à la figure 5, il est possible de prévoir une bande interne de renfort 22 de même composition qui est posée le long de la paroi interne concave 14 de la barre de torsion 10 en recouvrant ici encore la zone d'extrémité borgne non débouchante de la fente axiale 16. L'agencement d'une telle bande de renfort interne permet un gain supplémentaire compris entre 40 et 50% pour l'absorption des charges et contraintes transversales dans cette zone. A titre d'exemple, la découpe de la fente axiale, et notamment de son tronçon d'extrémité borgne non débouchante selon l'invention, est réalisée directement dans une barre de torsion en une seule pièce par exemple par une opération finale de découpe au jet d'eau. Si, de manière connue, la barre de torsion comporte des inserts axiaux ou longitudinaux de renfort noyés dans la matrice, la fente axiale est, de préférence, découpée au sein d'un tel insert ou renfort. L'ensemble des autres paramètres dimensionnels et de positionnement angulaire et axial de la fente ou ouverture 16 dépendent de son utilisation, notamment afin de maîtriser la raideur en torsion de la barre de torsion et la position du centre instantané de torsion d'une telle barre de torsion 10. Afin de réduire, voire de supprimer, une éventuelle dégradation par absorption d'humidité au cours du temps par la matrice constitutive de la barre de torsion, cette dernière peut être recouverte d'un enduit protecteur étanche, un tel enduit ou revêtement pouvant aussi être directement intégré dans la matrice lors de la phase de réalisation de la traverse. De manière connue, la traverse est par exemple réalisée selon la technique de pultrusion qui permet de produire aisément une barre de torsion à géométrie constante avec des cadences de production suffisantes pour la production en grande série dans la construction automobile. REVENDICATIONS1. Barre de torsion (10) de suspension de véhicule automobile en matériau composite à matrice en matériau synthétique renforcée, comportant au moins une portion tubulaire axiale qui comporte au moins une fente (16) d'orientation axiale qui est délimitée angulairement par deux bords latéraux parallèles (B1, B2) qui sont espacés transversalement d'une largeur (L) déterminée, et dont une extrémité borgne non débouchante est délimitée par un bord d'extrémité (BE), d'orientation générale transversale, qui relie entre elles les deux extrémités (El, E2) en vis-à-vis des deux bords latéraux (B1, B2), caractérisée en ce que le bord transversal d'extrémité (BE) de la fente (16) comporte un tronçon incurvé de fond (BE), d'orientation générale transversale, dont la concavité est orientée axialement vers l'intérieur de la fente (16). 2. Barre de torsion selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit tronçon incurvé de fond (BE) est délimité circonférentiellement par deux points (P1, P2) alignés transversalement qui sont espacés transversalement d'une distance (D) supérieure à ladite largeur déterminée (L) de la fente. 3. Barre de torsion selon la revendication 2, caractérisée en ce lesdits deux points alignés transversalement (P1, P2) sont espacés transversalement d'une distance (D) comprise entre 1,2 fois et 1,5 fois la largeur déterminée (L) de la fente (16). 4. Barre de torsion selon l'une des deux revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que l'extrémité (E1, E2) de chaque bord latéral (B1, B2) de la fente (16) est reliée à l'un desdits deux points alignés transversalement (P1, P2), respectivement, par un tronçon intermédiaire incurvé (T11, TI2) dont la convexité est orientée vers le tronçon intermédiaire opposé (TI2, TI1). 5. Barre de torsion selon la revendication 4, caractérisée en ce que le rayon de courbure (R1, R2) de chaque tronçonintermédiaire (T11, T12) est compris entre 2,5 fois et 5 fois la largeur déterminée (L) de la fente (16). 6. Barre de torsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les deux bords latéraux parallèles (B1, B2) sont deux bords rectilignes parallèles à l'axe de ladite portion tubulaire. 7. Barre de torsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite portion tubulaire de la barre de torsion (10) est une portion cylindrique d'épaisseur sensiblement constante. 8. Barre de torsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une bande extérieure (20) de renfort en matériau composite qui entoure angulairement au moins une partie axiale d'une paroi externe convexe (12) de ladite portion tubulaire, en recouvrant au moins ledit bord d'extrémité (BE) de la fente (16). 9. Barre de torsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une bande intérieure (22) de renfort en matériau composite qui entoure angulairement au moins une partie axiale d'une paroi interne concave (14) de ladite portion tubulaire, en recouvrant au moins ledit bord d'extrémité (BE) de la fente (16). 10. Barre de torsion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce ladite portion tubulaire comporte au moins un insert de renfort d'orientation axiale et qui s'étend angulairement à l'intérieur de la matrice en matériau synthétique, et en ce que ladite fente (16) est formée entièrement au sein dudit insert. 11. Barre de torsion selon la revendication 10, caractérisée en ce que ladite matrice est réalisée en matériau thermoplastique renforcé, et en ce que ledit insert est réalisé en fibre de carbone, ou en fibre de verre.