Brevet FR3059957A1 — publié le 20180615

La présente invention concerne une structure de face avant de véhicule automobile. Classiquement, la structure d'un véhicule automobile consiste en trois parties essentielles : - le châssis, structure de base rigide, sur lequel le principaux constituants du véhicule sont fixés, comme le moteur ou la caisse ; - la caisse, structure en tôle, fixée sur le châssis et sur laquelle viennent se fixés les éléments de la carrosserie, et - la carrosserie. Un module de face avant, ou autrement dit une structure de face avant, de véhicule est un élément de structure susceptible d'intégrer divers équipements du véhicule tels que des projecteurs, feux clignotants, avertisseur sonore, échangeur thermique, groupe moto-ventilateur ou module de refroidissement complet. Le module de face avant, ainsi pourvue de ses équipements, constitue un module unitaire préparé et livré par l'équipementier pour être monté sur le véhicule par le constructeur. Un tel module de face avant peut ainsi être réalisée de manière modulaire et fixée par la suite à la caisse, notamment sur des longerons de la caisse. La caisse d'un véhicule automobile (ou « caisse en blanc », CEB, de l'anglais « body in white » ou BIW, ci-après « la caisse ») est l'ensemble des tôles, sans les ouvrants et le pont, constituant la structure du véhicule automobile, après assemblage, avant que les composants tels que le châssis et le moteur, ou les équipements tels que les vitrages, les sièges, les garnitures et l'électricité, n'aient été montés. La figure 1 illustre un exemple de structure de face avant 10 de véhicule automobile, décrit dans la demande internationale WO 03/029068 au nom de la 25 demanderesse. Sur la figure 1, la structure de face avant 10 comprend un pare-chocs 12, afin d'éviter ou de limiter les dégâts d'un choc à basse vitesse sur le véhicule. Il s'agit à la fois de protéger le véhicule et d'absorber le maximum d'énergie lors d'un choc, via la déformation d'un matériau par exemple, ces déformations pouvant être élastiques ou 30 plastiques. 3059957 2 La structure de face avant 10 comporte également un pare-chocs piéton 14, disposé verticalement au-dessous du pare-chocs 12. Un tel pare-chocs piéton vise à protéger un piéton en cas de choc avant avec celui-ci. Enfin, la structure de face avant 10 inclut un élément de renfort transversal haut 5 16 (ou « traverse supérieure »). Cet élément de renfort transversal haut est placé verticalement au-dessus du pare-chocs 12 et du pare-chocs piéton 14. Cet élément de renfort transversal haut 16 vise lui aussi à éviter une déformation de la caisse en cas de choc frontal, notamment avec un poteau 18. Cependant, l'efficacité de cet élément de renfort transversal haut est remise en 10 question, notamment dans le cas où la structure de face avant est montée sur un véhicule automobile à moteur électrique. En effet, un moteur électrique présente un encombrement réduit par rapport à un moteur thermique. Dès lors, un espace vide peut être présent entre l'élément de renfort transversal haut et le tablier de la caisse du véhicule automobile, notamment entre l'élément de renfort transversal haut et le moteur. 15 Dans ces conditions, l'élément de renfort transversal haut a tendance se déformer de manière importante en cas de choc avec un poteau, notamment en cas de choc dans sa zone centrale. Pour éviter ou limiter cette déformation, il est connu de réaliser l'élément de renfort transversal haut en matériau composite, renforcé par des fibres de carbone. Cette 20 solution a cependant un coût élevé. Épaissir l'élément de renfort transversal haut pour accroitre sa résistance mécanique dans ce cas n'est pas envisageable car cette solution augmente le poids de cet élément de renfort et donc induit une consommation plus importante du véhicule automobile sur lequel il est monté. Par conséquent, l'invention a pour but de proposer une structure de face avant ne présentant pas les inconvénients précités. Notamment, l'invention vise à limiter la nécessité d'emploi de fibres de carbone dans l'élément de renfort transversal haut et/ou son poids tout en assurant une bonne résistance mécanique de la structure de face avant. À cette fin, l'invention propose une structure de face avant pour véhicule automobile comportant un élément de renfort transversal sous forme d'une traverse, et des moyens de liaison mécanique destinés à relier une zone centrale de ladite traverse à des longerons d'une véhicule automobile. 3059957 3 Ainsi, les efforts exercés sur l'élément de renfort transversal haut sont transférés vers les longerons de la caisse du véhicule automobile, qui sont sollicités en compression. Une telle sollicitation en compression ne nécessite pas un renfort important des longerons. Par suite, un renfort pas des fibres de carbone de la traverse 5 reste certes possible mais apparait moins utile que dans le cas de la configuration connue de l'art antérieur. Selon des modes de réalisation préférés de l'invention, la structure de face avant selon l'invention comporte une plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : 10 - la structure de face avant comporte un pare-chocs situé verticalement sous la traverse et, de préférence, longitudinalement devant la traverse ; - la structure de face avant comporte un pare-chocs piéton situé verticalement sous la traverse et le pare-chocs, le cas échéant ; 15 - les moyens de liaison mécanique comportent, voire consistent en, deux barres fixées chacune à la traverse, d'une part, et destinées à être fixées chacune à un des longerons de la caisse, d'autre part ; - les moyens de liaison mécanique comportent, voire consistent en, une première barre fixée à et s'étendant depuis la traverse, la première barre étant 20 fixée à une deuxième barre destinée à être fixée transversalement aux longerons de la caisse de véhicule automobile ; - lesdites deux barres et/ou ladite première barre et/ou ladite deuxième barre est/sont en métal, en plastique, en plastique renforcé par des fibres de carbone ou en plastique renforcé par des fibres de verre ; 25 - la traverse est en métal, en plastique, en plastique renforcé par fibres de carbone ou en plastique renforcé par fibres de verre ; et - la structure de face avant comporte une nappe, notamment en matériau plastique, la traverse, lesdites deux barres, la première barre et/ou la deuxième barre, le cas échéant, étant fixées à, de préférence intégrées dans, 30 ladite nappe, ladite nappe étant par exemple surmoulée sur la traverse, lesdites deux barres et/ou la première barre et/ou la deuxième barre. 3059957 4 Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à une caisse de véhicule automobile comprenant une structure de face avant telle que décrite ci-avant dans toutes ses combinaisons, et au moins deux longerons s'étendant depuis un tablier, la traverse et lesdites deux barres et/ou ladite première barre et/ou ladite deuxième barre, le cas 5 échéant, étant fixée(s) auxdits longerons. De préférence, lesdites deux barres ou ladite première barre forme(nt) avec un plan transversal à la caisse de véhicule, un angle supérieur à 15° et/ou inférieur à 90°. L'invention concerne également un véhicule automobile comprenant un châssis sur lequel est fixée une caisse de véhicule automobile telle que décrite ci-avant dans 10 toutes ses combinaisons, le véhicule automobile étant de préférence un véhicule à moteur électrique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif et non limitatif, en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels : 15 - la figure 1 représente en perspective un exemple d'extrémité avant d'une caisse de véhicule automobile connue ; - la figure 2 représente schématiquement en vue de dessus l'extrémité avant d'un premier exemple de caisse de véhicule automobile ; - les figures 3 à 5 représentent un détail de la figure 2, respectivement en 20 perspective, vue de devant et vue de côté ; - la figure 6 illustre schématiquement en vue de dessus l'extrémité avant d'un deuxième exemple de caisse de véhicule automobile ; - la figure 7 représente un détail de la figure 6, vu en perspective ; - la figure 8 est une vue de dessus d'un détail de l'extrémité avant d'un 25 troisième exemple de caisse de véhicule automobile ; et - la figure 9 illustre une variante du détail de la figure 8. Dans la présente description, les éléments identiques ou de fonction identique portent le même signe de référence. À fin de concision de la description, seules les différences entre les modes de réalisation présentés sont décrites. 30 Par ailleurs, dans la description, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes « avant », « arrière », « haut », « bas », « gauche », « droite », etc., ou relative, tels que les termes « dessus », « dessous », « supérieure », 3059957 5 « inférieur », etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que « horizontale », « vertical », etc., il est fait référence, sauf précision contraire, à l'orientation des figures ou d'un véhicule automobile en utilisation normal d'utilisation. On définit ainsi, notamment, une direction longitudinale X, du véhicule automobile ou du module de face avant, 5 correspondant à la direction d'avancement, une direction transversale Y perpendiculaire à la direction longitudinale X, et une direction verticale Z, perpendiculaire aux directions longitudinale X et transversale Y. Telle qu'illustrée à la figure 2, une structure de face avant 20 est fixée à l'extrémité avant 22 d'une caisse de véhicule automobile. Elle comprend une armature 10 de support et un moyen d'accrochage de l'armature de support à un châssis ou une caisse du véhicule, via les longerons. Le module de face avant supporte, par exemple, différents éléments d'équipement, non représentés, tels qu'une serrure de capot, des échangeurs de chaleurs, des projecteurs ou blocs optiques, des réservoirs de différents fluides et/ou autres. Tout ou partie desdits équipements sont fixés, notamment, à 15 l'armature de support. Ladite armature de support comprend, notamment, une traverse supérieure 16, des jambages, ou montants, latéraux et/ou une traverse inférieure. Par « traverse », on entend des éléments s'étendant sensiblement horizontalement dans une direction Y, destinée à être horizontale et orthogonale à une direction X de déplacement du véhicule. 20 La structure de face avant 20 comporte en outre un pare-chocs 12. Le pare-chocs 12 est par exemple réalisé sous la forme d'une poutre, notamment creuse, ou d'un profilé. Le pare-chocs 12 est fixé sur des longerons inférieurs de la caisse, non visibles sur les figures, définissant ainsi une voie médiane de transfert de charge en cas de choc frontal. Les longerons inférieurs s'étendent par exemple longitudinalement depuis le 25 tablier 24 de la caisse, destiné à séparer le compartiment moteur de l'habitacle, les longerons inférieurs (ou « longerons bas ») étant disposés entre des logements destinés à recevoir les roues avant du véhicule. Les longerons inférieurs sont des pièces longitudinales en forme de poutrelles tubulaires, de section généralement rectangulaire, disposées de part et d'autre de la tôle formant le plancher de l'habitacle. En cas de choc 30 frontal, le transfert de charge se fait, dans ce cas, depuis le pare-chocs 12 vers la caisse via les longerons inférieurs destinés à se déformer pour absorber de l'énergie. 3059957 6 La structure de face avant 20 comporte également un pare-chocs piéton, non visible sur les figures 2 à 5. Ce pare-chocs piéton est destiné à protéger un piéton en cas de choc avant avec ce dernier. Le pare-chocs piéton peut également être réalisé sous la forme d'une poutre, notamment d'une poutre creuse, éventuellement coudée, ou d'un 5 profilé. Le pare-chocs piéton peut être fixé au pare-chocs 12, par exemple par deux bras sensiblement verticaux. En variante, le pare-chocs piéton peut être fixé directement aux longerons inférieurs de la caisse. Le pare-chocs piéton se situe de préférence verticalement sous le pare-chocs 12, sensiblement au même niveau selon la direction longitudinale X. Le pare-chocs piéton définit une voie basse de transfert de charge en 10 cas de choc frontal, de sorte que l'énergie d'un tel choc puisse être absorbée, au moins partiellement, par les longerons inférieurs menant au tablier 24 de la caisse. La structure de face avant 20 comporte encore un élément de renfort transversal haut, réalisé sous la forme d'une traverse 16, légèrement coudée. La traverse 16 est ici réalisée sous la forme d'un profilé en U, comme cela est plus nettement visible sur les 15 figures 3 et 5 qui illustrent comment, selon cet exemple, un échangeur thermique 28 est reçu dans le creux du profilé en U formé par la traverse 16. Une protection sous la forme de deux bras métalliques 30 transversaux, montés en biais par rapport à la direction verticale Z est ici disposée devant l'échangeur thermique. En outre, une poutrelle 26 fixée au pare-chocs 12 par deux pattes est également prévue pour protéger 20 l'échangeur thermique 28, cette poutrelle 26 étant disposée longitudinalement devant les bras métalliques 30. La protection de l'échangeur thermique peut bien entendu prendre toute autre forme souhaitée, accessible à l'homme de l'art. Ici, l'élément de renfort transversal haut 16 est disposé longitudinalement derrière le pare-chocs 12 et le pare-chocs piéton, dans la direction normale de marche 25 du véhicule automobile. L'élément de renfort transversal haut 16 est en outre disposé verticalement au-dessus du pare-chocs 12 et du pare-chocs piéton. La traverse 16 est par exemple en métal, en plastique, en plastique renforcé par des fibres de carbone ou en plastique renforcé par des fibres de verre. Dans l'exemple illustré aux figures 3 à 5, des tôles 32 sont fixées à l'élément de 30 renfort transversal haut 16. Ces tôles 32, coudées, forment une partie du logement de réception des phares avant du véhicule automobile. 3059957 7 L'élément de renfort transversal haut 16 est fixé, à ses deux extrémités, à des longerons supérieurs 34, 36 de la caisse (ou « longerons hauts »), situés verticalement au-dessus des longerons inférieurs de la caisse. Les longerons supérieurs 34, 36 s'étendent longitudinalement vers l'avant depuis le pied des montants A (en anglais « A 5 pillar ») destinés à recevoir le pare-brise. Ces longerons supérieurs 34, 36 définissent une voie haute de transfert de charge en cas de choc frontal. Cependant, le module de face avant 20 illustré aux figures 2 à 5 prévoit également des moyens de liaison mécanique d'une zone centrale de la traverse 16 aux longerons hauts 34, 36 de la caisse de véhicule automobile. Ces moyens de liaison 10 mécanique sont ici distincts de la traverse 16. Ces moyens de liaison mécanique sont ici formés par deux barres 38, 40 s'étendant de biais, par rapport à la direction longitudinale X du module de face avant 20, depuis une zone centrale de la traverse 16, jusqu'aux longerons supérieurs 34, 36. Par « zone centrale », on entend ici une portion de la traverse 16, s'étendant depuis le centre de la traverse 16, sur une longueur 15 inférieure à la moitié, de préférence au tiers, de préférence encore au quart, de la longueur totale de la traverse 16, mesurée selon la direction transversale Y du module de face avant 20. Les deux barres 38, 40 peuvent notamment être en métal, en plastique, en plastique renforcé par des fibres de carbone ou en plastique renforcés par des fibres de 20 verre. Les deux barres 38, 40 peuvent notamment être des profilés, ouverts ou fermés, de section constante ou variable. Les deux barres 38, 40 peuvent également être de section pleine. Les barres 38, 40 permettent de transférer une charge due à un choc frontal, depuis la traverse 16 vers les longerons supérieurs 34, 36 de la caisse, lesquels sont 25 sollicités en compression. Une sollicitation en compression ne nécessite pas un renfort des longerons hauts par des fibres de carbone (bien qu'un tel renfort pas des fibres de carbone demeure possible). Un renfort de la traverse 16 n'est également pas nécessaire (mais toujours possible) puisque l'effort est transmis directement au longerons 34, 36 par les moyens de liaison mécanique. 30 La figure 6 illustre un deuxième exemple de module de face avant 42. Dans ce module de face avant, les moyens de liaison mécanique d'une zone centrale de la traverse 16 au longerons hauts 34, 36 sont formés par une première barre 44 fixée à la 3059957 8 traverse 16 sensiblement en son centre et s'étendant sensiblement selon la direction longitudinale X depuis la travers la traverse 16, la première barre 44 étant fixée à une deuxième barre 46 s'étendant transversalement entre les longerons hauts 34, 36 et fixée à ces deux longerons hauts 44, 46. 5 La première barre 44 et/ou la deuxième barre 46 peuvent notamment être en métal, en plastique, en plastique renforcé par des fibres de carbone ou en plastique renforcés par des fibres de verre. La première barre 44 et/ou la deuxième barre 46 peuvent notamment être des profilés, ouverts ou fermés, de section constante ou variable. La première barre 44 et/ou la deuxième barre 46 peuvent également être de 10 section pleine. La première barre 44 et la deuxième barre 46 permettent de transférer une charge due à un choc frontal, depuis la traverse 16 vers les longerons hauts 34, 36 de la caisse, de manière que ceux-ci soient sollicités essentiellement en compression. Tel qu'illustré à la figure 8, les moyens de liaison mécanique comporte à la fois 15 les deux barres 38, 40 s'étendant de biais depuis la zone centrale de la traverse jusqu'aux longerons, et la première barre 44 s'étendant ici sensiblement selon la direction longitudinale X, destinée à être reliée à une deuxième barre s'étendant par exemple selon la direction transversale Y. Cette figure 8 permet également de définir l'angle al entre chacune des deux barres 38, 40 et la direction transversale Y et l'angle 20 a2 entre ladite première barre 44 la direction transversale Y. Les angles al et a2 sont de préférence supérieurs à 15° et/ou inférieurs ou égaux à 90°, par exemple comme illustré en figure 8, l'angle al peut avoir une valeur de 45° tandis que l'angle a2 a une valeur de 90°. Ces valeurs s'appliquent également aux deux premiers modes de réalisation décrits ci-avant. 25 La figure 9 illustre une variante de module de train avant 48 comprenant une nappe 50. La nappe 50 peut notamment être en matériau plastique. Dans cet exemple, les moyens de liaison mécanique d'une zone centrale de la traverse 16 à des longerons d'une caisse de véhicule automobile comporte deux barres 38, 40 s'étendant en biais par rapport à la direction longitudinale X et la direction transversale Y, une première barre 30 44 s'étendant sensiblement selon la direction longitudinale X et une deuxième barre (non représentée) s'étendant sensiblement selon la direction transversale Y. Comme cela est visible sur la figure 9, la traverse 16, les deux barres 38, 40 et la première barre 3059957 9 44 sont fixées à la nappe 50. De préférence, les deux barres 38, 40 et la première barre 44 sont intégrées dans la nappe 50. Ceci peut notamment être réalisé en surmoulant la nappe 50 autour de la traverse 16, des deux barres 38, 40 et de la première barre 44. On obtient ainsi en sous-ensemble unitaire qui peut plus facilement être manipulé. 5 Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation décrits précédemment à titre d'exemples illustratifs et non limitatifs. L'invention est au contraire susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art.