Brevet FR3065430A1 — publié le 20181026

«SYSTEME DE PROTECTION CONTRE LES CHOCS FRONTAUX DECALES SUR UN VEHICULE AUTOMOBILE» [0001] La présente invention concerne un système de protection contre les chocs frontaux sur un véhicule automobile, ainsi qu'un procédé de calcul de ce système de protection, et un véhicule automobile comportant un tel système de protection. [0002] Les normes d'homologation des véhicules imposent certains niveaux de protection de l'habitacle des véhicules en cas de choc frontal limitant les déformations de cet habitacle, notamment en cas de choc latéral avec un obstacle recouvrant partiellement l'avant du véhicule. [0003] Un type de norme impose un choc frontal sur un obstacle disposé latéralement, recouvrant 40% de la largeur du véhicule. Dans ce cas, le choc s'applique sur l'extrémité d'un longeron avant disposé de ce côté supportant le pare-chocs, qui absorbe en partie l'énergie en se déformant. [0004] Un autre type de norme plus sévère pour les chocs frontaux à faible recouvrement, en vigueur aux États-Unis d'Amérique et qui va le devenir en Chine, impose un choc frontal sur un obstacle latéral recouvrant seulement 25% de la largeur du véhicule. Dans ce cas, l'obstacle se trouve en face d'une roue avant, et passe sensiblement sur le côté extérieur du longeron qui absorbe très peu d'énergie. L'habitacle recevant le choc transmis par la roue avant risque d'être fortement déformé. [0005] Pour y remédier, un type de système de protection connu, présenté notamment par les documents EP-A1-0978442 et DE-A1-102010021061, comporte un système de protection expansible arrière, notamment un coussin gonflable ou coussin d'air, appelé « airbag » en langue anglaise, disposé longitudinalement en arrière de la roue, entre cette roue et le pied avant de la carrosserie formant un montant disposé derrière cette roue. [0006] Sur le premier document cité, un système de protection expansible avant est aussi disposé en avant de la roue, entre cette roue et le pare-chocs pour transmettre une énergie. L'énergie reçue par la roue est transmise par l'intermédiaire du système de protection expansible arrière au pied avant de la carrosserie, puis au bas de caisse qui le prolonge longitudinalement vers l'arrière. [0007] Toutefois, pour les chocs frontaux à faible recouvrement, la roue recevant une majeure partie de l'effort tend à pivoter en direction de l'extérieur, sa partie arrière rentrant 3065430 2 vers l'intérieur. On a alors un effort oblique transmis par la roue sur la structure du véhicule qui est déstabilisée. On profite peu de la raideur du longeron pour limiter le recul de la roue, qui peut pénétrer dans l'habitacle avec un risque pour les passagers. [0008] Un autre type de système de protection connu, présenté notamment par le 5 document DE-B4-102006036142, comporte aussi des systèmes de protection expansibles avant et arrière disposés longitudinalement dans l'axe de la roue. Lors d'un choc au cas où les roues avant présenteraient un angle de braquage, une motorisation électrique redresse ces roues afin que la roue concernée reçoive le choc en étant droite. [0009] Toutefois, ce système comprenant une motorisation électrique agissant sur le 10 braquage des roues est complexe à mettre en oeuvre, et représente un coût élevé. De plus, pour les chocs frontaux à faible recouvrement délivrant un effort important de pivotement de la roue, le niveau des forces ainsi que les différentes déformations des composants supportant la roue permettraient difficilement à ce système d'empêcher sa rotation. 15 [0010] On peut en variante disposer des renforts métalliques sur la structure du véhicule pour la renforcer et éviter l'intrusion de la roue avant, ce qui pose un problème d'augmentation de la masse du véhicule. [0011] La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. 20 [0012] Elle propose à cet effet un système de protection contre les chocs frontaux sur un véhicule automobile, remarquable en ce qu'il comporte pour chaque roue avant un coussin gonflable qui se gonfle en présentant une forme prévue pour remplir un espace latéral entre la partie arrière de la face interne de la roue et la carrosserie du véhicule. [0013] Un avantage de ce système de protection est que le coussin gonflable déclenché 25 par des détecteurs enregistrant un choc avant latéral sur le véhicule, forme un support présentant une surface importante recevant la pression latérale de la partie arrière de la roue subissant le choc, qui en prenant un appui de réaction sur la structure de carrosserie disposée transversalement derrière, peut résister de manière simple et efficace à une pression latérale de la roue en l'empêchant de pivoter. 30 [0014] La roue reste alors sensiblement droite, et les supports de roue liés au longeron avant reçoivent une partie de l'effort en l'absorbant, ce qui diminue les déformations de l'habitacle. 3065430 3 [0015] Le système de protection suivant l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. [0016] Avantageusement, chaque coussin gonflable comporte une partie latérale prévue pour remplir, une fois gonflé, l'espace latéral disposé entre la partie arrière de la roue et le 5 côté d'un longeron avant du véhicule. [0017] En complément, chaque coussin gonflable comporte avantageusement une partie arrière comprenant un volume intérieur séparé de celui de la partie latérale, prévue pour remplir, une fois gonflé, un espace en arrière de la roue, entre cette roue et un pied avant de la carrosserie. 10 [0018] Dans ce cas, avantageusement la partie arrière gonflée est prévue pour couvrir un angle de la roue autour de son axe supérieure à 60°. [0019] Avantageusement, le système de protection comporte des moyens de déclenchement de ses coussins gonflables, prévus pour déclencher aussi des coussins gonflables disposés dans l'habitacle. 15 [0020] Avantageusement, chaque coussin gonflable comporte un générateur prévu pour être disposé dans le passage de la roue avant qu'il protège. [0021] Avantageusement, les coussins gonflables présentent une pression de gonflage comprise entre 3 et 5 bars. [0022] L'invention a aussi pour objet un procédé de calcul d'un système de protection 20 comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes, comportant une étape de calcul de l'augmentation de l'énergie absorbée pendant un choc avant frontal normalisé suivant un recouvrement de 25%, avec un coussin gonflable additionnel, qui est comprise entre 5 et 15kJ. [0023] L'invention a de plus pour objet un véhicule automobile comportant un système 25 de protection comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. [0024] En particulier, chaque coussin gonflable peut comporter un générateur comprenant une forme allongée disposée sensiblement horizontalement, sur la surface en arrière de la roue, vers l'intérieur du pied avant de carrosserie, reliant un passage de roue au plancher du véhicule, ou sur la surface latérale en face de la partie arrière de cette 30 roue, sur le côté d'un longeron avant du véhicule. 3065430 4 [0025] L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels : 5 - la figure 1 présente un véhicule vu de dessous conforme à l'art antérieur, recevant un choc frontal normalisé sur son côté avant gauche, avec un recouvrement latéral de 25% ; - les figures 2 et 3 sont des schémas présentant respectivement l'avance de l'obstacle dans le véhicule de la figure 1, et en fonction de cette avance l'effort d'absorption d'énergie ; 10 - la figure 4 présente en vue de dessous le véhicule de la figure 1 à la fin du choc ; - la figure 5 présente un véhicule vu de dessous comportant un système de protection selon l'invention qui est déclenché ; - la figure 6 présente en fonction de l'avance de l'obstacle l'énergie supplémentaire absorbée avec le système de protection ; 15 - la figure 7 présente ce véhicule en vue de côté ; - la figure 8 présente en vue de dessous un véhicule comportant un système de protection suivant une variante ; et - les figures 9 et 10 présentent deux positionnements différents du générateur de pression du coussin gonflable de ces systèmes de protection. 20 [0026] La figure 1 présente un véhicule comportant de chaque côté un longeron avant 2, dont les extrémités avant supportent une traverse inférieure de façade 4 recevant un bouclier avant 6. Un berceau avant 8 fixé à la caisse du véhicule et aux longerons 2, supporte de chaque côté un triangle inférieur de suspension 10 supportant vers l'extérieur une roue avant 12. Un groupe motopropulseur 14 est implanté entre les deux longerons 2. 25 [0027] Un obstacle rigide 16 recouvrant le quart de la largeur L du véhicule, disposé latéralement sur le côté gauche, applique une force F1 sur ce véhicule lancé à la vitesse de 64 km/h. [0028] La figure 2 présente sur une vue de côté du véhicule, quatre avances successives A, B, C et D de l'obstacle 16 dans ce véhicule, exprimées en millimètre. 3065430 5 [0029] La figure 3 présente en fonction de l'avance A, B, C D de l'obstacle exprimée en millimètre, une première courbe d'effort 34 montrant l'effort E appliqué par l'obstacle 16 sur le véhicule exprimé en kN. La surface générée par la courbe d'effort 34 en fonction du déplacement représente une énergie absorbée par le véhicule. 5 [0030] Les figures 2, 3 et 4 présentent, dans un premier temps correspondant à la première avance A et la deuxième avance B de l'obstacle 16 dans le véhicule, sur une course de 480mm, l'obstacle glissant sensiblement sur le côté extérieur du longeron 2 en provoquant un faible effort E appliqué sur le véhicule correspondant à une force inférieure à 50kN sur presque toute cette course, donnant un niveau d'énergie absorbée très bas. 10 [0031] Dans un deuxième temps correspondant à la troisième avance C de l'obstacle 16 dans le véhicule, on a d'abord pour une avance d'environ 180mm un recul de la roue 12, puis sur une distance d'environ 280mm un pivotement de cette roue vers l'extérieur, et ensuite sur une distance d'environ 100mm une montée en charge de la roue sur le pied avant de la carrosserie disposé juste en arrière de cette roue. La roue 12 est ainsi 15 fortement inclinée, son côté arrière rentrant transversalement vers l'intérieur du véhicule. [0032] Pendant la troisième avance C les efforts E appliqués sur le véhicule sont élevés, compris généralement entre 200 et 380kN, l'absorption d'énergie est importante. [0033] Dans un troisième temps correspondant à la quatrième avance D de l'obstacle 16 dans le véhicule, on a une intrusion de la roue avant 12 dans l'habitacle de ce véhicule. 20 Les efforts E appliqués sur le véhicule diminuent nettement, en passant d'environ 250 à 150kN. L'absorption d'énergie est modérée dans ce troisième temps, ce qui permet avec l'énergie restant l'intrusion de la roue avant 12 dans l'habitacle. [0034] Les figures 5 et 7 présentent un coussin gonflable 20 d'un système de protection de l'invention, qui a été déclenché, comportant en vue de dessous une forme en équerre 25 comprenant une partie latérale 22 remplissant l'espace latéral disposé entre la partie arrière de la face interne de la roue 12 et le côté 24 du longeron 2, et séparée par une cloison interne 18, une partie arrière 26 remplissant l'espace disposé entre l'arrière de la roue et la face avant 28 du pied avant de carrosserie 32. [0035] En particulier, la partie arrière 26 gonflée peut couvrir un angle de la roue 12 30 autour de son axe supérieure à 60°, qui est avantausement d'environ 90°, ce qui permet de bien répartir les efforts sur la carrosserie. 3065430 6 [0036] De cette manière, le coussin gonflable 20 déclenché dès la détection d'un choc par les systèmes de détection prévus pour le déclenchement des coussins gonflables de protection des passagers à l'intérieur de l'habitacle, applique sur la roue 12 à la fois par son volume de sa partie latérale 22 un effort latéral F3 empêchant le pivotement P de cette 5 roue suivant un braquage vers l'extérieur, et par son volume distinct de la partie arrière 26 un effort arrière F4 s'opposant à son recul. [0037] La séparation par la cloison interne 18 des deux volumes de la partie latérale 22 et de la partie arrière 26, permet à chacun d'avoir une efficacité maximale, sans voir le gaz contenu dedans se déplacer vers l'autre volume en cas de pressions différentes 10 appliquées sur ces volumes. [0038] La figure 6 présente pour la quatrième avance D, une deuxième courbe d'effort 36 montrant pour cette avance une augmentation de l'effort E appliqué sur le véhicule, venant de la résistance donnée par le coussin gonflable 20 sur la roue 12, qui prend un appui de réaction à la fois sur le côté 24 du longeron 2 et sur la face avant 28 du pied 15 avant de carrosserie 32. La partie arrière 26 du coussin gonflable 20 réalise une filtration de l'effort vers l'arrière appliqué sur le pied avant de carrosserie 32, et une répartition de cet effort sur une grande surface limitant les déformations de ce pied. [0039] On obtient avec la deuxième courbe d'effort 36 un effort E sur une grande partie de cette quatrième avance D supérieur à 300kN, représentant un complément d'environ 20 120kN par rapport à la première courbe d'effort 34, donnant un niveau d'énergie supplémentaire absorbée présenté par la surface 30 compris entre 5 et 15kJ, qui est avantageusement d'environ 10kJ. On obtient grâce à cette énergie supplémentaire absorbée avant la déformation de l'habitacle, une réduction importante de cette déformation qui protège les passagers. 25 [0040] Des calculs de pression nécessaire dans le coussin gonflable 20 en tenant compte des efforts E et des surfaces mises en oeuvre, établissent en prenant un coefficient de sécurité de 2, une pression de gonflage nécessaire comprise entre 3 et 5bars, qui est avantageusement de l'ordre de 4bars. Ce niveau de pression est compatible avec les coussins gonflables couramment utilisés dans l'habitacle, ce qui permet d'utiliser 30 une technologie équivalente pour le coussin et le générateur. [0041] La figure 8 présente une variante du coussin gonflable 20 comportant seulement la partie latérale 22 remplissant l'espace latéral entre la partie arrière de la face interne de 3065430 7 la roue 12 et le longeron 2. Ce coussin gonflable 20 réalisé de manière plus simple, s'oppose uniquement au pivotement de la roue 12, et pas à son recul. [0042] On obtient un système de protection plus économique, présentant un niveau d'énergie absorbée pendant la quatrième avance D réduit, qui peut être suffisant pour 5 certaines plates-formes de véhicule. [0043] La figure 9 présente un générateur 40 relié par un fil électrique 42 au réseau de bord pour commander son déclenchement, comportant une forme allongée qui est disposée horizontalement sensiblement à la hauteur de l'axe de la roue 12, sur la surface en arrière de cette roue, vers l'intérieur du pied avant de carrosserie 32, reliant le passage 10 de roue 46 au plancher du véhicule 44 disposé à l'extérieur du longeron 2. [0044] La figure 10 présente le même générateur 40 disposé horizontalement suivant un axe longitudinal du véhicule, sensiblement à la hauteur de l'axe de la roue 12, en face de la partie arrière de cette roue, sur le côté 24 du longeron 2. [0045] L'encombrement des générateurs 40 s'inscrivant dans un parallélépipède 15 présentant sensiblement une longueur inférieure à 170mm et un côté inférieur à 35mm, est compatible avec les différentes dispositions présentées ci-dessus. [0046] On réalise avec le système de protection suivant l'invention, de manière simple et économique, sans modifier la structure du véhicule, en particulier sans ajouter des renforts métalliques présentant une masse supplémentaire importante, une amélioration de la 20 résistance au choc frontal décalé qui peut permettre de passer certaines normes. REVENDICATIONS1. Système de protection contre les chocs frontaux sur un véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte pour chaque roue avant (12) un coussin gonflable (20) qui se gonfle en présentant une forme prévue pour remplir un espace latéral entre la partie arrière de la face interne de la roue (12) et la carrosserie du véhicule. 2. Système de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque coussin gonflable (20) comporte une partie latérale (22) prévue pour remplir une fois gonflé l'espace latéral disposé entre la partie arrière de la roue (12) et le côté (24) d'un longeron avant (2) du véhicule. 3. Système de protection selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque coussin gonflable (20) comporte une partie arrière (26) comprenant un volume intérieur séparé de celui de la partie latérale (22), prévue pour remplir une fois gonflé un espace en arrière de la roue (12), entre cette roue et un pied avant de la carrosserie (32). 4. Système de protection selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie arrière (26) gonflée est prévue pour couvrir un angle de la roue autour de son axe supérieur à 60°. 5. Système de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de déclenchement de ses coussins gonflables (12), prévus pour déclencher aussi des coussins gonflables disposés dans l'habitacle. 6. Système de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque coussin gonflable (20) comporte un générateur (40) prévu pour être disposé dans le passage de la roue avant (12) qu'il protège. 7. Système de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les coussins gonflables (12) présentent une pression de gonflage comprise entre 3 et 5bars. 8. Procédé de calcul d'un système de protection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de calcul de l'augmentation de l'énergie absorbée pendant un choc avant frontal normalisé suivant un recouvrement de 25%, avec un coussin gonflable (20) additionnel, qui est comprise entre Set 15kJ. 3065430 9 9. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un système de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 10. Véhicule automobile selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque coussin gonflable (20) comporte un générateur (40) comprenant une forme allongée disposée 5 sensiblement horizontalement, sur la surface en arrière de la roue (12), vers l'intérieur du pied avant de carrosserie (32), reliant un passage de roue (46) au plancher du véhicule (44), ou sur la surface latérale en face de la partie arrière de cette roue (12), sur le côté (24) d'un longeron avant du véhicule (2).