Brevet FR3064228A1 — publié le 20180928

L'invention concerne les véhicules, notamment automobiles. L'invention concerne également les pare-chocs de véhicule et plus spécifiquement les poutres de pare-chocs. Il est connu, afin de protéger un véhicule automobile lors d'un choc, de disposer, sur une face avant et également sur une face arrière du véhicule, une poutre de pare-chocs. La poutre de pare-chocs est en outre reliée à un longeron du véhicule par l'intermédiaire d'au moins deux absorbeurs de chocs. Lors d'un choc frontal par exemple, la poutre de pare-chocs avant est généralement directement impactée et se déforme de façon à absorber, avec les absorbeurs de chocs, un maximum d'énergie de façon à ce que le longeron du véhicule subisse une faible proportion de l'énergie du choc. Généralement, la poutre de pare-chocs est réalisée dans un matériau métallique. Ce matériau métallique peut comprendre essentiellement de l'acier. La poutre de pare-chocs a donc pour inconvénient d'être relativement lourde. De plus, comme les contraintes de sécurité imposées à l'industrie automobile augmentent au fil du temps, la tendance est donc d'alourdir le poids de la poutre de pare-chocs. Or, un objectif constant de l'industrie automobile est de réduire le poids des véhicules. Ainsi, le matériau métallique de la poutre de pare-chocs peut comprendre essentiellement de l'aluminium, ce qui permet d'alléger le poids de la poutre d'environ 10% à 15% par rapport à une poutre réalisée en acier qui présentent les mêmes performances mécaniques. Afin d'alléger encore plus la poutre de pare-chocs, il a aussi été envisagé de réaliser la poutre de pare-chocs dans un matériau composite comprenant des fibres. Cependant, la poutre de pare-chocs présente alors une faible résistance au cisaillement. Un but de l'invention est de proposer une poutre de pare-chocs légère et présentant des propriétés de résistance mécanique convenables. Pour ce faire, on prévoit selon l'invention une poutre de pare-chocs pour un véhicule automobile caractérisée en ce qu'elle comprend une première zone réalisée en un matériau polymère renforcé comportant des fibres et une seconde zone réalisée en un matériau polymère non-renforcé. Ainsi, la première zone, réalisée en un matériau polymère renforcé, présente un faible allongement à rupture ou autrement dit une faible capacité à s'allonger avant de rompre lorsqu'il est sollicité en traction. En outre, la seconde zone, réalisée en un matériau polymère non-renforcé, présente une ductilité importante ce qui lui confère la capacité de se déformer, sans rompre, en cas de choc ; c'est-à-dire d'absorber une quantité d'énergie acceptable en cas de choc. Autrement dit, une forte capacité à se déformer plastiquement sans se rompre, la rupture se faisant lorsqu'un défaut telle une fissure ou cavité, induit par la déformation plastique, devient 3064228 2 critique et se propage, la seconde zone présente donc une forte aptitude à résister à cette propagation. Notamment, la poutre de pare-chocs présente une bonne résistance au cisaillement. 5 De surcroît, en cas d'apparition de fissures sur la première zone, la seconde zone permet d'empêcher la propagation de cette fissure et de conserver l'intégrité de la poutre de pare-chocs. En outre, dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : 10 - le matériau polymère non-renforcé de la seconde zone est un polymère thermoplastique ; - le matériau polymère non-renforcé de la seconde zone comprend du polyamide et/ou du polypropylène ; - la seconde zone présente un allongement à rupture au moins égal à 40%, ou à 50%, 15 à 60% ou à 80% ; la poutre de pare-chocs est donc capable d'absorber une importante quantité d'énergie ; plus généralement, la seconde zone peut aussi présenter un allongement à rupture au moins égal à 100% ; - le matériau polymère renforcé de la première zone comporte un polymère thermoplastique ; 20 - le matériau polymère renforcé de la première zone comporte des fibres de verre et/ou des fibres de carbone ; lorsqu'elle comporte des fibres de verre, la première zone est moins couteuse, lorsqu'elle comporte des fibres de carbone, la première zone présente des performances mécaniques améliorées ; - le matériau polymère renforcé de la première zone comporte des fibres continues 25 et/ou des fibres discontinues ; - la première zone et la seconde zone présentent une section transversale de forme carrée, la seconde zone recouvrant la première zone ; la poutre de pare-chocs est donc plus facile à conformer ; on notera en outre que la première zone peut aussi venir en recouvrement de la seconde zone ; 30 - la première zone présente une section transversale en forme de « C », la seconde zone forme une nervure pour la première zone ; - la première zone présente une section transversale de forme sensiblement hexagonale, la seconde zone s'étend dans un espace compris entre deux parois internes de la première zone ; 35 - la première zone et la seconde zone se présentent sous la forme d'au moins deux couches disposées alternativement l'une sur l'autre ; on peut donc ajuster à souhait les propriétés mécaniques de la poutre de pare-chocs ; - les couches disposées alternativement l'une sur l'autre présentent une épaisseur comprise entre 0,2 millimètre et 0,7 millimètre ; notamment, les couches 3064228 3 correspondant à la première zone peuvent présenter une épaisseur de 0,2 millimètre et les couches correspondant à la seconde zone peuvent présenter une épaisseur de 0,5 millimètre ; la poutre de pare-chocs est donc renforcée mécaniquement ; 5 - la poutre comprend une troisième zone réalisée dans un matériau comprenant du polyamide renforcé par des fibres de verre et/ou du polypropylène renforcé par des fibres de verre ; la poutre de pare-chocs est donc renforcée mécaniquement, ce qui peut notamment être utile à proximité des phares du véhicule. On prévoit également selon l'invention un ensemble de pare-chocs pour un véhicule 10 automobile comprenant : - une poutre de pare-chocs telle que précédemment décrite, et - au moins un absorbeur de chocs destiné à relier la poutre de pare-chocs et une extrémité d'un longeron du véhicule automobile. On prévoit enfin selon l'invention un procédé de fabrication d'une poutre de pare-chocs 15 telle que précédemment décrite, comprenant au moins les étapes suivantes : - on forme la première zone par pultrusion, - on dispose la première zone dans un moule et on surmoule la seconde zone sur la première zone. Bien entendu les différentes caractéristiques, variantes et/ou formes de réalisation de la 20 présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On va maintenant décrire dix modes de réalisation de l'invention à l'aide des figures 25 suivantes : - la figure 1 est une vue schématique d'un ensemble de pare-chocs selon un premier mode de réalisation de l'invention vu de dessus lorsqu'il est monté sur une face avant d'un véhicule automobile, - la figure 2A illustre un pare-chocs de l'ensemble de pare-chocs en coupe 30 longitudinale selon l'axe de coupe A-A, - les figures 2B à 2F illustrent des pare-chocs, vu dans une configuration similaire à celle de la figure 2A, selon respectivement des deuxième, troisième, quatrième, cinquième et sixième modes de réalisation, et - les figures 3A à 3D illustrent des pare-chocs, vu de devant lorsqu'ils sont montés sur 35 une face avant d'un véhicule automobile, selon respectivement des septième, huitième, neuvième et dixième modes de réalisation. Un ensemble de pare-chocs 10 pour face avant de véhicule automobile comprend une poutre de pare-chocs 12. En outre, l'ensemble de pare-chocs 10 comprend deux absorbeurs 3064228 4 d'énergie 14 et 16 disposés à proximité des deux extrémités longitudinales de la poutre de pare-chocs 12. Les absorbeurs d'énergie 14, 16 relient chacun la poutre de pare-chocs 12 à une 5 extrémité de deux longerons du véhicule automobile. Ainsi, en cas de choc frontal, la poutre de pare-chocs 12 absorbe une partie de l'énergie du choc et en transmet une partie aux absorbeurs d'énergie 14, 16 qui vont eux-mêmes absorber une partie de l'énergie reçue afin d'assurer qu'une faible portion de l'énergie du choc frontal soit transmise aux longerons du véhicule automobile. 10 Comme illustré aux figures 2A à 3D, la poutre de pare-chocs 12 comprend une première zone 18 et une seconde zone 20. En outre, comme illustré aux figures 2D à 2F, la poutre de pare-chocs 12 peut comprendre une troisième zone 22. La première zone 18 est réalisée dans un matériau polymère renforcé comportant des 15 fibres. La seconde zone 20 est réalisée dans un matériau polymère non-renforcé. La troisième zone 22 est également réalisée dans un matériau polymère renforcé. Le matériau polymère renforcé de la première zone 18 comprend un polymère thermoplastique. 20 Il est en outre renforcé par des fibres de verre. Selon une variante, le matériau polymère renforcé de la première zone 18 est renforcé par des fibres de carbone associées ou non à des fibres de verre. De la même manière, les fibres peuvent être continues ou discontinues ou alors comporter un mélange de fibres continues et de fibres discontinues. 25 Le matériau de la première zone 18 forme ainsi un matériau composite comprenant une résine se présentant sous la forme d'un polymère thermoplastique et d'un renfort fibreux. La première zone 18 présente un allongement à rupture relativement faible de l'ordre de 1% à 2% et à un comportement élastique. Le vocable « matériau polymère non-renforcé » désigne un matériau polymère qui ne 30 comporte pas de fibres. Ainsi, le matériau polymère non-renforcé de la seconde zone 20 se présente sous la forme d'un polymère thermoplastique. Il comprend du polyamide. Selon une variante, le matériau polymère non-renforcé de la seconde zone 20 peut 35 comprendre du polypropylène associé ou non à du polyamide. Ainsi, la seconde zone 20 présente une ductilité relativement importante. Par ductilité, on entend que la seconde zone 20 présente un allongement, dans la direction longitudinale, à rupture au moins égale à 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% ou 100%. Elle a un comportement plastique. L'allongement à la rupture est défini par l'équation suivante : 3064228 5 A% = 100.(1_, - Lo)/L,' avec A étant l'allongement à la rupture, Lu étant la longueur ultime à savoir la longueur de la barre juste avant la rupture, L, étant la longueur initiale ou la longueur de la barre avant la traction, L, et L, étant exprimées dans la même unité. 5 Le matériau polymère renforcé de la troisième zone 22 se présente sous la forme d'un thermoplastique, ici du polyamide, renforcé par des fibres de verre. Le matériau de la troisième zone 22 peut aussi se présenter sous la forme d'un polypropylène renforcé par des fibres de verre. 10 On va maintenant décrire, à l'aide des figures 2A à 3D différentes configurations de la poutre de pare-chocs 12. On notera que sur ces figures, des séparations sont représentées entre les première 18, seconde 20 et troisième 22 zones. Ces séparations sont illustratives afin de marquer la différence de matière entre ces zones 18, 20, 22. Lorsque l'invention est 15 concrètement mise en oeuvre, les zones 18, 20, 22 sont continues et peuvent ne pas présenter de démarcation visible. On a illustré aux figures 2A à 2C trois configurations de la poutre de pare-chocs 12 selon trois modes de réalisation différents. 20 Selon ces modes de réalisation, la poutre de pare-chocs 12 comporte les première 18 et seconde 20 zones, mais pas la troisième zone 22. Selon le premier mode de réalisation de l'invention, illustré notamment à la figure 2A, la poutre de pare-chocs 12 présente une section transversale de forme carrée. Ainsi, la première zone 18 et la seconde zone 20 présentent toutes deux une section transversale de 25 forme carrée. Comme représenté sur la figure 2A, la seconde zone 20 forme une enveloppe pour la première zone 18 de sorte que la seconde zone 20 vient en recouvrement de la première zone 18, ici intégralement. De plus, la première zone 18 et la seconde zone 20 sont creuses. Ainsi, la poutre de 30 pare-chocs 12 est également creuse. Selon une variante non illustrée, c'est la première zone 18 qui vient en recouvrement de la seconde zone 20. Selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 2B, la première zone 18 présente une section transversale sensiblement en forme de « C » ou 35 « oméga », à savoir que la première zone 18 est constituée de trois parties planes, une partie plane centrale située entre les deux autres parties planes extrémales chacune étant située à une extrémité verticale (Z). La partie plane centrale est reliée à chaque partie plane extrémale par un tronçon incliné de manière à ce que la partie plane centrale soit décalée longitudinalement par rapport aux deux parties planes extrémales. 3064228 6 La première zone 18 comprend une branche centrale 24 et deux branches latérales 26, 28 qui s'étendent depuis deux extrémités de la branche centrale 24. La seconde zone 20 présente une section transversale de forme sensiblement conique et 5 forme une nervure pour la première zone 18. Bien évidemment, la seconde zone peut présente une section transversale de forme sensiblement cylindrique ou évolutive selon les besoins en tenue mécanique. Comme visible sur la figure 2B, la seconde zone 20 s'étend depuis la branche centrale 24 de la première zone 18 et forme un axe de symétrie pour la première zone 18. 10 Selon le troisième mode de réalisation de l'invention, illustré à la figure 2C, la première zone 18 présente une section transversale de forme sensiblement hexagonale et comprend ainsi un espace libre intérieur 29 délimité par des parois internes de la première zone 18. Par comparaison, la première zone 18 du deuxième mode de réalisation correspond à une moitié de la première zone 18 du cinquième mode de réalisation. 15 La seconde zone 20 s'étend dans l'espace intérieur 29 entre deux parois internes de la première zone 18 et présente une forme analogue à celle du deuxième mode de réalisation. On a illustré aux figures 2D à DF différentes configurations de la poutre de pare-chocs 12 selon trois autres modes de réalisation. Selon ces modes de réalisation, la poutre de pare- 20 chocs 12 comprend la troisième zone 22 Selon la quatrième mode de réalisation, représenté à la figure 2D, les première zone 18 et seconde zone 20 ont chacune une section transversale de forme rectangulaire creuse, comme décrit pour le premier mode de réalisation (figure 2A). La seconde zone 20 vient en recouvrement de la première zone 18 de façon à définir un 25 espace libre intérieur 30 délimité par des parois intérieures de la première zone 18. La troisième zone 22 présente une section transversale de forme rectangulaire pleine et est disposée entre deux parois intérieures de la première zone 18 dans l'espace libre 30. Autrement dit, la seconde zone 20 présente une section transversale de forme sensiblement cylindrique et forme une nervure pour la première zone 18 30 Selon le cinquième mode de réalisation, représenté à la figure 2E, la première zone 18 et la seconde zone 20 ont une section transversale en forme de « C » de sorte que la première zone 18 recouvre la seconde zone 20, ou également en forme de « oméga » comme décrit pour le deuxième mode de réalisation (figure 2B). La première zone 18 et la seconde zone 20 comprennent une branche centrale 35 respectivement 24, 32 et deux branches latérales respectivement 26, 28 et 34, 36 qui s'étendent depuis deux extrémités respectives des branches centrales 24, 32. La troisième zone 22 présente une section transversale de forme sensiblement conique ou cylindrique et forme une nervure pour la seconde zone 20. La troisième zone 22 s'étend depuis la branche centrale 32 de la seconde zone 20. 3064228 7 Selon le sixième mode de réalisation de l'invention, illustré à la figure 2F, la première zone 18 et la seconde zone 20 présentent une section transversale de forme sensiblement hexagonale, la première zone 18 venant en recouvrement de la seconde zone 20. 5 La poutre de pare-chocs 12 comprend un espace libre intérieur 31 délimité par des parois internes de la seconde zone 20. En outre, la troisième zone 22 s'étend dans l'espace intérieur 31 entre deux parois internes de la seconde zone 20 et présente une forme analogue à celle du troisième mode de réalisation. 10 On a représenté aux figures 3A à 3D quatre autres modes de réalisation. La poutre de pare-chocs 12 comprend la première zone 18 et la seconde zone 20. Selon le septième mode de réalisation, illustre à la figure 3A, la première zone 18 et la seconde zone 20 se présentent, lorsque le véhicule automobile est vu de devant, 15 respectivement sous la forme de deux couches superposées l'une sur l'autre. Sur la figure 3A, la première zone 18 est disposée sur la seconde zone 20, selon une direction verticale (Z). Selon une variante du présent mode de réalisation, c'est la seconde zone 20 qui est disposée sur la première zone 18. 20 Selon le huitième mode de réalisation, illustré à la figure 3B, en référence à une direction verticale Z, la première zone 18 se présente sous la forme d'une couche prise en sandwich par deux couches qui forment la seconde zone 20. Selon le neuvième mode de réalisation, illustré à la figure 3C, c'est la seconde zone 20 qui se présente sous la forme d'une couche prise en sandwich par deux couches qui forment 25 la première zone 18. Selon le dixième mode de réalisation, représenté à la figure 3D, la première zone 18 et la seconde zone 20 se présentent sous la forme d'une pluralité de couches disposées alternativement l'une sur l'autre. Dans ce mode de réalisation, trois couches forment la première zone 18 et deux 30 couches, disposées chacune entre deux couches formant la première zone 18, forment la seconde zone 20. De façon générale, la première zone 18 et la seconde zone 20 peuvent se présenter sous la forme d'une pluralité de couches superposées alternativement l'une sur l'autre. Dans les quatre modes de réalisation illustrés, les couches formant les première 18 et 35 seconde 20 zones ont des dimensions longitudinales identiques. Elles peuvent également avoir des dimensions longitudinales différentes. Notamment, les couches formant la seconde zone 20 peuvent avoir des longueurs inférieures à des longueurs des couches formant la première zone 18. 3064228 8 De plus, les couches formant la seconde zone 20 peuvent avoir une épaisseur identique et comprise entre 0,2 millimètre et 0,7 millimètre. Les couches formant la seconde zone 20 peuvent aussi avoir des épaisseurs différentes 5 des couches formant la première zone 18. De préférence, les couches formant la première zone 18 ont une épaisseur sensiblement égale à 0,2 millimètre et les couches formant la seconde zone 20 ont une épaisseur sensiblement égale à 0,5 millimètre. On accroit ainsi le caractère ductile de la poutre de pare-chocs 12. 10 On va maintenant décrire un procédé de fabrication de la poutre de pare-chocs 12. Tout d'abord, on forme la première zone 18, par exemple par un procédé de pultrusion ou de thermoformage. Ensuite, on dispose la première zone 18 dans un moule et injecte le matériau destiné à former la seconde zone 20 dans le moule de façon à surmouler la seconde zone 20 sur la 15 première zone 18. On peut aussi disposer les première zone 18 et seconde zone 20 dans un moule et injecter le matériau destiné à former la troisième zone 22 de façon à surmouler la troisième zone 22 sur les première zone 18 et troisième zone 22. On peut aussi former séparément les première zone 18, seconde zone 20 et troisième 20 zone 22 et les fixer les unes aux autres par exemple par collage. Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci. On pourra notamment disposer la troisième zone 22 sous forme de couches 25 alternativement disposées entre deux couches contribuant à former les première zone 18 et seconde zone 20. En outre, la poutre de pare-chocs 12 peut présenter uniquement sur une portion de sa longueur les seconde zone 20 et/ou troisième zone 22. REVENDICATIONS1. Poutre de pare-chocs (12) pour un véhicule automobile caractérisée en ce qu'elle comprend une première zone (18) réalisée en un matériau polymère renforcé comportant des fibres et une seconde zone (20) réalisée en un matériau polymère non-renforcé. 2. Poutre de pare-chocs (12) selon la revendication précédente, dans laquelle le matériau polymère non-renforcé de la seconde zone (20) est un polymère thermoplastique. 3. Poutre de pare-chocs (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la seconde zone (20) présente un allongement à rupture au moins égal à 40%, ou à 50%, à 60% ou à 80%. 4. Poutre de pare-chocs (12) selon la revendication précédente, dans laquelle le matériau polymère renforcé de la première zone (18) comporte un polymère thermoplastique. 5. Poutre de pare-chocs (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau polymère renforcé de la première zone (18) comporte des fibres continues et/ou des fibres discontinues. 6. Poutre de pare-chocs (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la première zone (18) et la seconde zone (20) présentent une section transversale de forme carrée, la seconde zone (20) recouvrant la première zone. 7. Poutre de pare-chocs (12) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la première zone (18) présente une section transversale en forme de « C », la seconde zone (20) forme une nervure pour la première zone (18). 8. Poutre de pare-chocs (12) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle la première zone (18) présente une section transversale de forme sensiblement hexagonale, la seconde zone (20) s'étend dans un espace compris entre deux parois internes de la première zone (18). 9. Poutre de pare-chocs (12) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une troisième zone (22) réalisée dans un matériau comprenant du 3064228 10 polyamide renforcé par des fibres de verre et/ou du polypropylène renforcé par des fibres de verre. 5 10. Procédé de fabrication d'une poutre de pare-chocs (12) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant au moins les étapes suivantes : on forme la première zone (18) par pultrusion, on dispose la première zone (18) dans un moule et on surmoule la seconde zone (20) sur la première zone (18).