Brevet FR3088285A1 — publié le 20200515

Description TITRE: VEHICULE AVEC RENFORT DE LONGERON MONTRANT DES PROPRIETES MECANIQUES AMELIOREES [0001] L'invention se situe dans le domaine des véhicules automobiles. Elle concerne en particulier les structures de caisse des véhicules automobiles. [0002] La structure de caisse d'un véhicule automobile comprend plusieurs poutres métalliques creuses telles que les longerons de bas de caisse, les brancards et les traverses. En raison de leurs sections transversales importantes, ces poutres peuvent subir des déformations et présenter, par exemple, une vrille longitudinale engendrant un manque de rigidité de la caisse du véhicule. Il est donc nécessaire de renforcer ces poutres afin d'améliorer leur rigidité, notamment à l'égard des chocs et de la torsion de caisse. [0003] Le document US 9963172 décrit un tel renfort s'étendant en bas du pied milieu et selon la direction longitudinale d'un véhicule au sein duquel il est monté. Ainsi, cette pièce assure un renforcement local selon la direction transversale du véhicule, ledit renforcement étant assuré par deux pattes de renfort prenant appui contre la doublure inférieure du pied central. [00041 En ce qui concerne les longerons de bas de caisse, il est connu d'utiliser à cet effet la partie inférieure de la doublure de pied milieu. En plus de former un renfort de longeron, une telle architecture permet d'assurer une bonne tenue entre la structure de bas de caisse et les parties supérieures. Il est ainsi connu des doublures de pied milieu dont la partie inférieure plonge dans le longeron. [0005] Une telle structure est présentée dans le document ER 3053654. Ce dernier décrit une structure de caisse d'un véhicule comprenant une poutre formant un longeron de bas de caisse et un pied milieu. Le longeron est formé par deux emboutis métalliques réunis au moyen de deux feuillures de jonction. Le renfort s'étend verticalement entre lesdites feuillures et présente une extension s'étendant au-delà de la poutre, à l'extérieur de celle-ci. Cette extension est fixée à la doublure de pied avant, par exemple au moyen de points de soudure électrique. La présence de cette extension permet à la pièce de renfort d'assurer à la fois un renforcement de la poutre et un renforcement de la structure de caisse selon la direction verticale. [0006] Pour répondre aux contraintes écologiques, sécuritaires et économiques actuelles, il est nécessaire de trouver des compromis entre des exigences parfois contraires. Ainsi, 2 une réduction de la masse globale des véhicules est recherchée de manière à diminuer les émissions de gaz carbonique, alors que les exigences en matière de sécurité conduisent à multiplier les dispositifs de renforcement de la structure de caisse et donc à en augmenter sa masse. L'augmentation des prestations en matière de résistance aux chocs et de rigidité augmente également le coût global de fabrication du véhicule. Une solution reste donc à trouver pour permettre d'offrir à la fois des prestations améliorées en matière de sécurité, et en particulier en matière de gestion des chocs, tout en diminuant la masse globale du véhicule et/ou son coût de fabrication global. [0007] L'invention a pour objectif d'apporter une réponse aux problèmes rencontrés dans l'art antérieur en proposant un nouveau véhicule montrant une structure de caisse renforcée tout en diminuant sa masse globale et/ou son coût de fabrication. [0008] A cet effet et selon un premier aspect l'invention concerne un véhicule automobile comprenant au moins un longeron de bas de caisse formé par deux emboutis longitudinaux de section transversale creuse et ouverte, chaque embouti montrant une section transversale en U avec un fond et des ailes latérales, lesdites ailes montrant des rebords longitudinaux, les emboutis étant agences pour que leur section en U soient opposées l'une à l'autre de manière à ce que les rebords d'un embouti soient fixés aux rebords correspondants de l'autre embouti formant ainsi deux feuillures longitudinales de jonction et délimitant une section transversale creuse et fermée du longeron ; au moins un pied central fixé en partie supérieure d'un longeron et comprenant une doublure de pied central en acier ; au moins un renfort de longeron en acier s'étendant à l'intérieur du longeron de bas de caisse, d'une feuillure à l'autre, de manière à diviser la section transversale creuse dudit longeron en deux parties, ledit renfort montrant au moins une extension s'étendant au-delà d'une des feuillures de jonction du longeron à l'extérieur de celui-ci ; la ou les extensions étant fixées à la doublure de pied central ; le véhicule étant remarquable en ce que le renfort de longeron montre une résistance mécanique supérieure à la résistance mécanique montrée par la doublure de pied central. [00091 Selon l'invention, la différence de résistance mécanique entre le renfort de longeron et la doublure de pied central provient soit d'une différence entre les nuances d'acier utilisées, soit d'une différence d'épaisseur entre les tôles constituant les deux pièces, soit par la combinaison d'une différence de nuance d'acier et d'une différence d'épaisseur entre les deux pièces. 2 [0010] Ainsi, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'acier constituant le renfort de longeron montre, après emboutissage, une résistance mécanique Rrril , et l'acier constituant la doublure de pied central montre, après emboutissage, une résistance mécanique Rm2, les aciers étant choisis pour que la résistance mécanique Rml soit supérieure à la résistance mécanique Rm2 ; et/ou la tôle métallique formant le renfort de longeron ayant une épaisseur el , et la tôle métallique formant la doublure de pied central ayant une épaisseur e2, les tôles métalliques sont choisies pour que l'épaisseur el soit supérieure à l'épaisseur e2, [0011] Comme on l'aura compris à la lecture de la définition qui vient d'en être donnée, l'invention est remarquable en ce que le renfort de longeron formant la partie inférieure de la doublure de pied centrai est dissocié de ladite doublure de pied central à la fois physiquement puisque ces deux pièces sont distinctes l'une de l'autre (bien que fixées l'une à l'autre lors du montage du véhicule), niais également au niveau des propriétés mécaniques montrées par les deux pièces. L'invention est remarquable en ce qu'elle concentre les prestations en matière de sécurité sur l'élément de renfort par l'emploi de nuances d'acier à hautes caractéristiques mécaniques et/ou par l'emploi de tôles métalliques épaisses. Ce faisant, l'invention limite l'augmentation du coût de fabrication du véhicule ettou de la masse globale du véhicule par l'emploi d'autres nuances d'acier et/ou de tôles métalliques plus fines au niveau de la doublure de pied central. En effet, il était connu dans l'art antérieur d'utiliser la même nuance d'acier et/ou des tôles métalliques de même épaisseur pour réaliser ces deux pièces. [0012] L'invention permet donc de proposer une prestation améliorée en matière de sécurité en utilisant des éléments de renfort montrant de hautes caractéristiques mécaniques, tout en réduisant la masse globale du véhicule et/ou en réduisant le coût de fabrication d'un tel véhicule, par rapport au même véhicule dans lequel les deux pièces seraient de même épaisseur et/ou fabriquées avec la même nuance d'acier. [0013] Selon une caractéristique de l'invention, le pied central comprenant en outre un renfort de pied central, le renfort de longeron est fixé au moyen de sa ou de ses extensions à la fois au renfort de pied central et à la doublure de pied central. Idéalement, le renfort de longeron comprend au moins deux extensions agencées pour être écartées l'une part rapport à l'autre. [0014] Selon un mode de réalisation prefere de l'invention, constituant le renfort de longeron est un acier montrant, après emboutissage, une résistance mécanique Rml d'au moins 300 MPa. telle que mesurée selon la norme ISO 6892-1:2016 et selon la direction transverse : de préférence, d'au moins 350 MPa., plus préférentiellement d'au moins 400 4 MPa, encore plus préférentiellement d'au moins 450 MPa, ou d'au moins 500 MPa, ou encore d'au moins 550 MPa, ou d'au moins 600 MPa, ou d'au moins 800 MPa, ou d'au moins 1000 tv1Pa, ou d'au moins 1100 MPa. [0015] De manière complémentaire ou alternative, l'acier constituant le renfort de longeron est un acier choisi parmi les aciers à haute limite élastique montrant une limite d'élasticité allant cie 300 à 700 MPa, les aciers à très haute limite élastique montrant une limite d'élasticité allait de 800 à 1000 MPa et les aciers à ultra haute limite élastique montrant une limite d'élasticité de 1100 à 1500 MPa, la limite élastique étant mesurée selon la norme ISO 6892-1:2016 et selon la direction transverse. [0016] On aura compris que selon l'invention, le renfort de longeron est constitué d'un acier montrant de hautes caractéristiques mécaniques. [0017] Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'épaisseur el de la tôle métallique formant le renfort de longeron est : - d'au moins 0.9 mm, de préférence d'au moins 1 mm, et plus préférentiellement d'au moins 1,1 mm et/ou - supérieure d'au moins 0,3 mm par rapport à l'épaisseur e2, de préférence d'au moins 0,4 mm, et plus préférentiellement d'au moins 0,5 mm. [0018] Idéalement, l'acier constituant la doublure de pied central est un acier montrant une limite élastique inférieure à 300 MPa ; de préférence, inférieure à 200 MPa, telle que mesurée selon la norme ISO 6892-1:2016 et selon la direction transverse. [0019] Eventuellement, l'acier constituant la doublure de pied central est un acier montrant une résistance mécanique inférieure à 350 MPa telle que mesurée selon la norme ISO 6892-1:2016 et selon la direction transverse, de préférence inférieure à 300 MPa. [0020] De manière complémentaire ou alternative, la tôle métallique formant la doublure de pied centrai présente une épaisseur e2 inférieure à 0,9 mm ; de préférence inférieure à 0,8 mm. Le fait d'utiliser une tôle moins épaisse que celle du renfort permet de diminuer la masse globale du véhicule. [0021] Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, le ou lesdits renforts présentant une longueur inférieure à la longueur du longeron de sorte à montrer deux bords latéraux disposés à l'intérieur de la section creuse dudit longeron, le véhicule est remarquable en ce que le renfort présente au moins un rabat s'étendant depuis un de ses bords latéraux en direction du fond d'un des emboutis formant le longeron et en ce que le ou lesdits rabats dudit renfort sont fixés à au moins une aile latérale dudit embouti par au moins une patte de fixation. s [0022] Une telle configuration assure un renforcement prononcé en Z de la section creuse du longeron mais elle a aussi un rôle d'anti-intrusion en Y, selon l'orientation générale du véhicule. Les rabats et les pattes de fixation forment des cloisons intégrées au renfort. Ils sont donc venus de matière avec ledit renfort. Cela est avantageux en ce qu'il est possible de s'affranchir de l'utilisation des cloisons supplémentaires de chaque côté. Une seule pièce est employée au lieu de trois, ce qui permet de s'affranchir également d'effectuer des liaisons par points de soudure électrique entre les trois pièces. De plus, cette architecture confère au renfort une meiileure compressibilité selon la direction Y du véhicule lors d'un choc latéral. Les cloisons absorbent, par leur compression, une partie de l'énergie du choc. Les efforts sont également mieux répartis entre les cloisons. [0023] De préférence, au moins un rabat d'un renfort est dimensionné pour s'étendre jusqu'au fond de l'embouti, et pour y être fixé par au moins une patte de fixation. De préférence, au moins un rabat d'un renfort est fixé à la fois au fond de l'embouti et à au moins une de ses ailes latérales ; de préférence encore, au moins un rabat d'un renfort est fixé à la fois au fond et aux deux ailes latérales dudit embouti. Ainsi, cette configuration, dans laquelle les pattes de fixation prennent appui sur le fond des emboutis du longeron, assure une meilleure prestation anti-intrusion en Y en plus de celle en Z. [0024] Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, le ou les renforts de longeron s'étendant verticalement de manière à montrer un bord supérieur et un bord inférieur, le véhicule est remarquable en ce qu'au moins un renfort de longeron présente un crénelage sur son bord inférieur. De préférence, un des emboutis présente un crérielage complémentaire sur au moins une portion d'un de ses rebords longitudinaux. Cela permet de limiter le nombre de feuillures superposées à souder ensemble au niveau du bas de caisse du véhicule. L'utilisation d'un renfort ayant un bord crénelé, ledit bord étant configure pour être complémentaire à celui de l'embouti du longeron de manière à ce que les portions de tôles soient alternées, a aussi l'avantage d'alléger les masses des deux pièces. [0025] De manière préférentielle, le renfort montrant un corps, le corps et/ou le ou les rabats montrent au moins un ajour et/ou au moins un relief de rigidification ; de préférence au moins un relief de rigidification borde un ajour. Cette configuration assure l'allègement de la pièce tout en augmentant encore sa rigidité. [0026] Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un ensemble comprenant un longeron de bas de caisse et un renfort de longeron pour véhicule selon le premier aspect - le longeron de bas de caisse étant formé par deux emboutis longitudinaux de section transversale creuse et ouverte, chaque embouti montrant une section transversale en 6 U avec un fond et des ailes latérales, lesdites ailes montrant des rebords longitudinaux, les emboutis étant agencés pour que leurs sections en U soient opposées l'une à l'autre de manière à ce que les rebords d'un embouti soient fixés aux rebords correspondants de l'autre embouti formant ainsi deux feuillures longitudinales de jonction et délimitant une section transversale creuse et fermée du longeron ; le renfort de longeron en acier s'étendant à l'intérieur d'un longeron, d'une feuillure à l'autre, de manière à diviser la section transversale creuse dudit longeron en deux parties, le renfort de longeron montrant en outre au moins une extension s'étendant au-delà d'une des feuillures de jonction du longeron à l'extérieur de celui-ci ; la ou les extensions étant destinées à être fixées à une doublure de pied central ; l'ensemble étant remarquable en ce que l'acier constituant le renfort de longeron est un acier montrant, après emboutissage, une résistance mécanique Rml d'au moins 400 MPa telle que mesurée selon la norme ISO 6892-1:2016 selon la direction transverse ; et/ou en ce que le renfort est formé dans une tôle métallique montrant une épaisseur el d'au moins I mm. [0027] De préférence, le longeron et le renfort de longeron sont assemblés par soudage. [0028] Comme on l'aura compris à la définition qui vient d'en être donnée, l'invention concerne également un ensemble comportant un longeron et un renfort. En cas d'endommagement, il est possible d'échanger uniquement le longeron au sein duquel le renfort est déjà intégré. Ainsi, le longeron est prêt à être implanté en bas de caisse d'un véhicule. [0029] Selon un troisième aspect, l'invention concerne un renfort de longeron pour un véhicule selon le premier aspect ou pour un ensemble selon le deuxième aspect de l'invention, le renfort de longeron en acier étant destiné à s'étendre à l'intérieur d'un longeron de bas de caisse, le renfort de longeron montrant en outre au moins une extension dimensionnée pour s'étendre au-delà du périmètre montré par le longeron et cela de manière à sortir à l'extérieur de celui-ci lorsque le renfort est monté clans le longeron ; la ou les extensions étant destinées à être fixées à un renfort de pied central etiou à une doublure de pied central le renfort étant remarquable en ce que l'acier le constituant est un acier montrant, après emboutissage, une résistance mécanique Rml d'au moins 400 MPa telle que mesurée selon la norme ISO 6892-1:2016 selon la direction transverse et/ou en ce que le renfort est formé dans une tôle métallique montrant une épaisseur el d'au moins I mm. [0030] Selon un quatrième aspect, l'invention concerne l'utilisation d'un acier montrant, après emboutissage, une résistance mécanique Rrn1 d'au moins 400 MPa telle que mesurée selon la norme 150 6692-1:2016 selon la direction transverse pour la fabrication d'un 7 renfort de longeron selon le troisième aspect. De préférence, l'utilisation comprend la fabrication d'un renfort de iongeron avec une tôle métallique montrant une épaisseur d'au moins 1 mm, [0031] L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages apparaîtront clairement à la lecture de la description qui suit donnée en référence à la planche de dessins annexée sur laquelle : [0032] [Fig. 1] La figure 1 est une vue partielle d'un longeron de bas de caisse pour lequel un des emboutis a été retiré, le longeron présentant en outre un renfort de longeron selon l'invention. [0033] [Fig. 2] La figure 2 est une vue similaire à la figure 1 selon un autre angle de vue. [0034] [Fig. 3] La figure 3 est également similaire) à la figure 1 montrant plus en détail les rabats du renfort de longeron. [0035] Dans la description qui suit, le terme « comprendre » est synonyme de « inclure » et n'est pas limitatif en ce qu'il autorise la présence d'autres éléments dans le véhicule, l'ensemble, le renfort ou l'utilisation auxquels il se rapporte. Il est entendu que le terme « comprendre » inclut les termes « consister en ». De même, les termes « inférieur », « supérieur », « avant « « arrière », « longitudinal » et « transversal » s'entendront par rapport à l'orientation générale du véhicule. « inférieur » désignera une proximité au sol plus importante que « supérieur » selon l'axe vertical. Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. [0036] On définit par rapport au véhicule un repère orthogonal XYZ, à savoir : - un axe X. définissant une direction longitudinale et horizontale du véhicule, un axe Y. définissant une direction transversale et horizontale, qui avec l'axe X définit un plan XY horizontal, - un axe Z, définissant une direction verticale, perpendiculaire au plan XY horizontal. [0037] Par le terme « pied central » on comprend également un « pied milieu », les deux désignant le montant situé entre le montant avant et le montant arrière au sein d'un véhicule. [0038] La figure 1 est une vue partielle d'un longeron 1 de bas de caisse formé par deux emboutis longitudinaux de section transversale creuse et ouverte (dont un seul esl représenté). Un tel embouti montre une section transversale en U avec un fond 3 et des ailes latérales, lesdites ailes montrant des rebords (9, 11) longitudinaux. Au sein d'un longeron 1, les emboutis sont agencés de manière à ce que leurs sections en U soient 8 opposées l'une à l'autre de manière à ce que les rebords (9, 11) d'un embouti soient fixés aux rebords correspondants de l'autre embouti formant ainsi deux feuillures longitudinales de jonction et délimitant une section transversale creuse et fermée du longeron 1. [0039] Le pied central 13 fixé en partie supérieure du longeron 1 comprend un renfort. 15 de pied central 13 et une doublure 17 de pied central 13 en acier. Le renfort 15 de pied et la doublure 17 sont disposés en regard l'un par rapport à l'autre. Le longeron 1 présente un renfort 19 de longeron en acier s'étendant à l'intérieur de celui-ci, d'une feuillure à l'autre, de manière à diviser la section transversale creuse dudit longeron 1 en deux parties. [0040] De plus, le renfort 19 de longeron montre au moins une extension 21 s'étendant au-delà d'une des feuillures de jonction du longeron 1 à l'extérieur de celui-ci la ou les extensions 21 étant fixées au renfort 15 de pied central 13 et/ou à !a doublure 17 de pied central 13. Selon un mode préférentiel, le renfort 19 présente deux extensions 21 s'étendent vers le pied centrai 13, lesdites extensions 21 étant espacées entre elles. Les extensions 21 prennent la forme de deux pattes d'amarrage. Une telle configuration assure une meilleure répartition d'efforts en cas de choc latéral. [0041] De préférence, le renfort 19 de longeron est une pièce de tôle en acier obtenue par découpage, emboutissage et/ou pliage. De préférence encore, le bord crénelé 31 du renfort 19 est obtenu par soyage. [0042] Selon un exemple de réalisation, l'acier constituant le renfort 19 de longeron est un acier montrant, après emboutissage, une résistance mécanique Firn1 d'au moins 400 MPa telle que mesurée selon la norme 150 6892-1:2016. De tels aciers sont disponibles commercialement. L'acier constituant la doublure 17 de pied central 13 présente une résistance mécanique Rm2, après emboutissage, inférieure la résistance mécanique Rrn1 de l'acier formant ledit renfort 19 de longeron. Cela permet de consolider uniquement la partie inférieure du pied central ce qui implique un gain de masse et un coût de fabrication moins important. [0043] Les aciers pouvant être utilisés dans le domaine de l'emboutissage à chaud de pièces de structure de véhicule automobile peuvent être classés selon leurs caractéristiques mécaniques et, en particulier, par leurs caractéristiques de résistance mécanique Rm telles que mesurées selon la norme 150 6892-1:2016 ainsi que leurs propriétés élastiques indiquées par leur allongement à la rupture A ou par leur limite d'élasticité Re, également mesurée selon la norme ISO 6892-1:2016. [0044] Lorsqu'un acier est déformé, cette déformation est réversible et proportionnelle à la charge tant que l'on reste dans le domaine de déformation élastique de l'acier. Lorsque la charge devient trop importante, on entre dans le domaine de déformation plastique dans 9 lequel les déformations subies par l'acier sont irréversibles. La limite d'élasticité Re d'un acier est la contrainte (charge unitaire) délimitant les domaines plastique et élastique. Lorsqu'une force est exercée sur un acier au-delà de sa limite d'élasticité, la déformation en résultant est donc irréversible. La résistance à la traction ou résistance mécanique Rm représente la contrainte maximale admissible par un acier. Lorsqu'une force est exercée sur un acier au-delà de sa limite de résistance mécanique, il y a rupture. [0045] Selon l'invention, l'homme du métier aura avantage à utiliser un acier à haute limite élastique (HLE), et de préférence un acier à très haute limite élastique (THLE) ou à ultra haute limite élastique (UHLE). De tels aciers sont connus de l'homme du métier. Des exemples d'acier utilisables dans le cadre de l'invention et commercialement disponibles sont l'acier DP590, l'acier 22MnB5 et l'acier Usibor 1500 P tous commercialisés par Arcelor Mittal. [0046] La tôle métallique formant le renfort 19 de longeron 1 a une épaisseur el et la tôle métallique formant la doublure 17 de pied central 13 a une épaisseur e2, et cela de manière à ce que l'épaisseur el soit supérieure à l'épaisseur e2. De préférence, l'épaisseur e2 est comprise entre 0,7 et 1 mm et l'épaisseur e2 est comprise entre 0,9 et 1,5 mm. Par exemple, l'épaisseur el est supérieure à e2 d'au moins 0,3 mm. Selon un mode de réalisation complémentaire ou alternatif, le ratio entre les épaisseurs el et e2 est compris d'au moins 1,1, de préférence encore, ledit ratio est compris entre 1,1 et 2,0, Par exemple, le ratio entre el et e2 est de 1,5. [0047] Idéalement, tel que représenté en figure 2, le ou les renforts 19 présentent chacun deux rabats 23. De préférence, au moins un rabat 23 d'un renfort 19 est fixé à la fois au fond de l'embouti et à au moins une de ses ailes latérales (5, 7). A cet effet, le ou lesdits rabats 23 dudit renfort 19 présentent au moins une patte de fixation (25, 27, 29). De préférence encore, au moins rabat 23 d'un renfort 19 est fixé à la fois au fond et aux deux ailes latérales (5, 7) dudit embouti. Cette dernière configuration est avantageuse en ce qu'elle assure un renforcement du longeron à la fois en direction Z et Y. La fixation s'effectue, de préférence, par soudage par résistance électrique par points. L'homme du métier saura adapter le type de fixation à d'autres moyens d'assemblage de tôles. [0046] Tel qu'illustré en figures 1 et 3, l'un des bords du renfort 19 peut présenter un crénelage. Selon le mode de réalisation présenté dans ces figures, c'est le bord inférieur 11 qui montre un crénelage sous la forme d'un peigne avec des