Brevet FR3118753A1 — publié le 20220715

La présente invention porte sur une pédale (10) notamment pour un véhicule automobile présentant une interface (12) d'intégration d'une liaison pivot et un patin (11) contre lequel est destiné à venir en appui le pied d'un conducteur, ladite pédale (10) comportant: - un corps (13) réalisé dans un matériau plastique, et - un insert de rigidification (15), - l’insert de rigidification (15) étant réalisé dans un matériau composite, ledit insert de rigidification (15) comportant une matrice réalisée dans un matériau polymère thermoplastique et des fibres s'étendant à l'intérieur de la matrice, ledit corps (13) de la pédale (10) étant surmoulé sur l'insert de rigidification (15). Figure 1b PEDALE DE VEHICULE AUTOMOBILE MUNIE D'UN INSERT DE RIGIDIFICATION EN MATERIAU COMPOSITE La présente invention porte sur une pédale de véhicule automobile munie d'un insert de rigidification en matériau composite. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les pédales de frein, les pédales d'accélération, ou les pédales de débrayage de véhicule automobile. De façon connue en soi, les pédales de véhicule automobile peuvent être réalisées dans un matériau thermoplastique mono-matière, de type polyamide ou polypropylène chargé de fibres de verre. Toutefois, les pédales sans insert peuvent être fragiles et manquer de tenue mécanique, ce qui engendre des risques de casse. Les pédales de sécurité très sollicitées mécaniquement, comme les pédales de frein, sont soit réalisées entièrement en acier, soit réalisées à partir d'une âme en acier surmoulée par du plastique. Toutefois, l'âme métallique représente une masse importante dans le poids total de la pièce. On connaît également des pédales réalisées à base de feuilles composites (dites "organo-sheet" en anglais). Ces feuilles composites sont constituées par une toile de fibres tissée bidirectionnelle de grandes dimensions nécessitant un chauffage long avant sa mise en forme par une technique d'estampage à chaud. Ces pédales présentent l'avantage d'être légères mais sont néanmoins complexes et coûteuses à réaliser. Ce type de pédale est donc généralement destiné aux véhicules de luxe. L’invention vise à remédier efficacement aux inconvénients précités en proposant une pédale, notamment pour un véhicule automobile, présentant une interface d'intégration d'une liaison pivot et un patin contre lequel est destiné à venir en appui le pied d'un conducteur, ladite pédale comportant: - un corps réalisé dans un matériau plastique, et - un insert de rigidification, - l’insert de rigidification étant réalisé dans un matériau composite, ledit insert de rigidification comportant une matrice réalisée dans un matériau polymère thermoplastique et des fibres s'étendant à l'intérieur de la matrice, ledit corps de la pédale étant surmoulé sur l'insert de rigidification. L'invention permet ainsi, grâce à la présence de l'insert de rigidification, d’accroître considérablement la tenue mécanique de la pédale par rapport à une pédale réalisée entièrement dans un matériau plastique. L'invention permet également de remplacer les inserts métalliques d'une pédale de sécurité par des inserts réalisés dans un matériau composite plus légers et recyclables. L'invention permet de réaliser un renfort moins onéreux et plus localisé qu'une pédale obtenue à partir d'un matériau composite de type "organo-sheet". Grâce à l'invention, il est possible d'utiliser des matériaux plus respectueux de l'environnement pour le surmoulage, tels que des matériaux plastiques ayant des charges végétales, ou des matériaux plastiques entièrement recyclés. Selon une réalisation de l'invention, l'insert de rigidification est constitué par plusieurs couches d'un ruban superposées les unes sur les autres. Selon une réalisation de l'invention, l'insert de rigidification prend la forme d'une boucle de renforcement s'étendant de façon continue suivant une circonférence complète du corps de la pédale. Selon une réalisation de l'invention, l'insert de rigidification s'étend suivant une face supérieure du corps de la pédale, une face inférieure du corps de la pédale, une portion d'extrémité inférieure du corps reliant la face supérieure et la face inférieure du corps, et une portion d'extrémité supérieure du corps reliant la face supérieure et la face inférieure du corps. Selon une réalisation de l'invention, l'insert de rigidification et le corps de la pédale sont réalisés à base d'un même matériau thermoplastique, notamment un matériau en polypropylène. Selon une réalisation de l'invention, les fibres de l'insert de rigidification sont unidirectionnelles. Selon une réalisation de l'invention, les fibres de l'insert de rigidification s'étendent suivant une direction d'allongement longitudinale du corps de la pédale. Selon une réalisation de l'invention, une largeur de l'insert est constante suivant toute une longueur du corps de la pédale. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une pédale de véhicule automobile comportant: - une étape de fabrication d'un insert de rigidification réalisé dans un matériau composite comportant une matrice réalisée dans un matériau polymère thermoplastique et des fibres s'étendant à l'intérieur de la matrice, - une étape de mise en place de l'insert de rigidification à l'intérieur d'un moule d'injection, et - une étape d'injection de plastique pour la formation d'un corps de la pédale, de sorte qu'au moins une face du corps vient en contact avec l'insert de rigidification afin d'assurer une cohésion de matière entre le corps de la pédale et l'insert de rigidification. Selon une mise en œuvre, l'insert de rigidification est réalisé par enroulement de couches d'un ruban chauffé autour d'un gabarit, de sorte que les couches sont superposées les unes sur les autres. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention. Les figures 1a et 1b sont respectivement des vues en perspective et en coupe longitudinale d'une pédale de véhicule selon la présente invention; La est une représentation schématique d'un ruban utilisé pour la réalisation d'un insert de rigidification selon la présente invention; La est une représentation schématique d'un robot utilisé pour réaliser un insert de rigidification par enroulement d'un ruban chauffé autour d'un gabarit; La est une vue en perspective d'un insert de rigidification destiné à être utilisé avec une pédale de véhicule automobile selon l'invention; Les figures 5a, 5b, et 5c sont des vues schématiques de différentes étapes d'un procédé de fabrication d'une pédale de véhicule selon la présente invention; La est une vue agrandie de l'interface entre le corps d'une pédale et l'insert composite multicouches selon la présente invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. Les figures 1a et 1b montrent une pédale 10 de véhicule automobile pouvant consister en une pédale d'accélération, une pédale d'embrayage, ou une pédale de freinage. La pédale 10 présente à une de ses extrémités un patin 11 contre lequel vient en appui le pied d'un conducteur. Du côté de l'extrémité opposée, la pédale 10 comporte une interface 12 d'intégration d'une liaison pivot. L'interface 12 d'intégration d'une liaison pivot pourra par exemple consister en une ouverture traversante autorisant le passage d'une tige formant un axe de rotation X. Cela permet d'autoriser une rotation de la pédale 10 par rapport à la caisse du véhicule lorsque le conducteur appuie sur la pédale 10 via le patin 11. La pédale 10 pourra également comporter des excroissances 14 dans sa partie intermédiaire pour l'intégration d'un système de rappel à ressort ou à câble. La pédale 10 comporte un corps 13 de forme allongée et au moins un insert de rigidification 15 réalisé dans un matériau composite. Cet insert de rigidification 15 comporte une matrice 16 réalisée dans un matériau polymère et des fibres 18 s'étendant à l'intérieur de la matrice 16, tel que cela est visible en . Le corps 13 de la pédale 10 est surmoulé sur l'insert de rigidification 15. Le corps 13 pourra par exemple présenter une section transversale en forme de I muni d'une nervure centrale 13.1 représentée par transparence sur la . Le corps 13 pourra comporter en outre des nervures de rigidification 17, notamment un réseau de nervures en forme de croix. Les fibres 18 pourront être choisies notamment parmi des fibres de verre ou de carbone. L'insert de rigidification 15 est constitué par plusieurs couches d'un ruban 19 montré sur la . Les couches du ruban 19 sont superposées les unes sur les autres, comme cela est expliqué plus en détails ci-après. L'insert de rigidification 15 pourra prendre la forme d'une boucle de renforcement, tel que cela est illustré sur la . L'insert 15 s'étend alors de façon continue suivant une circonférence complète du corps 13 de la pédale 10. L'insert de rigidification 15 s'étend ainsi suivant une face supérieure 20 du corps 13 de la pédale 10 et une face inférieure 21 du corps 13 de la pédale 10. La face supérieure 20 est située du même côté que le patin 11, tandis que la face inférieure 21 est située du côté opposé au patin 11. L’insert de rigidification 15 s’étend également suivant une portion d'extrémité inférieure 22 du corps 13 reliant la face supérieure 20 et la face inférieure 21 du corps 13. L’insert de rigidification 15 s’étend également suivant une portion d'extrémité supérieure 23 du corps 13 reliant la face supérieure 20 et la face inférieure 21 du corps 13. L'insert de rigidification 15 présente ainsi un contour fermé. En variante, l'insert de rigidification 15 pourra présenter une forme en U ou une forme linéaire. Les fibres 18 continues de l’insert de rigidification 15 travaillent efficacement en traction sur la face supérieure 20 de la pédale 10 lors d’un enfoncement de la pédale 10. Les fibres 18 de l’insert de rigidification 15 travaillent également efficacement en traction sur la face inférieure 21 de la pédale 10 lors de la remontée de la pédale 10. Avantageusement, l'insert de rigidification 15 et le corps 13 sont réalisés à base d'un même matériau thermoplastique, notamment en polypropylène. En variante, ces éléments pourront être réalisés en polyamide (PA6 ou PA6.6), en Polychlorure de vinyle (PVC), ou en Polytéréphtalate de butylène (PBT), ou tout autre matériau adapté à l'application. On décrit ci-après le procédé de fabrication de la pédale 10 selon l'invention munie d'un insert de rigidification 15 en matériau composite. Ce procédé comporte une étape de fabrication d'un insert de rigidification 15 réalisé dans un matériau thermoplastique renforcé par des fibres 18. A cet effet, comme on peut le voir sur la , un robot 25 effectue un enroulement de couches d'un ruban 19 (cf. ) chauffé autour d'un gabarit 26, de sorte que les couches sont superposées les unes sur les autres. L'ensemble de ces couches est comprimé ou laminé à chaud pour former l'insert 15. Suivant un exemple de réalisation, chaque couche du ruban 19 comporte une matrice 16 réalisée dans un matériau polymère thermoplastique dans laquelle s'étendent des fibres 18 continues, tel que montré sur la . Les fibres 18 sont de préférence unidirectionnelles et s'étendent suivant la longueur du ruban 19. Une largeur du ruban 19 est disponible en multiple de 1/4 de pouces (6.35mm). Avantageusement, on choisit une largeur du ruban 19 et donc de l'insert 15 formé par une seule largeur de ruban 19 comprise entre 2x1/4=0.5 pouces (12.7mm) et 8x1/4=2 pouces (50.8mm). Afin de faciliter la réalisation de la pédale 10, une largeur de l'insert 15 est constante suivant toute une longueur du corps 13 de la pédale 10. Une épaisseur d'une couche de ruban 19 est de l'ordre de 0.2mm. On empile avantageusement les couches, de sorte qu'une épaisseur totale de l'insert 15 pourra être comprise entre quelques dixièmes de millimètres et plusieurs millimètres. Une épaisseur de l'insert 15 est notamment comprise entre 1mm et 5mm, et de préférence entre 1mm et 2mm. L'épaisseur de l'insert 15 (et donc le nombre de couches de ruban 19 empilées les unes sur les autres) pourra bien entendu être adaptée en fonction des contraintes mécaniques destinées à être supportées par l’insert 15. L'insert de rigidification 15 est ensuite préchauffé et placé dans un moule 28 d'injection plastique, tel que cela est représenté sur la . Une matière thermoplastique, telle que du polypropylène, est injectée dans le moule 28 de façon à réaliser le corps 13 surmoulé sur l'insert de rigidification 15, tel que cela est montré sur la . Le matériau thermoplastique du corps 13 est de préférence chargé en fibres, notamment des fibres de verre, à hauteur de 30% en masse. La matière thermoplastique est injectée, de sorte qu'au moins une face du corps 13 vient en contact avec l'insert de rigidification 15 afin d'assurer une cohésion de matière entre le corps 13 de la pédale 10 et l'insert de rigidification 15. Le moule 28 est ouvert à la fin du procédé et la pièce 10 est démoulée après son refroidissement, tel que cela est représenté sur la . La pédale 10 ainsi obtenue est renforcée localement dans les zones fortement sollicitées mécaniquement. Les fibres 18 de l'insert de rigidification 15 s'étendent suivant une direction d'allongement longitudinale du corps 13 de la pédale 10. La est une vue agrandie de l'interface I entre le corps 13 de la pédale 10 et l'insert 15 composite multicouches à la fin du procédé de fabrication. Dans cet exemple, on distingue un insert 15 formé par six couches C1-C6 de ruban 19 comportant chacune une matrice 16 de matériau thermoplastique et des fibres 18 continues vues en coupe transversale. On observe une absence de porosité ou de bulles d'air à l'interface I ou entre les couches C1-C6 de ruban 19, de sorte qu'il n'existe pas de problème de cohésion de l'ensemble. On obtient ainsi un insert 15 monobloc qui présente une continuité de matière avec le corps 13 de la pédale 10. La liaison mécanique entre le corps 13 de la pédale 10 et l'insert 15 est donc robuste et homogène. Pédale (10), notamment pour un véhicule automobile, présentant une interface (12) d'intégration d'une liaison pivot et un patin (11) contre lequel est destiné à venir en appui le pied d'un conducteur, ladite pédale (10) comportant: - un corps (13) réalisé dans un matériau plastique, et - un insert de rigidification (15), caractérisée en ce que l’insert de rigidification (15) est réalisé dans un matériau composite, ledit insert de rigidification (15) comportant une matrice (16) réalisée dans un matériau polymère thermoplastique et des fibres (18) s'étendant à l'intérieur de la matrice (16), ledit corps (13) de la pédale (10) étant surmoulé sur l'insert de rigidification (15). Pédale selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'insert de rigidification (15) est constitué par plusieurs couches d'un ruban (19) superposées les unes sur les autres. Pédale selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'insert de rigidification (15) prend la forme d'une boucle de renforcement s'étendant de façon continue suivant une circonférence complète du corps (13) de la pédale (10). Pédale selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'insert de rigidification (15) s'étend suivant une face supérieure (20) du corps (13) de la pédale (10), une face inférieure (21) du corps (13) de la pédale (10), une portion d'extrémité inférieure (22) du corps (13) reliant la face supérieure (20) et la face inférieure (21) du corps (13), et une portion d'extrémité supérieure (23) du corps (13) reliant la face supérieure (20) et la face inférieure (21) du corps (13). Pédale selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'insert de rigidification (15) et le corps (13) de la pédale (10) sont réalisés à base d'un même matériau thermoplastique, notamment un matériau en polypropylène. Pédale selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les fibres (18) de l'insert de rigidification (15) sont unidirectionnelles. Pédale selon la revendication 6, caractérisée en ce que les fibres (18) de l'insert de rigidification (15) s'étendent suivant une direction d'allongement longitudinale du corps (13) de la pédale. Pédale selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'une largeur de l'insert (15) est constante suivant toute une longueur du corps (13) de la pédale (10). Procédé de fabrication d'une pédale (10) de véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte: - une étape de fabrication d'un insert de rigidification (15) réalisé dans un matériau composite comportant une matrice (16) réalisée dans un matériau polymère thermoplastique et des fibres (18) s'étendant à l'intérieur de la matrice (16), - une étape de mise en place de l'insert de rigidification (15) à l'intérieur d'un moule d'injection (28), et - une étape d'injection de plastique pour la formation d'un corps (13) de la pédale (10), de sorte qu'au moins une face du corps (13) vient en contact avec l'insert de rigidification (15) afin d'assurer une cohésion de matière entre le corps (13) de la pédale (10) et l'insert de rigidification (15). Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'insert de rigidification (15) est réalisé par enroulement de couches d'un ruban (19) chauffé autour d'un gabarit (26), de sorte que les couches (C1-C6) sont superposées les unes sur les autres.