Brevet FR3146651A1 — publié le 20240920

L’invention concerne un système dynamique de réduction de la trainée et de la portance (100) d'un véhicule comportant : - au moins deux dispositifs d’injection d’air (110) implantés respectivement en amont des deux passages de roue d’un train de roues, chaque dit dispositif d’injection d’air comprenant au moins un injecteur pourvu d’une buse d’injection débouchant sur une fente ménagée dans la portion avant du passage de roue correspondant ; - une pompe à air (120) apte à injecter de l’air sous pression dans lesdits injecteurs auxquels elle est reliée fluidiquement ; - un anémomètre (130) apte à mesurer la vitesse du vent relatif impactant ledit véhicule ; et - une unité de pilotage (150) apte à piloter de manière autonome et via ladite pompe le débit d’air pulsé sortant du ou des injecteurs de chaque dispositif d’injection d’air en fonction de la vitesse du vent relatif transmise par ledit anémomètre. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 2 Système dynamique de réduction de la trainée et de la portance d'un véhicule automobile La présente invention concerne de manière générale l’aérodynamisme des véhicules automobiles. Elle vise en particulier un système de réduction de la traînée aérodynamique et de la portance d’un tel véhicule automobile. Les véhicules automobiles, lorsqu'ils roulent, sont soumis à un certain nombre d'efforts qui s'oppose à leur avancement. Ces efforts sont en particulier les frottements solides, c’est-à-dire les contacts des roues avec le sol, et les frottements aérodynamiques, comme par exemple les frottements de l'air sur les parois de la carrosserie du véhicule. En plus de ces frottements, les véhicules automobiles sont soumis à une troisième source d'efforts qui s'oppose également à leur avancement. Ces efforts sont les forces aérodynamiques exercées sur le véhicule à travers des régions de surpression et de dépression. En effet, à haute vitesse, ces efforts deviennent dominants par rapport aux autres et jouent un rôle essentiel sur la consommation et la stabilité du véhicule. Ces forces aérodynamiques sont essentiellement générées par les dépressions créées par les décollements, les recirculations et les tourbillons longitudinaux de l'air. Les recirculations et donc les régions de basse pression sont importantes sur l'arrière du véhicule et particulièrement au niveau de la lunette arrière et du coffre. En effet, les écoulements de l'air à l'arrière des véhicules automobiles sont complexes et, en général, il se produit un équilibre entre les décollements et les tourbillons longitudinaux. Les dispositifs utilisés en aérodynamique automobile interviennent sur le décollement qui a lieu sur l'arrière du véhicule, en particulier dans la région du raccord entre le pavillon et la lunette arrière, d'une part, et la lunette arrière et le coffre, d'autre part. Si effectivement les plus grosses dépressions et les principales structures tourbillonnaires et les décollements sont générés sur la partie arrière du véhicule automobile, la région des roues et des passages de roues est également une zone critique. En effet, l'écoulement de l'air s'engouffre dans le passage de roues et on observe très souvent un décollement en aval de celui-ci. On observe également toujours un sillage important derrière les roues du véhicule et le sillage des roues avant rencontre les roues arrière et modifie leur sillage. Le sillage des roues et l'écoulement de l'air dans les passages de roues agissent aussi directement sur l'écoulement de l'air au niveau du soubassement du véhicule, modifiant ainsi le débit de l'air sortant de dessous du véhicule et par-là même modifient la structure de l'écoulement de l'air sur l'arrière du véhicule automobile. Ainsi, la région des roues et des passages de roues est une région très sensible pour l'aérodynamique du véhicule et les constructeurs estiment que ces régions contribuent en moyenne à 15% de la valeur de coefficient de pénétration dans l'air du véhicule automobile. Afin de réduire la traînée et la portance générée au niveau des roues d'un véhicule automobile, le document EP 1 508 510 A2 propose d’agencer, en amont de chaque passage de roue du véhicule, une écope disposée au-dessous du soubassement et comportant une entrée dirigée vers l'avant du véhicule. Cette écope est reliée par un conduit à une fente d’orientation verticale ménagée sur le bord externe dudit passage de roue au devant de la roue correspondante, de sorte à créer un rideau d'air vertical déporté latéralement de cette roue. La création de ce carénage fluide permet ainsi d'empêcher l'air circulant autour du véhicule de s'engouffrer dans une partie du passage de roue et de limiter la création d'importantes zones de recirculation et d'écoulement complexes pénalisantes pour la traînée et la portance du véhicule. Cette écope permet également de protéger la roue correspondante de l'impact de l'air incident et donc de réduire les régions de décollement autour de cette roue. L’efficacité d’une telle écope s’avère cependant très limitée, notamment à grande vitesse. Ce type de dispositif n’est en outre d’aucune efficacité pour améliorer l’écoulement de l’air autour des roues avant lorsque le véhicule braque. La présente invention vise donc à améliorer la situation. Elle propose à cet effet un système dynamique de réduction de la trainée et de la portance d'un véhicule automobile caractérisé en ce qu’il comporte : - au moins deux dispositifs d’injection d’air implantés respectivement en amont des deux passages de roue d’un train de roues dudit véhicule, chaque dit dispositif d’injection d’air comprenant au moins un injecteur pourvu d’une buse d’injection débouchant sur une fente ménagée dans la portion avant du passage de roue correspondant ; - une pompe à air apte à injecter de l’air sous pression dans lesdits injecteurs auxquels elle est reliée fluidiquement ; - un anémomètre apte à mesurer la vitesse du vent relatif impactant ledit véhicule ; et - une unité de pilotage apte à piloter de manière autonome et via ladite pompe le débit d’air pulsé sortant du ou des injecteurs de chaque dispositif d’injection d’air en fonction de la vitesse du vent relatif transmise par ledit anémomètre. L’invention permet de générer au niveau de chaque passage de roues dudit train de roues un flux d’air pulsé adapté au vent relatif subi par le véhicule qui va s’additionner au flux d’air extérieur impactant le véhicule pour optimiser l’écoulement de l’air autour de la roue correspondante et éviter ainsi la création de zones de recirculation et d'écoulement complexes pénalisantes pour la traînée et la portance du véhicule. Selon des caractéristiques préférées dudit système dynamique de réduction de la trainée et de la portance selon l’invention : - ladite unité de pilotage est configurée de sorte que ledit débit d’air pulsé varie selon une fonction croissante de la vitesse du vent relatif ; - le ou les injecteurs de chaque dit dispositif d’injection d’air sont configurés de sorte que l’écoulement d’air pulsé généré par ce dispositif d’injection d’air vienne impacter la roue correspondante sur l’ensemble de sa largeur en débordant latéralement de part et d’autre de cette dernière ; le ou les injecteurs de chaque dit dispositif d’injection d’air sont configurés de sorte que l’écoulement d’air pulsé généré par ce dispositif d’injection d’air vienne impacter la roue correspondante sur l’ensemble de sa largeur en débordant latéralement de part et d’autre de cette dernière ; - la buse d’injection de chaque dit injecteur est plate et configurée de sorte que cet injecteur génère un jet horizontal au travers de ladite fente correspondante sur un secteur angulaire prédéterminé ; - chaque dit dispositif d’injection d’air comprend plusieurs injecteurs agencés parallèlement côte à côte à intervalle régulier dans un même plan horizontal ; - ledit système comporte également une girouette apte à mesurer l’orientation du vent relatif impactant ledit véhicule, le débit d’air pulsé sortant du ou des injecteurs de chaque dispositif d’injection d’air étant également fonction de ladite orientation du vent relatif transmise par ladite girouette ; - le ou les injecteurs d’un même dit dispositif d’injection d’air sont montés fixement sur un support solidaire de la structure de caisse dudit véhicule ; - ledit système comporte un capteur d’angle de braquage apte à mesurer en temps réel l’angle de braquage des roues d’un train de roue dudit véhicule, lesdits supports des injecteurs associés à ces roues étant montés mobiles vis-à-vis de la structure de caisse du véhicule via un mécanisme motorisé commandé par ladite unité de pilotage, cette dernière étant configurée pour entraîner le déplacement de ces supports lorsque lesdites roues braquent afin que la position des injecteurs associées à chacune de ces roues demeure fixe dans le référentiel de cette roue ; et/ou - ledit système comporte deux dits dispositifs d’injection d’air implantés respectivement en amont des deux passages de roue du train de roues avant, ainsi que deux autres dits dispositifs d’injection d’air implantés respectivement en amont des deux passages de roue du train de roues arrière. L’invention vise également sous un second aspect un véhicule automobile comprenant un tel système dynamique de réduction de la trainée et de la portance. L’exposé de l’invention sera maintenant poursuivi par la description détaillée de plusieurs exemples de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - représente une vue schématique de dessous d’un véhicule automobile équipé d’un système dynamique de réduction de la traînée et de la portance selon l’invention ; - est un diagramme fonctionnel du système dynamique de réduction de la traînée et de la portance selon l’invention ; - représente une vue schématique en perspective illustrant l’implantation, en amont d’un passage de roue du véhicule, de l’un des dispositifs d’injection d’air que comporte le système dynamique de réduction de la trainée et de la portance selon l’invention ; et - représente une vue similaire à la mais sur laquelle les roues avant sont braquées d’un angle prédéterminé vis-à-vis de l’axe longitudinal du véhicule. La représente une vue de dessous d’un véhicule automobile 1. On définit par rapport à ce véhicule 1 un repère orthogonal XYZ comprenant trois axes perpendiculaires deux à deux, à savoir : - un axe X, définissant une direction longitudinale, horizontale, - un axe Y, définissant une direction transversale, horizontale, qui avec l'axe X définit un plan XY horizontal, et - un axe Z, définissant une direction verticale, perpendiculaire au plan XY horizontal. Dans la suite de la description et en référence au repère défini ci-dessus, les termes « longitudinal » ou « longitudinalement » feront référence à une direction parallèle à l’axe X, les termes « transversal » ou « transversalement » feront référence à une direction parallèle à l’axe Y, et les termes « vertical » ou « verticalement » feront référence à une direction parallèle à l’axe Z. D’autre part et par convention, les termes « inférieur », « supérieur », « avant » et « arrière » s’entendront par rapport à l’orientation générale du véhicule. Les termes « inférieur » et « bas » indiqueront une proximité avec le sol plus importante selon la direction verticale que les termes « supérieur » ou « haut ». Le terme « avant » indiquera un positionnement orienté vers le devant d’un véhicule selon la direction horizontale et le terme « arrière » indiquera un positionnement orienté vers l’arrière d’un véhicule selon la même direction horizontale. Enfin, les termes « externe » et « interne » seront quant à eux utilisés pour définir la position relative d'un élément par référence au plan longitudinal vertical médian du véhicule 1. L’élément le plus proche de ce plan sera ainsi qualifié d’interne par opposition à l’autre élément plus éloigné de ce même plan qui sera quant à lui qualifié d’externe. Le véhicule automobile 1 comporte classiquement deux roues avant 2 montées sur un train avant non représenté, ainsi que deux roues arrière 3 montées sur un train arrière non représenté. Les roues avant 2 (respectivement arrière 3) sont implantées dans des passages de roue avant 4 (respectivement arrière 5) correspondants qui forment des renfoncements s’étendant en retrait des ailes avant et arrière de la carrosserie du véhicule 1. Selon l’invention, le véhicule 1 comporte en outre un système dynamique de réduction de la trainée et de la portance 100 dont le diagramme fonctionnel est représenté sur la . Ce système dynamique de réduction de la trainée et de la portance 100 comprend deux dispositifs d’injection d’air 110 implantés respectivement en amont des deux passages de roue avant 4, ainsi que deux autres dispositifs d’injection d’air 110 implantés respectivement en amont des deux passages de roue arrière 5. L’invention n’est toutefois pas limitée à cette configuration et le système peut comprendre seulement deux dispositifs d’injection d’air implantés en amont des deux passages de roue arrière 5 ou bien seulement deux dispositifs d’injection d’air implantés en amont des deux passages de roue avant 4. Chaque dispositif d’injection d’air 110 comprend au moins un injecteur 111 pourvu d’une buse d’injection débouchant sur une fente 6 ménagée dans la portion avant du passage de roue correspondant 4, 5 (comme illustré par la pour l’un des passages de roues avant 4) et s’étendant transversalement sur au moins la majeure partie de la largeur de ce passage de roue. Chaque dispositif d’injection d’air 110 comprend avantageusement plusieurs injecteurs 111 (de préférence, entre deux et cinq) agencés parallèlement côte à côte à intervalle régulier dans un même plan horizontal. Le ou les injecteurs 111 d’un même dispositif d’injection d’air 110 sont montés fixement sur un support 112 solidaire de la structure de caisse du véhicule. La buse d’injection de chaque injecteur 111 est avantageusement plate et configurée de sorte que cet injecteur 111 génère un jet horizontal au travers de la fente correspondante 6 sur un secteur angulaire prédéterminé. Le ou les injecteurs 111 de chaque dispositif d’injection d’air 110 sont en outre de préférence configurés de sorte que l’écoulement d’air pulsé généré par ce dispositif d’injection d’air 110 vienne impacter la roue correspondante 2, 3 sur l’ensemble de sa largeur en débordant latéralement de part et d’autre de cette dernière. Tel qu’illustré sur la , le système 100 comporte également une pompe à air 120 alimentée par une prise d’air, non représentée, agencée sur le véhicule 1 (par exemple dans le compartiment moteur en arrière de la calandre) et apte à injecter de l’air sous pression dans les injecteurs 111 reliés fluidiquement à cette pompe 120 par des tuyaux flexibles 113. Toujours en référence à la , ce système 100 comporte en outre : - un anémomètre 130 comprenant par exemple une sonde Pitot implantée sur le toit du véhicule 1 et apte à mesurer la vitesse du vent relatif impactant ce véhicule 1 (ce vent relatif étant la résultante vectorielle du vent de vitesse généré par le déplacement du véhicule et du vent réel) ; et - un capteur d’angle de braquage 140 apte à mesurer en temps réel l’angle de braquage des roues 2 du train avant du véhicule. Le système 100 comporte enfin une unité de pilotage 150, constituée de préférence par le BSI du véhicule (pour « Boîtier de Servitude Intelligent ») également appelé VSM (pour « Vehicle Supervisor Module » en anglais) dans la terminologie courante, et reliée, via le réseau électronique de bord du véhicule 1, à l’anémomètre 130 et au capteur d’angle de braquage 140. L’unité de pilotage 150 est apte à piloter de manière autonome et via la pompe 120 le débit d’air pulsé sortant du ou des injecteurs 111 de chaque dispositif d’injection d’air 110 en fonction de la vitesse du vent relatif transmise par l’anémomètre 130, de sorte à générer au niveau de chaque passage de roues avant 4 et arrière 5 un flux d’air pulsé qui va s’additionner au flux d’air extérieur impactant le véhicule pour optimiser l’écoulement de l’air autour de la roue correspondante 2, 3 et éviter ainsi la création de zones de recirculation et d'écoulement complexes pénalisantes pour la traînée et la portance du véhicule. De manière avantageuse, l’unité de pilotage 150 est configurée de sorte ce débit d’air pulsé sortant du ou des injecteurs 111 varie selon une fonction croissante de la vitesse du vent relatif. L’unité de pilotage 150 pourra par exemple déterminer la valeur de ce débit d’air pulsé sortant du ou des injecteurs 111 à partir d’un tableau de correspondance stocké dans une mémoire de cette unité de pilotage 150. En variante, l’unité de pilotage 150 pourrait également déterminer cette valeur du débit d’air pulsé par calcul à partir d’une fonction affine ou polynomiale de deuxième ou de troisième degré stocké dans une mémoire de cette unité de pilotage 150. De manière avantageuse, les supports 112 portant le ou les injecteurs 111 des dispositifs d’injection d’air 110 associés aux roues avant 2 sont montés mobiles (par exemple à rotation et à translation) vis-à-vis de la structure de caisse du véhicule via un mécanisme motorisé commandé par l’unité de pilotage 150. Cette dernière est alors configurée pour entraîner le déplacement de ces supports 112 lorsque les roues avant 2 braquent afin que la position des injecteurs 111 associées à chacune de ces roues avant 2 demeure fixe dans le référentiel de cette roue 2, tel qu’illustré par la . Une telle cinématique de déplacement permet ainsi que l’écoulement d’air pulsé généré par chaque dispositif d’injection 110 associé à une roue avant 2 continue à impacter toute la largeur de cette roue 2 lorsque le véhicule 1 braque en débordant latéralement de part et d’autre de cette dernière, de sorte à assurer une efficacité optimale du système selon l’invention 100. Selon une variante de réalisation non représentée, le système 100 peut comporter également une girouette apte à mesurer l’orientation du vent relatif impactant ledit véhicule 1, le débit d’air pulsé sortant du ou des injecteurs 111 de chaque dispositif d’injection d’air 110 étant alors également fonction de cette orientation du vent relatif transmise par ladite girouette. D’autres variantes de réalisation sont bien entendu envisageables et on rappelle à cet égard que la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites et représentées, mais englobe également toutes les variantes d’exécution à la portée de l'homme du métier. Système dynamique de réduction de la trainée et de la portance (100) d'un véhicule automobile (1) caractérisé en ce qu’il comporte : - au moins deux dispositifs d’injection d’air (110) implantés respectivement en amont des deux passages de roue (4, 5) d’un train de roues dudit véhicule (1), chaque dit dispositif d’injection d’air (110) comprenant au moins un injecteur (111) pourvu d’une buse d’injection débouchant sur une fente (6) ménagée dans la portion avant du passage de roue correspondant (4, 5) ; - une pompe à air (120) apte à injecter de l’air sous pression dans lesdits injecteurs (111) auxquels elle est reliée fluidiquement ; - un anémomètre (130) apte à mesurer la vitesse du vent relatif impactant ledit véhicule (1) ; et - une unité de pilotage (150) apte à piloter de manière autonome et via ladite pompe (120) le débit d’air pulsé sortant du ou des injecteurs (111) de chaque dispositif d’injection d’air (110) en fonction de la vitesse du vent relatif transmise par ledit anémomètre (130). Système (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite unité de pilotage (150) est configurée de sorte ledit débit d’air pulsé varie selon une fonction croissante de la vitesse du vent relatif. Système (100) selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le ou les injecteurs (111) de chaque dit dispositif d’injection d’air (110) sont configurés de sorte que l’écoulement d’air pulsé généré par ce dispositif d’injection d’air vienne impacter la roue correspondante (2, 3) sur l’ensemble de sa largeur en débordant latéralement de part et d’autre de cette dernière. Système (100) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la buse d’injection de chaque dit injecteur (111) est plate et configurée de sorte que cet injecteur génère un jet horizontal au travers de ladite fente correspondante (6) sur un secteur angulaire prédéterminé. Système (100) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque dit dispositif d’injection d’air (110) comprend plusieurs injecteurs (111) agencés parallèlement côte à côte à intervalle régulier dans un même plan horizontal. Système (100) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comporte également une girouette apte à mesurer l’orientation du vent relatif impactant ledit véhicule (1), le débit d’air pulsé sortant du ou des injecteurs (111) de chaque dispositif d’injection d’air (110) étant également fonction de ladite orientation du vent relatif transmise par ladite girouette. Système (100) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le ou les injecteurs (111) d’un même dit dispositif d’injection d’air (110) sont montés fixement sur un support (112) solidaire de la structure de caisse dudit véhicule (1). Système (100) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comporte un capteur d’angle de braquage (140) apte à mesurer en temps réel l’angle de braquage des roues (2, 3) d’un train de roue dudit véhicule, lesdits supports (112) des injecteurs (111) associés à ces roues (2, 3) étant montés mobiles vis-à-vis de la structure de caisse du véhicule (1) via un mécanisme motorisé commandé par ladite unité de pilotage (150), cette dernière étant configurée pour entraîner le déplacement de ces supports (112) lorsque lesdites roues (2 ; 3) braquent afin que la position des injecteurs (111) associées à chacune de ces roues (2, 3) demeure fixe dans le référentiel de cette roue (2, 3). Système (100) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu’il comporte deux dits dispositifs d’injection d’air (110) implantés respectivement en amont des deux passages de roue (4) du train de roues avant, ainsi que deux autres dits dispositifs d’injection d’air (110) implantés respectivement en amont des deux passages de roue (5) du train de roues arrière. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu’il comporte un système dynamique de réduction de la trainée et de la portance selon l’une des revendications 1 à 9.