Brevet FR3161391A1 — publié le 20251024

L’invention concerne un système de déploiement d’un élément déflecteur d’air (20) pour un véhicule. Il comporte : un élément déflecteur d’air (20) mobile pour le prolongement du contour d’une face extérieure du véhicule dans une première position de roulage, un dispositif de réglage bistable (21) pour le déplacement de l’élément déflecteur d’air 20 entre une première position de roulage, une deuxième position de roulage et une position de repos, ledit dispositif de réglage bistable (21) comprend au moins deux liaisons souples (22) entre deux composants rigides (23) mobiles par rapport à un bâti (24) ; un des composants rigides est fixé solidaire à l’élément déflecteur d’air (20) ; lors de la deuxième position de roulage, l’élément déflecteur d’air (20) est sensiblement à l’horizontal. Le système est dans un matériau unique. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Système de déploiement d’un élément déflecteur d’air pour un véhicule Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un système de déploiement d’un élément déflecteur d’air pour un véhicule. Pour activer un dispositif de déflecteur d'air mobile, tel qu'une table ou une tablette, ou un appendice aérodynamique, les méthodes conventionnelles impliquent l'assemblage de multiples composants d'un mécanisme pour déployer cette surface. Par exemple, pour déployer une table, elle serait fixée à une charnière à l'aide de vis. Diverses solutions techniques doivent également être incorporées pour maintenir la surface dans la position désirée, telles que des verrous ou des crochets. En revanche, pour faciliter le mouvement ou ramener la pièce à sa position initiale, l'utilisation de ressorts ou de vérins est nécessaire. Concernant les artifices aérodynamiques mobiles, le mouvement articulé des surfaces est réalisé au moyen de moteurs électriques. Plusieurs défauts rendent ces solutions non satisfaisantes. Le premier point est l’augmentation conséquente du nombre de pièces pour réaliser la fonction, par exemple de déploiement d’une surface à l’aide d’une charnière ou d’une crémaillère. Il s’ensuit une augmentation du poids de la solution technique, qui est une caractéristique critique pour les véhicules futurs. De plus, les pièces remplacées sont souvent des moteurs électriques ou des vérins hydrauliques, ce qui réduit la fiabilité et la facilité de réparation. Un grand nombre de pièces augmente le coût et la difficulté de fabrication. Plusieurs procédés de mise en forme peuvent être nécessaires (extrusion plastique, injection, usinage, perçage, …), ce qui complique la fabrication de la pièce à une échelle industrielle. La multiplication des pièces nécessite aussi l’assemblage des sous éléments. Enfin, la diversité des pièces nécessaires, par exemple pour la solution technique de pivot avec charnière implique une diversité des matériaux utilisés : alliages de métaux, acier, aluminium, polymères, …, ce qui limite grandement voire annihile la possibilité de recycler les solutions existantes. Un autre problème existe en ce qu’il concerne le coût énergétique lié à l'actionnement. Les méthodes actuelles proposées sont au nombre de deux : La première consiste à laisser l'appendice aérodynamique libre (artifice fixe statique) pour suivre le flux d'air. Cette approche présente une efficacité limitée en raison des battements aérodynamiques observés, générant ainsi des vibrations et diverses nuisances telles que des bruits, une usure accrue et une instabilité du flux. L'autre solution, consiste à utiliser des artifices mobiles (vérins, moteurs, cliquets, etc.). Il existe des solutions telles que le document de publication FR3105159 présentant deux positions à l’aide d’éléments moteurs électriques. Toutes ces méthodes pour déployer un élément déflecteur d’air ou un appendice aérodynamique consomment de l'énergie, ce qui réduit considérablement les gains potentiels en termes d'amélioration énergétique par une modification de l'aérodynamisme. En général, le bilan énergétique est négatif, sauf pour des vitesses très élevées. Présentation de l'invention La présente invention vise à remédier à ces inconvénients avec une approche totalement novatrice. Plus précisément, l’invention a pour objectif de fournir une technique de déploiement d’un élément déflecteur d’air en limitant le nombre de pièce. Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints, à l’aide d’un Système de déploiement d’un élément déflecteur d’air pour un véhicule, remarquable en ce qu’il comporte : un élément déflecteur d’air mobile pour le prolongement du contour d’une face extérieure du véhicule dans une première position de roulage, un dispositif de réglage bistable pour le déplacement de l’élément déflecteur d’air 20 entre une première position de roulage, une deuxième position de roulage et une position de repos, ledit dispositif de réglage bistable comprend au moins deux liaisons souples entre deux composants rigides mobiles par rapport à un bâti ; un des composants rigides est fixé solidaire à l’élément déflecteur d’air ; lors de la deuxième position de roulage, l’élément déflecteur d’air est sensiblement à l’horizontal. Grâce à ces dispositions, le remplacement par une seule pièce sans besoin d'assemblage, permet la diminution de la complexité de l'assemblage (moins de vis, écrous, rivets, colles, etc.). On obtient une amélioration de la robustesse et de la fiabilité. Si le matériau utilisé pour la fabrication du dispositif de réglage bistable est du polymère (plastique) ceci entraîne un coût d'achat de matière première très faible, quelques centimes par pièce. L’intégration directe de la solution technique lors de la conception des éléments de support (toit, portes, tableaux de bord, sièges, etc.), n’a pas besoin d'assemblage. L’allègement du poids du véhicule entraîne une réduction de la consommation de carburant. Grâce à l'utilisation d’un seul matériau, on augmente la recyclabilité des véhicules. Il est possible de choisir des vitesses de déploiement (première position de roulage et deuxième position de roulage) et de repli (position de repos) de l’élément déflecteur d’air. L’invention est avantageusement mise en œuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposées ci-après, lesquelles sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Dans un mode de réalisation, lors de la première position de roulage au moins un des deux composants rigides vient en butée sur l’élément déflecteur d’air. Dans un mode de réalisation, une des liaisons souples a une résistance à la déformation moins importante qu’une autre liaison souple. Dans un mode de réalisation, le dispositif de réglage bistable comprend un bâti relié à un premier composant rigide par une première liaison souple, le premier composant rigide est relié à un deuxième composant rigide par une deuxième liaison souple, le deuxième composant rigide est relié à un troisième composant rigide par une troisième liaison souple ; le deuxième composant rigide étant fixé solidaire à l’élément déflecteur d’air. Dans un mode de réalisation, un quatrième composant rigide est relié au bâti par une quatrième liaison souple. Dans un mode de réalisation, la quatrième liaison souple a une rigidité plus importante qu’une des liaisons souples suivantes : première liaison souple, deuxième liaison souple ou troisième liaison souple. Dans un mode de réalisation, chaque composant rigide forme une liaison pivot par la mobilité de liaison souple par rapport au bâti. Dans un mode de réalisation, le bâti est relié au toit d’un véhicule. Dans un mode de réalisation, le mouvement de deux composants rigides avec une des liaisons souples est un mouvement selon un plan ou selon un point. Dans un mode de réalisation, le dispositif de réglage bistable est intégré à un toit d’un véhicule ou forme un ensemble d’un seul matériau. Brève description des figures D’autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortent de la description qui suit faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels : La FIG. 1 représente une vue en perspective d’un élément déflecteur d’air avec un dispositif de réglage bistable ; La FIG. 2 représente une autre vue de détails et en perspective d’un élément déflecteur d’air avec un dispositif de réglage bistable objet de la présente invention. La FIG. 1 montre un élément déflecteur d’air 20 avec un dispositif de réglage bistable 21. L’élément déflecteur d’air 20 est mobile et se déploie pour modifier l’aérodynamique d’un véhicule. Pour ce faire, le dispositif de réglage bistable 21 est un mécanisme avec plusieurs positions de stabilité, monobloc. Il utilise un matériau unique. Le mécanisme est fabriqué d’un seul tenant avec des amincissements locaux qui assurent la déformation du dispositif de réglage bistable 21 et assurent la fonction principale de déploiement. La géométrie du dispositif de réglage bistable 21 permet d'emmagasiner de l’énergie (flux aérodynamique autour du mécanisme et du spoiler ; gravité issue de sa masse) puis de la restituer pour atteindre la seconde position d’équilibre. Ce déploiement de l’élément déflecteur d’air 20 se fait sans apport d’énergie extérieure autre que la vitesse du véhicule, sans vérin ni moteur électrique. Le principal objectif est d'améliorer les performances du véhicule en réduisant sa traînée aérodynamique. En modifiant la forme extérieure du véhicule, on optimise le flux d'air autour de celui-ci. Cela est réalisé en déployant un élément déflecteur d’air 20 mobile à une vitesse cible, ce qui diminue les turbulences et améliore le coefficient aérodynamique noté souvent Cx. Par conséquent, cela entraîne une réduction de la consommation de carburant, car la force de traînée aérodynamique notée Fx est réduite. L’avantage de cet élément déflecteur d’air 20 est l'utilisation d'un système monobloc, où la peau extérieure du véhicule, le dispositif de réglage bistable 21 et l’élément déflecteur d’air 20 ne forment qu'une seule et même pièce. Cela permet de réduire significativement la masse, ainsi que le nombre de pièces, les étapes d'assemblage, le coût et le temps de fabrication. La bistabilité du mécanisme permet de bloquer celui-ci dans deux positions sans nécessiter d'apport d'énergie extérieure une fois que les positions de stabilité sont atteintes. Pour passer d'une position à une autre, l'élément déflecteur d’air 20 utilise l'énergie passive présente sous forme de flux aérodynamique généré lors du déplacement du véhicule, évitant ainsi les battements aérodynamiques. Le principal avantage technique réside dans la configuration géométrique spécifique qui confère des propriétés de bistabilité du dispositif de réglage. Cette caractéristique permet de réduire le nombre de pièces nécessaires pour accomplir la même fonction technique, comme le déploiement de l’élément déflecteur d’air 20 selon une première position. Ceci a un impact direct sur le coût de production, la complexité de fabrication et d'assemblage, ainsi que sur l’empreinte carbone et le taux de recyclabilité. L’activation est entièrement passive et utilise la force de traînée générée par le mouvement du véhicule, tandis que sa conception offre la possibilité de choisir les vitesses de déploiement et de repli de l’élément déflecteur d’air 20. Les mécanismes employés ici sont conçus pour être réalisés en une seule pièce, les rendant ainsi monoblocs. Ce mode de conception présente l'avantage d'une significative réduction de poids, car la structure elle-même intègre les liaisons entre les divers "éléments". Ces liaisons sont alors qualifiées de liaisons souples, éliminant ainsi le besoin d'ajouter des pièces spécifiques pour créer des parties mobiles telles que des glissières, des roulements, des vis, des paliers ou des rotules. Cette approche permet également, par définition, de minimiser le nombre de pièces, simplifiant ainsi la gestion des approvisionnements et de l'assemblage. Enfin, la facilité de recyclage en fin de vie est favorisée grâce à une structure unique composée d'un seul matériau. Une liaison souple 22 est une connexion mécanique entre deux éléments qui permet un certain degré de déformation ou de mouvement relatif entre eux. Contrairement à une liaison rigide, qui maintient les éléments dans une position fixe, une liaison souple 22 peut permettre des mouvements tels que la flexion, la torsion ou le déplacement relatif. Ces liaisons sont souvent réalisées à l'aide de matériaux flexibles. Le dispositif de réglage est un mécanisme bistable qui possède deux positions d'équilibre, lui permettant de rester dans chacune de ces positions sans nécessiter d'apport extérieur d'énergie (comme hydraulique ou électrique) : première position de roulage et deuxième position de roulage. Cependant, pour passer d'une position à une autre, une source d'énergie est requise. Un mécanisme bistable comportant des liaisons souples est qualifié de bistable et souple. Ces liaisons souples, matérialisées par des zones d'amincissement de la matière, permettent le mouvement du mécanisme. Lorsque le mécanisme se déplace, il se déforme et emmagasine de l'énergie élastique, qu'il libère par la suite. Les parties les plus fines du mécanisme, les liaisons, subissent des déformations importantes et relient les parties plus rigides, appelées "composants", bien qu'elles fassent partie de la même pièce. Les parties les plus rigides subissent des déformations moins prononcées et sont plus aptes à stocker et à libérer l'énergie élastique. Le dispositif de réglage bistable 21 comprend au moins deux liaisons souples 22 entre deux composants rigides 23. Les mécanismes peuvent avoir des mouvements plans, ou dans l’espace. Leur mouvement peut ou non combiner des translations et des rotations. Cela permet de déployer des éléments avec des trajectoires complexes. Naturellement, l’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que l’homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention sans pour autant sortir du cadre de l’invention. La FIG. 2 montre une autre vue de détails et en perspective d’un élément déflecteur d’air 20 avec un dispositif de réglage bistable 21. Le dispositif de réglage bistable 21 comprend un bâti 24 relié à un premier composant rigide 23a par une première liaison souple 22a. Le bâti 24 est relié au véhicule. Selon une variante, non représentée, le bâti 24 est lié à une structure plus complexe : le dispositif de réglage bistable 21 est intégré à un ou plusieurs autres mécanismes pour former des structures complexes. Cela donne naissance à des systèmes qui possèdent deux ou plusieurs positions d'équilibre, appelés alors mécanismes multistables. En plus de cette combinaison, il est possible de programmer une séquence d'activation entièrement déterminée, en tenant compte de diverses propriétés mécaniques et géométriques telles que l'épaisseur ou la rigidité des mécanismes. Ainsi, dans cet exemple la structure comporte des crans, représentant les positions de stabilité, qui deviennent de plus en plus rigides, ou bien un déplacement angulaire de plus en plus important. Le premier composant rigide 23a est relié à un deuxième composant rigide 23b par une deuxième liaison souple 22b. Le deuxième composant rigide 23b est relié à un troisième composant rigide 23c par une troisième liaison souple 22c. Le deuxième composant rigide 23b est fixé solidaire à l’élément déflecteur d’air 20. Un quatrième composant rigide 23d est relié au bâti 24 par une quatrième liaison souple 22d. Le comportement mécanique du mécanisme sur l’élément déflecteur d’air 20 est non linéaire et se déroule en plusieurs étapes : Mise en charge : en dessous d'une certaine force critique (force d'Euler), la structure suit les principes de la mécanique classique et présente un comportement linéaire. À cette étape, de l'énergie est emmagasinée. Atteinte de la force critique : lorsque la force critique est atteinte, les composants rigides composant le dispositif de réglage bistable 21 commencent à fléchir. Cela entraîne une diminution de la force appliquée jusqu'à ce qu'une position d'équilibre instable soit atteinte : première position de roulage. Atteinte de la seconde position d'équilibre : en général, en raison de l'inertie des pièces en mouvement, le système ne reste pas dans sa position d'équilibre instable. L'énergie stockée est alors restituée au mécanisme, lui permettant d'atteindre sa seconde position d'équilibre, cette fois-ci stable, soit la deuxième position de roulage. Le système de déploiement utilisant le dispositif de réglage bistable 21 présente une réversibilité, ce qui signifie qu'il est possible de passer de la première position à la seconde et vice versa. Cependant, on peut observer une disparité de comportement entre les deux directions. En d'autres termes, la force critique nécessaire pour activer le mécanisme peut différer selon la direction de manipulation. Néanmoins, le comportement est symétrique dans les deux sens. L'élément déflecteur d’air 20 correspond au spoiler (terme anglophone pour par "aileron" ou "becquet" en français), conçu pour améliorer considérablement l'aérodynamisme des véhicules en réduisant la force de traînée. Sur la figure, il est illustré en position de repos, se déployant horizontalement dans une deuxième position de roulage qui en équilibre au-delà d'une certaine vitesse. Le bâti 24 est relié à une partie de la carrosserie du véhicule, comme la structure du toit par exemple. Le dispositif de réglage bistable 21 désigne le mécanisme bistable permettant le basculement et le déploiement de l’élément déflecteur d’air 20. Dans une conception totalement distincte de l'agencement actuel des toits, il serait envisageable de fusionner bâti 24 et une partie de la carrosserie du véhicule en une seule entité. Lorsque la voiture accélère, un courant d’air se forme autour de celle-ci, et des forces aérodynamiques apparaissent, et s’exercent sur l’élément déflecteur d’air 20. Ces efforts sont transmis sur le deuxième composant rigide 23b, solidaire de l’élément déflecteur d’air 20. Ils provoquent alors le déplacement du premier composant rigide 23a qui agit comme un ressort grâce à la liaison souple 22a. A partir d’une certaine vitesse présélectionnée, les efforts aérodynamiques sont suffisants pour déclencher le dispositif de réglage bistable 21, qui passe alors dans sa deuxième position de roulage. Les liaisons souples 22 assurent la cohésion du mécanisme. Du fait de sa géométrie, le mécanisme retourne dans sa première position à une vitesse plus faible, choisie par exemple ici à 30 km/h. La gravité et le poids du spoiler 1 aide le retour en position initiale : position de repos. Le choix des vitesses de 70 km/h et de 30 km/h est un exemple et ne dépendent que de la géométrie du dispositif de réglage bistable 21. Il est donc possible de choisir librement n’importe quelle vitesse de déclenchement et de rabattement. Il est souligné que toutes les caractéristiques, telles qu’elles se dégagent pour un homme du métier à partir de la présente description, des dessins et des caractéristiques attachées, même si concrètement elles n’ont été décrites qu’en relation avec d’autres caractéristiques déterminées, tant individuellement que dans des combinaisons quelconques, peuvent être combinées à d’autres caractéristiques ou groupes de caractéristiques divulguées ici, pour autant que cela n’a pas été expressément exclu ou que des circonstances techniques rendent de telles combinaisons impossibles ou dénuées de sens. Système de déploiement d’un élément déflecteur d’air (20) pour un véhicule, caractérisé en ce qu’il comporte : un élément déflecteur d’air (20) mobile pour le prolongement du contour d’une face extérieure du véhicule dans une première position de roulage, un dispositif de réglage bistable (21) pour le déplacement de l’élément déflecteur d’air 20 entre une première position de roulage, une deuxième position de roulage et une position de repos, ledit dispositif de réglage bistable (21) comprend au moins deux liaisons souples (22) entre deux composants rigides (23) mobiles par rapport à un bâti (24) ; un des composants rigides est fixé solidaire à l’élément déflecteur d’air (20) ; lors de la deuxième position de roulage, l’élément déflecteur d’air (20) est sensiblement à l’horizontal. Système selon la revendication 1, dans lequel, lors de la première position de roulage au moins un des deux composants rigides (23) vient en butée sur l’élément déflecteur d’air (20). Système selon l’une des revendications 1 à 2, dans lequel une des liaisons souples a une résistance à la déformation moins importante qu’une autre liaison souple (22). Système selon la revendication 2, dans lequel le dispositif de réglage bistable (21) comprend un bâti (24) relié à un premier composant rigide (23a) par une première liaison souple (22a), le premier composant rigide (23a) est relié à un deuxième composant rigide (23b) par une deuxième liaison souple (22b), le deuxième composant rigide (23b) est relié à un troisième composant rigide (23c) par une troisième liaison souple (22c) ; le deuxième composant rigide (23b) étant fixé solidaire à l’élément déflecteur d’air (20). Système selon la revendication 3, dans lequel un quatrième composant rigide (23d) est relié au bâti (24) par une quatrième liaison souple (22d). Système selon la revendication 4, dans lequel la quatrième liaison souple (22d) a une rigidité plus importante qu’une des liaisons souples suivantes : première liaison souple (22a), deuxième liaison souple (22b) ou troisième liaison souple (22c). Système selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel chaque composant rigide (23, 23a, 23b ; 23c, 23d) forme une liaison pivot par la mobilité de liaison souple (22, 22a, 22b, 22c, 22d) par rapport au bâti (24). Système selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel le bâti (24) est relié au toit d’un véhicule. Système selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le mouvement de deux composants rigides (23) avec une des liaisons souples (22, 22a, 22b, 22c, 22d) est un mouvement selon un plan ou selon un point. Système selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel le dispositif de réglage bistable (21) est intégré à un toit d’un véhicule ou forme un ensemble d’un seul matériau.