FR3123851A1 - Renfort de longeron pour véhicule automobile comportant des éléments frangibles en céramique. - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un renfort (1) de longeron formant un profilé conçu pour s’étendre suivant une direction longitudinale le long d’au moins une partie d’un longeron (2) de bas de caisse d’un véhicule (3) automobile, le renfort (1) étant conçu pour absorber, lorsqu’il s’étend le long du longeron (2), une partie de l’énergie d’un choc latéral subi par le véhicule (3) lors d’un pliage du longeron (2), le renfort (1) étant caractérisé en ce qu’il comporte au moins un élément frangible (11) en céramique, la rupture de chaque élément frangible (11) permettant d’absorber une partie de l’énergie du choc latéral. L’invention concerne également une structure (5) de bas de caisse renforcée par un renfort (1) selon l’invention. (Figure 2)

Description

Renfort de longeron pour véhicule automobile comportant des éléments frangibles en céramique.

Le domaine technique concerne les renforts de longeron conçus pour absorber l’énergie d’un choc latéral, les structures de bas de caisses comportant au moins un renfort de longeron et les véhicules automobiles équipés d’au moins une structure de bas de caisse.

Les véhicules à motorisation électrique connaissent un intérêt croissant de la part des clients tandis que leur autonomie est sans cesse améliorée par les constructeurs d’automobiles. Pour ce faire, les acteurs industriels impliqués ont beaucoup investi dans le développement de nouvelles technologies pour proposer des batteries toujours plus performantes, c’est-à-dire des batteries offrant des vitesses de charges accrues, des capacités en constante augmentation et des densités énergétiques élevées.

En parallèle de l’amélioration des technologies, les constructeurs d’automobiles mettent également l’accent sur l’augmentation du volume dédié aux batteries dans leurs véhicules à motorisation électrique. Cependant, les batteries actuelles souffrent d’inconvénients inhérents aux technologies utilisées et notamment à leur instabilité en cas de choc : une cellule de batterie endommagée suite à un choc peut en effet subir un emballement et provoquer un départ de feu. Aussi, en raison des risques de feu, certaines zones d’un véhicule sont considérées comme des zones d’exclusion dans lesquelles l’implantation de batteries est exclue en raison de la forte probabilité de subir une déformation en cas de choc.

Afin de garantir la sécurité des usagers, des normes restrictives imposent certains comportements du véhicule lors de chocs, en particulier lors d’un choc latéral consistant à projeter le véhicule contre un poteau d’un diamètre prédéfini (25,4 mm) de sorte que ce dernier percute le véhicule sur son flan, à une vitesse relative prédéfinie (de 33km/h). Dans la suite un choc latéral se réfère en particulier à un tel choc. Ainsi, lors d’un choc latéral, les normes actuelles stipulent, d’une part, que la décélération au niveau d’un module électrique ne doit pas excéder une valeur seuil prédéterminée (actuellement 60g) et, d’autre part, que le longeron ne doit pas générer une intrusion dans le volume occupé par une batterie. Ces deux restrictions obligent les constructeurs d’automobiles à prévoir des structures rigides particulièrement résistantes dans lesquelles un longeron est renforcé par des dispositifs de renfort extrudés disposés dans le longeron conçus pour dissiper de l’énergie en se déformant lors d’un choc.

De façon classique, une partie des packs de batteries sont vissés sur les longerons qui sont évidemment particulièrement renforcés comme indiqué précédemment. Les packs de batteries sont eux aussi renforcés à l’aide d’un cadre renforcé entourant au moins en partie les batteries.

Par conséquence, les dimensions des longerons, des dispositifs de renfort et des cadres renforcés constituent des zones d’exclusion importantes réduisant fortement les volumes pouvant être dédiés aux batteries.

Ainsi, il existe un besoin d’une solution optimisée permettant de réduire les zones d’exclusion et facilitant l’implantation de modules de stockage d’énergie électrique le long des longerons d’un véhicule.

La présente invention a pour objet de pallier les problèmes exposés précédemment. Dans ce contexte technique, un but de la présente invention est de fournir un renfort de longeron de bas de caisse permettant de réduire les dimensions du longeron de bas de caisse et la réduction des zones d’exclusion.

A cet effet, la présente invention se rapporte à un renfort de longeron formant un profilé conçu pour s’étendre suivant une direction longitudinale le long d’au moins une partie d’un longeron de bas de caisse d’un véhicule automobile, le renfort étant conçu pour absorber, lorsqu’il s’étend le long du longeron, une partie de l’énergie d’un choc latéral subi par le véhicule lors d’un pliage du longeron, le renfort étant caractérisé en ce qu’il comporte au moins un élément frangible en céramique, la rupture de chaque élément frangible permettant d’absorber au moins une partie de l’énergie du choc latéral.

L’invention concerne également une Structure de bas de caisse d’un véhicule automobile comportant un longeron de bas de caisse renforcé par au moins un renfort de longeron selon l’invention.

Enfin, l’invention concerne également un véhicule automobile comportant au moins une structure de bas de caisse selon l’invention.

Ainsi, un renfort de longeron selon l’invention permet de renforcer un longeron et d’éviter l’intrusion du longeron dans l’espace dédié à la batterie. La présence d’au moins un élément frangible en céramique permet de contrôler l’absorption d’énergie d’un choc et permet de limiter les déformations subies par le longeron lors d’un choc latéral. L’élément frangible en céramique présente un module d’élasticité très élevé avec une zone de déformation plastique quasiment nulle.

La rupture d’au moins un élément frangible permet d’absorber une quantité d’énergie libérée par un choc latéral plus importante qu’un dispositif de renfort classique ne disposant pas d’élément frangible. Grâce à l’utilisation d’au moins un élément frangible, les dimensions du renfort de longeron selon l’invention peuvent être réduites comparées aux dimensions d’un dispositif de renfort classique, libérant ainsi des zones utilisables par des modules de stockage d’énergie électrique.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le renfort de longeron comporte une pluralité d’alvéoles juxtaposées et s’étendant suivant la direction longitudinale, au moins un élément frangible étant constitué d’une barre cylindrique en céramique logée dans une alvéole. Un tel renfort de longeron est ainsi simple et peu couteux à réaliser.

Selon une possibilité, le renfort comporte une pluralité de barres cylindriques présentant des surfaces de sections transversales prédéfinies, les barres cylindriques étant réparties dans les alvéoles suivant une distribution prédéfinie. Une telle distribution permet de contrôler la décélération rapide du poteau impactant le véhicule après de l’impact et permet d’éviter l’intrusion du renfort de longeron dans l’espace dédié aux batteries.

Avantageusement, au moins un élément frangible est entouré d’un matériau en mousse. L’emploi de matériau en mousse permet d’éviter les vibrations de l’élément frangible ainsi entouré et les bruits associés.

Selon un mode de réalisation de l’invention, le véhicule comporte un module de stockage d’énergie électrique disposé à proximité du longeron de bas de caisse.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels :

la , représente une vue en perspective d’une structure de bas de caisse d’un véhicule selon l’invention montrant une vue éclatée du longeron selon l’invention ;

la , représente une vue schématique d’une coupe transversale du longeron de la .

Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments.

Un renfort 1 de longeron, illustré sur les figures, forme un profilé, par exemple en aluminium extrudé, conçu pour s’étendre suivant une direction longitudinale illustré par l’axe AA de la . Le renfort 1 est conçu pour s’étendre le long d’au moins une partie d’un longeron 2 de bas de caisse, illustré sur la dont une partie a été ôtée pour la compréhension de la figure, équipant un véhicule 3 automobile, illustré partiellement sur la . A cette fin le longeron 2 présente une cavité 4 s’étendant suivant l’axe AA de la , dimensionnée pour accueillir au moins un renfort 1 de longeron.

Le longeron 2 ainsi renforcé par au moins un renfort 1 de longeron forme une structure 5 de bas de caisse selon l’invention. Le véhicule 3 ainsi équipé de la structure 5 forme un véhicule selon l’invention. Il comporte par exemple un module 6 de stockage d’énergie électrique disposée le long du longeron 2. Le module 6 comporte une batterie 7 entourée d’un cadre 8 formé par de l’aluminium extrudé, illustré sur la .

Le renfort 1 est conçu pour absorber, lorsqu’il s’étend le long du longeron 2 dans la cavité 4, au moins une partie de l’énergie d’un choc latéral subi par le véhicule 3 lors d’un pliage du longeron 2. Le pliage du longeron 2 provoque en effet la déformation du renfort 1, absorbant ainsi au moins une partie de l’énergie du choc. A cet effet, le renfort 1 présente une structure adaptée à une telle absorption et comporte, par exemple, une pluralité d’alvéoles 9 juxtaposées qui s’étendent suivant la direction longitudinale de l’axe AA, illustrées sur les figures 1 et 2. Une coupe transversale du renfort 1 suivant un plan normal à l’axe AA montre des alvéoles 9 présentant une section rectangulaire ou carrée. Certaines alvéoles 9 délimitées par une face extérieure 10 du renfort 1 présentant toutefois une section de forme complexe liée à la forme de la face extérieure 10. Comme illustré sur la , les alvéoles 9 présentent une largeur qui varie d’une alvéole 9 à une autre adjacente suivant un axe transversale BB, illustré sur la : les alvéoles 9 présentent une largeur mesurée suivant l’axe transversale BB qui diminue d’autant plus que l’alvéole 9 est située proche de la face extérieure 10 du longeron 2, la face extérieure 10 constituant la surface subissant l’impact lors d’un choc latéral.

Le renfort 1 selon l’invention comporte au moins un élément frangible 11 en céramique, la rupture de chaque élément frangible 11 permettant d’absorber une partie de l’énergie du choc latéral. Chaque élément frangible 11 présente une surface de section transversale 12 prédéfinie. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, le renfort 1 comporte une pluralité d’éléments frangibles 11 constitués chacun d’une barre cylindrique 13. Chaque barre cylindrique 13 est logée dans une alvéole 9 distincte. Chaque barre cylindrique 13 présente, par exemple, une section à base circulaire 14 dont le diamètre varie en fonction de la largeur de l’alvéole 9 qui accueille la barre cylindrique 13. Plus la largeur de l’alvéole 9 est importante, plus le diamètre de la base circulaire 14 est important. Par exemple, le diamètre de la base circulaire 14 représente au moins 80% de la largeur de l’alvéole 9 qui l’accueille. Ainsi, la répartition des barres cylindriques 13 forme une distribution prédéfinie choisie de sorte que les barres cylindriques 13 les plus fines soient situées au plus proche de l’impact et soient brisées en premier lors d’un choc latéral. Les barres cylindriques 13 cassent d’autant plus facilement que le diamètre de leur base circulaire 14 est faible. Inversement, les barres cylindriques 13 situées à proximité du cadre 8 présentent un diamètre plus important que les barres cylindriques 13 placées plus près de la face extérieure 10, leur rupture permettant d’absorber une quantité accrue d’énergie afin d’éviter l’intrusion du longeron 2 par déformation du renfort 1 dans le cadre 8 et dans la batterie 7. La distribution choisie permet d’absorber de l’énergie du choc tout en contrôlant la décélération du poteau utilisé pour simuler le choc latéral.

Afin d’immobiliser parfaitement chaque barre cylindrique 13 dans son alvéole 9, chaque barre cylindrique 13 est entourée d’un matériau en mousse, non représenté sur les figures, destiné à combler au moins en partie l’espace entre la barre cylindrique 13 et les parois de son alvéole 9.

Ainsi, le renfort 1 de longeron, grâce aux éléments frangibles 11, présente une capacité accrue d’absorption d’énergie d’un choc latéral et permet de libérer de l’espace utilisable par le module 6 de stockage d’énergie électrique. La distribution prédéfinie des barres cylindriques 13 permet de contrôler la décélération après l’impact et permet d’éviter une intrusion dans le volume dédié au module 6.

L’invention ne se limite pas au mode de réalisation du renfort de longeron décrit ci-avant, seulement à titre d’exemple, mais d’autres modes de réalisation peuvent être conçus par l’homme de métier sans sortir du cadre et de la portée de la présente invention.

Claims (7)

1. Renfort (1) de longeron formant un profilé conçu pour s’étendre suivant une direction longitudinale (AA) le long d’au moins une partie d’un longeron (2) de bas de caisse d’un véhicule (3) automobile, le renfort (1) étant conçu pour absorber, lorsqu’il s’étend le long du longeron (2), une partie de l’énergie d’un choc latéral subi par le véhicule (3) lors d’un pliage du longeron (2), le renfort (1) étant caractérisé en ce qu’il comporte au moins un élément frangible (11) en céramique, la rupture de chaque élément frangible (11) permettant d’absorber au moins une partie de l’énergie du choc latéral.
2. Renfort (1) de longeron selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renfort (1) de longeron comporte une pluralité d’alvéoles (9) juxtaposées et s’étendant suivant la direction longitudinale (AA), au moins un élément frangible (11) étant constitué d’une barre cylindrique (13) en céramique logée dans une alvéole (9).
3. Renfort (1) de longeron selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comporte une pluralité de barres cylindriques (13) présentant des surfaces de sections transversales (12) prédéfinies, les barres cylindriques (13) étant réparties dans les alvéoles (9) suivant une distribution prédéfinie.
4. Renfort (1) de longeron selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que au moins un élément frangible (11) est entouré d’un matériau en mousse.
5. Structure (5) de bas de caisse d’un véhicule (3) automobile comportant un longeron (2) de bas de caisse renforcé par au moins un renfort (1) de longeron selon l’une des revendications 1 à 4.
6. Véhicule (3) automobile comportant au moins une structure (5) de bas de caisse selon la revendication 5.
7. Véhicule (3) selon la revendication 6, comportant un module (6) de stockage d’énergie électrique disposé à proximité du longeron (2) de bas de caisse.