Domaine de l'invention :

La présente invention concerne une partie avant de la structure d'un véhicule automobile comprenant un ensemble structurel interposé suivant la direction longitudinale du véhicule entre au moins une traverse avant et un tablier de fermeture de l'habitacle du véhicule. Cette partie avant est communément désignée « bloc avant » par l'homme de l'art.

Etat de la technique :

La partie avant ou le bloc avant de la structure d'un véhicule est soumise à des contraintes d'architecture sévères, qui doivent prendre en compte l'architecture du groupe motopropulseur (GMP), l'architecture des équipements de liaison au sol (suspension, amortisseurs, direction) et l'architecture de carrosserie de la façade avant. Cette même zone est également soumise à de nombreuses contraintes de prestations du véhicule en matière de chocs, vibrations, acoustique, endurance etc. La conception de nouveaux véhicules intègre des objectifs d'allégement de plus en plus ambitieux afin de limiter ou réduire significativement la consommation. Plus les véhicules sont légers, plus il est possible de prévoir un groupe motopropulseur de moindre puissance. Cette démarche permet de réduire la taille des moteurs, ce qui permet de réduire en conséquence les dimensions du bloc avant.

Cependant les véhicules doivent également satisfaire des exigences sévères en termes de sécurité passive et de tenue au choc. Lors d'un choc frontal, le bloc avant du véhicule est fortement sollicité dans le but d'obtenir la meilleure absorption d'énergie et le meilleur passage des efforts : ainsi l'énergie doit être absorbée au maximum dans la partie située en avant de l'habitacle, tout en limitant les intrusions dans l'habitacle proprement dit, ceci devant être obtenu pendant un temps très court correspondant typiquement à un choc. Pour résoudre cette difficulté et obtenir ce comportement, on combine des zones fusibles, des zones plus raides et des pièces aux dimensions adaptées pour optimiser l'absorption d'énergie (absorbeurs ou « crash-box » selon le terme anglais, privilégiant des pliages de pièces).

On note en outre que les structures de blocs avant de véhicules sont classiquement réalisées par l'assemblage d'un grand nombre de pièces métalliques, qui impactent fortement le poids du véhicule ce qui est pénalisant pour les performances en consommation comme évoqué ci-dessus. Cet assemblage de pièces multiples augmente également les coûts de fabrication et d'assemblage. But de l'invention :

L'invention a pour but de concilier les contraintes de poids et d'architecture compacte (pour un GMP compact) et une capacité d'absorption maximale en cas de choc. Objet de l'invention :

A cet effet, l'invention a pour objet une partie avant de la structure d'un véhicule automobile comprenant un ensemble structurel interposé suivant la direction longitudinale du véhicule entre au moins une traverse avant et un tablier de fermeture de l'habitacle du véhicule, caractérisé en ce que l'ensemble structurel comprend au moins une coque extérieure et au moins une coque intérieure accolées l'une à l'autre, les coques étant conformées pour définir, de chaque côté du véhicule, au moins un raidisseur ayant la forme générale d'un manchon s'étendant sensiblement suivant la direction longitudinale du véhicule, le raidisseur formant une voie de transmission et d'absorption d'effort entre une extrémité correspondante de la traverse avant et le tablier. La partie avant est constitué d'un ensemble structurel ayant un nombre de pièces significativement réduit et optimisé au regard d'une partie avant classique de l'état de l'art constituée d'éléments métalliques. En outre, la structure et géométrie sont parfaitement optimisées pour l'emploi de matériaux composites offrant un gain de poids substantiel.

Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention :

- l'ensemble structurel est réalisé en matériau composite, à base d'une matrice en résine thermodurcissable ou thermoplastique et d'un renfort en fibres de verre ou de carbone,

- l'ensemble structurel comprend d'une part deux coques extérieures gauche et droite, et d'autre part deux coques intérieures gauche et droite, les coques étant assemblées deux par deux à gauche et à droite pour former un sous-ensemble de coques extérieure et intérieur gauche et un sous-ensemble de coque extérieur et intérieur droit,

- les coques de chaque sous ensemble gauche et droit sont conformées pour définir, de chaque côté du véhicule, au moins un raidisseur supérieur et un raidisseur inférieur ayant chacun la forme générale d'un manchon s'étendant sensiblement suivant la direction longitudinale du véhicule, les raidisseurs supérieurs et inférieurs formant des voies de transmission et d'absorption d'effort respectivement supérieure et inférieure entre d'une part des extrémités correspondantes d'une traverse avant supérieure et d'une traverse avant inférieure, et d'autre part le tablier,

- les sous-ensembles de coques gauche et droit comprennent chacun un corps principal ayant la forme générale d'une paroi sensiblement verticale dans laquelle sont conformés les raidisseurs supérieur et inférieur, les sous-ensembles étant chacun pourvus à leur base d'extensions se raccordant sensiblement dans une zone médiane du véhicule, considéré suivant la direction transversale, ces extensions formant des entretoises ou éléments transversaux s'étendant sensiblement suivant la direction transversale du véhicule, - les raidisseurs supérieurs sont chacun fixés dans leur partie arrière à une zone d'appui médiane du tablier située dans la demi-moitié inférieure de celui-ci, considéré suivant la direction verticale, ces raidisseurs supérieurs surplombant les raidisseurs inférieurs fixés chacun à une zone d'appui inférieure du tablier située sensiblement au niveau d'un plancher de la structure du véhicule,

- chaque raidisseur supérieur comporte une partie arrière creuse emmanchée sur un plot correspondant conformé sur la zone d'appui médiane du tablier, des moyens de fixation additionnels notamment par vissage étant prévus pour solidariser le raidisseur supérieur et le plot correspondant,

- les extensions raccordant les sous-ensembles de coques gauche et droit comprennent une entretoise centrale s'étendant sensiblement horizontalement ainsi qu'un élément transversal arrière ayant la forme générale d'une cornière à section en L dont une première branche s'étend sensiblement horizontalement et une seconde branche s'étend sensiblement verticalement, ces extensions étant formées par la superposition des coques extérieure et intérieure,

- une partie au moins des raidisseurs supérieurs et inférieurs à la forme générale d'un manchon s'évasant de l'avant vers l'arrière,

- les coques intérieure et extérieure sont fixées par collage,

- les coques intérieure et extérieure sont fixées par laser ou induction,

- les coques intérieure et extérieure sont fixées par des moyens de fixation positive, du type vis-écrou, rivet ou équivalent,

- au moins l'une des traverses avant supérieure et inférieure est métallique,

- au moins l'une des traverses avant supérieure et inférieure est réalisée en matériau composite à base d'une matrice en résine thermodurcissable ou thermoplastique et d'un renfort en fibres de verre ou de carbone,

- l'épaisseur des coques est comprise entre 2 et 5mm, et est en particulier de 3,5mm.

L'invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant une partie avant de structure ayant tout ou partie des caractéristiques précédentes. Exposé de l'invention :

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'un exemple non limitatif de l'invention, et à la lumière des dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 représente une vue en perspective d'une partie avant (ou bloc avant) de la structure d'un véhicule automobile suivant l'invention illustrant l'ensemble structurel interposé entre les traverses avant et le tablier (non illustré) du véhicule,

- la figure 2 représente une vue en perspective éclatée de la partie avant de la figure 1 ,

- la figure 3 est une vue de dessous de la partie avant de la figure 1 ,

- la figure 4 est une vue de face, c'est-à-dire depuis l'avant du véhicule, de la partie avant de la figure 1 ,

- la figure 5 est une vue agrandie d'un détail de réalisation A de la partie avant de la figure 4,

- la figure 6 est une vue de dessus de la partie avant de la figure 1 ,

- la figure 7 est une vue de côté de la partie avant de la figure 1 , en l'occurrence une vue du côté droit, et

- les figures 8A, 8B et 8C représentent la forme et les dimensions de trois sections S1 , S2, S3 transversales successives suivant des plans YZ, au droit du sous- ensemble de coques intérieure et extérieur côté gauche, pour différentes valeurs de X à -120 mm, -260 mm et -370 mm (origine O du repère représentée aux figures 3 et 6),

- la figure 9 représente la partie principale de la structure du véhicule sur laquelle vient se fixer en partie avant de structure selon l'invention.

Dans le présent texte, les indications de directions et d'orientation sont données en référence à un repère classique XYZ utilisé en conception automobile, dans lequel X est la direction longitudinale du véhicule, dirigé vers l'arrière, Y la direction transversale du véhicule, dirigé vers la droite, et Z la direction verticale, dirigée vers le haut. Les notions « avant », « arrière », « gauche » et « droite » sont indiquées en relation avec l'orientation « avant-arrière » et le sens de marche classique du véhicule.

On a représenté sur les figures une partie avant 1 (autrement appelée « bloc avant ») selon l'invention de la structure d'un véhicule automobile. Cette partie avant est destinée à se raccorder à la partie principale de la structure du véhicule 100 représentée à la figure 9, comprenant typiquement le plancher ou soubassement du véhicule, l'habitacle 20 qui est délimité dans sa partie avant par le tablier 19, la structure 100 comprenant encore les pieds avant, les pieds milieu, le toit etc. Ces éléments font généralement partie de l'ensemble désigné sous le terme « caisse en blanc » et sont typiquement réalisés en tôles embouties et assemblées essentiellement par soudure. La partie avant 1 avant accueille typiquement le groupe motopropulseur (GMP) du véhicule, bien que l'invention ne soit pas réduite à cette configuration et puisse également s'appliquer à des véhicules pourvus de GMP arrière.

Comme représenté au figures 1 et 2, la partie avant 1 comprend un ensemble structurel 2 interposé suivant la direction longitudinale du véhicule entre deux traverses avant 3, 4 et le tablier 19 de fermeture de l'habitacle du véhicule.

L'ensemble structurel 2 est réalisé en coques de matériau composite, à base d'une matrice en résine thermodurcissable ou thermoplastique et d'un renfort en fibres de verre ou de carbone. L'épaisseur des coques est comprise entre 2 et 5 mm. Elle est typiquement de 3,5 mm dans le mode de réalisation décrit.

Les traverses avant 3, 4 s'étendent suivant la direction transversale Y. Ces traverses sont parfois désignées « traverses extrêmes avant » et sont destinées à être impactées en premier lors d'un choc frontal ou d'un choc piéton, afin de répartir les efforts tant longitudinalement que transversalement. Ces traverses comprennent une traverse supérieure 3 et une traverse inférieure 4 superposées, un espace étant ménagé entre les deux. Comme illustré à la figure 7, la traverse inférieure 3 est légèrement avancée par rapport à la traverse supérieure 4 pour mieux répondre aux préconisations techniques relatives au choc piéton. Le tablier 19 (figure 9) auquel se fixe l'ensemble structurel dans sa partie arrière désigne une cloison structurelle de séparation de l'habitacle 20 vis-à-vis de la partie avant 1 ou bloc avant. La partie avant 1 vient se fixer sur une face avant du tablier 19.

Selon l'invention illustrée aux figures 1 et 2, l'ensemble structurel 2 comprend deux coques extérieures droite 5 et gauche 6 et deux coques intérieures droite 7 et gauche 8.

Les coques sont assemblées et accolées deux par deux à gauche et à droite pour former un sous-ensemble de coques extérieure 6 et intérieur 8 gauche et un sous- ensemble de coques extérieure 5 et intérieure 7 droit. Dans un mode de réalisation de l'invention, la fixation des coques entre elles est typiquement réalisée par collage. La fixation par collage utilise par exemple une colle de type PU (polyuréthane) ou de type époxyde, ou de type cyanoacrylates. La colle peut être structurelle et/ou une colle à prise rapide (temps de réticulation rapide).

Dans d'autres modes de réalisation non illustrés de l'invention, on peut prévoir une fixation par laser, ou par induction ou par fixations positives (par exemple, par vis- écrous, rivets ou équivalents).

Chaque sous-ensemble de coques gauche 6, 8 et droit 5, 7 comprend un corps principal ayant la forme générale d'une paroi s'étendant suivant la direction longitudinale X et s'élevant suivant la direction verticale Z. Ces parois sont espacées suivant la direction transversale Y pour définir entre elles un espace accueillant des organes fonctionnels du véhicule, par exemple le GMP. En vue de dessus ou de dessous, comme illustré aux figures 6 et 3, l'ensemble structurel 2 à la forme générale d'un cadre ou rectangle orienté transversalement, dont les côtés longs sont matérialisés à l'avant par les traverses avant 3, 4, et à l'arrière par l'élément transversal 16, 17 (décrit ci-après) et dont les côtés courts sont matérialisés par les zones verticales (formant paroi) des sous-ensembles gauche 6, 8 et droit 5, 7.

Les coques extérieure et intérieure de chaque sous-ensemble gauche 6, 8 et droit 5, 7 sont conformées pour définir, de chaque côté du véhicule, des zones à sections localement élargie formant des raidisseurs. Ceux-ci sont intégrés dans la partie formant paroi des sous-ensembles de coques gauche 6, 8 et droit 5, 7. Dans l'exemple de réalisation illustré aux figures 1 et 2, on a prévu deux raidisseurs supérieurs 9, 10 et deux raidisseurs inférieurs 1 1 , 12. Chaque sous- ensemble de coques gauche 6, 8 et droit 5, 7 comprend donc un raidisseur supérieur 9, 10 surplombant un raidisseur inférieur 1 1 , 12.

Les raidisseurs 9-12 ont la forme générale de manchons s'étendant sensiblement suivant la direction longitudinale X du véhicule. Au sein de chaque sous-ensemble de coques gauche et droit, la surface de jonction entre les coques intérieure 7, 8 et extérieure 5, 6 s'étend suivant une direction sensiblement verticale. En référence aux figures 8A, 8B et 8C qui représentent différentes sections S1 , S2, S3 transversales du sous-ensemble de coques 6, 8 du côté gauche, correspondant à des valeurs de X de -120mm, -260mm et -370mm (l'origine O du repère étant schématiquement représenté aux figures 3 et 6 et les sections S1 -S3 représentées à la figure 6), on observe que les coques extérieure 6 et intérieure 8 ont des formes conjuguées au niveau des surfaces de jonctions de façon à être appliquées étroitement l'une contre l'autre. Ces surfaces de jonction sont interrompues localement lorsque la coque extérieure 6 et la coque intérieure 8 s'écartent l'une de l'autre pour former les raidisseurs 9-12. La partie jointive des coques 6, 8 située au-dessus du raidisseur supérieur 10 est sensiblement verticale. La partie jointive des coques 6, 8 située entre le raidisseur supérieur 10 et le raidisseur inférieur 12 s'étend de façon inclinée d'environ 20 à 30° par rapport à la verticale avec une zone inférieure plus proche d'une zone médiane du véhicule tandis qu'une zone supérieure de cette partie accolée est plus éloignée de la zone médiane. On entend par zone médiane une zone définie par un plan vertical et longitudinal du véhicule formant schématiquement un plan de symétrie de la structure. Les notions « extérieur(e) » et « intérieur(e) » sont également définies en relation avec cette zone médiane : « extérieur » s'applique à un élément tourné à l'opposé de cette zone médiane tandis que « intérieur » s'applique à un élément tourné en direction de cette zone médiane ou plus proche de celle-ci. La partie jointive des coques 6, 8 située en dessous du raidisseur inférieur 12 s'étend de façon inclinée d'environ 30 à 50° par rapport à la verticale avec une zone inférieure plus éloignée d'une zone médiane du véhicule et une zone supérieure plus proche de cette zone médiane. Ces inclinaisons des parties accolées définissent l'inclinaison des plans de joint considérés localement entre la coque extérieure et la coque intérieure correspondante.

Le raidisseur supérieur 10 a une section YZ inscrite dans un rectangle ayant des dimensions d'environ 125 x 71 mm. Le raidisseur inférieur 12 a une section YZ inscrite dans un rectangle ayant des dimensions d'environ 88 x 71 mm, ces rectangles étant orientés verticalement. Ainsi la section allongée de ces raidisseurs est orientée verticalement. Le terme « inscrit » signifie que les sections des raidisseurs épousent au moins en partie les côtés de ces rectangles : les sections ont des côtés verticaux parallèles entre eux, tandis que les zones haute et basse des sections ont des formes arrondies dans lesquelles se situent les parties jointives des coques intérieure et extérieure. Les valeurs indiquées ci- dessus sont données à titre d'exemple non limitatif de l'invention, étant entendu que des valeurs s'écartant de plusieurs millimètres de ces dimensions restent incluent dans le cadre de l'invention.

Les sous-ensembles de coques côté gauche 6, 8 et côté droit 5, 7 sont symétriques par rapport au plan vertical longitudinal médian du véhicule.

Les raidisseurs supérieurs 9, 10 forment des voies de transmission et d'absorption d'effort supérieures, sensiblement suivant la direction longitudinale X, entre des extrémités de la traverse supérieure 3 et le tablier.

Les raidisseurs inférieurs 1 1 , 12 forment des voies de transmission et d'absorption d'effort inférieures, sensiblement suivant la direction longitudinale X, entre des extrémités de la traverse inférieure 4 et le tablier.

Les sous-ensembles de coques sont chacun pourvus à leur base d'extensions 14, 15, 16, 17 se raccordant sensiblement dans une zone médiane du véhicule, considéré suivant la direction transversale Y. Ces extensions forment des entretoises ou éléments transversaux s'étendant sensiblement suivant la direction transversale Y du véhicule, depuis les bords inférieurs des sous-ensembles de coques gauche et droit. L'ensemble structurel 2 comprend une entretoise centrale 14, 15 assurant une fonction de stabilité. Elle maintient l'ensemble structurel en forme avant et pendant son montage. Cette entretoise centrale 14, 15 est formée de deux parties issues de chacun des sous-ensembles de coques gauche et droit. Chacune de ces deux parties est constituée d'une double couche de coques constituée par la superposition des coques extérieure et intérieure de chaque sous-ensemble. En référence aux figures 3 à 5, le raccordement des deux parties 14, 15 dans la zone médiane est réalisée par un recouvrement des bords libres formant d'un soyage. Les deux parties 14, 15 sont fixées l'une à l'autre par collage, dans le mode de réalisation de l'invention tel qu'illustré. Comme évoqué précédemment, selon d'autres variantes non illustrées de l'invention, la fixation peut être assurée par laser, ou induction ou fixations positives (vis-écrous, rivets ou équivalent).

Les extensions raccordant les sous-ensembles de coques gauche et droit comprennent également un élément transversal 16, 17 arrière ayant la forme générale d'une cornière à section en L dont une première branche s'étend sensiblement horizontalement et une seconde branche s'étend sensiblement verticalement. Cet ensemble transversal arrière est constitué de deux parties gauche 17 et droite 16 se raccordant sensiblement dans la zone médiane du véhicule. Chacune de ces deux parties 17, 16 est constituée d'une double couche de coques constituée par la superposition des coques extérieure et intérieure de chaque sous-ensemble. En référence aux figures 3 à 5, le raccordement des deux parties 16, 17 dans la zone médiane est réalisée par un recouvrement des bords libres formant d'un soyage. Les deux parties 16, 17 sont également fixées l'une à l'autre par collage.

La fixation de l'ensemble structurel 2 est assurée sur la face avant du tablier. Les raidisseurs supérieurs 9, 10 sont chacun fixés dans leur partie arrière à une zone d'appui médiane du tablier située dans la demi-moitié inférieure de celui-ci, considéré suivant la direction verticale. Les raidisseurs inférieurs 1 1 , 12 sont fixés chacun à une zone d'appui inférieure du tablier située sensiblement au niveau d'un plancher de la structure du véhicule (non représenté). Compte tenu de la forme avancée de la zone d'appui médiane par rapport à la zone d'appui inférieure, l'extrémité arrière des raidisseurs supérieurs 9, 10 est plus avancée que l'extrémité arrière des raidisseurs inférieurs 1 1 , 12, ce qui conditionne également une différence de longueurs entre les raidisseurs supérieurs et inférieurs. Comme on le voit par exemple à la figure 7, le rapport des longueurs suivant la direction longitudinale X entre les raidisseurs supérieurs et inférieurs est de l'ordre de 60%, ce rapport étant indiqué à titre uniquement indicatif et nullement limitatif.

Chaque raidisseur supérieur 9, 10 comporte une partie arrière creuse emmanchée sur un plot correspondant (non représenté) conformé sur la zone d'appui médiane du tablier 19. Des moyens de fixation additionnels notamment par vissage sont prévus pour solidariser le raidisseur supérieur 9, 10 et le plot correspondant. Le vissage est typiquement effectué transversalement ou verticalement pour verrouiller le raidisseur dans sa position emmanchée sur le plot issu du tablier 19. Les traverses avant supérieure 3 et inférieure 4 peuvent être métalliques. Elles sont fixées aux extrémités avant des raidisseurs supérieurs 9, 10 et inférieurs 1 1 , 12 via des inserts de fixation 18 ayant une interface arrière engagée dans une partie creuse des raidisseurs et ayant en partie avant des moyens de bridage des extrémités latérales des traverses 3, 4. Ce bridage peut être réalisé par un système de tige-écrou, traversant de part en part la traverse et la retenant entre des pattes de maintien solidaires des inserts de fixation 18. Les inserts 18 peuvent être fixés aux extrémités avant des raidisseurs 9-12 via des rivets auto-perforants engagés suivant la direction transversale Y dans les coques extérieures 5, 6 et les inserts 18.

Dans un autre mode de réalisation non illustré de l'invention, les traverses avant supérieure et inférieure, ou au moins l'une de ces traverses, peuvent être réalisées en matériau composite à base d'une matrice en résine thermodurcissable ou thermoplastique et d'un renfort en fibres de verre ou de carbone.

Les sous-ensembles gauche 6, 8 et droit 5, 7 peuvent en outre supporter des équipements ou pièces additionnels. Par exemple les coques extérieures gauches 6 et droite 5 comportent des chapes de fixation 21 de triangle inférieur de suspension. Ceux-ci sont typiquement prévus dans les angles arrière de l'ensemble structurel 2 et en partie inférieure de celui-ci, où se rejoignent l'élément transversal arrière16, 17 et les raidisseurs inférieurs 1 1 , 12 (figures 1 -4 et 6, 7). Dans une variante de fixation non illustrée, les chapes de fixation pourraient également être intégrées aux coques extérieures 5 et 6 en adaptant celles-ci selon des formes adéquates.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes ou variantes de réalisation et d'assemblage décrits précédemment et comprends tous les équivalents techniques de ces moyens.

En particulier, les modes de fixations peuvent être basés sur l'assemblage laser, ou l'induction, ou des fixations positives (systèmes vis-écrous, ou rivets ou équivalents).

Les coques peuvent également être assemblées en combinant plusieurs modes de fixation parmi ceux décrits ci-dessus, dans des mêmes zones ou dans des zones différenciées.