TITRE : RENFORT LATÉRAL DE PLANCHER DE VÉHICULE AUTOMOBILE ÉQUIPÉ DE BATTERIES DE TRACTION

La présente invention revendique la priorité de la demande française N ° 2004639 déposée le 12.05.2020 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.

Domaine technique

L’invention a trait au domaine des véhicules automobiles, et plus particulièrement à la structure de véhicules automobiles à traction électrique. Technique antérieure

Un véhicule automobile comprend au moins un plancher et deux poutres longitudinales de bas de caisse positionnées de part et d’autre du plancher. Dans le cas d’un véhicule à traction électrique, il est courant d’intégrer des batteries d’accumulateurs d’énergie électrique sous le plancher du véhicule, entre les poutres longitudinales de bas de caisse. Des renforts latéraux sont également positionnés entre chaque poutre et les batteries, afin de protéger latéralement les batteries des chocs.

Plus spécifiquement, les véhicules utilitaires présentent une grande capacité de chargement de matériel à l’arrière du véhicule, ces véhicules sont, de fait, de conception plus lourde. À l’heure actuelle, les particuliers ou les entreprises, pour des raisons essentiellement écologiques, se tournent de plus en plus vers des véhicules utilitaires à traction électrique, soit 100% électrique, soit hybrides. Mais la présence de batteries d’accumulateurs entraîne une augmentation de la masse du véhicule. De plus, des normes sévères sont en place afin de déterminer les dégâts occasionnés par des chocs aux véhicules nouvellement fabriqués, et plus particulièrement, les dégâts occasionnés aux passagers du véhicule. Dans le cas d’un choc latéral poteau, une forte énergie s’accumule sur une faible surface, entraînant des déformations importantes dans la structure du véhicule. La masse additionnelle du véhicule utilitaire à traction électrique cause des dégâts plus importants, surtout lorsque le choc est occasionné au niveau des batteries. En effet, l’intrusion du poteau dans le véhicule peut entraîner des collisions entre des modules constituant les batteries, donc des fuites voire des incendies. Dans ce cas, les renforts latéraux susmentionnés ne sont pas suffisants à assurer une protection efficace des batteries, d’où la nécessité de renforcer le bas de caisse à ce niveau pour éviter les dommages.

La figure 1 montre une vue du dessous d’un véhicule automobile utilitaire à traction électrique, tel que retrouvé dans l’art antérieur, après un choc latéral poteau.

Le véhicule automobile utilitaire 1 comprend un plancher 3 et au moins un bac 5 de batteries 7 d’accumulateurs d’énergie électrique servant à la traction électrique du véhicule 1. Le bac 5 de batteries 7 est intégré au plancher 3. De plus, ce véhicule 1 comprend deux poutres longitudinales 9 de bas de caisse positionnées de part et d’autre du plancher 3. Enfin, un ou des renforts latéraux 11 sont positionnés entre chacune des poutres 9 et le bac 5 de batteries 7.

Lors d’un choc latéral poteau C occasionné au niveau de la batterie 7 centrale au véhicule utilitaire 1 , la poutre longitudinale 9 de bas de caisse impactée s’enfonce dans le véhicule 1 , ce qui se traduit par un enfoncement du bac 5 et l’endommagement d’un ou plusieurs modules (les modules n’étant pas représentés sur cette figure) constituant les batteries 7. Cet endommagement entraîne l’absence de fonctionnement du véhicule 1 , voire un incendie lorsque les dommages occasionnés sont plus importants. En particulier, les modules situés à proximité du choc C sont plus fortement impactés.

Le document de brevet publié FR 3063458 A1 divulgue un impacteur latéral pour des batteries d’accumulateurs d’énergie électrique adaptées à un véhicule hybride ou électrique. L’impacteur latéral est positionné entre l’une des poutres longitudinales de bas de caisse et la batterie, de manière à améliorer la résistance de la poutre à un choc latéral poteau. Cet impacteur est en outre formé d’un seul bloc en matériau formant une mousse rigide. Mais cet impacteur a une capacité d’absorption d’énergie cinétique limitée et est par conséquent peu adapté à des véhicules utilitaires à traction électrique qui sont plus lourds et entraînent, lors d’un choc, des dommages plus importants en raison d’une énergie cinétique plus grande. Le document de brevet publié DE 102013008428 B4 divulgue un bac de batterie d’accumulateurs d’énergie électrique pour un véhicule automobile à traction électrique et deux poutres longitudinales de part et d’autre du bac. Des absorbeurs de chocs sont positionnés successivement à chacun des côtés dudit bac, entre le bac et la poutre longitudinale adjacente. Chaque absorbeur présente une caractéristique de capacité d’absorption d’énergie variable en fonction d’un degré de déformation en compression, dans un but d’améliorer la résistance à un choc latéral poteau. Mais ces absorbeurs sont de construction complexe et donc potentiellement coûteuse.

Exposé de l'invention

L’invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients de l’état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l’invention a pour objectif de diminuer le risque de détérioration des batteries des véhicules à traction électrique lors d’un choc latéral poteau.

L’invention a pour objet un véhicule automobile à traction électrique, comprenant : un plancher ; un bac de batteries d’accumulateurs d’énergie électrique pour la traction électrique, intégré dans le plancher ; deux poutres longitudinales de bas de caisse, de part et d’autre du plancher ; et au moins un renfort latéral disposé entre le bac et l’une des deux poutres longitudinales de bas de caisse ; remarquable en ce que l’au moins un renfort latéral comprend : une structure plate avec un bord intérieur adjacent au bac à hauteur d’un fond dudit bac, et un bord extérieur adjacent à la poutre longitudinale de bas de caisse correspondante ; et au moins un élément absorbeur de chocs fixé sur une face supérieure de la structure plate.

Selon un mode avantageux de l’invention, la structure plate comprend des nervures et/ou des chambres de rigidification s’étendant transversalement au véhicule.

Selon un mode avantageux de l’invention, la structure plate comprend une première plaque avec des ondulations transversales au véhicule et une deuxième plaque superposée et fixée à la première plaque, de manière à former les chambres de rigidification transversales.

Selon un mode avantageux de l’invention, l’au moins un renfort latéral comprend, en outre, des doigts de fixation s’étendant transversalement au véhicule depuis le bord intérieur de la structure plate et s’engageant avec le bac. Selon un mode avantageux de l’invention, chacun des doigts est engagé dans une des chambres de rigidification.

Selon un mode avantageux de l’invention, chacun des doigts est engagé dans une chambre de rigidification du fond du bac.

Selon un mode avantageux de l’invention, l’au moins un élément absorbeur de chocs comprend une boîte déformable adjacente à la poutre longitudinale de bas de caisse correspondante.

Selon un mode avantageux de l’invention, la boîte déformable comprend un embouti en forme de U avec une âme et deux semelles, une desdites deux semelles étant contre la structure plate et ladite âme étant contre la poutre longitudinale de bas de caisse correspondante, et au moins une cloison transversale au véhicule et reliant lesdites deux semelles.

Selon un mode avantageux de l’invention, l’au moins un élément absorbeur de chocs comprend, en outre, un bloc en matériau alvéolé adjacent à la boîte déformable.

Selon un mode avantageux de l’invention, l’au moins un élément absorbeur de chocs comprend, en outre, une équerre au bord intérieur de la structure plate, avec une première aile fixée contre ladite structure plate et une deuxième aile fixée contre une paroi latérale du bac.

Préférentiellement, le renfort latéral présente une longueur comprise entre 300mm et 400mm. Avantageusement, les matériaux utilisés pour les différents éléments constitutifs du renfort sont une mousse en matériau polymère tel que le polyuréthane d’une densité d’au moins 10Og/L, préférentiellement d’au moins 120g/L et plus préférentiellement d’au maximum 150g/L pour l’élément absorbeur de chocs ; et des matériaux métalliques tels que l’acier, avec une épaisseur comprise entre 0.5mm et 3.5mm, pour la structure plate et pour la boîte déformable.

Les mesures de l’invention sont intéressantes en ce qu’elles permettent de diminuer le risque de détérioration des batteries d’un véhicule automobile à traction électrique, et plus particulièrement, d’un véhicule utilitaire à traction électrique, suite à un choc latéral poteau. Cette amélioration est réalisée par l’ajout d’au moins un renfort latéral entre chacune des poutres longitudinales de bas de caisse et le bac de batteries à accumulateurs d’énergie électrique. L’ajout de ce renfort permet de limiter l’intrusion du poteau dans le bac de batteries, donc d’éviter la détérioration des modules constituant la batterie, même en cas de choc sévère. La présence d’un élément absorbeur de chocs permet d’améliorer l’amortissement des efforts au niveau du bac de batteries. De plus, le renfort latéral permet d’équilibrer les efforts dès le début du choc en améliorant la transmission des efforts vers le fond du bac de batteries, notamment grâce à la présence de doigts de fixation. Le renfort latéral permet, en outre, d’améliorer l’absorption d’énergie et d’amortir l’impact du choc contre le bac de batterie, en évitant le contact entre les différents modules constituant la batterie. La présence d’équerres, composées de feuillures métalliques, permet d’améliorer la rigidité globale du renfort. Enfin, l’installation du renfort selon l’invention et sa fabrication sont réalisées par des techniques connues de l’homme du métier, avec des matériaux également connus et maîtrisés par l’homme du métier. Enfin, l’ajout de ce renfort n’augmente pas de manière significative la masse globale du véhicule.

D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris à l’aide de la description et des dessins.

Brève description des dessins

[Fig 1] est une vue du dessous d’un véhicule automobile utilitaire à traction électrique tel que retrouvé dans l’art antérieur, après un choc latéral poteau ;

[Fig 2] est une vue éclatée d’un renfort latéral selon l’invention ;

[Fig 3] est une vue éclatée d’une structure plate et d’une boîte déformable du renfort latéral de la figure 2 ;

[Fig 4] est une vue du dessous du renfort latéral des figures 2 et 3 monté sur un véhicule ;

[Fig 5] est une vue en perspective d’une alternative de réalisation du renfort latéral représenté aux figures 2 à 4 ;

[Fig 6] est un schéma représentant l’alternative du renfort latéral de la figure 5 ;

[Fig 7] est une vue du dessous d’un véhicule automobile avec un renfort selon l’invention, suite à un choc latéral poteau.

Description détaillée Les exemples décrits ci-après sont donnés à titre indicatif, mais d’autres applications ou modes de réalisation de l’invention non-décrits peuvent être envisagés. La flèche x désigne le sens normal de déplacement du véhicule (en marche avant). La flèche y désigne la largeur du véhicule, de la gauche vers la droite. La flèche z désigne la hauteur du véhicule, du bas vers le haut.

La figure 1 a été décrite dans la partie ‘technique antérieure’.

Les figures 2 à 7 reprennent la numérotation de la figure précédente pour les éléments identiques ou similaires, la numération étant toutefois incrémentée de 100.

Il est par ailleurs fait référence à la description de ces éléments en relation avec la technique antérieure.

Les figures 2 et 3 montrent des vues éclatées d’un renfort latéral (figure 2) ou d’une partie dudit renfort (figure 3) selon l’invention.

Le renfort latéral 111 selon l’invention comprend une structure plate 113 composée par au moins une première plaque 115 et une deuxième plaque 117. La première plaque 115 comprend des ondulations 115A transversales au véhicule (le véhicule n’étant pas représenté sur les figures 2 et 3), donc orientées suivant la direction y. Des nervures peuvent également être réalisées sur cette plaque 115 (cette alternative de réalisation de l’invention n’étant pas représentée sur ces figures). La deuxième plaque 117 est plane, elle peut comprendre un gaufrage. À la figure 2, on peut voir que la deuxième plaque 117 est superposée et fixée à la première plaque 115, formant ainsi des chambres de rigidification transversales 119 au véhicule. De manière générale, la structure plate 113 peut comprendre les nervures et/ou les chambres de rigidification transversales 119. La structure plate 113 est préférentiellement réalisée dans des matériaux métalliques, et plus préférentiellement en acier. Avantageusement, l’épaisseur de chacune des plaques (115, 117) est comprise entre 1 mm et 2mm. Les plaques (115, 117) sont préférentiellement embouties, ou, dans le cas de la première plaque 115 seulement, pliée.

Le renfort latéral 111 comprend, en outre, au moins un élément absorbeur de chocs 121 fixé sur une face supérieure 113A de la structure plate 113, donc, plus particulièrement, sur la deuxième plaque 117 de la structure plate 113. L’élément absorbeur de chocs 121 comprend une boîte déformable 123, elle-même constituée d’un embouti 125 en forme de U. Cet embouti 125 comprend une âme 125A et deux semelles supérieure 125B et inférieure 125C, la semelle inférieure 125C étant en contact avec la structure plate 113. Avantageusement, la semelle inférieure 125C présente un évidement central, de manière à ce que ladite semelle 125C forme deux languettes latérales (125C.1 , 125C.2). La boîte déformable 123 comprend, en outre, au moins une cloison transversale 127 au véhicule. Avantageusement, la boîte déformable 123 comprend deux cloisons transversales 127, reliant la semelle supérieure 125B, la semelle inférieure 125C et l’âme 125A de l’embouti 125 ensemble. Avantageusement, chacune des cloisons transversales 127 est fixée à l’une des languettes (125C.1 , 125C.2) de la semelle inférieure 125C de l’embouti 125. Avantageusement, chaque cloison transversale 127 comprend des portions de fixation 127A à l’embouti 125. Préférentiellement, la boîte déformable 123 est partiellement positionnée en dehors de la structure plate 113, de manière à ce qu’au maximum 40% de la boîte déformable 123 soit positionnée au-delà de la structure plate 113. Avantageusement, la boîte déformable 123 est préférentiellement réalisée dans des matériaux métalliques, et plus préférentiellement en acier. Avantageusement, l’épaisseur de l’embouti 125 est comprise entre 0.5mm et 1 5mm, la fixation étant préférentiellement réalisée par soudage, ou à l’aide d’éléments de fixation (non représentés sur ces figures).

L’élément absorbeur de chocs 121 comprend, en outre, un bloc 129 en matériau alvéolé, adjacent à la boîte déformable 123. Ce bloc 129 est préférentiellement réalisé en mousse de polyuréthane, avec une densité d’au moins 10Og/L, préférentiellement une densité d’au moins 120g/L, et plus préférentiellement encore une densité maximale de 150g/L, de manière à avoir un effet absorbant et amortissant. Il est avantageusement positionné sur la face supérieure 113A de la structure plate 113. Il s’étend sur toute la largeur de ladite structure 113, et sur une longueur comprise entre 40% et 70% de la longueur de la structure 113. Ce bloc 129 en matériau alvéolé comprend avantageusement une première portion 129A dont la hauteur est similaire à celle de la boîte déformable 123, et une deuxième portion 129B interne à la première portion 129A, positionnée à l’opposé de la boîte déformable 123, la deuxième portion 129B étant d’une hauteur et d’une longueur inférieures à celles de la première portion 129A. L’élément absorbeur de chocs 121 comprend, en outre, une équerre 131 positionnée sur un bord intérieur 113B de la structure plate 113. L’équerre 131 comprend une première aile 131 A fixée à la structure plate 113, et plus particulièrement, à la deuxième plaque 117 de la structure plate 113. De plus, l’équerre 131 comprend une deuxième aile 131 B perpendiculaire à la première aile 131 A, l’équerre 131 étant positionnée du côté de la deuxième portion 129B du bloc 129 en matériau alvéolé.

L’élément absorbeur de chocs 121 comprend, en outre, une équerre supplémentaire 133 avec une première aile 133A fixée à la structure plate 113 et positionnée en dessous du bloc 129 en matériau alvéolé, et une deuxième aile 133B s’étendant entre ledit bloc 129 et la boîte déformable 123 attenante. Les deux équerres (131 , 133) ont vocation à renforcer le renfort 111 en permettant une bonne transmission des efforts suite au choc. Les équerres (131 , 133) sont préférentiellement fabriquées dans des matériaux métalliques, tels que l’acier. L’équerre 131 est avantageusement réalisée avec une épaisseur comprise entre 2.5mm et 3.5mm, l’équerre supplémentaire 133 avec une épaisseur comprise entre 1 mm et 2mm.

La figure 4 montre une vue en perspective du renfort latéral selon l’invention, monté dans le véhicule.

Le véhicule 101 est partiellement représenté sur cette figure. Un bac 105 de batteries 107 d’accumulateurs d’énergie électrique (montré en pointillés), et, plus particulièrement, une paroi latérale 105A et un fond 105B dudit bac 105 sont visibles sur cette figure. L’une des poutres longitudinales 109, en l’occurrence, la poutre longitudinale gauche 109, est également partiellement représentée en pointillés, de manière à pouvoir voir le montage du renfort latéral 111 sur le véhicule 101.

Le bord intérieur 113B de la structure plate 113 du renfort latéral 111 est disposé de manière adjacente au bac 105 de batteries 107, et plus particulièrement à hauteur du fond 105B dudit bac 105. Ce fond 105B présente, en outre, des chambres de rigidification 105B.1. La structure plate 113 comprend, en outre, un bord extérieur 113C adjacent à la poutre longitudinale 109 de bas de caisse correspondante. Avantageusement, c’est la boîte déformable 123 qui est adjacente à la poutre longitudinale 109 gauche, et, de manière préférentielle, l’âme 125A de l’embouti 125 de la boîte déformable 123 est préférentiellement positionnée contre ladite poutre 109. Cette poutre longitudinale 109 de bas de caisse comprend une section transversale en U couché, avec une paroi verticale 109A et deux parois supérieure 109B et inférieure 109C. Plus préférentiellement, la boîte déformable 123 est partiellement insérée dans la section transversale en U couché de la poutre longitudinale 109, sur au moins 20% de sa longueur. Ainsi, l’âme 125A de l’embouti 125 est positionnée contre la paroi verticale 109A de la poutre longitudinale 109, et le bord extérieur 113C de la structure plate 113 est attenant à la paroi inférieure 109C de la poutre 109. De plus, la deuxième aile 131 B de l’équerre 131 est fixée contre la paroi latérale 105A du bac 105.

Les figures 5 et 6 montrent une alternative de réalisation du renfort latéral selon l’invention.

Selon cette alternative, le renfort latéral 111 comprend des doigts de fixation 135 qui s’étendent transversalement au véhicule (non visible sur les figures 5 et 6) depuis le bord intérieur 113B de la structure plate 113, les doigts 135 s’engageant avec le bac 105 de batteries (non visible sur les figures 5 et 6). Préférentiellement, chaque doigt 135 est engagé dans une des chambres de rigidification 119 de la structure plate 113, et dans une des chambres de rigidification 105B.1 du fond 105B du bac 105. Les doigts 135 peuvent être de différentes formes, telles que de forme cylindrique ou parallélépipédique. Avantageusement, les doigts 135 sont soudés à la structure plate 113, grâce à des points de soudure 135A.

La figure 7 montre une vue du dessous du véhicule automobile avec le renfort latéral selon l’invention, après un choc latéral poteau. La figure 7 sera décrite en référence aux figures 2 à 6.

Le choc latéral poteau C est occasionné au niveau des batteries 107 du véhicule 101. Le poteau enfonce le plancher 103 et la poutre longitudinale 109 de bas de caisse correspondante, la poutre 109 entrant alors en contact avec le renfort longitudinal 111 selon l’invention précédemment décrit. Lors du choc C, la structure plate 113 du renfort 111 permet dans un premier temps la transmission des efforts vers le fond 105B du bac 105 de batteries 107. La présence des doigts de fixation 135 permet d’aider à la transmission des efforts. Ensuite, l’élément d’absorption de chocs 121 s’enfonce, de manière à absorber et amortir les chocs. Ainsi, la boîte déformable 123 va dans un premier temps absorber le choc C grâce à la déformation des éléments métalliques, donc de l’embouti 125, des cloisons transversales 127 et de la structure plate 113. Puis, dans un second temps, le bloc 129 en matériau alvéolé va amortir le choc. On remarque que, sur cette figure (non visible sur cette figure), le poteau n’endommage pas le bac 105 de batteries 107, en particulier les modules directement concernés par le choc, positionnés dans la batterie 107 située centralement au véhicule 101. Ainsi, l’énergie de sollicitation causée par le choc aux modules est réduite de 75%, par rapport à l’énergie produite sur les véhicules ne comprenant pas le renfort latéral 111 selon l’invention et montré à la figure 1.

De manière générale, les différents éléments constitutifs du renfort latéral 111 sont fixés ensemble par soudage, par collage ou à l’aide d’éléments de fixation (non montrés sur ces figures). Il est entendu que le renfort latéral 111 peut être retrouvé en plusieurs exemplaires dans un même véhicule 101 , à différentes positions entre chacune des poutres longitudinales 109 et le bac 105 des batteries 107.