Dispositif d'absorption d'énergie pour poutre pare-chocs de véhicule automobile et procédé de fabrication de ce dispositif

L'invention se rapporte à un dispositif absorbeur d'énergie destiné à être placé entre l'extrémité d'un longeron de véhicule automobile et une poutre pare-chocs.

Elle concerne plus particulièrement un dispositif d'absorption d'énergie pour poutre pare-chocs de véhicule automobile, comprenant une enveloppe dans laquelle est logée une mousse métallique ayant des propriétés d'absorption d'énergie.

Les véhicules actuels reçoivent une face avant susceptible d'intégrer divers équipements du véhicule tels que les projecteurs, les clignotants, l'avertisseur sonore, etc.. La face avant constitue un élément modulaire prêt à être monté sur le véhicule. Son montage se fait par raccordement à des éléments de structure latéraux du véhicule, tels que les longerons, puis par la mise en place d'un pare- chocs rapporté sur le module.

Des boîtiers absorbeurs d'énergie sont disposés entre chacun des longerons et la poutre pare-chocs. Ces boîtiers absorbeurs doivent répondre à des normes strictes afin d'être capables d'absorber l'énergie d'un choc normalisé connu sous le nom de choc Danner correspondant à l'impact du véhicule contre un obstacle fixe à une vitesse de 16 km/heure. L'absorption de l'énergie doit être obtenue sans que le pic d'effort enregistré dans Ie boîtier dépasse une limite maximale, par exemple 12O kN.

D'autre part, le coût des assurances automobiles est calculé en fonction du coût des réparations à apporter aux véhicules après un choc frontal à 16 km/h. Plus le coût des réparations est important, plus le montant de la prime d'assurance sera élevé. Il est donc important, afin de limiter le montant de cette prime pour un véhicule donné, que ce dernier soit capable de subir un tel choc frontal sans enregistrer de dommages importants.

De tels dispositifs d'absorption d'énergie sont généralement réalisés sous la forme d'un profilé généralement de section rectangulaire garni d'une mousse métallique ayant des propriétés d'absorption d'énergie. Typiquement, grâce à l'interaction de la mousse et de la déformation du profilé, l'énergie absorbée par un tel dispositif est maximisée dans un volume réduit.

De tels absorbeurs sont néanmoins relativement complexes et coûteux. En effet, le profilé et la mousse métallique sont réalisés séparément et doivent ensuite être reliés l'un à l'autre. Il faut donc une étape d'assemblage ainsi que des outillages différents pour l'enveloppe et la mousse.

L'invention vise à améliorer la situation.

A cet effet, un dispositif d'absorption d'énergie pour poutre pare-chocs de véhicu- les automobiles est proposé, comprenant une enveloppe dans laquelle est logée une mousse métallique ayant des propriétés d'absorption d'énergie, dans laquelle l'enveloppe et la mousse sont des composants métalliques moulés.

L'utilisation de composants métalliques moulés sous pression permet de réaliser un dispositif d'absorption d'énergie en une seule opération, ce qui permet de réduire les coûts de fabrication tout en préservant une efficacité maximale.

Dans un premier mode de réalisation, l'enveloppe et la mousse sont séparées par un jeu choisi. Ce jeu peut être assuré par au moins un bras issu de l'enveloppe et qui la relie à la mousse. Dans un autre mode de réalisation, l'enveloppe et la mousse sont solidaires. Ces deux modes de réalisation permettent de réaliser des dispositifs d'absorption offrant des tolérances et des dimensions adaptées à toute situation.

L'enveloppe et la mousse peuvent être réalisées avec un seul alliage métallique ou avec des alliages métalliques distincts et la mousse a avantageusement une forme allongée et une section choisie. L'enveloppe peut également présenter une

forme conjuguée avec celle de la mousse et sa surface peut comporter des évidements.

Ces modes de réalisation permettent de réaliser des dispositifs de dimension optimale et donc de réaliser d'importants gains d'espace dans le véhicule.

Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif comporte des moyens de fixation sur une partie du véhicule automobile. Ces moyens de fixation peuvent notamment comporter une platine qui peut elle-même comporter un collet entourant l'enveloppe.

Les moyens de fixation peuvent également comporter une entretoise.

Les moyens de fixation peuvent être vissés sur le dispositif, collés au dispositif, ou soudés au dispositif.

Les moyens de fixation peuvent former une peau entourant l'enveloppe ou encore être des composants moulés sous pression ou être venus de moulage avec le dispositif.

Dans le cas où les moyens de fixation forment une peau, cette peau peut être surmoulée.

Ces divers modes de réalisation offrent des dispositifs comportant des moyens de fixation classiques et adaptés à tous types de véhicule.

Avantageusement, la peau peut être une matière choisie parmi les groupes comprenant les matières plastiques, les matières métalliques et les matières hybrides de matière plastique et métallique.

Les composants métalliques peuvent être réalisés avec des alliages d'aluminium.

L'invention vise également un procédé de fabrication d'un tel dispositif, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :

a. réaliser une enveloppe par une opération de moulage sous pression,

b. réaliser une mousse métallique ayant des propriétés d'absorption d'énergie logées dans ladite enveloppe par une opération de moulage sous pression.

Dans un mode de réalisation, l'étape a. comporte les étapes suivantes :

ai . prévoir un premier insert correspondant à un logement pour la mousse dans l'enveloppe, et un deuxième insert correspondant à un espace prévu entre l'enveloppe et la mousse,

a2. réaliser l'enveloppe en présence des deux inserts, et

a3. retirer le premier insert.

En outre, l'étape b. peut comporter les étapes suivantes :

b1. réaliser la mousse métallique en présence, du deuxième insert et de l'enveloppe moulée, et

b2. retirer le deuxième insert.

Dans un autre mode de réalisation, l'étape a. peut comporter les étapes suivantes :

ai . prévoir un premier insert correspondant à un logement pour la mousse dans l'enveloppe, et un espace prévu entre l'enveloppe et la mousse,

a2. réaliser l'enveloppe en présence dudit premier insert, et

a3. retirer le premier insert.

Dans ce mode de réalisation, l'étape b. peut comporter les étapes suivantes :

b1. prévoir un deuxième insert correspondant à un espace prévu entre l'enveloppe et la mousse,

b2. réaliser la mousse en présence dudit deuxième insert, et

b3. retirer le deuxième insert.

Ces divers procédés permettent de réaliser des dispositifs d'absorption d'énergie constitués d'éléments moulés sous pression et d'un seul tenant.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, d'exemples donnés à titre illustratif et non limitatif tirés des dessins sur lesquels :

- la figure 1 montre une vue d'ensemble d'une poutre pare-chocs et d'un dispositif d'absorption d'énergie montés sur une face avant de véhicule automobile ;

- la figure 2 montre une vue en perspective d'un premier mode de réalisation d'un dispositif d'absorption d'énergie conforme à la présente invention ;

- la figure 3 montre une variante du dispositif de la figure 2 ;

- la figure 4 montre une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif d'absorption d'énergie selon l'invention ;

- les figures 5 à 8 montrent des variantes du dispositif de la figure 4 ;

- la figure 9 montre une vue en coupe longitudinale d'une poutre pare-chocs recevant une variante du dispositif de la figure 4 ;

- la figure 10 montre une vue en perspective d'un élément d'une variante de la figure 2 ;

- la figure 11 montre un diagramme d'un procédé de fabrication d'un dispositif selon l'invention ;

- les figures 12a et 12b montrent des vues en coupe d'un moule utilisé dans le procédé de la figure 11 ;

- la figure 13 montre une variante du procédé de la figure 11 ; et

- les figures 14a et 14b montrent un moule à divers stades du procédé de la figure 13.

On a représenté schématiquement sur la figure 1 une poutre pare-chocs 2 constituée par un profilé creux, par exemple de section ouverte (C ou U) ou bien de section fermée, dans laquelle vient se loger au moins en partie un dispositif d'absorption d'énergie 4. Ce dispositif 4 est fixé à la structure d'un véhicule automobile, ici à l'extrémité d'un longeron inférieur à 6 sur laquelle est aussi fixé un module de face avant 8. La poutre pare-chocs est destinée à recevoir un pare- chocs 10, encore appelé bouclier frontal.

On a représenté sur la figure 2 une vue schématique en perspective du dispositif d'absorption 4 de la figure 1. Dans l'exemple représenté, le dispositif 4 possède une section carrée, mais cette section pourrait également être polygonale, notamment rectangulaire ou hexagonale ou encore circulaire. Le dispositif 4 possède une longueur L et le côté de sa section transversale a été désigné par la lettre a. Le dispositif 4 se présente sous la forme d'une enveloppe 11 ayant une épaisseur e1 , dont l'intérieur est garni d'une mousse 12 possédant des propriétés d'absorption d'énergie.

Les alliages utilisés pour réaliser le dispositif 4 sont de préférence en aluminium issu de la série A356.2, 520.0 ou 535.0. Différents traitements thermiques sont connus afin d'obtenir des propriétés permettant une absorption d'énergie par déformation et non par ruine. Le dispositif 4 peut également être réalisé en acier. Dans l'exemple ici décrit, l'enveloppe 11 a été réalisée avec un premier alliage d'aluminium et la mousse 12 avec un autre alliage aluminium.

Comme on peut le voir sur la figure 2, l'enveloppe 11 et la mousse 12 sont séparées par un jeu j qui est assuré par quatre bras 13 issus de l'enveloppe 11 qui s'étendent sur toute la longueur de celle-ci. La mousse 12 a ici une forme allongée et une section sensiblement carrée, et l'enveloppe 11 a une forme conjuguée de la mousse 12. Les bras 13 relient l'enveloppe 11 à la mousse 12 sur toute leur longueur.

Un mode de réalisation particulier de l'invention propose que les bras soient issus de là mousse 12.

On a réalisé un dispositif d'absorption d'énergie en aluminium possédant une épaisseur e1 comprise entre 0,5 et 3mm, une longueur L de 130mm, ainsi qu'un jeu j de 3mm. L'épaisseur du jeu j peut notamment varier entre 0 et 3mm, selon les propriétés d'absorption d'énergie recherchées.

Les composants du dispositif 4 à savoir l'enveloppe 1 1 et ses bras 13, ainsi que la mousse 12, sont des composants métalliques qui ont été réalisés par un moulage sous pression. Le procédé classique de moulage sous pression consiste à injecter sous pression un alliage métallique en fusion dans un moule d'acier (aussi appelé outil ou coquille). Le métal en fusion se solidifie rapidement, par exemple en quelques secondes, pour former une pièce à côte finie qui est ensuite extraite automatiquement.

Le dispositif 4 a été réalisé à l'aide du procédé de fabrication qui sera décrit à la figure 11.

La figure 3 montre une variante du dispositif de la figure 2, dans laquelle des moyens de fixation sur le véhicule automobile ont été moulés sous pression en même temps que le reste des éléments du dispositif 4.

Ces moyens de fixation comportent une platine 20 percée de trous 22 s'étendant de manière transversale par rapport à la direction longitudinale du dispositif 4, et disposée à une extrémité de celui-ci. Les moyens de fixation comportent en outre deux pattes 24 s'étendant dans la direction longitudinale du dispositif 4, et disposées à l'autre extrémité de celui-ci.

Dans ce mode de réalisation, la mousse 12 est recouverte à sa surface d'une peau issue de son procédé de fabrication. Cette peau ne joue pas de rôle dans l'absorption d'énergie dans ce mode de réalisation.

La figure 4 montre un deuxième mode de réalisation du dispositif 4. Dans cette variante, l'enveloppe 11 et la mousse 12 ne sont plus séparées par un jeu j mais solidaires. En effet, lors du moulage sous pression de la mousse 12, les parois du moule sont refroidies de manière à former l'enveloppe 11 sous la forme d'une peau d'une épaisseur e2.

Dans ce mode de réalisation, l'enveloppe 11 et la mousse 12 sont donc d'un seul tenant. L'enveloppe 11 sous forme de peau présente dans ce mode de réalisation une épaisseur choisie. Cette épaisseur choisie perment à l'enveloppe 11 sous forme de peau de participer à l'absorption des chocs, par son dimensionnement choisi.

La figure 5 montre une variante de la figure 4 dans laquelle des moyens de fixation sur le véhicule automobile sous la forme d'une platine 26 brasée de manière transversale à la direction longitudinale du dispositif 4 à une extrémité de celui-ci. Le joint de brasure est indiqué sur la figure 5 par la référence 28. Il serait également possible de coller ou souder la platine 26 sur le dispositif 4. La figure 6 montre une variante de la figure 5 dans laquelle la platine 26 comporte en outre un collet 28 s'étendant selon la direction longitudinale du dispositif 4, et

qui entoure l'enveloppe 11 sur quelques millimètres. La liaison entre le collet 28 et le dispositif 4 est assurée par deux vis 30 vissées transversalement à travers le collet 28 et le dispositif 4.

La figure 7 montre une autre variante de la figure 5 dans laquelle la platine 26 est cette fois venue de moulage avec le dispositif 4. La platine 26 est ainsi simplement introduite dans le moule lors de la fabrication du dispositif 4 et la liaison entre ces deux éléments est assurée lors du refroidissement.

La figure 8 montre une autre variante encore de la figure 5 dans laquelle une peau 32 comportant des moyens de fixation similaires à ceux de la figure 3 est surmoulée par-dessus le dispositif 4.

La platine ainsi que son collet et la peau surmoulée des figures 5 à 8 peuvent être réalisés en matière plastique ou encore en matière métallique.

La figure 9 montre une vue en coupe d'un dispositif 4 logé dans la poutre pare- chocs 2 et maintenu avec celle-ci par une entretoise 36 qui pénètre partiellement le dispositif 4 selon une direction transversale à la direction longitudinale de ce dernier. L'entretoise 36 peut être réalisée en matière plastique ou en matière métallique et être venue de moulage ou être fixée au dispositif 4 d'une manière classique.

La figure 10 montre une variante de la mousse utilisée dans le dispositif 4. Cette mousse présente une série de rainures 38 réalisées à la surface de la mousse et ayant une profondeur de quelques millimètres. De telles rainures permettent un écrasement uniforme de la mousse lors d'un choc frontal.

La figure 11 montre un diagramme d'un procédé de fabrication permettant de réaliser un dispositif d'absorption d'énergie tel que représenté sur la figure 2.

Un tel procédé peut notamment comporter des étapes suivantes :

e1. prévoir un moule comportant deux inserts de forme choisie, de telle sorte que la combinaison du moule et des deux inserts définit un espace de moulage correspondant à la forme choisie pour l'enveloppe ;

e2. après Ie moulage sous pression de l'enveloppe avec un alliage d'aluminium choisi, retirer le premier insert du moule, de, sorte que l'espace restant définit la forme désirée pour la mousse métallique ;

e3. mouler la mousse sous pression dans l'espace précité avec l'enveloppe moulée et le deuxième insert ; et

e4. retirer le deuxième insert et démouler pour obtenir le dispositif d'absorption d'énergie.

Les figures 12a et 12b montrent deux vues en coupe d'un moule contenant les deux inserts du procédé de la figure 11.

Sur la figure 12a, un moule 50 a une section générale carrée d'une épaisseur donnée. Le moule 50 reçoit à chacun de ces coins une pièce 52 en forme de L. L'ensemble des quatre pièces 52 constitue le deuxième insert. Le moule 50 reçoit en outre une deuxième pièce de section carrée 54 dont les extrémités viennent s'appuyer dans les quatre coins des pièces 52 et qui constituent le premier insert.

Sur la figure 12b le premier et le deuxième inserts sont identiques, mais le moule présente ici quatre ouvertures 56 sensiblement au milieu de chacun de ces côtés.

Dans le cas de la figure 12a, les bras 13 sont réalisés lors du retrait du premier insert 54, lors du moulage de la mousse, alors que sur la figure 12b c'est lors du moulage de l'enveloppe que les bras 13 sont réalisés. L'enveloppe 11 est ensuite reliée à la mousse 12 lorsque celle-ci refroidit au contact des bras 13.

La figure 13 montre une variante du procédé de la figure 11 qui comporte les étapes suivantes :

fi . prévoir un moule comportant un premier insert de forme choisie, de telle sorte que la combinaison du moule et du premier insert définit un espace de moulage correspondant à la forme choisie pour l'enveloppe ;

f2. après le moulage sous pression de l'enveloppe avec un alliage d'aluminium choisi, retirer le premier insert du moule, et le remplacer par un deuxième insert, dont la combinaison avec le moule définit un espace de moulage correspondant à la forme choisie pour la mousse ;

f3. mouler la mousse sous pression dans l'espace précité avec l'enveloppe moulée et le deuxième insert ; et

f4. retirer le deuxième insert et démouler pour obtenir le dispositif d'absorption d'énergie.

Les figures 14a et 14b montrent des vues en coupe d'un moule utilisé dans le procédé de la figure 13.

La figure 14a montre un moule dans lequel le premier insert 60 est en train d'être retiré, comme l'indique la flèche sur le dessin.

Le premier insert 60 occupe une place telle que l'enveloppe est moulée sous une forme semblable à celle de l'enveloppe 11 de la figure 2, comme visible sur la figure 14a.

Sur la figure 14b, Ie deuxième insert 62 est en train d'être mis en place. Le deuxième insert 62 comporte notamment des parois latérales 64 permettant de réaliser le jeu entre la mousse 12 et l'enveloppe 11 , et un espace 66 permettant le moulage de la mousse.

L'invention n'est pas limitée par la description des modes de réalisation qui précèdent. Elle englobe notamment l'ensemble des variantes que l'homme du

métier saura envisager, ainsi que l'ensemble des combinaisons qui lui apparaîtront au vu des exemples décrits.