PLASTIQUES ET COMPOSITES DANS LES VEHICULES RENAULT
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DE/DEMAT/0854 P. ROUBINET Le 10 mai 1990

PROTECTION DES VEHICULES CONTRE LES CHOCS A FAIBLE VITESSE

1 - HISTORIQUE

I1 y a une vingtaine d'années tous les véhicules étaient munis à l'avant et à l'arrière de pare-chocs en acier. Devant l'accroissement du parc automobile les pare-chocs se sont trouvés de plus en plus exposés à de petits chocs lors des manœuvres pour stationner en ville le long des trottoirs.Ces éléments de protection et de décoration en acier chromé gardaient les traces (marquages, rayures,...) des impacts subits.
La première réaction des constructeurs automobiles a été de renforcer les pare-chocs pour les rendre plus rigides et plus solides. Mais les chocs induisaient alors des efforts très élevés sur le châssis, entraînant souvent des déformations permanentes des longerons.

Les études et essais effectués chez RENAULT à partir de 1965 ont montré que pour absorber les chocs sans dommage, il fallait que les éléments de protection soient déformables de façon réversible et que la garde nécessaire soit prise en compte dans le choix du style.
I1 est apparu que les plastiques en général, et les composites verre polyester en particulier, étaient des matériaux qui permettaient de répondre aux nouvelles normes de tenue aux chocs en préparation.

Depuis 1970, la Régie RENAULT a développé les préimprégnés verre polyester (SMC) avec les boucliers de R 17 (à l'arrière), R 5, R 14, FUEGO, MASTER (RVI), R 18, R 25, EXPRESS et R 21 (lame avant)
La RENAULT 5 a ainsi été la première voiture de grande diffusion à bénéficier du concept de bouclier en plastique, lequel s'est maintenant généralisé sur la plupart des véhicules à travers le monde.

La poursuite de l'accroissement du parc automobile a fait apparaître dans les années 70 les parkings souterrains et les parkings des grandes surfaces, avec stationnement des véhicules en épi. Les cotés de caisse se sont ainsi trouvés exposés aux coups de portières et aux rayures de manœuvres « trop justes ».
La RENAULT 5 a été à nouveau la première voiture à bénéficier d'une véritable protection latérale contre les petits chocs.
Les plastiques et les composites étaient, là encore, les matériaux les mieux placés pour répondre au problème posé.

2 - GENERALITES SUR LES CHOCS

2.1 - Définition

On appelle choc toute rencontre brusque entre deux ou plusieurs solides.Les corps en contact subissent toujours des déformations. Ces déformations sont plus ou moins importantes suivant la forme des zones impactées, la dureté des matériaux, et la violence du choc. Elles peuvent être réversibles (pas d'endommagement) ou non (dégâts apparents).
Si les forces extérieures sont très petites (cas général), on peut considérer que la quantité de mouvement totale se conserve au cours du choc.
Quand la comparaison de l'énergie cinétique de l'ensemble des mobiles, avant et après choc, ne fait pas apparaître une perte d'énergie sensible, le choc est dit élastique.
Quand la plus grande partie de l'énergie se transforme en chaleur (frottements internes, décohésion, rupture, ...) le choc est dit mou.

2.2 - Choc élastique

Considérons deux mobiles de masses m1 et m2 se déplaçant suivant la même droite.

Soit v1 et v2 leurs vitesses avant le choc (instant t) v'1 et v'2 leurs vitesses après le choc (instant t') toutes comptées positivement dans le même sens (avec v1>v2). Nous pouvons écrire les relations suivantes:

t                        m1 o---------------> v1                        m2 o------> v2

t'                                                                                                        m1 o----> v'1                        m2 o---------> v'2

 

Instant t

Instant t'

Quantité de mouvement
Energie totale

m1 v1 + m2 v2 =
½ m1 v1² + ½ m2 v2² =

m1 v’1 + m2 v’2                   (1)
½ m1 v’1² + ½ m2 v’2²         (2)

Nous tirons de ces relations:

v1 + v’1 = v2 + v’2                        (3)

         ( m1 - m2 ) v1 + 2 m2 v2
v’1 = -------------------------      (4)
                   m1 + m2

         ( m2 - m1 ) v2 + 2 m1 v1
v'2 = -------------------------       (5)
                   m1 + m2

Une partie de l'énergie cinétique se transforme pendant le choc en énergie élastique par la déformation des corps en contact.

En fin de choc, l'énergie cinétique totale a repris sa valeur initiale mais la répartition entre les deux mobiles est différente.
L'énergie cinétique transférée de m1 à m2 est:

                                      2 m1 m2 (m1 v1 + m2 v2) (v1 - v2)
w1 – w’1 = w’2 - w2 = ---------------------------------------                        (6)
                                                        (m1 + m2

2.3 - Choc mou

Considérons toujours deux mobiles de masses m1 et m2 et de vitesses v1 et v2 se déplaçant suivant la même droite. S'ils restent réunis après le choc, leur vitesse commune v' est déterminée par l'équation exprimant la conservation de la quantité de mouvement. Dans ce cas les corps déformés ne développent pas de force de rappel, on dit alors que le choc est mou.

L'énergie dissipée DW correspond à la perte d'énergie cinétique.

t                        m1 o-------> v1                        m2 o----> v2

t'                                                                                          m1 + m2 o------> v'

 

Instant t avant le choc

Instant t' après le choc

Quantité de mouvement
Energie totale

m1 v1 + m2 v2 =
½ m1 v1² + ½ m2 v2² =

( m1 + m2 ) v'                     (7)
½ ( m1 + m2 ) v'² + DW     (8)

Nous tirons de ces relations :

              m1 v1 + m2 v2
v’ = ------------------------                     (9)
                  m1 + m2      

                      m1 m2
DW = ½ ---------------- (v1 - v2)²         (10)
                    m1 + m2

2.4 - Choc quelconque

I1 convient de remarquer que dans le cas du choc entre deux corps élastiques, il existe un instant T, compris entre t et t', où les deux corps sont animés de la même vitesse vT et où l'énergie de déformation élastique ET est maximum.
On est en droit d'ignorer, à cet instant T, si l'énergie absorbée par le choc sera restituée (choc élastique) ou dissipée (choc mou) et l'on peut écrire :

vT = v'          (11)          et          ET = DW          (12)

Les relations (9) et (10) sont donc, à l'instant T, applicables à tous les cas de choc.

2.5 - Rupture par choc

Lorsqu'un corps en frappe un autre, il se développe une force F, de part et d'autre de la surface en contact pendant la durée du choc.
Le transfert d'une certaine quantité de mouvement mv correspond à une impulsion ò Fdt. On peut donc se trouver en présence d'une force considérable provoquant la rupture des matériaux si la durée du choc est très courte.

On évite au contraire la production de forces trop grandes en augmentant la durée du choc. On y parvient en accroissant la possibilité de déformation Dl des zones heurtées (figure 1)

L'essai de choc CHARPY permet d'évaluer le comportement au choc des matériaux. La perte d'énergie du pendule correspond à la somme du travail de flexion et du travail de rupture. Pour de nombreux matériaux la contrainte de rupture croît avec la vitesse de déformation. La température, l'humidité, et le vieillissement modifient également les performances aux chocs des matériaux.

3 - CHOCS SUR VEHICULES

3.1 - Tableau de correspondance des chocs

Les différents types d'essais de chocs frontaux sont représentés sur le tableau figure 2. La comparaison de ces essais appelle les commentaires suivants:

3.2 - Différents types d'agressivité

Comme cela a été défini pour les chocs à grande vitesse (exposé de M. VENTRE à la 3ème Conférence Internationale ESV tenue à Washington en juin 1972), on peut également distinguer dans les chocs à faible vitesse trois types d'agressivité:

3.3 - Agressivité de rigidité

Considérons le choc frontal de deux véhicules. Soit k1 la raideur du dispositif protecteur du véhicule 1 et k2 celle du véhicule 2.
Supposons que les raideurs restent constantes dans la limite des petits chocs considérés:

 Les forces développées dans les dispositifs protecteurs pendant le choc sont égales et opposées.

On peut donc écrire:

F = k1 Dl1 = k2 Dl2                             Dl1 = enfoncement du dispositif protecteur 1
                                                          Dl2 = enfoncement du dispositif protecteur 2

d'où :

     Dl2                k1
-------- = ---------
     Dl1                k2

et :

    W2            ½ F Dl2             k1
-------- = ---------- = --------
    W1            ½ F Dl1             k2

C'est donc le dispositif protecteur le moins raide qui subira la plus grande déformation et absorbera le plus d'énergie. Le rapport k1/k2 peut être considéré comme le coefficient d'agressivité de rigidité du 1er véhicule contre le 2ème.

3.4 - Agressivité de masse

En considérant toujours que les forces développées sur les deux véhicules pendant le choc sont égales et opposées on peut écrire:

                                                                 gl = décélération maximum du véhicule 1
F = ml gl = = m2 g2
                                                                 g2 = décélération maximum du véhicule 2

d'où

  g2           m1
------ = --------
  gl            m2

Les décélérations ressenties par les passagers sont inversement proportionnelles aux masses des véhicules.
Le rapport m1/m2 peut être considéré comme le coefficient d'agressivité de masse du véhicule 1 contre le véhicule 2.

3.5 - Agressivité d'architecture

Considérons maintenant deux dispositifs protecteurs dont les raideurs initiales sont les mêmes, mais les possibilités d'enfoncement différentes.

Le dispositif de protection qui aura atteint sa course maximum le premier imposera ensuite une déformation et une absorption d'énergie plus grandes au second.

Le 1er véhicule est donc agressif devant le 2ème. Par contre, il aura un moins bon comportement dans un choc contre un mur, l'effort atteint pour un même niveau d'énergie à absorber étant plus élevé.

.

Nous n'avons considéré jusqu'à présent que les dispositifs de protection dans leurs ensembles: pare-chocs, boucliers, contrelames, butoirs, absorbeurs, etc.

Nous avons supposé que les surfaces en contact étaient suffisamment grandes pour que tous les éléments de ces ensembles soient sollicités pendant le choc.

Grâce à la généralisation du concept de bouclier plastique, les butoirs proéminents et peu déformables qui augmentaient les efforts et les concentraient sur de faibles surfaces ont pratiquement disparu.

4 - LOGIQUE D'ETUDE D'UN CONCEPT PARE-CHOCS
METHODOLOGIE D'ESSAI

Le premier objectif est d'éviter tout endommagement nécessitant une réparation à la suite d'un choc "parking". Le niveau de sévérité des chocs conventionnels peut être, soit imposé par les règlements en vigueur, soit défini par le cahier des charges spécifique du constructeur.

4.1 - Réglementation en vigueur

Les deux principaux règlements concernant les pare-chocs sont les suivants:

Les essais demandés par ces normes peuvent se résumer comme suit:

Type d'essai FMVSS 215
avant 1982
FMVSS 215
depuis1982
ECE 42
Choc pendule/axe de caisse 8 km/h 4 km/h 4 km/h
Choc pendule/longeron 8 km/h 4 km/h 4 km/h
Choc pendule/coin à 30° 5 km/h 2,5 km/h 2,5 km/h
Choc mur 8 km/h 4 km/h non prévu

Une désévérisation du règlement américain est entrée en vigueur en 1982, mais certains constructeurs continuent de proposer des modèles répondant à l'ancienne norme.
La norme américaine exige que les pare-chocs ne soient pas endommagés après les chocs.
La norme européenne permet que les pare-chocs subissent des dégâts à condition que le véhicule soit toujours en état de rouler dans le respect du code de la route. Les éléments endommagés peuvent être remplacés après chaque essai. Mais le Cahier des Charges du constructeur peut aller au-delà de cet impératif réglementaire, tant au niveau de la vitesse d'impact que de l'état du véhicule pour lequel la protection exigée peut être quasi totale, sans dommage sur la structure et la carrosserie, pare-chocs inclus.

Les règlements manquent de précision. Notamment l'intervalle de température n'est pas indiqué. Or les éléments en matériaux organiques ont des propriétés qui évoluent avec la température.
I1 s'en suit qu'un bouclier en plastique étudié pour tenir à des chocs à 4 km/h à -15°C et à +40°C résistera à 5 km/h à +20°C, qu'on le veuille ou non. C'est le cas notamment des R9 et R11.
A l'inverse un véhicule dont les boucliers seraient conçus pour satisfaire strictement la législation à la température ambiante (c'est à dire celle régnant dans le bâtiment où ont lieu les essais), subirait des dégâts inacceptables à chaud et à froid.

La méthodologie des essais de pare-chocs et de boucliers est développée en annexe 1.

4.2 - Logique d'étude d'un nouveau pare-chocs

L'étude d'un pare-chocs comporte plusieurs phases successives:

- Les recommandations au design (5.1)

- Le choix d'un concept de pare-chocs (5.2 à 5.6) en, fonction:

- Le prédimensionnement des éléments de pare-chocs:

- L'étude proprement dite de l'ensemble pare-chocs.

- La réalisation de pièces prototypes représentatives de la série.

- Le tarage de la structure sur unit AV ou AR (4.3).

- Les essais de chocs et la mise au point, jusqu'à l'obtention des performances requises:

4.3 - Résistance de la structure

Après une première approche par le calcul, la résistance de la structure (avant ou arrière) est progressivement mise au point, d'abord par essais de compression statique d'éléments structurels, puis par chocs avec pendule contre unit (avant ou arrière) monté sur chariot porteur, puis enfin contre structure complète.
Le seuil de déformation de la structure est obtenu après plusieurs chocs pour lesquels l'effort appliqué est progressivement augmenté.
Les absorbeurs utilisés pour cette évaluation sont du type nid d'abeille en aluminium dont l'écrasement se propage sous effort quasiment constant. La pression d'écrasement étant une constante connue, l'effort appliqué à la structure est prédéterminé avant chaque choc puisque proportionnel à la section choisie pour l'absorbeur utilisé.

4.4 - Minimiser la réparation en limitant les dégâts

Pour les collisions de moyenne violence (c'est à dire pour lesquelles le seuil de changement de caisse n'est pas atteint car la réparation reste faisable et économiquement rentable), l'objectif consiste à maîtriser l'absorption d'énergie dans la structure du véhicule, en limitant les déformations et en assurant leur progression à partir de l'extrémité (avant ou arrière) de façon aussi continue que possible.

L'intégrité de l'habitacle doit être préservée au maximum, car sinon les réparations correspondantes peuvent être très délicates voire impossibles, même dans le cas de faibles déformations et il y a donc risque de changement de caisse.

L'énergie du choc doit être absorbée par des éléments fusibles, situés dans le compartiment moteur (ou au niveau du coffre arrière) dont le rendement énergétique doit être le plus élevé possible (c'est à dire absorbant un maximum d'énergie pour un écrasement et une résistance maxima donnés). Par ailleurs, ces éléments, étant le plus fréquemment endommagés, doivent pouvoir être assez facilement remplacés, en partie ou en totalité, soit grâce à un concept de découpage de la structure du véhicule qui permet les remplacements modulaires, soit grâce à l'aménagement de zones planes facilitant les accostages aux raccordements dans le cas de remplacements partiels.
A titre d'exemples, l'absorption d'énergie par éléments déformables peut être réalisée:

Avec les sections habituelles de longeron (voir figure 6 et figure 7) l'énergie absorbée, pour 100 mm d'écrasement d'un seul longeron, peut varier de 2,5 à 5 kJ en fonction des épaisseurs et des nuances d'acier utilisées, soit respectivement environ 30 et 60% de l'énergie totale absorbée par un véhicule de masse d'une tonne lancé à 15 km/h contre un mur rigide (soit 9kJ: énergie de référence d'une collision de violence moyenne pour laquelle la réparation reste possible).

La maîtrise de l'absorption d'énergie dans la structure du véhicule est recherchée à l'aide du processus expérimental suivant:

5 - LES DIFFERENTS CONCEPTS DE PARE-CHOCS

5.1 - Règles générales à observer

Pour ne pas pénaliser dès le départ les performances aux chocs, il importe d'observer les règles suivantes:

5.2 - Bouclier en préimprégné verre polyester (SMC)

Les premiers boucliers moulés en grande série en préimprégné verre époxy (SMC), sont apparus en 1970 sur l'arrière R15-R17 et sur les avant+arrière R5.Les boucliers intègrent les fonctions : pare-chocs, jupe, spoiler, logements des feux, plaque de police, ouïes de refroidissement moteur, aérodynamisme, et offrent une liberté de style inconnue auparavant.

Le SMC est principalement moulé par compression à la presse à chaud (Usine RENAULT de DREUX, INOPLAST, STRATINOR, STRADOUR,...)
Pour plus de détails sur les SMC, et autres composites performants aux chocs, voir le document de M. DELACROIX en annexe 2.

Chaque bouclier est conçu comme une poutre semi-rigide reposant sur deux appuis fixés sur les extrémités des longerons. Les chocs pouvant se produire dans les zones des appuis, ceux ci doivent être déformables. C'est pourquoi les contrelames rigides en acier ont été remplacées par des absorbeurs en matériaux organiques (caoutchouc, mousse PU, PE alvéolé, mousse PP,...)

Si chaque absorbeur a une raideur en compression de k, et si le bouclier a une raideur en flexion de 2k, la raideur globale devant un choc axé sera la même que la raideur locale au droit d'un longeron.

En effet:

Les systèmes s'écartant de ce cas idéal auront des comportements aux chocs très différents suivant les zones d'impact (axe de caisse ou longerons).

5.3 - Bouclier souple sur lame en composite orienté et absorbeurs locaux

Ce concept, qui est une variante du précédent, consiste à disposer une poutre en composite orienté (SMC OHR, SMC+RUP, profilé pultrudé, TRE orienté,...) sur des absorbeurs locaux et de recouvrir l'ensemble d'une peau souple (PP/EPDM pour l'avant R21 et RIM PU en R25 Phase 2). Ceci dans l'objectif d'améliorer la permanence de l'aspect (rayage, gravillonnage, petits chocs, vieillissement,...) et faciliter l'intégration de fonctions (plus de liberté de dessin qu'avec le bouclier monobloc en SMC).

Par contre la poutre de pare-chocs n'étant plus visible il est avantageux de la mouler en SMC+RUP (ou autre composite orienté) à fort taux de fibres de verre, avec une résine polyester non pigmentée et non protégée UV pour en réduire le coût. Les renforts unidirectionnels préimprégnés (RUP) sont disposés dans les zones les plus contraintes en traction pendant les chocs. Les moules sont conçus avec des "gouttières" pour les recevoir (voir annexe 2)
Ce concept, un peu cher mais très performant, est schématisé sur la figure 8.

I1 est intéressant de signaler que des pare-chocs expérimentaux en composites moulés par enroulement filamentaire et d'autres par pultrusion courbe (brevets RENAULT) ont donné des résultats satisfaisants à des chocs dépassant 10 km/h.

5.4 - Bouclier souple sur absorbeur continu

Quand le châssis d'un véhicule est conçu avec des traverses avant et arrière très rigides et à la bonne hauteur, celles-ci peuvent servir d'appuis à des absorbeurs continus. L'absorbeur continu (en mousse PU ou en PE injecté) placé sur chaque traverse (AV ou AR) est prévu pour encaisser les chocs. La façade souple en thermoplastique (PP/EPDM,...) ou en RIM, assure toutes les autres fonctions.

Leur architecture le permettant, les RENAULT 9 et 11 ont été parmi les premiers véhicules à bénéficier de ce nouveau type de bouclier.

5.5 - Bouclier et caisson en thermoplastique soudés

Ce concept a été appliqué sur l'avant R19. Le caisson est conçu de façon que la zone pare-chocs se comporte comme une poutre en partie centrale; les parties situées au droit des longerons travaillant par déformation (type absorbeur)
Le maillage des cloisons internes du caisson doit être tel que leur flambage n'intervienne qu'à un niveau d'effort un peu inférieur à celui supportable par chaque longeron.

Une variante, déjà expérimentée et qui mériterait d'être étudiée de plus près, consiste à souder une peau en PP/EPDM sur un caisson en TRE intégrant les fonctions poutre + absorbeurs.

5.4 - Autres concepts de pare-chocs

Parmi les autres concepts de pare-chocs appliqués sur certaines automobiles citons:

Le concept mono pièce déformable.

Exemples: RITMO Fiat, BX Citroën, TIPO Fiat (AR)
I1 faut prévoir des enfoncements importants et une fixation périphérique complète.

Le concept bouclier souple sur lame rigide en acier.

Exemples: PASSAT VW, VISA Citroën, TIPO Fiat (AV)
L'ensemble est déformé après le premier choc.
Pour résister à plusieurs chocs il faut renforcer la lame et les longerons, et intercaler des absorbeurs hydrauliques (USA)

6 - CALCUL DES PARE-CHOCS

6.1 - Programmes de calcul sur micro-ordinateur

Dans la plupart des cas les pare-chocs et les boucliers semi-rigides peuvent être calculés comme des poutres.

La déformation totale pendant le choc est la somme des déformations: du bouclier, des absorbeurs, et des contrelames de fixation disposées en dehors des zones d'impact.

Compte tenu de leur rôle important, les absorbeurs doivent être bien calculés.

L'organigramme du programme de calcul "BOUC*" sur HP85, utilisé jusqu'en 1989, est le suivant:

DEBUT (MENU)
¯
CARACTERISTIQUES DU VEHICULE ?
¯
MATIERE DU BOUCLIER ?
¯
GEOMETRIE DU BOUCLIER ?
¯
TYPE DE CHOC ?
¯
CONDITIONS DE CHOC ?
¯
CALCUL DES ABSORBEURS
¯
PERFORMANCES DU BOUCLIER
¯
RESULTATS DU CHOC
diagramme F = f (Dl) sur table traçante
                                    
FIN

Les caractéristiques inertielles de la section ADC étaient calculées préalablement sur un autre programme/HP.

Nous avons regroupé dans un nouveau logiciel sur PC/AT les anciens programmes tournant sur HP. Ce logiciel très convivial écrit en gwBasic comporte trois programmes et six fichiers de stockage de données (voir en annexe 4).

6.2 - Calcul des absorbeurs

En disposant un absorbeur au droit de chaque longeron, l'énergie à absorber doit donc être de:

                 W = ¼ m v²  par absorbeur (mur ou pendule/longeron)

Cette énergie correspond à l'aire du diagramme effort-enfoncement:

C'est ici qu'intervient la notion de rendement de diagramme qui se définit comme étant le rapport:

              W                                                   W = énergie absorbée en J,
Rd = ------------                                           F = effort maximum en N,
           F Dl                                                 D1 = enfoncement maximum en m.

Les études et essais effectués avec la mousse PU à peau autoformée ont montré qu'en jouant sur la composition, la masse volumique, et la forme des éprouvettes, on pouvait obtenir une infinité de diagrammes effort enfoncement.
Des résultats voisins ont été obtenus avec des absorbeurs alvéolés moulés par injection en polyéthylène basse densité (PEBD), moins cher que la mousse PU.

Les diagrammes présentant le plus d'intérêt sont ceux pour lesquels on note simultanément des valeurs importantes de:

Ce qui conduit à une absorption d'énergie par unité de volume de matière (W/V) élevée.

La relation entre ces différentes grandeurs est la suivante :

   W                    Dl           F
------ =  Rd  x -------  x  ------
   V                       l           S

Pour un premier calcul on peut adopter les valeurs suivantes:

W/V = 330 J/dm3              Dl/l = 0,55              Rd = 0,60                       F/S = 10 daN/cm²

Pour plus de détails sur les absorbeurs et les contrelames, se reporter au document de M. ALVEZ en annexe 3.

6.3 - Calcul de la fonction poutre de pare-chocs

Les principes de calcul des performances en flexion dynamique de l'élément formant une poutre de pare-chocs sont rassemblés sur le tableau figure 9. Ils peuvent se résumer comme suit:

- les propriétés mécaniques du matériau choisi, corrigées pour tenir compte de la vitesse et des déformations locales, non modélisées,

- les caractéristiques inertielles de la section travaillante à l'axe de caisse, c'est à dire à l'endroit du moment fléchissant maximum,

- des données géométriques sur le pare-chocs,

La notion d'indice d'encastrement a été introduite pour tenir compte du fait que l'on n'a jamais un fléchissement libre sur deux appuis (A=1), ni un fléchissement sur appuis encastrés (A=2). La présence des fixations latérales joue le rôle d'un semi-encastrement. Une valeur de A=1,24 donne une bonne corrélation entre les calculs et les essais réels pour des concepts du type R5.

6.3 - Simulation des chocs

Le premier type de choc à choisir dans le menu est le choc pendule muni d'un "poteau" sur longeron, ce qui déclenche le calcul des absorbeurs.

Pour les chocs mur et pendule sur axe de caisse, le calcul du fléchissement du pare-chocs prend en compte l'accroissement de la surface de contact lié à son dégalbage. La course totale est évidemment la somme du fléchissement du pare-chocs et de l'enfoncement des absorbeurs. Nous avons ajouté 5 mm dans le programme pour tenir compte d'un tassement initial avant la montée en effort.
Les différents résultats pouvant être affichés sont les suivants:

* Bouclier cassé *                                Contrainte de rupture atteinte

* Longerons(s) déformé(s)*                 Effort trop élevé

* Carrosserie endommagée *               Course supérieure à la garde

* Bon résultat *                                   Aucun endommagement

Parallèlement le diagramme effort enfoncement peut sortir sur table traçante.

La description du logiciel de calcul des pare-chocs, son mode d'emploi, ainsi que des exemples d'application, sont rassemblés en annexe 4.

6.4 - Cas des boucliers souples sur absorbeur continu

Le diagramme effort enfoncement recherché sera le même que dans le cas du choc poteau sur absorbeur localisé au droit d'un longeron, calculé à l'aide du logiciel "BOUCLIER" (annexe 4).

Dans les deux cas la raideur du bouclier intervient peu. Par contre les surfaces d'absorbeur comprimées sont très différentes. En effet l'impacteur ISO peut intéresser une zone de 400x100 mm, c'est à dire que la contrainte de compression appliquée sur les absorbeurs continus sera environ 5 fois plus faible que dans le cas des absorbeurs localisés.
I1 faudra donc utiliser des matériaux et dispositifs moins raides (F/S plus petit) pour obtenir les mêmes enfoncements sous un même choc.

En représentant l'impacteur et le bouclier sur un dessin dans la configuration de chaque choc, il est possible de déterminer la loi d'accroissement des surfaces en contact en fonction de 1 "enfoncement. Le rendement de diagramme peut dans certain cas être affecté par un mauvais rendement géométrique (galbe très prononcé, profil tourmenté,...). I1 faudra augmenter la garde en conséquence pour satisfaire les règlements en vigueur.

7 - CONCLUSION

Pour protéger un véhicule contre des chocs à faible vitesse, il faut prendre en compte dès le début de la conception (design) les recommandations que nous venons de citer. I1 est notamment important de placer la ligne de choc au bon niveau.

Le choix d'un concept sera conditionné par l'architecture du véhicule, le cahier des charges à respecter, l'aspect désiré, et le budget alloué.

Le calcul de prédimensionnement d'un pare-chocs indique la garde à prévoir et permet de vérifier si les formes (profil, courbure, ouïes, logements de feux,...) ne sont pas incompatibles avec les performances aux chocs.

La protection des véhicules, comme la sécurité passive, se vend mal. Devant la concurrence les constructeurs ont donc tendance à ne faire que juste ce qu'il faut pour satisfaire les réglementations en vigueur.

Les composites à matrice organique pour les éléments semi-rigides (poutre de chocs, traverse de châssis, et les thermoplastiques injectés pour les éléments souples (façade, absorbeurs,...) sont les matériaux les mieux placés pour réaliser industriellement des dispositifs de protection contre les chocs.

J.P. BAUCHEL            P. ROUBINET

Archivage PR : fichier World 2000 « ProtectChoc.doc », avril 2002
Conversion en fichier HTML en décembre 2011
Les 3 annexes à cette étude sont sur le répertoire des documents.

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