Contribution à l’allégement dans l’automobile : application à la liaison au sol^*

Contribution to lightening in the automotive industry: application of the twist-beam rear axle

Équipe Structure et Matériaux, ESTACA, rue Georges Charpak, 53000 Laval, France
e-mail: michael.chauvin@estaca.fr

Reçu : 26 Novembre 2010
Accepté : 16 Novembre 2011

Résumé

Le but est d’innover dans le domaine des liaisons au sol en remplaçant une traverse d’un essieu arrière en acier à haute limite élastique par une traverse en matériaux composites : Fibre de verre et Epoxy; tout en conservant les mêmes fonctions qui sont : assurer une rigidité de torsion, lier et maintenir en position les bras de suspension, résister aux sollicitations mécaniques du cahier des charges (nid de poule, choc trottoir, ...), reprendre les points de fixation du bras de suspension. Cette étude tient compte de la problématique de la grande série : minimiser le nombre de pièces, géométrie simple, procédé de fabrication simple avec des cadences élevées, facilité de montage. La démarche employée est la suivante : étape de présélection et intégration des profilés dans le modèle numérique, choix de l’empilement du composite et optimisation, choix d’une solution, conception des interfaces, réalisation d’un prototype. Le gain de masse est significatif puisque la traverse composite avec fixation ne pèse que 3,9 kg à comparer avec les 12,4 kg de la traverse initiale.

Abstract

The aim of this study was to use composite materials in the twist-beam rear axle to achieve lightening; therefore, we chose to design a new part on the twist-beam rear axle. This part must assume two functions: the anti-roll bar and the torsion beam. In the first instance, the maximum and incidental load cases were applied to a part in steel to set up the reference step. Moreover, the part must conserve a satisfactory torsional rigidity to guarantee the elasto-kinematic behaviour. Accordingly, a selection was made of the cross-sectional part to respect the torsional rigidity. With the results obtained, we were able to choose the appropriate composite material, taking into account the manufacturing process. For obvious reasons, the manufacturing process must be simple, given that the cycle time is very short. This implies a rigorous choice of the composite material. After this dimensioning step, we created a prototype with the design and composite chosen. This procedure permitted us to obtain a mass gain increase of 65% compared with the original part (mass = 12.4 kg).