EP3083296A1 - Barre tubulaire de torsion ajouree de vehicule automobile - Google Patents

Barre tubulaire de torsion ajouree de vehicule automobile

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EP3083296A1
EP3083296A1 EP14814942.0A EP14814942A EP3083296A1 EP 3083296 A1 EP3083296 A1 EP 3083296A1 EP 14814942 A EP14814942 A EP 14814942A EP 3083296 A1 EP3083296 A1 EP 3083296A1
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EP
European Patent Office
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bar
tubular
opening
longitudinal
tube
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14814942.0A
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German (de)
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Inventor
Fabrice COTTIN
Bruno Riffier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Publication date
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    • B60G21/055—Stabiliser bars
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/02—Springs made of steel or other material having low internal friction; Wound, torsion, leaf, cup, ring or the like springs, the material of the spring not being relevant
    • F16F1/14—Torsion springs consisting of bars or tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F1/00—Springs
    • F16F1/36—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers
    • F16F1/366—Springs made of rubber or other material having high internal friction, e.g. thermoplastic elastomers made of fibre-reinforced plastics, i.e. characterised by their special construction from such materials
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    • B60G2206/01—Constructional features of suspension elements, e.g. arms, dampers, springs
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60G2206/71—Light weight materials
    • B60G2206/7101—Fiber-reinforced plastics [FRP]

Definitions

  • the invention relates to a tubular torsion bar of a motor vehicle.
  • the invention more particularly relates to a tubular torsion bar of a motor vehicle comprising a tubular matrix made of a composite material and at least one longitudinal fiber implant embedded in said composite tubular matrix.
  • torsion bars of this type are known, known in particular under the name of "sleepers" when they are fixed under a body structure element of the vehicle and implemented in the context of the production of rear axles. , and which are made of composite materials.
  • Such torsion bars are used in particular to form trailing arm axle crossarms.
  • Document FR-2,954,921 describes and represents a torsion bar or cylindrical composite cross member which connects two longitudinal arms of a vehicle, comprising a matrix of fiberglass and epoxy resin in which fiber implants are embedded. of carbon.
  • Such bars have substantially the same strength as conventional steel bars, while being lighter. They are in this particularly advantageous because they can significantly reduce the total pods of the vehicles they equip.
  • the characteristics of the composite materials differ significantly from the characteristics of the steel, so that the characteristics of such a bar substantially differ from the characteristics of a steel bar of the same dimensions.
  • the invention overcomes this disadvantage by providing a torsion bar of the type described above, the characteristics of which are modified by an opening in said bar.
  • the invention proposes a bar of the type described above, characterized in that the bar comprises at least one longitudinal opening whose width and length determine the elastic mechanical characteristics of said bar.
  • the opening is delimited radially by edges which are defined by an open angular portion of the bar, with respect to an axis of revolution of the bar,
  • the angle of opening of the open angular portion is between 15 ° and 35 °
  • the opening extends along a central part of the bar, and said bar comprises two end portions on either side of the central part each having a determined length,
  • the cumulative length of the end portions is between 70 and 300 mm
  • the bar is composed of a so-called upper half-tube, opposed to the longitudinal opening and comprising exclusively longitudinal glass-fiber implants, and of a lower half-tube, comprising the longitudinal opening, which mainly comprises longitudinal carbon fiber implants,
  • the lower half-tube comprises at least one fiberglass implant.
  • like reference numerals denote like parts or having similar functions.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of a torsion bar according to the invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a second embodiment of a torsion bar according to the invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a third embodiment of a torsion bar according to the invention.
  • FIG. 4 is a perspective view of the torsion bar according to the first embodiment of the invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of the torsion bar according to the second or third embodiments of the invention.
  • FIGS. 4 to 5 show an axially oriented tubular torsion bar 10 "for a motor vehicle (not shown).
  • the bar 10 extends substantially transversely to the vehicle and has two opposite ends 12 and 14.
  • the bar 10 can be used in the production of a trailing arm rear axle, said arms being attached to the opposite ends 12, 14 of the bar 10.
  • the bar 10 is fixed under the vehicle body structure element (not shown)
  • the bar 10 in this case is also known as the crossbar.
  • the bar 10 comprises a tubular matrix 18 made of a composite material and at least one longitudinal fiber implant 20, 22 which is embedded in said composite tubular matrix 18.
  • a torsion bar for this function is made of steel.
  • a bar 10 having a composite die 18 has substantially the same strength as a steel bar, while being lighter.
  • the characteristics of the composite materials differ substantially from the characteristics of the steel, so that the characteristics, in particular the dynamic characteristics, of such a bar 10 differ substantially from the characteristics of a steel bar of the same strength.
  • such a bar 10, comprising a composite matrix 18, may have a higher torsional stiffness, stiffness under higher transverse forces, or roll-induced steering in understeering situations substantially different from the bar in steel she intends to replace.
  • the invention overcomes this disadvantage by proposing a torsion bar 10 of the type described above, the characteristics of which are modified by an opening 24 made in said bar 10.
  • the invention proposes a bar 10 of the type described above, comprising at least one longitudinal opening 24 of width "e" and length "L".
  • the tubular bar 10 may be artificially divided into an upper half-tube 16 and a lower half-tube 26, in an axial longitudinal section through a plane containing the axis "A".
  • the longitudinal opening 24 is formed in the lower half-tube 26, opposite the body structure element of the vehicle, the lower half-tube 26 being defined so that the longitudinal opening 24 is arranged towards the bottom.
  • the width "e” and the length "L” of the opening 24 determine the elastic mechanical characteristics of said bar 10.
  • the opening 24 extends substantially in the longitudinal direction, that is to say parallel to an axis "A" of the tubular bar 10.
  • the opening 24 can take different conformations. However, in the preferred embodiment of the invention, as illustrated in FIGS. 1 to 3, the opening is delimited transversely by edges 28, which are defined by an open angular portion of angle "a" relative to an axis "A" of revolution of said bar 10.
  • Figures 1 to 3 show radially oriented edges 28, but straight edges could also be envisaged.
  • the width "e" which is variable over the thickness of the bar can then be considered as being the width taken at mid-thickness of the bar 10 .
  • the opening angle "a" of the open angular portion 28 is substantially between 15 °, as shown in FIGS. 2 and 3, and °, as shown in Figure 1.
  • the opening extends along a central portion 30 of the bar 10, and the bar 10 has two end portions 32 which are arranged on either side of the portion
  • the purpose of this configuration is to allow a reduction in the rigidity of the stiffness of the bar 10 by varying the length "L” of the single opening 24, the ends of which are then at a distance "D12" respectively. and "Di" ends 12 and 14 each corresponding to the length of the corresponding end portion 32.
  • the same values of the "D12" and “Di" distances will be chosen so as to have a symmetrical behavior of the torsion bar 10.
  • the cumulative value of distances "D12" and “Di”, representing the length of the end portions 32 is between 70 and 300 mm.
  • an opening 24 of reduced length "L” will preferably be associated with a high opening angle "a", the total area of the opening being proportional to the reduction in stiffness sought. .
  • a high opening of 35 ° will be associated with an opening whose reduced length "L" corresponds to a cumulative value of "D12" and "Di 4 " of 300 mm. ..
  • the upper half-tube 16 exclusively comprises longitudinal fiber implants 20 of glass, and the lower half-tube 26 mainly comprises longitudinal implants 22 made of carbon fibers.
  • the lower half-tube 26 may comprise at least one fiberglass implant 20.
  • this implant 20 is disposed at the level of the embodiment of the opening, so that in the part actually open, the implant is arranged on either side of the edges 28 of the opening 24.
  • This configuration allows to reduce the torsional rigidity of the rod 10.
  • a reduced opening of 15 ° associated with an opening of length "L" corresponding to the cumulative value "D12" and "Di" of 70 mm allows to obtain a bar 10 which is less rigid about 15% relative to the bar 10 according to the first embodiment of the invention.
  • the upper half-tube 16 comprises five implants 20 in glass fibers, of the same type, dimension, and regularly distributed.
  • the lower half-tube 26 comprises four implants 22 made of carbon fiber and a fiberglass implant 20.
  • the invention thus makes it possible, by adding a twisting bar 10 of composite material, to vary in a range of values the mechanical characteristics of such a torsion bar 10.

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Abstract

L'invention concerne une barre (10) tubulaire de torsion d'un châssis de véhicule automobile, comportant une matrice tubulaire (18) réalisée en un matériau composite et au moins un implant longitudinal (20, 22) en fibres noyé dans ladite matrice tubulaire composite (10), caractérisée en ce que la barre (10) comporte au moins une ouverture longitudinale (24) dont des largeur (e) et longueur (L) déterminent des caractéristiques mécaniques élastiques de ladite barre (10).

Description

Barre tubulaire de torsion ajourée de véhicule automobile
L'invention concerne une barre tubulaire de torsion de véhicule automobile.
L'invention concerne plus particulièrement une barre tubulaire de torsion de véhicule automobile comportant une matrice tubulaire réalisée en un matériau composite et au moins un implant longitudinal en fibres noyé dans ladite matrice tubulaire composite.
On connaît de nombreux exemples de barres de torsion de ce type, connues notamment sous le nom de "traverses" lorsqu'elles sont fixées sous un élément de structure de caisse du véhicule et mises en œuvre dans le cadre de la réalisation d'essieux arrière, et qui sont réalisées en matériaux composites.
De telles barres de torsion sont notamment employées pour former des traverses d'essieux arrière à bras tirés.
Le document FR-2.954.921 , par exemple, décrit et représente une barre de torsion ou traverse composite cylindrique qui relie deux bras longitudinaux d'un véhicule, comportant une matrice en fibre de verre et résine époxy dans laquelle sont noyés des implants en fibre de carbone.
De telles barres présentent sensiblement la même résistance que des barres conventionnelles en acier, tout en étant plus légères. Elles sont en ceci particulièrement avantageuses car elles permettent d'alléger sensiblement le pods total des véhicules qu'elles équipent.
Toutefois, les caractéristiques des matériaux composites diffèrent sensiblement des caractéristiques de l'acier, de sorte que les caractéristiques d'une telle barre diffèrent sensiblement des caractéristiques d'une barre en acier de mêmes dimensions.
Parmi ces caractéristiques, on peut citer la raideur en torsion, la raideur sous efforts transversaux, ou les braquages induits par le roulis dans des situations de sous virage.
Il est bien entendu possible de modifier le diamètre de la barre afin de modifier ces caractéristiques, mais également l'épaisseur de la paroi tubulaire de la barre en matériau composite.
Toutefois de telles modifications trouvent leur limites dans les dimensions mêmes de la barre, et il n'est parfois pas possible de réduire l'épaisseur des éléments mis en œuvre dans la traverse sans compromettre la résistance de ladite barre.
L'invention remédie à cet inconvénient en proposant une barre de torsion du type décrit précédemment, dont les caractéristiques sont modifiées par une ouverture pratiquée dans ladite barre.
Dans ce but, l'invention propose une barre du type décrit précédemment, caractérisée en ce que la barre comporte au moins une ouverture longitudinale dont des largeur et longueur déterminent des caractéristiques mécaniques élastiques de ladite barre.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- l'ouverture est délimitée radialement par des bords qui sont définis par une portion angulaire ouverte d'angle de la barre, par rapport à un axe de révolution de la barre,
- l'angle d'ouverture de la portion angulaire ouverte est compris entre 15° et 35°,
- l'ouverture s'étend suivant une partie centrale de la barre, et ladite barre comporte deux parties d'extrémité de part et d'autre de la partie centrale présentant chacune une longueur déterminée,
- la longueur cumulée des parties d'extrémité est comprise entre 70 et 300 mm,
- la barre est composée d'un demi-tube dit supérieur, opposé à l'ouverture longitudinale et comportant exclusivement des implants longitudinaux en fibres de verre, et d'un demi-tube inférieur, comportant l'ouverture longitudinale, qui comporte principalement des implants longitudinaux en fibres de carbone,
- le demi-tube inférieur comporte au moins un implant en fibres de verre. Dans la description qui va suivre, des numéros de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
- la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un premier mode de réalisation d'une barre de torsion selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un deuxième mode de réalisation d'une barre de torsion selon l'invention ;
- la figure 3 est une vue en coupe transversale d'un troisième mode de réalisation d'une barre de torsion selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue en perspective de la barre de torsion selon le premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 5 est vue en perspective de la barre de torsion selon les deuxième ou troisième modes de réalisation de l'invention.
On a représenté aux figures 4 à 5 une barre tubulaire 10 de torsion d'orientation axiale "A" pour un véhicule automobile (non représenté). La barre 10 s'étend sensiblement transversalement par rapport au véhicule et elle comporte deux extrémités opposées 12 et 14.
Dans sa version la plus simple qui a été représentée ici, la barre 10 peut être utilisée dans la réalisation d'un essieu arrière à bras tirés, lesdits bras étant fixés aux extrémités opposées 12, 14 de la barre 10. Dans ce cas, la barre 10 est fixée sous l'élément de structure de caisse du véhicule (non représenté)
La barre 10 en ce cas est aussi connue sous le nom de traverse.
II sera compris que cette configuration n'est pas limitative de l'invention, et que la barre pourrait être utilisée pour rigidifer une suspension avant triangulée à bras indépendants. La barre 10 serait alors utilisée comme barre anti-roulis et serait fixée à des triangles de suspension opposés du véhicule. Cette configuration n'a pas été représentée ici.
Comme l'illustrent les figures 1 à 3, la barre 10 comporte une matrice tubulaire 18 réalisée en un matériau composite et au moins un implant longitudinal 20, 22 en fibres qui est noyé dans ladite matrice tubulaire composite 18.
Conventionnellement, une barre de torsion pour cette fonction est réalisée en acier. Une barre 10 comportant une matrice 18 composite présente sensiblement la même résistance qu'une barre en acier, tout en étant plus légère.
Toutefois, les caractéristiques des matériaux composites diffèrent sensiblement des caractéristiques de l'acier, de sorte que les caractéristiques, notamment dynamiques, d'une telle barre 10 diffèrent sensiblement des caractéristiques d'une barre en acier de même résistance.
Ainsi, une telle barre 10, comportant une matrice 18 composite, peut présenter une raideur de torsion plus élevée, une raideur sous efforts transversaux plus élevée, ou des braquages induits par le roulis dans des situations de sous-virage sensiblement différents de la barre en acier qu'elle entend remplacer.
Il est bien entendu possible de modifier le diamètre de la barre 10 afin de modifier ces caractéristiques, mais également l'épaisseur de la paroi tubulaire de la barre 10 en matériau composite.
Toutefois de telles modifications trouvent leur limites dans les dimensions mêmes de la barre 10, et il n'est parfois pas possible de réduire l'épaisseur des matériaux mis en œuvre dans la barre 10 sans compromettre la résistance de ladite barre 10.
L'invention remédie à cet inconvénient en proposant une barre 10 de torsion du type décrit précédemment, dont les caractéristiques sont modifiées par une ouverture 24 pratiquée dans ladite barre 10. Dans ce but, l'invention propose une barre 10 du type décrit précédemment, comportant au moins une ouverture longitudinale 24 de largeur "e" et longueur "L".
Comme l'illustrent les figures 1 à 3, la barre tubulaire 10 peut être artificiellement divisée en un demi-tube supérieur 16 et un demi-tube inférieur 26, selon une coupe longitudinale axiale passant par un plan contenant l'axe "A".
Selon l'invention, l'ouverture longitudinale 24 est ménagée dans le demi-tube inférieur 26, opposé à l'élément de structure de caisse du véhicule, le demi-tube inférieur 26 étant défini pour que l'ouverture longitudinale 24 soit disposée vers le bas.
La largeur "e" et la longueur "L " de l'ouverture 24 déterminent les caractéristiques mécaniques élastiques de ladite barre 10.
L'ouverture 24 s'étend sensiblement suivant la direction longitudinale, c'est-à-dire parallèlement à un axe "A" de la barre tubulaire 10.
L'ouverture 24 peut prendre différentes conformations. Toutefois, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, comme l'illustrent les figures 1 à 3, l'ouverture est délimitée transversalement par des bords 28, qui sont définis par une portion angulaire ouverte d'angle "a" par rapport à un axe "A" de révolution de ladite barre 10.
Les figures 1 à 3 représentent des bords 28 orientés radialement, mais des bords droits pourraient également être envisagés.
Dans le cas des bords orientés radialement qui ont été représentés aux figures 1 à 3, la largeur "e" qui est variable sur l'épaisseur de la barre, peut alors être considérée comme étant la largeur prise à mi-épaisseur de la barre 10.
A titre d'exemple, pour une barre de torsion d'un véhicule de tourisme, l'angle d'ouverture "a" de la portion angulaire ouverte 28 est compris sensiblement entre 15°, comme représenté aux figures 2 et 3, et 35°, comme représenté à la figure 1. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'ouverture s'étend suivant une partie centrale 30 de la barre 10, et la barre 10 comporte deux parties d'extrémité 32 qui sont agencées de part et d'autre de la partie centrale 30. Cette configuration a pour objet de permettre une diminution de la rigidité de la raideur de la barre 10 en faisant varier la longueur "L" de l'ouverture unique 24, dont les extrémités se trouvent alors respectivement à une distance "D12" et "Di " des extrémités 12 et 14 correspondant chacune à la longueur de la partie d'extrémité 32 correspondante.
De préférence, on choisira les mêmes valeurs des distances "D12" et "Di ", afin d'avoir un comportement symétrique de la barre de torsion 10.
A titre d'exemple, pour une barre de torsion d'un véhicule de tourisme, la valeur cumulée de distances "D12" et "Di ", représentant la longueur des parties d'extrémité 32, est comprise entre 70 et 300 mm.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, une ouverture 24 de longueur "L" réduite sera de préférence associée à un angle d'ouverture "a" élevé, la surface totale de l'ouverture étant proportionnelle à la réduction de raideur recherchée.
Par exemple, on associera selon un premier mode de réalisation représenté aux figures 1 et 4 une ouverture élevée de 35° à une ouverture dont la longueur "L" réduite correspond à une valeur cumulée de "D12" et "Di4" de 300 mm..
De même, on associera selon un deuxième mode de réalisation représenté aux figures 2 et 5 et 4 une ouverture réduite de 15° à une ouverture dont la longueur "L" élevée correspond à une valeur cumulée "Di2" et "Di " de 70 mm. Une telle barre est plus rigide d'environ 6% que la barre selon le premier mode de réalisation de l'invention.
Conformément à l'invention, le demi-tube supérieur 16 comporte exclusivement des implants longitudinaux 20 en fibres de verre, et le demi-tube inférieur 26 comporte principalement des implants longitudinaux 22 en fibres de carbone.
Selon un troisième mode de réalisation qui a été représenté aux figures 3 et 5, le demi-tube inférieur 26 peut comporter au moins un implant 20 en fibres de verre.
De préférence, cet implant 20 est disposé au niveau de la réalisation de l'ouverture, de sorte que dans la partie effectivement ouverte, l'implant est agencé de part et d'autre des bords 28 de l'ouverture 24. Cette configuration permet de diminuer la rigidité torsionnelle de la barre 10. Ainsi, associer selon ce troisième mode de réalisation une ouverture réduite de 15° associée à une ouverture de longueur "L" élevée correspondant à valeur cumulée "D12" et "Di " de 70 mm permet d'obtenir une barre 10 qui est moins rigide d'environ 15% par rapport à la barre 10 selon le premier mode de réalisation de l'invention.
Selon l'exemple de réalisation, le demi-tube supérieur 16 comporte cinq implants 20 en fibres de verre, de même nature, dimension, et régulièrement répartis. Le demi-tube inférieur 26 comporte quatre implants 22 en fibre de carbone et un implant 20 en fibre de verre.
L'invention permet donc, en ajourant une barre 10 de torsion en matériau composite, de faire varier selon une plage de valeurs les caractéristiques mécaniques d'une telle barre de torsion 10.

Claims

REVENDICATIONS
1. Barre (10) tubulaire de torsion d'un châssis de véhicule automobile, comportant une matrice tubulaire (18) réalisée en un matériau composite et au moins un implant longitudinal (20, 22) en fibres noyé dans ladite matrice tubulaire composite (10), ,
caractérisée en ce que la barre (10) comporte au moins une ouverture longitudinale (24) dont des largeur (e ) et longueur (L) déterminent des caractéristiques mécaniques élastiques de ladite barre (10).
2. Barre (10) tubulaire selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'ouverture (24) est délimitée radialement par des bords (28) qui sont définis par une portion angulaire ouverte d'angle (a) par rapport à un axe (A) de révolution de ladite barre.
3. Barre (10) tubulaire selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'angle (a) d'ouverture de la portion angulaire ouverte (28) est compris entre 15° et 35°.
4. Barre (10) tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'ouverture (24) s'étend suivant une partie centrale (30) de la barre (10), et en ce que ladite barre (10) comporte deux parties (32) d'extrémité de part et d'autre de la partie centrale (30) présentant chacune une longueur (Di2, Di4) déterminée.
5. Barre (10) tubulaire selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la longueur cumulée des parties (32) d'extrémité est comprise entre 70 et 300 mm.
6. Barre (10) tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est composée d'un demi- tube dit supérieur (16), opposé à l'ouverture longitudinale (24) et comportant exclusivement des implants (20) longitudinaux en fibres de verre, et un demi-tube inférieur (26), comportant l'ouverture longitudinale (16), qui comporte principalement des implants longitudinaux (22) en fibres de carbone.
7. Barre (10) tubulaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le demi-tube inférieur (26) comporte au moins un implant (20) en fibres de verre.
EP14814942.0A 2013-12-20 2014-11-24 Barre tubulaire de torsion ajouree de vehicule automobile Withdrawn EP3083296A1 (fr)

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