CN102448799B - 车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种有效利用支承容器的框架的结构的车辆。为了实现该车辆，车辆(1)具有由一对纵梁(2)和横过该侧框架的横梁(3～6)支承的容器(10、20)，其中，应该被抑制在外力作用于该车辆(1)时的相对的移动量的在车辆地板(36)上的移动抑制对象物(32、60)由横梁(3～6)支承。优选是容器(10、20)悬挂架设于横梁(3～6)。优选是移动抑制对象物(32、60)安装在悬挂架设有容器(10、20)的横梁(3～6)。

Description

车辆
技术领域
本发明涉及车辆。进一步详细而言，本发明涉及搭载有容器(tank，罐、箱)的车辆构造的改进。
背景技术
在搭载有容器的车辆、例如搭载有高压氢容器的燃料电池车辆中，在确保室内空间、其他构件的收容空间的情况下如何搭载容量尽量大的容器成为课题之一。作为这样的车辆，例如提出有以被后座椅附近的一对后框架夹持的方式自车辆前方依次搭载大容器和小容器的车辆等(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2004-161055号公报
发明内容
然而，在搭载容器的以往的车辆中，未能充分有效利用支承容器的框架结构。
因此，本发明的目的在于提供一种有效利用支承容器的框架的结构的车辆。
为了解决该课题，本发明人进行了各种研究。例如在燃料电池车辆搭载高压氢容器时，为了确保室内空间等、并使容器容量成为最大限度，将该容器搭载在车辆后方地板下是有效的，在该情况下，若将该容器以横向长的状态搭载在后座椅下、左右的后车轮之间，则更有效。以往，在这样的容器搭载构造中，为了确保耐久性能、冲撞性能(例如被从后方追尾时，保护乘坐人员免受外力影响的性能)，提出有将容器与后悬架构件一体化的构造、将容器自身安装在牢固的框架的构造等。但是，与后悬架构件一体化的构造、安装在框架的构造是需要对于原来的车辆构造增加某些构件的构造，容易导致重量增加。而且，会容易陷入由于该重量增加而需要增强车身、招致进一步重量增加这样的恶性循环。关于为了抑制重量增加而有效利用支承容器的框架结构进行了反复研究，本发明人得到了可解决该课题的新见解。
基于该见解的本发明的车辆，具有由一对纵梁(side frame)和横过该纵梁的横梁支承的容器，其中，应该被抑制在外力作用于该车辆时的相对移动量的在车辆地板上的移动抑制对象物，由横梁支承。
在该车辆中，成为容器和移动抑制对象物(例如，后座椅)被横梁一体支承的构造。通常，作为重物的容器的惯性力(惯性质量)大，因此在该车辆冲撞时的相对移动量较小。在本发明中，作成将移动抑制对象物与该容器一体地支承的构造，也减小该移动抑制对象物的相对的移动量，因此能够减轻在这种状况下可能作用于乘坐人员的外力。而且，是由横梁将移动抑制对象物和容器一起支承的结构，不需要用其他的框架构造增强等，因此能够抑制重量增加。
在该车辆中，优选是容器悬挂架设于横梁。而且在该情况下，优选是移动抑制对象物被安装在悬挂架设有容器的横梁。
在该车辆中，优选是多个容器沿车辆行进方向排列配置。此时，优选是配置在车辆行进方向侧的前容器的重量比其他的容器相对大。在本发明中，该车辆的后座椅与前容器一体化。此时，进一步优选是后座椅以外的移动抑制对象物与前容器以外的容器的至少任一个容器一体化。而且在此时，优选是后座椅与该后座椅以外的移动抑制对象物的距离大于前容器与同移动抑制对象物一体化的容器的距离。
在本发明的车辆中，容器以被收纳在一对纵梁之间的状态横向放置。
本发明的车辆优选是例如搭载燃料电池系统的燃料电池车辆，作为容器而搭载氢容器。此时，优选是燃料电池系统的结构构件配置在从容器的中心轴偏离的位置。
根据本发明，能够提供有效利用支承容器的框架的结构的车辆。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的燃料电池车辆的后部附近的概略结构的左侧视图。
图2是图1所示的燃料电池车辆的俯视图。
图3表示支承在横梁的前容器及后车架的一形态的图。
图4是表示该车辆被追尾时(以下，称为后冲击)容器等的移动甚至变形的样子的图。
图5是按(A)～(D)的顺序以时间序列表示该车辆被后冲击时容器等的移动甚至变形的样子的图。
图6是说明后座椅与2次电池的距离α、前容器与后容器的距离β的图。
图7是表示容器主体的形状例及在该容器的半球状部分(肩部)的附近配置的传感器和调节器的图。
图8是从容器长度方向看容器及其半球状部分(肩部)附近的调节器的图。
图9是表示图8所示的容器在后冲击时相对移动的样子的图。
图10是说明后冲击时的前容器等的作用的、燃料电池车辆的后部附近的俯视图。
图11是后冲击前的后座椅附近的侧视图。
图12是后冲击时的燃料电池车辆的后部附近的俯视图。
图13是后冲击时的后座椅附近的侧视图。
图14是表示在侧冲击时的容器等的移动甚至变形的样子的燃料电池车辆的后座椅附近的俯视图。
具体实施方式
以下，基于附图所示的实施方式的一例详细说明本发明的结构。
图1～图13表示作为本发明的车辆的一方案的燃料电池车辆(燃料电池混合动力车(FCHV；Fuel Cell Hybrid Vehicle))1。搭载于燃料电池车辆1的燃料电池系统例如可作为这样的燃料电池车辆1的车载发电系统而使用，但不限于此，也可适用作为例如电动列车、船舶、航空器等各种输送机构、以及包括机器人这样的可自己行走的机构的各种移动体上搭载的发电系统。另外，本发明不依赖于容器的搭载个数、可适用于在一个车辆上搭载1个、2个或这些以上个数的容器的任一情况，以下对搭载2个氢容器的情况进行说明，但这仅是一例，容器的个数不限于2个。
构成燃料电池系统的燃料电池(省略图示)是由具有MEA(膜-电极组件)等的多个单电池层叠而成的堆叠构造的高分子电解质燃料电池等构成，利用供给的反应气体(燃料气体及氧化气体)产生电力。燃料电池的燃料极(阳极)被从作为燃料气体供给源的氢容器10、20供给氢气等燃料气体，氧极(阴极)被供给空气等氧化气体。
燃料气体供给源由例如氢容器、阀、调节器等构成，通过控制阀开度、ON/OFF时间等来调整向燃料电池供给的燃料气体量。在本实施方式的燃料电池车辆1中，作为这样的燃料气体供给源，利用在该车辆的前后方向配置的2个氢容器(前容器10、后容器20)(参照图1等)。在使氢容器为单个时，为了确保预定的氢储存量而进行大型化，存在FRP层变厚、重量容易变大的倾向，此时，若要搭载于车辆上不得不牺牲室内的空间，但在这样将氢容器设为多个时，能够适当抑制各个容器的大型化、重量增加。而且，在这种情况下，还具有使各容器的配置种类增加的优点。
氢容器(前容器10、后容器20)具有两端为大致半球状的圆筒形状的容器主体、和安装在该容器主体的长度方向的一端部的接头(图8中用附图标记10a、20a表示)。本说明书中，将拱顶(doom)状的大致半球状部分称为肩部，用附图标记10d(20d)表示(参照图7等)。容器主体例如是做成作为双层构造的例如由FRP层构成的构造。也可以使前容器10和后容器20的大小不同。例如在本实施方式中，采用比后容器20大且重量也大的前容器10。
2次电池60是可充放电的二次电池，例如由Ni氢电池、Li离子电池等构成。该2次电池60经由DC/DC转换器(省略图示)与燃料电池并联连接。DC/DC转换器具有将从2次电池60输入的DC电压升压或降压而向燃料电池侧输出的功能、将从燃料电池等输入的DC电压升压或降压而向2次电池60侧输出的功能。
此外，燃料电池车辆1具有一对纵梁(侧构件)2、和横过该纵梁2的横梁(横向构件)。例如本实施方式的燃料电池车辆1在后座椅32的附近具有第1横梁(横向构件)3、第2横梁4、第3横梁5及后横梁6各横梁(参照图1、图2)。这些横梁3～6之间形成有大致矩形的间隙。另外，附图标记31表示前座椅，附图标记33表示车辆后部的行李箱空间(后行李箱)，34表示后轮，35表示后缓冲器(后保险杠)，36表示车辆地板。
在此，在燃料电池车辆1中，为了既确保室内空间、又要延长续航距离而搭载尽可能大容量的氢容器，通常在后座椅32下、后轮34之间及后行李箱33的下部配置容器。另外，以往，有在牢固的矩形架、后悬架构件等搭载氢容器的构造，但在本实施方式中，在该燃料电池车辆1的车辆后方下部，将前容器10及后容器20以借助容器带11、21及弹簧12、22而悬挂架设的状态直接安装并支承于地板(参照图1等)。如此，通过借助弹簧12、22支承各容器10、20，尤其在车辆行驶时发挥防振、减振作用。
更具体说明该支承构造。在第1横梁3与第2横梁4之间配置前容器10，在第3横梁5与后横梁6之间配置后容器20(参照图2)。此外，将多个(例如2个)容器带11、21左右对称地配置，由前容器带11支承前容器10，用后容器带21支承后容器20。前容器带11的前端部直接安装在第1横梁3。另一方面，前容器带11的后端部安装在设于第2横梁4的弹簧12的下端(参照图1)。此外，在第1横梁3与第2横梁4之间的车身底面设有与前容器70的周面接触的、例如由橡胶等材质构成的抵接构件13。由前容器带11支承的前容器10，使其周面与在例如前后方向及左右方向设置的抵接构件13抵接，以少晃动的状态被支承。另外，用于支承后容器20的构造与上述的前容器10的支承构造相同(参照图1等)。
此外，考虑到确保室内空间及应对后冲击(该车辆被追尾)，在本实施方式中，将前容器10搭载在后座椅32的下部，将后容器20搭载在左右的后轮34之间(参照图1、图2)。而且，若从应对后冲击的观点考虑，优选是这些前容器10及后容器20配置成与后缓冲器35相距某程度以上的距离。
在上述的燃料电池车辆1中，优选是，在直接或间接安装有前容器10用容器带11的前后的横向构件(第1横梁3、第2横梁4)，固定后座椅32的框架32a(参照图3)。由此，前容器10和后座椅32在冲撞时一体地相对动作。后面将说明冲撞时的动作，作为重物的氢容器由于其惯性力(惯性质量)大，因此在该车辆后冲击时，即使车体开始变形，该氢容器向前方的相对移动量也比较小，仍持续留在当初的安装位置。因此，后冲击时后座椅32的相对移动量也较小，因此容易减小在这种状态下可作用于乘坐人员的外力。另外，后冲击的代表例是该车辆被后续车辆追尾，在图4、图5中为了简化说明，表示了被实验用的台车(附图标记70所示)追尾时的样子。
在此，对图5的内容加以说明。图5(A)表示将要后冲击之前的阶段。图5(B)表示仅后缓冲器35及车身变形了的第1阶段。图5(C)表示后容器20也与后续车辆(图5中为台车70)抵接而开始移动的第2阶段。图5(D)表示后容器20冲撞到前容器10的第3阶段。在该第3阶段，后容器20的相对移动几乎停止，燃料电池车辆1整体开始动作(移动)。
而且，在上述的燃料电池车辆1，优选是在直接或间接地安装有后容器20用容器带21的前后的横向构件(第3横梁5、后横梁6)，固定搭载于后行李箱33的2次电池60(参照图4)。由此，后容器20和2次电池60在冲撞时一体地相对动作。如上所述，在该车辆后冲击时的前容器10向前方的相对移动量小，因此在后冲击时即使后容器20向前方移动，也会顶到该前容器10而停止动作。因此，抑制2次电池60向车辆前方的移动量，可避免该2次电池60会对乘坐人员的损伤。另外，后冲击时，理论上讲，可以在后座椅32与2次电池60之间确保与前容器10的半径和后容器20的半径之和相当的间隙(参照图4)。关于此，为了避免2次电池60冲撞后座椅32，优选是设定为该2次电池60与后座椅32的间隙α大于前容器10与后容器20的间隙β(α＞β)(参照图6)。由此，可以更可靠地避免在后冲击时2次电池60冲撞后座椅32这一事态。另外，在此以搭载于后行李箱33内的2次电池60为例进行了说明，但不言而喻，对于搭载电池以外的装置、例如高电压辅机单元这样的高电压部件、备用轮胎等的情况也同样适用。
此外，作为燃料电池系统的结构部件，用于调节高压氢气的压力的调节器、压力传感器等传感器类、或氢供给用的氢配管53等与氢容器(前容器10、后容器20)连接时，优选是考虑这些调节器等的配置。例如在本实施方式中，在氢容器(前容器10、后容器20)的肩部10d(20d)或其附近配置传感器51、调节器52(参照图7)。这样配置时，即使由于后冲击而后容器20冲撞到前容器10，也能避免从外部对调节器52等施加冲击(参照图8、图9)。总之，只要是以被收纳到在前容器10和后容器20相接触时形成的间隙的方式配置调节器52等，就优选。另外，使调节器52与容器10、20的连接线为可柔性线、或预先设定弯曲(参照图8、图9)等，可进一步减轻在后冲击时作用于调节器52及氢配管53的外力。
接着，说明后冲击时的前容器10等的作用。以下，主要使用图10～图13说明该作用。另外，在图10～图13所示的燃料电池车辆1中，后座椅32的框架32a固定在第1横梁3及第2横梁4，2次电池60固定在第3横梁5及后横梁6(参照图11等)。附图标记35a表示吸收器(减震器)，35b表示后缓冲器增强件，35c表示后缓冲器盖，37表示后悬架构件。
后冲击时，后纵梁(纵梁2的后部)弯折，且后行李箱33被压扁(参照图12等)。当后纵梁2成为进一步变形的状态时，根据情况，会成为后冲击物(对该燃料电池车辆1后冲击的其他车辆等)直接接触的状态，后轮34及后容器20被向前方推出。此时，本实施方式的前容器10的重量比较重，因此相应地其惯性力(惯性质量)大，即使上述的后容器20冲撞，该前容器10也几乎不动。因此，前容器10起到所谓阻挡壁(防壁)的作用，抑制后容器20、进而与该后容器20一体化的2次电池60等车辆的结构物进一步变形(参照图12、图13等)。结果，在燃料电池车辆1的尤其后座椅处，极力阻止空间的变形，能够将后座椅乘坐人员可能受到的损伤减为极小。
在以上说明的本实施方式的燃料电池车辆1中，做成将后座椅32、2次电池60等与作为重物的氢容器(前容器10、后容器20)一体化的构造，利用在惯性力(惯性质量)的影响下相对移动量小这样的氢容器(前容器10)的性质，从而能够实现应对后冲击等的容器支承构造。而且，仅仅是将后座椅32等与氢容器(前容器10、后容器20)一体化而构成一个系统这样比较简单的构造，而不需要用其他的框架构造增强。换言之，在本实施方式中，实现了利用氢容器自身重量和用于耐压的牢固外壳的支承构造，不需要对原来的车辆构造特别增加重物、构造物，能够抑制重量增加。因此，不会招致由于重量增加而进一步引起需要车身增强、进一步的重量增加这样的恶性循环。此外，根据本实施方式的燃料电池车辆1，能实现即使考虑到关于后冲击的法规也足够满足要求的构造。
另外，上述的实施方式是本发明的优选实施方式的一例，但本发明不限于此，在不脱离本发明的要旨的范围内可进行各种变形来实施。例如在上述实施方式中，例示了使后座椅32、2次电池60与氢容器(前容器10、后容器20)一体化的情况，但这些2次电池60等不过是例示的在该燃料电池车辆1受到外力作用时应抑制相对移动量的移动抑制对象物，也可以做成将其他的装置、设备与各容器10、20一体化的构造。
此外，至此例示说明了乘用车那样的一般大小的车辆(参照图1等)，但在卡车等大型车辆中也可应用本发明。
接着，图14说明在本发明的燃料电池车辆1中发生了侧冲击(来自侧方的冲撞)时的其他作用。
以下所示的燃料电池车辆1是与上述同样的构造。即，说明主要部分，在该燃料电池车辆1中，为了既确保室内空间且确保氢气容量，在车体后方的地板下(车辆地板36的下部)以横向为长度方向的方式搭载2个氢容器(前容器10及后容器20)。前容器10以借助容器带11及弹簧12而悬挂架设的状态被支承在后座椅32的下部附近。同样，后容器20以借助容器带21及弹簧22而悬挂架设的状态被支承在2次电池60的下部附近。2次电池配置在后行李箱33。前容器带11的前端部直接安装于第1横梁3，后端部安装在设于第2横梁4的弹簧12的下端。此外，后容器带21的前端部直接安装于第3横梁5，后端部安装在设于后横梁6的弹簧22的下端(参照图1、图2)。
接着，说明在侧冲击时的前容器10等的作用。侧冲击时，受到冲撞的外力而该燃料电池车辆1的车身(尤其是侧部)变形。此时，燃料电池车辆中，本实施方式的前容器10及后容器20具有比其他的装置、设备等足够大的惯性力(惯性质量)，因此不会如其他构件等那样大幅度动作。
其后，燃料电池车辆1的尤其是冲撞侧车身进一步变形，成为通过作为车身骨架构件的纵梁20及锁定(ロツカ一)部，各容器10、20被从左右(从被冲撞的一侧及未被冲撞的一侧这两方)夹入的状态(参照图14)。但是，各容器10、20自身是为了确保耐压性而牢固的外壳构造，通常具有比从左右夹入的外力高的耐力，所以抑制车身进一步变形。换言之，由于前容器10及后容器20与其他的装置、设备等相比具有足够大的刚性，因此不会像车身等那样大幅度变形。因此，能够极力阻止该燃料电池车辆1的尤其是后座椅处的空间的变形(参照图14)。
如此，可以将氢容器10、20自身用作抑制在侧冲击时车身、纵梁2等超过预定量地变形的构造构件。因此，通过做成这样的构造，不需增加用于应对侧冲击的增强件等，或不需增加各构件的厚度，就能够抑制变形，可以抑制多余的重量增加。此外，根据情况，也可减小各横梁3～6的刚性。
另外，在后行李箱33配置高电压单元例如2次电池60时，优选是将该2次电池60配置在后容器20之上，且使该2次电池60的横向宽度(横向的大小)小于该后容器20的全长。通过这样做，则在侧冲击时，将氢容器(此时尤其是后容器20)活用作为构造构件，能够极力降低外力对2次电池60等的影响。
此外，与上述实施方式同样，优选是将传感器51、调节器52、氢配管53等配置在氢容器(前容器10、后容器20)的肩部10d(20d)或其附近。在这样配置时，避免在侧冲击时从外部对调节器52等施加冲击，或者可以减轻冲击(参照图14)。
此外，在上述实施方式中，例示了在后座椅32的大致正下方配置一个容器(前容器10)的一般结构的燃料电池车辆1(参照图1等)，但这仅是优选一例，当然可以做成其他的结构。但是，如本实施方式这样将氢容器(例如前容器10)配置在后座椅32的下方，从乘坐人员保护方面来讲是优选方式之一。
本发明优选适用于利用横梁等支承容器的构造的车辆。
附图标记说明
1...燃料电池车辆(车辆)，2...纵梁，3...第1横梁(横梁)，4...第2横梁(横梁)，5...第3横梁(横梁)，6...后横梁(横梁)，10...前容器(配置在车辆行进方向侧的容器)，20...后容器(容器)，32...后座椅(移动抑制对象物)，36...车辆地板，51...传感器(燃料电池系统的结构构件)，52...调节器(燃料电池系统的结构构件)，53...氢配管(燃料电池系统的结构构件)，60...2次电池(移动抑制对象物)

Claims (10)

1.一种车辆，具有由一对纵梁和横过该纵梁的横梁支承的容器，其特征在于，
应该被抑制在外力作用于该车辆时的相对移动量的在车辆地板上的移动抑制对象物，由所述横梁支承；
多个所述容器沿车辆行进方向排列配置，
配置在车辆行进方向侧的前容器的重量比其他的容器相对大，
在所述前容器一体化有该车辆的后座椅。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，
所述容器悬挂架设于所述横梁。
3.根据权利要求2所述的车辆，其中，
所述移动抑制对象物被安装在悬挂架设有所述容器的横梁。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，
在所述前容器以外的所述容器的至少任一个容器一体化有所述后座椅以外的所述移动抑制对象物。
5.根据权利要求4所述的车辆，其中，
所述后座椅与该后座椅以外的移动抑制对象物的距离大于所述前容器与一体化有所述后座椅以外的移动抑制对象物的容器的距离。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的车辆，其中，
所述容器以收纳在所述一对纵梁之间的状态横向放置。
7.根据权利要求1～5中的任一项所述的车辆，其中，
所述车辆是搭载有燃料电池系统的燃料电池车辆，作为所述容器搭载有氢容器。
8.根据权利要求6所述的车辆，其中，
所述车辆是搭载有燃料电池系统的燃料电池车辆，作为所述容器搭载有氢容器。
9.根据权利要求7所述的车辆，其中，
所述燃料电池系统的结构构件配置在从所述容器的中心轴偏离的位置。
10.根据权利要求8所述的车辆，其中，
所述燃料电池系统的结构构件配置在从所述容器的中心轴偏离的位置。
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