CN103370230B - 车辆用设备搭载结构 - Google Patents

Abstract

包括作为混合动力车辆（10）的车辆骨架部件的侧面构件（15）、连接2个侧面构件（15）的前横梁（18）、连接在侧面构件（15）上的弹性支承件（16）、配置在PCU（13）的车辆前方侧并经由支承座（23）和固定件（22）安装到前横梁（18）上的辅助电池、安装到前横梁（18）上的散热器（17）、经由发动机支架连接到车辆骨架部件的发动机（11）以及马达壳（12）、从马达壳（12）延伸的车轴（25）、以及经由引导板（19）和连结用的螺栓与马达壳（12）连接的PCU（13）。由此，提供在车辆的碰撞时能够抑制电力控制装置等车辆搭载设备与其他部件碰撞，能够抑制电力控制装置等车辆搭载设备的损伤的车辆设备搭载结构。

Description

车辆用设备搭载结构

技术领域

本发明涉及搭载有对旋转电机进行控制的电力控制装置、向电力控制装置的控制部供应电力的辅助电池的车辆用设备搭载结构，所述车辆用设备搭载结构在设置于车厢的前方的区域配置容纳了驱动车辆的旋转电机的马达壳。

背景技术

以往，已知有：通过电动发电机等旋转电机的驱动力来驱动车辆的电动汽车、组合了作为内燃机的发动机和旋转电机的混合动力汽车、以及通过燃料电池发出的电力来驱动车辆的燃料电池汽车等。这样的车辆具有电力控制装置，该电力控制装置具有升压转换器、逆变器等，并从主电池或燃料电池接受电力的供应，并且控制对电动发电机（以下，也称作马达）的电力。

电力控制装置也称作PCU（功率控制单元），对高电压、高电流进行处理，因此需要搭载在发动机舱，所述发动机舱位于电动发电机的附近。因此，在通过电动发电机使发动机起动的混合动力车辆中，根据发动机起动用的辅助电池不向起动机（cellmotor）供应电力而不需要配置在发动机附近、以及将PCU配置在发动机舱的空间的状况，而将辅助电池配置在了行李舱（luggagecompartment）。

近年来，由于高电压设备的小型化的进展，能够将辅助电池配置在发动机舱内且在电力控制装置的附近。例如，在专利文献1中，公开了如下技术：通过使电力控制装置小型化，在具有形成双轴的第一电动发电机、与第一电动发电机的轴线平行地配置的第二电动发电机、以及配置在与这些双轴平行的第三轴上的差速器的变速驱动桥（也称作马达壳）上，将驱动第一电动发电机和第二电动发电机的电力控制装置固定在变速驱动桥上。通过采用该技术，能够实现电力控制装置的小型化和布线的简单化。

然而，在将辅助电池配置在电力控制装置的附近的情况下，为了应对美国运输省的道路交通安全局（NHTSA）发布的碰撞时的法规（FMVSS305：FederalMotorVehicleSafetyStandard）、顺畅地进行车辆碰撞时的电力控制装置的保护、快速放电，需要避免辅助电池和电力控制装置之间的干渉。因此，在专利文献2中，公开了如下结构：具有脱离机构，该脱离机构是在车辆碰撞时，通过辅助电池由于障碍物（Barrier）侵入向后方移动，而从辅助电池经由引导面传递的载荷，继电器箱向上方移动而从车身分离的机构，通过该机构，电池顺畅地向后方移动。通过这样的继电器箱的脱离结构，能够防止由于碰撞的冲击而移动的其他部件与车辆用设备之间的干渉，从而提高冲击吸收性能。

另外，辅助电池由于是12伏特这样的较低的低电压，因此由于破损而导致的损失低，但是希望能够将控制数百伏特的高电压的电力控制装置的损失抑制为最小限度。因此，在专利文献3中，公开了如下设备搭载结构：在车辆碰撞时，为了保护电力控制装置自身而电力控制装置的前端搭载在比变速驱动桥前端向车辆后方侧深入的位置处，并且在电力控制装置的车辆后方侧配置电动压缩机，通过在该位置处搭载辅助电池，能够容易保护辅助电池。

另外，在专利文献4中，公开了如下逆变器脱离机构：为了保护逆变器等电力控制装置自身，在碰撞时，一旦外力施加到逆变器，则逆变器和逆变器架从安装在前构件（Frontmembers）的逆变器托盘脱离。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利文献特开2001-354040号公报；

专利文献2:日本专利文献特开2002-362254号公报；

专利文献3:日本专利文献特开2010-158991号公报；

专利文献4:日本专利文献特开2009-90818号公报。

发明内容

在上述的专利文献1和专利文献3中公开了在变速驱动桥上固定电力控制装置的技术，然而，在根据与其他设备之间的关系而将辅助电池搭载在电力控制装置的车辆前方的布局中，辅助电池的相对强度高的角部与电力控制装置局部接触，对电力控制装置的壳体产生反力。一旦该反力超过电力控制装置的壳体的刚性，则电力控制装置内的电路损坏，在这样的布局中，有时在碰撞时难以进行利用了电力控制装置内的电路的快速放电。

因此，为了保护这样的电力控制装置内的电路，可以想到将电力控制装置的壳体的刚性提高到被辅助电池按压而产生的反力以上，或者如专利文献那样在碰撞时通过使电力控制装置脱离变速驱动桥来逃避反力。然而，在前者的情况下，为了加强电力控制装置的壳体刚性而需要加厚板的厚度，电力控制装置的成本提高，重量增加，并且体积也变大。另外，在后者的情况下，需要将电力控制装置与脱离结构一起安装到车辆的结构部件上，从而安装位置上受到限制。

因此，本发明所涉及的车辆用设备搭载结构，其目的在于，提供在车辆的碰撞时能够抑制电力控制装置等的车辆搭载设备与其他部件碰撞、能够抑制电力控制装置等的车辆搭载设备的损伤的车辆设备搭载结构。

为了达到如上所述的目的，本发明所涉及的车辆用设备搭载结构的特征在于，所述车辆用设备搭载结构在设置于车厢的前方的区域配置马达壳，并搭载对旋转电机进行控制的电力控制装置、以及向电力控制装置的控制部供应电力的辅助电池，所述马达壳容纳了驱动车辆的旋转电机，所述车辆用设备搭载结构包括：引导部件，所述引导部件将电力控制装置向车辆后方引导；以及连结部件，所述连结部件将引导部件连结到马达壳上表面，在对电力控制装置施加了冲击载荷时，连结部件释放马达壳和引导部件的连结，辅助电池被配置在电力控制装置的车辆前方侧，并且被支承为随着所述辅助电池由于冲击载荷而向车辆后方侧的移动，所述辅助电池将电力控制装置向车辆后方侧可自由移动地推出。

另外，在本发明所涉及的车辆用设备搭载结构中，其特征在于，辅助电池的最后端部配置为比电力控制装置的最前端部位于车辆后方侧。

另外，在本发明所涉及的车辆用设备搭载结构中，其特征在于，辅助电池的一部分配置为位于电力控制装置的侧方侧。

另外，在本发明所涉及的车辆用设备搭载结构中，其特征在于，通过引导部件和连结部件，电力控制装置的脱离方向被规定为一个方向。

另外，在本发明所涉及的车辆用设备搭载结构中，其特征在于，辅助电池被搭载在车辆骨架部件上，所述车辆骨架部件通过被向压扁方向压扁来吸收冲击载荷。

另外，在本发明所涉及的车辆用设备搭载结构中，其特征在于，马达壳是具有两个旋转电机的双轴式变速驱动桥。

通过应用本发明所涉及的车辆用设备搭载结构，在通过将电力控制装置搭载在变速驱动桥上来确保的变速驱动桥前方的空间搭载辅助电池，并且碰撞时能够通过电力控制装置脱离来吸收由于被辅助电池推压而产生的反力，因此能够利用电力控制装置内的电路使高电压的电荷快速放电。根据该车辆用设备搭载结构，即便将辅助电池配置在电力控制装置的车辆前方也能够消除由于碰撞引起的不良情况，因此发动机舱的布局的自由度高，在很多级别、很多种类的车辆等中，具有能够兼顾辅助电池向发动机舱内的搭载和碰撞安全性的效果。并且，具有能够兼顾减少成本和碰撞安全性的效果。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式所涉及的发动机舱内的车辆用设备搭载结构的概况的示意图。

图2是从上面示出障碍物从图1所示的发动机舱的车辆前方侧侵入时的变形的俯视图。

图3是从侧面示出障碍物从图1所示的发动机舱的车辆前方侧侵入时的变形的侧视图。

图4是说明本发明的实施方式所涉及的车辆用设备搭载结构中PCU的脱离结构的说明图。

图5是说明图4所示的车辆用设备搭载结构中PCU脱离后的状态的说明图。

图6是说明对于图1所示的车辆用设备搭载结构改变了辅助电池的配置的其他的实施方式的说明图。

图7是从上面示出障碍物从图6所示的发动机舱的车辆前方侧侵入时的变形的俯视图。

图8是从侧面示出障碍物从图6所示的发动机舱的车辆前方侧侵入时的变形的侧视图。

具体实施方式

以下，按照附图说明用于实施本发明的最优的方式（以下，称作实施方式）。

图1示出混合动力车辆10中的发动机舱20内的车辆用设备搭载结构的概况，利用图1简单说明车辆用设备搭载结构。发动机舱20在混合动力车辆10中比乘客的车厢位于前方，并且包括作为混合动力车辆10的车辆骨架部件的侧面构件（Sidemember）15、连接2个侧面构件15的前横梁（Frontcrossmember）18、连接在侧面构件15上的弹性支承件（Springsupport）16、配置在PCU13的车辆前方侧并经由支承座23以及固定件22安装到前横梁18上的辅助电池14、安装到前横梁18上的散热器17、经由发动机支架来连接到车辆骨架部件的发动机11以及马达壳12、从马达壳12延伸的车轴25、以及经由引导板19和连结用的螺栓与马达壳12连接的PCU13。另外，PCU13具有对主电池的电压进行升压的升压转换器、控制升压用的线圈和电动发电机的逆变器、平滑用的电容器，在PCU13的车辆后方侧设有嵌入到马达壳12的内连接器中的外连接器21、以及与主电池连接的电缆。

本实施方式中的特征性事项之一是，在通过双轴式的马达壳形成的具有深度的区域中，PCU13以由于冲击载荷而能够通过引导板19脱离的方式被安装，并在该PCU13的车辆前方侧配置辅助电池14。在以往的搭载结构中，在前横梁等车辆骨架部件上设置脱离结构并可脱离地支承PCU，然而，通过如本实施方式那样在PCU13上可脱离地安装，能够缓和安装限制。根据这样的配置，虽然将辅助电池14配置在PCU13的前方，但是在碰撞时PCU13自身能够通过脱离来吸收冲击载荷，因此能够利用PCU13的内部电路快速使PCU13的逆变器或升压转换器中的高电压的电荷放电。

图2是示出在图1的混合动力车辆10中障碍物从发动机舱20的车辆前方侧、且从右半部分侵入（偏移碰撞）时的发动机舱20的变形的俯视图。利用图2，从与障碍物的碰撞开始分成安全化处理的4个阶段详细说明。

第一阶段是碰撞初始的阶段，障碍物与前横梁18接触，与固定件一起被安装在散热器17和支承座23上的辅助电池14由于障碍物而被压入到发动机舱20内。

第二阶段是冲击吸收开始阶段，通过障碍物被压入的前横梁18将障碍物的冲击载荷传递给侧面构件15，通过侧面构件15以及侧面构件15的周边部件被压扁来吸收冲击载荷。在较轻的碰撞的情况下，在该阶段障碍物的侵入有时会停住。

第三阶段是障碍物进一步侵入的情况，成为PCU13的脱离阶段。通过障碍物被压入的辅助电池14与PCU13的前面接触，并且辅助电池14将PCU13压入到车辆后方。对于被压入的PCU13，连结PCU13和马达壳12的连结单元的连结被解除，PCU13向车辆后方脱离。

第四阶段关于脱离后的PCU13的安全化处理，当PCU13根据安全气囊或来自上级的控制器的指令而判断为碰撞时，上级的控制器或PCU13停止从主电池向逆变器以及转换器的通电，并且PCU13利用逆变器的内部电路使升压转换器或平滑电容器等的电荷放电，由此确保安全。

在本实施方式中，通过使从主电池连接到PCU13的电力电缆具有能够应对碰撞时的脱离的富余长度，来维持连接，对于从PCU13到电动发电机的连接，采用了随着PCU13的脱离而解除外连接器21和内连接器31之间的连接的构成。另外，在本实施方式中虽然使用了连接器（Connector），然而不限于此，也可以是能够安全断开的短的发电机电缆或者通过接合部安全地脱离的母线连接的分离式端子台。

图3是示出障碍物从图1所示的发动机舱20的车辆前方侧侵入时的变形的侧视图。图3的（A）示出碰撞前的包含发动机舱20的辅助电池14和PCU13的车辆用设备搭载结构、图3的（B）示出与当障碍物进入到发动机舱20时的辅助电池14的移位、随着辅助电池14的移位而被推出的PCU13的移位相随的车辆用设备搭载结构。

图3的（A）的发动机舱中配置有：侧面构件15、与侧面构件15的顶端部连接的前横梁18、配置在前横梁18上的散热器17、通过支承座23和固定件22被固定在散热器安装部的辅助电池14、发动机11以及马达壳12、从马达壳12延伸的车轴25、以仰角θ可脱离地载放在马达壳12上的引导板19、固定在引导板19上的PCU13、安装在马达壳12上的内连接器31、以及安装在PCU13上并与内连接器31嵌合的外连接器21。

接下来，利用图3的（B）简要说明冲击载荷的吸收。在图3的（B）的发动机舱中，通过障碍物侵入，辅助电池14由于障碍物被向水平方向压入，由于辅助电池14的压入，PCU13在仰角θ的斜坡上爬，由此产生通过重力的冲击载荷吸收。此时，冲击载荷通过仰角θ的垂直分量和重力分量之间的差、引导板的摩擦阻力、前横梁18以及侧面构件15被压扁而对冲击载荷的吸收来综合地被吸收并被降低。接下来，对引导板19的结构进行详细说明。

图4在车辆用设备搭载结构中示出PCU脱离结构30，图5示出PCU13脱离后的状态。图4的（A）的PCU脱离结构30包含通过连结螺栓32a、32b安装到马达壳12的引导板19、通过固定螺栓33安装到引导板19的PCU13、以及外连接器21以及内连接器31。另外，对于已经说明的构成，省略说明。

图4的（B）示出PCU脱离结构30的俯视图、只能向箭头方向脱离，引导板19具有长孔形的导孔35和短孔形的保险丝（fuse）孔36。安装在保险丝孔36和导孔35上的连结螺栓32b具有两个作用。第一个作用是保险丝的作用，当图中向箭头方向施加的碰撞载荷超过保险丝孔36和导孔35中的连结螺栓32a、32b的紧固力时，保险丝孔36的连结螺栓32a从引导板19的紧固离开而引导板19开始脱离。第二个作用是引导作用，在保险丝孔36的连结螺栓32a离开之后，通过导孔35中的连结螺栓32b来规定引导板19的行进方向，并且也规定摩擦阻力。

图5的（A）示出：在保险丝孔36的连结螺栓32a离开之后，通过导孔35中的连结螺栓32b来规定引导板19的行进方向，当到达了导孔35的终点时，限制引导板19的脱离。导孔35和连结螺栓32b之间的摩擦阻力与冲击载荷的关系来适当地设定该限制距离。

图5的（B）示出PCU脱离结构30的俯视图，示出脱离后的引导板19以及被固定在引导板上的PCU13。脱离后，通过导孔35中的2个连结螺栓32b和内连接器31的上面的3点来支承引导板。另外，在保险丝孔36中的连结螺栓32a的放大图中，示出了被插入了与保险丝孔36的内径以及引导板19的板厚度h2对应的厚度为h1的套管34的连结螺栓32a。这里，套管34的厚度h1被设定成比引导板的厚度h2薄，并且通过连结螺栓32a、32b连结时预定的摩擦力被附加到引导板。根据这样的构成，适当的摩擦力被附加到引导板，并且，PCU13在仰角θ的斜坡上爬，被附加与PCU13的重量对应的冲击载荷吸收。

以上，上述的实施方式是在PCU的车辆前方侧平行地配置了辅助电池的方式，然而，对由于发动机舱的空间限制而倾斜地配置的实施方式进行说明。将辅助电池倾斜地配置的优点是：辅助电池通过倾斜地压入PCU的相对强度高的角部，辅助电池被施加扭转，PCU的变形减少，压入距离也减少。

图6是示出对于图1所示的车辆用设备搭载结构改变了辅助电池14的配置的其他实施方式，图7是示出障碍物从图6所示的发动机舱的车辆前方侧侵入时的变形的俯视图，图8是示出障碍物从车辆前方侧侵入时的变形的侧视图。利用图6～8，从与障碍物的碰撞开始分成安全化处理的4个阶段来详细说明。另外，对于已经说明的构成，省略说明。

如图7、图8的（A）所示，第一阶段是碰撞初始的阶段，障碍物与前横梁18接触，与固定件一起被安装在散热器17和支承座23上的辅助电池14的角部由于障碍物而被压入到发动机舱20内。

第二阶段是冲击吸收开始阶段，通过障碍物被压入的前横梁18将障碍物的冲击载荷传递给侧面构件15，通过侧面构件15以及侧面构件15的周边部件被压扁来吸收冲击载荷。并且，辅助电池与侧面构件15的压扁对应地压入PCU13，同时如图7的（B）所示的那样改变方向。

第三阶段是障碍物进一步侵入的情况，成为PCU13的脱离阶段。如图8的（B）所示，通过障碍物被压入的辅助电池14的一部分与PCU13的前面的角部接触，并且连结PCU13和马达壳12的连结单元的连结被解除，通过辅助电池14的压入，PCU13在仰角θ的斜坡上爬，由此产生通过重力的冲击载荷吸收，PCU13向车辆后方脱离。

在第四阶段中，随着脱离后的PCU13的安全化，而PCU13利用逆变器的内部电路来使升压转换器或平滑电容器等的电荷放电，由此确保安全。

以上，如上所述，通过应用本实施方式所涉及的车辆用设备搭载结构，在通过将电力控制装置搭载在变速驱动桥上来确保的变速驱动桥前方的空间搭载辅助电池，并且碰撞时能够通过电力控制装置脱离来吸收由于被辅助电池推压而产生的反力，因此能够利用电力控制装置内的电路使高电压的电荷快速放电。

另外，本实施方式所涉及的车辆用设备搭载结构，即便将辅助电池配置在电力控制装置的车辆前方也能够消除由于碰撞引起的不良情况，因此发动机舱的布局的自由度高，在很多级别、很多种类的车辆等中，能够兼顾辅助电池向发动机舱内的搭载和碰撞安全性，并且能够兼顾减少成本和碰撞安全性。

符号说明

10混合动力车辆、11发动机、12马达壳、13PCU、14辅助电池、15侧面构件、16弹性支承件、17散热器、18前横梁、19引导板、20发动机舱、21外连接器、22固定件、23支承座、25车轴、30PCU脱离结构、31内连接器、32a、32b连结螺栓、33固定螺栓、34套管、35导孔、36保险丝孔。

Claims (6)

1.一种车辆用设备搭载结构，所述车辆用设备搭载结构在设置于车厢的前方的区域配置马达壳，并搭载电力控制装置以及辅助电池，所述马达壳容纳了驱动车辆的旋转电机，所述电力控制装置对旋转电机进行控制并通过电缆与供应驱动车辆的电力的主电池连接，所述辅助电池向电力控制装置的控制部供应电力，

所述车辆用设备搭载结构包括：

引导板，在所述引导板上安装有电力控制装置，并设置有在车辆前后方向上延伸的导孔；以及

连结部件，所述连结部件通过导孔将引导板连结到马达壳上表面，

导孔规定将电力控制装置向车辆后方引导的距离，

在对电力控制装置施加了冲击载荷时，连结部件释放马达壳和引导板的连结，并且所述连结部件通过与导孔的车辆前方侧的端部抵接而限制电力控制装置向车辆后方的移动，

辅助电池被配置在电力控制装置的车辆前方侧，并且被支承为随着所述辅助电池由于冲击载荷而向车辆后方侧的移动，所述辅助电池将电力控制装置向车辆后方侧可自由移动地推出，

电缆具有比导孔的车辆前后方向的长度长的富余长度，由此在电力控制装置向车辆后方移动了时继续保持与电力控制装置的连接。

2.如权利要求1所述的车辆用设备搭载结构，其中，

马达壳上表面被形成为其车辆前方侧低于车辆后方侧，

在电力控制装置移动时，在马达壳上表面和引导板之间产生摩擦阻力和重力方向的阻力载荷。

3.如权利要求2所述的车辆用设备搭载结构，其中，

辅助电池被配置为相对于车辆前后方向倾斜，

辅助电池的最后端部配置为比电力控制装置的最前端部位于车辆后方侧。

4.如权利要求2所述的车辆用设备搭载结构，其中，

辅助电池的一部分配置为位于电力控制装置的侧方侧。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的车辆用设备搭载结构，其中，

通过导孔和连结部件，电力控制装置的移动方向被规定为一个方向。

6.如权利要求1至4中的任一项所述的车辆用设备搭载结构，其中，

马达壳是具有两个旋转电机的双轴式变速驱动桥。