DE102018204753A1

DE102018204753A1 - Fahrzeugfrontstruktur

Info

Publication number: DE102018204753A1
Application number: DE102018204753.7A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Kirimoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2018-10-11
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: US10543872B2; US20180290688A1; JP6848626B2; DE102018204753B4; CN108819684A; CN108819684B; JP2018176851A

Abstract

Ein Fahrzeugfrontstruktur (12) umfasst ein Paar von vorderen Seitenelementen (20, 21), die sich auf einer in Fahrzeugbreitenrichtung rechten bzw. linken Seite in einem Fahrzeugfrontraum vor einem Fahrzeuginnenraum in einem Fahrzeug in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken. Eine Brennstoffzelleneinheit (50) ist in einem Bereich, der durch die vorderen Seitenelemente (20, 21) unterteilt ist, in dem Fahrzeugfrontraum angeordnet. Eine Hochspannungskomponente (70) ist oberhalb eines entsprechenden der vorderen Seitenelemente (20, 21) angeordnet, wobei in einer Draufsicht ein in Fahrzeugbreitenrichtung innerer Randabschnitt der Hochspannungskomponente (70) in Fahrzeugbreitenrichtung weiter außen als ein innerer Randabschnitt des entsprechenden der vorderen Seitenelemente (20, 21) angeordnet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Fahrzeugfrontstruktur.
Beschreibung des Standes der Technik
In einem Fahrzeug ist der Motor häufig in einem Fahrzeugfrontabschnitt vor einem Fahrzeuginnenraum über einer Spritzwand angeordnet, und ein Raum vor der Spritzwand ist häufig als Motorraum bezeichnet. Ein Fahrzeug, das mit einer umweltfreundlichen Brennstoffzelle ausgestattet ist, die keinen fossilen Brennstoff verwendet, verwendet keinen Motor. Daher ist es denkbar, dass eine Brennstoffzelleneinheit und eine Hochspannungskomponente wie etwa ein Inverter in einem Raum angeordnet sind, der herkömmlich als Motorraum verwendet wird.
Zum Beispiel beschreibt die japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. 2014-83875 ( JP 2014-83875 A )) eine Struktur zum Schutz, wenn eine Kollisionslast in ein Antriebsaggregat eingeleitet wird, das in einem Fahrzeugfrontabschnitt angeordnet ist. Das Antriebsaggregat ist so ausgelegt, dass eine Hochspannungskomponente mit einem Konverter, einer Wasserstoffversorgungsquelle wie etwa eine Wasserstoffpumpe und ein Antriebsmotor um eine Brennstoffzelleneinheit angeordnet ist. Das Antriebsaggregat ist auf allen Seiten durch Kollisionsbeteiligungselemente wie etwa eine Spritzwand und ein vorderes Seitenelement umgeben und ist in Abständen zu den Kollisionsbeteiligungselemente angeordnet. Hierdurch wird das Antriebsaggregat, wenn eine Kollisionslast eingeleitet wird, innerhalb der Abstände verlagert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Da die Brennstoffzelleneinheit und die Hochspannungskomponente eine Hochspannung verwenden, ist es notwendig zu verhindern, dass sie durch Zusammenprall zwischen die Brennstoffzelleneinheit und der Hochspannungskomponente, wenn auf das Fahrzeug eine Aufpralllast wirkt, beschädigt werden. Aufgrund des beschränkten Einbauraums in einer Fahrzeugfrontstruktur und dergleichen, kann ein Element, das eine Hochspannung verwendet, in Fahrzeugbreitenrichtung weiter innen als ein Element, das eine ausreichende Steifigkeit bezüglich einer Aufpralllast besitzt, angeordnet sein. In diesem Fall ist notwendig, einen Zusammenprall zwischen dem Element, das in Fahrzeugbreitenrichtung weiter innen angeordnet ist, und weiteren Elementen zu verhindern, um sei so vor der Aufpralllast zu schützen. Im Stand der Technik, z. B. der JP 2014-83875 A , sind die Hochspannungskomponenten und dergleichen um die Brennstoffzelleneinheit angeordnet. Demzufolge könnte, wenn auf das Fahrzeug eine Aufpralllast aufgrund einer Kollision oder dergleichen wirkt, ein starker Zusammenprall zwischen den Elementen, die eine Hochspannung verwenden, auftreten. Wenn bei der Aufnahme einer Aufpralllast ein starker Zusammenprall zwischen den Elementen auftritt, könne ein Element mit einem niedrigeren Aufprallwiderstand in einigen Fällen beschädigt werden. Aufgrund dessen ist es bezüglich einer Fahrzeugfrontstruktur, in der eine Brennstoffzelleneinheit und eine Hochspannungskomponente angeordnet sind, ist es erforderlich, einen Zusammenprall zwischen der Brennstoffzelleneinheit und der Hochspannungskomponente, wenn auf ein Fahrzeug eine Aufpralllast aufgrund einer Kollision oder dergleichen wirkt, zu begrenzen.
Eine Fahrzeugfrontstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Paar von vorderen Seitenelementen, eine Brennstoffzelleneinheit und eine Hochspannungskomponente. Die vordere Seitenelemente erstrecken sich auf einer in Fahrzeugbreitenrichtung rechten bzw. einer linken Seite in einem Fahrzeugfrontraum vor einem Fahrzeuginnenraum in einem Fahrzeug in Fahrzeuglängsrichtung. Die Brennstoffzelleneinheit ist in einem Bereich, der durch die vorderen Seitenelemente unterteilt ist, in dem Fahrzeugfrontraum angeordnet. Die Hochspannungskomponente ist oberhalb eines entsprechenden der vorderen Seitenelemente angeordnet. In einer Draufsicht ist ein in Fahrzeugbreitenrichtung innerer Randabschnitt der Hochspannungskomponente in Fahrzeugbreitenrichtung weiter außen als ein innerer Randabschnitt des entsprechenden der vorderen Seitenelemente angeordnet.
Die vorderen Seitenelemente in der Fahrzeugfrontstruktur sind Elemente, die eine Karosserie bilden und eine Steifigkeit haben, die ausreichend ist, wenn auf das Fahrzeug eine Aufpralllast aufgrund einer Kollision oder dergleichen wirkt. In der oben beschriebenen Konfiguration ist die Hochspannungskomponente in Fahrzeugbreitenrichtung weiter außen als ein in Fahrzeugbreitenrichtung innerer Randabschnitt der vorderen Seitenelement angeordnet. Demzufolge ist selbst dann, wenn sich die Brennstoffzelleneinheit in Fahrzeugbreitenrichtung nach außen bewegt, wenn auf das Fahrzeug eine Aufpralllast aufgrund einer Kollision oder dergleichen wirkt, die Hochspannungskomponente durch die Steifigkeit des vorderen Seitenelements geschützt.
Die Fahrzeugfrontstruktur der vorliegenden Erfindung kann ferner eine Spritzwand und einen Dom umfassen. Die Spritzwand kann den Fahrzeuginnenraum von der Fahrzeugfrontraum in dem Fahrzeug trennen. Der Dom kann verbunden mit dem entsprechenden der vorderen Seitenelemente in dem Fahrzeugfrontraum so gekoppelt sein, dass er sich in Fahrzeughöhenrichtung nach oben erstreckt. Die Brennstoffzelleneinheit kann in einem Bereich angeordnet sein, der durch die Spritzwand und die vorderen Seitenelemente in dem Fahrzeugfrontraum unterteilt ist. Die Hochspannungskomponente kann oberhalb des entsprechenden der vorderen Seitenelemente in einem Bereich zwischen der Spritzwand und dem Dom angeordnet sein.
Die Spritzwand und der Doms sind Elemente, die die Karosserie bilden, und haben eine Steifigkeit, die ausreichend ist, wenn auf das Fahrzeug eine Aufpralllast aufgrund einer Kollision oder dergleichen wirkt. In der oben beschriebenen Konfiguration ist die Hochspannungskomponente von dem vorderen Seitenelement, der Spritzwand und dem Dom umgeben, so dass die Steifigkeit davon einen Zusammenprall zwischen der Brennstoffzelleneinheit und der Hochspannungskomponente begrenzen kann.
Die Fahrzeugfrontstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen Aufprallabsorber umfassen, der zwischen der Brennstoffzelleneinheit und der Hochspannungskomponente angeordnet ist, wobei der Aufprallabsorber an einer in Fahrzeugbreitenrichtung inneren Seitenfläche des entsprechenden der vorderen Seitenelemente befestigt ist.
In der oben beschriebenen Konfiguration fängt selbst dann, wenn sich die Brennstoffzelleneinheit bewegt in Fahrzeugbreitenrichtung nach außen bewegt, wenn auf das Fahrzeug eine Aufpralllast aufgrund einer Kollision oder dergleichen wirkt, der Aufprallabsorber die Brennstoffzelleneinheit ab, wodurch es möglich ist, einen Zusammenprall zwischen der Brennstoffzelleneinheit und der Hochspannungskomponente ausreichend zu begrenzen.
Eine Fahrzeugfrontstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Spritzwand, ein Paar von vorderen Seitenelementen, eine Brennstoffzelleneinheit, eine Hochspannungskomponente und einen Aufprallabsorber. Die Spritzwand trennt einen Fahrzeuginnenraum von einem Fahrzeugfrontraum in einem Fahrzeug. Die vordere Seitenelemente erstrecken sich auf einer in Fahrzeugbreitenrichtung rechten bzw. der linken Seite in dem Fahrzeugfrontraum in Fahrzeuglängsrichtung. Die Brennstoffzelleneinheit ist in einem Bereich angeordnet ist, der durch die Spritzwand und die vorderen Seitenelemente in dem Fahrzeugfrontraum unterteilt. Die Hochspannungskomponente ist in der Fahrzeuglängsrichtung vor der Spritzwand und oberhalb einer entsprechenden der vorderen Seitenelemente angeordnet. Der Aufprallabsorber ist zwischen der Brennstoffzelleneinheit und der Hochspannungskomponente angeordnet und an einer in Fahrzeugbreitenrichtung inneren Seitenfläche der entsprechenden der vorderen Seitenelemente befestigt. In einer Draufsicht ist ein Außenrandabschnitt in Fahrzeugbreitenrichtung der Brennstoffzelleneinheit in Fahrzeugbreitenrichtung weiter innen als ein innerer Randabschnitt des Aufprallabsorbers angeordnet, und ein in Fahrzeugbreitenrichtung innerer Randabschnitt der Hochspannungskomponente ist in Fahrzeugbreitenrichtung weiter außen als der innere Randabschnitt des Aufprallabsorbers angeordnet.
Mit der obigen Konfiguration fängt der Aufprallabsorber selbst dann, wenn die Hochspannungskomponente von dem in Fahrzeugbreitenrichtung inneren Randabschnitt des vorderen Seitenelements in Fahrzeugbreitenrichtung nach innen ragt, die Brennstoffzelleneinheit ab, wenn sich die Brennstoffzelleneinheit in Fahrzeugbreitenrichtung nach außen bewegt. Dies erhöht den Freiheitsgrad der Anordnung der Hochspannungskomponente hinsichtlich eines Zusammenpralls zwischen der Brennstoffzelleneinheit und der Hochspannungskomponente.
In der Fahrzeugfrontstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Aufprallabsorber eine Balgform besitzen, die durch Biegen eines Plattenmaterials derart, dass untere Abschnitte und obere Abschnitte im Wechsel in einer Erstreckungsrichtung des Aufprallabsorbers (80) angeordnet sind, gewonnen ist.
In der Fahrzeugfrontstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung können P = (L/n) und N ≥ (n+1) (n ist eine ganze Zahl) erfüllt sein, wobei L die Länge eines Vorsprungsabschnitts in Fahrzeuglängsrichtung der Brennstoffzelleneinheit bezeichnet, wobei der Vorsprungsabschnitt in Fahrzeugbreitenrichtung nach außen vorragt, wobei die oberen Abschnitte und die unteren Abschnitte des Aufprallabsorbers die gleiche Länge in der Erstreckungsrichtung haben, wobei P eine Teilung der Wiederholung (der untere Abschnitt + der untere Abschnitt) in der Längsrichtung bezeichnet, und wobei N die Gesamtanzahl an oberen Abschnitten bezeichnet Der Aufprallabsorber kann auf einer in Fahrzeugbreitenrichtung inneren Seitenfläche des entsprechenden der vorderen Seitenelemente) so angeordnet sein, dass die Erstreckungsrichtung die Fahrzeuglängsrichtung ist und die oberen Abschnitte in Fahrzeugbreitenrichtung nach innen weisen.
Wenn die Beziehung zwischen dem Vorsprungsabschnitt und dem Aufprallabsorber P = (L/n) und N ≥ (n+1) (n ist eine ganze Zahl) erfüllt, ist die Länge eines zusammengedrückten Teils des oberen Abschnitts, wenn der Vorsprungsabschnitt der Brennstoffzelleneinheit in Kontakt mit der Aufprallabsorber gelangt, konstant, selbst wenn sich die Kontaktposition dazwischen verändert, so dass der Druckaufnahmeabschnitt, der den Vorsprungsabschnitt aufnimmt, konstant wird. Zum Beispiel ist bei n = 1 die Gesamtanzahl N an oberen Abschnitten mindestens 2, so dass L = P erfüllt ist. Hier kann N in Abhängigkeit von Änderungen der Position der Brennstoffzelleneinheit, wenn sich die Brennstoffzelleneinheit bewegt, erhöht sein. Dadurch wird eine stabile Aufprallabsorption unabhängig von der Kontaktposition erreicht.
Mit der wie oben beschrieben konfigurierten Fahrzeugfrontstruktur ist es möglich, den Zusammenprall zwischen der Brennstoffzelleneinheit und der Hochspannungskomponente, wenn auf das Fahrzeug eine Aufpralllast aufgrund einer Kollision oder dergleichen wirkt, zu begrenzen.
Figurenliste
Nachfolgend sind Merkmale, Vorteile und die technische sowie industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:

1 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem eine Brennstoffzelleneinheit, eine Hochspannungskomponente und ein Aufprallabsorber in einer Fahrzeugfrontstruktur gemäß einer Ausführungsform angeordnet sind;
2 eine Ansicht von oben der rechten Seite von 1 ist;
3 ist eine Draufsicht der rechten Seite von 1 ist;
4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 3 ist;
5 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Aufprallabsorbers in einem in 1 gezeigten Bereich A ist;
6 eine Ansicht ist, die einen Anfangszustand vor dem Abfangen einer Aufpralllast durch eine Kollision oder dergleichen zeigt, und zwar mit Hilfe der schematischen Ansicht von 4, bezüglich eines Effekts der Fahrzeugfrontstruktur gemäß der Ausführungsform;
7 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem sich, auf 6 folgend, die Brennstoffzelleneinheit nach Aufnahme der Aufpralllast durch die Kollision oder dergleichen in Kontakt mit dem Aufprallabsorber befindet;
8 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem, auf 7 folgend, die Brennstoffzelleneinheit den Aufprallabsorber verformt hat, wobei die durch den Aufprall erzeugte kinetische Energie absorbiert wurde;
9 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem sich, auf 8 folgend, die Brennstoffzelleneinheit mit verringerter kinetischen Energie in Kontakt mit der Hochspannungskomponente befindet;
10 eine Ansicht ist, die eine Beziehung zwischen der Länge L eines Vorsprungsabschnitts der Brennstoffzelleneinheit und der Länge (P/2) von oberen Flächen und unteren Flächen des Aufprallabsorbers und der Gesamtanzahl N der obere Flächen in der Fahrzeugfrontstruktur gemäß der Ausführungsform zeigt;
11 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem sich der Vorsprungsabschnitt der Brennstoffzelleneinheit in Kontakt mit zwei oberen Flächen befindet, und zwar mit den in 10 gezeigten Abmessungen;
12 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem sich der Vorsprungsabschnitt der Brennstoffzelleneinheit in Kontakt mit nur einer der zwei oberen Flächen in der Abmessungsbeziehung von 10 befindet;
13 eine Ansicht ist, die einen Zustand zeigt, in dem sich der Vorsprungsabschnitt der Brennstoffzelleneinheit in Kontakt mit nur der weiteren der zwei obere Flächen in der Abmessungsbeziehung von 10; und
14 eine Ansicht ist, die ein Beispiel zeigt, in dem die Gesamtanzahl N der obere Flächen in 10 drei ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend ist eine Ausführungsform der Erfindung ausführlich mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Im Folgenden ist ein Fall beschrieben, in dem eine Hochspannungskomponente in Fahrzeugbreitenrichtung rechts von einer Brennstoffzelleneinheit angeordnet ist. Dieses Beispiel dient jedoch nur der Beschreibung. Die Hochspannungskomponente kann auch in Fahrzeugbreitenrichtung links von der Brennstoffzelleneinheit angeordnet sein, und wenn zwei Hochspannungskomponenten verwendet werden, können sie in Fahrzeugbreitenrichtung rechts und links von der Brennstoffzelleneinheit angeordnet sein.
Form, Material und dergleichen, die unten beschrieben sind, sind nur beispielhaft und können je nach Spezifikation und dergleichen einer Fahrzeugfrontstruktur in geeigneter Weise geändert sein. Ferner sind in der nachfolgenden Beschreibung ähnliche Elemente in allen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und redundante Beschreibungen weggelassen.
1 eine perspektivische Ansicht ist, die eine Fahrzeugfrontstruktur 12 eines Brennstoffzellenfahrzeugs 10 zeigt. In der nachfolgenden Beschreibung ist das Brennstoffzellenfahrzeug 10 als das Fahrzeug 10 bezeichnet, soweit nichts anderes gesagt ist. In den nachfolgenden Figuren sind eine Fahrzeugbreitenrichtung, eine Fahrzeuglängsrichtung und eine Fahrzeughöhenrichtung in geeigneter Weise gezeigt. Elemente der Fahrzeugfrontstruktur 12 sind symmetrisch in Breitenrichtung des Fahrzeugs 10 angeordnet. Vor diesem Hintergrund ist bezüglich der Breitenrichtung durch Verwendung einer Mittelachse CL des Fahrzeugs 10, das in Breitenrichtung bilateral symmetrisch ist, eine Fahrzeugeinwärtsrichtung zur Seite der Mittelachse CL von außerhalb des Fahrzeugs durch INNEN bezeichnet, und eine Fahrzeugauswärtsrichtung von dem Fahrzeug nach außen von der Seite der Mittelachse CL ist durch AUSSEN bezeichnet. Es ist zu beachten, dass sich die rechte und die linke Seite des Fahrzeugs 10 auf die Fahrzeugbreitenrichtung beziehen, d. h. die „rechte Seite des Fahrzeugs 10“ bzw. die „linke Seite des Fahrzeugs 10“. Bezüglich der Fahrzeuglängsrichtung ist eine Richtung zur Fahrzeugvorderseite durch FR bezeichnet, und ihre entgegengesetzte Richtung ist eine Richtung zum Fahrzeugheck. Bezüglich der Fahrzeughöhenrichtung ist eine Richtung von einer Straßenoberfläche nach oben mit OBEN bezeichnet, und ihre entgegengesetzte Richtung weist zur Straßenoberfläche.
1 zeigt Elemente, die eine Karosserie bilden, und einen äußeren Teil eines Fahrzeugfrontabschnitts, wobei der äußere Teil einen Lampenbefestigungsabschnitt und einen Stoßfängerbefestigungsabschnitt umfasst. In 1 sind eine Spritzwand 14, vordere Seitenelemente 20, 21 und Dome 30, 31 die Elemente, die die Karosserie bilden. Die Elemente, die die Karosserie bilden, sind aus einem Material mit hoher Festigkeit wie etwa eine hochfeste Stahlplatte gebildet, so dass ihre Querschnittsformen rechteckig zylindrisch sind. Die Elemente sind miteinander gekoppelt. Hier bedeutet der Ausdruck „gekoppelt“, dass zwei Elemente durch ein oder mehrere Mittel miteinander gekoppelt sind, die von Laserstrahlschweißen, Punktschweißen und Befestigen mit Hilfe einer Schraube und einer Mutter ausgewählt sind. Dies gilt auch für den Fall, in dem nachfolgend das „Koppeln“ verwendet wird. Als solche besitzen die Elemente, die die Karosserie bilden, eine Steifigkeit, die ausreichend ist, wenn auf das Fahrzeug 10 eine Aufpralllast aufgrund einer Kollision oder dergleichen wirkt.
In der Fahrzeugfrontstruktur 12 sind die Elemente, die die Karosserie bilden, allgemein symmetrisch bezüglich der Mittelachse CL angeordnet. Zum Beispiel erstrecken sich in 1 die vorderen Seitenelemente 20, 21 als ein Paar von Elementen, die links bzw. rechts von der Mittelachse CL in der Fahrzeugfrontstruktur 12 angeordnet sind, in Längsrichtung des Fahrzeugs 10. Ferner sind die Dome 30, 31 Elemente, die Vorderräder (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 10 stützen und Aufhängungen (nicht gezeigt) abdecken, die jeweils einen Absorber zum Absorbieren eines Aufpralls während der Fahrt, eine Druckfeder und dergleichen umfassen. Vor diesem Hintergrund sind nachfolgend im Wesentlichen das vordere Seitenelement 20 und die Dome 30 beschrieben, die auf der rechten Seite des Fahrzeugs 10 angeordnet sind.
2 ist eine Sicht von oben der rechten Seite des Fahrzeugs 10 in 1. 3 ist eine Draufsicht der rechten Seite des Fahrzeugs 10 in 1. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 3.
Die Spritzwand 14 ist ein Element, das einen unteren Teil einer Fahrzeugfrontwand eines Fahrzeuginnenraums bildet und einen Fahrzeuginnenraum 16 von einem Fahrzeugfrontraum 18 in dem Fahrzeug 10 abtrennt. In einem Fahrzeug mit einem Motor ist dieser in dem Fahrzeugfrontraum 18 angeordnet. Jedoch ist das Fahrzeug 10 nicht mit einem Motor ausgestattet, und daher sind eine Brennstoffzelleneinheit 50, eine Hochspannungskomponente 70 und ein Aufprallabsorber 80 in dem Fahrzeugfrontraum 18 angeordnet, wie es in 1 gezeigt ist.
In der Fahrzeugfrontstruktur 12 erstreckt sich das vordere Seitenelement 20 rechts von der Mittelachse CL mit der bilateralen Symmetrie in Längsrichtung des Fahrzeugs 10 und besitzt die Form eines Rohrs mit allgemein rechteckigem Querschnitt 22, wie es in 4 gezeigt ist. In der nachfolgenden Beschreibung ist das vordere Seitenelement 20 als ein Seitenelement 20 bezeichnet, sofern nichts anderes gesagt ist.
Der Dom 30 ist ein Element zum Stützen des Vorderrads des Fahrzeugs 10 und umfasst einen oberen Wandabschnitt 32, der die Aufhängung (nicht gezeigt) überdeckt, wie es in den 2, 3 gezeigt ist. Der Dom 30 ist vor der Spritzwand 14 und oberhalb des Seitenelements 20 angeordnet, und ein unteres Ende 34 des Doms 30 ist mit einer oberen Oberfläche 26 des Seitenelements 20 verbunden.
Die Brennstoffzelleneinheit 50 ist eine Batterie zur Gewinnung von elektrischer Leistung durch elektrochemische Reaktion eines Reaktionsgases. Zum Beispiel wird die Brennstoffzelleneinheit 50 so gewonnen, dass ein laminierter Körper, in dem mehrere Zellen, die jeweils durch Anordnen einer Festpolymer-Elektrolytmembran zwischen einer Anode und einer Kathode gebildet ist, laminiert ist, zwischen einem Paar von Endplatten angeordnet und in einem Batterie-Außengehäuse 52 aufgenommen ist. In dem Fahrzeugfrontraum 18 ist die Brennstoffzelleneinheit 50 in einem Bereich 19 angeordnet, der durch die Spritzwand 14 und jeweilige innenseitige Randabschnitte 24, 25 der vorderen Seitenelemente 20, 21 unterteilt ist (siehe 4).
Das Batterie-Außengehäuse 52 ist mit einer Batterierahmenbasis 54 gekoppelt, die eine ausreichende Steifigkeit gegenüber einer durch eine Kollision oder dergleichen bewirkten Aufpralllast hat. Um das Batterie-Außengehäuse 52 mit der Batterierahmenbasis 54 zu koppeln, sind gehäuseseitige Befestigungsabschnitte 56, die nach AUSSEN ragen, an vier Stellen unten an einem rechten und einem linken Wandabschnitt des Batterie-Außengehäuses 52 angeordnet. Ferner sind basisseitige Montageabschnitte 58, die nach AUSSEN ragen, an vier, den gehäuseseitigen Befestigungsabschnitten 56 entsprechenden Stellen an einem rechten und einem linken Ende der Batterierahmenbasis 54 angeordnet. Das Batterie-Außengehäuse 52 ist mit der Batterierahmenbasis 54 gekoppelt, so dass der gehäuseseitige Montageabschnitt 56 und der basisseitige Montageabschnitt 58, die einander entsprechen, ausgerichtet und durch Schrauben und Muttern aneinander befestigt sind. Vier Befestigungsteile sind hierdurch gebildet, die von der Brennstoffzelleneinheit 50 nach AUSSEN ragen, wie sie in den 3, 4 als Vorsprungsabschnitte 60, 61, 62, 63 gezeigt sind. Es ist zu beachten, dass der Vorsprungsabschnitt 63 in den 3, 4 nicht gezeigt ist.
Die Batterierahmenbasis 54 ist mit einem Hilfsrahmen (nicht gezeigt) gekoppelt, der durch vier Befestigungsbeinabschnitte in einem Bodenabschnitt der Fahrzeugfrontstruktur 12 angeordnet ist. In 4 sind zwei Befestigungsbeinabschnitte 64, 65 durch gestrichelte Linien dargestellt. In einem Raum zwischen der Batterierahmenbasis 54 und dem Hilfsrahmen (nicht gezeigt) ist Brennstoffzellenzubehör wie etwa eine Wasserstoffpumpe (nicht gezeigt) angeordnet.
Die Vorsprungsabschnitte 60, 61, 62, 63 sind auf etwa der gleichen Höhe wie die Seitenelemente 20 angeordnet, wie es in 4 gezeigt ist. Demzufolge wird der Vorsprungsabschnitt 60, wenn sich die Brennstoffzelleneinheit 50 nach AUSSEN bewegt, durch das entsprechende Seitenelement 20, das eine gewisse Steifigkeit besitzt, aufgenommen, so dass ein Schutz von Elementen möglich ist, die sich WEITER AUSSEN als das Seitenelement 20 befinden.
Die Hochspannungskomponente 70 ist eine Leistungssteuerungseinheit (PCU), die dazu ausgelegt ist, in ihrem Gehäuse einen DC/DC-Wandler zum Umwandeln einer von der Brennstoffzelleneinheit 50 ausgegebenen Gleichstromleistung in eine Gleichstromleistung mit einer vorbestimmten Spannung, einen Inverter zum Umwandeln einer Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung und umgekehrt und dergleichen aufzunehmen. Das Gehäuse der Hochspannungskomponente 70 ist zum Beispiel ein Gehäusekörper aus einer Aluminiumlegierung oder dergleichen. Die Hochspannungskomponente 70 ist über Stromkabel oder dergleichen (nicht gezeigt) mit der Brennstoffzelleneinheit 50 und einem elektrischen Gerät wie etwa einer elektrischen Drehmaschine (nicht gezeigt) verbunden.
Die Hochspannungskomponente 70 ist vor der Spritzwand 14, aber hinter dem Dom 30 und oberhalb des Seitenelements 20 angeordnet. Die Formulierung „oberhalb des Seitenelements 20“ bezeichnet einen Abstand gegenüber der Oberseite des Seitenelements 20, wie es in 4 gezeigt ist, aber ein Bodenabschnitt der Hochspannungskomponente 70 ist über mehrere Stützelemente 72 mit der oberen Oberfläche 26 des Seitenelements 20 gekoppelt. Ein INNEN-seitiger Randabschnitt 74 der Hochspannungskomponente 70, der die Stützelemente 72 umfasst, ist WEITER AUSSEN als der INNEN-seitigen Randabschnitt 24 des Seitenelements 20 angeordnet. Es ist zu beachten, dass, wie es in 4 gezeigt ist, eine Halterung 76 von einer äußeren Wandabschnitt der Hochspannungskomponente 70 herabhängt. Aber die Halterung 76 ist viel höher angeordnet als ein Teil, wo die Stützelemente 72 mit dem Seitenelement 20 gekoppelt sind, und beabstandet zu einem AUSSEN-seitigen Rand der Brennstoffzelleneinheit 50.
Die Brennstoffzelleneinheit 50 ist WEITER INNEN angeordnet als das Seitenelement 20, und die Hochspannungskomponente 70 ist WEITER AUSSEN angeordnet als der INNEN-seitige Randabschnitt 24 des Seitenelements 20. Wenn bei dieser Anordnung auf das Fahrzeug 10 aufgrund einer Kollision oder dergleichen eine Aufpralllast wirkt und sich zum Beispiel die Brennstoffzelleneinheit 50 nach AUSSEN bewegt, gelangt der Vorsprungsabschnitt 60 zuerst in Kontakt mit dem INNEN-seitigen Randabschnitt 24 des Seitenelements 20. Selbst zu diesem Zeitpunkt ist ein Zusammenprall zwischen der Hochspannungskomponente 70 und der Brennstoffzelleneinheit 50 aufgrund der Steifigkeit des Seitenelements 20 begrenzt.
Ferner kann die Hochspannungskomponente 70, da sie vor der Spritzwand 14, aber hinter dem Dom 30 angeordnet ist, vor einem Aufprall selbst dann geschützt werden, wenn auf das Fahrzeug 10 eine Aufpralllast aufgrund einer Kollision oder dergleichen wirkt. Zum Beispiel kann, da die Hochspannungskomponente 70 von dem Seitenelement 20, der Spritzwand 14 und dem Dom 30 umgeben ist, selbst wenn sich die Brennstoffzelleneinheit 50 nach AUSSEN bewegt, der Zusammenprall zwischen der Brennstoffzelleneinheit 50 und der Hochspannungskomponente 70 durch die Steifigkeit des Seitenelements 20, der Spritzwand 14 und des Doms 30 begrenzt werden.
Nachfolgend ist der in einem Bereich A in 1 gezeigte Aufprallabsorber 80 beschrieben. Der Aufprallabsorber 80 ist ein Abstandhalter, der zwischen der Brennstoffzelleneinheit 50 und der Hochspannungskomponente 70 angeordnet ist und dazu dient, Energie einer Aufpralllast zu absorbieren, wenn auf das Fahrzeug 10 eine Aufpralllast aufgrund einer Kollision oder dergleichen wirkt. Wenn das Fahrzeug 10 die Aufpralllast durch die Kollision oder dergleichen aufnimmt und sich die Brennstoffzelleneinheit 50 nach AUSSEN bewegt, nähert sich die Brennstoffzelleneinheit 50 der Hochspannungskomponente 70. Aufgrund dessen ist der Aufprallabsorber 80 an einer INNEN-seitigen Seitenfläche 28 des Seitenelements 20 befestigt, um so eine Aufprallenergie zu absorbieren, bevor die Brennstoffzelleneinheit 50 in Kontakt mit der Hochspannungskomponente 70 gelangt. 5 ist eine perspektivische Ansicht des Aufprallabsorbers 80.
Der Aufprallabsorber 80 ist ein Element aus einem Plattenmaterial mit einer Plattendicke t und einer Breite W, das sequenziell senkrecht zu seiner Längsrichtung gebogen ist, um so untere Abschnitte 82, vertikale Wandabschnitte 83 und obere Abschnitte 84 nach Art eines Balgs zu bilden. In der Balgform wiederholen sich Vorsprünge und Zurücksetzungen entlang seiner Erstreckungsrichtung. Jedoch sollten zum Zweck der Aufprallabsorption die Vorsprünge und Zurücksetzungen keine scharfen Kanten wie in einem Dreieck haben. Das heißt, die Vorsprünge und Zurücksetzungen haben vorzugsweise eine flache Oberfläche mit einer gewissen Ausdehnung, so dass ein aufzunehmender Kontaktdruck stabilisiert ist. Aufgrund dessen ist ein Schnitt der Balgform des Aufprallabsorbers 80 eine „Hut“-Form wie der Schnitt einer Melone. Es ist zu beachten, dass, da die INNEN-seitige Seitenfläche 28 des Seitenelements 20 eine Oberfläche mit gewissen Vorsprünge und Zurücksetzungen ist, der balgförmige Aufprallabsorber 80 auch dahingehend vorteilhaft ist, dass er leicht montiert werden kann.
Die unteren Abschnitte 82 und die obere Abschnitte 84 sind Abschnitte, die in der Erstreckungsrichtung parallel sind, aber die Gesamtanzahl an entweder den unteren Abschnitten 82 oder den oberen Abschnitten 84 ist größer als die Gesamtanzahl der jeweils anderen. Die Anzahl der unteren Abschnitte 82 ist größer als die Anzahl oberen Abschnitte 84, und die unteren Abschnitte 82 dienen als Befestigungsabschnitte zum Befestigen an dem Seitenelement 20. Die Anzahl der oberen Abschnitte 84 ist um eins geringer als die der unteren Abschnitte 82, und die oberen Abschnitte 84 dienen als Druckaufnahmeabschnitte, die eine Aufpralllast aufnehmen. In der Balgform ergibt sich die Teilung P der Wiederholung der oberen Abschnitt 84 und der unteren Abschnitt 82 zu {(die Länge der unteren Abschnitt 82 in der Längsrichtung) + (die Länge der oberen Abschnitt 84 in der Längsrichtung)}. In der nachfolgenden Beschreibung ist die Teilung P durch „die Teilung P = (der obere Abschnitt + der untere Abschnitt)“ bezeichnet, sofern nichts anderes gesagt ist.
Der untere Abschnitt 82 ist ein Befestigungsabschnitt, der an der INNEN-seitigen Seitenfläche 28 des Seitenelements 20 befestigt ist. Die Befestigung muss nicht so fest sein wie die „Kopplung“ und kann zum Beispiel durch die Verwendung eines Klebemittels realisiert sein. Punktschweißen kann in einigen Fällen verwendet werden.
Der obere Abschnitt 84 ist ein Abschnitt, der von dem unteren Abschnitt 82 um eine vorbestimmte Höhe H vorragt. Der obere Abschnitt 84 ist ein Druckaufnahmeabschnitt, der beim Empfangen einer Aufprallenergie, die eine kinetische Energie der Brennstoffzelleneinheit 50 ist, wenn sich die Brennstoffzelleneinheit 50 nach AUSSEN bewegt und in Kontakt damit gelangt, zusammengedrückt wird. Der obere Abschnitt 84 absorbiert hierdurch die kinetische Energie der Brennstoffzelleneinheit 50.
Die Größe des unteren Abschnitts 82 bestimmt die Befestigungsstabilität, und die Größe der oberen Abschnitt 84 bestimmt die Größe der Druckaufnahmeabschnitt, die einen Aufprall aufnimmt. Die Größe des unteren Abschnitts 82 und die Größe des oberen Abschnitts 84 können verschieden sein, Jedoch sind hier der untere Abschnitt 82 und der obere Abschnitt 84 gleich groß, um so (die Länge des unteren Abschnitts 82 in der Längsrichtung) = (die Länge des oberen Abschnitts 84 in der Längsrichtung) = (P/2) einzustellen. Wenn die Breite des Aufprallabsorbers 80 W ist, ist der Druckaufnahmeabschnitt eines oberen Abschnitts 84 {W × (P/2)}. Hier kann W auf die gleiche Höhe eingestellt werden wie die INNEN-seitige Seitenfläche 28 des Seitenelements 20.
Der vertikale Wandabschnitt 83 ist ein Wandabschnitt, der von dem unteren Abschnitt 82 in Richtung des oberen Abschnitts 84 absteht, und ist ein Teil, der sich bei einer Aufprallabsorption verformt. Mit zunehmender Höhe H des vertikalen Wandabschnitts 83 wird die Absorptionszeit bei einem Aufprall länger und die Absorptionsenergiemenge größer.
Die oberen Abschnitte 84 und die unteren Abschnitt 82, die nebeneinander zwischen den oberen Abschnitte 84 angeordnet sind, absorbieren eine Teil des Aufpralls. Die unteren Abschnitte 82, die an den gegenüberliegenden Enden angeordnet sind, die sich in der Längsrichtung weiter außerhalb der äußersten oberen Abschnitte 84 befinden, dienen im Wesentlichen als Befestigungsabschnitte. Demzufolge können die Längen S1, S2 der untere Abschnitte 82 an den in der Längsrichtung gegenüberliegenden Enden in etwa bestimmt werden.
Die Teilung P und die Anzahl an oberen Abschnitte 84, vorzugsweise als der Aufprallabsorber 80, sind nachfolgend in Verbindung mit den Abmessungen des Vorsprungsabschnitts 60 beschrieben, der ein Teil ist, der erst dann in Kontakt mit dem Aufprallabsorber 80 gelangt, wenn sich die Brennstoffzelleneinheit 50 nach AUSSEN bewegt.
Als der Aufprallabsorber 80 kann ein Aufprallabsorber, der durch Formung eines Materials, das zur Aufprallabsorption geeignet ist, in eine Form, wie sie z. B. in 5 gezeigt ist, verwendet werden. Als das Material wird ein metallisches Material mit einer geeigneten Elastizität, ohne bei einer Aufnahme einer Aufpralllast zerdrückt zu werden, und ausgelegt, um eine Aufprallenergie durch Verformung aufzunehmen, verwendet. Als das metallische Material kann zum Beispiel Weicheisen verwendet werden. Ein Kunststoffmaterial mit einer geeigneten Festigkeit kann in einigen Fällen verwendet werden. Ein Plattenmaterial kann geformt werden, eine laminierte Platte kann geformt werden, oder mehrere geformte Platten können laminiert werden. Ein Beispiel einer Abmessung ist wie folgt gegeben. Das heißt, wenn Weicheisen als das Material verwendet wird, beträgt die Plattendicke t etwa 1 mm bis einige mm, (P/2) beträgt etwa einige Dutzend mm, H beträgt etwa einige Dutzende mm, und W beträgt ferner zwischen etwa 100 mm und etwa 300 mm, je nach Abmessung des Seitenelements 20. Die hier genannten Werte sind Beispiele zur Beschreibung und können in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der Spezifikation des Fahrzeugs 10 zur Aufprallsicherheit und dergleichen, der Masse der Brennstoffzelleneinheit 50 und dergleichen geändert werden.
Der Aufprallabsorber 80 ist an der INNEN-seitigen Seitenfläche 28 des vorderen Seitenelements 20 in einer solchen Lage befestigt, dass seine Erstreckungsrichtung, in der die unteren Abschnitte 82 und die oberen Abschnitte 84 angeordnet sind, die Fahrzeuglängsrichtung ist, seine Breitenrichtung die Fahrzeughöhenrichtung ist und seine Höhenrichtung, in die die oberen Abschnitte 84 vorragen, nach INNEN gerichtet ist. Hierdurch ist ein INNEN-seitiger Randabschnitt 86, der die Position der oberen Abschnitte 84 des Aufprallabsorbers 80 in Fahrzeugbreitenrichtung anzeigt, nur um H WEITER INNEN als der INNEN-seitige Randabschnitt 24 des Seitenelements 20 angeordnet. Wenn sich die Brennstoffzelleneinheit 50 bei Aufnahme einer Aufpralllast aufgrund einer Kollision oder dergleichen nach AUSSEN bewegt, gelangt der Vorsprungsabschnitt 60, der sich am Weitesten AUSSEN in der Brennstoffzelleneinheit 50 befindet, bevor der Vorsprungsabschnitt 60 in Kontakt mit dem INNEN-seitigen Randabschnitt 24 des Seitenelements 20 gelangt in Kontakt mit dem INNEN-seitigen Randabschnitt 86 des Aufprallabsorbers 80.
Mit anderen Worten, wenn der Aufprallabsorber 80 der Höhe H auf der Seitenfläche 28 des INNEN-seitigen Randabschnitts 24 des Seitenelements 20 angeordnet ist, ist der Vorsprungsabschnitt 60, der ein Außenrandabschnitt in Fahrzeugbreitenrichtung der Brennstoffzelleneinheit 50 ist, WEITER INNEN als der INNEN-seitige Randabschnitt 86 des Aufprallabsorbers 80 angeordnet. Der INNEN-seitige Randabschnitt 74 der Hochspannungskomponente 70 sollte WEITER AUSSEN als der INNEN-seitige Randabschnitt 86 des Aufprallabsorbers 80 angeordnet sein. Ein Abstand zwischen dem INNEN-seitigen Randabschnitt 86 des Aufprallabsorbers 80 und dem INNEN-seitigen Randabschnitt 24 des Seitenelements 20 in Fahrzeugbreitenrichtung ist gleich der Höhe H des Aufprallabsorbers 80. Durch den Aufprallabsorber 80 ist an der Anordnungsposition der Hochspannungskomponente 70 in Fahrzeugbreitenrichtung ein Rand mit der Breite gleich der Höhe H gebildet. Selbst wenn die Hochspannungskomponente 70 von dem INNEN-seitigen Randabschnitt 24 des Seitenelements 20 nach INNEN ragt und die Hochspannungskomponente 70 nicht weiter als bis zur Höhe H ragt, fängt der Aufprallabsorber 80 den Vorsprungsabschnitt 60 der Brennstoffzelleneinheit 50 ab, wenn sich die Brennstoffzelleneinheit 50 nach AUSSEN bewegt. Dadurch kann eine weitere Verbesserung hinsichtlich eines Zusammenpralls zwischen der Brennstoffzelleneinheit 50 und der Hochspannungskomponente 70 erreicht werden.
Nachfolgend ist der Effekt der wie oben beschrieben ausgebildeten Fahrzeugfrontstruktur 12 mit Bezug auf die 6 bis 9 beschrieben. Die 6 bis 9 sind schematische Darstellungen der Draufsicht von 1, die den Zusammenprall zwischen dem Vorsprungsabschnitt 60 der Brennstoffzelleneinheit 50 und der Hochspannungskomponente 70 zeigen.
6 ist eine Ansicht, die einen Anfangszustand vor der Aufnahme einer Aufpralllast aufgrund einer Kollision oder dergleichen zeigt. Der Vorsprungsabschnitt 60 der Brennstoffzelleneinheit 50 ist zu dem Aufprallabsorber 80 beabstandet. 7 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem, auf 6 folgend, die Brennstoffzelleneinheit 50 eine Aufpralllast aufnimmt und kinetische Energie E absorbiert, um sich so nach AUSSEN zu bewegen, so dass der Vorsprungsabschnitt 60 in Kontakt mit dem Aufprallabsorber 80 gelangt.
8 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem sich, auf 7 folgend, die Brennstoffzelleneinheit 50 mit der kinetische Energien E nach AUSSEN bewegt, so dass sie teilweise die obere Abschnitte 84 des Aufprallabsorbers 80 zusammendrückt. Die kinetische Energie E wird teilweise in Verformungsenergie des Aufprallabsorbers 80 und Wärme umgewandelt und dann absorbiert, so dass die Brennstoffzelleneinheit 50 eine kinetische Energie E' hat, die um die absorbierte Menge verringert ist.
9 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem sich die Brennstoffzelleneinheit 50, auf folgend 8, mit der so verringerten kinetischen Energie E' weiter nach AUSSEN bewegt und die obere Abschnitte 84 des Aufprallabsorbers 80 völlig zerdrückt, so dass sie mit einem Abstand der Plattendicke t des Aufprallabsorbers 80 dazwischen in Kontakt mit der INNEN-seitigen Seitenfläche 28 des Seitenelements 20 gelangt. Die kinetische Energie E' wird teilweise in Verformungsenergie des Aufprallabsorbers 80 und Wärme umgewandelt, und der Rest der kinetischen Energie E' wird durch die Steifigkeit des Seitenelements 20 aufgenommen, so dass sie absorbiert wird. Hierdurch verliert die Brennstoffzelleneinheit 50 ihre kinetische Energie und wird gestoppt.
Dadurch gibt die Brennstoffzelleneinheit 50 an das Seitenelement 20 nur einen Aufprall weiter, der noch kleiner ist als die kinetische Energie E', so dass ein Aufprall auf die Hochspannungskomponente 70, die WEITER AUSSEN als der INNEN-seitige Randabschnitt 24 des Seitenelements 20 angeordnet ist, klein ist. Ferner absorbiert der Aufprallabsorber 80 selbst dann eine Aufprallenergie, wenn der INNEN-seitige Randabschnitt 74 der Hochspannungskomponente 70 nach INNEN vorragt, wenn der INNEN-seitige Randabschnitt 74 WEITER AUSSEN als die Ränder der oberen Abschnitte 84 des Aufprallabsorbers 80 angeordnet ist, so dass der durch die Hochspannungskomponente 70 aufgenommene Aufprall verringert ist. Demzufolge kann mit dem Aufprallabsorber 80 die kinetische Energie der Brennstoffzelleneinheit 50 absorbiert werden, bevor die Brennstoffzelleneinheit 50 direkt mit der Hochspannungskomponente 70 in Kontakt gelangt, wodurch es möglich ist, einen durch einen Zusammenprall zwischen der Brennstoffzelleneinheit 50 und der Hochspannungskomponente 70 verursachten Aufprall zu verringern.
Nachfolgend ist eine Beziehung zwischen der Abmessung des Aufprallabsorbers 80 und der Abmessung des Vorsprungsabschnitts 60 mit Bezug auf die 10 bis 13 beschrieben. Die 10 bis 13 sind Ansichten mit einer Ansicht eines Teils, in dem die Abmessungen des Aufprallabsorbers 80 und des Vorsprungsabschnitts 60 aus 6 schematisiert sind, um so jeweilige Zustände zu zeigen, in denen der Vorsprungsabschnitt 60 an unterschiedlichen Positionen in der Fahrzeuglängsrichtung in Kontakt gelangt mit der Aufprallabsorber 80, wenn sich die Brennstoffzelleneinheit 50 nach AUSSEN bewegt. Nachfolgend ist eine Bedingung beschrieben, durch die der gleiche Druckaufnahmeabschnitt selbst dann erreicht wird, wenn sich die Position, an der der Vorsprungsabschnitt 60 in Kontakt mit der Aufprallabsorber 80 gelangt, verändert, wobei die Gesamtanzahl N an oberen Abschnitten 84 in der Aufprallabsorber 80 N = 2 ist, was ein Minimum ist, wenn man die Balgform und die Abmessung in Fahrzeuglängsrichtung des Vorsprungsabschnitts 60 als L annimmt.
10 entspricht einem Zustand von 6, in dem sich die Brennstoffzelleneinheit 50 nach AUSSEN bewegt, aber noch nicht in Kontakt mit dem Aufprallabsorber 80 gelangt ist. Der Aufprallabsorber 80 ist auf der INNEN-seitigen Seitenfläche 28 des Seitenelements 20 angeordnet, wobei seine Erstreckungsrichtung die Fahrzeuglängsrichtung ist und die oberen Abschnitte 84 nach INNEN weisen. Hier nimmt die Brennstoffzelleneinheit 50 eine Aufpralllast aufgrund einer Kollision oder dergleichen auf und bewegt sich mit der kinetischen Energie E in Richtung der Aufprallabsorber 80 nach AUSSEN.
11 entspricht einem Zustand von 8, in dem der Vorsprungsabschnitt 60 der Brennstoffzelleneinheit 50 einen Teil des Aufprallabsorbers 80 zusammengedrückt hat. Hier gelangt der Vorsprungsabschnitt 60 in Kontakt mit zwei oberen Abschnitte 84, so dass sich der Aufprallabsorber 80 zu einem Aufprallabsorber 81 verformt, in dem die zwei oberen Abschnitte 84 zum Teil zusammengedrückt sind. Die Länge eines Teils der oberen Abschnitt 84 auf der VORDER-Seite, der Teil, der den Vorsprungsabschnitt 60 aufnimmt, ist als a angenommen, und die Länge eines Teils der weiteren oberen Abschnitt 84, der Teil, der den Vorsprungsabschnitt 60 aufnimmt, ist als b angenommen. Hier sind a, b Längen, die in der Längsrichtung gemessen sind. Demzufolge fängt der Aufprallabsorber 80 den Vorsprungsabschnitt 60 mit einer Druckaufnahmeabschnitt ab, die durch Multiplizieren von (a + b) mit der Breite W gewonnen wird. Wenn sich der Aufprallabsorber 80 zu dem Aufprallabsorber 81 verformt, wird die kinetische Energie der Brennstoffzelleneinheit 50 von E auf E' verringert. Das heißt, der Aufprallabsorber 80 fängt den Vorsprungsabschnitt 60 mit der Druckaufnahmeabschnitt = W × (a + b) ab und absorbiert eine kinetische Energie von ΔE = E - E'.
Im Gegensatz zu 11 sind die 12 und 13 Ansichten, die jeweils einen Zustand zeigen, in dem die Kontaktposition zwischen dem Vorsprungsabschnitt 60 der Brennstoffzelleneinheit 50 und dem Aufprallabsorber 80 von dem Zustand in 11 abweicht, so dass nur einer der oberen Abschnitte 84 zusammengedrückt wird. In 12 weicht die Bewegungsposition der Brennstoffzelleneinheit 50 nach AUSSEN von dem Zustand in 11 in der Fahrzeuglängsrichtung nach hinten ab, so dass sich der Aufprallabsorber 80 zu einem Aufprallabsorber 85 verformt, in dem die obere Abschnitt 84 auf der Rückseite in der Fahrzeuglängsrichtung zum Teil zusammengedrückt ist. In 13 weicht die Bewegungsposition der Brennstoffzelleneinheit 50 nach AUSSEN von dem Zustand in 11 nach VORN ab, so dass sich der Aufprallabsorber 80 zu einem Aufprallabsorber 87 verformt, in dem der obere Abschnitt 84 auf der VORDER-Seite zum Teil zusammengedrückt ist. Wie es in den 12, 13 gezeigt ist, fängt der Aufprallabsorber 80 in jedem Fall den Vorsprungsabschnitt 60 nur durch einen oberen Abschnitt 84 ab, so dass der Druckaufnahmeabschnitt W × (P/2) ist, gewonnen durch Multiplizieren der Länge (P/2) in der Längsrichtung des oberen Abschnitts 84 mit der Breite W.
Um den gleichen Druckaufnahmeabschnitt in allen Fällen der 11, 12, 13 zu erreichen, sollte der Druckaufnahmeabschnitt = W × (a + b) in 11 auf den gleichen wie der Druckaufnahmeabschnitt = W × (P/2) in den 12, 13 eingestellt sein. Demzufolge wird in einem Fall, in dem (a + b) = (P/2) erfüllt ist, selbst wenn sich die Kontaktposition zwischen dem Vorsprungsabschnitt 60 und dem Aufprallabsorber 80 verändert, den gleichen Druckaufnahmeabschnitt gewonnen, wodurch es möglich ist, die kinetische Energie der Brennstoffzelleneinheit 50 von E auf E' zu verringern.
Wie es in 11 gezeigt ist, beträgt die Länge L des Vorsprungsabschnitts 60 {a + (P/2) + b}, so dass, wenn die Bedingung (a + b) = (P/2) erfüllt ist, L = P gilt. Das heißt, wenn die Länge des oberen Abschnitts 84 in der Längsrichtung des Aufprallabsorbers 80 (P/2) ist, das heißt gleich der Länge des unteren Abschnitts 82 ist, und die Teilung der Wiederholung (der obere Abschnitt 84 + der untere Abschnitt 82) in der Längsrichtung P ist, sollte P gleiche der Länge L des Vorsprungsabschnitts 60 in Fahrzeuglängsrichtung sein. Das heißt, wenn L = P erfüllt ist, kann selbst dann, wenn der Vorsprungsabschnitt 60 in Kontakt mit irgendeinem Teil des Aufprallabsorbers 80 gelangt, der Druckaufnahmeabschnitt des Aufprallabsorbers 80, der den Vorsprungsabschnitt 60 abfängt, der gleiche sein. Hierdurch ist es selbst dann, wenn sich das Verhalten der Brennstoffzelleneinheit 50 ändert, wenn auf das Fahrzeug 10 eine Aufpralllast aufgrund einer Kollision oder dergleichen wirkt, möglich, die Aufprallabsorption zu verbessern, so dass ein Aufprall zuverlässig absorbiert werden kann.
In den 10 bis 13 wird der Vorsprungsabschnitt 60 durch höchstens zwei obere Abschnitte 84 abgefangen. Aber der Vorsprungsabschnitt 60 kann auch durch höchstens drei obere Abschnitte 84 abgefangen werden. 14 ist eine Ansicht, die 10 entspricht, und zeigt ein Beispiel, in dem die Gesamtanzahl N von oberen Abschnitten 84 in dem Aufprallabsorber 80 drei ist und der Vorsprungsabschnitt 60 durch höchstens drei obere Abschnitte 84 abgefangen wird. Wie es in den 14, 10 gezeigt ist und ferner unter Bezugnahme auf die 11 bis 13, wird, wenn für die Länge L des Vorsprungsabschnitts 60 L = 2P gilt, der gleiche Druckaufnahmeabschnitt des Aufprallabsorbers 80, der den Vorsprungsabschnitt 60 aufnimmt, selbst dann erreicht, wenn sich die Kontaktposition zwischen dem Vorsprungsabschnitt 60 und dem Aufprallabsorber 80 verändert.
Die obige Beschreibung bezieht sich auf das Beispiel, in dem L = P gilt, wenn die Gesamtanzahl N an oberen Abschnitten 84 in dem Aufprallabsorber 80 zwei ist, und das Beispiel, in dem L = 2P gilt, wenn die Gesamtanzahl N an oberen Abschnitten 84 des Aufprallabsorbers 80 drei ist. Die obige Beschreibung kann wie folgt verallgemeinert werden: Wenn n eine ganze Zahl ist, L = nP gilt und die Gesamtanzahl N an oberen Abschnitten 84 N = (n+1) genügt, kann die gleiche Druckaufnahmeabschnitt des Aufprallabsorbers 80, die den Vorsprungsabschnitt 60 abfängt, selbst dann gewonnen werden, wenn sich die Kontaktposition zwischen dem Vorsprungsabschnitt 60 und dem Aufprallabsorber 80 verändert.
Es ist zu beachten, dass, wie es durch eine lang-zweimal-kurz gestrichelte Linie in 14 gezeigt ist, die Anzahl an oberen Abschnitten 84 und die Anzahl an unteren Abschnitten 82 erhöht werden, um so die Gesamtlänge des Aufprallabsorbers 80 in der Längsrichtung zu vergrößern, sofern die Bedingung L = 2P erfüllt ist. Wenn dies verallgemeinert wird, sollte die Gesamtanzahl N an oberen Abschnitten 84 N ≥ (n+1) sein.
Demzufolge kann der Aufprallabsorber 80 so ausgelegt sein, dass die Länge des oberen Abschnitts 84 in der Längsrichtung auf die gleiche wie die Länge des unteren Abschnitts 82 eingestellt ist und P = (L/n) und N ≥ (n+1) erfüllt sind, wobei P die Teilung der Wiederholung (der obere Abschnitt 84 + der untere Abschnitt 82) in der Längsrichtung bezeichnet und N die Gesamtanzahl an oberen Abschnitten 84 bezeichnet. Demzufolge ist der Bewegungsbereich der Brennstoffzelleneinheit 50 in Fahrzeuglängsrichtung weit abgedeckt, wenn das Fahrzeug 10 eine Aufpralllast aufnimmt und sich die Brennstoffzelleneinheit 50 nach AUSSEN bewegt, und der Druckaufnahmeabschnitt des Aufprallabsorbers 80, der den Vorsprungsabschnitt 60 aufnimmt, kann konstant gemacht werden, wodurch es möglich ist, einen stabilen Aufprallabsorptionseffekt zu gewinnen.
Die wie oben beschrieben ausgelegte Fahrzeugfrontstruktur 12 umfasst die vorderen Seitenelemente 20, 21, die sich auf der rechten Seite bzw. der linken Seite in Fahrzeugbreitenrichtung in dem Fahrzeugfrontraum 18 vor dem Fahrzeuginnenraum 16 in dem Fahrzeug 10 in der Fahrzeuglängsrichtung erstrecken. Ferner umfasst die Fahrzeugfrontstruktur 12 die Brennstoffzelleneinheit 50, die in dem Bereich 19, der durch die vorderen Seitenelemente 20, 21 unterteilt ist, in dem Fahrzeugfrontraum 18 angeordnet ist. Ferner umfasst die Fahrzeugfrontstruktur 12 die Hochspannungskomponente 70, die oberhalb des vorderen Seitenelements 20 angeordnet ist. In der Draufsicht ist ein in Fahrzeugbreitenrichtung innerer Randabschnitt der Hochspannungskomponente 70 in Fahrzeugbreitenrichtung weiter außen als ein innerer Randabschnitt des vorderen Seitenelements 20 angeordnet.
Die vorderen Seitenelemente 20, 21 in der Fahrzeugfrontstruktur 12 sind Elemente, die eine Karosserie bilden, und haben eine Steifigkeit, die ausreichend ist, wenn auf das Fahrzeug 10 eine Aufpralllast aufgrund einer Kollision oder dergleichen wirkt. In der oben beschriebenen Konfiguration ist die Brennstoffzelleneinheit 50 in Fahrzeugbreitenrichtung weiter innen als die vorderen Seitenelemente 20, 21 angeordnet, und die Hochspannungskomponente 70 ist in Fahrzeugbreitenrichtung weiter außen als die inneren Randabschnitt der vorderen Seitenelement 20 angeordnet. Hierdurch ist selbst dann, wenn sich die Brennstoffzelleneinheit 50 in Fahrzeugbreitenrichtung nach außen bewegt, wenn das Fahrzeug 10 die Aufpralllast durch die Kollision oder dergleichen aufnimmt, der Zusammenprall zwischen der Hochspannungskomponente 70 und der Brennstoffzelleneinheit 50 aufgrund der Steifigkeit der vorderen Seitenelement 20 begrenzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201483875 A [0003]
JP 2014083875 A [0004]

Claims

Fahrzeugfrontstruktur, die umfasst: ein Paar von vorderen Seitenelementen (20, 21), die sich auf einer in Fahrzeugbreitenrichtung rechten bzw. einer linken Seite in einem Fahrzeugfrontraum vor einem Fahrzeuginnenraum in einem Fahrzeug in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken; eine Brennstoffzelleneinheit (50), die in einem Bereich, der durch die vorderen Seitenelemente (20, 21) unterteilt ist, in dem Fahrzeugfrontraum angeordnet ist; und eine Hochspannungskomponente (70), die oberhalb eines entsprechenden der vorderen Seitenelemente (20, 21) angeordnet ist, wobei in einer Draufsicht ein in Fahrzeugbreitenrichtung innerer Randabschnitt der Hochspannungskomponente (70) in Fahrzeugbreitenrichtung weiter außen als ein innerer Randabschnitt des entsprechenden der vorderen Seitenelemente (20, 21) angeordnet ist.
Fahrzeugfrontstruktur nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine Spritzwand (14), die den Fahrzeuginnenraum von dem Fahrzeugfrontraum in dem Fahrzeug abtrennt; und einen Dom (30, 31), der in dem Fahrzeugfrontraum mit dem entsprechenden der vorderen Seitenelemente (20, 21) verbunden ist, wobei sich der Dom (30, 31) in Fahrzeughöhenrichtung nach oben erstreckt, wobei: die Brennstoffzelleneinheit (50) in einem Bereich in dem Fahrzeugfrontraum angeordnet ist, der durch die Spritzwand (14) und die vorderen Seitenelemente (20, 21) unterteilt ist; und die Hochspannungskomponente (70) oberhalb des entsprechenden der vorderen Seitenelemente (20, 21) in einem Bereich zwischen der Spritzwand (14) und dem Dom (30, 31) angeordnet ist.
Fahrzeugfrontstruktur nach Anspruch 1 oder 2, die ferner einen Aufprallabsorber (80) umfasst, der zwischen der Brennstoffzelleneinheit (50) und der Hochspannungskomponente (70) angeordnet ist, wobei der Aufprallabsorber (80) an einer in Fahrzeugbreitenrichtung inneren Seitenfläche des entsprechenden der vorderen Seitenelemente (20, 21) befestigt ist.
Fahrzeugfrontstruktur nach Anspruch 3, wobei der Aufprallabsorber (80) eine Balgform besitzt, die durch Biegen eines Plattenmaterials derart, dass untere Abschnitte und obere Abschnitte im Wechsel in einer Erstreckungsrichtung des Aufprallabsorbers (80) angeordnet sind, gewonnen ist.
Fahrzeugfrontstruktur, die umfasst: eine Spritzwand (14), die einen Fahrzeuginnenraum von einem Fahrzeugfrontraum in einem Fahrzeug trennt; ein Paar von vorderen Seitenelementen (20, 21), die sich auf einer in Fahrzeugbreitenrichtung rechten bzw. der linken Seite in dem Fahrzeugfrontraum in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken; eine Brennstoffzelleneinheit (50), die in einem Bereich angeordnet ist, der durch die Spritzwand (14) und die vorderen Seitenelemente (20, 21) in dem Fahrzeugfrontraum unterteilt ist; eine Hochspannungskomponente (70), die in der Fahrzeuglängsrichtung vor der Spritzwand (14) und oberhalb einer entsprechenden der vorderen Seitenelemente (20, 21) angeordnet ist; und einen Aufprallabsorber (80), der zwischen der Brennstoffzelleneinheit (50) und der Hochspannungskomponente (70) angeordnet und an einer in Fahrzeugbreitenrichtung inneren Seitenfläche der entsprechenden der vorderen Seitenelemente (20, 21) befestigt ist, wobei: in einer Draufsicht ein Außenrandabschnitt in Fahrzeugbreitenrichtung der Brennstoffzelleneinheit (50) in Fahrzeugbreitenrichtung weiter innen als ein innerer Randabschnitt des Aufprallabsorbers (80) angeordnet ist; und ein in Fahrzeugbreitenrichtung innerer Randabschnitt der Hochspannungskomponente (70) in Fahrzeugbreitenrichtung weiter außen als der innere Randabschnitt des Aufprallabsorbers (80) angeordnet ist.
Fahrzeugfrontstruktur nach Anspruch 5, wobei der Aufprallabsorber (80) eine Balgform besitzt, die durch Biegen eines Plattenmaterials derart, dass untere Abschnitte und obere Abschnitte im Wechsel in einer Erstreckungsrichtung des Aufprallabsorbers (80) angeordnet sind, gewonnen ist.
Fahrzeugfrontstruktur nach Anspruch 6, wobei: P = (L/n) und N ≥ (n+1) (n ist eine ganze Zeit) erfüllt sind, wobei L eine Länge in Fahrzeuglängsrichtung eines Vorsprungsabschnitts der Brennstoffzelleneinheit (50) bezeichnet, wobei der Vorsprungsabschnitt in Fahrzeugbreitenrichtung nach außen vorragt, die oberen Abschnitte und die unteren Abschnitte des Aufprallabsorbers (80) die gleiche Länge in der Erstreckungsrichtung haben, P eine Teilung der Wiederholung (der untere Abschnitt + der untere Abschnitt) in der Längsrichtung bezeichnet, und N die Gesamtanzahl an oberen Abschnitten bezeichnet; und der Aufprallabsorber (80) auf einer in Fahrzeugbreitenrichtung inneren Seitenfläche des entsprechenden der vorderen Seitenelemente(20, 21) so angeordnet ist, dass die Erstreckungsrichtung die Fahrzeuglängsrichtung ist und die oberen Abschnitte in Fahrzeugbreitenrichtung nach innen weisen.