JP2012076540A - 車両用補機搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】前面衝突時に衝突エネルギーの一部を吸収することができると共に損傷から保護すべき補機については保護することができる車両用補機搭載構造を提供する。
【解決手段】車両前部１０内に車両幅方向に沿って配置されるクロス部材２６には、充電器３６及びＰＣＵ３８が上下二段に配置されている。充電器３６の前端３６ＡはＰＣＵ３８の前端３８Ａよりも車両前方側に位置されている。さらに、充電器３６からはフランジ４２が水平に延出されており、ＰＣＵ３８からはＰＣＵ取付ブラケット４８の脚部５２が垂下されている。フランジ４２及び脚部５２は取付ボルト５６でクロス部材２６に共締めされている。衝突荷重が入力されるとフランジ４２がせん断方向に破断し、充電器３６が後退するが、ＰＣＵ取付ブラケット４８は破断しない。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用補機搭載構造に関する。

下記特許文献１には、エンジンルームに設けられたパワー制御ユニット（以下、単に「ＰＣＵ」と称す。）を前面衝突時の衝撃から保護するための構造が開示されている。簡単に説明すると、ＰＣＵはインバータトレイ上に載置され、この状態で離脱可能にインバータトレイに取り付けられている。また、このインバータトレイには、ガイド部が設けられている。前面衝突時、ＰＣＵに衝突荷重が入力されると、ＰＣＵはインバータトレイのガイド部によって所定方向へガイドされながら車両後方側へと移動する。これにより、ＰＣＵとエンジンマウントとの衝突を回避し、ＰＣＵを適切に保護するようになっている。

特開２０１０−１７３５６７号公報

しかしながら、上記先行技術による場合、以下に説明する課題がある。すなわち、ＰＣＵには高圧ケーブルが接続されている。このため、ＰＣＵが車両後方側へ移動する際に、ＰＣＵによって高圧ケーブルが破損することが考えられる。従って、上記先行技術は、この点において改善の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、前面衝突時に衝突エネルギーの一部を吸収することができると共に損傷から保護すべき補機については保護することができる車両用補機搭載構造を得ることが目的である。

請求項１記載の本発明に係る車両用補機搭載構造は、車両前部に配置された車両骨格部材に第１の取付部を介して取り付けられた第１の補機と、前記車両骨格部材に第２の取付部を介して取り付けられた第２の補機と、を有する車両に適用され、前記第１の補機の前端は前記第２の補機の前端より車両前方側に位置されており、更に前面衝突時の衝突荷重が当該第１の補機の前端に入力されることにより前記第２の取付部は破断することなく第１の取付部が破断する。

請求項２記載の本発明に係る車両用補機搭載構造は、請求項１記載の発明において、前記第１の補機の車両上方側に前記第２の補機が配置されており、前記第１の取付部は前記第２の取付部よりも基端部から取付点までの長さが短く設定されている、ことを特徴としている。

請求項３記載の本発明に係る車両用補機搭載構造は、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記第１の取付部は、前記第１の補機の外郭を形成しているハウジングに一体に形成されていると共に、前記衝突荷重が入力されるとせん断方向に当該衝突荷重を受けて破断する、ことを特徴としている。

請求項１記載の本発明によれば、第１の補機は、車両前部に配置された車両骨格部材に第１の取付部を介して取り付けられている。第２の補機も、この車両骨格部材に第２の取付部を介して取り付けられている。そして、本発明では、第１の補機の前端が第２の補機の前端よりも車両前方側に位置されている。

このような車両が前面衝突すると、その際の衝突荷重は、より車両前方側に位置する第１の補機の前端に入力される。本発明では、第１の補機の前端に衝突荷重が入力されると、当該衝突荷重が直接入力される第１の取付部は破断するものの、第２の取付部は破断しない。このため、第１の補機は荷重入力方向である車両後方側へ移動するが、第２の補機は車両骨格部材への取付状態が維持される。従って、第１の補機は他の部品に干渉して損傷を受けると思われるが、第２の補機は損傷を殆ど受けずに済む。よって、例えば高圧ケーブルが接続されて高圧電流が流れるＰＣＵについては第２の補機として車両骨格部材に取り付け、低圧ケーブルが接続されて低圧電流しか流れないため損傷しても差し支えない例えば充電器については第１の補機として車両骨格部材に取り付けるようにすればよい。

また、上記の通り、第１の取付部が破断する過程や第１の補機が車両後方側へ移動して他の部品に干渉して変形する過程で、衝突エネルギーの一部が吸収されるので、エネルギー吸収性能も確保される。

請求項２記載の本発明によれば、第１の補機の車両上方側に第２の補機が配置されているので、補機の搭載スペースが限られている場合にも第１の補機及び第２の補機の両方を納めることができる。

また、第１の取付部は第２の取付部よりも基端部から取付点までの長さが短いので、第１の取付部が破断すると第１の補機は第２の補機を残したまま荷重入力方向である車両後方側へスライドするように移動していく。このように第１の取付部と第２の取付部との基端部から取付点までの長さを決めることで、第１の補機の移動軌跡（ひいては第１の補機が移動した後の第２の補機の移動軌跡）をコントロールすることができる。

請求項３記載の本発明によれば、前面衝突時の衝突荷重が第１の補機の前端から入力されると、第１の補機のハウジングに一体に形成された第１の取付部に衝突荷重が伝達される。これにより、第１の取付部はせん断方向に当該衝突荷重を受けて破断する。従って、第１の取付部が曲げ変形して破断する場合に比べてエネルギー吸収量が増加する。

以上説明したように、請求項１記載の本発明に係る車両用補機搭載構造は、前面衝突時に衝突エネルギーの一部を吸収することができると共に損傷から保護すべき補機については保護することができるという優れた効果を有する。

請求項２記載の本発明に係る車両用補機搭載構造は、補機の搭載スペースが狭い場合にも複数の補機を効率よく収納することができると共に、車両前部のスペース内での補機の移動軌跡を制御してエネルギー吸収性能の確保と損傷から保護すべき補機に対する保護性能の確保の両立を図ることができるという優れた効果を有する。

請求項３記載の本発明に係る車両用補機搭載構造は、エネルギー吸収性能を高めることができるという優れた効果を有する。

第１実施形態に係る車両用補機搭載構造を示す車両前部の側断面図である。 （Ａ）は前面衝突前の補機の組付状態を示す正面図であり、（Ｂ）は前面衝突後の補機の状態を示す正面図である。 前面衝突後の補機及び車体の状態を示す車両前部の側断面図である。 前面衝突した際に充電器のフランジが破断した状態を示す斜視図である。 第１実施形態に係る車両用補機搭載構造が適用された場合のＦ−Ｓ線図である。 第２実施形態に係る車両用補機搭載構造を示す図１に対応する側断面図である。 第３実施形態に係る車両用補機搭載構造を示す図２（Ａ）に対応する側断面図である。

〔第１実施形態〕
以下、図１〜図５を用いて、本発明に係る車両用補機搭載構造の第１実施形態について説明する。なお、これらの図において適宜示される矢印ＦＲは車両前方側を示しており、矢印ＵＰは車両上方側を示しており、矢印ＩＮは車両幅方向内側を示している。

図１には、本実施形態に係る車両用補機搭載構造が適用された車両前部の側断面図が示されている。なお、図１は、車両前部を車両幅方向の中央（センタ）で切断した状態を車両側方から見て示している。また、図２（Ａ）には、衝突前の状態における車両用補機搭載構造の正面図が示されている。

これらの図に示されるように、車両前部１０の両サイドには、車両骨格部材としての左右一対のフロントサイドメンバ１２が配設されている。フロントサイドメンバ１２の断面形状は矩形状とされている。また、フロントサイドメンバ１２は車両前後方向を長手方向として延在されている。さらに、各フロントサイドメンバ１２の前端部には、矩形の筒形状に形成されたクラッシュボックス１４が同軸上に接合されている。クラッシュボックス１４は、軸方向荷重を受けると圧縮塑性変形してエネルギー吸収するようになっている。なお、側面視で見た場合、クラッシュボックス１４の後端部付近にラジエータコンデンサ１６が配設されている。

上記左右のクラッシュボックス１４の前端部は、車両前端部に車両幅方向に沿って配設されたフロントバンパリインフォースメント１８に接合されている。フロントバンパリインフォースメント１８は、フロントバンパ２０の車両骨格部材を構成する部材であり、閉断面構造とされている。また、フロントバンパリインフォースメント１８は、平面視では中央部が両端部よりも車両前方側に膨らんだ湾曲形状を成している。フロントバンパ２０は、意匠面を構成するフロントバンパカバー２２と、このフロントバンパカバー２２とフロントバンパリインフォースメント１８との間に介在されてバンパ緩衝部材として機能するフロントバンパアブソーバ２４と、を主要部として構成されている。

上述した左右のフロントサイドメンバ１２の長手方向の中間部同士は、車両幅方向に沿って設けられたクロス部材２６によって車両幅方向に連結されている。クロス部材２６は、縦断面形状が略コ字状とされたアッパクロスメンバ２８と、縦断面形状が略凸字状とされたロアクロスメンバ３０と、の二部材によって構成されている。アッパクロスメンバ２８の内側にロアクロスメンバ３０が車両下方側から被嵌されて、ロアクロスメンバ３０の頂部と前後端部の各位置でスポット溶接されることにより、クロス部材２６は閉断面構造に構成されている。

図２（Ａ）に示されるように、上述したアッパクロスメンバ２８の頂壁部２８Ａの長手方向の中間部には、前後左右の合計４箇所に車両上方側へ膨出するボス部３２が一体に形成されている。各ボス部３２の中央部には図示しないボルト挿通孔が形成されており、更にその裏面にはウエルドナット３４が予め溶着されている。そして、これらのボス部３２に、第１の補機としての充電器３６と第２の補機としてのＰＣＵ３８が取り付けられており、以下に詳細に説明する。

充電器３６は扁平な略直方体形状を成している。また、充電器３６の外郭は、アルミニウム製（アルミニウム合金製でもよいし、純アルミニウム製でもよい。）のハウジング４０によって構成されている。このハウジング４０の両側部４０Ａには、それぞれ前後二箇所ずつに第１の取付部としてのフランジ４２が一体かつ水平に張り出されている。フランジ４２は矩形平板状に形成されており、中央部には図示しないボルト挿通孔が形成されている。これら合計４枚のフランジ４２が形成された位置は、前述したボス部３２に重なる位置とされている。なお、ハウジング４０及びフランジ４２の材質は、必ずしもアルミニウム製でなくてもよく、硬質樹脂材製でもよい。

上述した充電器３６の車両上方側には、略直方体形状のＰＣＵ３８が配置されている。ＰＣＵ３８は前後方向の長さが充電器３６より短く、高さが充電器３６より高いサイズとなっている。ＰＣＵ３８には高圧ケーブル４４が接続されており、高圧電流が流れるようになっている。なお、上述した充電器３６にもケーブル４６が接続されているが、高圧電流が流れることはない。

上記ＰＣＵ３８は、第２の取付部としての鉄製のＰＣＵ取付ブラケット４８によってクロス部材２６のボス部３２に固定されている。ＰＣＵ取付ブラケット４８は、平面視でコ字状に形成された支持部材５０と、この支持部材５０の各側部の前後二箇所からそれぞれ垂下された合計４本（左右２本ずつ）の脚部５２と、によって構成されている。支持部材５０はＰＣＵ３８の外周部に配置されており、ＰＣＵ３８の外郭を構成するハウジング５４の外周部に固定されている。また、図２（Ａ）に示されるように、脚部５２は正面視でＬ字状に形成されている。脚部５２の上端部は支持部材５０に固定されている。また、脚部５２の下端部には図示しないボルト挿通孔が形成されている。脚部５２の下端部は、前述した充電器３６のフランジ４２に重ねられて、取付ボルト５６がウエルドナット３４に螺合されることにより、フランジ４２と共締めされている。充電器３６の基端部からボルト締結点（取付点）までの長さ（即ち、フランジ４２の根元からボルト締結点までの長さ）Ｌ１は、ＰＣＵ取付ブラケット４８の上端部（第２の取付部の基端部）からボルト締結点までの長さＬ２よりも短く設定されている。なお、取付ボルト５６及びウエルドナット３４は、広義には締結具、取付具として把握される要素である。

また、上記の如くして充電器３６とＰＣＵ３８とがクロス部材２６に固定された状態では、充電器３６の前端３６Ａの方がＰＣＵ３８の前端３８Ａよりも車両前方側に位置されている。

（本実施形態の作用・効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果を説明する。
衝突前の状態では、充電器３６はフランジ４２を介して、又ＰＣＵ３８はＰＣＵ取付ブラケット４８を介してそれぞれクロス部材２６に締結固定されている。この状態では、充電器３６の前端３６Ａの方がＰＣＵ３８の前端３８Ａよりも車両前方側に位置されている。

この状態から図３に示されるようにバリア（衝突体）５８に前面衝突すると、その際の衝突荷重はフロントバンパリインフォースメント１８から左右のクラッシュボックス１４に入力される。このため、左右のクラッシュボックス１４は軸方向に圧縮されて塑性変形し、エネルギー吸収する。そして更に、左右のフロントサイドメンバ１２の前部が軸方向に圧縮されて塑性変形することによりエネルギー吸収する。この過程で、バリア５８は、より車両前方側に位置された充電器３６の前端３６Ａに当接し、これを車両後方側へ押圧する。その結果、図２（Ａ）、図３及び図４に示されるように、充電器３６から水平方向に張り出された合計４枚のフランジ４２がその根元付近から破断される。

より具体的には、充電器３６のハウジング４０の側部から一体に形成されると共に水平に張り出されたフランジ４２は、充電器３６のハウジング４０との結合面積が小さい。このため、フランジ４２は最弱部（脆弱部）となる。従って、衝突荷重（バリア５８が充電器３６の前端３６Ａを車両後方側へ押したときの荷重）が充電器３６に入力されると、フランジ４２はその根元付近で破断される。その結果、充電器３６は車両後方側へスライドするように移動される。

一方、図２（Ｂ）に示されるように、フランジ４２が破断しても、締結部に損傷はない。従って、ＰＣＵ取付ブラケット４８は破断せず、ＰＣＵ３８は損傷を受けない。仮に、バリア５８がＰＣＵ３８の前端位置を多少超えて侵入してきた場合には、ＰＣＵ３８の前端３８Ａが車両後方側へ多少押圧される。しかし、ＰＣＵ取付ブラケット４８が（破断することなく）車両後方側へ曲げ変形することで、ＰＣＵ３８は車両後方側へ退避される。これにより、ＰＣＵ３８のクロス部材２６への取付状態が維持される。従って、充電器３６は他の部品に干渉して損傷を受けると思われるが、ＰＣＵ３８は損傷を殆ど受けずに済む。よって、高圧ケーブル４４が断線することもない。

また、上記の通り、充電器３６のフランジ４２が破断する過程や充電器３６が車両後方側へ移動して他の部品に干渉してハウジング４０等が変形する過程で、衝突エネルギーの一部が吸収されるので、エネルギー吸収性能も確保される。

その結果、本実施形態によれば、前面衝突時に衝突エネルギーの一部を吸収することができると共に損傷から保護すべき補機（ＰＣＵ３８）については保護することができる。つまり、本実施形態によれば、前面衝突時に損傷してもよい充電器３６等についてはフランジ４２の破断により或いは自身の変形（圧壊）により積極的にエネルギー吸収させ、損傷しない方がよい部品であるＰＣＵ３８等については車両骨格部材（クロス部材２６）への取付状態を維持して損傷を受けないようにすることができる。

図５には、本実施形態に係る車両用補機搭載構造を適用した場合とそうでない場合とでエネルギー吸収性能を比較したグラフがＦ−Ｓ線図として示されている。なお、縦軸にはバリア５８で検出された荷重（力）の大きさを採っており、横軸には車両ストロークを採っている。細い実線グラフＡがベースとしたエンジン車の場合のＦ−Ｓ特性を表している。太い実線グラフＢがエンジン車をベースとして電気自動車を設計しかつ本実施形態に係る車両用補機搭載構造が適用されていない場合のＦ−Ｓ特性の予測を表している。なお、エンジン車をベースにして電気自動車を設計した場合、エンジン車に比べて車両重量が増加する。このため、車両ストロークがＸ１だけ増加すると予測している。

これに対し、破線グラフＣが、本実施形態に係る車両用補機搭載構造を適用した場合のＦ−Ｓ特性である。ａ点が一次ピークである。この一次ピークはクラッシュボックス１４の潰れ始めのときに現れている。その後、クラッシュボックス１４によるエネルギー吸収過程に入り、ｂ点でラジエータコンデンサ１６とユニットが当たり始める。そして、ｃ点でラジエータコンデンサ１６が圧壊し、充電器３６がクロス部材２６と共に後退し始める。そして、ｄ点で二次ピークを迎え、充電器３６のフランジ４２が圧壊する。このときの斜線部Ｓが充電器３６のフランジ４２がせん断荷重を受けて圧壊したときのエネルギー吸収量であり、フランジ４２のせん断破壊がエネルギー吸収量の増加に効いている。また、予測（見積もり）時の設定速度に対し、実際の評価速度はこれを若干上回っていたが、車両ストロークはＸ１より僅かに長いＸ２となり、僅かな車両ストローク増に抑えることができた。つまり、重量増加分に対し、充分なエネルギー吸収性能が発揮された結果、車両ストロークは充分に抑えられた。車両ストロークが抑えられると、ボディーの変形がそれだけ少なくなるので、ＰＣＵ３８に与える影響も少なくなることを意味する。

また、本実施形態では、充電器３６の車両上方側にＰＣＵ３８が配置されているので、補機の搭載スペースが限られている場合にも充電器３６とＰＣＵ３８の両方を納めることができる。特にエンジン車ベースで電気自動車を開発する場合には、ボディー構造が電気自動車用ではないため、補機の搭載スペースが限られることが多く、このような場合には本実施形態に係る車両用補機搭載構造が奏効する。

さらに、充電器３６を固定するためのフランジ４２はＰＣＵ３８を取り付けるためのＰＣＵ取付ブラケット４８よりも基端部から取付点であるボルト締結点までの長さが短い（Ｌ１＜Ｌ２）ので、フランジ４２が破断すると充電器３６はＰＣＵ３８を残したまま荷重入力方向である車両後方側へスライドするように移動していく。このようにフランジ４２とＰＣＵ取付ブラケット４８との基端部からボルト締結点までの長さを決めることで、充電器３６の移動軌跡（ひいては充電器３６が移動した後のＰＣＵ３８の移動軌跡）をコントロールすることができる。

その結果、本実施形態によれば、補機の搭載スペースが狭い場合にも複数の補機を効率よく収納することができると共に、車両前部１０のスペース内での補機の移動軌跡を制御してエネルギー吸収性能の確保と損傷から保護すべき補機に対する保護性能の確保の両立を図ることができる。

また、前面衝突時の衝突荷重が充電器３６の前端３６Ａから入力されると、充電器３６のハウジング４０に一体に形成されたフランジ４２に衝突荷重が伝達される。これにより、フランジ４２はせん断方向に当該衝突荷重を受けて破断する。従って、フランジ４２が曲げ変形して破断する場合に比べてエネルギー吸収量が増加する。その結果、本実施形態によれば、エネルギー吸収性能を高めることができる。

〔第２実施形態〕
以下、図６を用いて、本発明に係る車両用補機搭載構造の第２実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図６に示されるように、この第２実施形態では、充電器３６とＰＣＵ３８の上下の配置関係を逆にしている。従って、上段側に配置された充電器３６の前端３６Ａが下段側に配置されたＰＣＵ３８の前端３８Ａよりも車両前方側に位置されている。また、ＰＣＵ３８側にフランジ４２と同様の舌片状のフランジ７０を設けると共に、充電器３６側にＰＣＵ取付ブラケット４８と同様構造の充電器取付ブラケット７２を設けている。

（作用・効果）
上記構成によれば、前面衝突時、バリア５８には上段側に配置された充電器３６の前端３６Ａが最初に当接する。このため、充電器３６は充電器取付ブラケット７２のボルト締結点を支点として車両後方側へ回転するようにして（換言すれば、倒れ込むようにして）変位する。このとき、充電器取付ブラケット７２が曲げ変形するので、その過程でエネルギー吸収がなされる。また、上下の配置関係が替わっても、充電器３６の前端３６Ａが先にバリア５８に当接することに変わりはないので、ＰＣＵ３８の保護性能は得られる。従って、本実施形態においても、前述した第１実施形態と同様の作用並びに効果が得られる。但し、エネルギー吸収性能については、せん断変形ではなく、充電器取付ブラケット７２の曲げ変形によるものなので低下する。

〔第３実施形態〕
以下、図７を用いて、本発明に係る車両用補機搭載構造の第３実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態等と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図７に示されるように、この第３実施形態では、充電器３６とＰＣＵ３８とを同一の取付点でボルト締結するのではなく、それぞれに取付点を設定している点に特徴がある。具体的には、クロス部材２６の頂壁部２８Ａにおいて、第１実施形態等で説明したボス部３２の内側に追加の一対のボス部８０を設定している。そして、これら追加の内側のボス部８０にＰＣＵ３８のハウジング５４の両側部から水平に張り出されたフランジ８２が取付ボルト８４及びウエルドナット８６で締結固定されている。また、外側のボス部３２に、充電器取付ブラケット７２の下端部を取付ボルト５６及びウエルドナット３４で締結固定している。

（作用・効果）
上記構成によっても、前述した第１実施形態、第２実施形態と同様の作用効果が得られる。さらに、上記構成によれば、ＰＣＵ３８の取付点と充電器３６の取付点とが別個独立に設定されており、ＰＣＵ３８の取付点の方が充電器３６の取付点よりも車両幅方向内側にずれているので、第２実施形態の場合に比べて、フランジ８２を短くすることができる。従って、その分、軽量化を図ることができる。

〔上記実施形態の補足説明〕
上述した実施形態では、第１の補機として充電器３６を挙げたが、前面衝突時に破損しても差し支えなく、むしろエネルギー吸収に利用できるものとしては、エアコンのコンプレッサ等があり、これらを第１の補機としてもよい。また、第２の補機としてＰＣＵ３８を挙げたが、前面衝突時に破損させない方が好ましいものとしては、インバータやコンバータ等があり、これらを第２の補機としてもよい。

また、上述した実施形態では、本発明に係る車両用補機搭載構造を電気自動車に適用した場合を想定して説明したが、これに限らず、ハイブリッド車等にも適用可能である。

１０ 車両前部
２６ クロス部材（車両骨格部材）
３４ ウエルドナット（取付点）
３６ 充電器（第１の補機）
３６Ａ 前端
３８ ＰＣＵ（第２の補機）
３８Ａ 前端
４０ ハウジング
４２ フランジ（第１の取付部）
４８ ＰＣＵ取付ブラケット（第２の取付部）
５６ 取付ボルト（取付点）
７０ フランジ（第１の取付部）
７２ 充電器取付ブラケット〔第２の取付部（第２実施形態）、第１の取付部
（第３実施形態）〕
８２ フランジ（第２の取付部）
８４ 取付ボルト（取付点）
８６ ウエルドナット（取付点）

Claims (3)

1. 車両前部に配置された車両骨格部材に第１の取付部を介して取り付けられた第１の補機と、
   前記車両骨格部材に第２の取付部を介して取り付けられた第２の補機と、
   を有する車両に適用され、
   前記第１の補機の前端は前記第２の補機の前端より車両前方側に位置されており、更に前面衝突時の衝突荷重が当該第１の補機の前端に入力されることにより前記第２の取付部は破断することなく第１の取付部が破断する、
   車両用補機搭載構造。
2. 前記第１の補機の車両上方側に前記第２の補機が配置されており、前記第１の取付部は前記第２の取付部よりも基端部から取付点までの長さが短く設定されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の車両用補機搭載構造。
3. 前記第１の取付部は、前記第１の補機の外郭を形成しているハウジングに一体に形成されていると共に、前記衝突荷重が入力されるとせん断方向に当該衝突荷重を受けて破断する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両用補機搭載構造。