JP2012201284A

JP2012201284A - 電気自動車の衝撃吸収フロア構造

Info

Publication number: JP2012201284A
Application number: JP2011069174A
Authority: JP
Inventors: Takashi Komatsu; 隆小松
Original assignee: SIM-DRIVE CORP
Current assignee: SIM-DRIVE CORP
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-10-22

Abstract

【課題】
別途のバンパー機構を不要としつつ衝撃吸収能力に優れた車体の衝撃吸収構造を提供する。
【解決手段】
長手方向に直交する方向の断面がコ字断面を有し且つ下面に開口部１０２ａが形成される長尺体であって、その長手方向が車体の前後方向となるように前輪の車軸中心位置以前から後輪の車軸中心位置以後にまで延在して配置した鋼板製の１本のメインフレーム１０２内にバッテリー１４０を収容可能とすると共に、メインフレーム１０２の幅Ｗ１を車幅全体Ｗ２の少なくとも２５％以上とし、且つ、当該メインフレーム１０２を前輪よりも前方にまで延在させることによりメインフレーム１０２自体で正面衝突時の衝撃を吸収する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電気自動車の技術分野に関し、特に車体の衝撃吸収構造に関するものである。

電気自動車は、その動力源として大量のバッテリー（蓄電池）を装備する必要があり、その収納場所はボンネット内、トランク内、床下など様々な工夫がなされてきた。しかしながら多くの電気自動車は、従来からのガソリンエンジンを駆動源とする車両に用いられていたシャシを前提にバッテリーの設置場所を確保しているので、室内空間が犠牲になったり、重量物たるバッテリーの搭載位置が高くなり車両の走行安定性を害したり、そもそも充分量のバッテリーの搭載が困難であるなど、様々な問題が存在していた。

そのような中、特許文献１に示されているように、当初から電気自動車のシャシとして設計され上記問題を改善せんとする技術も存在する。特許文献１に記載の技術は、アルミ材を押出成型した中空部材を複数本組み合わせて車体のフロアを構成し、これら中空部材の中空部内にバッテリーを収納するのである。また、衝突時の衝撃を吸収するために、このアルミ押出材で構成されたフロアの先端に衝撃を吸収するためのバンパー構造が取り付けられている。

特開平８−１８８０９６号公報

しかしながら、上記の技術のように、別途フロアの先端にバンパー機構を設けるといった構造では不可避的にオーバーハングが長くなり、取り回しが悪くなる。また旋回時などに遠心力が働きやすくなり、運動性能を害する場合もある。更に、車両の全長を一定とすれば、バンパー機構の存在により、居住空間が狭くなるという問題もある。当然コスト高となる問題もある。

そこで本発明は、これらの問題点を解決するべくなされた発明であり、別途のバンパー機構を不要としつつ衝撃吸収能力に優れた車体の衝撃吸収構造を提供するものである。

上記課題を解決するべく本願発明は、長手方向に直交する方向の断面がコ字断面を有し且つ下面に開口部が形成される長尺体であって、その長手方向が車体の前後方向となるように前輪の車軸中心位置以前から後輪の車軸中心位置以後にまで延在して配置した鋼板製の１本のメインフレーム内にバッテリーを収容可能とすると共に、前記メインフレームの幅を車幅全体の少なくとも２５％以上とし、且つ、当該メインフレームを前輪よりも前方にまで延在させることにより該メインフレーム自体で正面衝突時の衝撃を吸収することを特徴とする。

また、見方を変えると、長手方向に直交する方向の断面がコ字断面を有し且つ下面に開口部が形成される長尺体であって、その長手方向が車体の前後方向となるように前輪の車軸中心位置以前から後輪の車軸中心位置以後にまで延在して配置した鋼板製の１本のメインフレーム内にバッテリーを収容可能とすると共に、前記メインフレームは、車体の両側からそれぞれ車幅全体の４０％分幅方向内側位置にまで架かるように幅広に構成されていることを特徴とする。

要するに、メインフレームを前輪よりも更に前方にまで延在させると共に、延ばしたメインフレームの先端から一定の範囲にはバッテリーを収容しないことにより、メインフレーム自体の変形で衝撃を積極的に吸収せんとするものである。本発明ではメインフレームが「コの字断面」を有する鋼板製であるため、メインフレーム自体の強度が高く、効率的に衝撃を吸収することができる、また同時に、メインフレームの幅は車幅全体の２５％以上となる大きさとされているので、大きな衝撃であってもメインフレームの変形により受け止めることができる。その結果、別途のバンパー機構を設ける必要が無く、更に大きな断面空間を有するメインフレームで効果的に衝撃を吸収できるので、短いオーバーハングを実現できる。即ち、取り回しに優れると共に広い居住空間を実現することができる。

また、メインフレームは、車体の両側からそれぞれ車幅全体の４０％分幅方向内側位置にまで架かるように幅広に構成されているので、オフセット衝突時においてもメインフレームで有効に衝撃を受け止めることが可能となる。

また、前記メインフレームは、断面視、コ字断面の下端から内側に突起したクランク部を有することを特徴とする。

このようにすれば、メインフレーム自体の剛性を上げることができると共に、衝撃吸収能力を向上させることができる。

また、前記開口部は、板状部材で閉塞されていることを特徴とする。

このようにすれば、メインフレームが所謂「ボックス構造」となるので、より剛性を確保でき、更に衝撃吸収能力も向上する。

また、前記メインフレームの途中には、当該メインフレームの先端位置より高い位置にまで延在する補助フレームが固定され、当該補助フレームの先端にバンパービームが固定されることを特徴とする。

このような構成を採用することで、衝突時の車両の安定性を確保することができる、即ち、本発明に係るフロア構造は、メインフレーム位置が低い位置に存在し且つその強度が非常に高いため、（メインフレームのみで衝撃を受け止めると）衝突時にともすると車両全体が前のめりになる可能性がある。そこでメインフレームよりも高い位置に補助フレームを延在させておくことによって、衝突時に車両全体が前のめりになる等の不安定さを取り除くことができる。更に、所望の高さ位置からの衝撃をメインフレームに伝達して吸収することが可能となると共に、衝撃を受ける高さ位置を国際規格等のバンパー衝突要件に合わせることが可能となる。

また、前記メインフレームの前端から所定分だけ奥まった位置にバッテリーを収容することを特徴とする。

このようにすれば、万が一衝突等が発生した場合も変形するのはメインフレームの先端付近部分（即ちバッテリーが収容されていない部分）であるから、バッテリーの損傷を防止することができる。

本発明を適用することで、別途のバンパー機構を設ける必要が無く、更に大きな断面空間を有するメインフレームで効果的に衝撃を吸収できるので、短いオーバーハングを実現できる。即ち、取り回しに優れると共に広い居住空間を実現することができる。

本発明に係るフロア構造の斜視図である。本発明に係るフロア構造の車幅方向に沿う断面図である。上部パネル部材の取り付け例を示した斜視図である。前輪車軸付近のフロア構造を示した概略側面図である。メインフレームと補助フレームの位置関係を示した図（正面視）である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について説明を加える。なお、図面理解容易の為、各部の大きさや寸法を誇張して表現している部分があり、実際の製品と必ずしも一致しない部分があることを付記しておく。また各図面は符号の向きに見るものとし、当該向きを基本に上下左右、手前、奥と表現する。

〈衝撃吸収フロア構造の構成〉
図１及び図２に示しているように、衝撃吸収フロア構造１は、下面に開口部１０２ａが形成されるコ字断面（長手方向と直交する方向の断面）を有する長尺体であって、その長手方向が車体の前後方向となるように前輪の車軸中心位置Ｌ１以前から後輪の車軸中心位置Ｌ２以後にまで延在して配置された１本のメインフレーム１０２と、このメインフレーム１０２の側面から車体の幅方向両側にそれぞれ延在するように固定された３本ずつ（計６本）のサブフレーム１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４と、メインフレーム１０２と略平行に配置されサブフレーム１０４、１０８、１１２の先端同士を連結するサイドフレーム１１６、及び、サブフレーム１０６、１１０、１１４の先端同士を連結するサイドフレーム１１８と、開口部１０２ａ、並びに、メインフレーム１０２とサブフレーム１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４及びサイドフレーム１１６、１１８で囲まれた空間Ｓ２（以下単に「コンポーネント収容空間」という。）に対して下面側から蓋をする下部パネル部材１２０と、コンポーネント収容空間Ｓ２に対して上面側から蓋をする上部パネル部材１２２、１２４と、を備え、メインフレーム１０２、サブフレーム１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、サイドフレーム１１６、１１８及び下部パネル部材１２０は溶接して固定されると共に、上部パネル部材１２２、１２４は着脱自在に取り付けられ、メインフレーム１０２内にバッテリー１４０を収容可能とすると共に、コンポーネント収容空間Ｓ２内に各種制御装置等のコンポーネント１３０を収容可能としている。なお、当該フロア構造１の上側にはアッパーボディー１６０が溶接固定される（図２参照）。

メインフレーム１０２は、１枚のスチール鋼板（本実施形態においては厚さ１．６ｍｍ）を折曲げ形成されている。折曲げた結果の形状は、断面視すると、所謂「コの字」の断面（上面と両側面に相当する）を有し、当該コ字断面の両方の下端部分からそれぞれ内側にクランク部１０２ｂが設けられている。またクランク部１０２ｂには外方向（幅方向外側）に向かってフランジ部１０２ｃが形成される（図２参照）。その結果、メインフレーム１０２下面が開口部１０２ａとして開口している。またメインフレーム１０２の幅Ｗ１は、車両全体の幅Ｗ２に対して２５％以上となるように構成されている。更にメインフレーム１０２は前輪１５０よりも前方（前輪１５０よりも正面側に突出した位置）にまで延在するように構成されている（図４参照）。

また見方を変えると、このメインフレーム１０２は、車体の両側からそれぞれ車幅全体Ｗ２の４０％分幅方向内側位置Ｐ１、Ｐ２にまで架かるように幅広に構成されている。即ち、メインフレーム１０２は少なくともＰ１からＰ２の位置よりも幅広となるように構成されている。

このメインフレーム１０２は、車両の前輪軸中心位置Ｌ１よりも前から後輪軸中心位置Ｌ２よりも後まで伸びている。前輪軸中心位置Ｌ１よりも少し後方の位置には、当該メインフレーム１０２の側面から左右にサブフレーム１０４、１０６が溶接して取り付けられている。更にその後方に所定の間隔を空けてサブフレーム１０８、１１０が溶接して取り付けられている。更にその後方に所定の間隔を空けてサブフレーム１１２、１１４が溶接して取り付けられている。なお、これらのサブフレーム１０４〜１１４は全てメインフレーム１０２と略高さが揃う大きさに調整されている。

また、左右側それぞれのサブフレームの先端はサイドフレーム１１６、１１８が溶接固定されている。即ち、車両の進行方向に向かって左側に伸びているサブフレーム１０４、１０８、１１２の先端には、メインフレーム１０２と略平行に左側サイドフレーム１１６が溶接固定されている。同様に、車両の進行方向に向かって右側に伸びているサブフレーム１０６、１１０、１１４の先端にはメインフレーム１０２と略平行に右側サイドフレーム１１８が溶接固定されている。またこれらのサイドフレーム１１６、１１８はいずれもメインフレーム１０２と略高さが揃う大きさに調整されている。なお、これらメインフレーム１０２、サブフレーム１０４〜１１４及びサイドフレーム１１６、１１８で囲まれた空間（コンポーネント収納空間）Ｓ２に制御機器等のコンポーネント１３０が配置される。

また、コンポーネント収納空間Ｓ２及びメインフレーム１０２下面の開口部１０２ａを下側から蓋をするように下側パネル部材１２０が取り付けられている。この下部パネル部材１２０は一枚のフラットな形状とされており、メインフレーム１０２のフランジ部１０２ｃ、各サブフレーム１０４〜１１４及びサイドフレームに溶接して固定されている。

メインフレーム１０２の後端付近には、左右方向にリヤサブフレーム１２６、１２８が固定されると共に、当該リヤサブフレーム１２６、１２８とメインフレームに跨がるようにリヤアンダーパネル１３２が設けられている。

メインフレーム１０２の内部空間（メインフレーム１０２と下部パネル部材１２０で囲まれた空間）Ｓ１には、電気自動車の駆動源となるバッテリー１４０が必要量収容される。バッテリー１４０の出し入れはメインフレーム１０２の前端（若しくは後端）から行われる。バッテリー１４０はトレイ１４２上に載置されていて、更に当該トレイ１４２は両クランク部１０２ｂに跨がるように前後方向にスライド可能（例えばコロ構造などにより）に架設されている。その結果、バッテリー１４０は下部パネル部材１２０との間に一定の隙間Ｇ１を介して配置されることとなる。また、メインフレーム１０２内に収容されるバッテリー１４０は、メインフレーム１０２の前端及び後端から一定程度奥まった位置に配置固定される。即ち、全面若しくは後面衝突の際、設けられた空洞部分（バッテリーが収容されていない部分）のメインフレーム１０２自体が変形することによって効果的に衝突エネルギーを吸収することができるので、車両の衝突安全性向上を図ることができる。

また、コンポーネント収納空間Ｓ２の上面には、２枚の上部パネル部材１２２、１２４がボルト１７０により締結固定されている。

また、メインフレーム１０２の前輪車軸位置Ｌ１付近には、前方に向かって２本の補助フレーム１４４ａ、１４４ｂが備わっている。この補助フレーム１４４ａ、１４４ｂは、メインフレーム１０２から斜め前方に伸びると共に、先端付近は略水平となるように形成されている。更に、メインフレーム１０２からみて幅方向に広がるように形成されていて、フロア構造を正面視するとメインフレーム１０２の先端と、各補助フレーム１１４ａ、１１４ｂの先端は図５に示したような位置関係となる。更にこの補助フレーム１４４ａ、１４４ｂの先端にはバンパービーム１４６が取付けられている。なお本実施形態では、メインフレーム１０２の前端側にのみ補助フレーム１４４ａ、１４４ｂを設けているが、同様に後端側に設けるような構成を採用してもよい。

〈衝撃吸収フロア構造の作用・機能〉
このように、メインフレーム１０２を前輪１５０よりも更に前方にまで延在させると共に、延ばしたメインフレーム１５０の先端から一定の範囲にはバッテリー１４０を収容しないことにより、メインフレーム１０２自体の変形で衝撃を積極的に吸収することができる。本発明ではメインフレーム１０２が「コの字断面」を有する鋼板製であるため、メインフレーム１０２自体の強度が高く、効率的に衝撃を吸収することができる、また同時に、メインフレーム１０２の幅Ｗ１は車全体の幅Ｗ２の２５％以上となる大きさとされているので、大きな衝撃であってもメインフレーム１０２の変形により受け止めることができる。その結果、別途のバンパー機構を設ける必要が無く、更に大きな断面空間を有するメインフレーム１０２で効果的に衝撃を吸収できるので、短いオーバーハングを実現できる。即ち、取り回しに優れると共に広い居住空間を実現することができる。

また、メインフレーム１０２は、車体の両側からそれぞれ車幅全体の４０％分幅方向内側位置Ｐ１、Ｐ２にまで架かるように幅広に構成されているので、オフセット衝突時においてもメインフレーム１０２で有効に衝撃を受け止めることが可能となる。

また、メインフレーム１０２には、断面視、コ字断面の下端から内側に突起したクランク部１０２ｂを有しているので、メインフレーム１０２自体の剛性が高く、衝撃吸収能力に優れている。

また、メインフレーム１０２の開口部１０２は、下部パネル部材１２０で閉塞されているので、メインフレーム１０２が所謂「ボックス構造」となっており、より高い剛性の確保、衝撃吸収能力を備えている。

また、メインフレーム１０２には、当該メインフレーム１０２の先端位置より高い位置にまで延在する補助フレーム１４４ａ、１４４ｂが固定され、当該補助フレーム１４４ａ、１４４ｂの先端にバンパービーム１４６が固定されているので、衝突時の車両の安定性を確保することができる、即ち、本発明に係るフロア構造は、メインフレーム１０２の位置が低い位置に存在し且つその強度が非常に高いため、（メインフレーム１０２のみで衝撃を受け止めると）衝突時にともすると車両全体が前のめりになる可能性がある。そこでメインフレーム１０２よりも高い位置に補助フレーム１４４ａ、144ｂを延在させておくことによって、衝突時に車両全体が前のめりになる等の不安定さを取り除くことができる。更に、所望の高さ位置からの衝撃をメインフレーム１０２に伝達して吸収することが可能となると共に衝撃を受ける高さ位置を国際規格等のバンパー衝突要件に合わせることが可能となる。

また、バッテリー１４０をメインフレーム１０２内に（前後方向に長く）纏めて配置することによって、側面衝突が発生した場合でも、バッテリー１４０を強固に保護することが可能となった。

また、大きな断面空間を有するメインフレーム１０２により正面や背面からの衝突時においても当該メインフレーム１０２自体がその衝撃を吸収できるので、バッテリー１４０の損傷を最小限に抑えることが可能となる。

また、メインフレーム１０２や各サブフレーム１０４〜１１４の長さを変えることでシャシの長さや幅の設計変更等に柔軟に対応することもできる。加えて、コンポーネント収容空間Ｓ２に各種制御機器等のコンポーネント１３０を設置することができるので別途室内やトランクスペースなどを犠牲にすることがない。

またバッテリー１４０と近い位置にこれらコンポーネント１３０を収容できるので短い配線で足りる。更にこのコンポーネント収容空間Ｓ２の上部に蓋をする上部パネル部材１２２、１２４はボルトにより取り外し可能とされているので、コンポーネント１３０のメンテナンスも容易である。

またメインフレーム１０２はスチール鋼板を折曲げて構成しているので、低コストかつ量産性に優れている。またフロア自体が下部パネル部材１２０と上部パネル部材１２２、１２４とを有する所謂「二重構造」に構成されていることからフロア構造自体の剛性が極めて高く、更に衝突時の衝撃を効果的にフロア全体に分散させることも可能となっている。

またバッテリー１４０は全てメインフレーム１０２内に収容されているので、何らかの理由でバッテリー１４０が大きく損傷等した場合でも室内側（フロア上方）への影響（有毒ガスや破片の飛散など）は極めて少なく乗員の安全性を確保することができる。

また、メインフレーム１０２に備わるクランク部１０２ｂに架設されるトレイ１４２を備え、当該トレイ１４２上にバッテリー１４０が載置されている。これにより開口部１０２ａから高さ方向に一定の隙間Ｇ１を有してバッテリー１４０が配置されることになるので、走行時等にフロア下を打撃するような事態（所謂「腹擦り」）が生じて下部パネル部材１２０が凹んだとしても、当該隙間Ｇ１の存在によりバッテリー１４０への直接の損傷を回避することができる。

またトレイ１４２がメインフレーム１０２の長手方向にスライド可能（例えばボールスライダなどのコロ構造を利用してスライド可能）とされているので、バッテリー１４０の出し入れが容易となり、メンテナンス作業等を行いやすい。

また、下部パネル部材１２０がフラットに形成されているため、特に高速走行時などフロア下の空気の乱れを抑えることができ、浮力の発生を未然に抑えることができると共に、空気抵抗の低減による燃費向上、風切り音の低減による静粛性向上を図ることができる。

また、上部パネル部材１２２、１２４がフラットに形成されていて、メインフレーム１０２や各サブフレーム１０４〜１１４更にはサイドフレーム１１６、１１８と略面一となるように配置されているので、段差がなく乗降性に優れた床面を作り出すことができる。また床面がフラットなため座席等の室内設備を自由に配置することもできる。

１…フロア構造
１０２…メインフレーム
１０２ａ…開口部
１０２ｂ…クランク部
１０２ｃ…フランジ部
１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４…サブフレーム
１１６、１１８…サイドフレーム
１２０…下部パネル部材
１２２、１２４…上部パネル部材
１２６、１２８…リヤサイドフレーム
１３０…コンポーネント
１３２…リヤアンダーパネル
１４０…バッテリー
１４２…トレイ
１４４…補助フレーム
１４６…バンパービーム
１５０…タイヤ
１６０…アッパーボディー
Ｌ１…前輪車軸中心位置
Ｌ２…後輪車軸中心位置
Ｓ１…バッテリー収納スペース
Ｓ２…コンポーネント収納スペース

Claims

長手方向に直交する方向の断面がコ字断面を有し且つ下面に開口部が形成される長尺体であって、その長手方向が車体の前後方向となるように前輪の車軸中心位置以前から後輪の車軸中心位置以後にまで延在して配置した鋼板製の１本のメインフレーム内にバッテリーを収容可能とすると共に、
前記メインフレームの幅を車幅全体の少なくとも２５％以上とし、且つ、当該メインフレームを前輪よりも前方にまで延在させることにより該メインフレーム自体で正面衝突時の衝撃を吸収する
ことを特徴とする電気自動車の衝撃吸収フロア構造。
長手方向に直交する方向の断面がコ字断面を有し且つ下面に開口部が形成される長尺体であって、その長手方向が車体の前後方向となるように前輪の車軸中心位置以前から後輪の車軸中心位置以後にまで延在して配置した鋼板製の１本のメインフレーム内にバッテリーを収容可能とすると共に、
前記メインフレームは、車体の両側からそれぞれ車幅全体の４０％分幅方向内側位置にまで架かるように幅広に構成されている
ことを特徴とする電気自動車の衝撃吸収フロア構造。
請求項１または２において、
前記メインフレームは、断面視、コ字断面の下端から内側に突起したクランク部を有する
ことを特徴とする電気自動車の衝撃吸収フロア構造。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記開口部は、板状部材で閉塞されている
ことを特徴とする電気自動車の衝撃吸収フロア構造。
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記メインフレームの途中には、当該メインフレームの先端位置より高い位置にまで延在する補助フレームが固定され、当該補助フレームの先端にバンパービームが固定される
ことを特徴とする電気自動車の衝撃吸収フロア構造。
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記メインフレームの前端から所定分だけ奥まった位置にバッテリーを収容する
ことを特徴とする電気自動車の衝撃吸収フロア構造。