JP2013103588A - 電気自動車の前部車体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電装ユニットと駆動モータを上下方向に近接配置したまま、前方からの衝撃荷重の入力時におけるモータルーム内部品と電装ユニットとの干渉を抑制することのできる電気自動車の前部車体構造を提供する。
【解決手段】一対のサイドフレーム５の付根部側にサブフレーム６を架設し、湾曲部分５ａよりも前方領域にフロントビーム７を架設する。駆動モータ３は、前部側をフロントビーム７に支持させ、後部側をサブフレーム６に支持させる。電装ユニット１１は、ユニットフレーム１２を介してサイドフレーム５に支持させる。電装ユニット１１は、フロントビーム７と駆動モータ３の上方側に設置する。フロントビーム７の上面には水加熱ヒータ１４を設置する。電装ユニット１１のユニットケース１０の底面のうちの、水加熱ヒータ１４の上方位置に、前縁側を切欠くように凹部２３を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、電気自動車の前部車体構造に関するものである。

電気自動車のモータルームでは、車幅方向の両側において、車体前後方向に延出する一対のサイドフレームが設けられ、ＤＣ−ＤＣコンバータ等の電装部品や、車両駆動のための駆動モータが専用のフレーム部材を介して一対のサイドフレームに架設されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の前部車体構造では、一対のサイドフレームの間の下方位置に駆動モータが設置され、駆動モータの上方側に、ＤＣ−ＤＣコンバータが上下方向に大きな離間スペースをもって設置されている。

特開２０１１−２０６２３号公報

ところで、モータルーム内にＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の複数の電装部品を搭載するに際して、これらの電装部品を一つのユニットケース内に集約して収納し、こうして構成された電装ユニットを駆動モータの上方側位置に設置することを現在検討している。
この場合、特許文献１に記載の技術のように、駆動モータの上方側に上下方向に大きな離間スペースをもって電装ユニットを配置すれば、前方からの衝撃荷重の入力時に、駆動モータや、その駆動モータの前方側上部に設置された他のモータルーム内部品が電装ユニットと干渉するのを防止することができる。

しかし、特許文献１に記載の技術のように駆動モータの上方側に上下方向に大きな離間スペースをもって電装ユニットを配置した場合には、電装ユニットと駆動モータを接続する電力ケーブルの長さが不要に長くなるうえ、モータルームの全高が高くなってしまう。

そこでこの発明は、電装ユニットと駆動モータを上下方向に近接配置したまま、前方からの衝撃荷重の入力時におけるモータルーム内部品と電装ユニットとの干渉を抑制することのできる電気自動車の前部車体構造を提供しようとするものである。

この発明に係る電気自動車の前部車体構造では、上記課題を解決するために以下の構成を採用した。
請求項１に係る発明は、複数の電装部品をユニットケース（例えば、実施形態のユニットケース１０）内に収納して成る電装ユニット（例えば、実施形態の電装ユニット１１）と駆動モータ（例えば、実施形態の駆動モータ３）が車室前方のモータルーム（例えば、実施形態のモータルーム４）内に配置される電気自動車の前部車体構造であって、前記モータルームの車幅方向両側には、前記車室の前部下方側から上方に上がって車体前方に延出する一対のサイドフレーム（例えば、実施形態のサイドフレーム５）が設けられ、前記一対のサイドフレームは、前記車室に近接する付根部側に後部側横梁部材（例えば、実施形態のサブフレーム６）が車幅方向に沿って架設されるとともに、前記上方に上がった部分よりも前方側に前部側横梁部材（例えば、実施形態のフロントビーム７）が車幅方向に沿って架設され、前記駆動モータは、後部側が前記後部側横梁部材に支持されるとともに、前部側が前記前部側横梁部材に支持され、前記電装ユニットは、前記駆動モータと前部側横梁部材の上方に位置されるように、当該電装ユニットを保持するユニットフレーム（例えば、実施形態のユニットフレーム１２）を介して前記一対のサイドフレームに固定され、前記前部側横梁部材の上面には、モータルーム内部品（例えば、実施形態の水加熱ヒータ１４）が上方に突出して取り付けられ、前記電装ユニットのユニットケースの底面のうちの、前記モータルーム内部品の上方位置には、前縁側を切欠くように凹部（例えば、実施形態の凹部２３）が設けられていることを特徴とする。
これにより、車両の前方から衝撃荷重が入力され、サイドフレームの上方に上がった部分よりも前部側が後方側に潰れ変形しつつ上方に持ち上がると、前部側横梁部材と後部側横梁部材に支持された駆動モータがサイドフレームの変形挙動に倣って上部後方側に変位するとともに、ユニットフレームに支持された電装ユニットも同様にサイドフレームの変形挙動に倣って上部後方側に変位する。そして、こうして車両前部の変形が進み、電装ユニットが車室側の壁部材等によって上部後方側への変位を規制されると、駆動モータの前部側が電装ユニットの下面に近接する方向に相対変位し、このとき前部側横梁部材の上面に突設されたモータルーム内部品がユニットケースの底面の凹部内に入り込むようになる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る電気自動車の前部車体構造において、前記モータルーム内部品は、車両で用いる温水を作る水加熱ヒータ（例えば、実施形態の水加熱ヒータ１４）であることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、前方からの衝撃荷重の入力時に、サイドフレームの変形挙動に倣って駆動モータと電装ユニットが同様に上部後方側に変位し、その後に電装ユニットの上部後方側への変位が規制された場合にも、前部側梁部材上のモータルーム内部品の上部後方側への変位がユニットケースの底面の凹部によって逃がされるため、電装ユニットと駆動モータを上下方向に近接配置したまま、前方からの衝撃荷重の入力時におけるモータルーム内部品と電装ユニットとの干渉を抑制することができる。したがって、この発明によれば、駆動モータと電装ユニットの間に配線される電力ケーブを短くすることができるとともに、モータルームの高さをより低く設定することができる。

請求項２に係る発明によれば、前方からの衝撃荷重の入力時に水加熱ヒータが電装ユニットと干渉して、水加熱ヒータで扱う温水が電装ユニットに飛散するのを未然に防止することができる。

この発明の一実施形態の電気自動車の図２のＡ−Ａ断面に対応する模式的な断面図である。 この発明の一実施形態の電気自動車のモータルームの模式的な平面図である。 この発明の一実施形態の電気自動車の水加熱ヒータの設置部の平面図である。 この発明の一実施形態の電気自動車の水加熱ヒータの設置部の詳細を示す平面図である。 この発明の一実施形態の電気自動車の図４のＢ部の拡大図である。 この発明の一実施形態の電気自動車の駆動モータの設置部の模式的な側面図である。 この発明の一実施形態の電気自動車の、衝撃荷重の入力時における図２のＡ−Ａ断面に対応する模式的な断面図である。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下で用いる図面において、矢印ＦＲは車両の前方を指し、矢印ＵＰは車両の上方を指すものとする。また、以下の説明においては、特別に断らない限り、前，後や上，下は、車両に対して前，後や上，下を意味するものとする。
図１は、この実施形態に係る電気自動車１の車体前部側の縦断面であり、図２は、電気自動車１の車体前部の平面図である。
この電気自動車１は、車室２の前方に駆動モータ３を収容するモータルーム４が設けられている。モータルーム４には、駆動モータ３の他に図示しない前輪側のサスペンション部品や電装部品、補機類等が収容されている。この実施形態の駆動モータ３は、モータ本体部と減速機構が一体に組み付けられてモータユニットとして構成されている。

モータルーム４の車幅方向両側には、車室２の前部下方側から上方に湾曲して車体前方に延出する一対のサイドフレーム５，５が設けられ、この一対のサイドフレーム５，５の間に駆動モータ３が配置されている。両サイドフレーム５，５の後端部は、図示しないフロアフレームやサイドシル等の車体の前後方向中央のフレーム部材に結合されている。両サイドフレーム５，５の車室２に近接する付根部側には、後部側横梁部材であるサブフレーム６が車幅方向に沿って架設され、両サイドフレーム５，５の湾曲部分５ａよりも前方側には、前部側横梁部材であるフロントビーム７が車幅方向に沿って架設されている。このように両サイドフレーム５，５に架設されたサブフレーム６とフロントビーム７は、車両の上下方向について、フロントビーム７側がサブフレーム６側よりも高い位置に配置されている。

サブフレーム６は、左右両側の前端部と後端部が対応するサイドフレーム５，５の下面の前後に離間した２位置に結合され、その左右両側の前後の結合部間に図示しない前輪のロアアームが揺動可能に支持されるようになっている。また、フロントビーム７は矩形断面の中空フレームによって構成され、両端部が対応するサイドフレーム５の下縁部に結合されている。
前述した駆動モータ３は、フロントビーム７とサブフレーム６の間に配置され、前端部側が防振ゴムを内蔵するマウント部材８を介してフロントビーム７の下面に連結されるとともに、後端部側が同様のマウント部材９を介してサブフレーム６の上面に連結されている。したがって、駆動モータ３は、マウント部材８，９を介してフロントビーム７とサブフレーム６とに支持されている。
なお、こうしてフロントビーム７とサブフレーム６に支持された駆動モータ３は、車両前方視で、上端側領域がフロントビーム７と上下方向でラップし、下端側領域がサブフレーム６と上下方向でラップするように設定されている。

また、モータルーム４内の駆動モータ３のほぼ直上位置には、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ機能を持つパワーモジュール、平滑コンデンサ等の複数の高圧電装部品をユニットケース１０内に収納した電装ユニット１１が設置されている。電装ユニット１１（ユニットケース１０）は、車幅方向に長い横長の略直方体状に形成され、その電装ユニット１１を保持するユニットフレーム１２を介して左右両側のサイドフレーム５，５に固定されている。ユニットフレーム１２は、この実施形態の場合、複数の金属製パイプを結合して構成されている。

ユニットフレーム１２は、電装ユニット１１の車幅方向両側部で車体前後方向に延出する一対の側部フレーム部１２ａ，１２ｂと、電装ユニット１１の後部側で車幅方向に延出する後部フレーム部１２ｃと、電装ユニット１１の前部側で車幅方向に延出する前部フレーム部１２ｄと、を備えている。両側の側部フレーム部１２ａ，１２ｂの前端部には、下方に屈曲して対応する（車幅方向の左右について同じ側の）サイドフレーム５の湾曲部分５ａよりも前部側領域に結合される前部側支持脚部１２ｅ，１２ｆが延設され、この各前部側支持脚部１２ｅ，１２ｆの上下方向の中間領域に前部フレーム部１２ｄの左右の各端部が結合されている。

また、後部フレーム部１２ｃの両端部には、下方に屈曲してそれぞれ対応するサイドフレーム５の湾曲部分５ａの近傍領域に結合される後部側支持脚部１２ｇ，１２ｈが延設され、この各後部側支持脚部１２ｇ，１２ｈの上下方向の中間領域に、対応する側の側部フレーム部１２ａ，１２ｂの後端部が結合されている。
また、後部フレーム部１２ｃは、電装ユニット１１のユニットケース１０の後方側において、車幅方向の中央領域がユニットケース１０の後縁部の上面よりも高い位置に配置されている。この後部フレーム部１２ｃは、電装ユニット１１のユニットケース１０に対して非固定とされている。

ユニットケース１０の両側の側面部と前面部にはそれぞれ締結フランジ１３が突設され、各締結フランジ１３がユニットフレーム１２の上部に重合されてボルト締結によって固定されている。具体的には、ユニットケース１０の両側部の締結フランジ１３は、ユニットフレーム１２の側部フレーム部１２ａ，１２ｂにボルト締結され、ユニットケース１０の前面部の締結フランジ１３は、ユニットフレーム１２の前部フレーム部１２ｄにボルト締結されている。なお、図中の符号ｂは、締結フランジを固定するためのボルトである。

ところで、上述のようにユニットフレーム１２を介して左右のサイドフレーム５，５に固定された電装ユニット１１は、図１，図２に示すように、駆動モータ３とその前方側のフロントビーム７の上方側に跨るように配置される。
電装ユニット１１の前縁部の下方に位置されるフロントビーム７の上面には、車両で用いる温水を作るための水加熱ヒータ１４（モータルーム内部品）が上方に突出して設置されている。

図３は、フロントビーム７の上面に水加熱ヒータ１４を設置した状態を示す平面図である。
同図に示すように、水加熱ヒータ１４は、高電圧部品を含む加熱機構を内蔵した直方体状のケーシング１５に水給排用のホース１６Ａ，１６Ｂが接続されるとともに、給電ケーブル１７が接続されている。ケーシング１５は板状のブラケット１８を介してフロントビーム７の上面に係止固定されている。ブラケット１８は、車体前後方向に沿う二つの長孔１９，１９と切欠き孔１９Ａ，１９Ｂを有し、その長孔１９，１９と切欠き孔１９Ａ，１９Ｂ部分でフロントビーム７の上面にボルト２０によって係止されている。

ボルト２０は、通常使用で想定される範囲の入力荷重に対してはブラケット１８と水加熱ヒータ１４を一定位置に係止しているが、その範囲を超える衝撃荷重が車体前方側から入力されると、ボルト２０が長孔１９の範囲でのブラケット１８と水加熱ヒータ１４の車体後方側への変位を許容するようになっている。

図４は、ブラケット１８の長孔１９，１９と切欠き孔１９Ａ，１９Ｂの具体形状と、フロントビーム７と水加熱ヒータ１４と寸法関係を示す図であり、図５は、図４のＢ部の拡大図である。
図４に示すように、水加熱ヒータ１４のケーシング１５の前面には、ホース１６Ａ，１６Ｂを接続するための一対の接続パイプ３０が前方に突出している。これらの接続パイプ３０は、フロントビーム７の上面に水加熱ヒータ１４を固定設置した状態において寸法ｂ分だけ、フロントビーム７の前面から突出している。このために、水加熱ヒータ１４とフロントビーム７の前方側の物体から接続パイプ３０の前端部に衝撃荷重が入力されると、水加熱ヒータ１４は、前方側の物体がフロントビーム７の前面に当接するまで、フロントビーム７上をブラケット１８とともに後方に変位する。
このとき、ブラケット１８の長孔１９の長手方向の寸法ａは、フロントビーム７に対する水加熱ヒータ１４の最大変位量（接続パイプ３０の突出寸法ｂに相当。）よりも小さいと、水加熱ヒータ１４の後方変位の後期に、ケーシング１５の接続パイプ３０の付根部付近に荷重が集中してしまい、ケーシング１５の変形防止のためにケーシング１５の肉厚増加を余儀なくされる。このため、ブラケット１８における各長孔１９の長手方向の寸法ａは接続パイプ３０の突出寸法ｂよりも大きく設定されている。
したがって、この実施形態の前部車体構造においては、水加熱ヒータ１４とフロントビーム７の前方側から衝撃荷重が入力された場合においても、熱加熱ヒータ１４をフロントビーム７に対して確実に係止状態に維持することができる。

また、ブラケット１８の二つの長孔１９，１９と一方の切欠き孔１９Ａには、図４，図５に示すように、フロントビーム７に水加熱ヒータ１４を締結固定した初期状態のときに、長孔１９と切欠き孔１９Ａ内でのボルト２０の相対的なずれを規制するためにくびれ部が設けられている。このくびれ部は、長孔１９と切欠き孔１９Ａの内側に臨んで膨出する一対の係止突起１９ａによって構成されている。この係止突起１９ａは、通常使用で想定される範囲の入力荷重に対しては、長孔１９や切欠き孔１９Ａ内でのボルト２０の相対変位を規制し、その範囲を超える衝撃荷重が車体前方側から入力されたときにのみ長孔１９や切欠き孔１９Ａ内でのボルト２０の相対変位を許容するようになっている。

一方、電装ユニット１１のユニットケース１０の底面には、前縁部の下面を段差状に切欠くように凹部２３が設けられている。これにより、ユニットケース１０の底面は、側面視で前縁部側が段差状に高くなっている。フロントビーム７上に突設された前記の水加熱ヒータ１４は、ユニットケース１０のこの凹部２３の直下位置に配置されている。

次に、車両の前方から衝撃荷重が入力されたときにおけるモータルーム４内の変形挙動について説明する。図６は、車両の前方側から衝撃荷重が入力されたときにおける駆動モータ３とその前後の部材の変形挙動を模式的に示す図であり、図７は、車両の前方側から衝撃荷重が入力されたときのモータルーム４内の変形挙動を示す断面図である。
この電気自動車１に前方側から衝撃荷重が入力されると、モータルーム４内のサイドフレーム５が前端側から押圧され、それによってサイドフレーム５の前方側領域が後方側に潰れ変形するようになる。このとき、フロントビーム７を介して駆動モータ３の上端側領域に入力される衝撃荷重は、図６に示すように、駆動モータ３の下端側領域に当接するサブフレーム６からの反力とともに、駆動モータ３全体を上方側に回転させようとするモーメントとして作用する。
この駆動モータ３に作用するモーメントは、サイドフレーム５の湾曲部分５ａよりも前方側領域を、サイドフレーム５の付根部側を中心として上方に回動変位させようとする。この結果、サイドフレーム５の湾曲部分５ａよりも前方側領域は、図７に示すように、後方側に潰れ変形しつつ上方側に持ち上がる。

このとき、ユニットフレーム１２を介してサイドフレーム５に固定された電装ユニット１１は、サイドフレーム５の変形に伴って上方に持ち上がりつつ車体後方側に変位する。こうして、電装ユニット１１とユニットフレーム１２が車体後方側に変位すると、電装ユニット１１の後端部がダッシュボードやカウルトップパネル等の車室２の前方の壁部材２１に当接し、それによって電装ユニット１１のさらなる後方側への変位が規制される。

この後、サイドフレーム５の湾曲部分５ａよりも前方側領域がさらに上方に持ち上がると、図７に示すようなユニットフレーム１２の前部側支持脚部１２ｅ，１２ｆの変形等に伴って、フロントビーム７と、その上面に設置された水加熱ヒータ１４が電装ユニット１１の前縁部側の下面に接近する。電装ユニット１１のユニットケース１０の底壁には前縁側に凹部２３が設けられているため、このとき水加熱ヒータ１４はユニットケース１０の凹部２３内に逃げ、ユニットケース１０との直接的な干渉が回避される。

したがって、この実施形態に係る前部車体構造においては、車両前方からの衝撃荷重の入力時に、サイドフレーム５の前方側領域の変形挙動に倣って駆動モータ３と電装ユニット１１が上部後方側に変位した後に、電装ユニット１１の後方変位が規制されて水加熱ヒータ１４が電装ユニット１１の底面に近接する状況になっても、水加熱ヒータ１４の上方変位がユニットケース１０の底壁の凹部２３によって逃がされるため、電装ユニット１１と駆動モータ３とを近接配置しても電装ユニット１１に対する水加熱ヒータ１４の干渉を回避することができる。
よって、この前部車体構造を採用した場合には、駆動モータ３と電装ユニット１１を上下方向に充分に近接させて配置し、駆動モータ３と電装ユニット１１の間に配線される電力ケーブを短くすることができるとともに、モータルーム４の高さをより低く設定することができる。

また、この実施形態の前部車体構造では、車両前方からの衝撃荷重の入力時に、水加熱ヒータ１４が電装ユニット１１と干渉するのを確実に回避することができるため、水加熱ヒータ１４で扱う温水が電装ユニット１１に飛散するのを未然に防止することができる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、上記の実施形態においては、前部側横梁部材であるフロントビーム６の上面に、モータルーム内部品として水加熱ヒータ１４が突設されているが、前部側横梁部材に突設されるモータルーム内部品は水加熱ヒータ１４以外の部品であっても良い。

１…電気自動車
３…駆動モータ
４…モータルーム
５…サイドフレーム
６…サブフレーム（後部側横梁部材）
７…フロントビーム（前部側横梁部材）
１０…ユニットケース
１１…電源ユニット
１２…ユニットフレーム
１４…水加熱ヒータ１４（モータルーム内部品）
２３…凹部

Claims (2)

1. 複数の電装部品をユニットケース内に収納して成る電装ユニットと駆動モータが車室前方のモータルーム内に配置される電気自動車の前部車体構造であって、
   前記モータルームの車幅方向両側には、前記車室の前部下方側から上方に上がって車体前方に延出する一対のサイドフレームが設けられ、
   前記一対のサイドフレームは、前記車室に近接する付根部側に後部側横梁部材が車幅方向に沿って架設されるとともに、前記上方に上がった部分よりも前方側に前部側横梁部材が車幅方向に沿って架設され、
   前記駆動モータは、後部側が前記後部側横梁部材に支持されるとともに、前部側が前記前部側横梁部材に支持され、
   前記電装ユニットは、前記駆動モータと前部側横梁部材の上方に位置されるように、当該電装ユニットを保持するユニットフレームを介して前記一対のサイドフレームに固定され、
   前記前部側横梁部材の上面には、モータルーム内部品が上方に突出して取り付けられ、
   前記電装ユニットのユニットケースの底面のうちの、前記モータルーム内部品の上方位置には、前縁側を切欠くように凹部が設けられていることを特徴とする電気自動車の前部車体構造。
2. 前記モータルーム内部品は、車両で用いる温水を作る水加熱ヒータであることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の前部車体構造。

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