JP2013103590A - 電気自動車の前部車体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】前方からの衝撃荷重の入力時にも、電装ユニットの固定箇所の離反を防止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】電装ユニット１１を保持するユニットフレーム１２は、電装ユニットの側部に固定される側部フレーム部１２ａ，１２ｂと、各側部フレーム部から下方に延出する前部側支持脚部１２ｅ，１２ｆと、電装ユニットの後方側で、かつ電装ユニットよりも高い位置で車幅方向に延出する後部フレーム部１２ｃと、後部フレーム部の両端部から下方に延出する後部側支持脚部１２ｇ，１２ｈと、各後部側支持脚部上で前記側部フレーム部が分岐接続される分岐部１２ｍと、を備えた構造とする。後部フレーム部の中央領域に、車両後方側に突出して、前方からの衝撃荷重の入力時に、突出端側がダッシュボード２１に当接する屈曲誘起ブラケット２０を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数の電装部品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コンバータやイ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は、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータを搭載する部品搭載フレームが設けられ、その部品搭載フレームが、前端側と後端側において、車幅方向左右のサイドフレームに結合されている。

特開２０１１−２０６２７号公報

スペース効率向上や部品点数削減を考えると、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、専用フレームを介して左右のサイドフレームに架設した方が良い。
この場合、引用文献１の技術をそのまま適用して、電装ユニットを、部品搭載フレームであるユニットフレームを介して左右のサイドフレームに架設することが考えられる。

しかし、引用文献１の技術をそのまま適用した場合には、大型で重量の重い電装ユニットがユニットフレームにボルト締結等によって数箇所で固定されることになるため、前方からの衝撃荷重の入力によってサイドフレームが変形したときに、ユニットフレームと電装ユニットの固定箇所に離反方向の過大な荷重が作用することが懸念される。

特に、両側のサイドフレームが車室の前部下方側から上方に湾曲して車体前方に延出する形状である場合には、前方から衝撃荷重が入力されたときに、サイドフレームの湾曲部分よりも前方側が上方に持ち上がり、ユニットフレームの前部側がサイドフレームの前縁部とともに上方側に持ち上がる一方で、ユニットフレームの後部側がサイドフレームの付根部側とともに下方位置に取り残されることになる。このため、このときユニットフレームの後部側をサイドフレームの付根部側に引っ張る力が働き、この力が電装ユニットとユニットフレームの固定箇所に離反方向の過大な荷重として作用する可能性が考えられる。

そこでこの発明は、前方からの衝撃荷重の入力時にも、電装ユニットの固定箇所の離反を防止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）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の間には、前記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）が設けられ、前記ユニットフレームは、前記電装ユニットの車幅方向両側部で車体前後方向に延出して前記電装ユニットの対応する側部に固定される一対の側部フレーム部（例えば、実施形態の側部フレーム部１２ａ，１２ｂ）と、前記各側部フレーム部の前端部から下方に延出して、対応するサイドフレームの前記上方に上がった部分よりも前方側に固定される前部側支持脚部（例えば、実施形態の前部側支持脚部１２ｅ，１２ｆ）と、前記電装ユニットの後方側で、かつ少なくとも中央領域が当該電装ユニットの後縁部上面よりも高い位置となるように車幅方向に延出する後部フレーム部（例えば、実施形態の後部フレーム部１２ｃ）と、前記後部フレーム部の両端部からそれぞれ下方に延出して、対応するサイドフレームの付根部側に固定される後部側支持脚部（例えば、実施形態の後部側支持脚部１２ｇ，１２ｈ）と、前記各後部側支持脚部の上下方向の中間領域に、対応する前記側部フレーム部の後端部が結合された分岐部（例えば、実施形態の分岐部１２ｍ）と、を備え、前記後部フレーム部の中央領域には、車両後方側に突出して、前方からの衝撃荷重の入力時に、突出端側が車室側の壁部材（例えば、実施形態のダッシュボード２１）に当接する屈曲誘起ブラケット（例えば、実施形態の屈曲誘起ブラケット２０）が設けられていることを特徴とするものである。

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方側が後方側に潰れ変形しつつ上方に持ち上がり、電装ユニットとユニットフレームが車両後方側に変位すると、屈曲誘起ブラケットの突出端側が車室側の壁部材に当接する。このとき、屈曲誘起ブラケットに入力される反力が後部フレーム部の中央領域を車両前方側に屈曲させ、こうして後部フレーム部にできた屈曲部が電装ユニットの後縁部上面に当接するようになる。この結果、サイドフレームの前縁部側が持ち上がる一方で付根部側が取り残されることにより、ユニットフレームの後部側支持脚部の下端が相対的に下方に引き込まれても、後部フレーム部が前記屈曲部で電装ユニットの上面に係止されることにより、後部側支持脚部上の側部フレーム部の分岐部が下方に引き込まるのを抑制される。

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、前記ユニットフレームは、前記電装ユニットの前方側で車幅方向に延出して両端部が対応する前部側支持脚部に結合される前部フレーム部（例えば、実施形態の前部フレーム部１２ｄ）をさらに備え、前記電装ユニットは、前部側で前記前部フレーム部に固定されるとともに、後部側では前記後部フレーム部に対して非固定とされていることを特徴とするものである。

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、ユニットフレームの後部側支持脚部の下端が相対的に下方に引き込まれても、屈曲誘起ブラケットが車室側の壁部材に当接して後部フレーム部上にできる屈曲部が電装ユニットの後縁部上面に係止されるため、後部側支持脚部上の側部フレーム部の分岐部が下方に引き込まれるのを規制し、電装ユニットの側部と側部フレーム部との固定箇所が離反するのを確実に防止することができる。

請求項２に係る発明によれば、ユニットフレームが側部フレーム部と前部フレーム部で電装ユニットに固定される一方で、後部フレーム部では電装ユニットに対して非固定とされているため、前方からの衝撃荷重の入力時に、屈曲誘起ブラケットが車室側の壁部材に当接したときに、後部フレーム部を前方側により容易に変形させることができる。

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モータルームを前部斜め上方側から見た骨格部の模式的な斜視図である。 この発明の一実施形態の電気自動車の電装ユニットをユニットフレームとともに車両左側の斜め上方側から見た斜視図である。 この発明の一実施形態の電気自動車の電装ユニットをユニットフレームとともに車両右側の斜め上方側から見た斜視図である。 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。 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モータルームの一部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衝撃荷重の入力前の模式的な側面図（Ａ）と、衝撃荷重の入力後の模式的な側面図（Ｂ）を併せて記載した図である。

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、車両に対しての前，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（湾曲部分５ａの近傍）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。

図３は、ユニットフレーム１２とサイドフレーム５との結合状態を示す図であり、図５，図６は、電装ユニット１１をユニットフレーム１２とともに示す図である。
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。この後部側支持脚部１２ｇ，１２ｈ上の側部フレーム部１２ａ，１２ｂとの結合部を分岐部１２ｍと呼ぶものとする。なお、車両の幅方向の右側に位置される後部側支持脚部１２ｈと側部フレーム１２ｂの結合部は、別体のサブパイプ１２ｋが追加されて上下に二箇所設けられている。したがって、車幅方向右側の分岐部１２ｍは上下に二箇所存在している。

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、側部フレーム部１２ａ，１２ｂの上面にボルト締結によって固定され、ユニットケース１０の前面部の締結フランジ１３は、前部フレーム部１２ｄの上面にボルト締結によって固定されている。なお、図中の符号ｂは、締結フランジ１３を固定するためのボルトである。
なお、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。

ところで、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の後方側で、かつ少なくも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。そして、この後部フレーム部１２ｃの中央領域には、車両後方側の斜め上に向かって突出する屈曲誘起ブラケット２０が取り付けられている。

この屈曲誘起ブラケット２０は、後部フレーム部１２ｃの軸方向に離間した２位置から、後部フレーム部１２ｃの軸心と略直交して車両後方側斜め上に向かって突出する一対の側部プレート部２０ａ，２０ｂと、側部プレート部２０ａ，２０ｂの突出端同士を連結する端面プレート部２０ｃと、両側の側部プレート部２０ａ，２０ｂと端面プレート部２０とを下端側で連結する補強プレート部２０ｄと、を備えている。屈曲誘起ブラケット２０の端面プレート部２０ｄは、車室側の壁部材であるダッシュボード２１の前面に設定隙間をもって対向している。

図６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ユニットフレーム１２の変形挙動を示す平面図、図８は、衝撃荷重の入力前の状態（Ａ）と入力後の状態（Ｂ）を併せて記載した模式的な側面図である。
これらの図に示すように、屈曲誘起ブラケット２０は、車両の前方側から衝撃荷重が入力されてユニットフレーム１２が後方に変位したときに、ダッシュボード２１の前面に対して端面プレート部２０ｃで当接する。屈曲誘起ブラケット２０は、このときダッシュボード２１の前面から大きな反力を受け、それによって後部フレーム部１２ｃの中央領域を車両前方側に屈曲変形させる。なお、図中の符号１２ｐは、こうしてできた後部フレーム部１２ｃ上の屈曲部である。
また、図面においては省略されているが、ダッシュボード２１のうちの、屈曲誘起ブラケット２０の当接する領域には強度の高い補強部材が接合されている。

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。
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、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。そして、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６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、図８（Ｂ）にも示すように、ユニットフレーム１２の後部フレーム部１２ｃに取り付けられた屈曲誘起ブラケット２０が端面プレート部２０ｃでダッシュボード２１に当接し、さらなる後方変位によって後部フレーム部１２ｃの中央領域に前述のようにして屈曲部１２ｐができ、その屈曲部１２ｐが電装ユニット１１（ユニットケース１０）の後縁部の上面に当接する。

また、サイドフレーム５の湾曲部分５ａよりも前方側領域が、前述のようにサイドフレーム５の付根部側を中心として上方側に回動変位するときには、ユニットフレーム１２の前部側支持脚部１２ｅ，１２ｆがサイドフレーム５の前方側領域とともに上方に持ち上がり、その一方でユニットフレーム１２の後部側支持脚部１２ｇ，１２ｈがサイドフレーム５の付根部側とともに取り残されることになる。したがって、このときユニットフレーム１２の後部側支持脚部１２ｇ，１２ｈの下端には、図８（Ｂ）中の下向きの白抜き矢印で示すように、下方に引き込もうとする力が相対的に作用する。

このとき、ユニットフレーム１２の後部フレーム部１２ｃには、屈曲誘起ブラケット２０がダッシュボード２１に当接することによって前述の屈曲部２１ｐが先にでき、その屈曲部１２ｐが電装ユニット１１の後縁部の上面に当接するため、後部側支持脚部１２ｇ，１２ｈの上部には、図８（Ｂ）中の上向きの白抜き矢印で示すように、上記の引き込み力に抗する上向きの反力が働くことになる。このため、このとき各後部側支持脚部１２ｇ，１２ｈ上の分岐部１２ｍには大きな引き込み荷重が急激に作用しなくなる。

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、ユニットフレーム１２の後部側支持脚部１２ｇ，１２ｈ上の分岐部１２ｍに大きな引き込み荷重が急激に作用するのを阻止することができるため、その引き込み荷重が、分岐部１２ｍを通して側部フレーム部１２ａ，１２ｂと電装ユニット１１の側部（締結フランジ１３）との固定箇所に離間方向の力として作用するのを未然に防止できる。
よって、この前部車体構造を採用した場合には、衝撃荷重の入力時にも電装ユニット１１とユニットフレーム１２の結合状態を安定的に維持することができる。

また、この実施形態の前部車体構造は、ユニットフレーム１２の側部フレーム部１２ａ，１２ｂと前部フレーム部１２ｄが電装ユニット１１の両側の側面部と前面部にボルト結合される一方で、ユニットフレーム１２の後部フレーム部１２ｃが電装ユニット１１に対して非固定とされているため、前方からの衝撃荷重の入力時に、屈曲誘起ブラケット２０を介して後部フレーム部１２ｃを前方側により容易に変形させることができる、という利点がある。

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。

１…電気自動車
４…モータルーム
５…サイドフレーム
１０…ユニットケース
１１…電装ユニット
１２…ユニットフレーム
１２ａ，１２ｂ…側部フレーム部
１２ｃ…後部フレーム部
１２ｄ…前部フレーム部
１２ｅ，１２ｆ…前部側支持脚部
１２ｇ，１２ｈ…後部側支持脚部
１２ｍ…分岐部
２０…屈曲誘起ブラケット
２１…ダッシュボード（車室側の壁部材）

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の間には、前記電装ユニットを保持するユニットフレームが設けられ、
   前記ユニットフレームは、
   前記電装ユニットの車幅方向両側部で車体前後方向に延出して前記電装ユニットの対応する側部に固定される一対の側部フレーム部と、
   前記各側部フレーム部の前端部から下方に延出して、対応するサイドフレームの前記上方に上がった部分よりも前方側に固定される前部側支持脚部と、
   前記電装ユニットの後方側で、かつ少なくとも中央領域が当該電装ユニットの後縁部上面よりも高い位置となるように車幅方向に延出する後部フレーム部と、
   前記後部フレーム部の両端部からそれぞれ下方に延出して、対応するサイドフレームの付根部側に固定される後部側支持脚部と、
   前記各後部側支持脚部の上下方向の中間領域に、対応する前記側部フレーム部の後端部が結合された分岐部と、を備え、
   前記後部フレーム部の中央領域には、車両後方側に突出して、前方からの衝撃荷重の入力時に、突出端側が車室側の壁部材に当接する屈曲誘起ブラケット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. 前記ユニットフレームは、前記電装ユニットの前方側で車幅方向に延出して両端部が対応する前部側支持脚部に結合される前部フレーム部をさらに備え、
   前記電装ユニットは、前部側で前記前部フレーム部に固定されるとともに、後部側では前記後部フレーム部に対して非固定とされてい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。

Images