JP2015003719A - 自動車用の支持フレーム - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車用の支持フレームを提供する。【解決手段】 本発明は、自動車（１０）、特に電動自動車のための支持フレーム（１２）であって、自動車（１０）の長手方向（１６）に向けられ、車体（１２）の一部を形成する２つの平行な長手方向部材（２０、２２）と、長手方向（１６）に少なくとも一部向けられ、それぞれ第１の端部で長手方向部材（２０、２２）の接触区域に固定される２つの長手方向ストラット（３４、３６）とを備え、長手方向ストラット（３４、３６）が、第１の端部とは反対側の第２の端部で衝突プレート（３８）に接続され、衝突プレート（３８）が、自動車（１０）の少なくとも１つの駆動構成（２８）に配置されて、長手方向部材（２０、２２）の接触区域（３０、３２）と少なくとも１つの駆動構成（２８）との間に負荷経路を形成する支持フレーム（１２）に関する。【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車、特に電動自動車のための支持フレームであって、自動車の長手方向に向けられ、車体の一部を形成する２つの平行な長手方向部材と、長手方向に少なくとも一部向けられ、それぞれ第１の端部で長手方向部材の接触区域に固定される２つの長手方向ストラットとを備える支持フレームに関する。

さらに、本発明は、駆動力を提供するための電気機械と、電気機械を駆動させるための電気エネルギーを供給するための電気エネルギー蓄積器とを備える自動車に関する。

このタイプの支持フレームは、概して自動車の車体を補剛（剛性補強）し、また、自動車の構成要素、特に駆動構成を取り付けるよう機能する。

従来の内燃機関では、駆動モータの領域内での自動車の車体の補剛は、外側の車体フレームと、車体フレーム内に配置された内燃機関とによって実現される。この領域内での車体の剛性は、内燃機関と、トランスミッションと、トランスミッションに接続された車両トンネル部とがブロックを形成することによって決定的に実現される。純電気的に駆動される自動車の場合、内燃機関がなく、可変速トランスミッションもないので、それらによるブロックの形成を車体の補剛のために利用できず、したがって、対応する受動安全性を保証するために、電気駆動機構の領域内で追加の補剛が必要になるという欠点がある。

電動自動車の車体を補剛するために、（特許文献１）において、自動車の支持フレームに取り付けられた牽引バッテリ（メインバッテリ）の上流に追加の補剛要素を配置し、前記補剛要素が支持フレームの長手方向部材を互いに接続することが提案されている。

ここでは、構造が車体の重量を増すこと、およびブロックが形成されないことが欠点である。

さらに、（特許文献２）において、乗用車のクラッシャブルゾーンを改良するために追加の補剛要素を提供することが提案されている。追加の補剛要素は、前部領域にクロスメンバと補剛ストラットとを有する。補剛ストラットは、対角に延び、クロスメンバを車体に接続して負荷経路を形成する。負荷経路はさらに車体内で斜めに延びる。

ここでは、追加の補剛要素が技術的に複雑であり、車体の重量を増すことが欠点である。

欧州特許出願公開第２３５３９７１Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２０１００１８７２９Ａ１号明細書

したがって、本発明の目的は、自動車用、特に電動自動車用の支持フレームであって、技術的に複雑でなく、軽量であり、車体の安定性を高める支持フレームを提供することである。

本発明によれば、この目的は、冒頭で述べた支持フレームにおいて、長手方向ストラットが、第１の端部とは反対側の第２の端部で衝突プレートに接続され、衝突プレートが、自動車の少なくとも１つの駆動構成に配置されて、長手方向部材の接触区域と少なくとも１つの駆動構成との間に負荷経路を形成することによって実現される。

さらに、この目的は、駆動力を提供するための電気機械と、電気機械を駆動させるための電気エネルギーを供給するための電気エネルギー蓄積器と、本発明による自動車の車体用の支持フレームとを備える自動車によって実現される。

車体の長手方向部材が長手方向ストラットを介して衝突プレートに接続され、衝突プレートが自動車の駆動構成に配置され、それにより負荷経路を形成することにより、長手方向部材および車両構成要素が、追加の長手方向ストラットを介してブロックを形成することができ、したがって、車両を補剛するために、技術的な複雑さを抑えて既存の駆動構成を使用することができ、その結果、技術的な複雑さを抑えて堅牢な車体を実現することができる。

したがって、本発明の目的が完全に実現される。

好ましい実施形態では、衝突プレートが、平面的な要素として設計され、衝突プレートの表面が、実質的に長手方向に対して垂直に広がる。

その結果、自動車の衝突時に、衝突エネルギーを駆動構成に長手方向に最適に伝達させることができる。

さらに好ましくは、長手方向ストラットが、少なくとも１つのクロスメンバによって互いに接続され、クロスメンバが、長手方向に対して斜めに、または垂直に延びる。

その結果、長手方向ストラットのさらなる補剛を実現することができ、それと同時に、車両内部に向かう長手方向ストラットの座屈を防止することができる。

さらに好ましくは、衝突プレートが、電気駆動ユニットと自動車の牽引バッテリとの間に配置される。

その結果、技術的な複雑さを抑えて、衝突プレートを取り付け、自動車に組み込むことができる。

さらに好ましくは、長手方向ストラットのそれぞれの第２の端部がそれぞれリブ構造を有し、リブ構造が衝突プレートに当接される。

それにより、材料消費を抑えて、したがって低い総重量で、衝突プレートの領域内での長手方向ストラットの剛性をさらに高めることができる。

さらに好ましくは、牽引バッテリが、車体に固定されたバッテリハウジング内に収納される。

その結果、車両バッテリおよびバッテリハウジングによるブロックの形成を促進させることができ、それにより、車体の構造的な完全性をさらに高めることができる。

さらに好ましくは、衝突プレートが、牽引バッテリまたはバッテリハウジングに当接される。

それにより、牽引バッテリまたはバッテリハウジングが、長手方向ストラットを介してブロックの形成に寄与することができ、したがって、長手方向ストラットを介して自動車の衝突エネルギーを吸収することができる。

特に好ましくは、ここで、牽引バッテリが、複数のバッテリモジュールを有し、長手方向に延びる補剛要素が、バッテリモジュールの間に配置される。

それにより、牽引バッテリの構造的な剛性を高めることができ、したがって、牽引バッテリを用いたブロックの形成を促進させることができる。

特に好ましくは、ここで、補剛要素が、バッテリハウジング内で水平に形成された中間面として設計される。

その結果、衝突プレートに対して、バッテリハウジングの剛性を長手方向にさらに高めることができる。

さらに好ましくは、２つの補剛ストラットが、長手方向部材、および自動車のシャーシに接続され、長手方向に対して斜めに延びる。

その結果、長手方向部材の構造的な完全性および剛性をさらに高めることができる。

特に好ましくは、ここで、補剛ストラットが、長手方向部材の第１の端部に固定され、互いにＶ字形に接続され、それら２つの補剛ストラットが、シャーシの一区域に共通の接触点で固定されて、長手方向部材のそれぞれの第１の端部と車両との間に負荷経路を形成する。

その結果、単純な手段によって衝突エネルギーをシャーシに伝達させることができる。

特に好ましくは、ここで、補剛ストラットが、長手方向で長手方向部材の第１の端部に向けて開くように設計されるＶ字形の補剛要素を形成する。

その結果、車体の長手方向軸からずれた衝突角度での事故の場合でさえ、このようにして形成された斜めの負荷経路を介して、自動車の中心に向けて衝突エネルギーを伝達させて逃がすことができる。

全体として、本発明による支持フレームによって、駆動構成が長手方向ストラットを介して車体の長手方向部材に接続され、したがって電気駆動構成を用いたブロックの形成が実現されるので、内燃機関によるブロックの形成がないにも関わらず、自動車の車体の構造的な完全性を駆動構成の領域内で大幅に高めることができる。

当然、上述した特徴および以下にさらに説明する特徴は、それぞれ指定された組合せでのみならず、本発明の範囲から逸脱することなく他の組合せで、または単独でも使用することができる。

本発明の例示的実施形態を図面に示し、以下の説明でより詳細に述べる。

長手方向部材と、そこに接続された長手方向ストラットとを有する自動車の支持フレームの概略図である。 支持フレームの概略上面詳細図である。 支持フレームの概略側断面図である。

図１に、電動自動車が概略的に示されており、全体を参照番号１０で表されている。自動車１０は、自動車１０の車体１２を形成する支持フレーム１２を有する。自動車１０の車輪１４が、シャーシ（特には図示せず）を介して支持フレーム１２に取り付けられる。自動車１０は、一般に長手方向軸１６を有し、矢印１８によって示されるように、実質的に、長手方向軸１６に平行な長手方向に移動する。

車体１２の一部を形成し、長手方向軸１６に平行に延びる２つの長手方向部材２０、２２が、支持フレーム１２に形成される。長手方向部材２０、２２は、一方の車両端部２４に向かって開き、実質的にＵ字形の設計のフレーム構造を形成する。駆動力を提供するための電気機械２６と、電気機械２６用の電気エネルギーを供給するための牽引バッテリ２８とが、支持フレーム１２に取り付けられる。電気機械２６と牽引バッテリ２８は、長手方向１６で互いに前後に取り付けられ、電気機械が外側の領域に配置され、牽引バッテリ２８が内側の領域に配置される。

長手方向部材２０、２２には、長手方向１６に少なくとも一部延びる長手方向ストラット３４、３６が、長手方向部材２０、２２の外端部（接触区域）３０、３２に固定される。長手方向ストラット３４、３６は、第１の端部で、長手方向部材２０、２２の外端部３０、３２に固定され、反対側の端部で、衝突プレート３８に接続される。衝突プレート３８は牽引バッテリ２８に配置され、したがって、外端部３０、３２と牽引バッテリ２８との間に負荷経路が形成される。衝突プレート３８は、平面的な設計であり、長手方向軸１６に実質的に直交して延び、それにより、外端部３０、３２での自動車１０の衝突時、衝突プレート３８は、牽引バッテリ２８に平面的に当接することができる。そしてそれにより長手方向部材２０、２２を補剛して、長手方向部材２０、２２に対する負荷を緩和する。電気機械２６は、牽引バッテリ２８とは反対側の衝突プレート３８の面に配置される。

自動車１０の衝突時に長手方向ストラット３４、３６の座屈を防止し、それにより長手方向ストラット３４、３６の構造を概して補強するために、長手方向ストラット３４、３６は、クロスメンバ４０によって互いに接続される。

さらに、長手方向ストラット３４、３６と長手方向部材２０、２２とを互いに接続するさらなるクロスメンバ４２が、外端部３０、３２に取り付けられる。さらに、外端部３０、３２は、それぞれ補剛ストラット４４、４６に接続される。補剛ストラット４４、４６は、長手方向軸１６に対して斜めに、または対角に延び、車両内部の方向に延びてシャーシ構成要素に接続される。補剛ストラット４４、４６は、一点で互いに接続され、それにより、Ｖ字形の補剛要素を形成する。補剛ストラット４４、４６は、共通の接続点でシャーシ構成要素に接続される。シャーシ構成要素は、好ましくは自動車１０のサブフレームである。

その結果、自動車１０の衝突時、衝突エネルギーを外端部３０、３２から斜め方向に伝達させて逃がすこともでき、シャーシに伝達させることができる。

全体として、衝突エネルギーは、衝突プレート３８および長手方向ストラット３４、３６によって、車両端部２４から牽引バッテリ２８、または牽引バッテリ２８が収納されるバッテリハウジング４８に伝達させることができる。したがって、電動自動車１０の電気構成要素による補強されたブロックの形成を実現することができる。それにより、概して乗員の受動安全性を高めることができる。

図２は、支持フレーム１２の上面詳細図である。同一の要素には同一の参照符号が付されており、ここでは、特別な特徴のみを説明する。

長手方向ストラット３４、３６が、長手方向部材２０、２２の間に配置され、自動車１０の長手方向１６に少なくとも一部延びる。長手方向ストラット３４、３６は、外端部３０、３２で、特に内側の側方区域で、長手方向部材２０、２２に固定されて、外端部３０、３２と衝突プレート３８との間の負荷経路を形成する。衝突プレート３８は、長手方向１６に、牽引バッテリ２８と電気機械２６との間に配置される。それにより、衝突時の自動車１０の衝突エネルギーは、主に牽引バッテリ２８へ伝達される。電気機械２６にはさらに制御ユニット５０が割り当てられる。制御ユニット５０は、長手方向１６の電気機械２６の上流に、外方向に配置される。

補剛ストラット４４、４６は、外端部３０、３２から共通の接続点に斜めに延びる。接続点は、自動車１０のサブフレームに形成される。この全体的な構造によって、電気構成要素、特に牽引バッテリ２８とバッテリハウジング４８とを用いたブロックの形成を補強することができる。したがって、この領域で支持フレーム１２の剛性が高められる。

図３は、支持フレーム１２の側断面詳細図を概略的に示す。同一の要素には同一の参照符号が付されており、ここでは、特別な特徴のみを説明する。

支持フレーム１２は、長手方向１６に延びる長手方向部材２０、２２を有する。長手方向部材２０、２２には電気機械２６が取り付けられる。長手方向ストラット３４、３６が、外端部３０、３２を衝突プレート３８に接続する。

牽引バッテリ２８は、第１のバッテリモジュール５２および第２のバッテリモジュール５４によって形成される。これらのモジュールは、バッテリハウジング４８内で上下に配置され、補剛要素５６によって互いに離隔される。補剛要素５６は、ハウジング４８内で水平プレートまたは水平中間面５６として形成され、バッテリハウジング４８の対向するハウジング部分を接続する。その結果、衝突時、衝突エネルギーまたは変形エネルギーを、長手方向ストラット３４、３６によって、衝突プレート３８を介して水平中間面５６に伝達させることができる。水平中間面５６は、バッテリハウジング４８の２つの対向するハウジング部分の間のしっかりとした接続を形成する。これにより、長手方向部材２０、２２と、自動車１０の支持フレーム１２または車体１２との間のブロックの形成を促進させることができるようになる。

補剛ストラット４４、４６は、外端部３０、３２から斜め下方向に延び、好ましくはサブフレーム５８であるシャーシ構成要素５８に共通点で接続される。

図３は、さらなる長手方向部材６０を示す。長手方向部材６０は、補剛ストラット４４、４６を衝突プレート３８に接続して、支持フレーム１２の安定性のさらなる向上を保証する。

したがって、全体として、自動車１０の衝突時、長手方向部材の座屈による安定性の喪失を防止または遅延することができ、衝突エネルギーを平面的な衝突プレート３８によって牽引バッテリ２８に穏やかに伝達できるようになる。したがって、駆動機械２６は、衝突時に負荷を緩和される。ここで、好ましくは、バッテリハウジング４８の安定性が補剛要素５６によって高められる。さらに、支持フレーム１２内の斜めの負荷経路を保証するために、Ｖ字形に接続された補剛ストラット４４、４６によって、安定性をさらに高めることができる。

１０ 自動車
１２ 支持フレーム
１４ 車輪
１６ 長手方向
２０、２２ 長手方向部材
２４ 車両端部
２６ 電気機械
２８ 牽引バッテリ
３０、３２ 外端部
３４、３６ 長手方向ストラット
３８ 衝突プレート
４０、４２ クロスメンバ
４４、４６ 補剛ストラット
４８ バッテリハウジング
５０ 制御ユニット
５２ 第１のバッテリモジュール
５４ 第２のバッテリモジュール
５６ 補剛要素
５８ サブフレーム
６０ 長手方向部材

Claims (13)

1. 自動車（１０）、特に電動自動車のための支持フレーム（１２）であって、
   前記自動車（１０）の長手方向（１６）に向けられ、車体（１２）の一部を形成する２つの平行な長手方向部材（２０、２２）と、
   前記長手方向（１６）に少なくとも一部向けられ、それぞれ第１の端部で前記長手方向部材（２０、２２）の接触区域に固定される２つの長手方向ストラット（３４、３６）とを備え、
   前記長手方向ストラット（３４、３６）が、前記第１の端部とは反対側の第２の端部で衝突プレート（３８）に接続され、前記衝突プレート（３８）が、前記自動車（１０）の少なくとも１つの駆動構成（２８）に配置されて、前記長手方向部材（２０、２２）の前記接触区域（３０、３２）と前記少なくとも１つの駆動構成（２８）との間に負荷経路を形成する
   ことを特徴とする支持フレーム（１２）。
2. 前記衝突プレート（３８）が、平面的な要素として設計され、前記衝突プレート（３８）の表面が、実質的に前記長手方向（１６）に対して垂直に広がる請求項１に記載の支持フレーム。
3. 前記長手方向ストラット（３４、３６）が、少なくとも１つのクロスメンバ（４０、４２）によって互いに接続され、前記クロスメンバ（４０、４２）が、前記長手方向（１６）に対して斜めに、または垂直に延びることを特徴とする請求項１または２に記載の支持フレーム。
4. 前記衝突プレート（３８）が、前記自動車（１０）の電気駆動ユニット（２６）と牽引バッテリ（２８）との間に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の支持フレーム。
5. 前記長手方向ストラット（３４、３６）のそれぞれの第２の端部がそれぞれリブ構造を有し、前記リブ構造が、前記衝突プレート（３８）に当接されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の支持フレーム。
6. 前記牽引バッテリ（２８）が、前記車体（１２）に固定されたバッテリハウジング（４８）内に収納されることを特徴とする請求項４または５に記載の支持フレーム。
7. 前記衝突プレート（３８）が、前記牽引バッテリ（２８）または前記バッテリハウジング（４８）に当接されることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の支持フレーム。
8. 前記牽引バッテリ（２８）が、複数のバッテリモジュール（５２、５４）を有し、前記長手方向（１６）に延びる補剛要素（５６）が、前記バッテリモジュール（５２、５４）の間に配置されることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の支持フレーム。
9. 前記補剛要素（５６）が、前記バッテリハウジング（４８）内で水平に形成された中間面（５６）として設計されることを特徴とする請求項８に記載の支持フレーム。
10. ２つの補剛ストラット（４４、４６）が、前記長手方向部材（２０、２２）、および前記自動車（１０）のシャーシ（６０）に接続され、前記長手方向（１６）に対して斜めに延びることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の支持フレーム。
11. 前記補剛ストラット（４４、４６）が、前記長手方向部材（２０、２２）の前記第１の端部（３０、３２）に固定され、互いにＶ字形に接続され、前記２つの補剛ストラット（４４、４６）が、前記シャーシ（６０）の一区域に共通の接触点で固定されて、前記長手方向部材（２０、２２）のそれぞれの第１の端部（３０、３２）と前記シャーシ（６０）との間に負荷経路を形成することを特徴とする請求項１０に記載の支持フレーム。
12. 前記補剛ストラット（４４、４６）が、前記長手方向（１６）で前記長手方向部材（２０、２２）の前記第１の端部（３０、３２）に向けて開くように設計されるＶ字形の補剛要素を形成することを特徴とする請求項１１に記載の支持フレーム。
13. 駆動力を提供するための電気機械（２６）と、前記電気機械（２６）を駆動させるための電気エネルギーを供給するための電気エネルギー蓄積器（２８）と、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の支持フレーム（１２）とを備える自動車（１０）。

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