JP2015205595A - 車載機器の固定構造 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突時における車載機器の破損を抑制する技術を提供する。【解決手段】本明細書で開示する車載機器の固定構造では、補強部材３の上端部３１がラジエータサポートアッパー１３に接続され、下端部３２がラジエータサポートロアー１４に接続されている。補強部材３は、その屈曲部３３ａがラジエータサポートアッパー１３よりも車両前側に張り出すように屈曲しており、かつ、車両の前面衝突に対する機械的強度がラジエータサポートアッパー１３よりも高い。これにより、前面衝突した場合には、屈曲部３３ａが衝突バリア２００等の衝突対象物に押圧されて屈曲部３３ａが直線形状に近い形状に変形することで、補強部材３がインバータ５３をラジエータサポートアッパー１３と一緒に上方に引き上げる。したがって、前面衝突の衝撃により後方に移動したインバータ５３は、トランスアクスル５２の上方に逃げて接触を避けるので、インバータ５３の破損を抑制する。【選択図】図５

Description

本明細書が開示する技術は、車両のフロントコンパートメントに収容する車載機器の固定構造に関する。

車両の前方に設けられるフロントコンパートメント（典型的には、エンジンコンパートメント）には、様々な車載機器が収容されている。例えば、車両が走行用モータを備える電気自動車やハイブリッド車である場合には、メインバッテリから供給される直流電力を走行用モータに適した交流電力に変換して供給するインバータを、フロントコンパートメントに収容する。メインバッテリからインバータに入力される直流電圧は、例えば２００〜３００ボルトであり、インバータから出力される電圧は、例えば６００ボルト前後である。

このような高電圧が加わる回路を内部に収容する車載機器に関する技術として、例えば、特許文献１に開示されるものがある。この技術では、インバータ（車載機器）を搭載するインバータトレイが、車両の前面衝突（正面衝突）時にブラケットから離脱してインバータと一体に車両後方側に移動する。これにより、衝突時の衝撃力によってインバータが受けるダメージを抑制してインバータ（車載機器）を保護している。

なお、以下では、説明の便宜上、車両の姿勢を基準として「前方」／「後方」を定義する。例えば、「部品Ａが部品Ｂの前方に位置する」とは、部品Ａは部品Ｂよりも車両前側に位置することを意味する。

特開２０１３−８６６８１号公報

ところで、フロントコンパートメント内のレイアウトによっては、インバータよりも機械的に強度が高い構造物がインバータの後方（車両後方）に配置される場合がある。このような場合、特許文献１に開示される技術では、衝突時に後方へ押し下げられたインバータがその後方の高強度構造物に接触する可能性があり、接触によりインバータ（車載機器）がダメージを受ける虞もある。本明細書は、衝突時の衝撃で車載機器が後方に押し下げられたときに他の構造物と接触することを回避する技術を提供する。

本明細書が開示する車載機器の固定構造は、フロントコンパートメントに上側クロスフレームと下側クロスフレームとが車幅方向に伸びている車両を前提とする。上側クロスフレームと下側クロスフレームは、典型的には、ラジエータをその上下にて支持するフレームである。本明細書が開示する固定構造は、その上側クロスフレームの後方に位置するように車載機器を上側クロスフレームに固定する。そして、上端が上側クロスフレームに接続されており下端が下側クロスフレームに接続されている長尺の補強部材を車両に取り付ける。その補強部材は、上側クロスフレームよりも前方に張り出すように屈曲又は湾曲している。そして、補強部材は、車両の前面衝突に対する機械的強度が上側クロスフレームよりも高くなっている。

上記の構造により、車両が前面衝突した場合には、車両前側に張り出した補強部材が衝突対象物に押圧される。衝突部材の下端は下側クロスフレームに固定されているため、屈曲部位（湾曲部位）が上下方向に直線形状に近い形状に変形し、補強部材が上方に伸び上がる。そのため、補強部材がそれよりも機械的強度の低い上側クロスフレームを上方に吊り上げる。その結果、上側クロスフレームに固定された車載機器も上側クロスフレームと一緒に上方に引き上げられて車載機器の位置が車両上側に移動する。したがって、フロントコンパートメント内において、車載機器の後方に高強度構造物が配置されていても、衝突時には車載機器が上方に移動し、車載機器は高強度構造物の上方に逃げられる。こうして、高強度構造物との接触が回避される。なお、上記の構造は、車載機器の高強度構造物への衝突を完全に回避できずとも、高強度構造物との衝突の衝撃を緩和することができる。即ち、上記の固定構造は、前面衝突時に車載機器が被るダメージを低減することができる。

本明細書が開示する技術は、フロントコンパートメントにおける車載機器の固定構造に関し、車両が前面衝突した際に車載機器がその後方の構造物と接触して受けるダメージを軽減する。本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。

フロントコンパートメントのデバイスレイアウト例を示す斜視図である。 フロントコンパートメントのデバイスレイアウト例を示す図であり、図２（Ａ）は上から見た平面図、図２（Ｂ）は車両左側（図中のＹ軸の矢印の反対方向）から見た側面図、図２（Ｃ）は前面から見た正面図、である。 インバータトレイに対するインバータの取付構造の例を示す図であり、図３（Ａ）は車両左側（図中のＹ軸の矢印の反対方向）から見た側面図、図３（Ｂ）は上から見た平面図、である。 実施例の車載機器の固定構造の構成例を示す模式図であり、図４（Ａ）は図２（Ｂ）の側面図に相当するものであり、図４（Ｂ）は図２（Ｃ）の正面図に相当するものである。 図４（Ａ）に示す模式図において、実施例の車載機器の固定構造の効果を示す図であり、図５（Ａ）は衝突前の状態を示しており、図５（Ｂ）は衝突後の状態を示す。

図面を参照して実施例の車載機器の固定構造を説明する。まず、車両のフロントコンパートメント内のデバイスレイアウトについて図１及び図２を参照して説明する。図１に、フロントコンパートメント内のデバイスレイアウト例を表した斜視図を示す。また、フロントコンパートメント内のデバイスレイアウト例を示す図として、図２（Ａ）にフロントコンパートメントを上から見た平面図、図２（Ｂ）にフロントコンパートメント５０を車両左側（図中のＹ軸の矢印の反対方向）から見た側面図、図２（Ｃ）にフロントコンパートメント５０を前面から見た正面図、を夫々示す。なお、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）においては、車体等が省略されていることに注意されたい。

本実施例の車両は、具体的には、走行用にエンジンとモータを備えるハイブリッド車１００である。フロントコンパートメント５０には、エンジン５１、トランスアクスル５２、インバータ５３、ラジエータ５４、サブバッテリ５５等が収容されている。トランスアクスル５２は、走行用のモータとともにギア群を内蔵した動力伝達機構であり、トランスミッションと称される場合もある。ギア群には、例えば、動力分配用のプラネタリギア等が含まれる。エンジン５１やトランスアクスル５２は、車体１００ａ内において、車両の前後方向（図１及び図２に示す座標系のＸ軸方向）に伸びているサイドフレーム１１に固定されている。なお、説明の便宜のため、車両の前側（図中のＸ軸の正方向）を「前方」と称し、車両の後側（Ｘ軸の負方向）を「後方」と称する。

ラジエータ５４は、エンジン５１のウォータジャケットやインバータ５３の冷却器を通る冷却水と熱交換をして冷却水の温度を下げる放熱装置である。本実施例では、フロントコンパートメント５０の内部の前方には、車両の車幅方向（図１及び図２に示す座標系のＹ軸方向）に伸びるラジエータサポートアッパー１３及びラジエータサポートロアー１４が設けられている。ラジエータサポートアッパー１３とラジエータサポートロアー１４は、サイドフレーム１１とともに車体の強度を担保する部材であり、いわゆる「フレーム」に相当する。

ラジエータ５４は、車両の上下方向（図１及び図２に示す座標系のＺ軸方向）からラジエータサポートアッパー１３とラジエータサポートロアー１４に狭持されてフロントコンパートメント５０内に固定されている。ラジエータ５４の車幅方向両側には、ラジエータサポートアッパー１３とラジエータサポートロアー１４の間を繋ぐように補強するラジエータサポートサイド１５が夫々設けられている。なお、フロントコンパートメント５０には、この他にも様々なデバイスが搭載されているが、図１ではそれらを省略している。

インバータ５３は、図略のメインバッテリから入力される直流電力を交流電力に変換してトランスアクスル５２内の走行用モータに駆動電力を供給する電力変換装置である。メインバッテリからインバータ５３に入力される直流電圧は、例えば２００〜３００ボルトであり、インバータ５３から出力される電圧は、例えば６００ボルト前後である。インバータ５３は、このような高電圧を発生可能な回路を筐体内に収容している。なお、筐体には、受電用及び送電用のパワーケーブルを接続するためのコネクタ開口部や、本体部と蓋部を接続するフランジ等が設けられているが、本実施例では各図においてこれらを省略して立方体形状に表している。

このような高電圧回路を有するインバータ５３をハイブリッド車１００の前面衝突による衝撃から保護するため、本実施例ではインバータ５３をインバータトレイ８０を介してフロントコンパートメント５０内に固定している。インバータトレイ８０は、インバータ５３を載置可能な広さを有する鋼板で作られており、前方（Ｘ軸の矢印方向）から後方（Ｘ軸の反矢印方向）に向けて階段状に高さが高くなるように構成されている（図２（Ｂ）参照）。インバータトレイ８０は、前面衝突による衝撃を受けると、後方に移動し得るように、サイドフレーム１１に対して固定されている。具体的な構成例は、例えば、特開２０１３−８６６８１号公報に開示されている。インバータ５３は、その下端側がインバータトレイ８０に対してブラケットロアー６、７により固定されている。本実施例では、インバータ５３は、車幅方向両側をブラケットロアー６により、また車両後側をブラケットロアー７により、夫々インバータトレイ８０に固定している。インバータ５３の車両前側は、その上端をブラケットアッパー２を介してラジエータサポートアッパー１３に固定している。

ここで、インバータトレイ８０に対するインバータ５３の取付構造について、図３を参照して説明する。インバータトレイ８０に対するインバータ５３の取付構造の例を示す図として、図３（Ａ）に車両左側（図中のＹ軸の矢印の反対方向）から見た側面図、図３（Ｂ）に上から見た平面図、を夫々示す。図３に示すように、インバータトレイ８０は、段違いになるように、斜面部８３を挟んで下段部８１及び上段部８２が形成されている。ブラケットロアー６、７は、例えば、平板状の鋼板をＬ字形状に形成して構成される。ブラケットロアー６の一端側６ａには、切欠部６ｃを有する貫通孔が２箇所に形成されており、この貫通孔に挿通されるボルト６ｄによりブラケットロアー６がインバータ５３の下端部にねじ締結されている。ブラケットロアー６の他端側６ｂにも貫通孔が２箇所に形成されており、この貫通孔に挿通されるボルト６ｄによりブラケットロアー６がインバータトレイ８０の下段部８１にねじ締結されている。

ブラケットロアー７もブラケットロアー６と同様に構成されている。一端側７ａには、切欠部７ｃを有する２箇所に貫通孔が形成されており、この貫通孔に挿通されるボルト７ｄによりブラケットロアー７がインバータ５３の下端部にねじ締結されている。他端側７ｂにも貫通孔が２箇所に形成されており、この貫通孔に挿通されるボルト７ｄによりブラケットロアー７がインバータトレイ８０の上段部８２にねじ締結されている。このように本実施例では、インバータ５３の下端側を車幅方向及び車両後側の３方向からブラケットロアー６、７により固定し、かつ、ブラケットロアー６、７の一端側６ａ、７ａに切欠部６ｃ、７ｃを設ける。これにより、衝突による前方及び左右両側から加わる衝撃をブラケットロアー６、７により受けてインバータトレイ８０に逃がすとともに、後述するように、車両上側（Ｚ軸の矢印方向）に向く力がインバータ５３に加わった場合に、インバータ５３がブラケットロアー６、７による固定から解放されてインバータトレイ８０から離脱可能にしている。

インバータ５３の上端側は、その上面部５３ａがブラケットアッパー２により固定されている。図３では、ブラケットアッパー２を二点鎖線で表して、図３（Ｂ）におけるブラケットアッパー２の固定箇所をクロスハッチングにより明示している。本実施例では、上面部５３ａの車両前側角部を含んでブラケットアッパー２を固定する。ブラケットアッパー２は、例えば、肉厚の短冊形状を成す鋼板により形成されている。ブラケットアッパー２は、インバータ５３に対して、例えば、溶接により強固に固定されている。ここで、ブラケットアッパー２及び補強部材３の構成について図４を参照して説明する。図４には、本実施例の車載機器の固定構造の構成例を表す模式図として、（Ａ）に図２（Ｂ）の側面図に相当するもの、（Ｂ）に図２（Ｃ）の正面図に相当するもの、を夫々示す。なお、図４（Ａ）、（Ｂ）においては、ハイブリッド車１００の構成部分のうち、本実施例の車載機器の固定構造に関する構成が主に表されており、その他については省略されていることに注意されたい。

一端部２１がインバータ５３の上面部５３ａに固定されるブラケットアッパー２は、その他端部２３がラジエータサポートアッパー１３に接続されている。本実施例では、インバータ５３の上面部５３ａは、ラジエータサポートアッパー１３よりも車両下側（Ｚ軸の反矢印方向）に位置している。そのため、ブラケットアッパー２は、一端部２１と他端部２３が中間部２５を挟んで段違いに形成されて、他端部２３は、ラジエータサポートアッパー１３の上面に接続されている。ラジエータサポートアッパー１３とブラケットアッパー２の接続は、インバータ５３に対する固定と同様に、例えば、溶接により強固に固定されている。これにより、ラジエータサポートアッパー１３が車両上側に移動した場合には、ラジエータサポートアッパー１３に接続されるブラケットアッパー２とともにインバータ５３も車両上側に引っ張り上げられる。

このように車両後側にブラケットアッパー２が接続されるラジエータサポートアッパー１３は、その車両前側に補強部材３が接続されている。補強部材３は、長尺状に形成される高強度材であり、前面衝突に対する機械的強度がラジエータサポートアッパー１３よりも高くなるように、例えば、幅広に形成されて長手方向に伸びるリブが複数箇所に設けられたり、肉厚が厚く設定されたりしている。補強部材３は、その上端部３１がラジエータサポートアッパー１３に溶接固定されており（接続部３１ａ）、下端部３２がラジエータサポートロアー１４に溶接により固定されている。補強部材３は、インバータ５３の前方でその上端と下端が夫々、ラジエータサポートアッパー１３とラジエータサポートロアー１４に固定されている。また、補強部材３は、上端と下端の間（上端側３３の途中）が、ラジエータサポートアッパー１３よりも前方に張り出すように屈曲している。本実施例では、屈曲部３３ａの角度θがほぼ９０度に設定されて、車両下側のラジエータサポートロアー１４に向けて下端側３５が垂下している。上端部３１の張出量Ｌは、後述するように、インバータ５３を車両上側に移動させる移動量に影響する。そのため、この張出量Ｌは、インバータ５３の車両後側に配置されるトランスアクスル５２の高さ、あるいは実験やコンピュータシミュレーションの結果などに基づくインバータ５３の上方必要移動量に応じて予め定められる。

補強部材３の下端側３５は、上端側３３よりも幅が狭く形成されており、下端部３２がラジエータサポートロアー１４に溶接により固定されている。補強部材３は、ラジエータサポートアッパー１３に接続される上端側３３の機械的強度を高め、ラジエータサポートロアー１４に接続される下端側３５は幅を狭くして軽量化を図っている。上端側３３と下端側３５の間には、上端側３３から下端側３５に向かって幅が徐々に狭くなる中間部３４が形成されている。補強部材３の車両の前面衝突に対する機械的強度は、ラジエータサポートロアー１４よりも低い。

このように構成される補強部材３は、ハイブリッド車１００が衝突対象物に前面衝突することによって、衝突対象物等から衝撃力を受ける。即ち、図５（Ｂ）に示すように、衝突バリア２００により押圧される。図５に、図４（Ａ）に示す模式図において、本実施例の車載機器の固定構造の作動例を示す。図５（Ａ）には衝突前の模式図、図５（Ｂ）は衝突後の模式図、を夫々示す。なお、図５（Ａ）、（Ｂ）においても、ハイブリッド車１００の構成部分のうち、本実施例の車載機器の固定構造に関する構成が主に表されており、その他については省略されていることに注意されたい。

図５（Ａ）に示すように、ハイブリッド車１００が衝突バリア２００に前面衝突をした場合には（同図に示す矢印）、図５（Ｂ）に示すように、衝突バリア２００が補強部材３を押圧する。これにより、衝突バリア２００から衝撃力を受けた補強部材３は、そのほぼ全体が衝突バリア２００に押圧されてラジエータサポートロアー１４とともにラジエータサポートアッパー１３の位置まで車両後側に移動する。すると、補強部材３の屈曲部３３ａは、その角度が拡がるように開くことから、補強部材３は、ほぼ直線状に変形して上端部３１が車両上側に立ち上がり、上端部３１に接続されているラジエータサポートアッパー１３を上方に吊り上げる。その結果、ラジエータサポートアッパー１３に接続されたブラケットアッパー２も上方に移動するため、ブラケットアッパー２とともにインバータ５３も引き上げられて上方に移動する。

このときインバータ５３の下端側は、ブラケットロアー６、７により固定されているが、補強部材３により吊り上げられてインバータ５３には車両上側に向く力が働くため、ブラケットロアー６、７の切欠部６ｃ、７ｃによってインバータ５３がブラケットロアー６、７による固定から解放される。そのため、インバータ５３は、インバータトレイ８０とともに車両後方に移動しながら、インバータトレイ８０から離脱してブラケットアッパー２とともに上方に移動する。

このようにインバータ５３は、ハイブリッド車１００が前面衝突をすると、後方かつ上方に移動するため、インバータ５３の車両後側にトランスアクスル５２等のように、インバータ５３よりも機械的に強度が高い構造物が配置されていても、それを避けることができる。なお、屈曲部３３ａの屈曲角９０度は、角度θの一例であり、上端側３３の機械的強度や想定される前面衝突による衝撃力の大きさ、あるいは実験やコンピュータシミュレーションの結果などに基づいて、前面衝突により衝突バリア等から衝撃力を受けた屈曲部３３ａがほぼ直線状に伸びうるように他の角度にも予め設定され得る。

以上説明したように本実施例による車載機器の固定構造では、長尺状の補強部材３が、ラジエータサポートアッパー１３の前方にて車両上下方向に伸びてその上端部３１がラジエータサポートアッパー１３に接続されているとともに下端部３２がラジエータサポートロアー１４に接続されている。補強部材３は、上端部３１よりも下端部３２方向の上端側３３において屈曲部３３ａがラジエータサポートアッパー１３よりも前方に張り出すように屈曲しており、かつ、車両の前面衝突に対する機械的強度がラジエータサポートアッパー１３よりも高い。ここで、「補強部材３の車両前面衝突に対する機械的強度がラジエータサポートアップーの機械的強度よりも高い」とは、次のことを意味する。即ち、車両が前面衝突した場合、補強部材３は後方に押し下げられつつ、その屈曲部３３ａが開くように変形し、上端が上方へ移動し、ラジエータサポートアッパー１３を上方へ吊り上げる。

これにより、ハイブリッド車１００が前面衝突した場合には、車両前側に張り出した屈曲部３３ａが衝突バリア２００等の衝突対象物に押圧されて屈曲部３３ａが直線形状に近い形状に変形するため、補強部材３が上方に伸び上がる。そのため、補強部材３がそれよりも機械的強度の低いラジエータサポートアッパー１３を上方に吊り上げることから、ラジエータサポートアッパー１３に固定されたインバータ５３もラジエータサポートアッパー１３と一緒に上方に引き上げられてインバータ５３の位置が上方へ移動する。したがって、フロントコンパートメント５０内において、インバータ５３の後側にトランスアクスル５２等の高強度構造物が配置されていても、衝突時にはインバータ５３が上方へ移動する。これにより、たとえ前面衝突の衝撃によってインバータ５３が後方に移動しても、インバータ５３はトランスアクスル５２等の高強度構造物の上方に逃げられるため、トランスアクスル５２等との接触を避けてインバータ５３が受けるダメージを軽減する。

実施例技術に関する留意点を述べる。ラジエータサポートアッパー１３が上側クロスフレームの一例に相当する。ラジエータサポートロアー１４が下側クロスフレームの一例に相当する。上端部３１が「補強部材の上端」の一例に相当する。下端部３２が「補強部材の下端」の一例に相当する。屈曲部３３ａが屈曲部の一例に相当する。トランスアクスル５２が高強度構造物の一例に相当する。インバータ５３が車載機器の一例に相当する。ハイブリッド車１００が車両の一例に相当する。衝突バリア２００が衝突対象物の一例に相当する。なお、上述した実施例では、インバータ５３よりも機械的に強度が高い構造物として、トランスアクスル５２を挙げたが、これは高強度構造物の一例に過ぎない。また、実施例の補強部材３は、ラジエータサポートアッパー１３の前方に張り出すようにその長手方向の途中で屈曲している。補強部材３は、ラジエータサポートアッパー１３の前方に張り出すようにその長手方向の途中で湾曲していてもよい。「屈曲」ではなく「湾曲」であっても同様の効果を奏することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：ブラケットアッパー
３：補強部材
６、７：ブラケットロアー
１１：サイドフレーム
１３：ラジエータサポートアッパー
１４：ラジエータサポートロアー
１５：ラジエータサポートサイド
５０：フロントコンパートメント
５１：エンジン
５２：トランスアクスル
５３：インバータ
５３ａ：上面部
５４：ラジエータ
８０：インバータトレイ
１００：ハイブリッド車
１００ａ：車体
２００：衝突バリア

Claims (1)

1. フロントコンパートメントにおける車載機器の固定構造であり、
   フロントコンパートメントの車両前側に上側クロスフレームと下側クロスフレームが車幅方向に伸びており、
   車載機器は、前記上側クロスフレームの後方に位置するように前記上側クロスフレームに固定されており、
   上端が前記上側クロスフレームに接続されているとともに下端が前記下側クロスフレームに接続されている長尺の補強部材であって、前記上側クロスフレームよりも前方に張り出すように長手方向の途中で屈曲又は湾曲しており、車両の前面衝突に対する機械的強度が前記上側クロスフレームよりも高い補強部材を備えていることを特徴とする車載機器の固定構造。

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