JP2017065492A - 衝突荷重緩和構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリへ伝達される衝突荷重を確実に減少させる衝突荷重緩和構造体を提供する。
【解決手段】車幅方向に間隔を空けて配置され、前後方向に延びると共に前端部側から後端部側に向かって徐々に互いの間隔が広くなるように形成された一対の車体フレーム１と、一対の車体フレーム１の内側に配置されてバッテリ３を支持するバッテリフレーム１２とを備え、バッテリフレーム１２は、車幅方向に間隔を空けて配置されて前後方向に延びると共に少なくとも前端部側が一対の車体フレーム１に沿って後方へ向かって互いの間隔が徐々に広くなるように形成された一対の側部フレーム１４ａを有し、一対の側部フレーム１４ａの外側面１９ｂは、一対の車体フレーム１の内側面１８ａに対向してほぼ平行に配置される。
【選択図】 図３

Description

この発明は、衝突荷重緩和構造体に係り、特に、電動自動車を駆動するためのバッテリに伝達される衝突荷重を緩和する衝突荷重緩和構造体に関する。

電気自動車およびハイブリッド自動車などの電動自動車に搭載されるバッテリは、大きな容量を必要とし、その重量も大きなものとなる。このため、電動自動車には、一般的に、バッテリを支持するためのバッテリフレームが設けられており、例えば車室の床下の広いスペースにバッテリフレームを設けて複数のバッテリがまとめて配置されている。ここで、電動自動車が衝突した場合に、外部からの大きな衝突荷重がバッテリに入力することを抑制する技術が求められている。

そこで、バッテリへの衝突荷重の伝達を緩和する衝突荷重緩和構造体として、例えば、特許文献１には、車両前方から入力された荷重を確実に分散させることができる電気自動車のバッテリ支持構造が提案されている。この電気自動車のバッテリ支持構造は、フロア面から下方に突出して車両前後方向に延びると共にバッテリが支持される突出部を設け、この突出部の前端部にフロントサイドフレームの後端部が連結されている。これにより、車両前方からフロントサイドフレームに入力された荷重を突出部を介して車両後方に伝達および分散させることができる。

特開２０１３−１４２７６号公報

しかしながら、特許文献１の電気自動車のバッテリ支持構造は、フロントサイドフレームなどの車体フレームが、バッテリを支持する突出部に前側から強固に固定されている。このため、電気自動車の前部が衝突した際に、車体フレームを伝達した衝突荷重が一度に突出部に入力され、バッテリに大きな衝突荷重が入力されるおそれがあった。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、バッテリへ伝達される衝突荷重を確実に減少させる衝突荷重緩和構造体を提供することを目的とする。

この発明に係る衝突荷重緩和構造体は、電動自動車を駆動するためのバッテリに伝達される衝突荷重を緩和する衝突荷重緩和構造体であって、車幅方向に間隔を空けて配置され、前後方向に延びると共に前端部側から後端部側に向かって徐々に互いの間隔が広くなるように形成された一対の車体フレームと、一対の車体フレームの内側に配置されてバッテリを支持するバッテリフレームとを備え、バッテリフレームは、車幅方向に間隔を空けて配置されて前後方向に延びると共に少なくとも前端部側が一対の車体フレームに沿って後方へ向かって互いの間隔が徐々に広くなるように形成された一対の側部フレームを有し、一対の側部フレームの外側面は、一対の車体フレームの内側面に対向してほぼ平行に配置されるものである。

また、一対の車体フレームは、車室の床下を前後方向に延びる一対のフロアサイドフレームであり、一対の側部フレームの外側面と一対のフロアサイドフレームの内側面は、鉛直線に沿うように配置されることが好ましい。

また、一対の車体フレームとバッテリフレームとを接続する接続部をさらに備え、接続部は、一対の車体フレームが所定の圧力で側方へ押圧されることにより、バッテリフレームに対する一対の車体フレームの接続位置が側方へ変位することが好ましい。

また、バッテリフレームは、一対の側部フレームの前端部の間隔が一対の車体フレームの前端部の間隔より大きくなるように形成されることが好ましい。

この発明によれば、サブフレームの一対の側部フレームの外側面は一対の車体フレームの内側面に対向してほぼ平行に配置されるので、バッテリへ伝達される衝突荷重を確実に減少させる衝突荷重緩和構造体を提供することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る衝突荷重緩和構造体を備えた自動車の構成を示す図である。 実施の形態１に係る衝突荷重緩和構造体の要部を示す底面図である。 フロアサイドフレームとバッテリフレームの構成を示し、図２のＩ−Ｉ線断面図である。 電気自動車の前部が衝突体に衝突した様子を示す図である。 バッテリフレームの押圧によりフロアサイドフレームが変形する様子を示す断面図である。 実施の形態２に係る衝突荷重緩和構造体の要部を示す底面図である。 実施の形態２における接続部の構成を示す図である。 実施の形態３に係る衝突荷重緩和構造体の要部を示す底面図である。 実施の形態１〜３の変形例におけるフロアサイドフレームとバッテリフレームの構成を示す断面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係る衝突荷重緩和構造体を備えた電気自動車の構成を示す。この電気自動車は、車体を支持する車体フレーム１と、車体フレーム１に固定されたバッテリ筐体２と、バッテリ筐体２内に配置された複数のバッテリ３と、バッテリ筐体２の前側に配置されたサブフレーム４と、複数のバッテリ３に図示しない配線を介して電気的に接続された駆動部５とを有する。

車体フレーム１は、バンパフレーム６と、一対のフロントアッパフレーム７と、一対のフロントサイドフレーム８と、一対のフロントピラー９と、一対のサイドシル１０と、一対のフロアサイドフレーム１１とを有する。
バンパフレーム６は、電気自動車の前部に配置されてバンパＢを支持するもので、車幅方向に湾曲して延びるように形成されている。このバンパフレーム６およびバンパＢには、電気自動車の前部が衝突した際に、最初に変形して衝突荷重を吸収するクラッシュエリアＳが形成されている。

フロントアッパフレーム７は、電気自動車の両側部を前部近傍から後方へ延びるように形成されており、後端部がフロントピラー９に接続されている。
フロントサイドフレーム８は、フロントアッパフレーム７の内側を前後方向に延びるように形成され、前端部がバンパフレーム６に接続されると共に後端部がフロアサイドフレーム１１に接続されている。また、フロントサイドフレーム８の後端部は、トルクボックスなどの剛性部材Ｒを介してサイドシル１０にも接続されている。

フロントピラー９は、電気自動車の両側部を上下方向に延びるように形成されており、その間を接続するようにトーボードＴが配置されている。このトーボードＴの前側には前室Ｒ１が形成されると共にトーボードＴの後側には車室Ｒ２が形成されている。
サイドシル１０は、前端部がフロントピラー９の下端部に接続され、車室Ｒ２の床下を電気自動車の両側部に沿って後方へ延びるように形成されている。
フロアサイドフレーム１１は、サイドシル１０の内側を前後方向に延びるように形成され、前端部がフロントサイドフレーム８に接続されると共に後端部がサイドシル１０に接続されている。このため、フロアサイドフレーム１１は、前端部側から後端部側に向かって徐々に側方に開くように、すなわち前端部側から後端部側へ向かって一方のフロアサイドフレーム１１と他方のフロアサイドフレーム１１との間隔が徐々に広くなるように配置されている。

バッテリ筐体２は、内部に収容された複数のバッテリ３の姿勢を強固に固定するためのもので、複数のバッテリ３をまとめて覆うと共に高い剛性を有するように形成されている。バッテリ筐体２は、車室Ｒ２の床下において一対のフロアサイドフレーム１１の間に広がるように配置されている。そして、バッテリ筐体２の下部には、枠形状のバッテリフレーム１２がバッテリ筐体２の外縁部に沿って設けられており、このバッテリフレーム１２によりバッテリ３が下側から支持されている。
バッテリ３は、車外の電源から供給される電力で充電されるもので、バッテリ筐体２内に収容されている。バッテリ３は、駆動部５を駆動させるために大きな容量を有し、その重量も大きくなる。このため、バッテリ３を収容したバッテリ筐体２の重量は、例えば約３００ｋｇとなるなど非常に大きなものとなる。

サブフレーム４は、バンパＢの近傍からバッテリフレーム１２の前部に向かって前室Ｒ１内を後方へ延びるように配置されている。
駆動部５は、バッテリ３から供給される電力により駆動するモータなどから構成され、前室Ｒ１内においてタイヤなどに接続されている。

次に、バッテリフレーム１２とサブフレーム４の構成を詳細に説明する。
図２に示すように、バッテリフレーム１２とサブフレーム４は、同一面内に位置するように配置されている。バッテリフレーム１２は、電気自動車の両側部側を前後方向に延びる一対の側部フレーム１４ａと、車幅方向に延びて一対の側部フレーム１４ａの前端部を接続する前部フレーム１４ｂと、車幅方向に延びて一対の側部フレーム１４ａの後端部を接続する後部フレーム１４ｃとを有し、フロアサイドフレーム１１の内側にほぼ同一面内に位置するように配置される。

一対の側部フレーム１４ａは、前端部側にフロアサイドフレーム１１に沿うように配置された押当部１６を有する。この押当部１６は、後端部側へ向かって外側に傾斜するように形成、すなわち後端部側へ向かって互いの間隔が徐々に広くなるように形成されたものである。また、一対の側部フレーム１４ａの後部側は、後方へ向かって真直ぐ平行に延びるように形成されている。さらに、前部フレーム１４ｂがトーボードＴに沿って車幅方向に延びると共に後部フレーム１４ｃが車幅方向に延びるように形成されている。
バッテリフレーム１２の下側には、一方のフロアサイドフレーム１１から他方のフロアサイドフレーム１１まで車幅方向に延びる複数の接続部１５が配置されている。この接続部１５がバッテリフレーム１２とフロアサイドフレーム１１にそれぞれ接合されることにより、バッテリフレーム１２がフロアサイドフレーム１１に固定される。

サブフレーム４は、電気自動車の衝突により前方への慣性力が生じるバッテリフレーム１２を前側から受け止めて支持するものであり、電気自動車の両側部側を前後方向に延びる一対の側部フレーム１３ａと、一対の側部フレーム１３ａの前端部を接続する前部フレーム１３ｂと、一対の側部フレーム１３ａの後端部を接続する後部フレーム１３ｃとを有する。
一対の側部フレーム１３ａは、前端部から後端部に向かって後方へ真直ぐ平行に延びるように形成されている。ここで、一対の側部フレーム１３ａは、その延長線上にバッテリフレーム１２の一対の側部フレーム１４ａの前端部が位置するように配置されている。このため、一対の側部フレーム１３ａの後端部は、一対の側部フレーム１４ａの前端部に対向配置されることになる。また、前部フレーム１３ｂと後部フレーム１３ｃは、バッテリフレーム１２の前部フレーム１４ｂと平行に車幅方向に延びるように形成されている。サブフレーム４は、図示しない連結部を介してフロントサイドフレーム８に連結して固定されている。

ここで、図３に示すように、フロアサイドフレーム１１は、上部が車室Ｒ２の床板部１７に接合され、矩形状の横断面を有するように形成されている。このため、フロアサイドフレーム１１は、内側面１８ａと外側面１８ｂとが鉛直線に沿って互いに平行に配置されている。
一方、バッテリフレーム１２の側部フレーム１４ａは、矩形状の横断面を有するように形成され、内側面１９ａと外側面１９ｂとが鉛直線に沿って互いに平行に配置されている。これにより、側部フレーム１４ａの外側面１９ｂは、フロアサイドフレーム１１の内側面１８ａに対向してほぼ平行に配置されることになる。また、側部フレーム１４ａの外側面１９ｂは、フロアサイドフレーム１１の内側面１８ａに近接して配置、すなわちほぼ一致する位置に配置されている。

次に、この実施の形態の動作について説明する。
まず、図１に示す電気自動車の前部が衝突体Ｄに衝突、例えば正面からフルラップ衝突すると、電気自動車の前部に衝突荷重が入力される。衝突初期では、図４に示すように、バンパＢのクラッシュエリアＳが潰れるように変形される一方で、その他の車体フレーム１はほとんど変形されず、バンパＢから入力された衝突荷重はフロントアッパフレーム７、フロントサイドフレーム８およびサブフレーム４を介して後方へと伝達される。

この時、バッテリフレーム１２には、前方への慣性力が生じているが、押当部１６がフロアサイドフレーム１１に押し当てられることにより前方への移動が抑制される。この押当部１６は、後方へ向かって外側へ開くように形成されており、フロアサイドフレーム１１に広い面積で押し当てられるため、バッテリフレーム１２の前方への移動を確実に抑制することができる。

ここで、押当部１６が、フロアサイドフレーム１１に急激に受け止められると、バッテリフレーム１２に大きな衝突荷重が入力されるおそれがある。従来、バッテリフレーム１２は、衝突により前方へ移動しないように、例えば前部フレーム１４ｂなどが車体フレーム１に強固に固定されていた。このため、衝突初期から車体フレーム１を介して大きな衝突荷重が一度にバッテリフレーム１２に伝達されるおそれがあった。
そこで、図３に示すように、バッテリフレーム１２の外側面１９ｂをフロアサイドフレーム１１の内側面１８ａに対向してほぼ平行に配置する。これにより、バッテリフレーム１２は、前方への慣性力に従って、フロアサイドフレーム１１の内側面１８ａを外側面１９ｂで均一に側方へ押圧する。このため、図５に示すように、フロアサイドフレーム１１を側方へ押し拡げるように変形させることができる。
このフロアサイドフレーム１１の変形により、バッテリフレーム１２に伝達される衝突荷重が吸収されるため、バッテリフレーム１２をフロアサイドフレーム１１で受け止める際にバッテリフレーム１２に入力される衝突荷重を抑制することができる。

この時、押当部１６は、フロアサイドフレーム１１に沿って長く延びるように形成されている。このため、フロアサイドフレーム１１の内側面１８ａを広い範囲にわたって外側面１９ｂで均一に押圧することができ、フロアサイドフレーム１１を側方へ確実に押し拡げることができる。
また、バッテリフレーム１２は、車幅方向に延びる接続部１５によりフロアサイドフレーム１１に固定されているため、バッテリフレーム１２が下方への移動に伴って落下することを確実に防止することができる。

さらに、バッテリフレーム１２の前側には、サブフレーム４が配置されている。例えば、バンパＢのクラッシュエリアＳが完全に変形して衝突初期が終了すると、クラッシュエリアＳ以外の車体フレーム１が変形することになり、その変形荷重はクラッシュエリアＳの変形荷重と比較して大きくなる。このため、バッテリフレーム１２に生じる前方への慣性力が上昇し、バッテリフレーム１２をフロアサイドフレーム１１のみで前側から受け止めることが困難となるおそれがある。
そこで、例えば慣性力に従ってバッテリフレーム１２が前方へ移動することにより、サブフレーム４の後部フレーム１３ｃがバッテリフレーム１２の前部フレーム１４ｂに当接し、バッテリフレーム１２をサブフレーム４で前側から支持することができる。これにより、バッテリフレーム１２は、フロアサイドフレーム１１とサブフレーム４により前側から支持されるため、バッテリフレーム１２の慣性力が上昇した場合でもバッテリフレーム１２が前方へ移動するのを確実に抑制することができる。

ここで、サブフレーム４は、一対の側部フレーム１３ａの延長線上にバッテリフレーム１２の一対の側部フレーム１４ａの前端部が位置するため、バッテリフレーム１２を前側から確実に支持することができる。
また、サブフレーム４は、バッテリフレーム１２の前部フレーム１４ｂと平行に後部フレーム１３ｃが配置されるため、バッテリフレーム１２に対して幅広い面積で当接することができ、バッテリフレーム１２を前側から強固に支持することができる。
さらに、バッテリフレーム１２の前側にサブフレーム４を配置するだけでバッテリフレーム１２の前方への移動を抑制するため、バッテリフレーム１２の前部フレーム１４ｂなどを車体フレーム１に強固に固定する必要がなく、電気自動車を軽量化すると共に組立を簡単化することができる。

なお、サブフレーム４は、バッテリフレーム１２より低い剛性を有することが好ましい。これにより、サブフレーム４がバッテリフレーム１２を支持する際に、サブフレーム４を優先的に変形させることができ、バッテリフレーム１２に入力される衝突荷重を確実に抑制することができる。

本実施の形態によれば、バッテリフレーム１２において側部フレーム１４ａの外側面１９ｂがフロアサイドフレーム１１の内側面１８ａに対向してほぼ平行に配置されるため、前方へ移動するバッテリフレーム１２をフロアサイドフレーム１１で受け止める際にフロアサイドフレーム１１を変形させて衝突荷重を吸収することができ、バッテリ３へ伝達される衝突荷重を確実に減少させることができる。

実施の形態２
実施の形態１において、接続部１５は、フロアサイドフレーム１１の内側面１８ａが所定の圧力で側方へ押圧されることにより、バッテリフレーム１２に対するフロアサイドフレーム１１の接続位置が側方へ変位するように接続することが好ましい。
例えば、図６に示すように、実施の形態１の接続部１５に換えて接続部２１を配置することができる。この接続部２１は、図７に示すように、２つの穴２２および２３と、この穴２２および２３を連通する連通路２４とがフロアサイドフレーム１１側の接続位置に形成されている。２つの穴２２および２３は、同じ径を有すると共に一方の穴２２が他方の穴２３に対して車幅方向内側に配置されている。一方の穴２２には固定具２５が挿入されており、フロアサイドフレーム１１に固定されている。連通路２４は、固定具２５の径より小さな幅で形成されている。このため、固定具２５は、通常、一方の穴２３内に留められており、フロアサイドフレーム１１がバッテリフレーム１２により側方へ押圧されて所定の圧力が接続部２１に付加された時に、固定具２５は連通路２４を拡げながら側方へ変位して他方の穴２３へ移動する。これにより、連通路２４の変形に伴ってバッテリフレーム１２に入力される衝突荷重を低減することができる。

本実施の形態によれば、フロアサイドフレーム１１がバッテリフレーム１２に所定の圧力で押圧されることにより接続部２１の接続位置が側方へ変位するため、フロアサイドフレーム１１を容易に押し拡げて変形させることができる。

実施の形態３
実施の形態１および２において、バッテリフレーム１２は、一対の側部フレーム１４ａの前端部の間隔が一対のフロアサイドフレーム１１の前端部の間隔より大きくなるように形成することが好ましい。
例えば、図８に示すように、実施の形態１において、バッテリフレーム１２の一対の側部フレーム１４ａに換えて一対の側部フレーム３１を配置することができる。

一対の側部フレーム３１は、前端部の間隔、すなわち前部フレーム１４ｂの長さが一対のフロアサイドフレーム１１の前端部の間隔より大きくなるように形成されている。このため、バッテリフレーム１２は、側部フレーム３１の前端部が一対のフロアサイドフレーム１１の前端部より後方に位置するように配置される。

本実施の形態によれば、一対の側部フレーム３１の前端部の間隔が一対のフロアサイドフレーム１１の前端部の間隔より大きくなるように形成されるため、バッテリフレーム１２に大きな慣性力が生じた場合でも、側部フレーム３１をフロアサイドフレーム１１で確実に受け止めることができ、バッテリフレーム１２が慣性力に従って前方へ飛び出すのを防ぐことができる。

なお、上記の実施の形態１〜３では、側部フレーム１４ａの外側面１９ｂとフロアサイドフレーム１１の内側面１８ａが、鉛直線に沿うように配置されていたが、外側面１９ｂが内側面１８ａに対向してほぼ平行に配置されていればよく、これに限られるものではない。
例えば、図９に示すように、実施の形態１において、一対のフロアサイドフレーム１１に換えて一対のフロアサイドフレーム４１を配置すると共に、バッテリフレーム１２の一対の側部フレーム１４ａに換えて一対の側部フレーム４２を配置することができる。

フロアサイドフレーム４１は、上部から下部に向かって拡幅するように形成され、内側面４３ａが上縁部から下縁部に向かって内側へ傾斜されると共に外側面４３ｂが鉛直線に沿うように配置されている。
側部フレーム４２は、上部から下部に向かって縮幅するように形成され、内側面４４ａが鉛直線に沿うように配置されると共に外側面４４ｂが上縁部から下縁部に向かって内側へ傾斜するように配置されている。ここで、側部フレーム４２の外側面４４ｂは、フロアサイドフレーム４１の内側面４３ａに対向してほぼ平行に配置されている。
これにより、バッテリフレーム１２の外側面４４ｂでフロアサイドフレーム４１の内側面４３ａを均一に押圧することができ、フロアサイドフレーム４１を確実に変形させることができる。

また、上記の実施の形態１〜３では、本発明の衝突荷重緩和構造体を電気自動車に適用したが、駆動部を電気で駆動させるなど、大きな容量のバッテリを搭載した電動自動車であればよく、電気自動車に限られるものではない。例えば、ハイブリッド自動車に本発明の衝突荷重構造体を適用することもできる。

１ 車体フレーム、２ バッテリ筐体、３ バッテリ、４ サブフレーム、５ 駆動部、６ バンパフレーム、７ フロントアッパフレーム、８ フロントサイドフレーム、９ フロントピラー、１０ サイドシル、１１，４１ フロアサイドフレーム、１２ バッテリフレーム、１４ａ，１３ａ，４２ 側部フレーム、１４ｂ，１３ｂ 前部フレーム、１４ｃ，１３ｃ 後部フレーム、１５，２１ 接続部、１６ 押当部、１７ 床板部、１８ａ，１９ａ，４３ａ，４４ａ 内側面、１８ｂ，１９ｂ，４３ｂ，４４ｂ 外側面、２２，２３ 穴、２４ 連通路、２５ 固定具、Ｂ バンパ、Ｓ クラッシュエリア、Ｒ 剛性部材、Ｔ トーボード、Ｒ１ 前室、Ｒ２ 車室、Ｄ 衝突体。

Claims (4)

1. 電動自動車を駆動するためのバッテリに伝達される衝突荷重を緩和する衝突荷重緩和構造体であって、
   車幅方向に間隔を空けて配置され、前後方向に延びると共に前端部側から後端部側に向かって徐々に互いの間隔が広くなるように形成された一対の車体フレームと、
   前記一対の車体フレームの内側に配置されて前記バッテリを支持するバッテリフレームと
   を備え、
   前記バッテリフレームは、車幅方向に間隔を空けて配置されて前後方向に延びると共に少なくとも前端部側が前記一対の車体フレームに沿って後方へ向かって互いの間隔が徐々に広くなるように形成された一対の側部フレームを有し、
   前記一対の側部フレームの外側面は、前記一対の車体フレームの内側面に対向してほぼ平行に配置される衝突荷重緩和構造体。
2. 前記一対の車体フレームは、車室の床下を前後方向に延びる一対のフロアサイドフレームであり、
   前記一対の側部フレームの外側面と前記一対のフロアサイドフレームの内側面は、鉛直線に沿うように配置される請求項１に記載の衝突荷重緩和構造体。
3. 前記一対の車体フレームと前記バッテリフレームとを接続する接続部をさらに備え、
   前記接続部は、前記一対の車体フレームが所定の圧力で側方へ押圧されることにより、前記バッテリフレームに対する前記一対の車体フレームの接続位置が側方へ変位する請求項１または２に記載の衝突荷重緩和構造体。
4. 前記バッテリフレームは、前記一対の側部フレームの前端部の間隔が前記一対の車体フレームの前端部の間隔より大きくなるように形成される請求項１〜３のいずれか一項に記載の衝突荷重緩和構造体。
   

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