JP2017222191A - 自動車の下部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】フロアパネルの下部に二次電池を配設した車体でも、車両衝突時に二次電池が脱落することを抑制する自動車の下部構造を提供する。
【解決手段】自動車の下部構造は、二次電池３が収容される電池収容凹部１１を有するフロアパネル９と、二次電池３と、を備える。フロアパネル９は、室内側の繊維強化樹脂製の表層部３１と、室外側の繊維強化樹脂製の裏層部３３と、を有し、フロアパネル９の一般部２５においては、表層部３１に裏層部３３が接合され、フロアパネル９の複合部２７においては、表層部３１と裏層部３３との間に中間層部３５が設けられている。複合部２７における表層部３１または裏層部３３と中間層部３５との剥離強度は、一般部２５における表層部３１と裏層部３３との剥離強度よりも小さく設定され、複合部２７は、電池収容凹部１１の前面の近傍部に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車の下部構造に関する。

従来から、重量物である二次電池をバッテリボックス内に収納し、このバッテリボックスを自動車のフロアパネルの下側に搭載する構造が公知である（特許文献１参照）。このフロアパネルは、車両前側のフロントフロアパネルと、前記フロントフロアパネルの後側に接合されたリアフロアパネルとから一体に構成される。また、車体のフロアパネルを繊維強化樹脂で形成する車体構造も公知である（特許文献２参照）。

ここで、特許文献１では、リアフロアパネルの前端部には、屈曲して下方に延びる前壁が形成されており、この前壁の下端にフロントフロアパネルの後端部が接合されている。このように、リアフロアパネルの前端部とフロントフロアパネルの後端部との境界部分は、段差部に形成されている。また、バッテリボックスは、リアフロアパネルの後部からリアフロアパネルの前端部までの領域に対面する後方部と、リアフロアパネルの前端部からフロントフロアパネルの前部までの領域に対面する前方部と、から構成されている。バッテリボックスの前方部の上面は、後方部の上面よりも低い高さに設定されているため、バッテリボックスの前方部と後方部との境界に段部が形成される。

このように、バッテリボックスの上面は、フロアパネルの下面に沿った形状に形成されており、バッテリボックスの段部は、フロアパネルの段差部に近接して配置されている。
以上のように、特許文献１，２を組み合わせると、二次電池を収納したバッテリボックスを繊維強化樹脂製のフロアパネルの下側に搭載する構造となる。

特開２００３−２２４９号公報 特開２０１３−２１６２５０号公報

前述した従来技術では、車両の前面衝突時に、バッテリボックスが車体に対して相対的に前方に慣性移動し、バッテリボックスの段部がフロアパネルの段差部の前壁に突き当たると、繊維強化樹脂製のフロアパネルは金属製のフロアパネルよりも延性が低いため、脆性破壊を起こしやすい。従って、車両衝突時に、フロアパネルの段差部の前壁を起点としてフロアパネルが脆性破壊によって破断することにより、二次電池を収容したバッテリボックスがフロアパネルから脱落するおそれがある。

そこで、本発明は、フロアパネルの下部に二次電池を配設した車体でも、車両衝突時に二次電池が脱落することを抑制する自動車の下部構造を提供することを目的とする。

本発明に係る自動車の下部構造は、二次電池を収容する電池収容凹部を有するフロアパネルと、前記電池収容凹部に収容された二次電池と、を備えている。前記フロアパネルは繊維強化樹脂で形成され、室内側の表層部と室外側の裏層部とを有する。フロアパネルの一般部では表層部と裏層部とが接合され、複合部では表層部と裏層部との間に中間層部が設けられる。前記複合部における前記表層部または裏層部と中間層部との剥離強度は、前記一般部における前記表層部と裏層部との剥離強度よりも小さい。前記複合部は、前記電池収容凹部の前面の近傍部に配置される。

本発明に係る自動車の下部構造によれば、車両衝突時における二次電池の脱落を効率的に抑制することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る車体を下側から見た底面図である。 図２は、図１におけるＡ−Ａ線による断面図である。 図３は、フロアトンネル部における電池収容凹部の前面との交差部分の近傍部を示す斜視図である。 図４は、図３におけるＢ−Ｂ線による断面図である。 図５（ａ）はフロアパネルの一般部における断面図、図５（ｂ）は複合部における断面図、図５（ｃ）はフロアパネルの複合部を構成する中間層部の斜視図である。 図６は、フロアトンネル部における電池収容凹部の前面との交差部分において、車両衝突時に変形する複合部の断面の概念図である。（ａ）は変形前の複合部の断面の概念図、（ｂ）は変形中間時点の複合部の断面の概念図、（ｃ）は変形後期の複合部の断面の概念図である。 図７は、本発明の第２実施形態に係るフロアパネルの複合部における断面図である。図７（ａ）は、ゴムの板状体の厚さが小さい場合を示す複合部の断面図であり、図７（ｂ）は、ゴムの板状体の厚さが大きい場合を示す複合部の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面とともに詳述する。

[第１実施形態]
図１〜図６を用いて、第１実施形態を説明する。

図１，２に示すように、車体の前部には、前後方向に沿って延在するフロントサイドメンバー１が左右一対に設けられている。フロントサイドメンバー１の前部１ａは、後述する二次電池３よりも高い位置に配置されており、前端にはバンパーステイ５が取り付けられている。フロントサイドメンバー１の前部１ａの後端から後方かつ下方に斜め下方に沿って傾斜する中間部１ｂが一体形成され、中間部１ｂの後端には後方に延びる後部１ｃが形成されている。

フロントサイドメンバー１の中間部１ｂの上にはダッシュパネル７が載置されており、ダッシュパネル７の後端にはフロアパネル９の前端が接合されている。フロアパネル９はフロントサイドメンバー１の後部１ｃの上に載置されている。

フロアパネル９には、上側（室内側）に向けて突出して二次電池３が収容可能に構成された電池収容凹部１１が形成されている。電池収容凹部１１の下側の開口は、下側カバー１３で覆われており、下側カバー１３は車幅方向に沿って延びる３本のクロスメンバー１５で下側から保持されている。

なお、重量物である二次電池３は、バッテリケース１７の内部に収容されている。図４に詳細に示すように、このバッテリケース１７は、上側カバー１９と下側カバー１３とで構成される。バッテリケース１７の前面部１７ａは、二次電池３の前面３ａに近接して配置されている。また、図２に示すように、電池収容凹部１１の前面１１ａは、バッテリケース１７の前面部１７ａに近接して配置されている。また、二次電池３の平面視で見た大きさは、図１の下側カバー１３とほぼ同じに形成されている。

図３に示すように、フロアパネル９における車幅方向中央部には、上側（室内側）に向けて突出して車両前後方向に沿って延在するフロアトンネル部２１が形成されている。フロアトンネル部２１は、上壁２１ａと、上壁２１ａの左右両端から下方に延びる一対の縦壁２１ｂと、から断面Ｕ字状に形成されている。なお、電池収容凹部１１を形成するフロアパネル９の上面１１ｂの前部には、車幅方向に沿って補強メンバー２３が接合されている。

ここで、フロアパネル９は繊維強化樹脂で形成され、部位によって一般部２５と複合部２７とに分かれる。

複合部２７は、図３の点ハッチングの部位に配置している。具体的には、フロアトンネル部２１における電池収容凹部１１の前面１１ａとの交差部分に配置している。複合部２７の前縁２７ａは、電池収容凹部１１の前面１１ａよりもわずかに前方側に位置され、後縁２７ｂは、補強メンバー２３よりもわずかに後方側に位置されている。下縁２７ｃは、縦壁２１ｂの下端まで延在している。なお、一般部２５は、複合部２７以外の部位である。

ここで、フロアパネル９の一般部２５は、図５（ａ）に示すように、上側（室内側）に配置された繊維強化樹脂製の表層部３１と、下側（室外側）に配置された繊維強化樹脂製の裏層部３３と、を有する。そして、表層部３１と裏層部３３とが直接に接合されている。また、フロアパネル９の複合部２７においては、図５（ｂ）に示すように、表層部３１と裏層部３３との間に中間層部３５が接合されている。中間層部３５は、図５（ｃ）に示すように、フロアパネル９の厚さ方向に延びる複数の筒状体４１を並列した筒状体集合物３７である。具体的には、平面視で正六角形状の縦壁３９で囲まれた筒状体４１を複数結合したハニカム構造体４３である。筒状体集合物３７の室内側の端部（表側端）が表層部３１に接合され、筒状体集合物３７の室外側の端部（裏側端）が裏層部３３に接合されている。具体的には、複合部２７においては、筒状体集合物３７の表側端および裏側端は、表層部３１および裏層部３３にそれぞれ線接触した状態で接合する。これに対して、一般部２５においては、表層部３１および裏層部３３は面接触した状態で接合される。従って、複合部２７における表層部３１または裏層部３３と中間層部３５との剥離強度は、一般部２５における表層部３１と裏層部３３との剥離強度よりも小さく設定されている。

次いで、図６を用いて、車両の前面衝突時における複合部２７の変形状態を説明する。なお、説明を簡略化するために、図６（ｃ）においては、中間層部３５を省略している。また、図６は概念的な図である。

車両の前面衝突時には、図２の矢印に示すようにフロントサイドメンバー１からフロアパネル９に後方に向かう衝突荷重が入力される。一方、重量物である二次電池３は、図２の矢印に示すように衝突によって車体に対して相対的に前方に向けて慣性移動する。二次電池３を収容したバッテリケース１７の前面部１７ａが電池収容凹部１１の前面１１ａに突き当たると、図６（ａ）の矢印に示すように、フロアパネル９の断面のうち下側（室外側）の裏層部３３が前方に移動しようとするが、上側（室内側）の表層部３１はフロントサイドメンバー１からの衝突荷重で後方に移動しようとする。このように、フロアパネル９の室内側の部位と室外側の部位とにそれぞれ反対方向の荷重が入力される。

これによって、図６（ｂ）に示すように、フロアパネル９の複合部２７の部位のうち電池収容凹部１１の前面１１ａよりも前側部分２７ｄと、電池収容凹部１１の前面１１ａよりも後側部分２７ｅとでフロアパネル９はＺ字状に変形する。

ここで、複合部２７における表層部３１または裏層部３３と中間層部３５との剥離強度は、一般部２５における表層部３１と裏層部３３との剥離強度よりも小さく設定されている。従って、複合部２７においては、Ｚ字状の部分の角部３７，３９における曲率の大きさに耐え切れず、図６（ｃ）に示すように、表層部３１または裏層部３３が中間層部３５から剥離し、Ｚ字状の部分の角部３７，３９における曲率が小さくなり、複合部２７が破断しにくくなる。

以下に、第１実施形態による作用効果を説明する。

（１）第１実施形態に係る自動車の下部構造は、フロアパネル９の室内側に向けて突出して二次電池３が収容可能に構成された電池収容凹部１１を有するフロアパネル９と、前記フロアパネル９の前記電池収容凹部１１に収容された二次電池３と、を備えている。前記フロアパネル９は、室内側に配置された繊維強化樹脂製の表層部３１と、室外側に配置された繊維強化樹脂製の裏層部３３と、を有し、フロアパネル９の一般部２５においては、前記表層部３１に前記裏層部３３が接合され、フロアパネル９の複合部２７においては、前記表層部３１と前記裏層部３３との間に中間層部３５が設けられている。前記複合部２７における前記表層部３１または裏層部３３と中間層部３５との剥離強度は、前記一般部２５における前記表層部３１と裏層部３３との剥離強度よりも小さく設定され、前記複合部２７は、前記電池収容凹部１１の前面の近傍部に配置されている。

車両の前面衝突時には、図２の矢印に示すようにフロントサイドメンバー１からフロアパネル９に後方に向かう衝突荷重が入力される。一方、重量物である二次電池３は、衝突によって車体に対して相対的に前方に向けて慣性移動する。二次電池３がバッテリケース１７を介して電池収容凹部１１の前面１１ａに突き当たると、図６（ａ）の矢印に示すように、フロアパネル９の断面のうち下側（室外側）の裏層部３３が前方に移動しようとするが、上側（室内側）の表層部３１はフロントサイドメンバー１からの衝突荷重で後方に移動しようとする。このように、フロアパネル９の室内側と室外側とにそれぞれ反対方向の荷重が入力される。

これによって、図６（ｂ）に示すように、フロアパネル９の部位のうち電池収容凹部１１の前面よりも前側部分２７ｄと、電池収容凹部１１の前面１１ａよりも後側部分２７ｅとで断面がＺ字状に変形する。

ここで、複合部２７における表層部３１または裏層部３３と中間層部３５との剥離強度は、一般部２５における表層部３１と裏層部３３との剥離強度よりも小さく設定されている。従って、複合部２７においては、Ｚ字状の部分の角部３７，３９における曲率の大きさに耐え切れず、図６（ｃ）に示すように、表層部３１または裏層部３３が中間層部３５から剥離し、Ｚ字状の部分の角部３７，３９における曲率が小さくなり、複合部２７が破断しにくくなる。これによって、車両衝突時における二次電池３の脱落を効率的に抑制することができる。なお、フロアパネル９が破断しにくくなるため、衝突エネルギーの吸収率も向上する。

（２）前記フロアパネル９は、室内側に向けて突出して車両前後方向に沿って延在するフロアトンネル部２１を有し、前記電池収容凹部１１の前面１１ａは、車幅方向に沿って延在し、前記フロアトンネル部２１における電池収容凹部１１の前面１１ａとの交差部分に前記複合部２７を配置した。

車両の前面衝突時に、重量物である二次電池３の前部がバッテリケース１７を介して電池収容凹部１１の前面１１ａに突き当たると、二次電池３には前部を中心として後部が上方に持ち上がる回転モーメントが発生する。フロアパネル９においても、前記二次電池３の後部がフロアパネル９の裏面を押し上げるため、電池収容凹部１１の前面近傍部を中心としてフロアパネル９が折れ曲がる方向の回転モーメントが発生する。即ち、車両の前面衝突時には、電池収容凹部１１の前面近傍部に曲げ荷重が入力される。
フロアトンネル部２１における電池収容凹部１１の前面１１ａとの交差部分には、フロアパネル９が折れ曲がる曲げ荷重が集中するため、特にフロアパネル９が破断しやすいという性質がある。従って、前記交差部分に複合部２７を配置すれば、フロアパネル９の破断による二次電池３の脱落を更に効率的に抑制することができる。

（３）前記複合部２７における中間層部３５は、フロアパネル９の厚さ方向に延びる複数の筒状体４１を並列した筒状体集合物３７であり、前記中間層部３５の筒状体集合物３７の表側端が表層部３１に接合され、裏側端が裏層部３３に接合される。

筒状体集合物３７の表側端および裏側端は、表層部３１および裏層部３３にそれぞれ線接触した状態で接合する。これに対して、中間層部３５が板状体の場合、中間層部３５の表面および裏面は表層部３１および裏層部３３にそれぞれ面接触した状態で接合する。従って、筒状体集合物３７の方が板状体よりも、表層部３１および裏層部３３と中間層部３５との接触面積が小さくなり、接合力も小さくなるため、表層部３１および裏層部３３と中間層部３５とが容易に剥離される。

[第２実施形態]
次いで、第２実施形態について説明するが、前述した第１実施形態と同じ構成については、同一符号を付けて説明を省略する。

第２実施形態では、複合部における中間層部３５は、ゴムの板状体を有する。

図７（ａ）は、ゴムの板状体の厚さが小さい場合を示す複合部１２７の断面図である。複合部１２７の中間層部１３５は、厚さ方向の中央部に配置された結合本体部１０１と、結合本体部１０１の上側（室内側）に接合された薄いゴムの板状体１０３と、結合本体部１０１の下側（室外側）に接合された薄いゴムの板状体１０５と、から３層構造に構成される。上側のゴムの板状体１０３は表層部３１に接合され、下側のゴムの板状体１０５は裏層部３３に接合されている。なお、ゴムの種類としては、特に限定されないが、例えばＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンゴム）などを好適に用いることができる。

図７（ｂ）は、ゴムの板状体の厚さが小さい場合を示す複合部２２７の断面図である。中間層部２３５は、厚さ方向の中央部に配置された結合本体部２０１と、結合本体部２０１の上側（室内側）に接合された厚いゴムの板状体２０３と、結合本体部２０１の下側（室外側）に接合された厚いゴムの板状体２０５と、から３層構造に構成される。上側のゴムの板状体２０３は表層部３１に接合され、下側のゴムの板状体２０５は裏層部３３に接合されている。なお、図７（ｂ）におけるゴムの板状体２０３，２０５の厚さは、図７（ａ）におけるゴムの板状体１０３，１０５の厚さよりも厚く形成されている。

以下に、第２実施形態による作用効果を説明する。

（１）前記複合部における中間層部３５は、ゴムの板状体１０３，１０５，２０３，２０５を有する。

図７（ｂ）に示すように、ゴムの板状体２０３，２０５の厚さが大きい複合部２２７の場合は、板状体２０３，２０５のせん断強度が小さくなる。従って、矢印に示す方向のせん断荷重が入力されると、小さいせん断荷重で板状体２０３，２０５の厚さ方向の中間部分から裂けやすくなる。従って、矢印に示す方向のせん断荷重が入力される場合、表層部３１と裏層部３３とが剥離および分離されやすくなる。

一方、図７（ａ）に示すように、ゴムの板状体１０３，１０５の厚さが小さい複合部１２７の場合は、板状体１０３，１０５のせん断強度が大きくなる。従って、矢印に示す方向のせん断荷重が入力されると、結合本体部１０１の厚さ方向の中間部分が破損しやすくなる。従って、矢印に示す方向のせん断荷重が入力される場合、表層部３１と裏層部３３とが剥離および分離されやすくなる。

ところで、本発明は前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

３ 二次電池
９ フロアパネル
１１ 電池収容凹部
１１ａ 前面
２１ フロアトンネル部
２７ 複合部
３１ 表層部
３３ 裏層部
３５ 中間層部
３７筒状体集合物
４１ 筒状体
１０３，１０５，２０３，２０５ ゴムの板状体

Claims (4)

1. フロアパネルの室内側に向けて突出して二次電池が収容可能に構成された電池収容凹部を有するフロアパネルと、
   前記フロアパネルの前記電池収容凹部に収容された二次電池と、を備え、
   前記フロアパネルは、室内側に配置された繊維強化樹脂製の表層部と、室外側に配置された繊維強化樹脂製の裏層部と、を有し、
   フロアパネルの一般部においては、前記表層部に前記裏層部が接合され、
   フロアパネルの複合部においては、前記表層部と前記裏層部との間に中間層部が設けられており、
   前記複合部における前記表層部または裏層部と中間層部との剥離強度は、前記一般部における前記表層部と裏層部との剥離強度よりも小さく設定され、
   前記複合部は、前記電池収容凹部の前面の近傍部に配置されたことを特徴とする自動車の下部構造。
2. 請求項１に記載の自動車の下部構造であって、
   前記フロアパネルは、室内側に向けて突出して車両前後方向に沿って延在するフロアトンネル部を有し、
   前記電池収容凹部の前面は、車幅方向に沿って延在し、
   前記フロアトンネル部における電池収容凹部の前面との交差部分に前記複合部を配置したことを特徴とする自動車の下部構造。
3. 請求項１または２に記載の自動車の下部構造であって、
   前記複合部における中間層部は、フロアパネルの厚さ方向に延びる複数の筒状体を並列した筒状体集合物であり、
   前記中間層部の筒状体集合物の表側端が表層部に接合され、裏側端が裏層部に接合されることを特徴とする自動車の下部構造。
4. 請求項１または２に記載の自動車の下部構造であって、
   前記複合部における中間層部は、ゴムの板状体を有することを特徴とする自動車の下部構造。

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