JP2018176851A

JP2018176851A - 車両前部構造

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Publication number: JP2018176851A
Application number: JP2017075392A
Authority: JP
Inventors: 貴行桐本; Takayuki Kirimoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2018-11-15
Anticipated expiration: 2037-04-05
Also published as: JP6848626B2; US20180290688A1; CN108819684A; DE102018204753B4; DE102018204753A1; CN108819684B; US10543872B2

Abstract

【課題】燃料電池ユニットと高電圧部品とが配置された車両前部構造において、車両が衝突等による衝撃荷重を受けたときの燃料電池ユニットと高電圧部品との間の干渉に関し改善を図ることである。
【解決手段】車両前部構造１２は、車両１０における車室空間１６よりも前方の車両前部空間１８の車両幅方向の右側及び左側に配置されそれぞれ車両前後方向に延伸する一対のフロントサイドメンバ２０，２１を備える。燃料電池ユニット５０は、車両前部空間１８において一対のフロントサイドメンバ２０，２１で区画される領域に配置される。高電圧部品７０は、フロントサイドメンバ２０上に配置され、高電圧部品７０の車両内側縁部は、フロントサイドメンバ２０の車両内側縁部よりも車両外側に配置される。
【選択図】図１

Description

本開示は、車両前部構造に関する。

エンジンを備える車両においては、車室からダッシュパネルを隔てた前側の車両前部にエンジンが配置されることがほとんどであり、ダッシュパネルよりも前側の空間はエンジン室と呼ばれることが多い。化石燃料を用いず環境にやさしい燃料電池を搭載する車両では、エンジンを用いないので、燃料電池ユニット及びインバータ等の高電圧部品を今までのエンジン室に配置することが考えられる。

例えば、特許文献１には、車両前部に搭載されたパワープラントに衝突荷重が入力したときの保護構造が述べられている。パワープラントは、燃料電池ユニットの周囲に、コンバータを含む高電圧部品、水素ポンプ等の水素供給デバイス、駆動用モータを配置して構成されている。パワープラントは、ダッシュパネル、フロントサイドメンバ等の衝突対応部材に前後左右が囲まれ、かつ衝突対応部材に対して間隔を空けて配置され、衝突荷重が入力したときに、その間隔内で変位させることとしている。

特開２０１４−８３８７５号公報

燃料電池ユニットと高電圧部品は、共に高電圧を扱うので、車両が衝撃荷重を受けたとき燃料電池ユニットと高電圧部品との干渉によってこれらが損傷しないようにすることが必要である。車両前部構造の搭載空間の制約等によって、衝撃荷重に対して十分な剛性を有する部材よりも車両内側に高電圧を扱う要素が配置される場合がある。その場合には、車両内側に配置された要素とそれ以外の要素の両方の干渉を避けて、両方を共に衝撃荷重から保護する必要がある。従来技術は、例えば特許文献１において、燃料電池ユニットの周囲に高電圧部品等が配置されているので、車両が衝突等による衝撃荷重を受けたときに、高電圧を扱う複数の要素の間で強い干渉が生じ得る。衝撃荷重に対し、複数の要素の間で強い干渉が生じると、耐衝撃性の弱い方の要素が場合により損傷する可能性が生じ得る。そこで、燃料電池ユニットと高電圧部品とが配置された車両前部構造において、車両が衝突等による衝撃荷重を受けたときの燃料電池ユニットと高電圧部品との間における干渉を抑制することが要望される。

本開示に係る車両前部構造は、車両における車室空間よりも前方の車両前部空間の車両幅方向の右側及び左側に配置されそれぞれ車両前後方向に延伸する一対のフロントサイドメンバと、車両前部空間において一対のフロントサイドメンバで区画される領域に配置される燃料電池ユニットと、フロントサイドメンバ上に配置される高電圧部品と、を備え、上面視において、高電圧部品の車両内側縁部は、フロントサイドメンバの車両内側縁部よりも車両外側に配置される。

車両前部構造におけるフロントサイドメンバはボディを構成する部材で、車両が衝突等による衝撃荷重を受けたときに有効な剛性を有する。上記構成によれば、高電圧部品は、フロントサイドメンバの車両内側縁部よりも車両外側に配置されるので、車両が衝突等による衝撃荷重を受けたときに、燃料電池ユニットが車両外側に移動しても、フロントサイドメンバの剛性によって高電圧部品が保護される。

本開示に係る車両前部構造において、車両における車室空間と車両前部空間とを仕切るダッシュパネルと、車両前部空間においてフロントサイドメンバに結合され車両上側に延びるサスペンションタワーと、を備え、燃料電池ユニットは、車両前部空間においてダッシュパネルと一対のフロントサイドメンバとで区画される領域に配置され、高電圧部品は、ダッシュパネルとサスペンションタワーとの間の領域でフロントサイドメンバ上に配置されることが好ましい。

ダッシュパネルとサスペンションタワーは、共にボディを構成する部材で、車両が衝突等による衝撃荷重を受けたときに有効な剛性を有する。上記構成によれば、高電圧部品は、フロントサイドメンバ、ダッシュパネル、サスペンションタワーに囲まれているので、これらの剛性によって、燃料電池ユニットと高電圧部品との間の干渉を抑制できる。

本開示に係る車両前部構造において、燃料電池ユニットと高電圧部品との間で、フロントサイドメンバの車両内側の側面に取付られた衝撃吸収材を備えることが好ましい。

上記構成によれば、車両が衝突等による衝撃荷重を受けて燃料電池ユニットが車両外側に移動しても、衝撃吸収材が燃料電池ユニットを受け止めるので、燃料電池ユニットと高電圧部品との間の干渉を十分に抑制できる。

本開示に係る車両前部構造は、車両における車室空間と車両前部空間とを仕切るダッシュパネルと、車両前部空間の車両幅方向の右側及び左側に配置されそれぞれ車両前後方向に延伸する一対のフロントサイドメンバと、車両前部空間においてダッシュパネルと一対のフロントサイドメンバとで区画される領域に配置される燃料電池ユニットと、ダッシュパネルよりも車両前側でフロントサイドメンバ上に配置される高電圧部品と、燃料電池ユニットと高電圧部品との間で、フロントサイドメンバの車両内側の側面に取付られた衝撃吸収材とを備え、上面視において、燃料電池ユニットの車両外側縁部は、衝撃吸収材の車両内側縁部よりも車両内側に配置され、高電圧部品の車両内側縁部は、衝撃吸収材の車両内側縁部よりも車両外側に配置される。

上記構成によれば、高電圧部品がフロントサイドメンバの車両内側縁部よりも車両内側にはみ出しても、燃料電池ユニットが車両外側に移動したとき、衝撃吸収材が燃料電池ユニットを受け止める。これにより、燃料電池ユニットと高電圧部品との間の干渉に関して、高電圧部品の配置の自由度が増す。

本開示に係る車両前部構造において、衝撃吸収材は、板材を延伸方向に沿って谷面と山面とを交互に並べて折り曲げた蛇腹形状を有することが好ましい。

本開示に係る車両前部構造において、燃料電池ユニットにおいて車両外側に突き出す突出部の車両前後方向に沿った長さをＬとして、衝撃吸収材は、延伸方向に沿った山面の長さを谷面の長さと同じとし、延伸方向に沿った（山面＋谷面）の繰り返しのピッチをＰとし、山面の総数をＮとして、Ｐ＝（Ｌ／ｎ）及びＮ≧（ｎ＋１）であり（ｎは整数）、延伸方向を車両前後方向とし、山面を車両内側に向けてフロントサイドメンバの車両内側の側面に配置されていることが好ましい。

突出部と衝撃吸収材との関係がＰ＝（Ｌ／ｎ）及びＮ≧（ｎ＋１）であるとき（ｎは整数）は、燃料電池ユニットの突出部が衝撃吸収材に接触したとき、接触位置がどこであっても、潰れる山面の長さが同じとなり、突出部を受け止める受圧面積が同じになる。例えば、ｎ＝１のときは、山面の総数Ｎを２以上として、Ｌ＝Ｐとすればよい。Ｎは、燃料電池ユニットの移動の際の位置のばらつきに応じて大きくできる。これによって、接触位置に関わらず安定した衝撃吸収が可能になる。

上記構成の車両前部構造によれば、車両が衝突等による衝撃荷重を受けたときの燃料電池ユニットと高電圧部品との間における干渉を抑制することができる。

実施の形態に係る車両前部構造において、燃料電池ユニット、高電圧部品、衝撃吸収材が配置される様子を示す図である。図１について、車両幅方向の右側についての鳥瞰図である。図１について、車両幅方向の右側についての上面図である。図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図１に示すＡ部の衝撃吸収材の拡大斜視図である。実施の形態に係る車両前部構造の作用効果について、図４についてのモデル図を用い、衝突等による衝撃荷重を受ける前の初期状態を示す図である。図６に続き、燃料電池ユニットが衝突等による衝撃荷重を受けて、衝撃吸収材に接触した状態を示す図である。図７に続き、燃料電池ユニットが衝撃吸収材を変形させて衝撃による運動エネルギを吸収させる状態を示す図である。図８に続き、運動エネルギが少なくなった燃料電池ユニットが高電圧部品に接触する状態を示す図である。実施の形態に係る車両前部構造において、燃料電池ユニットの突出部の長さＬと、衝撃吸収材の山面と谷面の長さ（Ｐ／２）及び山面の総数Ｎとの関係を示す図である。図１０の寸法関係において、燃料電池ユニットの突出部が、２つの山面に接触するときの状態を示す図である。図１０の寸法関係において、燃料電池ユニットの突出部が、２つの山面のうちの一方側のみに接触するときの状態を示す図である。図１０の寸法関係において、燃料電池ユニットの突出部が、２つの山面のうちの他方側のみに接触するときの状態を示す図である。図１０において、山面の総数Ｎを３としたときの例を示す図である。

以下に図面を用いて本開示に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下において、高電圧部品は１つとして、燃料電池ユニットに対し車両幅方向の右側に配置するものを述べるが、これは説明のための例示である。１つの高電圧部品を燃料電池ユニットに対し車両幅方向の左側に配置してもよく、２つの高電圧部品を用いるときは、燃料電池ユニットに対し車両幅方向の左右両側に配置してもよい。

以下に述べる形状、材質等は、説明のための例示であって、車両前部構造の仕様等により、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、燃料電池車両１０の車両前部構造１２を示す斜視図である。以下では、特に断らない限り、燃料電池車両１０を、車両１０と呼ぶ。以下の各図において、車両幅方向、車両前後方向、車両上下方向を適宜示す。車両前部構造１２における各要素は、車両１０の幅方向に関し左右対称の配置となることが多い。そこで、幅方向については、幅方向の左右対称に関する車両１０の中心軸ＣＬを用いて、車両外側から中心軸ＣＬ側へ向かう車両内側の方向をＩＮと示し、中心軸ＣＬ側から車両外側へ向かう車両外側方向をＯＵＴと示す。なお、車両幅方向について車両１０の右側、左側を示すときは、「車両１０の右側」、「車両１０の左側」と呼ぶことにする。車両前後方向については、ＦＲと示す方向が車両前側の方向で、反対方向が車両後側の方向である。車両上下方向については、ＵＰと示す方向が路面に対して上側の方向であり、反対方向が路面側の方向である。

図１では、ボディを構成する部材と共に、ランプ取付部やバンパ取付部を有する車両前部の外装部を示す。図１において、ダッシュパネル１４、フロントサイドメンバ２０，２１、サスペンションタワー３０，３１は、ボディを構成する部材である。ボディを構成する部材は、高張力鋼板等の強度の高い材料を用い、例えば、断面形状が矩形筒状等に成形され、各部材は互いに結合される。ここで、「結合」とは、レーザ溶接、スポット溶接、ボルト及びナットを用いた締結の各手段のうち、いずれか１つの手段または複数の手段を用いて２つの部材を結合することを意味する。以下に「結合」と述べる場合も同様である。このように、ボディを構成する各部材は、車両１０が衝突等による衝撃荷重を受けたときに有効な剛性を有する。

車両前部構造１２において、ボディを構成する部材は、中心軸ＣＬを挟んでほぼ左右対称に配置される。例えば、図１において、フロントサイドメンバ２０，２１は、車両前部構造１２において、中心軸ＣＬを挟んで右側及び左側に配置され、それぞれ車両１０の前後方向に延伸する一対の部材である。また、サスペンションタワー３０，３１は、車両１０の図示しない前輪を支持し、走行中の衝撃を吸収するアブソーバや圧縮スプリング等を含むサスペンション(図示を省略)を覆う部材である。そこで、以下では、主として、車両１０の右側の部分のフロントサイドメンバ２０、サスペンションタワー３０について述べる。

図２は、図１について、車両１０の右側についての鳥瞰図である。図３は、図１について、車両１０の右側についての上面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。

ダッシュパネル１４は、車室の車両前壁の下側部分を構成し、車両１０における車室空間１６と車両前部空間１８とを仕切る部材である。エンジンを備える車両においては、車両前部空間１８にエンジンが配置されるが、車両１０はエンジンを搭載しないので、図１に示すように、車両前部空間１８に、燃料電池ユニット５０、高電圧部品７０、衝撃吸収材８０が配置される。

フロントサイドメンバ２０は、車両前部構造１２において、左右対称の中心軸ＣＬを挟んで右側に配置され、車両１０の前後方向に延伸する部材で、図４に示すように、略矩形断面２２の筒状形状を有する。以下では、特に断らない限り、フロントサイドメンバ２０を、サイドメンバ２０と呼ぶ。

サスペンションタワー３０は、車両１０の前輪を支持し、図２、図３に示すように、サスペンション(図示を省略)を覆う上壁部３２を有する部材である。サスペンションタワー３０は、ダッシュパネル１４のＦＲ側において、サイドメンバ２０のＵＰ側に配置され、サスペンションタワー３０の下端部３４は、サイドメンバ２０の上面２６に結合される。

燃料電池ユニット５０は、反応ガスを電気化学反応させて電力を得る電池である。例えば、固体高分子電解質膜をアノードとカソードとの間に挟み込んで形成したセルを複数個積層した積層体を一対のエンドプレートで挟持して、電池ケース５２に収納して得られる。燃料電池ユニット５０は、車両前部空間１８においてダッシュパネル１４と、一対のフロントサイドメンバ２０，２１のそれぞれのＩＮ側縁部２４，２５（図４参照）とで区画される領域１９に配置される。

電池ケース５２は、衝突等による衝撃荷重に対する十分な剛性を有する電池フレーム台５４に結合される。電池ケース５２を電池フレーム台５４に結合するために、電池ケース５２の左右外壁部の底面側の４箇所にＯＵＴ側に突出したケース側マウント部５６が設けられる。これに対応して、電池フレーム台５４の左右端部の４箇所にＯＵＴ側に突出した台側マウント部５８が設けられる。結合は、対応するケース側マウント部５６と台側マウント部５８とを位置合わせして、ボルト及びナットによって締結される。締結箇所は４つで、いずれも燃料電池ユニット５０からＯＵＴ側に突出するので、これらを突出部６０，６１，６２，６３として、図３及び図４に示す。なお、突出部６３は、図３、図４では図示されない。

電池フレーム台５４は、４つの締結脚部によって車両前部構造１２の下側に配置される図示しないサブフレームに結合される。図４において、その内の２つの締結脚部６４，６５を二点鎖線で示す。電池フレーム台５４と図示しないサブフレームとの間の空間には、図示しない水素ポンプ等の燃料電池補機が配置される。

突出部６０，６１，６２，６３の車両上下方向に沿った高さ位置は、図４に示すように、サイドメンバ２０の車両上下方向に沿った高さ位置とほぼ同じに設定する。これによって、燃料電池ユニット５０がＯＵＴ方向に移動したとき、突出部６０が剛性を有するサイドメンバ２０に受け止められ、サイドメンバ２０よりもＯＵＴ側にある部材を保護することができる。

高電圧部品７０は、燃料電池ユニット５０が出力する直流電力を所定の電圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータや、直流電力と交流電力との間の電力変換を行うインバータ等を筐体の内部に収納したパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）である。高電圧部品７０の筐体としては、例えば、アルミニウム合金等のケース体が用いられる。高電圧部品７０は、図示しない電力ケーブル等によって燃料電池ユニット５０及び図示しない回転電機等の電気機器に接続される。

高電圧部品７０は、ダッシュパネル１４よりも前側で、サスペンションタワー３０よりも後側で、サイドメンバ２０上に配置される。「サイドメンバ２０上」とは、図４に示すように、サイドメンバ２０とは間隔を空けた上側のことであるが、高電圧部品７０の底部側は、複数の支持部材７２を介してサイドメンバ２０の上面２６に結合される。高電圧部品７０は、支持部材７２を含めて、そのＩＮ側縁部７４は、サイドメンバ２０のＩＮ側縁部２４よりもＯＵＴ側に配置される。なお、図４に示すように、高電圧部品７０の外壁面から張り出すブラケット７６があるが、ブラケット７６の車両上下方向の位置は、支持部材７２がサイドメンバ２０に結合される箇所よりもかなり上側で、燃料電池ユニット５０のＯＵＴ側縁から遠く離れている。

燃料電池ユニット５０はサイドメンバ２０よりもＩＮ側に配置されており、高電圧部品７０は、サイドメンバ２０のＩＮ側縁部２４よりもＯＵＴ側に配置される。この配置関係によって、例えば、車両１０が衝突等による衝撃荷重を受けて燃料電池ユニット５０がＯＵＴ側に移動すると、最初に、突出部６０がサイドメンバ２０のＩＮ側縁部２４に接触する。そのときでも、サイドメンバ２０の剛性によって、高電圧部品７０と燃料電池ユニット５０との間の干渉が抑制される。

さらに、高電圧部品７０は、ダッシュパネル１４よりも前側で、サスペンションタワー３０よりも後側に配置されるので、車両１０が衝突等による衝撃荷重を受けたときでも、高電圧部品７０を衝撃から守ることができる。例えば、燃料電池ユニット５０がＯＵＴ側に移動しても、高電圧部品７０は、サイドメンバ２０、ダッシュパネル１４、サスペンションタワー３０に囲まれているので、これらの剛性によって、燃料電池ユニット５０と高電圧部品７０との間の干渉を抑制できる。

次に、図１でＡと示す衝撃吸収材８０について述べる。衝撃吸収材８０は、燃料電池ユニット５０と高電圧部品７０との間に配置され、車両１０が衝突等の衝撃荷重を受けたときに、衝撃荷重のエネルギを吸収する働きをするスペーサである。車両１０が衝突等の衝撃荷重を受けて燃料電池ユニット５０がＯＵＴ側に移動すると高電圧部品７０に近接するので、接触する前に衝撃エネルギを吸収するように、衝撃吸収材８０は、サイドメンバ２０のＩＮ側の側面２８に取付られる。図５は、衝撃吸収材８０の斜視図である。

衝撃吸収材８０は、板厚ｔ、幅寸法Ｗを有する板材を、延伸方向に垂直な方向に順次折り曲げて、谷面８２と立壁部８３と山面８４を形成し、蛇腹形状とした部材である。蛇腹形状とは、凹凸が延伸方向に沿って繰り返す形状であるが、衝撃吸収のためには、凹凸は三角形のように先端が尖っているものでなく、受け止める面圧が安定するように、ある程度の面積を有する平坦面であることが好ましい。そこで、衝撃吸収材８０の蛇腹形状の断面は、山高帽の断面に似た「ハット」形状とする。なお、サイドメンバ２０のＩＮ側の側面２８はある程度の凹凸を有する面であるので、蛇腹形状の衝撃吸収材８０は取付しやすい利点もある。

谷面８２と山面８４は、延伸方向に平行な面であるが、面の総数は、いずれか一方が他方よりも１つ多い。多い面数の方が谷面８２で、サイドメンバ２０に取り付けられる取付面となり、谷面８２より面数が１つ少ない方が山面８４となり、衝撃荷重を受ける受圧面となる。蛇腹形状において、山面８４と谷面８２の繰り返しのピッチＰは、｛（延伸方向に沿った谷面８２の長さ）＋（延伸方向に沿った山面８４の長さ）｝となる。以下では、特に断らない限り、ピッチＰ＝（山面＋谷面）と示す。

谷面８２は、サイドメンバ２０のＩＮ側の側面２８に取付けられる取付面である。取付は、「結合」ほど強固でなくてよく、例えば、接着剤を用いることができ、場合によってはスポット溶接を用いてもよい。

山面８４は、谷面８２から所定の高さＨで突き出す面である。山面８４は、燃料電池ユニット５０がＯＵＴ方向に移動して接触したときに燃料電池ユニット５０の運動エネルギである衝撃エネルギを受け止めて潰れ、これによって燃料電池ユニット５０の運動エネルギを吸収する受圧面である。

谷面８２の面積は取付安定性に関係し、山面８４の面積は衝撃を受け止める受圧面積の大小に関係する。これらは、互いに異なる面積であってもよいが、ここでは、谷面８２の面積と山面８４の面積を同じとし、（延伸方向に沿った谷面８２の長さ）＝（延伸方向に沿った谷面８２の長さ）＝（Ｐ／２）とする。衝撃吸収材８０の幅寸法をＷとすると、１つの山面８４の受圧面積は、｛Ｗ×（Ｐ／２）｝である。Ｗは、サイドメンバ２０のＩＮ側の側面２８における車両上下方向の寸法と同じにしてよい。

立壁部８３は、谷面８２から山面８４に向かって立ち上がる壁面で、衝撃吸収の際に変形する部分であり、その高さＨが高いほど衝撃を吸収する際の吸収時間が長く取れ、吸収エネルギ量も大きくなる。

衝撃吸収に貢献するのは、山面８４と、隣接する山面８４の間の谷面８２である。延伸方向に沿って最も外側の山面８４よりさらに外側の両端部の谷面８２は、取付面としての機能が主であるので、両端部の谷面８２の延伸方向に沿った長さＳ１，Ｓ２は適当に定めてよい。

衝撃吸収材８０として、好ましいピッチＰ、山面８４の数については、燃料電池ユニット５０がＯＵＴ側に移動したときに衝撃吸収材８０に最初に接触する部分である突出部６０の寸法と関係づけて後述する。

かかる衝撃吸収材８０としては、衝撃吸収に適した材料を、例示として示す図５の形状に成形したものを用いることができる。材料としては、衝撃荷重を受けたときにバラバラに破砕せず、適当な弾性を有し、変形によって衝撃エネルギを吸収可能な金属材料を用いる。金属材料としては、例えば、軟鉄を用いることができる。場合によって適当な靱性を有するプラスチック材料を用いてもよい。板材は１枚を成形してもよく、積層板を成形してもよく、複数枚の成形済み板を積層してもよい。寸法の一例を挙げると、材料に軟鉄を用いる場合、板厚ｔは、約１ｍｍから数ｍｍ程度、（Ｐ／２）は、数１０ｍｍ程度、Ｈは、数１０ｍｍ程度で、Ｗはサイドメンバ２０の寸法によるが、約１００ｍｍから約３００ｍｍ程度である。これらの数値は説明のための例示であって、車両１０における衝撃安全性等の仕様、燃料電池ユニット５０の質量等によって適宜変更が可能である。

衝撃吸収材８０は、谷面８２と山面８４とが並ぶ延伸方向を車両前後方向にし、幅方向を車両上下方向にし、山面８４が突出する高さ方向をＩＮ側に向けて、フロントサイドメンバ２０のＩＮ側の側面２８に取付けられる。これにより、衝撃吸収材８０の山面８４の車両幅方向に沿った位置であるＩＮ側縁部８６は、サイドメンバ２０のＩＮ側縁部２４よりもＨだけＩＮ側となる。燃料電池ユニット５０が衝突等による衝撃荷重を受けてＯＵＴ側に移動したとき、燃料電池ユニット５０において最もＯＵＴ側に位置する突出部６０は、サイドメンバ２０のＩＮ側縁部２４に接触するよりも早く、衝撃吸収材８０のＩＮ側縁部８６に接触する。

換言すれば、高さＨを有する衝撃吸収材８０をサイドメンバ２０のＩＮ側縁部２４の側面２８に設けるときは、燃料電池ユニット５０の車両外側縁部である突出部６０は、衝撃吸収材８０のＩＮ側縁部８６よりもＩＮ側に配置することになる。そして、高電圧部品７０のＩＮ側縁部７４は、衝撃吸収材８０のＩＮ側縁部８６よりもＯＵＴ側に配置すればよい。衝撃吸収材８０のＩＮ側縁部８６とサイドメンバ２０のＩＮ側縁部２４の車両幅方向に沿った寸法差は、衝撃吸収材８０の高さＨである。衝撃吸収材８０を用いることで、この高さＨ分だけ、高電圧部品７０の車両幅方向に沿った配置位置に余裕ができる。高電圧部品７０がサイドメンバ２０のＩＮ側縁部２４よりもＩＮ側にはみ出しても、この高さＨの範囲内であれば、燃料電池ユニット５０がＯＵＴ側に移動したとき、衝撃吸収材８０が燃料電池ユニット５０の突出部６０を受け止める。これにより、燃料電池ユニット５０と高電圧部品７０との間の干渉に関する一層の改善を図ることができる。

上記構成の車両前部構造１２の作用効果について、図６から図９を用いてさらに詳細に説明する。これらの図は、図１の上面図をモデル化したモデル図を用い、燃料電池ユニット５０の突出部６０と、高電圧部品７０の干渉について示す図である。

図６は、衝突等による衝撃荷重を受ける前の初期状態を示す図である。燃料電池ユニット５０の突出部６０は、衝撃吸収材８０と離間している。図７は、図６に続き、燃料電池ユニット５０が衝撃荷重を受けて運動エネルギＥを得て、ＯＵＴ側に移動し、突出部６０が衝撃吸収材８０に接触した状態を示す図である。

図８は、図７に続き、運動エネルギＥを有する燃料電池ユニット５０がさらにＯＵＴ側に移動して衝撃吸収材８０の山面８４を部分的に押潰した状態を示す図である。運動エネルギＥの一部は衝撃吸収材８０の変形エネルギや熱に変換されて吸収され、燃料電池ユニット５０はその吸収された分小さくなった運動エネルギＥ’を有する。

図９は、図８に続き、少なくなった運動エネルギＥ’を有する燃料電池ユニット５０がさらにＯＵＴ側に移動して衝撃吸収材８０の山面８４を完全に押潰し、衝撃吸収材８０の板厚ｔ程度を介しサイドメンバ２０のＩＮ側の側面２８に接触した状態を示す図である。運動エネルギＥ’の一部は衝撃吸収材８０の変形エネルギや熱に変換され、残りはサイドメンバ２０の剛性に受け止められて吸収され、燃料電池ユニット５０は運動エネルギを失って停止する。

このように、燃料電池ユニット５０は、サイドメンバ２０に対し、運動エネルギＥ’よりさらに小さい衝撃を与えるだけであるので、サイドメンバ２０のＩＮ側縁部２４よりもＯＵＴ側に配置される高電圧部品７０に与える衝撃は少ない。また、高電圧部品７０のＩＮ側縁部７４がＩＮ側にはみ出していても、衝撃吸収材８０の山面８４の縁部よりもＯＵＴ側であれば、衝撃吸収材８０の衝撃吸収作用が働くので、高電圧部品７０が受ける衝撃は少なくなる。したがって、衝撃吸収材８０を設けることで、燃料電池ユニット５０と高電圧部品７０とが直接的に接触する前に、燃料電池ユニット５０の運動エネルギを吸収でき、燃料電池ユニット５０と高電圧部品７０との間の干渉による衝撃を緩和することができる。

次に、衝撃吸収材８０の寸法と突出部６０の寸法との関係について、図１０から図１３を用いて説明する。これらは、図６における衝撃吸収材８０の寸法と突出部６０とに関する部分を抜き出してモデル化した図を用い、燃料電池ユニット５０がＯＵＴ側に移動するときに、突出部６０が衝撃吸収材８０に接触する位置が車両前後方向で異なるときの状態を示す図である。ここでは、衝撃吸収材８０の山面８４の総数Ｎを、蛇腹形状として最小のＮ＝２とし、突出部６０の車両前後方向に沿った寸法をＬとして、突出部６０が衝撃吸収材８０に接触する位置が異なっても受圧面積が同じとなる条件について述べる。

図１０は、図６の状態に対応し、燃料電池ユニット５０がＯＵＴ側に移動しているが衝撃吸収材８０にまだ接触していない状態を示す図である。衝撃吸収材８０は、延伸方向を車両前後方向とし、山面８４をＩＮ側に向けてサイドメンバ２０のＩＮ側の側面２８に配置される。ここで、燃料電池ユニット５０は、衝突等の衝撃荷重を受けて、運動エネルギＥを有して衝撃吸収材８０に向かってＯＵＴ側に移動している。

図１１は、図８の状態に対応し、燃料電池ユニット５０の突出部６０が衝撃吸収材８０の一部を押し潰したときで、ここでは、２つの山面８４にかけて突出部６０が接触し、２つの山面８４のそれぞれの一部が押し潰された衝撃吸収材８１となる。ＦＲ側の山面８４が突出部６０を受け止める長さをａ、もう１つの山面８４が突出部６０を受け止める長さをｂとする。ａ，ｂは延伸方向に沿って測った長さである。したがって、衝撃吸収材８０は、幅寸法Ｗに(ａ＋ｂ)を乗じた受圧面積で突出部６０を受け止める。衝撃吸収材８０から衝撃吸収材８１に変形することで、燃料電池ユニット５０の運動エネルギは、ＥからＥ’に減少する。すなわち、衝撃吸収材８０は、受圧面積＝Ｗ×（ａ＋ｂ）で突出部６０を受け止め、ΔＥ＝Ｅ−Ｅ’の運動エネルギを吸収する。

図１２と図１３は、図１１と異なり、燃料電池ユニット５０の突出部６０と衝撃吸収材８０との接触位置がずれて、１つの山面８４のみを押し潰した状態を示す図である。図１２では、燃料電池ユニット５０のＯＵＴ側への移動位置が図１１に比べ車両後側にずれて、車両後側の山面８４の一部が押し潰された衝撃吸収材８５となる。図１３では、燃料電池ユニット５０のＯＵＴ側への移動位置が図１１に比べＦＲ側にずれて、ＦＲ側の山面８４の一部が押し潰された衝撃吸収材８７となる。図１２、図１３に示すように、いずれの場合も、衝撃吸収材８０は、１つの山面８４のみで突出部６０を受け止めているので、これらの受圧面積は、幅寸法Ｗに、山面８４の延伸方向に沿った長さ（Ｐ／２）を乗じたＷ×（Ｐ／２）となる。

図１１と図１２と図１３のいずれの場合においても、同じ受圧面積となるようにするには、図１１の受圧面積＝Ｗ×（ａ＋ｂ）を、図１２、図１３の受圧面積＝Ｗ×（Ｐ／２）と同じにすればよい。したがって、（ａ＋ｂ）＝（Ｐ／２）とすることで、突出部６０と衝撃吸収材８０の間の接触位置が異なっても、同じ受圧面積となり、燃料電池ユニット５０の運動エネルギをＥからＥ’に減少させることができる。

図１１に示されるように、突出部６０の長さＬは、｛ａ＋（Ｐ／２）＋ｂ｝であるので、（ａ＋ｂ）＝（Ｐ／２）の条件を適用すると、Ｌ＝Ｐとなる。すなわち、衝撃吸収材８０の延伸方向に沿った山面８４の長さを谷面８２の長さと同じ（Ｐ／２）として延伸方向に沿った（山面８４＋谷面８２）の繰り返しのピッチをＰとするとき、Ｐを突出部６０の車両前後方向に沿った長さＬと同じにすればよい。すなわち、Ｌ＝Ｐとすることで、衝撃吸収材８０のどこに突出部６０が接触しても、突出部６０を受け止める衝撃吸収材８０の受圧面積を同じにできる。これにより、車両１０が衝突等の衝撃荷重を受けたときの燃料電池ユニット５０の挙動がばらついても、衝撃吸収量のロバスト性を向上でき、安定した衝撃吸収効果が得られる。

図１０から図１３では、最大で２つの山面８４に渡って突出部６０を受け止めているが、最大で３つの山面８４に渡って突出部６０を受け止めてもよい。図１４は、図１０に対応する図で、衝撃吸収材８０の山面８４の総数Ｎを３とし、最大で３つの山面８４に渡って突出部６０を受け止める例を示す図である。図１４と図１０を参照し、さらに図１１から図１３を考慮すると、突出部６０の長さＬ＝２Ｐであれば、突出部６０と衝撃吸収材８０との接触位置がどこであっても、突出部６０を受け止める衝撃吸収材８０の受圧面積は同じになる。

上記では、衝撃吸収材８０の山面８４の総数Ｎが２のときにはＬ＝Ｐ、衝撃吸収材８０の山面８４の総数Ｎが３のときにはＬ＝２Ｐとする例を示した。これを、一般化すると、ｎを整数として、Ｌ＝ｎＰとし、山面８４の総数Ｎ＝（ｎ＋１）とすることで、突出部６０と衝撃吸収材８０との接触位置がどこであっても、突出部６０を受け止める衝撃吸収材８０の受圧面積を同じにできる。

なお、図１４において二点鎖線で示すように、Ｌ＝２Ｐの条件を守れば、山面８４と谷面８２を増やして衝撃吸収材８０の延伸方向に沿った全長を長くしてもよい。これを一般化すると、山面８４の総数Ｎは、Ｎ≧（ｎ＋１）であればよい。

したがって、衝撃吸収材８０は、延伸方向に沿った山面８４の長さを谷面８２の長さと同じとし、延伸方向に沿った（山面８４＋谷面８２）の繰り返しのピッチをＰとし、山面８４の総数をＮとして、Ｐ＝（Ｌ／ｎ）及びＮ≧（ｎ＋１）とすればよい。これによって、車両１０が衝撃荷重を受けて燃料電池ユニット５０のＯＵＴ側への移動する際の車両前後方向に沿った移動範囲を広くカバーしながら、突出部６０を受け止める衝撃吸収材８０の受圧面積を同じにでき、安定した衝撃吸収効果が得られる。

上記構成の車両前部構造１２は、車両１０における車室空間１６よりも前方の車両前部空間１８の車両幅方向の右側及び左側に配置されそれぞれ車両前後方向に延伸する一対のフロントサイドメンバ２０，２１を備える。また、車両前部空間１８において、一対のフロントサイドメンバ２０，２１とで区画される領域１９に配置される燃料電池ユニット５０を備える。さらに、フロントサイドメンバ２０上に配置される高電圧部品７０を備える。そして、上面視において、高電圧部品７０の車両内側縁部は、フロントサイドメンバ２０の車両内側縁部よりも車両外側に配置される。

車両前部構造１２におけるフロントサイドメンバ２０，２１はボディを構成する部材で、車両１０が衝突等による衝撃荷重を受けたときに有効な剛性を有する。上記構成によれば、燃料電池ユニット５０はフロントサイドメンバ２０，２１よりも車両内側に配置され、高電圧部品７０は、フロントサイドメンバ２０の車両内側縁部よりも車両外側に配置される。これにより、例えば、車両１０が衝突等による衝撃荷重を受けたときに、燃料電池ユニット５０が車両外側に移動しても、フロントサイドメンバ２０の剛性によって高電圧部品７０との干渉が抑制される。

１０（燃料電池）車両、１２車両前部構造、１４ダッシュパネル、１６車室空間、１８車両前部空間、１９領域、２０，２１（フロント）サイドメンバ、２２略矩形断面、２４，２５（サイドメンバの）ＩＮ側縁部、２６上面、２８側面、３０，３１サスペンションタワー、３２上壁部、３４下端部、５０燃料電池ユニット、５２電池ケース、５４電池フレーム台、５６ケース側マウント部、５８台側マウント部、６０，６１，６２，６３突出部、６４，６５締結脚部、７０高電圧部品、７２支持部材、７４（高電圧部品の）ＩＮ側縁部、７６ブラケット、８０，８１，８５，８７衝撃吸収材、８２谷面、８３立壁部、８４山面、８６（衝撃吸収材の）ＩＮ側縁部。

Claims

車両における車室空間よりも前方の車両前部空間の車両幅方向の右側及び左側に配置されそれぞれ車両前後方向に延伸する一対のフロントサイドメンバと、
前記車両前部空間において前記一対のフロントサイドメンバで区画される領域に配置される燃料電池ユニットと、
前記フロントサイドメンバ上に配置される高電圧部品と、
を備え、
上面視において、前記高電圧部品の車両内側縁部は、前記フロントサイドメンバの車両内側縁部よりも車両外側に配置される、車両前部構造。
前記車両における前記車室空間と前記車両前部空間とを仕切るダッシュパネルと、
前記車両前部空間において前記フロントサイドメンバに結合され車両上側に延びるサスペンションタワーと、を備え、
前記燃料電池ユニットは、前記車両前部空間において前記ダッシュパネルと前記一対のフロントサイドメンバとで区画される領域に配置され、
前記高電圧部品は、前記ダッシュパネルと前記サスペンションタワーとの間の領域で前記フロントサイドメンバ上に配置される、請求項１に記載の車両前部構造。
前記燃料電池ユニットと前記高電圧部品との間で、前記フロントサイドメンバの車両内側の側面に取付られた衝撃吸収材を備える、請求項１または請求項２に記載の車両前部構造。
車両における車室空間と車両前部空間とを仕切るダッシュパネルと、
前記車両前部空間の車両幅方向の右側及び左側に配置されそれぞれ車両前後方向に延伸する一対のフロントサイドメンバと、
前記車両前部空間において前記ダッシュパネルと前記一対のフロントサイドメンバとで区画される領域に配置される燃料電池ユニットと、
前記ダッシュパネルよりも車両前側で前記フロントサイドメンバ上に配置される高電圧部品と、
前記燃料電池ユニットと前記高電圧部品との間で、前記フロントサイドメンバの車両内側の側面に取付られた衝撃吸収材とを備え、
上面視において、
前記燃料電池ユニットの車両外側縁部は、前記衝撃吸収材の車両内側縁部よりも車両内側に配置され、
前記高電圧部品の車両内側縁部は、前記衝撃吸収材の車両内側縁部よりも車両外側に配置される、車両前部構造。
前記衝撃吸収材は、
板材を延伸方向に沿って谷面と山面とを交互に並べて折り曲げた蛇腹形状を有する、請求項３または請求項４に記載の車両前部構造。
前記燃料電池ユニットにおいて車両外側に突き出す突出部の車両前後方向に沿った長さをＬとして、
前記衝撃吸収材は、
延伸方向に沿った前記山面の長さを前記谷面の長さと同じとし、延伸方向に沿った（前記山面＋前記谷面）の繰り返しのピッチをＰとし、前記山面の総数をＮとして、Ｐ＝（Ｌ／ｎ）及びＮ≧（ｎ＋１）であり（ｎは整数）、延伸方向を車両前後方向とし、前記山面を車両内側に向けて前記フロントサイドメンバの車両内側の側面に配置されている、請求項５に記載の車両前部構造。