JP2020011532A

JP2020011532A - 車両の下部構造

Info

Publication number: JP2020011532A
Application number: JP2018133016A
Authority: JP
Inventors: 義仁富澤; Yoshito Tomizawa; 義典土門; Yoshinori Domon; 章西野; Akira Nishino
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2020-01-23
Anticipated expiration: 2038-07-13
Also published as: US20200017146A1; CN110775162B; US10988179B2; EP3611080B1; JP6787371B2; CN110775162A; EP3611080A1

Abstract

【課題】前面衝突時においてフロントサスペンションメンバの後退を抑制する。【解決手段】サスペンションメンバ１４は、下部車体１２のサイドメンバ２０に装着されている。サスペンションメンバ１４の後部において、サスペンションメンバ１４と下部車体１２の間にスペーサ２８が介在している。スペーサ２８はブラケット４６を含み、ブラケットの前端面４６ｆがサスペンションメンバ本体２２の後壁面２２ａに対向する。前面衝突時において、サスペンションメンバ１４の後壁面２２ａがブラケット４６に当接し、サスペンションメンバ１４の後退を抑制される。【選択図】図６

Description

本発明は、車両の下部構造に関し、特に衝突時における部品間の距離の制御に関する。

車両の下部構造は、下部車体と、下部車体に装着され、サスペンションの可動部品を動作可能に支持するサスペンションメンバを含む。下記特許文献１には、フロントサイドメンバ（１）に固定されたサスペンションメンバ（３５）が示されている。サスペンションメンバ（３５）は後端部において、別部品を介して後方連結部（３７）にてフロントサイドメンバ（１）に固定されている。また、下記特許文献１には、燃料電池スタック（１３）を含むフロア下ユニット部品（１７）を車両のフロア下に搭載することが記載されている。なお、上記の（）内の符号は、下記特許文献１で用いられている符号であり、本願の実施形態の説明で用いられる符号とは関連しない。

特開２００６−２２４８７７号公報

フルラップまたはオフセット前面衝突等の前面衝突時において、フロントサスペンションメンバは、下部車体に対して相対的に後方に移動する。フロントサスペンションメンバの後退の抑制に関し、改善の余地がある。

本発明は、前面衝突時において、下部車体に対するフロントサスペンションメンバの後退を抑制することを目的とする。

本発明に係る車両の下部構造は、車両の前後方向に延びる骨格部材を有する下部車体と、下部車体の前部下方に位置し、下部車体の骨格部材に装着されているフロントサスペンションメンバと、下部車体とフロントサスペンションメンバの間に介在するスペーサを備える。スペーサは、フロントサスペンションメンバの後壁面に対向する前端面を有し、前面衝突時において、前端面に、フロントサスペンションメンバの後壁面が当接する。

前面衝突時において、スペーサによってフロントサスペンションメンバの後退が抑制される。

また、スペーサには、このスペーサを骨格部材に固定するためのボルトが貫通する少なくとも１つのボルト孔が形成される。スペーサは、最も車両前方に位置するボルト孔を形成する部分から車両前方に延びる延伸部を有するものとでき、この延伸部の前端面がフロントサスペンションメンバの後壁面に当接する前述のスペーサの前端面である。

延伸部を設けることで、スペーサがフロントサスペンションに当接する位置を、ボルトによりスペーサを固定する位置による制約を受けずに定めることができる。

また、フロントサスペンションメンバは、その後壁面の下部から後方に延びスペーサに結合する舌状の後方取り付け部を有するものとできる。この後方取り付け部は、スペーサに結合している部分と後端面との間に脆弱構造を有する。

フロントサスペンションメンバに前方から衝突荷重が加わったとき、脆弱構造を有する後方取り付け部が屈曲し、スペーサへ伝わる衝突荷重が低減され、フロントサスペンションメンバの後退と共にスペーサが後退することが抑制される。

さらに、下部車体の下方かつフロントサスペンションメンバの後方に、車両駆動用の電力を蓄えるバッテリを備えることができる。前面衝突時において、スペーサによってフロントサスペンションメンバの後退が抑制されるため、バッテリとフロントサスペンションメンバの距離を確保することができる。

さらに、フロントサスペンションメンバとバッテリの間に、バッテリに接続している電力線を配置することができる。前面衝突時において、スペーサによってフロントサスペンションメンバの後退を抑制し、フロントサスペンションメンバの電力線への接近を抑制する。

前面衝突時において、フロントサスペンションメンバがスペーサに当接することにより、フロントサスペンションメンバの後退が抑制される。

車両の下部構造を下から見上げた状態で模式的に示す斜視図である。サスペンションメンバを見下ろした状態で模式的に示す斜視図である。スペーサを示す斜視図である。スペーサを示す側面図である。図４に示すＡ−Ａ線によるスペーサの断面図である。サスペンションメンバとスペーサの関係を模式的に示す側面図である。サスペンションメンバと電力線の関係を模式的に示す側面図である。前面衝突時の下部構造の変形を模式的に示す側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。以下の説明において、特段の断りがない場合、前後左右上下等の方向および向きを表す語句は、車両に関する方向および向きを表す。各図において、矢印ＦＲの向きが前方、矢印ＵＰの向きが上方、矢印ＬＨの向きが左方である。

図１は、車両の下部構造１０、特に下部構造１０の前部の要部を下方から見上げた状態で示す模式図である。下部構造１０は、下部車体１２と、下部車体１２の前部下方に位置するフロントサスペンションメンバ１４（以下、サスペンションメンバ１４と記す。）を備える。下部車体１２は、客室のフロア１６と、客室の前縁を規定するダッシュパネル１８と、フロア１６の下を前後方向に延び、さらに前方に延びる左右１対のサイドメンバ２０を備える。ダッシュパネル１８は、客室と、客室前方に位置し、電動機等の原動機が収まる原動機室の隔壁となる。左右のサイドメンバ２０は、フロア１６下において、前端が互いに近づくように内側に曲がり、左右の間隔が前方に向けて狭くなっている。また、サイドメンバ２０のフロア１６下の部分よりも前方の部分は、前方に向けてダッシュパネル１８に沿って上方に湾曲し、所定の高さにおいて、前方に向けて原動機室内を略水平に延びている。１対のサイドメンバ２０は、下部車体１２の左右を、前後方向に延びる骨格部材として機能する。サスペンションメンバ１４は、板金製であり、所定形状に成形された複数の部品を組合せ、接合して形成される。

サスペンションメンバ１４は、サイドメンバ２０に装着され、サスペンションの可動部品、例えばロアアームの車体側の支持点を形成する。サスペンションメンバ１４は、サスペンションメンバ本体２２を有し、このサスペンションメンバ本体２２の左右の端部にサスペンションの可動部品の支持点が形成される。サスペンションメンバ本体２２の前部の左右には取り付けアーム２４が設けられ、取り付けアーム２４の上端が原動機室内のサイドメンバ２０に結合されている。また、サスペンションメンバ本体２２の後部の左右には、後方に延びる舌状の後方取り付け部２６が設けられ、後方取り付け部２６がフロア１６下のサイドメンバ２０に結合されている。後方取り付け部２６と下部車体１２、特にサイドメンバ２０との間には、スペーサ２８が介在している。取り付けアーム２４およびスペーサ２８の上下方向の寸法を変えることにより、下部車体１２に対するサスペンションメンバ１４の上下方向における位置を変更することができる。

フロア１６下には、バッテリ３０が搭載される。バッテリ３０は、左右のサイドメンバ２０に固定された格子状の支持フレーム３２に下から支持されている。支持フレーム３２は、左右方向に延びて両端が左右のサイドメンバ２０に締結される複数の支持ビーム３４を有し、バッテリ３０は支持ビーム３４上に固定される。バッテリ３０の前端面には、電力線３６および信号線３８を接続するためのレセプタクルが備えられる。電力線３６は、バッテリ３０に蓄えられた電力を車両駆動用の電動機に供給し、また回生制動によって電動機が発生した電力をバッテリ３０に送る。信号線３８は、バッテリ３０の電流、電圧や、バッテリ３０の温度などのバッテリ３０の状態を把握するためのパラメータを示す検出信号を送出する。

図２は、スペーサ２８を取り付けた状態のサスペンションメンバ１４を示す斜視図である。サスペンションメンバ本体２２は、略後方を向いた後壁面２２ａを有し、後壁面２２ａは左右方向において湾曲している。湾曲した後壁面２２ａは、中央部が前方に位置し、両端部が後方に位置し、各両端部の下部から後方取り付け部２６が後方に延びている。後方取り付け部２６の上下方向の寸法（厚さ）は、サスペンションメンバ本体２２の厚さに比べて薄い。後方取り付け部２６の上面には、スペーサ２８が溶接等の手法により接合されている。サスペンションメンバ１４は、前部において取り付けアーム２４が、また後部において後方取り付け部２６とスペーサ２８がサイドメンバ２０に結合されることにより、下部車体１２に装着される。後方取り付け部２６は、後方取り付け部２６とスペーサ２８を一緒に貫通するボルト４２と、スペーサ２８を貫通するボルト４４によって、サイドメンバ２０に締結される。前方のボルト４２は、後方取り付け部２６とカラー４８をサイドメンバ２０との間で挟持する。

図３〜５は、スペーサ２８を示す図であり、図３が斜視図、図４が側面図、図５が図４に示すＡ−Ａ線による断面図である。スペーサ２８は、前後方向に延びるブラケット４６と、ブラケット４６を上下方向に貫通するカラー４８を含む。ブラケット４６は、長手方向（前後方向）に直交する断面が、下向きに開いたコの字形状であり、板金製である。ブラケット４６の中央よりも前方寄りの位置において、カラー４８がブラケット４６を上下方向に貫通している。ブラケット４６の、カラー４８が貫通する部分をカラー貫通部４６ａと記す。ブラケット４６は、カラー貫通部４６ａから前方に延びる延伸部４６ｂを有する。カラー４８は、ボルト４２による締結力を受ける部分であり、締結力を受ける部分よりも前方に延びている部分が延伸部４６ｂである。ブラケット４６は、カラー貫通部４６ａから後方にも延びている。この後方に延びる部分の後端部４６ｃには貫通孔が設けられ、この貫通孔は、ボルト４４が貫通するスペーサ２８の後方ボルト孔２８ａである。

ブラケット４６の前端面４６ｆ（延伸部４６ｂの前端面）は、サスペンションメンバ本体２２の後壁面２２ａ（図２，６参照）と対向している。ブラケット４６は、スペーサ２８の一部であり、ブラケット４６の前端面４６ｆは、スペーサ２８の前端面でもある。

カラー４８は円筒形状であり、上端面４８ａはブラケットの後端部４６ｃの上面４６ｄと同じ高さに位置し、下端面４８ｂはブラケットのカラー貫通部４６ａの下縁４６ｅと同じ高さに位置している。カラー４８は、ブラケット４６と溶接等の手法により接合される。具体的には、カラー４８の側面とブラケットのカラー貫通部４６ａの上面が溶接される。カラー４８は、ボルト４２が貫通するスペーサの前方ボルト孔２８ｂを形成する。

スペーサ２８は、ブラケットのカラー貫通部４６ａの下縁４６ｅをサスペンションメンバ１４の後方取り付け部２６に溶接して接合されている。一方で、延伸部４６ｂの下縁４６ｇは、後方取り付け部２６に溶接されていない。

また、ブラケット４６の前端面４６ｆと下縁４６ｇの形成する角４６ｈは、面取り、特に丸面取りされている。ブラケットの前端面４６ｆの形状は、下向きに開いたコの字形状であり、コの字の平行な２辺の下端の角４６ｈが丸面取りされている。

図６および図７は、サスペンションメンバ１４、特に後方取り付け部２６の周囲の構成を側方視した模式図である。特に、図６ではサスペンションメンバ１４とスペーサ２８の関係が示されており、図７ではサスペンションメンバ１４と電力線３６の関係が示されている。図７において、サスペンションメンバ本体２２の内部構造は省略されている。

図６に良く示されるように、後方取り付け部２６の厚さは、サスペンションメンバ本体２２の厚さに対し小さく、サスペンションメンバ１４の厚さは、後方に向けて後壁面２２ａの付近で急激に減少している。また、図２に良く示されるように左右方向においても、後方取り付け部２６の左右方向の寸法（幅）は、サスペンションメンバ本体２２に比べて小さく、寸法の急激な減少が見られる。このように、寸法が急減する部分は脆弱であり、衝突時、荷重を受けると他の部分より早く変形が始まる。後方取り付け部２６の付け根およびその周囲の部分は、他の部分よりも早く変形が始まる脆弱部である。

スペーサ２８は、サスペンションメンバ１４とサイドメンバ２０の間に介在し、下部車体１２に対するサスペンションメンバ１４の上下方向の位置を定めている。スペーサ２８の有無、またはスペーサ２８の厚さを変更することでサスペンションメンバ１４の上下方向の位置を変更することができる。スペーサ２８は、前後方向において２箇所でサイドメンバ２０に固定されている。スペーサ２８は、前側ではサスペンションメンバ１４と共にボルト４２によってサイドメンバ２０に締結され、後側ではボルト４４でサスペンションメンバ１４に締結されている。スペーサ２８のブラケットの延伸部４６ｂは、スペーサ２８がボルト４２によって固定されている位置から前方に向けて延び、その前端面４６ｆがサスペンションメンバの後壁面２２ａに対向している。ブラケットの延伸部４６ｂは、フルラップ前面衝突時やオフセット前面衝突時において後退してくるサスペンションメンバ１４の後壁面２２ａに当接する。延伸部４６ｂの長さを変更することで、サスペンションメンバ１４と当接する位置を変更することができ、サスペンションメンバ１４の後退量を制御することができる。

サスペンションメンバ本体２２の後壁面２２ａは湾曲しているので、図７に示すように、後壁面２２ａの電力線３６に対向する部分は、スペーサ２８に対向する部分よりも前方に位置する。

図８は、所定の条件における前面衝突時の下部構造１０の変形の様子を示す図である。前面衝突時の条件は、例えば規定されたフルラップ前面衝突試験、またはオフセット前面衝突試験の条件とすることができる。例えば、フルラップ前面衝突試験においては、車両は５５km/hで壁面に正面衝突させられ、オフセット前面衝突試験おいては、定められた構造の対象物に対し４０％のオーバラップ量で６４km/hで衝突させられる。

車両の客室は乗員を保護するために堅固な構造を有する一方、客室より前方の部分は衝突のエネルギを吸収するために比較的変形しやすい構造を採る。下部構造１０が前面衝突による衝突荷重Ｆを受けると、下部構造１０の前部は変形し、これに伴いサスペンションメンバ１４も後退する。一方、スペーサ２８は、堅固なサイドメンバ２０のフロア下部分に固定されているため、サスペンションメンバ１４の後方取り付け部２６の位置は大きく変化しない。このため、後方取り付け部２６の脆弱な部分が屈曲する。図８に示すように、後方取り付け部２６は、Ｖ字形に屈曲し、サスペンションメンバ本体の後壁面２２ａがブラケットの前端面４６ｆに当接する。これによって、サスペンションメンバ１４の後退が抑えられ、サスペンションメンバ１４によるフロア１６などの下部車体１２の変形を抑制することができる。また、サスペンションメンバ１４の後退が抑えられることで、サスペンションメンバ１４のバッテリ３０への衝突が回避される。さらに、サスペンションメンバ１４と下部車体１２の間に電力線３６が挟まれることも避けられる。

ブラケットの延伸部４６ｂの長さを適宜設定することで、サスペンションメンバ１４がブラケット４６に当接する位置を制御することができる。

前面衝突時、後方取り付け部２６が早く変形することにより、スペーサ２８が先に変形または脱落することを防止することができ、後退してくるサスペンションメンバ１４を受ける確実性が高くなる。また、ブラケットの延伸部４６ｂと後方取り付け部２６が接合されていないので、後方取り付け部２６のＶ字形への変形が阻害されない。さらに、延伸部４６ｂも後方取り付け部２６の変形に伴う力を受けないので変形が抑えられ、サスペンションメンバ本体の後壁面２２ａとの対向状態を維持することができる。

また、ブラケットの前端面４６ｆの周縁の一部を面取りすることで、ブラケット４６がサスペンションメンバ本体の後壁面２２ａに突き刺さることを抑制することができる。ブラケット４６が突き刺さると、後退するサスペンションメンバ１４をブラケット４６が十分に支持することができず、後退の抑制効果が小さくなる。前端面４６ｆに面取りを設けることで、ブラケット４６の突き刺さりを抑え、サスペンションメンバ１４の後退を効率良く抑制することができる。また、ブラケット４６が後壁面２２ａに突き刺さると、サスペンションメンバ１４の下方への動きを阻害するため、衝突荷重を逃がして下部車体１２に伝達されないようにできなくなる。前端面４６ｆに面取りを設けることで、衝突荷重を逃がし、下部車体１２およびバッテリ３０に伝わらないようにすることができる。

スペーサは、ブラケット４６とカラー４８の２部品構成に限らず、一体品とすることができる。スペーサの前端面の形状は、コの字形に限らず、例えば中実の四角形、四角の枠形状などとしてよい。面取りは、前端面の周縁全体に設けてもよく、周縁の一部に設けてもよく、また角部のみに設けてもよい。

本発明の他の態様を以下に示す。
（１）車両の前後方向に延びる骨格部材を有する下部車体と、
前記下部車体の前部下方に位置し、前記下部車体の前記骨格部材に装着されているフロントサスペンションメンバと、
前記下部車体と前記フロントサスペンションメンバの間に介在するスペーサであって、当該スペーサには、前記骨格部材に固定するためのボルトが貫通する少なくとも１つのボルト孔が形成され、さらに当該スペーサは、最も車両前方に位置するボルト孔を形成する部分から車両前方に延びる延伸部を有し、前記延伸部の前端面が前記フロントサスペンションメンバの後壁面に対向する、スペーサと、
を備える、車両の下部構造。

１０下部構造、１２下部車体、１４（フロント）サスペンションメンバ、１６フロア、１８ダッシュパネル、２０サイドメンバ（骨格部材）、２２サスペンションメンバ本体、２２ａ後壁面、２４取り付けアーム、２６後方取り付け部、２８スペーサ、２８ａ後方ボルト孔、２８ｂ前方ボルト孔、３０バッテリ、３２支持フレーム、３４支持ビーム、３６電力線、３８信号線、４２，４４ボルト、４６ブラケット、４６ａカラー貫通部、４６ｂ延伸部、４６ｅカラー貫通部の下縁、４６ｆ前端面、４６ｇ下縁、４６ｈ（丸面取りされた）角、４８カラー。

スペーサ２８は、サスペンションメンバ１４とサイドメンバ２０の間に介在し、下部車体１２に対するサスペンションメンバ１４の上下方向の位置を定めている。スペーサ２８の有無、またはスペーサ２８の厚さを変更することでサスペンションメンバ１４の上下方向の位置を変更することができる。スペーサ２８は、前後方向において２箇所でサイドメンバ２０に固定されている。スペーサ２８は、前側ではサスペンションメンバ１４と共にボルト４２によってサイドメンバ２０に締結され、後側ではボルト４４でサイドメンバ２０に締結されている。スペーサ２８のブラケットの延伸部４６ｂは、スペーサ２８がボルト４２によって固定されている位置から前方に向けて延び、その前端面４６ｆがサスペンションメンバの後壁面２２ａに対向している。ブラケットの延伸部４６ｂは、フルラップ前面衝突時やオフセット前面衝突時において後退してくるサスペンションメンバ１４の後壁面２２ａに当接する。延伸部４６ｂの長さを変更することで、サスペンションメンバ１４と当接する位置を変更することができ、サスペンションメンバ１４の後退量を制御することができる。

Claims

車両の前後方向に延びる骨格部材を有する下部車体と、
前記下部車体の前部下方に位置し、前記下部車体の前記骨格部材に装着されているフロントサスペンションメンバと、
前記下部車体と前記フロントサスペンションメンバの間に介在し、前記フロントサスペンションメンバの後壁面に対向する前端面を有するスペーサであって、前面衝突時において、前記前端面に、前記フロントサスペンションメンバの後壁面が当接する、スペーサと、
を備える、車両の下部構造。
請求項１に記載の車両の下部構造であって、前記スペーサには、当該スペーサを前記骨格部材に固定するためのボルトが貫通する少なくとも１つのボルト孔が形成され、前記スペーサは、最も車両前方に位置するボルト孔を形成する部分から車両前方に延びる延伸部を有し、当該延伸部の前端面が前記スペーサの前記前端面である、車両の下部構造。
請求項１または２に記載の車両の下部構造であって、前記フロントサスペンションメンバは、前記後壁面の下部から後方に延び前記スペーサに結合する舌状の後方取り付け部を有し、当該後方取り付け部は、前記スペーサに結合している部分と前記後壁面との間に脆弱構造を有する、車両の下部構造。
請求項１から３のいずれか１項に記載の車両の下部構造であって、前記下部車体の下方かつ前記フロントサスペンションメンバの後方に搭載され、車両駆動用の電力を蓄えるバッテリを備える、車両の下部構造。
請求項４に記載の車両の下部構造であって、前記フロントサスペンションメンバと前記バッテリの間に、前記バッテリに接続している電力線が配置され、前面衝突時において、前記スペーサによって前記フロントサスペンションメンバの後退を抑制し、前記フロントサスペンションメンバの前記電力線への接近を抑制する、車両の下部構造。