JP2020104750A

JP2020104750A - 車両下部構造

Info

Publication number: JP2020104750A
Application number: JP2018246425A
Authority: JP
Inventors: 浩治佐伯; Koji Saeki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-07-09
Anticipated expiration: 2038-12-28
Also published as: US11148728B2; CN111439103B; CN111439103A; JP7052715B2; US20200207423A1

Abstract

【課題】バッテリパックの上下振動を従来よりも抑制可能とする。【解決手段】バッテリパックの前端は、フロアクロスメンバ２４０に固定される。フロアクロスメンバ２４０は、クロスメンバアッパ２５０及びクロスメンバロア２６０を備える。クロスメンバアッパ２５０及びクロスメンバロア２６０の一方の、前方フランジ２５４，２６４には、当該前方フランジ２６４，２５４の前端から屈曲されつつ前方かつ下方に延設され前端がフロントフロアパネル２１０に接続される延長部２５８が設けられる。延長部２５８には、補強部材２９０が取り付けられる。補強部材２９０は、補強フランジ２９２及びリブプレート２９４を備える。補強フランジ２９２は、前方フランジ２５４，２６４から延長部２５８に亘って屈曲されながら重ね合わせられて当該前方フランジ２５４，２６４及び当該延長部２５８に固定される。リブプレート２９４は、延長部２５８とクロスメンバロア２６０との間隙に挿入され車両前後方向に延設される。【選択図】図４

Description

本発明は、特に、フロア上にバッテリパックが配置される車両の下部構造に関する。

回転電機を駆動源とするハイブリッド車両や電気自動車には、電源としてバッテリパックが搭載される。例えば特許文献１では、後部座席下かつフロアパネル上にバッテリパックが搭載される。

重量物であるバッテリパックは、車両の骨格部材に固定される。たとえば図７を参照して、バッテリパック５００は、その前端がフロアクロスメンバ５１０に固定される。フロアクロスメンバ５１０は車幅方向に延設される骨格部材であって、上部部材であるクロスメンバアッパ５１２及び下部部材であるクロスメンバロア５１４を備える。

クロスメンバアッパ５１２は車幅方向視で上に凸のハット形状に形成され、クロスメンバロア５１４は車幅方向視で下に凸のハット形状に形成される。両者の前方フランジ５１６，５１７及び後方フランジ５１８，５１９同士がスポット溶接等により固定されることで、閉断面構造が形成される。

さらにクロスメンバアッパ５１２及びクロスメンバロア５１４の一方には、その前端から更に前方に延設される延長部５２０が設けられる。図７の例では、クロスメンバアッパ５１２の前方フランジ５１６から延長部５２０が延設される。延長部５２０はフロントフロアパネル５３０に接続される。

例えば、クロスメンバロア５１４の底面とフロントフロアパネル５３０とは高さ位置が略揃うように定められる。これに伴い、クロスメンバロア５１４の前方フランジ５１６に対してフロントフロアパネル５３０が低い位置に配置される。両者を繋ぐ延長部５２０は、前方フランジ５１６の前端から屈曲されつつ前方かつ下方に延設されフロントフロアパネル５３０に至る。

特開２０１６−１９９１０５号公報

ところで、クロスメンバアッパ５１２とクロスメンバロア５１４とが重ね合わせられる閉断面構造部分は比較的高い剛性を有するが、どちらか一方のみとなる（一枚物となる）延長部５２０は剛性が低い。したがってフロアクロスメンバ５１０がバッテリパック５００を支えるに当たり、延長部５２０が変形する場合がある。

例えば悪路走行時等に、図７の破線や図８の破線で示すように、延長部５２０の屈曲点５２２や屈曲点５２４が変形起点となって、フロアクロスメンバ５１０及びバッテリパック５００が上下に振動する。

そこで本発明は、バッテリパックの上下振動を従来よりも抑制可能な、車両下部構造を提供することを目的とする。

本発明は、フロア上に配置されるバッテリパックを備える、車両下部構造に関する。バッテリパックの前端は、車幅方向に延設される骨格部材であるクロスメンバに固定される。クロスメンバは、上部部材であるクロスメンバアッパ及び下部部材であるクロスメンバロアを備える。クロスメンバアッパは、車幅方向視が下方に開口されたハット形状である上凸ハット部を備える。クロスメンバロアは、車幅方向視が上方に開口されたハット形状である下凸ハット部を備える。下凸ハット部と上凸ハット部の鍔部である前方フランジ同士及び後方フランジ同士が固定されることで閉断面構造が形成される。クロスメンバロア及びクロスメンバアッパの一方の、前方フランジには、当該前方フランジの前端から屈曲されつつ前方かつ下方に延設され前端がフロアパネルに接続される延長部が設けられる。延長部には、補強部材が取り付けられる。補強部材は、補強フランジ及びリブプレートを備える。補強フランジは、クロスメンバロア及びクロスメンバアッパの前方フランジから延長部に亘って屈曲されながら重ね合わせられて当該前方フランジ及び当該延長部に固定される。リブプレートは、延長部とクロスメンバロアとの間隙に挿入され車両前後方向に延設される。

上記構成によれば、延長部の屈曲形状に沿って補強フランジが重ね合わせられ（裏張りされ）、変形起点となり得る延長部の屈曲点が補強される。またリブプレートが延長部とクロスメンバロアとの間隙に挿入されるので、当該間隙部分の形状変形が抑制される。

また上記発明において、補強部材は、前記クロスメンバの車幅方向に沿って等間隔に複数設けられてよい。

上記構成によれば、各補強部材が均等配置されることで、延長部の変形が均等に抑制される。

本発明によれば、バッテリパックの上下振動を従来よりも抑制可能となる。

本実施形態に係る車両の下部構造を例示する分解斜視図である。図１のＡ−Ａ断面図である。補強部材を例示する単体斜視図である。図２の、補強部材周辺を拡大した図である。補強部材の別例を示す単体斜視図である。延長部がクロスメンバロアに設けられた例を示す図である。従来の車両下部構造を例示するものであって、バッテリパックの上下振動を説明する図である。従来の車両下部構造を例示するものであって、バッテリパックの上下振動を説明する別の図である。

図１に、本実施形態に係る車両下部構造が例示される。また、図２に、図１のＡ−Ａ断面図が例示される。なお図１−図６において、車両前後方向を記号ＦＲで表される軸で示し、車幅方向を記号ＲＷで表される軸で示し、車両上下方向を記号ＵＰで表される軸で示す。車両前後軸ＦＲは車両前方方向を正方向とする。車幅軸ＲＷは右幅方向を正方向とする。また車両上下軸ＵＰは上方向を正方向とする。これら３軸は互いに直交する。

本実施形態に係る車両下部構造は、例えば回転電機を駆動源とするハイブリッド車両や電気自動車に搭載される。

本実施形態に係る車両下部構造は、バッテリパック１００を備える。バッテリパック１００は、後部座席３５０下、かつ、リアフロアパネル２２０上に形成されたバッテリ収容スペース２００に配置される。

図１、図２を参照して、バッテリ収容スペース２００は、リアフロアパネル２２０の一部であって、フロアクロスメンバ２４０及び締結パネル２３０に車両前後方向を挟まれるようにして設けられる。

図２を参照して、フロアクロスメンバ２４０の後端にはリアフロアパネル２２０の前端が接合される。なお、図２等において、溶接点がＸ記号にて示される。リアフロアパネル２２０は車両後方の床板であって、後輪３００の周辺には、後輪３００のサスペンション機構等のスペースを確保するために後方に行くほど上り勾配となるキックアップ部２２２が設けられる。このキックアップ部２２２とフロアクロスメンバ２４０との間の空間が、バッテリ収容スペース２００となる。

図１を参照して、バッテリパック１００は、バッテリモジュール１１０、冷却ファン１２０Ａ，１２０Ｂ、及び制御ユニット１３０を備え、これらがケース１５０（図２参照）に収容される。バッテリモジュール１１０は、冷却ファン１２０Ａ，１２０Ｂ、制御ユニット１３０よりも後輪３００寄りに配置される。

冷却ファン１２０Ａ，１２０Ｂは、バッテリモジュール１１０に冷却風を送り込む。例えば冷却ファン１２０Ａ，１２０Ｂは、制御ユニット１３０を挟んで車幅方向両側に設けられる。冷却ファン１２０Ａ，１２０Ｂは例えばシロッコファンから構成される。

また、冷却ファン１２０Ａ，１２０Ｂの車幅方向端部には吸入口１２２が設けられる。この吸入口１２２から車室内の空気が吸入され、当該空気が冷却風としてバッテリモジュール１１０に送り込まれる。

制御ユニット１３０はバッテリモジュール１１０の電力管理を行う。例えば制御ユニット１３０はコンピュータから構成される、いわゆるバッテリＥＣＵ（電子コントロールユニット）であってよい。制御ユニット１３０は例えばバッテリモジュール１１０の充放電管理や温度管理を行う。

バッテリモジュール１１０は、単セルとも呼ばれる単電池が複数積層されたスタックを含んで構成される。例えば単セルはリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池であってよく、また全固体電池であってもよい。

バッテリパック１００は、車室フロアに対してボルト・ナット等により着脱可能に締結される。具体的には図２を参照して、バッテリパック１００の前端、すなわちケースカバー１５２の前端フランジ１５２Ａとケーストレイ１５４の前端フランジ１５４Ａとが、フロアクロスメンバ２４０のクロスメンバアッパ２５０に締結され固定される。またケースカバー１５２の後端フランジ１５２Ｂとケーストレイ１５４の後端フランジ１５４Ｂとが締結パネル２３０に締結され固定される。さらにケーストレイ１５４の車両前後方向略中央部分が、車幅方向に延設される骨格部材であるバッテリクロス２７０に締結され固定される。

図２を参照して、側面視で傾斜状のキックアップ部２２２に締結パネル２３０が設けられる。締結パネル２３０は例えばキックアップ部２２２周辺において水平な締結面を設けるために段差形状となっている。当該段差形状の水平部分に、バッテリパック１００のケースカバー１５２の後端フランジ１５２Ｂ及びケーストレイ１５４の後端フランジ１５４Ｂが、ボルト・ナット等により着脱可能に締結される。締結パネル２３０の前端はキックアップ部２２２に接合される。また、締結パネル２３０の後端は車幅方向に延設される骨格部材であるリアクロス２８０に接合される。

図１を参照して、車室の車幅方向両端（両側端）には、車両前後方向に延設される骨格部材である一対のロッカ３１０，３１０が設けられる。フロアクロスメンバ２４０の車幅方向両端は、この一対のロッカ３１０，３１０に固定される。

図２、図４を参照して、フロアクロスメンバ２４０は、上部部材であるクロスメンバアッパ２５０と下部部材であるクロスメンバロア２６０とを備える骨格部材である。クロスメンバロア２６０は、下凸ハット部２６２を備える。下凸ハット部２６２は、上方に開口されたハット形状であって、その鍔部として前方フランジ２６４及び後方フランジ２６６を備える。

クロスメンバアッパ２５０は、上凸ハット部２５２及び延長部２５８を備える。上凸ハット部２５２は車幅方向視が下方に開口されたハット形状であって、その鍔部として前方フランジ２５４及び後方フランジ２５６を備える。

クロスメンバアッパ２５０の前方フランジ２５４とクロスメンバロア２６０の前方フランジ２６４同士、及び、クロスメンバアッパ２５０の後方フランジ２５６とクロスメンバロア２６０の後方フランジ２６６同士が重ね合わせられて接合されることで、上凸ハット部２５２と下凸ハット部２６２による閉断面構造が形成される。

この閉断面構造を備えるクロスメンバアッパ２５０の上凸ハット部２５２の頂部２５２Ａに、バッテリパック１００のケースカバー１５２の前端フランジ１５２Ａ及びケーストレイ１５４の前端フランジ１５４Ａが、ボルト・ナット等により着脱可能に締結される。

クロスメンバアッパ２５０の前方フランジ２５４の前端からさらに前方に、延長部２５８が設けられる。延長部２５８はフロアクロスメンバ２４０とその前方のフロントフロアパネル２１０とを繋ぐ部分である。

なお、延長部２５８は、クロスメンバアッパ２５０及びクロスメンバロア２６０の一方から延設されていればよい。例えば図４では、クロスメンバアッパ２５０の前方フランジ２５４の前端から延長部２５８が設けられているが、図６のように、クロスメンバロア２６０の前方フランジ２６４の前端から延長部２５８が設けられてもよい。

以下では図４の態様、つまりクロスメンバアッパ２５０に延長部２５８が設けられた例を挙げてその構造等を説明するが、当該説明はクロスメンバロア２６０に延長部２５８が設けられた場合にも適用される。

図４に例示されるように、前方フランジ２５４とフロントフロアパネル２１０とは車高方向位置がずれており、フロントフロアパネル２１０に対して前方フランジ２５４が高い位置に配置される。そこで両者を繋ぐ延長部２５８は、前方フランジ２５４の前端から屈曲されつつ前方かつ下方に延設され、その前端がフロントフロアパネル２１０に接続される。

図４に例示されるように、延長部２５８は複数の屈曲点２５８Ａ，２５８Ｂを含む屈曲構造を備える。さらに屈曲点２５８Ａ，２５８Ｂはクロスメンバロア２６０との重ね合わせがない状態で（単独で）延設される。したがって、屈曲点２５８Ａ，２５８Ｂの剛性はその周辺構造と比較して低く、バッテリパック１００が上下方向に付勢されたときに、屈曲点２５８Ａ，２５８Ｂが変形起点となってバッテリパック１００が上下振動するおそれがある。

そこで本実施形態に係る車両下部構造には、延長部２５８に、補強部材２９０が設けられる。補強部材２９０は「バルク」とも呼ばれ、補強フランジ２９２、リブプレート２９４、及びベースプレート２９７（図３参照）を備える。補強部材は例えばアルミ等の金属材料をプレス成形することで得られる。

図３には補強部材２９０の単体斜視図が例示される。例えば補強部材２９０は、一対のリブプレート２９４，２９４が車幅方向に設けられ、両者の下端はベースプレート２９７に接続される。

ベースプレート２９７はその前方に前端フランジ２９２Ａが形成され、後方に後端フランジ２９２Ｂが形成される。前端フランジ２９２Ａは延長部２５８（図４参照）の前端フランジ２５８Ｃとともにフロントフロアパネル２１０に接合される。後端フランジ２９２Ｂはクロスメンバロア２６０のハット部底部２６２Ａに接合される。

補強フランジ２９２は、クロスメンバアッパ２５０の前方フランジ２５４から延長部２５８の前端フランジ２５８Ｃに亘って、屈曲されながら前方フランジ２５４及び延長部２５８に重ね合わせられ、当該前方フランジ２５４及び延長部２５８に固定される。

また補強フランジ２９２は、クロスメンバアッパ２５０の前方フランジ２５４及びクロスメンバロア２６０の前方フランジ２６４から更に後方に、クロスメンバロア２６０の下凸ハット部２６２の形状に沿って、屈曲されながら当該下凸ハット部２６２に重ね合わせられ（裏張りされ）固定される。

図４に例示されるように、補強フランジ２９２は、前端フランジ２５８Ｃ、延長部側部２５８Ｄ、前方フランジ２６４、ハット部側部２６２Ｂ、及びハット部底部２６２Ａの５点に亘ってこれらの部材と接合される。補強フランジ２９２によって、延長部２５８の屈曲点２５８Ａ，２５８Ｂが補強される。つまり、屈曲点２５８Ａ，２５８Ｂを起点とするような変形が抑制される。

なお図３を参照して、補強フランジ２９２の、屈曲点２５８Ａ，２５８Ｂと対応する角部に逃げ部２９５が形成される。これはプレス成形時（曲げ加工時）に金属が当該角部に寄って歪むことを避けるために形成される。しかしながら屈曲点２５８Ａ，２５８Ｂを補強する観点から、逃げ部２９５における金属の抜き量はできるだけ少ない方がよく、上記歪みが生じない程度の最低量の抜き量であってよい。

図４を参照して、リブプレート２９４は、車両前後方向に延設され、延長部２５８とクロスメンバロア２６０との間隙に挿入される。具体的には、延長部側部２５８Ｄ、前方フランジ２５４、ハット部側部２６２Ｂにて区画される台形状の間隙と同一の形状にリブプレート２９４が形成され、当該間隙に挿入される。

これにより、上記間隙を変形させるような荷重が延長部２５８やクロスメンバロア２６０に加えられた際に、リブプレート２９４が当該荷重に抗して突っ張ることで、間隙の形状変形が抑制される。

このように本実施形態では、補強フランジ２９２が延長部２５８に裏張りされ、またリブプレート２９４が延長部２５８とクロスメンバロア２６０との間隙に挿入され、さらに、フロントフロアパネル２１０とハット部底部２６２Ａとが補強部材２９０によって繋げられる。このような構造を備えることで、屈曲点２５８Ａを起点とする変形や、補強部材２９０周辺の変形が抑制される。その結果、バッテリパック１００の上下振動の振幅が、補強部材が設けられない従来の車両下部構造よりも抑制される。

また図１を参照して、フロアクロスメンバ２４０にて破線で示されるように、補強部材２９０はフロアクロスメンバ２４０の車幅方向に沿って等間隔に複数設けられる。補強部材２９０が均等配置されることで、延長部２５８の変形が均等に抑制される。

＜補強部材の別例＞
図５には、補強部材２９０の別例が示される。図３ではリブプレート２９４及び補強フランジ２９２が一対設けられたが、図５の例ではリブプレート２９４及び補強フランジ２９２が一つのみ設けられる。このような構成によっても、補強フランジ２９２が延長部２５８に裏張りされ、またリブプレート２９４が延長部２５８とクロスメンバロア２６０との間隙に挿入され、さらに、フロントフロアパネル２１０とハット部底部２６２Ａとが補強部材２９０によって繋げられるので、屈曲点２５８Ａ，２５８Ｂを起点とする変形や、補強部材２９０周辺の変形が抑制される。

＜延長部の別例＞
図４では、クロスメンバアッパ２５０の前方フランジ２５４から延長部２５８が設けられていたが、本実施形態に係る車両下部構造はこの形態に限らない。要するにクロスメンバアッパ２５０及びクロスメンバロア２６０の一方の前方フランジ２５４，２６４から延長部２５８が設けられればよく、例えば図６に例示されるように、クロスメンバロア２６０の前方フランジ２６４から延長部２５８が設けられてもよい。

図６に例示されるように、フロントフロアパネル２１０に対して前方フランジ２６４が高い位置に配置される。両者を繋ぐ延長部２５８は、前方フランジ２６４の前端から屈曲されつつ前方かつ下方に延設され、その前端がフロントフロアパネル２１０に接続される。

図４と同様にして、延長部２５８は補強部材２９０によって補強される。補強フランジ２９２は、クロスメンバロア２６０の前方フランジ２６４から延長部２５８の前端フランジ２５８Ｃに亘って、屈曲されながら前方フランジ２６４及び延長部２５８に重ね合わせられ（裏張りされ）、当該前方フランジ２６４及び延長部２５８に固定される。

また補強部材２９０のリブプレート２９４は、車両前後方向に延設され、延長部２５８とクロスメンバロア２６０との間隙に挿入される。補強フランジ２９２やリブプレート２９４等の補強構造により、屈曲点２５８Ａ，２５８Ｂを起点とする変形や、補強部材２９０周辺の変形が抑制される。その結果、バッテリパック１００の上下振動の振幅が、補強部材が設けられない従来の車両下部構造よりも抑制される。

１００バッテリパック、１５０ケース、２００バッテリ収容スペース、２１０フロントフロアパネル、２４０フロアクロスメンバ、２５０クロスメンバアッパ、２５２上凸ハット部、２５４クロスメンバアッパの前方フランジ、２５６クロスメンバアッパの後方フランジ、２５８延長部、２５８Ａ，２５８Ｂ屈曲点、２６０クロスメンバロア、２６２下凸ハット部、２６４クロスメンバロアの前方フランジ、２６６クロスメンバロアの後方フランジ、２９０補強部材、２９２補強フランジ、２９４リブプレート、２９７ベースプレート、３５０後部座席。

Claims

フロア上に配置されるバッテリパックを備える、車両下部構造であって、
前記バッテリパックの前端は、車幅方向に延設される骨格部材であるクロスメンバに固定され、
前記クロスメンバは、上部部材であるクロスメンバアッパ及び下部部材であるクロスメンバロアを備え、
前記クロスメンバアッパは、車幅方向視が下方に開口されたハット形状である上凸ハット部を備え、
前記クロスメンバロアは、車幅方向視が上方に開口されたハット形状である下凸ハット部を備え、
前記下凸ハット部と前記上凸ハット部の鍔部である前方フランジ同士及び後方フランジ同士が固定されることで閉断面構造が形成され、
前記クロスメンバロア及び前記クロスメンバアッパの一方の、前記前方フランジには、当該前方フランジの前端から屈曲されつつ前方かつ下方に延設され前端がフロアパネルに接続される延長部が設けられ、
前記延長部には、補強部材が取り付けられ、
前記補強部材は、
前記クロスメンバロア及び前記クロスメンバアッパの前記前方フランジから前記延長部に亘って屈曲されながら重ね合わせられて当該前方フランジ及び当該延長部に固定される補強フランジと、
前記延長部と前記クロスメンバロアとの間隙に挿入され車両前後方向に延設されるリブプレートと、
を備える、車両下部構造。
請求項１に記載の車両下部構造であって、
前記補強部材は、前記クロスメンバの車幅方向に沿って等間隔に複数設けられる、
車両下部構造。