JP3816418B2 - 車体構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水素ガス等の気体燃料を充填した燃料タンクを搭載した燃料電池車等の車体構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の中には燃料ガスである水素と酸化剤ガスである酸素を供給して発電を行い、この発電電力でモータを駆動して走行する燃料電池車が知られている。
この燃料電池車の中には、燃料電池に供給する水素ガスを燃料タンクに充填し、これを車体後部に搭載したものがある。
このように車体後部に燃料タンクを支持する構造としては、例えば特開平９−３００９８７号公報に示されたものがある。この支持構造は、燃料ガス（水素）を蓄えた燃料タンクを矩形枠状のシャーシフレームに上向きに取り付け、この状態でシャーシフレームを車体フレームの後部に下方から取り付けるものである。
【０００３】
この技術によれば、燃料タンクを左右のサスペンションやその他の部材と共に車体フレームに簡単に取り付けることができるので生産性の向上やコスト低減を図ることができる。また、シャーシフレームに燃料タンクと左右のサスペンションやその他の部材を取り付けることで車両の小型軽量化を図ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の車体構造においては上記シャーシフレームにより燃料タンクを保護するために、上記シャーシフレームの板厚を増加したり補強材を配置して、シャーシフレームの強度・剛性を高めようとすると、車体重量が増加して燃費が悪化するという問題がある。
また、特開平１１−３４８８１５号公報に示されているように上部フレームに湾曲部を設け下部フレームは平行に形成して後面衝突のエネルギーを吸収する提案もなされているが、十分に満足のできるものではなかった。
そこで、この発明は、車体重量の大幅な増加を招くことなく燃料タンクの衝突安全性を飛躍的に高めることができる車体構造を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池３８）が収納されたスタックケース（例えば、実施形態におけるスタックケース３９）をフロントフロア（例えば、実施形態におけるフロントフロア１）下に配置し、フロントフロアの後縁に後方に立ち上がる段差部（例えば、実施形態における段差部３）を介してリヤフロア（例えば、実施形態におけるリヤフロア２）を接合しこのリヤフロア下に燃料タンク（例えば、実施形態における水素タンク２９，３０）が搭載されたサブフレーム（例えば、実施形態におけるサブフレーム２２）を配置し、フロントフロア下の外側寄りにフロアフレーム（例えば、実施形態におけるフロアフレーム５，６）をフロントフロアの側縁にサイドシル（例えば、実施形態におけるインサイドシル７，８）を接続し、このフロアフレームに接続されるリヤフレーム（例えば、実施形態におけるリヤフレーム１３，１４）をリヤフロア下に接続し、フロアフレームにスタックケースを固定しサブフレームの前端部をフロアフレームとサイドシルとに接続されるフロントブラケット（例えば、実施形態におけるフロントブラケット１１，１２）に固定した車体構造であって、サブフレーム前面とスタックケースの後面とを略同一高さで対向させて配置し、サブフレーム前面とスタックケース後面とを共に平坦面（例えば、実施形態における平坦面２６ａ，３９ｃ）で形成したことを特徴とする。
このように構成することで、サブフレームに入力荷重が作用すると、この荷重はサブフレームからサイドシル及びフロアフレームに分担され、車体全体で支持されることとなる。また、仮にサブフレームが前方移動したとしても、サブフレーム前面が前方に位置するフロントフロア下のスタックケース後面に当接し各平坦面全体で荷重が分担されて支持される。
請求項２に記載した発明は、前記フロントブラケットを前記段差部に接合されたクロスメンバ（例えば、実施形態における実施形態におけるクロスメンバ４）と前記リヤフレームとに接続したことを特徴とする。
請求項３に記載した発明は、前記スタックケースの後部に反応済みガス等を処理する処理装置を設けたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。
図１に示すように、フロントフロア１の後縁に、後方に立ち上がるように有段成形されたリヤフロア２が接合されている。リヤフロア２の段差部３の裏側には車体骨格部を形成するクロスメンバ４が接合されている。フロントフロア１の下面には外側寄りに車長方向に沿って左右に車体骨格部を形成するフロアフレーム５，６が各々接続されている。
フロントフロア１の両側縁には左右にインサイドシル７，８が各々接続され、各インサイドシル７，８の後端部はインサイドシルイクステンション９，１０が設けられている。尚、インサイドシル７，８は図示しないアウトサイドシルに接合され車体骨格部を形成する部材である。
【０００７】
図６に示すように各インサイドシルイクステンション９，１０の内側面には各々フロントブラケット１１，１２が接合されている（図６は左側のみを示す）。フロントブラケット１１，１２は内壁１１ａ，１２ａと前壁１１ｂ，１２ｂと後壁１１ｃ，１２ｃと底壁１１ｄ，１２ｄとを備え外側縁にインサイドシルイクステンション９，１０に接続されるフランジ部１１ｅ，１２ｅを備え、後壁１１ｃ，１２ｃ上縁に、後述するリヤフレーム１３，１４の底壁１３ａ，１４ａに接合されるフランジ部１１ｆ，１２ｆを備え、前壁１１ｂ，１２ｂ上縁にクロスメンバ４の下面に接合されるフランジ部１１ｇ，１２ｇを備えている。また、前壁１１ｂ，１２ｂは内壁１１ａ，１２ａとともに前方に延びてフロアフレーム５，６の接続部１１ｈ，１２ｈとして形成され、内壁１１ａ，１２ａはリヤフレーム１３，１４の側壁に接合されるようになっている。そして、底壁１１ｄ，１２ｄにはカラーナット１５，１６が立設されている。
ここで、リヤフレーム１３，１４はリヤフロア２の下面に接合され車体骨格部を形成する部材である。
【０００８】
このように構成されたフロントブラケット１１，１２の後壁１１ｃ，１２ｃの上縁のフランジ部１１ｆ，１２ｆにリヤフレーム１３，１４の底壁１３ａ，１４ａが接合され、内壁１１ａ，１２ａにリヤフレーム１３，１４の側壁が接合され、また、フロントブラケット１１，１２の外側縁のフランジ部１１ｅ，１２ｅにインサイドシルイクステンション９，１０の内壁が接合されると共にフロントフレーム接続部１１ｈ，１２ｈにフロアフレーム５，６の後端部が接合されることにより、リヤフレーム１３，１４の前端部が、フロントブラケット１１，１２を介して、インサイドシル７，８とフロアフレーム５，６に接続されることとなる。
【０００９】
各リヤフレーム１３，１４の後端部下面には図７に示すような、コの字断面形状のリヤブラケット１７，１８（左側のリヤブラケットのみを示す）が取り付けられている。このリヤブラケット１７，１８は、エネルギー吸収機能を有する側壁１７ａ，１８ａを両側に備え、側壁１７ａ，１８ａの後縁にフランジ部１７ｂ，１８ｂを有している。側壁１７ａ，１８ａはリヤフレーム１３，１４の両側壁外面に接合され、前部の底壁１７ｃ，１８ｃにはカラーナット１９，２０が立設されている。
ここで、図１、図２に示すように左右のリヤフレーム１３，１４間には前後に２つのクロスメンバ４Ａ，４Ｂが接合され、各々の後端部、具体的にはリヤブラケット１７，１８のフランジ部１７ｂ，１８ｂにバンパビーム２１が取り付けられている。
【００１０】
そして、フロントブラケット１１，１２とリヤブラケット１７，１８の各カラーナット１５，１６、１９，２０に下方からサブフレーム２２がボルト２３，２３，２３，２３により固定されている。
サブフレーム２２は、図１に示すように左右のフレーム部材２４，２５と前後のフレーム部材２６，２７とにより矩形枠状に形成された部材で車幅方向にクロスビーム２８を備え、このクロスビーム２８により振り分けたスペースに燃料タンクとしての２つの水素タンク２９，３０が各々バンド３１，３２により締め付け固定されている。また、サブフレーム２２にはサスペンションユニット３３が取り付けられている。
そして、左右のフレーム部材２４，２５の前端と前部のフレーム部材２６の両端との角部には前記カラーナット１５，１６に挿入されるボルト２３の挿通部３４，３５が設けられ、左右のフレーム部材２４，２５の後端と後部のフレーム部材２７の両端との角部には前記カラーナット１９，２０に挿入されるボルト２３の挿通部３６，３７が設けられている。
【００１１】
このようにして構成されたサブフレーム２２の各挿通部３４，３５、３６，３７にボルト２３を挿通して、このボルト２３をリヤフレーム１３，１４のフロントブラケット１１，１２とリヤブラケット１７，１８とに取り付けたカラーナット１５，１６、１９，２０に挿入して締め付け固定することで、サブフレーム２２をリヤフレーム１３，１４に固定している。ここで、上記サブフレーム２２の前部のフレーム部材２６の前面には平坦面２６ａが形成されている。
【００１２】
図３〜図５に示すように、フロントフロア１下には前記左右のフロアフレーム５，６に跨るようにして燃料電池３８が収納されたスタックケース３９が配置されている。この燃料電池３８は前記水素タンク２９，３０から供給される水素ガスと、図示しないコンプレッサーから供給される空気中の酸素を反応させて発電を行うものである。
図５に示すように、スタックケース３９は燃料電池３８を覆うケース本体３９ａと上部に蓋３９ｂを備えたものである。ケース本体３９ａは上部が凸状に形成され、これに対応して蓋３９ｂの上部も凸状に形成されたもので、フロアフレーム５，６の底壁５ａ，６ａに下方からボルト４０をナット４１に締め付けて、ケース本体３９ａ、蓋３９ｂとを固定するようになっている。尚、スタックケース３９の後面、つまりケース本体３９ａの後面には平坦面３９ｃ（図３に示す）が形成されている。ここで、燃料電池３８には反応済みガスや凝縮水の処理装置を設けるが、このような処理装置はスタックケース３９の後部寄りに配置することが望ましい。
このように構成されたスタックケース３９の後面の平坦面３９ｃが、前記サブフレーム２２の前面（前部のフレーム部材２６）の平坦面２６ａに対向するようにして配置されている。
【００１３】
ここで、図３、図４に示すように左右のフロアフレーム５，６と左右のインサイドシル７，８との間には、片側で３箇所、両側で６箇所にブラケット４２が接合されている。このブラケット４２はフロアフレーム５，６とインサイドシル７，８とフロントフロア１の裏面に接合されるフランジ部４２ａを備えたものである。
【００１４】
上記実施形態によれば、例えば、左右のリヤフレーム１３，１４の後端部のバンパビーム２１に入力荷重が作用した場合には、この荷重はフロントブラケット１１，１２を介してインサイドシル７，８とフロアフレーム５，６に分担されて支持される。したがって、サブフレーム２２には大きな荷重は作用しないため、水素タンク２９，３０を確実に保護することができる。
また、サブフレーム２２の前端部はフロントブラケット１１，１２にカラーナット１５，１６を介して接続され、フロントブラケット１１，１２には、車室外側にインサイドシル７，８が、車室内側にフロアフレーム５，６が各々接続されているため、例えば、サブフレーム２２の後端部に前側に向かって矢印（図３に示す）で示すように衝撃荷重が作用した場合に、この荷重はフロントブラケット１１，１２で２つに分散されインサイドシル７，８とフロアフレーム５，６に分担されて作用する。
【００１５】
したがって、衝撃荷重がインサイドシル７，８とフロアフレーム５，６に分担されて支持される分だけ、インサイドシル７，８あるいはフロアフレーム５，６の一方に集中して作用する場合に比較して、支持強度・支持剛性を高めることができる。また、このとき衝撃荷重はインサイドシル７，８とフロアフレーム５，６に対して圧縮方向に作用するため強度的に有利である。
その結果、サブフレーム２２の水素タンク２９，３０を確実に保護することができる。
【００１６】
また、このようにサブフレーム２２に前側に向かって衝撃荷重が作用した場合にサブフレーム２２が前方に変位したとしても、サブフレーム２２の前部のフレーム部材２６の平坦面２６ａが、前記スタックケース３９の後面の平坦面３９ｃに対向して配置され、サブフレーム２２の平坦面２６ａがスタックケース３９側の平坦面３９ｃ全体に渡って均一に押圧力を作用させるため、加重が面全体に分散されて作用するため、スタックケース３９の後面の一部に対して集中的に荷重が作用した場合に比較してスタックケース３９の破損を確実に防止することができる。
更に、このようにサブフレーム２２の平坦面２６ａがスタックケース３９側の平坦面３９ｃに移動を阻止されるため、前記リヤフロア２の段差部３が更に折れ曲がるのを規制できるため、リヤフロア２の段差部３における変形を最小限に食い止められる。
そして、燃料電池３８の反応済みガス等を処理するための処理装置をスタックケース３９の後部に配置した場合には、これらの処理装置がサブフレーム２２の前方移動を阻止する部材として機能する点でも安全性を高めることができる。
【００１７】
即ち、サブフレーム２２に対して前方に向かう衝撃荷重が作用した場合に、フロントブラケット１１，１２を介してインサイドシル７，８とフロアフレーム５，６に荷重が分散され、かつ、サブフレーム２２が前方に変位した場合であっても、スタックケース３９の平坦面３９ｃでサブフレーム２２の平坦面２６ａを受けることができるため、サブフレーム２２を含む車体全体の変形を最小限に食い止めることができる。
これにより、余分な補強材が必要なくなり車体重量の大幅な増加を招くことなく水素タンク２９，３０の衝突安全性を飛躍的に高めることができるのである。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、請求項１に記載した発明によれば、サブフレームに入力された荷重をサイドシルとフロアフレームとに分散させて支持し、フロアフレームの前方への変位に対してはサブフレーム前面の平坦面が、スタックケース後面の平坦面に当接することで平均的に支持されるため、後方からの衝撃荷重に対する強度・剛性を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施形態の分解斜視図である。
【図２】 図１の組み付け状態を示す斜視図である。
【図３】 この発明の実施形態の平面説明図である。
【図４】 図３の側面説明図である。
【図５】 図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】 フロントブラケットの斜視図である。
【図７】 リヤブラケットの斜視図である。
【符号の説明】
１ フロントフロア
５，６ フロアフレーム
７，８ インサイドシル（サイドシル）
２２ サブフレーム
２６ａ，３９ｃ 平坦面
２９，３０ 水素タンク（燃料タンク）
３８ 燃料電池
３９ スタックケース

Claims (3)

1. 燃料電池が収納されたスタックケースをフロントフロア下に配置し、フロントフロアの後縁に後方に立ち上がる段差部を介してリヤフロアを接合しこのリヤフロア下に燃料タンクが搭載されたサブフレームを配置し、フロントフロア下の外側寄りにフロアフレームをフロントフロアの側縁にサイドシルを接続し、このフロアフレームに接続されるリヤフレームをリヤフロア下に接続し、フロアフレームにスタックケースを固定しサブフレームの前端部をフロアフレームとサイドシルとに接続されるフロントブラケットに固定した車体構造であって、サブフレーム前面とスタックケースの後面とを略同一高さで対向させて配置し、サブフレーム前面とスタックケース後面とを共に平坦面で形成したことを特徴とする車体構造。
2. 前記フロントブラケットを前記段差部に接合されたクロスメンバと前記リヤフレームとに接続したことを特徴とする請求項１に記載の車体構造。
3. 前記スタックケースの後部に反応済みガス等を処理する処理装置を設けたことを特徴とする請求項１記載の車体構造。

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