JP4308285B2 - サブフレーム構造 - Google Patents

Description

この発明は、燃料電池車両における燃料電池を搭載して車体に支持されるサブフレームの構造に関する。

従来、上記サブフレーム構造において、燃料電池の前端及び後端を上面に支持して車幅方向に延びる前側及び後側クロスメンバと、該前側及び後側クロスメンバを連結して前記燃料電池の側面に沿って延びる一対のサイドメンバとを有する平面視格子状のものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−１５５８８号公報

ところで、上記従来の技術は、前側及び後側クロスメンバの間かつ左右サイドメンバの外側に左右に延びる中間パイプが設けられているが、これは左右サイドメンバの間に渡って設けられておらず、サイドメンバに側方から入力された荷重を受けるものではない。このため、車両の側突（側面衝突）時にはその側突荷重を受けたサイドメンバが変形し易く、前記側突荷重が燃料電池に伝わるおそれがあることから、燃料電池の保護性を高めるためにもこのような点の改善が要望されている。
そこでこの発明は、燃料電池を搭載して車体に支持されるサブフレームの構造において、車両の側突時にその側突荷重が燃料電池に伝わることを抑制することを目的とする。

上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、燃料電池（例えば実施例の燃料電池スタック２）を搭載して車体に支持されるサブフレーム（例えば実施例のサブフレーム７）の構造において、前記燃料電池の前端及び後端を上面に支持して車幅方向に延びる前側及び後側クロスメンバ（例えば実施例の前側及び後側サブクロスメンバ３１，３２）と、該前側及び後側クロスメンバの間に設けられて車幅方向に延びる中間クロスメンバ（例えば実施例の中間サブクロスメンバ３３）と、前記前側及び後側クロスメンバ並びに中間クロスメンバを連結して前記燃料電池の側面に沿って延びる一対のサイドメンバ（例えば実施例のサブサイドメンバ３４）とを有し、前記中間クロスメンバは、前記一対のサイドメンバの間に渡る部位（例えば実施例の中間ビーム４１）において、前記燃料電池の下面との間に所定のスペース（例えば実施例のスペースＳ）を有することを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、前記中間クロスメンバにおける前記一対のサイドメンバの間に渡る部位が、所定の側突荷重によって下方に向けて撓むことを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、サイドメンバに入力された側方からの荷重が、燃料電池の下方に位置する中間クロスメンバでも受けられる。このため、車両の側突（側面衝突）時にもサイドメンバを変形し難くし、燃料電池に側突荷重が伝わることを抑制できる。また、中間クロスメンバが、燃料電池の下面との間に所定のスペースを有することで、側突荷重を受けて中間クロスメンバが撓んだ場合にも、該中間クロスメンバが燃料電池に干渉することを抑制できる。

請求項２に記載した発明によれば、側突荷重を受けた中間クロスメンバが撓んだ場合にも、該中間クロスメンバがその上方の燃料電池に干渉することをより一層抑制できる。

以下、この発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ車両における向きと同一とする。また、図中矢印ＦＲは車両前方を、矢印ＬＨは車両左方を、矢印ＵＰは車両上方をそれぞれ示す。

図１，２に示す燃料電池車両１は、水素と酸素との電気化学反応によって発電を行う燃料電池スタック（以下、単に燃料電池ということがある）２を車体のフロア下に搭載し、該燃料電池スタック２で生じた電力によりモータ３を駆動して走行する。燃料電池スタック２は、単位電池（単位セル）を例えば車両前後方向に沿って多数積層してなる。前記単位電池は周知の固体高分子膜型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）であり、そのアノード側に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード側に酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給することで、電気化学反応により電力及び水を生成する。

前記モータ３は、燃料電池２のカソード側へ供給する空気を圧縮するコンプレッサ４と共に、フロントサブフレーム５に搭載された状態で、車体前部のモータルーム（エンジンルーム）内に配置される。また、前記燃料電池２及び該燃料電池２のための補器６は、サブフレーム７に搭載された状態で、車体前後中間部のフロアパネル８の車室外側に配置される。さらに、燃料電池２のアノード側へ供給する水素ガスを蓄える水素タンク９は、モータ３からの回生電力を蓄電するバッテリ１１と共に、リヤサブフレーム１２に搭載された状態で、車体後部のリヤフロア１３の車室外側に配置される。

なお、前記燃料電池２のための補器６とは、レギュレータやエゼクタ等の水素供給補器、並びに加湿器や希釈ボックス等の空気排出補器である。また、図１中符号１４，１５は燃料電池車両１の前後輪を、符号１６，１７は車室内の前後シートをそれぞれ示す。

フロアパネル８の下面両側には、車体の前後に渡って延びる左右サイドフレーム１８がそれぞれ接合される。フロアパネル８の左右外側方には、前後に延びる左右サイドシル１９がそれぞれ設けられる。左右サイドシル１９の前部、前後中間部、及び後端部は、それぞれ前後アウトリガ２１，２２及びエクステンション２３を介して左右サイドフレーム１８に接合される。左右サイドフレーム１８の前部間、前後中間部間、及び後端部間は、それぞれ左右に延びる前クロスメンバ２４、中間クロスメンバ２５、及び後クロスメンバ２６を介して結合される。

フロアパネル８は、左右方向では左右サイドシル１９の間に渡って設けられ、前後方向ではダッシュロア２７の下端部から後シート１７の下方に至るまで設けられる。フロアパネル８の後端部には、後シート１７の下方から斜め後上方に立ち上がった後に後方へ延びるリヤフロア１３の前端部が接続される。

図５を併せて参照し、フロアパネル８の車幅方向（左右方向）の中央部には、上方に膨出するフロアトンネル２８が形成される。フロアトンネル２８は、下方に開放する断面コ字状をなして前後に延在し、その後半部分はさらに上方に膨出してセンターコンソール２９を形成する。このセンターコンソール２９内には、サブフレーム７上に搭載された燃料電池２及びその補器６が収容される。

図２に示すように、サブフレーム７は、前後アウトリガ２１，２２に対応する位置に設けられて車幅方向に沿って延びる前側及び後側サブクロスメンバ３１，３２と、該前側及び後側サブクロスメンバ３１，３２の間に設けられて車幅方向に沿って延びる中間サブクロスメンバ３３と、前側及び後側サブクロスメンバ３１，３２並びに中間サブクロスメンバ３３を連結するべく前後方向に沿って延びる左右サブサイドメンバ３４とを有してなる。サブフレーム７は、車体左右中心に対して左右対称に設けられる。

図３，４に示すように、前側サブクロスメンバ３１は、左右サブサイドメンバ３４の前端がそれぞれ後方から接合される左右連結ピース３５と、該左右連結ピース３５の間に渡って延在する中間ビーム３６と、左右連結ピース３５の外側にそれぞれ延在する左右ビーム３７とを一体的に結合してなる。中間ビーム３６及び左右ビーム３７は、それぞれ一定の閉断面構造を有して左右に延びる。左右連結ピース３５は、その内側端の前後幅が外側端の前後幅よりも広く、左右連結ピース３５の内側端の間に渡る中間ビーム３６の前後幅は、左右連結ピース３５の外側端から延びる左右ビーム３７の前後幅よりも広くされる。

左右サブサイドメンバ３４は、前側サブクロスメンバ３１の左右連結ピース３５の後方においてそれぞれ一定の閉断面構造を有して前後に延びる。左右サブサイドメンバ３４の断面形状は、方形状の中空部３８の下部両側に略水平なフランジ部３９を設けてなる（図５参照）。この左右サブサイドメンバ３４の前後中間部を左右に横断するように、前記中間サブクロスメンバ３３が設けられる。

中間サブクロスメンバ３３は、左右サブサイドメンバ３４の前後中間部の間に渡って延在する中間ビーム４１と、左右サブサイドメンバ３４の前後中間部の外側に延在する左右ビーム４２とを有してなる。中間ビーム４１と左右ビーム４２とは、左右サブサイドメンバ３４の前後中間部を介して一体的に結合される。すなわち、中間サブクロスメンバ３３は、左右サブサイドメンバ３４の前後中間部を含んで構成される。なお、中間サブクロスメンバ３３が左右サブサイドメンバ３４の一部を含まない構成（中間ビーム４１と左右ビーム４２とが直接結合されたり、左右サブサイドメンバ３４とは別体の部材を介して結合される構成）であってもよい。

中間ビーム４１は、例えば略水平な板状部材の前後中間部に左右方向に沿うビード部４１ａを形成してなり、略一定の断面形状を有して左右に延びる。ビード部４１ａは、その前後の平坦部４１ｂに対して下方に膨出してなる。中間ビーム４１は、その左右端部における前記前後の平坦部４１ｂの上面を、左右サブサイドメンバ３４の内側のフランジ部３９の下面に下方から接合することで、左右サブサイドメンバ３４に一体的に取り付けられる。

左右ビーム４２は、それぞれ一定の閉断面構造を有して左右に延びる。左右ビーム４２は、その内側端部を左右サブサイドメンバ３４の外側のフランジ部３９に上方から接合すると共に、該内側端部を中空部３８の外側壁に側方から接合することで、左右サブサイドメンバ３４にそれぞれ一体的に取り付けられる。左右ビーム４２の前後幅は、中間ビーム４１の前後幅よりも狭くされる。

後側サブクロスメンバ３２は、左右サブサイドメンバ３４の後端に連なるように接続される左右連結ピース４３と、該左右連結ピース４３の間に渡って延在する中間ビーム４４とを一体的に結合してなる。中間ビーム４４は、一定の閉断面構造を有して左右に延び、その両端部が左右連結ピース４３の後部内側に接合される。左右連結ピース４３の左右幅は、左右サブサイドメンバ３４の左右幅よりも狭くされる。
後側サブクロスメンバ３２の左右連結ピース４３の後端には、前後に延びる左右エクステンションメンバ４５の前端がそれぞれ接合される。左右エクステンションメンバ４５の後端部間は、左右に延びるエンドメンバ４６を介して結合される。

前側サブクロスメンバ３１の左右ビーム３７の外側端部及び中間サブクロスメンバ３３の左右ビーム４２の外側端部には、それぞれ前記左右サイドフレーム１８に対する取り付け部４７，４８が設けられる。また、エンドメンバ４６における左右エクステンションメンバ４５との交差部分には、それぞれ前記中間クロスメンバ２５に対する取り付け部４９が設けられる。
そして、これら各取り付け部４７，４８，４９を用いて、サブフレーム７が左右サイドフレーム１８及び中間クロスメンバ２５に車体下方から取り付けられる。

サブフレーム７において、前側及び後側サブクロスメンバ３１，３２並びに左右サブサイドメンバ３４で囲まれる部位の上方には、前記燃料電池スタック２がその積層方向を前後方向に沿わせた状態で配置される。燃料電池スタック２は、前後に長い直方体状をなし、その前端部が前側サブクロスメンバ３１の上面に前側ブラケット３１ａを介して支持され、後端部が後側サブクロスメンバ３２の上面に後側ブラケット３２ａを介して支持される。

すなわち、燃料電池スタック２は、サブフレーム７の前側及び後側サブクロスメンバ３１，３２にのみ支持（連結）され、左右サイドメンバ及び中間サブクロスメンバ３３には支持（連結）されていない。そして、図５（ａ）に示すように、中間サブクロスメンバ３３における左右サブサイドメンバ３４間に位置する中間ビーム４１の上面と燃料電池スタック２の下面との間には、所定のスペースＳが形成される。

中間サブクロスメンバ３３は、左右サブサイドメンバ３４の間に渡って設けられることで、一方のサブサイドメンバ３４に入力された側方からの荷重を受けてこれを他方のサブサイドメンバ３４に伝達する。このため、車両の側突（側面衝突）時には、その側突荷重が中間サブクロスメンバ３３の中間ビーム４１を介して左右サブサイドメンバ３４に分散され、左右サブサイドメンバ３４が車幅方向中央側すなわち燃料電池２側に変形することを抑制する。

また、前記側突荷重が過大であり、中間サブクロスメンバ３３の中間ビーム４１が撓む（座屈する）ような場合にも、該中間ビーム４１と燃料電池スタック２との間にスペースＳが設けられることで、変形した中間ビーム４１が燃料電池スタック２の前後中間部に干渉（接触）し難くなっている。

さらに、中間サブクロスメンバ３３の中間ビーム４１は、その左右端部の上面が左右サブサイドメンバ３４の下面に接合されることで、左右サブサイドメンバ３４の一方に側突荷重が入力された際には、該サブサイドメンバ３４が中間ビーム４１との接合位置を中心に傾動し（図５（ｂ）参照）、中間ビーム４１を下方に突出させるように撓ませる。これにより、変形した中間ビーム４１が燃料電池２により一層干渉し難くなっている。

以上説明したように、上記実施例におけるサブフレーム構造は、燃料電池２の前端及び後端を上面に支持して車幅方向に延びる前側及び後側サブクロスメンバ３１，３２と、該前側及び後側サブクロスメンバ３１，３２の間に設けられて車幅方向に延びる中間サブクロスメンバ３３と、前記前側及び後側サブクロスメンバ３１，３２並びに中間サブクロスメンバ３３を連結して前記燃料電池２の側面に沿って前後方向に延びる左右一対のサブサイドメンバ３４とを有し、前記中間サブクロスメンバ３３は、前記一対のサブサイドメンバ３４の間に渡る部位（中間ビーム４１）において、前記燃料電池２の下面との間に所定のスペースＳを有するものである。

この構成によれば、サブサイドメンバ３４に入力された側方からの荷重が、燃料電池２の下方に位置する中間サブクロスメンバ３３（中間ビーム４１）でも受けられる。このため、車両の側突（側面衝突）時にもサブサイドメンバ３４を変形し難くし、燃料電池２に側突荷重が伝わることを抑制できる。また、中間サブクロスメンバ３３（中間ビーム４１）が、燃料電池２の下面との間に所定のスペースＳを有することで、側突荷重を受けて中間サブクロスメンバ３３が撓んだ場合にも、該中間サブクロスメンバ３３が燃料電池２に干渉することを抑制できる。

また、上記サブフレーム構造においては、前記中間サブクロスメンバ３３における前記一対のサブサイドメンバ３４の間に渡る部位が、所定の側突荷重によって下方に向けて撓むことで、側突荷重を受けた中間サブクロスメンバ３３が撓んだ場合にも、該中間サブクロスメンバ３３がその上方の燃料電池２に干渉することをより一層抑制できる。

なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、例えば、図６（ａ）に示すように、中間サブクロスメンバ３３の中間ビーム４１を下方に凸の湾曲形状としたり、図６（ｂ）に示すように、中間ビーム４１の上面側に切り欠き形状等の脆弱部４１ｃを設けることで、側突荷重入力時に中間ビーム４１を下方に向けて撓ませるようにしてもよい。
また、上記実施例では後側サブクロスメンバ３２を車体に取り付けていないが、該後側サブクロスメンバ３２の両側部を延出してこれを車体に取り付けるようにしてもよい。
そして、上記実施例における構成はこの発明の一例であり、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

この発明の実施例における燃料電池車両の側面説明図である。 上記燃料電池車両の上面説明図である。 上記燃料電池車両の燃料電池を搭載するサブフレームの上面図である。 上記サブフレームの斜視図である。 上記サブフレームの中間サブクロスメンバ近傍の前後方向と直交する断面説明図であり、（ａ）は通常状態を、（ｂ）は側突荷重入力時をそれぞれ示す。 （ａ），（ｂ）共、上記中間サブクロスメンバの中間ビームの変形例を示す前面図である。

符号の説明

１ 燃料電池車両
２ 燃料電池スタック（燃料電池）
７ サブフレーム
３１ 前側サブクロスメンバ（前側クロスメンバ）
３２ 後側サブクロスメンバ（後側クロスメンバ）
３３ 中間サブクロスメンバ（中間クロスメンバ）
３４ サブサイドメンバ（サイドメンバ）
４１ 中間ビーム（中間クロスメンバにおける一対のサイドメンバの間に渡る部位）
Ｓ スペース

Claims (2)

1. 燃料電池を搭載して車体に支持されるサブフレームの構造において、
   前記燃料電池の前端及び後端を上面に支持して車幅方向に延びる前側及び後側クロスメンバと、
   該前側及び後側クロスメンバの間に設けられて車幅方向に延びる中間クロスメンバと、
   前記前側及び後側クロスメンバ並びに中間クロスメンバを連結して前記燃料電池の側面に沿って延びる一対のサイドメンバとを有し、
   前記中間クロスメンバは、前記一対のサイドメンバの間に渡る部位において、前記燃料電池の下面との間に所定のスペースを有することを特徴とするサブフレーム構造。
2. 前記中間クロスメンバにおける前記一対のサイドメンバの間に渡る部位が、所定の側突荷重によって下方に向けて撓むことを特徴とする請求項１に記載のサブフレーム構造。
   

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