JP4741453B2 - 車体フロア構造 - Google Patents

Description

本発明は、車体フロア構造に関するものである。

従来から、車体フロア構造を補強するために、左右のサイドフレームと一対のクロスメンバで形成した略矩形状の空間に、波状に形成した波板を、その稜線部が車体前後方向に向くように配置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１６８２５２号公報

ところで、特許文献１は、車両の前後方向からの荷重に対しては効果的ではあるものの、車両の左右方向からの荷重に対しては、前後方向ほどの効果を発揮することができなかった。
ここで、車両衝突時などに乗員を保護するためには、そのエネルギーを吸収するための部材と、適度な吸収ストロークが求められる。しかしながら、車両の側面からの衝突に対しては、前後面からの衝突と比較してストローク量を確保することが難しいという課題がある。特に、燃料電池自動車のように、高圧電装部品などの各部品が、車両床下の側縁部まで配置されているものにあっては、従来の車体フロア構造よりも一層これらの部品の側面衝突による損傷を防止することが必要となっている。

そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、車両側部からの荷重に対して、短いストロークで大量のエネルギーを吸収することができる車体フロア構造を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、左右のサイドフレーム（例えば、実施形態におけるサイドフレーム２）とそれぞれに対応したサイドシル（例えば、実施形態におけるサイドシル５）との間であって、車体前後方向で車幅方向に延びて配された一対のアウトリガー（例えば、実施形態におけるアウトリガー２８，２８）間に形成された平面視矩形状の空間に、複数の山部（例えば、実施形態における山部７１）と谷部（例えば、実施形態における谷部７３）とが側部（例えば、実施形態における側部７７）を介して連続形成された波板状の部材（例えば、実施形態における波板部材７０）を、前記山部と前記谷部が形成する稜線を車幅方向に向けて配置し、前記山部は、車体に取り付けた状態において略水平に構成されており、フロアパネル（例えば、実施形態におけるフロアパネル１）下面に溶接され、前記谷部の一端は前記サイドフレームの底面（例えば、実施形態における底面２ａ）と面一で構成され、前記谷部の他端は前記サイドシルの底面（例えば、実施形態における底面５ａ）と面一で構成されているとともに、前記サイドフレームの底面は前記サイドシルの底面より低く構成されており、前記波板状の部材は正面視台形形状を成していることを特徴とする。
また、請求項２に記載した発明は、前記山部と前記谷部とは車体前後方向の幅寸法が異なるように形成されており、前記山部は前記谷部より細幅で形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、波板状の部材の断面積が車幅方向の外方向へ向けて縮小するため、その剛性は外方向に向かうにつれて徐々に低下して変形し易くなり、エネルギー吸収効率を良くすることができる。したがって、車両側部からの荷重に対して、短いストロークで大量のエネルギーを吸収することができる。

次に、本発明の実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。本実施形態では、本発明に係る車体フロア構造を燃料電池自動車に採用した場合の説明を行う。
なお、本実施形態における各装置の取付方向や位置を示す定義は、車両進行方向を前方とし、車両進行方向に向かって右方向及び左方向を定義するものとする。なお、図中ＦＲは車両進行方向前方を示す。

燃料電池自動車は、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を車体のフロア下に搭載するもので、燃料電池により生じた電力で駆動モータを駆動して走行する。燃料電池は、単位電池（単位燃料電池）を多数積層してなる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を生成すると共に水を生成する。

図１、図２に示すように、燃料電池自動車には車体前部から車体後部に亘りフロアパネル１の下方に車体骨格部材を形成する左右一対のサイドフレーム２が設けられている。左右のサイドフレーム２の外側壁３にはアウトリガー４を介してサイドシル５が接合されている。サイドシル５の後端部はイクステンション６を介してサイドフレーム２の後部に合流するように接続されている。
また、サイドフレーム２には車幅方向に車体骨格部材であるクロスメンバ７，８，９が接続されている。

車体前部のモータルーム１０にはフロントサブフレーム１１が設けられ、ここに燃料電池スタック１２に空気を供給するコンプレッサ１３と、走行用の駆動モータ１４とからなるポンプモータユニット１５が配置されている。
車体後部にはサイドフレーム２に下側から図示しない車輪およびサスペンションを一体で備えたリヤサブフレーム１６が取り付けられ、このリヤサブフレーム１６には燃料電池スタック１２の燃料である水素を貯留する水素タンク１７および蓄電池１８が配置されている。

このように構成されたサイドフレーム２上であって、サイドシル５，５間に亘る部位にフロアパネル１が接合されている。フロアパネル１の前端部は前側に立ち上がりダッシュロア１ａへと連なり、フロアパネル１の後端部はリヤサブフレーム１６の水素タンク１７上部を覆う位置まで延出している。

フロアパネル１にはダッシュロア１ａの下端部から車体後部に向かう左右のフロントシート２０、リヤシート２１間に、上方に膨出するフロアトンネル２２が形成されている。このフロアトンネル２２には左右のフロントシート２０，２０間に車体前後方向に延出し更に上方に膨出するセンターコンソール２３が形成されている。

図３に示すように、サブフレーム４０は、アウトリガー４に対応した位置に配置され車幅方向に延出する前サブクロスフレーム４１と後サブクロスフレーム４２を備えている。前後サブクロスフレーム４１，４２間には、これら前後サブクロスフレーム４１，４２の左右の端部同士を接合するサブサイドフレーム４３，４３が設けられ、このサブサイドフレーム４３，４３はサイドフレーム２の内側壁に沿って図示しない補強フレーム下に配置されるものである。

左右のサブサイドフレーム４３の内側にはセンターフレーム２７の下側に位置するサブセンターフレーム４４が車体前後方向に沿って配置されている。このサブセンターフレーム４４の前端部は前サブクロスフレーム４１に接続され、サブセンターフレーム４４の後部は後サブクロスフレーム４２に接合され、サブセンターフレーム４４は更に後サブクロスフレーム４２よりも後方に延出している。左右のサブセンターフレーム４４の後端部は車幅方向に配置されたエンドパイプ４５によって連結され、エンドパイプ４５の左右の端部と後サブクロスフレーム４２の左右の端部は斜めに配置されたガセットパイプ４６により接合されている。
各サブセンターフレーム４４とサブサイドフレーム４３との間には前側と後側に中間パイプ４７，４７が所定間隔をもって接続されている。
また、中間パイプ４７，４７が設けられた位置のサブサイドフレーム４３よりも車幅方向外側に対応したフロアパネル１の下面には、アウトリガー２８，２８が溶接されている。

サブフレーム４０の前後サブクロスフレーム４１，４２間であって左右のサブセンターフレーム４４間に燃料電池スタック１２が配置されている。この燃料電池スタック１２は前後サブクロスフレーム４１，４２に固定したブラケット４８，４９を介してサブフレーム４０に固定されている。また、エンドパイプ４５と後サブクロスフレーム４２との間には左右のサブセンターフレーム４４間に燃料電池スタック１２の補機類１９が配置されている。補機類１９は、酸素系補機類、水素系補機類および燃料電池スタック１２のシステムを管理するＥＣＵを備えている。

サブサイドフレーム４３とサブセンターフレーム４４との間で、左側の前後中間パイプ４７，４７間には高圧電装部品５１が、右側の前後中間パイプ４７，４７間にはヒーター５０が各々載置されている。燃料電池スタック１２の前方、つまりセンターコンソール２３内の前端側には、コンタクタボックス５２が配置されている（図２参照）。このコンタクタボックス５２は、例えばサブフレーム４０上には搭載されず、サブフレーム４０の直前の両センターフレーム２７間に渡って設けられた図示しない支持フレームに直接固定してもよい。

そして、サブフレーム４０が車体のセンターフレーム２７及び図示しない補強フレームに下方からボルト、ナットにより締め付け固定され、サイドフレーム２の上下幅寸法内に収まるように構成されている。

図６に示すように、フロアトンネル２２の左右の立ち上がり部２４の下面には車体前後方向に沿ってセンターフレーム２７が接合されている。そして、センターフレーム２７の下面にはサブフレーム４０が取り付けられ、このサブフレーム４０に搭載された燃料電池スタック１２及び補機類１９がセンターコンソール２３内、つまり車室外側であるフロアパネル１下に配置されている。また、同じくサブフレーム４０に搭載された高圧電装部品５１も車室外側であるフロアパネル１下に配置されている。図６に図示されていないヒーター５０も高圧電装部品５１と同様に車室外側であるフロアパネル１下に配置されている。このように構成することによって、燃料電池を乗員の居住空間とフロアパネル１（センターコンソール２３）によって隔絶することができる。

また、燃料電池スタック１２は車体前後方向に沿って単セル（単位燃料電池）を多数積層した構造のものであって、積層方向の端部である前端部と後端部には金属製のエンドプレートが取り付けられ、このエンドプレートによって積層された単セルを挟み込んで締め付け固定されている。

ここで、左右のサイドフレーム２とそれに対応したサイドシル５との間であって、前後アウトリガー２８，２８間には、波板部材７０が設けられている（例えば、図３参照）。
図４は、左側の波板部材７０を下方から見た斜視図である。
同図に示すように、波板部材７０は、山部７１と谷部７３が複数形成されており、その稜線が車幅方向を向くように配置される。本実施形態において、山部７１は４つ、谷部７３は５つ形成されている。また、波板部材７０を車体に取り付けた状態における前端部および後端部は、山部７１と略同一の高さのフランジ部７５が形成されている。さらに、隣接する山部７１と谷部７３とは、側部７７を介して連続形成されている。波板部材７０は、鋼板材をプレス成形して形成されている。

図５に示すように、波板部材７０の山部７１は、車体に取り付けた状態において略水平に構成されており、フロアパネル１の下面１ｂと溶接接合されるように構成されている。また、フランジ部７５は、車体に取り付けた状態において略水平に構成されており、フロアパネル１の下面１ｂにアウトリガー２８のフランジ部を介して溶接接合されている。また、フロアパネル１の上面には、フロントシート２０を設置するためのシート支持部２９が接合されている。
なお、フランジ部７５は、アウトリガー２８のフランジ部と重なるように接合されているが、それぞれのフランジ部が重ならないように波板部材７０のフランジ部７５を直接フロアパネル１の下面１ｂと溶接接合してもよい。

図６に示すように、波板部材７０の谷部７３は、車幅方向サイドフレーム２側の一端７３ａにおいては、サイドフレーム２の底面２ａと整合し、底面２ａに対して段差なく連続するように面一に溶接接合されており、車幅方向であってサイドシル５側の他端７３ｂにおいては、サイドシル５の底面５ａと整合し、底面５ａに対して段差なく連続するように面一に溶接接合されている。
ここで、サイドフレーム２の底面２ａはサイドシル５の底面５ａより低く構成されている。また、フロアパネル１の下面１ｂは、波板部材７０が取り付けられる領域において、略水平に形成されている。さらに、谷部７３の車幅方向の断面は、一端７３ａから他端７３ｂに向かって直線的に形成されている。
したがって、波板部材７０の側部７７は、略台形の形状を成しており、波板部材７０の車両前後方向の断面積は、サイドフレーム２側からサイドシル５側へ向かって徐々に縮小するように形成されている。

図７は、フロアパネル１の底面図に、高圧電装部品５１および波板部材７０を合成したものである。本来、高圧電装部品５１はサブフレーム４０に接合されており、波板部材７０はサイドフレーム２およびサイドシル５に接合されているが、それらの図示を省略し、フロアパネル１と高圧電装部品５１および波板部材７０との位置関係を明確にしたものである。

同図に示すように、車両に対して左側面からの衝突などにより側方からの入力荷重Ｆ（矢印で示す）が作用すると、左側のサイドシル５を介して波板部材７０が押圧される（鎖線で示す）。ここで、波板部材７０は、サイドフレーム２とサイドシル５との間で前後アウトリガー２８，２８間に設けられている。

本実施形態において、波板部材７０の山部７１と谷部７３と側部７７とで形成される波形形状の断面積は車幅方向の外方向へ向けて縮小しているため、その剛性は車幅方向の外方向へ向けて徐々に低下し、変形し易くなっている。つまり、波板部材７０の車幅方向外側のエネルギー吸収効率が良いために、入力荷重Ｆに対して、車幅方向の外側でより大量のエネルギーを吸収することができる。

したがって、波板部材７０の車幅方向サイドフレーム２側（内側）の端部では、入力荷重Ｆに対して吸収すべきエネルギーは相当量減少しているため、波板部材７０で入力荷重Ｆのエネルギーをほぼ吸収することができ、波板部材７０の車幅方向内側に配置されている高圧電装部品５１の周囲の各フレームが座屈せず、フレーム構成を維持することができる。その結果、車両側方からの入力荷重Ｆに対して、高圧電装部品５１を保護することができる。
つまり、波板部材７０を設けることで、車両側方からの荷重に対して、短いストロークで大量のエネルギーを吸収することができる。
ここで、山部７１および谷部７３の稜線の数を増やすことで、より多くのエネルギーを、部品点数を増やすことなく吸収することができる。

また、波板部材７０の底面（谷部７３）の一端７３ａをサイドフレーム２の底面２ａと面一になるように構成し、他端７３ｂをサイドシル５の底面５ａと面一になるように構成したため、車両床下の凹凸を減らすことができ、車両床下の整流効果も期待でき、燃費の向上を図ることができる。

さらに、波板部材７０の山部７１をフロアパネル１と溶接接合することで、床面の膜振動を抑制し、制振部材としての機能を有する。従来は、床面を制振するためにアスファルト材のメルシートを床上面に敷設していたが、これを削減もしくは取り止めることができるため、車両の重量増加を最小限に抑えることができる。

尚、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や材料などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態において、波板部材を燃料電池自動車の車体フロア構造に採用した場合の説明をしたが、燃料電池自動車に限らず他車種に採用してもよい。
また、本実施形態において、波板部材を車両の左右側部に一つずつ設けた場合の説明をしたが、車体フロア構造に合わせて適宜増設してもよい。

本発明の実施形態における車両の側面説明図である。 本発明の実施形態における車両の平面説明図である。 本発明の実施形態におけるサブフレームの平面図である。 本発明の実施形態における波板部材の下方からの斜視図である。 図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態におけるフロアパネルの底面図に波板部材および高圧電装部品を合成した説明図である。

符号の説明

１…フロアパネル １ｂ…フロアパネル下面 ２…サイドフレーム ２ａ…底面 ５…サイドシル ５ａ…底面 ７０…波板部材（部材） ７１…山部 ７３…谷部 ７３ａ…一端 ７３ｂ…他端

Claims (2)

1. 左右のサイドフレームとそれぞれに対応したサイドシルとの間であって、車体前後方向で車幅方向に延びて配された一対のアウトリガー間に形成された平面視矩形状の空間に、複数の山部と谷部とが側部を介して連続形成された波板状の部材を、前記山部と前記谷部が形成する稜線を車幅方向に向けて配置し、
   前記山部は、車体に取り付けた状態において略水平に構成されており、フロアパネル下面に溶接され、
   前記谷部の一端は前記サイドフレームの底面と面一で構成され、前記谷部の他端は前記サイドシルの底面と面一で構成されているとともに、前記サイドフレームの底面は前記サイドシルの底面より低く構成されており、
   前記波板状の部材は正面視台形形状を成していることを特徴とする車体フロア構造。
2. 前記山部と前記谷部とは車体前後方向の幅寸法が異なるように形成されており、前記山部は前記谷部より細幅で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車体フロア構造。

Images