JP4825583B2 - 車体構造 - Google Patents

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Description

本発明は、車体フレームに燃料タンクや蓄電池を配置した車体構造に関するものである。
車体フレームは、下部に取付けたサブフレームを備え、サブフレームに燃料タンクや蓄電池を配置した構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、車体フレームに蓄電池を配置した構成がある（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００４−２９１９３４公報（第８頁、図１） 特開２００３−２８５６４８公報（第５頁、図１）
特許文献１を次図に基づいて説明する。
図９は、従来の技術（特許文献１）の基本構成を説明する図であり、従来の車体構造２０１は、フロアメインフレーム２０２にサブフレーム２０３を、蓄電装置２０４，２０５並びに水素タンク（燃料タンク）２０６，２０７を取付けた状態で取付けるので、組立てが容易になるとともに、車室内スペース及びトランクルームの容積を拡大することができるというものである。
特許文献２を次図に基づいて説明する。
図１０は、従来の技術（特許文献２）の基本構成を説明する図であり、従来の蓄電装置の配置構造２３１は、リヤシート２３２の裏側に蓄電装置２３３を立てた状態で配置して、上部取付部２３４と下部取付部２３５を車体側に取付けた。その結果、支持剛性を確保した状態で配置することができ、車内スペースを犠牲にすることなく配置することができる。
しかし、特許文献１（図９参照）の車体構造２０１では、水素タンク２０６の後に蓄電装置２０４，２０５を列べ、蓄電装置２０４，２０５の後に後側の水素タンク２０７を列べたので、前後方向に大きくなる。蓄電装置を効率よく収納する構造が望まれていた。
また、特許文献１では、フロアメインフレーム２０２のクロスメンバ２０８に蓄電装置２０４，２０５を４個のブラケット２０９で取付けるが、蓄電装置２０４，２０５の取付け、取外しに手間がかかる。
特許文献２（図１０参照）の蓄電装置の配置構造２３１では、リヤシート２３２の後方に配置した蓄電装置２３３によって、リヤトランクの容積は小さくなる。蓄電装置２３３を効率よく収納する構造が望まれていた。
また、リヤシート２３２の裏側に蓄電装置２３３を立てると、車体の底側に配置した場合に比べ、車両の重心位置は高くなりがちである。
本発明は、車両のスペースを有効に活用して低重心に蓄電池を配置することができ、蓄電池と燃料タンクを保護することができ、蓄電池の搭載並びに取外しが容易な車体構造を提供することを課題とする。
請求項１に係る発明では、車体フレームの下部に、燃料タンクと蓄電池を搭載したサブフレームを取付けた車体構造において、サブフレームは、井桁形状を左右のサイドフレームに前クロスメンバ、中間クロスメンバ、後クロスメンバを取付けて構成するとともに、前クロスメンバと中間クロスメンバに蓄電池を下方から取付け、中間クロスメンバと後クロスメンバに燃料タンクを上方から取付ける構成とし、中間クロスメンバの壁部を燃料タンクに沿って斜め上へ向け傾斜させることで中間クロスメンバを台形状とし、かつ、蓄電池をリヤシートの下方に配置し、燃料タンクをリヤシートの後方に配置するように構成したことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、サブフレームを車体フレームに取付けた状態で、蓄電池の着脱を可能とする支持手段を配置したことを特徴とする。
請求項３に係る発明では、燃料タンクは、圧縮燃料ガスを貯蔵するタンク本体を略円筒形状に形成するとともに、タンク本体の端のガス入出弁をリヤサスペンション部材に対し、車両前後方向にオフセットした位置に配置したことを特徴とする。
請求項１に係る発明では、サブフレームは、井桁形状を左右のサイドフレームに前クロスメンバ、中間クロスメンバ、後クロスメンバを取付けて構成するとともに、前クロスメンバと中間クロスメンバに蓄電池を下方から取付け、中間クロスメンバと後クロスメンバに燃料タンクを上方から取付ける構成とし、中間クロスメンバの壁部を燃料タンクに沿って斜め上へ向け傾斜させることで中間クロスメンバを台形状とし、かつ、蓄電池をリヤシートの下方に配置し、燃料タンクをリヤシートの後方に配置するように構成したので、サブフレームの前クロスメンバと中間クロスメンバに囲まれた空間を蓄電池の収納に活用することができる。従って、車両のスペースを有効に活用して低重心に蓄電池を配置することができるという利点がある。
また、蓄電池及び燃料タンクをサイドフレームとクロスメンバによって囲うことができ、蓄電池及び燃料タンクを保護することができる。

請求項２に係る発明では、サブフレームを車体フレームに取付けた状態で、蓄電池の着脱を可能とする支持手段を配置したので、支持手段によって、サブフレームの下方から蓄電池を着脱することができる。その結果、車両のスペースを有効に活用しても、蓄電池の搭載は容易になるとともに、蓄電池の取外しは容易になるという利点がある。
請求項３に係る発明では、燃料タンクは、圧縮燃料ガスを貯蔵するタンク本体を略円筒形状に形成するとともに、タンク本体の端のガス入出弁をリヤサスペンション部材に対し、車両前後方向にオフセットした位置に配置したので、ガス入出弁を含めた燃料タンクの全長を長くすることができ、左右のリヤサスペンション部材間に燃料タンクを配置しても、タンク容量を大きくすることができるという利点がある。
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は、本発明の車体構造を説明する透視図である。
車体構造１１は、車両１２に採用したもので、車体１３の床部をなす車体フレーム１４と、車体フレーム１４の下部に取付けた前サブフレーム１５と、中央サブフレーム１６と、サブフレームであるところの後サブフレーム１７と、を備える。
車両１２は、燃料電池車で、燃料電池システム２１と、車室２２に配置した座席２３（フロントシート２４、リヤシート２５）と、荷室２６と、前輪２７と、後輪３１と、後サブフレーム１７に連結したリヤサスペンション３２と、車体１３の前部をなすフロントボデー３５と、を備える。
図２は、本発明の車体構造が備える車体フレームの斜視図である。
車体フレーム１４は、フロントボデー３５のフロントサイドメンバ３６，３６と、フロントサイドメンバ３６，３６に接続したサイドシル３７，３７と、サイドシル３７，３７に接続したリヤフレーム３８，３８と、リヤフレーム３８，３８に取付けたフロアクロスメンバ３９と、フロントフロア４１と、リヤフロア４２と、を備え、下部に前サブフレーム１５と、中央サブフレーム１６、後サブフレーム１７を取付けることができる構造である。
燃料電池システム２１は、燃料タンクであるところの高圧水素タンク４３と、エアコンプレッサ４４と、燃料電池４５，４５と、パワーコントロールユニット４６と、電動モータ４７と、蓄電池４８と、空気配管４９と、を備え、電動モータ４７で前輪２７（図１参照）を駆動する。また、前サブフレーム１５に電動モータ４７を搭載し、中央サブフレーム１６に燃料電池４５，４５を搭載し、後サブフレーム１７に蓄電池４８を支持手段５１（図７参照）で搭載し、後サブフレーム１７に燃料タンク（高圧水素タンク）４３を搭載した。
つまり、車体構造１１では、車両１２の前から順番に、電動モータ４７、燃料電池４５，４５、蓄電池４８、燃料タンク（高圧水素タンク）４３を搭載した。
蓄電池４８は、左右に蓄電池本体４８ａ，４８ａを配置するとともに蓄電池本体４８ａ，４８ａ間にコンダクター５２を配置し、かつコンダクター５２で蓄電池本体４８ａ，４８ａ同士を接続し、コンダクター５２に接続コネクタ５３・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）を左右方向（矢印ａ１の方向）に向け、左右方向から抜き差しするように配置した。
空気配管４９は、エアコンプレッサ４４で発生させ圧縮空気（酸素）を燃料電池４５に導くとともに、使用済みとなった空気を排気管５４並びにサイレンサ５５を介して排気する。
図３は、本発明の車体構造が備えるサブフレームの斜視図である。図２を併用して説明する。
後サブフレーム１７は、井桁形状を左右のサイドフレーム５６，５７に前クロスメンバ５８、中間クロスメンバ５９、後クロスメンバ６１を取付けて構成するとともに、前クロスメンバ５８と中間クロスメンバ５９に蓄電池４８を取付け、中間クロスメンバ５９と後クロスメンバ６１に燃料タンク（高圧水素タンク）４３を取付けるものである。
また、後サブフレーム１７は、角に前コーナー部材６２，６２を溶接で取付け、後コーナー部材６３，６３を溶接で取付け、左右のサイドフレーム５６，５７の中央に中央締結部６４，６４をリヤフレーム３８，３８の中間締結部６５，６５に取付けるように形成し、左右のサイドフレーム５６，５７に連結ブラケット６６・・・を取付け、連結ブラケット６６・・・にリヤサスペンション３２を連結するもので、リヤサスペンションサブフレームである。
図４は、図１の４−４線断面図であり、燃料タンク４３、リヤサスペンション３２、空気配管４９の平面を示す。図１を併用して説明する。
さらに、後サブフレーム１７は、蓄電池４８をリヤシート２５の下方に配置し、燃料タンク（高圧水素タンク）４３をリヤシート２５の後方に配置するように構成した。
燃料タンク（高圧水素タンク）４３は、圧縮燃料ガス（例えば、水素ガス）を貯蔵するタンク本体６７（シェル６８、ヘッド７１，７１）を略円筒形状に形成するとともに、タンク本体６７の端であるところのヘッド７１に取付けたガス入出弁７２をリヤサスペンション部材であるところのダンパー７３に対し、車両１２の前後方向（矢印ａ２の方向）の後方向（矢印ａ３の方向）に距離Ｌｂだけオフセットした位置に配置したものである。Ｃｔは高圧水素タンク４３の中心線、Ｃｓはリヤサスペンション部材（ダンパー）７３の中線を示す。
排気管５４は、蓄電池４８の中央の下部７５（図６参照、正確にはコンダクター５２の下部）に配置し、さらに、連ねて高圧水素タンク４３の左の端（左のヘッド）７１の下方近傍を通し、後サブフレーム１７の後クロスメンバ６１の上を通して後サブフレーム１７の後方に配置したサイレンサ５５に接続し、低圧の使用済みの空気を導くものである。
図５は、図１の５−５線断面図であり、燃料タンク（高圧水素タンク）４３とリヤサスペンション３２の背面を示す。
高圧水素タンク４３は、既に説明したが、後サブフレーム１７に載せてバンド７４で固定するとともに、後サブフレーム１７に取付けたリヤサスペンション３２が備えるリヤサスペンション部材（ダンパー）７３，７３間に配置したものである。
燃料タンク（高圧水素タンク）４３の全長は、Ｌｔで、左のヘッド７１に取付けたガス入出弁７２を含めた長さである。Ｌｐはタンク本体６７の全長を示す。
図６は、図１の６−６線断面図であり、図５に対向する正面側で、蓄電池４８の正面と排気管５４を示す。
車体構造１１は、リヤシート２５の下に蓄電池４８を配置する構造で、左右に蓄電池本体４８ａ，４８ａを配置するとともに蓄電池本体４８ａ，４８ａ間にコンダクター５２を挟み、コンダクター５２の下部７５に排気管５４を配置した。その結果、排気管５４が車両１２の底から突出せず、排気管５４を保護することができる。
また、排気管５４が車両１２の底から突出せず、車両１２の底を流れる空気を整流することができ、走行風に対する抵抗を低減することができる。
コンダクター５２は、左右方向（矢印ａ１の方向）から接続コネクタ５３・・・を抜き差しするように構成した。
図７は、図４の７−７線断面図であり、後サブフレーム１７、蓄電池４８の断面を示す。図６を併用して説明説明する。
車体構造１１では、リヤシート２５の下に蓄電池４８を配置し、左右に蓄電池本体４８ａ，４８ａを配置するとともに蓄電池本体４８ａ，４８ａ間にコンダクター５２を挟み、コンダクター５２に接続コネクタ５３・・・を左右方向（矢印ａ１の方向）から抜き差しするように横向きにした。その結果、蓄電池４８を車体１３の床をなす車体フレーム１４に搭載した場合、接続コネクタ５３・・・を配置するスペース７６を確保することができる。
また、車体構造１１では、リヤシート２５の下に蓄電池４８を配置し、左右に蓄電池本体４８ａ，４８ａを配置するとともに蓄電池本体４８ａ，４８ａ間にコンダクター５２を挟み、コンダクター５２に接続コネクタ５３・・・を左右方向（矢印ａ１の方向）から抜き差しするように横向きにした。その結果、後サブフレーム（リヤサスペンションサブフレーム）１７の前クロスメンバ５８及び中間クロスメンバ５９の横断面形状（図７の形状）の設計の自由度が高まり、所望の断面形状を確保することができる。
さらに、車体構造１１では、リヤシート２５の下に蓄電池４８を配置し、左右に蓄電池本体４８ａ，４８ａを配置するとともに蓄電池本体４８ａ，４８ａ間にコンダクター５２を挟み、コンダクター５２に接続コネクタ５３・・・を左右方向（矢印ａ１の方向）から抜き差しするように横向きにした。その結果、フロアクロスメンバ３９の横断面形状（図７の形状）の設計の自由度が高まり、所望の断面形状を確保することができる。
後サブフレーム１７は、蓄電池４８を搭載して固定する支持手段５１を有する。
支持手段５１は、後サブフレーム１７の前クロスメンバ５８に前締結部７７を形成し、中間クロスメンバ５９に後締結部７８を形成し、蓄電池４８を載せる搭載支持部材７９を形成し、搭載支持部材７９の前を前クロスメンバ５８の前締結部７７にボルト８１・・・（図８参照）で締結し、搭載支持部材７９の後を中間クロスメンバ５９の後締結部７８にボルト８２・・・（図８参照）で締結したものである。
次に、本発明の車体構造の作用を説明する。
図２及び図７に示すように、後サブフレーム（リヤサスペンションサブフレーム）１７は、前クロスメンバ５８及び中間クロスメンバ５９に囲まれた空間に蓄電池４８を搭載することで、蓄電池４８を収納することができる。
このように、車体構造１１では、サブフレーム（後サブフレーム）１７は、井桁形状を左右のサイドフレーム５６，５７に前クロスメンバ５８、中間クロスメンバ５９、後クロスメンバ６１を取付けて構成するとともに、前クロスメンバ５８と中間クロスメンバ５９に蓄電池４８を取付け、中間クロスメンバ５９と後クロスメンバ６１に燃料タンク（高圧水素タンク）４３を取付ける構成とし、かつ、蓄電池４８をリヤシート２５の下方に配置し、燃料タンク（高圧水素タンク）４３をリヤシート２５の後方に配置するように構成したので、車体フレーム１４の下部に取付ける後サブフレーム（リヤサスペンションサブフレーム）１７の前クロスメンバ５８と中間クロスメンバ５９に囲まれた空間を蓄電池４８の収納に活用することができる。従って、車両１２のスペースを有効に活用して低重心に蓄電池４８を配置することができる。
また、車体構造１１では、前クロスメンバ５８と中間クロスメンバ５９に蓄電池４８を取付け、中間クロスメンバ５９と後クロスメンバ６１に燃料タンク（高圧水素タンク）４３を取付ける構成とし、かつ、蓄電池４８をリヤシート２５の下方に配置し、燃料タンク（高圧水素タンク）４３をリヤシート２５の後方に配置するように構成したので、前クロスメンバ５８及び中間クロスメンバ５９で蓄電池４８を囲うことができ、蓄電池４８を保護することができる。
さらに、中間クロスメンバ５９と後クロスメンバ６１によって、燃料タンク（高圧水素タンク）４３を保護することができる。
図８は、本発明の車体構造の作用図である。図７を併用して説明する。
車両１２に蓄電池４８を取付ける場合は、下方から取付ける。
すなわち、車両１２の車体１３が備える車体フレーム１４に、後サブフレーム１７を一体的に連結した後、下方から矢印ａ４のように、蓄電池４８を載せた搭載支持部材７９を上昇させ、前クロスメンバ５８及び中間クロスメンバ５９にそれぞれボルト８１・・・，ボルト８２・・・を所定の軸力（例えば、トルク管理）でねじ込むことで、取付ける。
車両１２から蓄電池４８を取外す場合は、下に降ろす。
つまり、ボルト８１・・・，８２・・・を緩めると、搭載支持部材７９とともに蓄電池４８を外すことができる。
このように、車体構造１１では、サブフレーム（後サブフレーム）１７を車体フレーム１４に取付けた状態で、蓄電池４８の着脱を可能とする支持手段５１を配置したので、支持手段５１によって、サブフレーム（後サブフレーム）１７の下方から蓄電池４８を着脱することができる。その結果、車両１２のスペースを有効に活用しても、蓄電池４８の搭載は容易になるとともに、蓄電池４８の取外しは容易になる。
図１、図４及び図５に示すように、車体構造１１では、燃料タンク（高圧水素タンク）４３は、圧縮燃料ガスを貯蔵するタンク本体６７を略円筒形状に形成するとともに、タンク本体６７の端のガス入出弁７２をリヤサスペンション部材（ダンパー）７３に対し、車両前後方向（矢印ａ２の方向）に距離Ｌｂだけオフセットした位置に配置したので、燃料タンク（高圧水素タンク）４３の全長Ｌｔを長くすることができ、タンク容量を大きくすることができる。
尚、本発明の車体構造は、実施の形態では四輪車に適用したが、一般の車両に適用することは差し支えない。
車体構造は、実施の形態では燃料電池車に適用したが、燃料電池車に限定しない。
本発明の車体構造は、燃料電池車に好適である。
本発明の車体構造を説明する透視図 本発明の車体構造が備える車体フレームの斜視図 本発明の車体構造が備えるサブフレームの斜視図 図１の４−４線断面図 図１の５−５線断面図 図１の６−６線断面図 図４の７−７線断面図 本発明の車体構造の作用図 従来の技術（特許文献１）の基本構成を説明する図 従来の技術（特許文献２）の基本構成を説明する図
符号の説明
１１…車体構造、１４…車体フレーム、１７…サブフレーム（後サブフレーム）、２３…座席、２５…リヤシート、４３…燃料タンク（高圧水素タンク）、４８…蓄電池、５１…支持手段、５６…左のサイドフレーム、５７…右のサイドフレーム、５８…前クロスメンバ、５９…中間クロスメンバ、６１…後クロスメンバ、６７…タンク本体、７２…ガス入出弁、７３…リヤサスペンション部材（ダンパー）、Ｌｂ…オフセットした距離。

Claims (3)

  1. 車体フレーム（１４）の下部に、燃料タンク（４３）と蓄電池（４８）を搭載したサブフレーム（１５）を取付けた車体構造において、
    前記サブフレーム（１５）は、井桁形状を左右のサイドフレーム（５６，５７）に前クロスメンバ（５８）、中間クロスメンバ（５９）、後クロスメンバ（６１）を取付けて構成するとともに、前クロスメンバ（５８）と中間クロスメンバ（５９）に前記蓄電池（４８）を下方から取付け、中間クロスメンバ（５９）と後クロスメンバ（６１）に前記燃料タンク（４３）を上方から取付ける構成とし、前記中間クロスメンバ（５９）の壁部を前記燃料タンク（４３）に沿って斜め上へ向け傾斜させることで前記中間クロスメンバ（５９）を台形状とし、かつ、蓄電池（４８）をリヤシート（２５）の下方に配置し、燃料タンク（４３）をリヤシート（２５）の後方に配置するように構成したことを特徴とする車体構造。
  2. 前記サブフレーム（１５）を車体フレーム（１４）に取付けた状態で、前記蓄電池（４８）の着脱を可能とする支持手段（５１）を配置したことを特徴とする請求項１記載の車体構造。
  3. 前記燃料タンク（４３）は、圧縮燃料ガスを貯蔵するタンク本体（６７）を略円筒形状に形成するとともに、タンク本体（６７）の端（７１）のガス入出弁（７２）をリヤサスペンション部材（７３）に対し、車両（１２）前後方向にオフセット（Ｌｂ）した位置に配置したことを特徴とする請求項１記載の車体構造。
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