JP4855236B2

JP4855236B2 - 車体フロア構造

Info

Publication number: JP4855236B2
Application number: JP2006341303A
Authority: JP
Inventors: 誠次林
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2026-12-19
Also published as: JP2008149943A

Description

この発明は、例えば、燃料電池車両に適用される車体フロア構造に関するものである。

車体フロア構造の中には、アルミニウム等で形成された複数の中空押出材を車体の前後方向に延在するように配置して互いに溶接し、プレス成形等を必要としないようにして成形加工設備の大型化を防止するものがある（特許文献１参照）。
特開平９−９９８７０号公報

しかしながら、上述した従来の車体フロア構造にあっては、横方向からの入力に対し、軸方向で力を受けることができず、各部材は曲げの入力で力を受けるため、軸方向で受ける場合に比較して変形抵抗が少なくなる。
また、押出材の閉断面構造を有効利用して閉断面部内に機能部品を配置することも考えられるが、フロアの中央部に機能部品を配置すると他の部品の配置自由度が大きく制約を受けるという問題がある。

そこで、この発明は、前後方向、車幅方向からの入力荷重に対して変形抵抗が大きく確保でき、かつ機能部品の配置自由度を高めることができる車体フロア構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載した発明は、押出材で形成され閉断面構造部（例えば、実施形態における閉断面構造部１１）を有する左右一対のフロアトンネルフレーム（例えば、実施形態におけるフロアトンネルフレーム１０）を車体の前後方向に沿って配置し、前記フロアトンネルフレームに交差して押出材で形成され閉断面構造部（例えば、実施形態における閉断面構造部３５）を有する左右一対の横方向フレーム（例えば、実施形態における第２横材３０）を配置し、前記左右のフロアトンネルフレームの閉断面構造部の下壁（例えば、実施形態における下壁１４）の下面にサブフレーム（例えば、実施形態におけるサブフレーム９０）を下側から連結し、前記フロアトンネルフレームの閉断面構造部の上下壁（例えば、実施形態における上壁１２，下壁１４）の上下面に前記横方向フレームの前記閉断面構造部の内側端部の内面を接合し、前記横方向フレームの外側の他端部をサイドシル（例えば、実施形態におけるサイドシル４０）の上下フランジ（例えば、実施形態における上フランジ部４６、下フランジ部４７）に接合することで、前記フロアトンネルフレームと前記左右のサイドシルとが前記フロアトンネルフレームの閉断面構造部の上下壁の付け根部の稜線（例えば、実施形態における稜線４８，４８）と前記サイドシルの稜線（例えば、実施形態における稜線４５，４５）とで前記横方向フレームによって接合され、前記サブフレームが前記横方向フレームの下壁（例えば、実施形態における下壁３２）と直線状となる位置に固定されることを特徴とする。
このように構成することで、左右のフロアトンネルフレーム間に比較的大きなフロアトンネル部を形成することが可能となると共に、前後方向、左右方向からの入力荷重を軸方向で受けることができるので大きな変形抵抗を確保できる。とりわけ、サブフレームにより左右のフロアトンネルフレームを連結したため、横方向からの入力荷重に対してこれを左右のフロアトンネルフレームに荷重分担させることができる。

請求項２に記載した発明は、前記左右のフロアトンネルフレーム間に燃料電池スタック（例えば、実施形態における燃料電池スタック５）を配置し、前記燃料電池スタックの関連デバイス（例えば、実施形態における電圧変換ユニット６、１２Ｖバッテリ６’）を横方向フレームの下面（例えば、実施形態における下壁３２）をカットして前記横方向フレームの内部空間に配置したことを特徴とする。
このように構成することで、燃料電池スタックの関連デバイスを横方向フレームの内部空間を有効利用してコンパクトに配置することが可能となる。

請求項３に記載した発明は、前記横方向フレームの下面に燃料電池スタックの関連デバイスを配置するためのカット部（例えば、実施形態におけるカット部９４）を設け、上面（例えば、実施形態における上壁３１）にはフロアトンネルフレーム側から前記カット部を越えてサイドシル側へ延びるシートフレーム（例えば、実施形態におけるシートフレーム部７０）を一体形成したことを特徴とする。
このように構成することで、横方向フレームの下面がカットされていてもサイドシルから作用する入力荷重をシートフレームを介してフロアトンネルフレームに伝達することができる。

請求項４に記載した発明は、前記横方向フレームが、閉断面構造に形成された第２横材（例えば、実施形態における第２横材３０）と、この第２横材の前側に接合され閉断面構造に形成された第１横材（例えば、実施形態における第１横材５０）と、前記第２横材の後側に接合され閉断面構造に形成された第３横材（例えば、実施形態における第３横材６０）とで構成され、前記第２横材は前記第１横材及び前記第３横材から上方向にオフセットして設けられ、前記第１横材の上壁（例えば、実施形態における上壁５２）、前記第２横材の下壁（例えば、実施形態における下壁３２）及び前記第３横材の上壁（例えば、実施形態における上壁６２）に加え、前記第１横材の上壁に接合されたフロントパネル（例えば、実施形態におけるフロントパネル５５）と、前記第３横材の上壁に接合されたリヤパネル（例えば、実施形態におけるリヤパネル６５）とに渡る部位に、前記サイドシルのシルインナパネル（例えば、実施形態におけるシルインナパネル４２）の下フランジ部（例えば、実施形態における下フランジ部４７）と前記フロアトンネルフレームの下フランジ部（例えば、実施形態における下フランジ部１５）とが結合線を一直線として接合されることを特徴とする。
このように構成することで、強度を高めることができ、かつ接合が容易な構造とできる。

請求項１に記載した発明によれば、左右のフロアトンネルフレーム間に比較的大きなフロアトンネル部を形成することが可能となるため各種機能部品の配置自由度を高めることができると共に、前後方向、左右方向からの入力荷重を軸方向で受けることができるので大きな変形抵抗を確保でき、車体の前後方向及び左右方向からの入力荷重に対して十分に対抗できる効果がある。また、左右の金型を共通化することにより、金型費も削減できる効果がある。また、フロアトンネルフレームと左右のサイドシルとが各々の稜線で横方向フレームを介して接合されているため、結合力を高めることができ、車体フロアの強度剛性を高めることができる効果がある。
請求項２に記載した発明によれば、燃料電池スタックの関連デバイスを横方向フレームの内部空間を有効利用してコンパクトに配置することが可能となるため、燃料電池の関連デバイスの配置自由度を格段に高めることができる効果がある。
請求項３に記載した発明によれば、横方向フレームの下面がカットされていてもサイドシルから作用する入力荷重をシートフレームを介してフロアトンネルフレームに伝達することができるため、横方向フレームに設けた燃料電池スタックの関連デバイスに入力荷重の影響を与えないようにすることができる効果がある。また、シートを支持するシートフレームを一体化することにより、部品点数を削減できる効果がある。
請求項４に記載した発明によれば、強度を高めることができ、かつ接合が容易な構造とできるため、車体フロアの強度剛性を高め、容易に製造することができる効果がある。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、燃料電池車両１は、ダッシュパネル２の前側に隔成された車体前部のパワープラントルーム３に走行用のモータ４が、車室内にはフロアトンネル部Ｔ下に燃料電池スタック５が、燃料電池スタック５の左側方には電圧変換ユニット（ＶＣＵ）６が、燃料電池スタック５の後方には高圧バッテリ７が、車体後部には水素タンク８が各々配置されている。
ここで、燃料電池スタック５は、供給される水素と酸素との電気化学反応によって発電を行うものであり、この発電により生じた電力でモータ４を駆動して走行する。燃料電池スタック５は、車体後部に設けた水素タンク８から供給される水素ガスと、車体前部のパワープラントルーム３に設けたコンプレッサから供給される空気中の酸素により発電を行う。

図２は燃料電池車両１の車室内のフロア９を示し、このフロア９に形成されたフロアトンネル部Ｔの下に燃料電池スタック５が配置されている。フロアトンネル部Ｔはアルミニウムの押出材で形成された左右一対のフロアトンネルフレーム１０を前後方向に沿って備えている。
図３に示すように、フロアトンネルフレーム（右側）は四角形状の閉断面構造部１１を備え、この閉断面構造部１１は上壁１２のやや下がった位置に車幅方向外側に延出する上フランジ部１３を備え、下壁１４に沿い車幅方向外側に延出する下フランジ部１５を備えている。閉断面構造部１１の内側壁１６には斜め上方に内側に向かって延出するフロアトンネル壁１７が形成され、このフロアトンネル壁１７の上端部の下側には、外側に向かって水平に延びる横フランジ部１８が形成されている。

右側と左側のフロアトンネルフレーム１０の各フロアトンネル壁１７の上部に跨る部位に、断面略Ｖ字状のカバー１９が取り付けられている。カバー１９にはその下縁に外側に開いた係止部２０が形成され、この係止部２０がフロアトンネルフレーム１０の上端部内側を受け入れて係止し、このカバー１９とフロアトンネルフレーム１０とでフロアトンネル部Ｔが構成されている。
図２にも示すように、カバー１９は、幅寸法が左右のフロアトンネルフレーム１０の上縁の幅に整合した部材であって、車室の車幅方向中央部に前後方向に沿って立ち上がるものである。カバー１９にはフロアトンネルフレーム１０の前縁部近傍に位置する第１上壁部２１が設けられている。第１上壁部２１の後方には第１傾斜壁２２を介して、第１上壁部２１よりも高い第２上壁部２３が連設されている。第２上壁部２３の後方には最も高い第３上壁部２４が第２傾斜壁２５を介して連設されている、第３上壁部２４の後方には、第１上壁部２１よりも高く、第２上壁部２３よりも低い第４上壁部２６が形成されている。

図４にも示すように、フロアトンネルフレーム１０には、これに交差するように車幅方向に向かってアルミニウムの押出材で形成された左右一対の第２横材３０が配置されている。この第２横材３０は前後にある程度の幅をもった上壁３１と下壁３２とを備えた形状の閉断面構造の部材である。上壁３１の前縁は斜め前側に傾斜しており、ここに下壁３２と接続される前壁３３が接続されている。上壁３１の後縁には下壁３２と接続される後壁３４が設けられている。したがって、上壁３１、下壁３２、前壁３３、後壁３４とで閉断面構造部３５が形成され。この第２横材３０は閉断面構造部３５内に内部空間を有することとなる。

図３において、４０はサイドシルを示し、このサイドシル４０はシルアウタパネル４１とシルインナパネル４２とを上下に設けた接合フランジ部４３で接合して閉断面構造に形成されたものである。シルアウタパネル４１とシルインナパネル４２は共にアルミニウムの押出材で形成されたものであって、シルインナパネル４２の内側壁４４の上下に設けた稜線４５，４５には車幅方向内側に向かって上フランジ部４６と下フランジ部４７とが形成されている。

このサイドシル４０の上フランジ部４６と下フランジ部４７との間に挟まれるようにして第２横材３０の外側端が装着されて、アーク溶接、摩擦攪拌溶接、リベット止め、ボルト締め等により取り付けられている。また、第２横材３０の内側端は上壁３１がフロアトンネルフレーム１０の上フランジ部１３を下側に受け入れ、下壁３２はフロアトンネルフレーム１０の下フランジ部１５を上側に受け入れるようにしてフロアトンネルフレーム１０に装着されて、アーク溶接、摩擦攪拌溶接、リベット止め、ボルト締め等により取り付けられている。
したがって、各フロアトンネルフレーム１０と左右のサイドシル４０が、フロアトンネルフレーム１０の上下壁１２，１４の付け根部の稜線４８，４８とサイドシル４０の稜線４５，４５とで第２横材３０により接合されることとなる。

図４に示すように、第２横材３０の前側には、アルミニウムの押出材で閉断面構造に形成された第１横材５０が第２横材３０の前壁３３に接合されている。この第１横材５０は第２横材３０の下壁３２よりも下に位置する底壁５１と第２横材３０に沿って途中まで斜めに下がり、その後前側に水平に延出する上壁５２とを備え、この上壁５２と底壁５１とが前壁５３と後壁５４とで接合されている。第１横材５０の上壁５２には、フロアトンネルフレーム１０とのコーナー部分にフロントパネル５５が接合されている。ここで、上壁５２は第２横材３０の下壁３２とほぼ同高さとなっている。尚、このフロントパネル５５も第１横材５０の上壁５２と共に第２横材３０の下壁３２と同様サイドシル４０のシルインナパネル４２の下フランジ部４７の上側に接合され、フロアトンネルフレーム１０の下フランジ部４７に連接されている。

第２横材３０の後側には、アルミニウムの押出材で上下に扁平な閉断面構造で形成された第３横材６０が第２横材３０の後壁３４に接合されている。この第３横材６０は第２横材３０の下壁３２よりも下に位置する底壁６１と第２横材３０の上壁３１の後縁から後方に向かって斜めに下がり、その後側に水平に延出する上壁６２とを備え、この上壁６２と底壁６１とが前壁６３と後壁６４とで接合されている。第３横材６０の上壁６２には、フロアトンネルフレーム１０とのコーナー部分にリヤパネル６５が接合されている。ここで、第３横材６０の上壁６２は第２横材３０の下壁３２とほぼ同高さとなっている。
尚、このリヤパネル６５も第３横材６０の上壁６２の後部と共に第２横材３０の下壁３２と同様サイドシル４０のシルインナパネル４２の下フランジ部４７の上側に接合され、フロアトンネルフレーム１０の下フランジ部１５に連設されている。

したがって、第１横材５０及び第３横材６０から上方向にオフセットして第２横材３０が取り付けられているが、これら第１横材５０の上壁５２、第２横材３０の下壁３２及び第３横材６０の上壁６２に加えフロントパネル５５、リヤパネル６５に渡る部位に結合線を一直線としたサイドシル４０のシルインナパネル４２の下フランジ部４７とフロアトンネルフレーム１０の下フランジ部１５とが接合されることとなる。
ここで、第３横材６０の内部には、閉断面構造である内部空間を前後で３つに仕切る第１リブ６６と第２リブ６７が車幅方向に形成されている。

第２横材３０の上壁３１には車幅方向に延びる閉断面構造のシートフレーム部７０が設けられている。このシートフレーム部７０は、第２横材３０に一体に押出成形により形成されたものであって、車室内側端部はフロアトンネルフレーム１０のフロアトンネル壁１７に当接する部分に至り、車室外側端部はサイドシル４０に至る長さを有している。シートフレーム部７０の前壁７１と後壁７２の形成位置に対応して、第２横材３０の内部には上壁３１と下壁３２との間を接続する前リブ７３と後リブ７４が設けられている。

ここで、図５に示すように、フロントパネル５５、第１横材５０の上壁５２、第２横材３０の下壁３２、第３横材６０の上壁６２及びリヤパネル６５に渡る部位には、車体前後方向に沿いハット型断面形状の左右一対のフロアフレーム７５が各部材を貫くように接合されている。したがって、同図に示すように、このフロアフレーム７５の下壁は第１横材５０及び第３横材６０の各底壁５１，６１から部分的に下側に露出するようにして取り付けられることとなる。

そして、図３に示すように、各フロアトンネルフレーム１０の閉断面構造部１１の下壁１４の下面には、図示しないボルトなどにより両者に跨るようにして第１横材５０、第２横材３０、第３横材６０と直線状となる位置にサブフレーム９０が固定されて、左右のフロアトンネルフレーム１０を下側から連結している。そして、サブフレーム９０の上に燃料電池スタック５が載置され、この燃料電池スタック５がフロアトンネルフレーム１０とカバー１９とで形成された空間内に収納されている。

図５に示すように、サブフレーム９０の前端部の両側縁には第１横材５０に沿って車幅方向に延びる前延出部９１，９１がフロアフレーム７５の底壁に至る部分に設けられ、後部の側縁には第２横材３０と第３横材６０との接合部分に沿って車幅方向に延びる後延出部９２，９２がフロアフレーム７５の底壁に至る部分に設けられている。このようにして、第２横材３０の下壁３２に対応する位置に凹欠部９３が形成されることとなる。

そして、各第２横材３０の下壁３２には、上壁３１に形成されたシートフレーム部７０の配置位置を前後で跨る部分に部分的に切除されたカット部９４，９４が形成され、このカット部９４から第２横材３０の閉断面構造部３５内に燃料電池スタック５の関連デバイスが配置されている（図４参照）。この関連デバイスは、例えば、左側の前記電圧変換ユニット（ＶＣＵ）６であり、右側は補機類用の１２Ｖ（ボルト）バッテリ６’であり、図示しないブラケットを介して第２横材３０の閉断面構造部３５内で、サブフレーム９０に支持されている。
したがって、第２横材３０に形成されたシートフレーム部７０はフロアトンネルフレーム１０側からカット部９４を越えてサイドシル４０側へ延びることとなる。

上記実施形態によれば、車体フロアが押出材で形成された部材を用いて構成されているためプレス成形によりフロアを製造する場合に比較して生産台数が少ない場合に製造コストを抑えることができると共に、左右一対のアルミニウムの押出材からなるフロアトンネルフレーム１０によってフロアトンネル部Ｔを形成しているため、フロアトンネル部Ｔの断面の大型化を図ることができる。よって、燃料電池スタック５の配置部位を確実に確保できる効果がある。
また、車体前後方向に作用する衝撃荷重に対しては、フロアトンネルフレーム１０の閉断面構造部１１、フロアフレーム７５が強度的に有利な座屈方向（軸方向）で荷重を受けることができるため、フロア９の変形を抑えて十分に衝撃力に対抗することができる。

更に、図５に示すように、車幅方向からサイドシル４０に作用するポールＰからの衝撃荷重に対しては、第１横材５０、第２横材３０、第３横材６０がアルミニウムの押出材からなる閉断面構造に形成されているため強度的に有利な座屈方向でこれを受けて対抗することができる。また、車幅方向の一方から受けた入力荷重は、サイドシル４０から第１横材５０、第２横材３０、第３横材６０を介してフロアトンネル部Ｔに伝達され、これら第１横材５０、第２横材３０、第３横材６０に直線状に連結されたサブフレーム９０と共に、他方の第１横材５０、第２横材３０、第３横材６０に確実に荷重分担されるため、衝撃荷重をフロア全体で受けることができ強度剛性を高めることができる。

また、左右のフロアトンネルフレーム１０、第１横材５０、第２横材３０、及び第３横材６０を共通の押出金型で形成できるため、製造コストを低減できる。
そして、燃料電池スタック５の補機類である電圧変換ユニット６、１２Ｖバッテリ６’は、第２横材３０の下壁３２に形成されたカット部９４から挿入され、左右の第２横材３０の閉断面構造部３５内を有効利用してコンパクトに収納できるので配置自由度を格段に高めることができる。

ここで、電圧変換ユニット６、１２Ｖバッテリ６’を配置するために第２横材３０の下壁３２にカット部９４が形成されているが、図２に矢印で示すように、車幅方向からサイドシル４０に入力される荷重は第２横材３０の上壁３１に形成されたシートフレーム部７０及びフロアフレーム７５から前後で交差する第１横材５０、第３横材６０を介してフロアトンネルフレーム１０、つまりフロアトンネル部Ｔに伝達できるため、電圧変換ユニット６、１２Ｖバッテリ６’に対して、この入力荷重が悪影響を与えることはない。
また、シートフレーム部７０をフロア構造部材である第２横材３０に一体形成したため、部品点数を削減できる。

そして、左右のフロアトンネルフレーム１０の閉断面構造部１１の稜線４８，４８とサイドシル４０の稜線４５，４５とが第１横材５０、第２横材３０、第３横材６０により接合されているため、フロアトンネル部Ｔとサイドシル４０との結合力を高めることができ、車体フロアの強度剛性を高めることができる。
また、第２横材３０に対して第１横材５０、第３横材６０が下側にオフセットすることによりサイドシル４０との結合線を一直線にしているため、サイドシル４０と第１横材５０、第２横材３０、第３横材６０との強度を高めることができ、かつ接合が容易となり容易に製造でき、横方向フレームである第２横材３０の下面をカットしても（この部分が弱くなっても）、横方向の衝撃荷重に対しオフセットした横方向フレームである第１、第３横材５０，６０が変形抵抗を持つ。

そして、構造部材である第１横材５０の上壁５２、第２横材３０の上壁３１及び第３横材６０の上壁６２がフロア面を構成しているため、フロントパネル５５、リヤパネル６５の面積が小さくて済み、したがって、これらフロントパネル５５、リヤパネル６５の面剛性を高めるためにハニカム構造とする場合等の設計が行い易い。

尚、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えばサイドシルについては、鋼板材で形成して、第１横材５０、第２横材及び第３横材６０にリベットなどにより取り付けるようにしてもよい。

この発明の実施形態の燃料電池車両の側面図である。この発明の実施形態のフロアの斜視図である。図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２のＢ矢視図である。この発明の実施形態のフロアの下面図である。

符号の説明

５燃料電池スタック
６電圧変換ユニット（関連デバイス）
６’ １２Ｖバッテリ（関連デバイス）
１０フロアトンネルフレーム
１１閉断面構造部（内部空間）
３２下壁（下面）
３５閉断面構造部（内部空間）
３０第２横材（横方向フレーム）
３１上壁（上面）
５０第１横材（横方向フレーム）
６０第３横材（横方向フレーム）
７０シートフレーム部
９０サブフレーム
９４カット部

Claims

押出材で形成され閉断面構造部を有する左右一対のフロアトンネルフレームを車体の前後方向に沿って配置し、前記フロアトンネルフレームに交差して押出材で形成され閉断面構造部を有する左右一対の横方向フレームを配置し、前記左右のフロアトンネルフレームの閉断面構造部の下壁の下面にサブフレームを下側から連結し、前記フロアトンネルフレームの閉断面構造部の上下壁の上下面に前記横方向フレームの閉断面構造部の内側端部の内面を接合し、前記横方向フレームの外側の他端部をサイドシルの上下フランジに接合することで、前記フロアトンネルフレームと前記左右のサイドシルとが前記フロアトンネルフレームの閉断面構造部の上下壁の付け根部の稜線と前記サイドシルの稜線とで前記横方向フレームによって接合され、前記サブフレームが前記横方向フレームの下壁と直線状となる位置に固定されることを特徴とする車体フロア構造。
前記左右のフロアトンネルフレーム間に燃料電池スタックを配置し、前記燃料電池スタックの関連デバイスを横方向フレームの下面をカットして前記横方向フレームの内部空間に配置したことを特徴とする請求項１に記載の車体フロア構造。
前記横方向フレームの下面に燃料電池スタックの関連デバイスを配置するためのカット部を設け、上面にはフロアトンネルフレーム側から前記カット部を越えてサイドシル側へ延びるシートフレームを一体形成したことを特徴とする請求項１記載の車体フロア構造。
前記横方向フレームが、閉断面構造に形成された第２横材と、この第２横材の前側に接合され閉断面構造に形成された第１横材と、前記第２横材の後側に接合され閉断面構造に形成された第３横材とで構成され、前記第２横材は前記第１横材及び前記第３横材から上方向にオフセットして設けられ、前記第１横材の上壁、前記第２横材の下壁及び前記第３横材の上壁に加え、前記第１横材の上壁に接合されたフロントパネルと、第３横材の上壁に接合されたリヤパネルとに渡る部位に、前記サイドシルのシルインナパネルの下フランジ部と前記フロアトンネルフレームの下フランジ部とが結合線を一直線として接合されることを特徴とする請求項１記載の車体フロア構造。