JP5644661B2 - 車両用機器搭載構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両に機器を搭載する車両用機器搭載構造に関し、特に電力制御装置の搭載における車両用機器搭載構造に関する。

従来から、モータジェネレータの駆動力により車両を駆動する電気自動車、内燃機関であるエンジンとモータジェネレータとを組み合わせたハイブリッド自動車、及び、燃料電池により発電した電力により車両を駆動する燃料電池自動車等が知られている。このような車両は、主バッテリ又は燃料電池から電力の供給を受け、モータジェネレータへの電力を制御する昇圧コンバータやインバータ等を有する電力制御装置を有している。

電力制御装置は、モータジェネレータに供給する高電圧・大電流を制御することからＰＣＵ（パワーコントロールユニット）とも呼ばれ、モータジェネレータの近くであるエンジンコンパートメントに搭載する必要がある。このため、モータジェネレータでエンジンを起動するハイブリッド車両では、エンジン起動用の補機バッテリはセルモータに電力を供給せず、エンジン近傍に配置する必要がないこと、及び、ＰＣＵをエンジンコンパートメントに配置するスペースの都合により、補機バッテリをラゲージルームに配置していた。

近年、高電圧機器の小型化が進むことで、補機バッテリなどの車載機器をエンジンコンパートメント内、かつ、電力制御装置の近傍に配置することが可能になった。例えば、特許文献１には、電力制御装置を小型化することにより、複軸を形成する第１のモータジェネレータと、第１のモータジェネレータの軸線と平行に配設された第２のモータジェネレータと、これら複軸と平行な第３軸上に配設されたデファレンシャルギアと、を有し、第１のモータジェネレータと第２のモータジェネレータとを駆動する電力制御装置をトランスアクスル上に固定する技術が開示されている。

しかしながら、補機バッテリなどの車載機器を電力制御装置の近傍に配置する場合には、車両の衝突時における電力制御装置の保護・急速放電を円滑に行うため、補機バッテリと電力制御装置との干渉を避けることが必要となる。そこで、特許文献２には、車両衝突時においてバリア（障害物）侵入により補機バッテリが後方へ移動することで補機バッテリからガイド面を介して伝達される荷重により、リレーボックスが上方に移動して車体から分離する離脱機構が開示されている。このようなリレーボックスの離脱構造により、衝突の衝撃で移動する他部材と車両用機器とが干渉するのを防止して衝撃吸収性能を高めている。

補機バッテリは１２ボルトと比較的低電圧であるため破損による被害が少ないものの、数百ボルトの高電圧を制御する電力制御装置の損傷は最小限に抑えることが望まれている。そこで、特許文献３には車両衝突時において、電力制御装置自身を保護するために電力制御装置の前端がトランスアクスル前端よりも車両後方側に奥まった位置に搭載し、電力制御装置の車両後方側に電動圧縮機を配置する機器搭載構造が開示されている。

また、特許文献４には、インバータ等の電力制御装置自身を保護するため、衝突時、インバータに外力が加わる場合、インバータとインバータブラケットが、フロントメンバに取り付けられているインバータトレイから離脱するインバータ離脱機構が開示されている。

特開２００１−３５４０４０号公報 特開２００２−３６２２５４号公報 特開２０１０−１５８９９１号公報 特開２００９−９０８１８号公報

上述した特許文献にはトランスアクスル上に電力制御装置を固定する技術が開示されているが、他の機器との関係により電力制御装置の車両前方に補機バッテリなどの車載機器を搭載するようなレイアウトでは、斜め衝突によるバリア侵入により補機バッテリが押し込まれ、押し込まれた補機バッテリが向きを変えながら電力制御装置に接触することがある。補機バッテリの向きが変わることにより、比較的強度が高い補機バッテリの角部が電力制御装置の側面又は前面に接触又は衝突をすると、電力制御装置のケースに反力が発生する。この反力が電力制御装置のケースの剛性を上回ると電力制御装置内の回路が壊れ、このようなレイアウトでは、衝突時に電力制御装置内の回路を用いた急速放電や高電圧部との絶縁確保が困難になる場合がある。

そこで、本発明に係る車両機器搭載構造では、補機バッテリなどの車載機器を電力制御装置と同じ高さに搭載した車両機器搭載構造に関し、補機バッテリが電力制御装置と干渉しないように補機バッテリの動きを制限し、車両の有効潰れ距離を確保することのできる車両機器搭載構造を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明に係る車両機器搭載構造は、トランスアクスルの上に配置された電力制御装置と、電力制御装置の斜め車両前方であって電力制御装置と同じ高さに配置された搭載機器と、衝撃荷重により搭載機器が電力制御装置の前方角部へ移動することを防止するプロテクタと、を有し、プロテクタは、車両後方向にスライド自在に電力制御装置に支持され、プロテクタの先端部は、搭載機器の前端部近傍に位置することを特徴とする。

また、本発明に係る車両機器搭載構造において、搭載機器は、補機バッテリを含み、プロテクタは、車両前後方向に伸びる複数の長穴を有し、長穴に締結具が挿通され、締結具によって電力制御装置の側面に締結されていることを特徴とする。なお、搭載機器は、補機バッテリ、リレーボックス、リザーブタンク、電動モータ式のエアコンプレッサ、電動モータ式のパワーステアリング及びエアフィルタボックスなどである。

また、本発明に係る車両機器搭載構造において、プロテクタは、衝突荷重により電力制御装置の側面を移動することで車両の有効潰れ距離を確保することを特徴する。

また、本発明に係る車両機器搭載構造において、プロテクタは、補機バッテリの回転方向の変位を制限することで電力制御装置と補機バッテリとの衝突を防止することを特徴とする。

本発明に係る車両搭載構造を用いることにより、電力制御装置によって支持されるプロテクタにより補機バッテリの動きを制限することで、補機バッテリと電力制御装置との干渉を防ぐことができるという効果がある。また、衝突荷重によりプロテクタが電力制御装置の側面を車両後方へ移動することで補強材として機能せず、車両の有効潰れ距離を確保することができるという効果がある。また、電力制御装置が保護されることにより、急速放電や高電圧部との絶縁確保が容易となる。

本発明の実施形態に係る車両機器搭載構造の概要構成を示す斜視図である。 本発明の車両用搭載構造におけるプロテクタを取り付けた電力制御装置を示す斜視図である。 本発明の車両用搭載構造における斜め衝突の状況を説明する説明図である。 本発明の車両用搭載構造における正面衝突の状況を説明する説明図である。 本発明を理解する上で参考となる斜め衝突の状況を説明する説明図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１は車両機器搭載構造１の概要構成を示し、説明のために電力制御装置１０からプロテクタ２０を取り外した状態を示している。電力制御装置１０は、トランスアクスル１６に配置され、ネジ１３によってトランスアクスル１６に締結されている。また、トランスアクスル１６は、モータジェネレータを有し、エンジン１５からの動力と共に車輪軸１７を介して車両を駆動する。電力制御装置１０は、パワーケーブル１１と、衝突時に高電圧の電荷を放電するための放電器１２と、電力制御装置１０を保護するプロテクタ２０を電力制御装置１０に固定するための締結ボルト２２と、締結ボルト２２と嵌り合うナット２３と、を有している。また、拡大図に示すように、締結ボルト２２の一端にはプロテクタ２０を配置するための六角形の台座が形成されると共に、締結ボルト２２の他端がトランスアクスル１６にネジ結合されている。

図１のプロテクタ２０は車両前後方向に伸びた長穴２４を有し、長穴２４に挿通された締結ボルト２２とナット２３によって車両前後方向に所定の距離（Ｌ１）移動することが可能である。ここで、締結ボルト２２は、電力制御装置１０の側面に設けられているパワーケーブル１１とプロテクタ２０とが擦れることを防止するために、電力制御装置１０の側面から所定の距離（Ｌ２）だけ離間してプロテクタ２０を支持する。締結ボルト２２は、プロテクタ２０を適正な押し込み力にて車両後方に移動させるため、締結ボルト２２とナット２３との締め付けトルクを規定するスリーブ２７を有している。さらに、締結ボルト２２は、プロテクタ２０の移動量と有効潰れ距離を確保するため、プロテクタ２０の第１の移動距離（Ｌ１）だけでなく、所定の荷重が加わることで締結ボルト２２の軸が曲がり、ほぼＬ２距離の第２の移動量を実現する。従って、プロテクタ２０はＬ１＋Ｌ２距離にわたり補機バッテリの移動を制限することが可能である。なお、プロテクタ２０は、数ミリ厚の熱間圧延鋼板をプレス加工することで必要な強度と軽量化を実現した。

図２はプロテクタ２０を取り付けた電力制御装置１０を示している。なお、すでに説明した構成に関しては説明を割愛する。本発明に係るプロテクタ２０は、２つの機能を有している。第１の機能は、搭載機器である補機バッテリが衝撃荷重により電力制御装置１０に押し込まれることを防止するため、プロテクタ２０の側面２１にて電力制御装置１０を覆い、補機バッテリの動きを制限する機能である。ここで、搭載機器は、補機バッテリ、リレーボックス、エアフィルタボックス、リザーブタンク、取り付け位置の制約が小さい電動モータ式のエアコンプレッサ及び電動モータ式のパワーステアリングなどであっても良いが、説明の都合により補機バッテリを用いた。「補機バッテリの動き」とは、回転と車両後方への後退であり、補機バッテリの回転を止める共に補機バッテリの後退と合わせてプロテクタ２０を後退させるものである。第２の機能は、正面からの衝突（正突）において、サイドメンバが潰れることで衝撃を吸収する衝突安全機能を妨げることのないように、正突時は所定の押し込み力でプロテクタ２０を移動させる機能である。所定の押し込み力にてプロテクタ２０が移動する距離はＬ１＋Ｌ２となる。次に、図５を用いて斜め衝突時の状況を説明する。

図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は本発明を理解する上で参考となる、プロテクタが無い車両機器搭載構造における斜め衝突時の状況を示し、図５（Ａ）にはプロテクタが無い車両３０の一部を示している。車両３０は、トランスアクスル１６と、トランスアクスル１６の上に配置された電力制御装置１０と、サイドメンバ４０の上に電力制御装置１０の斜め前方、かつ、同じ高さで配置された補機バッテリ２５と、を有している。また、電力制御装置１０は、衝突時に電力制御装置１０の回路を用いて急速放電を行うための放電器１２を有している。

図５（Ａ）に示すように、車両斜め前方からバリア２６が衝突して車両３０に押し込まれると、車両３０が潰れ始め、バリア２６が補機バッテリ２５に到達するまでは車両３０が主に潰れることになる。図５（Ｂ）のように補機バッテリ２５がさらに押し込まれると、バリア２６によって補機バッテリ２５の向きが変化しながら補機バッテリ２５が電力制御装置１０へ近づくことになる。比較的強度が高い補機バッテリ２５の角部が電力制御装置１０の前面又は側面に接触し、電力制御装置１０をさらに押し込む。この時、補機バッテリ２５の作用力に対して電力制御装置１０のケースに反力が発生し、この反力が電力制御装置のケースの剛性を上回ると電力制御装置内の回路が壊れることになる。

図５（Ｃ）は、電力制御装置の破壊が進み、放電器１２まで破壊された状況を示している。このように、放電器１２が破壊されることで電力制御装置内の回路を用いた急速放電が困難になる。本来であれば、数百ボルトの高電圧を制御する電力制御装置１０の損傷は最小限に抑え、１２ボルトと比較的低電圧である補機バッテリ２５の破損にとどめることが望ましい。そこで、本実施形態では、電力制御装置１０にプロテクタ２０を取り付けることにした。

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）はプロテクタ２０を有する車両用搭載構造における斜め衝突（斜突）の状況を示し、図３（Ａ）には電力制御装置１０にプロテクタ２０を有する車両３０の一部を示している。車両３０は、トランスアクスル１６と、トランスアクスル１６の上に配置されたプロテクタ２０を有する電力制御装置１０と、サイドメンバ４０の上に電力制御装置１０の斜め前方、かつ、同じ高さで配置された補機バッテリ２５と、を有している。また、電力制御装置１０は、衝突時に電力制御装置２０の回路を用いて急速放電を行うための放電器１２を有している。

図３（Ａ）に示すように、車両斜め前方からバリア２６が衝突して車両３０に押し込まれると、車両３０が潰れ始め、バリア２６が補機バッテリ２５に到達するまでは車両３０が主に潰れることになる。次に、図３（Ｂ）に示すように補機バッテリ２５がさらに押し込まれると、バリア２６によって補機バッテリ２５の向きが変化しながら補機バッテリ２５がプロテクタ２０に近づくことになる。補機バッテリ２５がプロテクタ２０に接触すると、それ以上向きが変わることなく、プロテクタ２０の車両後方への移動と合わせて補機バッテリ２５はサイドメンバ上を車両後方に移動することになる。

図３（Ｃ）では、補機バッテリ２５が車両後方へ移動し、プロテクタ２０が電力制御装置１０の側面に隠れるようになる。この状況では、放電器１２は破壊されることがなく、電力制御装置内の回路を用いた急速放電が実行されると共に、補機バッテリの損傷も最小限に抑えられることになる。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）はプロテクタ２０を有する車両用搭載構造における正面衝突（正突）の状況示している。図４（Ａ）では、車両前方からバリア２６が衝突して車両３０に押し込まれると、車両３０が潰れ始め、バリア２６が補機バッテリ２５とプロテクタ２０に到達するまでは車両３０が主に潰れることになる。次に、図４（Ｂ）に示すように補機バッテリ２５とプロテクタ２０がさらに押し込まれると、プロテクタ２０の車両後方への移動と合わせて補機バッテリ２５はサイドメンバ上を車両後方に移動することになる。図４（Ｃ）では、補機バッテリ２５が車両後方へ移動して電力制御装置１０と同じ位置となり、プロテクタ２０が電力制御装置１０の側面に隠れるようになる。この状況では、放電器１２は破壊されることがなく、電力制御装置内の回路を用いた急速放電が実行されると共に、補機バッテリの損傷も最小限に抑えられることになる。

以上、上述したように、電力制御装置によって支持されるプロテクタにより補機バッテリの動きを制限することで、補機バッテリと電力制御装置との干渉を防ぐことが可能となる。また、プロテクタは衝突荷重により車両後方へ移動することで補強材として機能せず、車両の有効潰れ距離を確保することが可能となる。このようなことから、電力制御装置と補機バッテリをエンジンコンパートメント内に配置し、かつ、衝突性能を満足させることが可能となる。

１ 車両機器搭載構造、１０ 電力制御装置、１１ パワーケーブル、１２ 放電器、１３ ネジ、１５ エンジン、１６ トランスアクスル、１７ 車輪軸、２０ プロテクタ、２１ 側面、２２ 締結ボルト、２３ ナット、２４ 長穴、２５ 補機バッテリ、２６ バリア、２７ スリーブ、３０ 車両、４０ サイドメンバ。

Claims (4)

1. トランスアクスルの上に配置された電力制御装置と、
   電力制御装置の斜め車両前方であって電力制御装置と同じ高さに配置された搭載機器と、
   衝撃荷重により搭載機器が電力制御装置の前方角部へ移動することを防止するプロテクタと、
   を有し、
   プロテクタは、車両後方向にスライド自在に電力制御装置に支持され、プロテクタの先端部は、搭載機器の前端部近傍に位置することを特徴とする車両機器搭載構造。
2. 請求項１に記載の車両機器搭載構造において、
   搭載機器は、補機バッテリを含み、
   プロテクタは、車両前後方向に伸びる複数の長穴を有し、長穴に締結具が挿通され、締結具によって電力制御装置の側面に締結されていることを特徴とする車両機器搭載構造。
3. 請求項１に記載の車両機器搭載構造において、
   プロテクタは、衝突荷重により電力制御装置の側面を移動することで車両の有効潰れ距離を確保することを特徴する車両機器搭載構造。
4. 請求項２に記載の車両機器搭載構造において、
   プロテクタは、補機バッテリの回転方向の変位を制限することで電力制御装置と補機バッテリとの衝突を防止することを特徴とする車両機器搭載構造。

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