JP5745877B2

JP5745877B2 - 車両機器搭載構造

Info

Publication number: JP5745877B2
Application number: JP2011021314A
Authority: JP
Inventors: 幸司堀田; 賢史山中; 豊堀田
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-02-03
Filing date: 2011-02-03
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2031-02-03
Also published as: JP2012158312A; EP2670613B1; US20130307330A1; CN103338954A; EP2670613A1; US9469201B2; WO2012104721A1; CN103338954B

Description

本発明は、車室より前方に設けられた区画に、車両を駆動する回転電機を収容したモータケースを配置し、回転電機の制御を行う電力制御装置と、電力制御装置の制御部に電力を供給する補機バッテリと、を搭載する車両機器搭載構造に関する。

従来から、モータジェネレータなどの回転電機から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（以下、モータとも呼ぶ）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、ＰＣＵ（パワーコントロールユニット）とも呼ばれ、高電圧・高電流を扱うため、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エンジン近傍に配置する必要がないこと、及び、エンジンコンパートメントの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り、ラゲッジルームまで引き回していたケーブルを削減することで重量低減やコストダウンが可能となった。

しかしながら、補機バッテリ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望まれている。また、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１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を有し、この機構によりバッテリがスムーズに後方へ移動する構造が開示されている。このようなリレーボックスの離脱構造を有することにより、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ることができる。他方、特許文献２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モータケース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。

特開２００２−３６２２５４号公報特開２０１０−１５８９９１号公報

特許文献１又は２に記載されている構造では、離脱機構や電力制御装置を車両後方のモータケース上の奥まった所に配置することで、モータケース前方に生まれるスペースを活用して補機バッテリを搭載することが可能となる。しかしながら、モータケース前方に補機バッテリを配置する構造では、車両衝突時において、電力制御装置の保護・急速放電を実現するために、補機バッテリの車両後方に位置する電力制御装置を安全に移動させるような離脱機構を設けることが必要となり、さらなるコストアップとなる。

そこで、本発明に係る車両機器搭載構造は、衝突時において、電力制御装置と電力制御装置近傍に配置した補機バッテリとが干渉することなく、補機バッテリが電力制御装置の横をすり抜けて後方へ移動す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、車両を駆動する回転電機を収容するモータケースと、回転電機の制御を行う電力制御装置と、電力制御装置の制御部に電力を供給する補機バッテリと、を車両に搭載する車両機器搭載構造であって、前記モータケースは、車室より前方に設けられた区画内の両脇に設けられる各車両骨格部材の間に配置され、前記電力制御装置は、前記モータケース上に固定され、前記補機バッテリは、前記電力制御装置の横の車両前方側位置となるように接続手段によって前記車両骨格部材に接続され、前記車両骨格部材は、車両骨格構造に固定されて前記補機バッテリを支持する支持台と、前記補機バッテリの上面に配置される固定具と、前記支持台の前記車両骨格構造側と前記車両骨格構造と反対側とにそれぞれ配置され、前記固定具と前記支持台との間に前記補機バッテリを挟み込んで固定する少なくとも２つのＪボルトと、を含み、前記車両骨格構造側に配置されたＪボルトは前記支持台に対して車両前後方向に移動自在となるように前記支持台の前記車両骨格構造側に取り付けられ、前記車両骨格構造と反対側に配置されたＪボルトは前記支持台に対して車両前後方向に移動しないように前記支持台の前記車両骨格構造と反対側に取り付けられ、車両前後方向の衝突の際に、前記車両骨格部材が潰れると共に、前記車両骨格構造側に配置されたＪボルトが前記支持台に対して車両前後方向に移動し、前記車両骨格構造と反対側に配置されたＪボルトが前記支持台の変形によって車両前後方向に移動することによって、前記補機バッテリが前記電力制御装置の横を車両前後方向にスライドすること、を特徴とする。また、本発明の車両機器搭載構造は、車両を駆動する回転電機を収容するモータケースと、回転電機の制御を行う電力制御装置と、電力制御装置の制御部に電力を供給する補機バッテリと、を車両に搭載する車両機器搭載構造であって、前記モータケースは、車室より前方に設けられた区画内の両脇に設けられる各車両骨格部材の間に配置され、前記電力制御装置は、前記モータケース上に固定され、前記補機バッテリは、前記電力制御装置の横の車両前方側位置となるように接続手段によって前記車両骨格部材に接続され、前記車両骨格部材は、車両前後方向の衝突の際に衝撃荷重を吸収するように車両前後方向に潰れ、前記接続手段は、前記補機バッテリを支持する支持台と、前記支持台と前記車両骨格部材とを接続する足部と、を備え、車両前後方向の衝突の際に、前記車両骨格部材が潰れると共に、前記足部が変形して前記支持台を車両前後方向に移動させることによって、前記補機バッテリが前記電力制御装置の横を車両前後方向にスライドすること、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、前記補機バッテリは、その前端部が電力制御装置の前端部よりも車両前方側となるように車両骨格部材に接続されていることとしても好適である。

また、本発明に係る車両機器搭載構造において、前記補機バッテリは、その一部が電力制御装置の側方側に位置するように接続手段に接続されていることとしても好適である。

さらに、本発明に係る車両機器搭載構造において、モータケースは２つの回転電機を有する複軸式トランスアクスルであることを特徴とする。複軸式トランスアクスルは車両前後方向に所定の寸法を有することから、電力制御装置をトランスアクスル上に搭載することが容易である。

本発明に係る車両機器搭載構造を用いることにより、電力制御装置がモータケースの上に配置され、補機バッテリが電力制御装置と車両前後方向に一部重なり合うように車両骨格部材のサイドメンバ上に配置される。この搭載構造により、エンジンコンパートメントのスペースを活用することができるという効果がある。また、衝突時において、バリアが車両骨格部材と補機バッテリの支持台とを潰しながらエンジンコンパートメントに侵入することで、補機バッテリが電力制御装置の脇をすり抜けるように移動し、補機バッテリと電力制御装置との干渉が回避されることで電力制御装置が保護され、電力制御装置の急速放電が可能となるという効果がある。

本発明の実施形態に係る車両機器搭載構造を示すエンジンコンパートメントの上面図である。本発明の実施形態に係る車両機器搭載構造を示すエンジンコンパートメントの側面図である。図１に示したエンジンコンパートメントにバリアが侵入した状態の説明図である。図２に示したエンジンコンパートメントにバリアが侵入した状態の説明図である。図４に示した補機バッテリの斜視図である。図５に示した補機バッテリを支持する支持台の斜視図である。他の実施形態に係る補機バッテリを支持する支持台の斜視図である。

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はハイブリッド車両１０のエンジンコンパートメント２０を示し、モータケース１２上面に配置されたＰＣＵ１３と補機バッテリ１４との車両機器搭載構造を示している。図１を用いてエンジンコンパートメント２０の構造を概説する。エンジンコンパートメント２０には、ハイブリッド車両１０の両脇に設けられ車両骨格部材であるサイドメンバ１５と、サイドメンバ１５に接続されたスプリングサポート１６と、サイドメンバ１５先端に接続されたフロントバンパリンホースメント１８と、エンジン１１と、エンジン１１に接続されたモータケース１２と、モータケース１２から伸びる車軸２５と、モータケース１２上に固定されたＰＣＵ１３と、サイドメンバ１５上に支持台２３、載置台２１及び固定具２２によって固定された補機バッテリ１４と、フロント部に取り付けられたラジエータ１７と、が設けられている。ここで、ＰＣＵ１３はモータケース１２にボルトによって固定されているのに対し、補機バッテリ１４は衝撃荷重によって移動可能な構造になっている。

本実施形態に係る車両機器搭載構造において特徴的な事項の一つは、補機バッテリ１４の前端部がＰＣＵ１３の前端部よりも車両前方側となるように補機バッテリ１４をサイドメンバ１５に接続したことである。このような配置にすることで、ＰＣＵを保護することが可能となる。他の事項の一つは、上記の配置構造とすることで、補機バッテリ１４の側面とＰＣＵ１３の側面とが一部重なることにより、ＰＣＵ１３より小さい補機バッテリ１４の進行方向が規定されることである。さらに、他の事項の一つは、補機バッテリ１４の一部がＰＣＵ１３の側方側に配置されることにより、衝突荷重が加わった場合において、補機バッテリ１４がＰＣＵ１３の横をすり抜けることでＰＣＵ１３を保護する構造としたことである。このような構造とするため、本実施形態では、補機バッテリ１４の取り付け位置と、補機バッテリ１４の支持構造と、に工夫を施している。

図２は図１の側面図を示し、モータケース１２上面に配置されたＰＣＵ１３と補機バッテリ１４との車両機器搭載構造を示している。なお、図１で説明した構造に関しては説明を省略する。補機バッテリ１４は、サイドメンバ１５に固定された支持台２３と、支持台２３の上に載置された載置台２１と、補機バッテリ１４の上部を固定する固定具２２と、固定具２２を支持台２３に固定するするＪボルト２４と、によりサイドメンバ１５上に固定されている。補機バッテリ１４の固定位置は、ＰＣＵ１３の前方より車両前方側かつ、潰れ変位長さを考慮した距離だけ前方に配置されている。潰れ変位長さは、衝撃荷重が加わった場合、支持台２３はサイドメンバ１５の潰れを阻害することなく車両後方向に潰れることで、フロントバンパリンホースメント１８の潰れ変位とあいまって十分な衝突荷重の吸収が可能な距離が設定されている。

図３は図１に示したエンジンコンパートメント２０にバリアが侵入した前方オフセット衝突状態を示し、図４はその状態における側面図を示している。バリアが衝撃荷重を伴って車両右側半分に侵入することにより、最初にフロントバンパリンホースメント１８とラジエータ１７とが潰れ、次にサイドメンバ１５とフロントエプロンと補機バッテリの支持台２３とが潰れる。さらに、バリアがエンジン１１又はモータケース１２に衝突することになる。この変形及び衝突により補機バッテリ１４はＰＣＵ１３の側面に沿ってＰＣＵ１３とほぼ同じ位置まで移動することになり、結果としてＰＣＵ１３と補機バッテリ１４との衝突が回避できる。このように潰れが連続的に発生することにより、衝撃荷重がエンジンコンパートメント２０及び搭載機器によって吸収され、ＰＣＵ１３の保護及び急速放電が可能となる。次に、補機バッテリ１４の固定構造について詳説する。

図５は図４に示した補機バッテリ１４の斜視図である。補機バッテリ１４はサイドメンバに固定された支持台２３の上に取り付けられている。補機バッテリ１４の上面には、補機バッテリ１４を固定する固定具２２が２本のＪボルト２４とナット３１によって支持台２３に接続され、補機バッテリ１４はこの２本のＪボルト２４とナット３１により、支持台２３の上に載置台２１を介して固定されている。ここで、支持台２３は、補機バッテリ１４の重量を支えるために必要な垂直方向の強度を有しているものの、潰れ方向に対しては、サイドメンバ１５の潰れを阻害しない構造を有し、補機バッテリ１４上面を押さえる固定具２２と２本のＪボルト２４は支持台２３の変形とサイドメンバ１５との変形により、潰れ方向に平行移動する構造を有している。次に、支持台２３の構造について詳説する。

図６は図５に示した補機バッテリを支持する支持台２３の斜視図を示している。支持台２３は、４箇所の固定部３３によりサイドメンバ１５の側面に固定されている。支持台２３は、薄板のプレス加工により形成され、図中大きな矢印で示した衝突荷重が加わるとサイドメンバ１５の潰れと共に、平行四辺形が前後・水平方向に潰れるように伸縮する伸縮部と、伸縮部の伸縮を予め決められた荷重までは阻害するように平行四辺形の対角に設けられた阻害部３２と、を有している。阻害部３２は、支持台２３の強度を保つためのものであり、阻害部３２によって防振と強度を保つことができる。さらに、阻害部３２は衝撃荷重により引張り荷重により引き延ばされ、破断するまで変形することで伸縮部の変形を許容する。このとき、Ｊボルト係止部３５に係止されているＪボルト２４は、伸縮部の変形により相対位置が潰れ方向に移動し、反対側のＪボルト２４はＪボルト移動部３６の上を滑るように移動することで補機バッテリ１４を潰れ方向に移動させることになる。このように補機バッテリ１４の方向を変えることなく潰れ方向に平行移動させることでＰＣＵの側面をすり抜けることが可能となる。次に、サイドメンバをまたぐように補機バッテリを配置する実施形態について詳説する。

図７は他の実施形態に係る補機バッテリを支持する支持台２６の斜視図を示している。図７に示す支持台２６は、４本の足部２７，２８と足部によって支持されている載置面２９と載置面に形成されたＪボルト係止部３５，３７と、により４箇所の固定部３４にてサイドメンバ１５をまたぐようにして固定されている。このため、衝撃荷重が加わった場合、潰れ方向に対しては比較的簡単に潰れるように４本の足部には凸状プレス加工部３７を設けることにより、防振と強度確保がなされている。このような形状にすることにより、図中左下の変形図に示すように衝撃荷重が加わった場合、折曲げ部が変形して平行四辺形が前後・垂直方向に伸縮することで、補機バッテリの向きを変えることなく補機バッテリを潰れ方向に移動させることが可能となる。

以上、上述したように、本実施形態に係る車両機器搭載構造を用いることにより、電力制御装置がモータケースの上に配置され、補機バッテリが電力制御装置と車両前後方向に一部重なり合うように車両骨格部材のサイドメンバ上に配置され、エンジンコンパートメントのスペースを活用することが可能となる。また、衝突時において、バリアが車両骨格部材と補機バッテリの支持台とを潰しながらエンジンコンパートメントに侵入することで、補機バッテリが電力制御装置の脇をすり抜けるように移動し、補機バッテリと電力制御装置との干渉が回避されることで電力制御装置が保護され、電力制御装置の急速放電が可能である。なお、本実施形態で示した支持台は、伸縮部を有しているが、これに限らず、サイドメンバ上のガイド溝を移動する構造とすることもできる。

１０ハイブリッド車両、１１エンジン、１２モータケース、１３ＰＣＵ、１４補機バッテリ、１５サイドメンバ、１６スプリングサポート、１７ラジエータ、１８フロントバンパリンホースメント、２０エンジンコンパートメント、２１載置台、２２固定具、２３，２６支持台、２４ボルト、２５車軸、２７，２８足部、２９載置面、３１ナット、３２阻害部、３３，３４固定部、３５，３７ボルト係止部、３６ボルト移動部、３７凸状プレス加工部。

Claims

車両を駆動する回転電機を収容するモータケースと、回転電機の制御を行う電力制御装置と、電力制御装置の制御部に電力を供給する補機バッテリと、を車両に搭載する車両機器搭載構造であって、
前記モータケースは、車室より前方に設けられた区画内の両脇に設けられる各車両骨格部材の間に配置され、
前記電力制御装置は、前記モータケース上に固定され、
前記補機バッテリは、前記電力制御装置の横の車両前方側位置となるように接続手段によって前記車両骨格部材に接続され、
前記車両骨格部材は、車両前後方向の衝突の際に衝撃荷重を吸収するように車両前後方向に潰れ、
前記接続手段は、車両骨格構造に固定されて前記補機バッテリを支持する支持台と、
前記補機バッテリの上面に配置される固定具と、前記支持台の前記車両骨格構造側と前記車両骨格構造と反対側とにそれぞれ配置され、前記固定具と前記支持台との間に前記補機バッテリを挟み込んで固定する少なくとも２つのＪボルトと、を含み、前記車両骨格構造側に配置されたＪボルトは前記支持台に対して車両前後方向に移動自在となるように前記支持台の前記車両骨格構造側に取り付けられ、前記車両骨格構造と反対側に配置されたＪボルトは前記支持台に対して車両前後方向に移動しないように前記支持台の前記車両骨格構造と反対側に取り付けられ、
車両前後方向の衝突の際に、前記車両骨格部材が潰れると共に、前記車両骨格構造側に配置されたＪボルトが前記支持台に対して車両前後方向に移動し、前記車両骨格構造と反対側に配置されたＪボルトが前記支持台の変形によって車両前後方向に移動することによって、前記補機バッテリが前記電力制御装置の横を車両前後方向にスライドすること、
を特徴とする車両機器搭載構造。
車両を駆動する回転電機を収容するモータケースと、回転電機の制御を行う電力制御装置と、電力制御装置の制御部に電力を供給する補機バッテリと、を車両に搭載する車両機器搭載構造であって、
前記モータケースは、車室より前方に設けられた区画内の両脇に設けられる各車両骨格部材の間に配置され、
前記電力制御装置は、前記モータケース上に固定され、
前記補機バッテリは、前記電力制御装置の横の車両前方側位置となるように接続手段によって前記車両骨格部材に接続され、
前記車両骨格部材は、車両前後方向の衝突の際に衝撃荷重を吸収するように車両前後方向に潰れ、
前記接続手段は、前記補機バッテリを支持する支持台と、前記支持台と前記車両骨格部材とを接続する足部と、を備え、
車両前後方向の衝突の際に、前記車両骨格部材が潰れると共に、前記足部が変形して前記支持台を車両前後方向に移動させることによって、前記補機バッテリが前記電力制御装置の横を車両前後方向にスライドすること、
を特徴とする車両機器搭載構造。
請求項１または２に記載の車両機器搭載構造において、
前記補機バッテリは、その前端部が電力制御装置の前端部よりも車両前方側となるように車両骨格部材に接続されていることを特徴とする車両機器搭載構造。
請求項１または２に記載の車両機器搭載構造において、
前記補機バッテリは、その一部が電力制御装置の側方側に位置するように前記接続手段に接続されたことを特徴とする車両機器搭載構造。
請求項１から４のいずれか１項に記載の車両機器搭載構造において、
モータケースは２つの回転電機を有する複軸式トランスアクスルであることを特徴とする車両機器搭載構造。