JP6101767B1 - 衝突荷重緩和構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリへ伝達される衝突荷重を確実に減少させる衝突荷重緩和構造体を提供する。【解決手段】電動自動車の車体フレームに固定されてバッテリ３を支持するバッテリフレーム１２と、バッテリフレーム１２の前側において前後方向に延びるように配置された荷重緩和フレームとを備え、荷重緩和フレームは、電動自動車の衝突に伴ってバッテリフレーム１２に当接するように、荷重緩和フレームの後部がバッテリフレーム１２の前部に対して所定の隙間Ｇを空けて対向配置される。【選択図】 図２

Description

この発明は、衝突荷重緩和構造体に係り、特に、電動自動車を駆動するためのバッテリに伝達される衝突荷重を緩和する衝突荷重緩和構造体に関する。

電気自動車およびハイブリッド自動車などの電動自動車に搭載されるバッテリは、大きな容量を必要とし、その重量も大きなものとなる。このため、電動自動車には、一般的に、バッテリを支持するためのバッテリフレームが設けられており、例えば車室の床下の広いスペースにバッテリフレームを設けて複数のバッテリがまとめて配置されている。ここで、電動自動車が衝突した場合に、外部からの大きな衝突荷重がバッテリに入力することを抑制する技術が求められている。

そこで、バッテリへの衝突荷重の伝達を緩和する衝突荷重緩和構造体として、例えば、特許文献１には、車両前方から入力された荷重を確実に分散させることができる電気自動車のバッテリ支持構造が提案されている。この電気自動車のバッテリ支持構造は、フロア面から下方に突出して車両前後方向に延びると共にバッテリが支持される突出部を設け、この突出部の前端部にフロントサイドフレームの後端部が連結されている。これにより、車両前方からフロントサイドフレームに入力された荷重を突出部を介して車両後方に伝達および分散させることができる。

特開２０１３−１４２７６号公報

しかしながら、特許文献１の電気自動車のバッテリ支持構造は、フロントサイドフレームなどの車体フレームが、バッテリを支持する突出部に前側から強固に固定されている。このため、電気自動車の前部が衝突した際に、車体フレームを伝達した衝突荷重が一度に突出部に入力され、バッテリに大きな衝突荷重が入力されるおそれがあった。特に、衝突荷重は衝突初期において急激に大きくなるため、衝突初期においてバッテリへの衝突荷重の伝達を緩和する技術が求められる。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、バッテリへ伝達される衝突荷重を確実に減少させる衝突荷重緩和構造体を提供することを目的とする。

この発明に係る衝突荷重緩和構造体は、電動自動車を駆動するためのバッテリに伝達される衝突荷重を緩和する衝突荷重緩和構造体であって、電動自動車の前部に配置され、衝突時に最初に変形するように形成されたクラッシュエリアと、クラッシュエリアの後方に配置され、電動自動車の車体フレームに固定されてバッテリを支持すると共に衝突の慣性力に従って車体フレームに係合して前側から支持されるように形成されたバッテリフレームと、バッテリフレームの前側において前後方向に延びるように配置された荷重緩和フレームとを備え、荷重緩和フレームは、電動自動車の衝突に伴ってバッテリフレームに当接するように、クラッシュエリア近傍からバッテリフレームに向かって後方へ延びてクラッシュエリアの変形後に押されることにより後方へ移動可能に形成され、荷重緩和フレームの後部がバッテリフレームの前部に対して所定の隙間を空けて対向配置されるものである。

ここで、荷重緩和フレームは、バッテリフレームとほぼ同一面内に配置されることが好ましい。

また、バッテリフレームは車室の床下に配置されることが好ましい。

また、荷重緩和フレームは、バッテリフレームより低い剛性を有することが好ましい。

また、荷重緩和フレームは電動自動車の両側部側を前後方向に延びる一対の側部フレームを有すると共に、バッテリフレームは電動自動車の両側部側を前後方向に延びる一対の側部フレームを有し、荷重緩和フレームの一対の側部フレームの延長線上にバッテリフレームの一対の側部フレームの前端部が位置することが好ましい。

また、荷重緩和フレームは後部を車幅方向に延びる後部フレームを有すると共に、バッテリフレームは前部を車幅方向に延びる前部フレームを有し、荷重緩和フレームの後部フレームは、バッテリフレームの前部フレームと平行に配置することができる。

また、荷重緩和フレームは、バッテリフレームの前部を荷重緩和フレームの後部正面に案内するように、後部から後方へ向かって上下方向に拡がるように形成された案内部を有することが好ましい。

また、車体フレームは、車幅方向に間隔を空けて電動自動車の前部近傍から後方へ延びる一対のフロントサイドフレームと、一対のフロントサイドフレームの後端部に接続されて車室の床下を後方へ延びる一対のフロアサイドフレームとを有し、荷重緩和フレームは、一対のフロントサイドフレームに固定され、バッテリフレームは、一対のフロアサイドフレームの内側に配置されると共に一対のフロアサイドフレームに固定されることが好ましい。

この発明によれば、サブフレームが電動自動車の衝突に伴ってバッテリフレームに当接するようにサブフレームの後部がバッテリフレームの前部に対して所定の隙間を空けて対向配置されるので、バッテリへ伝達される衝突荷重を確実に減少させる衝突荷重緩和構造体を提供することが可能となる。

この発明の一実施の形態に係る衝突荷重緩和構造体を備えた自動車の構成を示す図である。 衝突荷重緩和構造体の要部を示す底面図である。 衝突荷重緩和構造体の要部を示す側面図である。 衝突初期においてバンパが変形された様子を示す図である。 サブフレームがバッテリフレームに当接する様子を示す図である。 変形例に係る衝突荷重緩和構造体の要部を示す側面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に、この発明の一実施の形態に係る衝突荷重緩和構造体を備えた電気自動車の構成を示す。この電気自動車は、車体を支持する車体フレーム１と、車体フレーム１に固定されたバッテリ筐体２と、バッテリ筐体２内に配置された複数のバッテリ３と、バッテリ筐体２の前側に配置されたサブフレーム４と、複数のバッテリ３に図示しない配線を介して電気的に接続された駆動部５とを有する。

車体フレーム１は、バンパフレーム６と、一対のフロントアッパフレーム７と、一対のフロントサイドフレーム８と、一対のフロントピラー９と、一対のサイドシル１０と、一対のフロアサイドフレーム１１とを有する。
バンパフレーム６は、電気自動車の前部に配置されてバンパＢを支持するもので、車幅方向に湾曲して延びるように形成されている。このバンパフレーム６およびバンパＢには、電気自動車の前部が衝突した際に、最初に変形して衝突荷重を吸収するクラッシュエリアＳが形成されている。

フロントアッパフレーム７は、電気自動車の両側部を前部近傍から後方へ延びるように形成されており、後端部がフロントピラー９に接続されている。
フロントサイドフレーム８は、フロントアッパフレーム７の内側を前後方向に延びるように形成され、前端部がバンパフレーム６に接続されると共に後端部がフロアサイドフレーム１１に接続されている。また、フロントサイドフレーム８の後端部は、トルクボックスなどの剛性部材Ｒを介してサイドシル１０にも接続されている。

フロントピラー９は、電気自動車の両側部を上下方向に延びるように形成されており、その間を接続するようにトーボードＴが配置されている。このトーボードＴの前側には前室Ｒ１が形成されると共にトーボードＴの後側には車室Ｒ２が形成されている。
サイドシル１０は、前端部がフロントピラー９の下端部に接続され、車室Ｒ２の床下を電気自動車の両側部に沿って後方へ延びるように形成されている。
フロアサイドフレーム１１は、サイドシル１０の内側を前後方向に延びるように形成され、前端部がフロントサイドフレーム８に接続されると共に後端部がサイドシル１０に接続されている。このため、フロアサイドフレーム１１は、前端部から後端部に向かって徐々に側方に開くように、すなわち後方へ向かって一方のフロアサイドフレーム１１と他方のフロアサイドフレーム１１との間隔が徐々に大きくなるように配置されている。

バッテリ筐体２は、内部に収容された複数のバッテリ３の姿勢を強固に固定するためのもので、複数のバッテリ３をまとめて覆うと共に高い剛性を有するように形成されている。バッテリ筐体２は、車室Ｒ２の床下において一対のフロアサイドフレーム１１の間に広がるように配置されている。バッテリ筐体２の下部には、枠形状のバッテリフレーム１２がバッテリ筐体２の外縁部に沿って設けられており、このバッテリフレーム１２によりバッテリ３が下側から支持されている。
バッテリ３は、車外の電源から供給される電力で充電されるもので、バッテリ筐体２内に収容されている。バッテリ３は、駆動部５を駆動させるために大きな容量を有し、その重量も大きくなる。このため、バッテリ３を収容したバッテリ筐体２の重量は、例えば約３００ｋｇとなるなど非常に大きなものとなる。

サブフレーム４は、バンパＢの近傍からバッテリフレーム１２の前部に向かって前室Ｒ１内を後方へ延びるように配置されている。なお、サブフレーム４は、本発明における荷重緩和フレームを示す。
駆動部５は、バッテリ３から供給される電力により駆動するモータなどから構成され、前室Ｒ１内においてタイヤなどに接続されている。

図２に、サブフレーム４の構成を詳細に示す。
サブフレーム４は、バッテリフレーム１２と同一面内に位置するように配置されている。ここで、バッテリフレーム１２は、電気自動車の両側部側を前後方向に延びる一対の側部フレーム１４ａと、車幅方向に延びて一対の側部フレーム１４ａの前端部を接続する前部フレーム１４ｂと、車幅方向に延びて一対の側部フレーム１４ａの後端部を接続する後部フレーム１４ｃとを有し、フロアサイドフレーム１１の内側にほぼ同一面内に位置するように配置される。

一対の側部フレーム１４ａは、前部側にフロアサイドフレーム１１に沿うように配置された押当部１６を有する。この押当部１６は、一対の側部フレーム１４ａが前端部へ向かって内側に傾斜するように形成、すなわち前方へ向かって間隔が徐々に狭くなるように形成されたものである。また、一対の側部フレーム１４ａの後部側は、後方へ向かって真直ぐ延びるように形成されている。また、前部フレーム１４ｂがトーボードＴに沿って車幅方向に延びるように形成されると共に後部フレーム１４ｃが車幅方向に延びるように形成されている。バッテリフレーム１２の下側には複数の固定部１５が配置されており、この複数の固定部１５がバッテリフレーム１２をフロアサイドフレーム１１に連結して固定する。

サブフレーム４は、電気自動車の衝突により前方への慣性力が生じるバッテリフレーム１２を前側から受け止めて支持するものであり、電気自動車の両側部側を前後方向に延びる一対の側部フレーム１３ａと、一対の側部フレーム１３ａの前端部を接続する前部フレーム１３ｂと、一対の側部フレーム１３ａの後端部を接続する後部フレーム１３ｃとを有する。
一対の側部フレーム１３ａは、前端部から後端部に向かって後方へ真直ぐ平行に延びるように形成されている。ここで、一対の側部フレーム１３ａは、その延長線上にバッテリフレーム１２の一対の側部フレーム１４ａの前端部が位置するように配置されている。このため、一対の側部フレーム１３ａの後端部は、一対の側部フレーム１４ａの前端部に対向配置されることになる。また、前部フレーム１３ｂと後部フレーム１３ｃは、バッテリフレーム１２の前部フレーム１４ｂと平行に車幅方向に延びるように形成されている。サブフレーム４は、図示しない固定部を介してフロントサイドフレーム８に連結して固定されている。

ここで、図３に示すように、サブフレーム４は、電気自動車の衝突に伴ってバッテリフレーム１２に当接するように、サブフレーム４の後部フレーム１３ｃがバッテリフレーム１２の前部フレーム１４ｂに対して所定の隙間Ｇを空けて対向配置されている。

次に、この実施の形態の動作について説明する。
まず、図１に示す電気自動車の前部が衝突体Ｄに衝突、例えば正面からフルラップ衝突すると、電気自動車の前部に衝突荷重が入力される。衝突初期では、図４に示すように、バンパＢのクラッシュエリアＳが潰れるように変形される一方で、その他の車体フレーム１はほとんど変形されず、バンパＢから入力された衝突荷重はフロントアッパフレーム７、フロントサイドフレーム８およびサブフレーム４を介して後方へと伝達される。

具体的には、フロントアッパフレーム７に入力された衝突荷重は、フロントピラー９を介してサイドシル１０へと伝達される。また、フロントサイドフレーム８に入力された衝突荷重は、フロアサイドフレーム１１に伝達されると共に剛性部材Ｒを介してサイドシル１０に伝達される。さらに、サブフレーム４に入力された衝突荷重は、図示しない固定部を介してフロントサイドフレーム８に伝達され、フロントサイドフレーム８からフロアサイドフレーム１１とサイドシル１０にそれぞれ伝達される。

この時、図２および３に示すように、サブフレーム４は、バッテリフレーム１２との間に所定の隙間Ｇを空けて配置されているため、サブフレーム４からバッテリフレーム１２に衝突荷重が直接的に入力されることはなく、バッテリフレーム１２にはフロアサイドフレーム１１を伝達する衝突荷重の一部のみが入力される。このため、衝突初期において、バッテリフレーム１２に衝突荷重が一度に入力されることを抑制し、衝突荷重の上昇を緩和することができる。

ここで、バッテリフレーム１２には、衝突により前方への慣性力が生じており、押当部１６がフロアサイドフレーム１１に押し当てられる。衝突初期においては、押当部１６をフロアサイドフレーム１１が支持することにより、バッテリフレーム１２の前方への移動が抑制される。

続いて、バンパＢのクラッシュエリアＳが完全に変形して衝突初期が終了するのに伴い、図５に示すように、衝突体Ｄからの圧力によりサブフレーム４が後方へ押されて、サブフレーム４の後部フレーム１３ｃがバッテリフレーム１２の前部フレーム１４ｂに当接される。ここで、衝突初期が終了すると、クラッシュエリアＳ以外の車体フレーム１が変形することになり、その変形荷重はクラッシュエリアＳの変形荷重と比較して大きくなる。このため、バッテリフレーム１２に生じる前方への慣性力が上昇するが、衝突初期の終了に伴ってサブフレーム４がバッテリフレーム１２に当接するため、バッテリフレーム１２をサブフレーム４で前側から支持することができる。これにより、衝突初期の終了時にバッテリフレーム１２が前方へ移動するのを確実に抑制することができる。

従来、バッテリフレーム１２は、衝突により前方へ移動しないように、例えば前部フレーム１４ｂなどが車体フレーム１に強固に固定されていた。このため、衝突初期から車体フレーム１を介して大きな衝突荷重が一度にバッテリフレーム１２に伝達されるおそれがあった。本発明においては、バッテリフレーム１２との間に所定の隙間Ｇを空けてサブフレーム４を配置することにより、バッテリフレーム１２の前方への移動を抑制しつつ衝突初期においてバッテリフレーム１２に伝達される衝突荷重を緩和することができる。

ここで、サブフレーム４は、一対の側部フレーム１３ａの延長線上にバッテリフレーム１２の一対の側部フレーム１４ａの前端部が位置するため、バッテリフレーム１２を前側から確実に支持することができる。
また、サブフレーム４は、バッテリフレーム１２の前部フレーム１４ｂと平行に後部フレーム１３ｃが配置されるため、バッテリフレーム１２に対して幅広い面積で当接することができ、バッテリフレーム１２を前側から強固に支持することができる。
さらに、バッテリフレーム１２の前側にサブフレーム４を配置するだけでバッテリフレーム１２の前方への移動を抑制するため、バッテリフレーム１２の前部フレーム１４ｂなどを車体フレーム１に強固に固定する必要がなく、電気自動車を軽量化すると共に組立を簡単化することができる。

なお、サブフレーム４は、バッテリフレーム１２より低い剛性を有することが好ましい。これにより、サブフレーム４がバッテリフレーム１２に当接した際に、サブフレーム４を優先的に変形させることができ、バッテリフレーム１２に入力される衝突荷重を確実に抑制することができる。

本実施の形態によれば、サブフレーム４が電動自動車の衝突に伴ってバッテリフレーム１２に当接するようにサブフレーム４の後部がバッテリフレーム１２の前部に対して所定の隙間Ｇを空けて対向配置されるため、衝突初期においてバッテリフレーム１２に入力される衝突荷重を緩和することができ、バッテリ３へ伝達される衝突荷重を確実に減少させることができる。

なお、上記の実施の形態では、サブフレーム４とバッテリフレーム１２との間に形成される所定の隙間Ｇは、衝突初期の終了に伴ってサブフレーム４がバッテリフレーム１２に当接するように設定されたが、電気自動車の衝突に伴ってサブフレーム４をバッテリフレーム１２に当接することができればよく、これに限られるものではない。ただし、所定の隙間Ｇは、衝突初期が終了すると同時、すなわちバンパＢのクラッシュエリアＳが完全に変形すると同時に、サブフレーム４の後部フレーム１３ｃとバッテリフレーム１２の前部フレーム１４ｂとが当接するように設定することが好ましく、例えば約３ｍｍ〜約３０ｍｍに所定の隙間Ｇを設定することができる。

また、サブフレーム４は、バッテリフレーム１２の前部をサブフレーム４の後部正面に案内するように、後部から後方へ向かって上下方向に拡がるような案内部を設けることが好ましい。
例えば、図６に示すように、サブフレーム４の後部フレーム１３ｃの上縁部と下縁部から上下方向に拡がるような案内部２１を設けることができる。この案内部２１は、後部フレーム１３ｃの上縁部と下縁部にそれぞれ沿って延びるように形成されている。これにより、バッテリフレーム１２とサブフレーム４の位置が上下方向にずれた場合でも、バッテリフレーム１２の前部フレーム１４ｂをサブフレーム４の後部フレーム１３ｃの正面に確実に案内することができる。

なお、上記の実施の形態では、本発明の衝突荷重緩和構造体を電気自動車に適用したが、駆動部を電気で駆動させるなど、大きな容量のバッテリを搭載した電動自動車であればよく、電気自動車に限られるものではない。例えば、ハイブリッド自動車に本発明の衝突荷重構造体を適用することもできる。

１ 車体フレーム、２ バッテリ筐体、３ バッテリ、４ サブフレーム、５ 駆動部、６ バンパフレーム、７ フロントアッパフレーム、８ フロントサイドフレーム、９ フロントピラー、１０ サイドシル、１１ フロアサイドフレーム、１２ バッテリフレーム、１４ａ，１３ａ 側部フレーム、１４ｂ，１３ｂ 前部フレーム、１４ｃ，１３ｃ 後部フレーム、１５ 固定部、１６ 押当部、２１ 案内部、Ｂ バンパ、Ｓ クラッシュエリア、Ｒ 剛性部材、Ｔ トーボード、Ｒ１ 前室、Ｒ２ 車室、Ｇ 所定の隙間、Ｄ 衝突体。

Claims (8)

1. 電動自動車を駆動するためのバッテリに伝達される衝突荷重を緩和する衝突荷重緩和構造体であって、
   前記電動自動車の前部に配置され、衝突時に最初に変形するように形成されたクラッシュエリアと、
   前記クラッシュエリアの後方に配置され、前記電動自動車の車体フレームに固定されて前記バッテリを支持すると共に衝突の慣性力に従って前記車体フレームに係合して前側から支持されるように形成されたバッテリフレームと、
   前記バッテリフレームの前側において前後方向に延びるように配置された荷重緩和フレームと
   を備え、
   前記荷重緩和フレームは、前記電動自動車の衝突に伴って前記バッテリフレームに当接するように、前記クラッシュエリア近傍から前記バッテリフレームに向かって後方へ延びて前記クラッシュエリアの変形後に押されることにより後方へ移動可能に形成され、前記荷重緩和フレームの後部が前記バッテリフレームの前部に対して所定の隙間を空けて対向配置される衝突荷重緩和構造体。
2. 前記荷重緩和フレームは、前記バッテリフレームとほぼ同一面内に配置される請求項１に記載の衝突荷重緩和構造体。
3. 前記バッテリフレームは車室の床下に配置される請求項１または２に記載の衝突荷重緩和構造体。
4. 前記荷重緩和フレームは、前記バッテリフレームより低い剛性を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の衝突荷重緩和構造体。
5. 前記荷重緩和フレームは前記電動自動車の両側部側を前後方向に延びる一対の側部フレームを有すると共に、前記バッテリフレームは前記電動自動車の両側部側を前後方向に延びる一対の側部フレームを有し、
   前記荷重緩和フレームの一対の側部フレームの延長線上に前記バッテリフレームの一対の側部フレームの前端部が位置する請求項１〜４のいずれか一項に記載の衝突荷重緩和構造体。
6. 前記荷重緩和フレームは後部を車幅方向に延びる後部フレームを有すると共に、前記バッテリフレームは前部を車幅方向に延びる前部フレームを有し、
   前記荷重緩和フレームの後部フレームは、前記バッテリフレームの前部フレームと平行に配置される請求項１〜５のいずれか一項に記載の衝突荷重緩和構造体。
7. 前記荷重緩和フレームは、前記バッテリフレームの前部を前記荷重緩和フレームの後部正面に案内するように、後部から後方へ向かって上下方向に拡がるように形成された案内部を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の衝突荷重緩和構造体。
8. 前記車体フレームは、車幅方向に間隔を空けて前記電動自動車の前部近傍から後方へ延びる一対のフロントサイドフレームと、前記一対のフロントサイドフレームの後端部に接続されて車室の床下を後方へ延びる一対のフロアサイドフレームとを有し、
   前記荷重緩和フレームは、前記一対のフロントサイドフレームに固定され、
   前記バッテリフレームは、前記一対のフロアサイドフレームの内側に配置されると共に前記一対のフロアサイドフレームに固定される請求項１〜７のいずれか一項に記載の衝突荷重緩和構造体。

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