JP6332250B2

JP6332250B2 - 車両フロア構造

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Publication number: JP6332250B2
Application number: JP2015238518A
Authority: JP
Inventors: 中村　健太郎; 中村　　健太郎; 俊弘五嶋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2015-12-07
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2035-12-07
Also published as: CN107010125A; US9944160B2; CN107010125B; EP3190033B1; JP2017105237A; EP3190033A1; US20170158039A1

Description

本発明は、車両フロア構造に関する。

少なくともフロアパネル部と、左右のサイドシル部と、左右のサイドシル部の前部及びフロアパネルの前部を接続するダッシュパネル部とを備える自動車のキャビンをＣＦＲＰで構成したＣＦＲＰ製キャビンが知られている（例えば、特許文献１参照）。この構成では、サイドシル部の前端の車幅方向幅をフロントサイドフレーム側に向けて拡大し、前輪の車幅方向幅よりも大きくして、前面衝突時に前輪から入力する荷重によるサイドシル部の前端の面外変形による脆性破壊を防止している。

国際公開第２０１３／１５３８７２号

繊維強化樹脂であるＣＦＲＰは上記の通り脆性材料であるため、衝突に対する対策の観点から改善の余地がある。

本発明は、繊維強化樹脂製のフロアパネルを用いた構成において、主要部が全体として繊維強化樹脂より成る構成と比較して、衝突による変形が抑制される車両フロア構造を得ることが目的である。

第１態様の車両フロア構造は、繊維強化樹脂製のフロアパネルと、金属製であり、前記フロアパネルを車幅方向に挟んで車両前後方向に延び、前記フロアパネルにおける車幅方向の端部が接合されている一対の骨格部材と、金属製であり、車幅方向に延び、車幅方向両側の端部がそれぞれ前記骨格部材に接合されているクロス部材と、を備えている。

この車両フロア構造では、車幅方向両外側で前後に延びる一対の骨格部材及び該一対の骨格部材を繋ぐクロス部材がそれぞれ延性材料である金属製とされている。このため、車両の衝突の際に脆性材料であるフロアパネルが破断しても、車両フロア構造全体としての変形が抑制される。

このように、第１態様の車両フロア構造では、主要部が全体として繊維強化樹脂より成る構成と比較して、衝突による変形が抑制される。

第２態様の車両フロア構造は、第１態様の構成において、前記クロス部材には、車両用シートにおける車体への固定部の少なくとも一部が固定されている。

この車両フロア構造では、車両用シートにおける車体への固定部の少なくとも一部がクロス部材に固定されているため、車両の衝突の際に脆性材料であるフロアパネルが破断しても車両用シートがクロス部材すなわち車体から分離することが抑制される。

第３態様の車両フロア構造は、第２態様の構成において、前記クロス部材には、電池パックにおける車体への複数の固定部のうち少なくとも一部が固定されている。

この車両フロア構造では、車両用シートからの荷重の一部が、クロス部材を含む車体の複数個所に固定されている電池パックに分散される。このため、衝突時に車両用シートからクロス部材等へ入力される荷重が低減される。これにより、クロス部材の小型化等による軽量化が可能となる。

以上説明したように本発明に係る車両フロア構造は、主要部が全体として繊維強化樹脂より成る構成と比較して、衝突による変形が抑制されるという優れた効果を有する。

実施形態に係る車両フロア構造が適用された車両の概略構成を模式的に示す平面図である。図１の２−２線に沿った断面図である。図１の３−３線に沿った断面図である。図１の４−４線に沿った断面図である。実施形態の変形例に係る車両フロア構造が適用された車両の概略構成を模式的に示す平面図である。

実施形態に係る車両フロア構造１０について、図１〜図４に基づいて説明する。なお、図中に適宜記す矢印ＦＲは車両前後方向の前方向を、矢印ＵＰは車両上下方向の上方向を、矢印Ｗは車幅方向をそれぞれ示す。以下の説明で、特記なく前後、上下の方向を用いる場合は、車両前後方向の前後、車両上下方向の上下を示すものとする。

図１には、車両フロア構造１０が適用された車両としての自動車Ｖの概略構成が模式的な平面図にて示されている。この図に示されるように、自動車Ｖでは、車両フロア構造１０は、車両前後方向において、左右一対の前輪Ｗｆと後輪Ｗｒとの間に配置されている。

左右の前輪Ｗｆ間には、左右一対のフロントサイドメンバＦＳＭが配置されており、フロントサイドメンバＦＳＭの後端はダッシュパネルＤＰを介して車両フロア構造１０の前端に接続されている。また、左右の後輪Ｗｒ間には、左右一対のリヤサイドメンバＲＳＭが配置されており、リヤサイドメンバＲＳＭの前端はロアバックパネルＬＢＰを介して車両フロア構造１０の後端に接続されている。

これらのフロントサイドメンバＦＳＭ、リヤサイドメンバＲＳＭ、ダッシュパネルＤＰ及びロアバックパネルＬＢＰは、車両フロア構造１０と共に車体Ｂの主要部を構成している。

車両フロア構造１０は、それぞれ車両前後方向に延び、車体Ｂにおける車幅方向の両外側の骨格を構成する一対のロッカ１２を備えている。また、車両フロア構造１０は、車幅方向に延び、車幅方向両側の端部がそれぞれ異なるロッカ１２に接合されているクロスメンバ１４を備えている。この実施形態の車両フロア構造１０は、前後方向に離れた２本のクロスメンバ１４を備えている。さらに、車両フロア構造１０は、一対のロッカ１２及びクロスメンバ１４に接合されているフロアパネル１６を備えている。

各ロッカ１２は、延性材料である金属製とされている。この実施形態では、各ロッカ１２を構成する金属は、アルミニウム又はアルミニウム合金とされている。各ロッカ１２は、図４に示されるように長手方向直角断面で矩形枠状を成す閉断面構造とされている。また、図４に示されるように、各ロッカ１２を構成する車幅方向内側の内側壁１２Ｓにおける上下方向の中間部からは、車幅方向内側に向けてフランジ１２Ｆが突出されている。この実施形態では、各ロッカ１２はアルミニウム又はアルミニウム合金の押し出し成形品とされており、前端から後端まで長手方向直角断面の形状が同じである。

各クロスメンバ１４は、延性材料である金属製とされている。この実施形態では、各クロスメンバ１４を構成する金属は、アルミニウム又はアルミニウム合金とされている。各クロスメンバ１４は、図２及び図３に示されるように長手方向直角断面で矩形枠状を成す閉断面構造とされている。各クロスメンバ１４は、それぞれの右端が右側のロッカ１２に接合されると共に、それぞれの左端が左側のロッカ１２に接合され、車幅方向の途中で途切れたり他の部材を介在させたりすることなく左右のロッカ１２を架け渡している。

また、各クロスメンバ１４を構成する前壁１４Ａにおける上下方向の中間部からは前方に向けてフランジ１４Ｆが突出されており、該クロスメンバ１４を構成する後壁１４Ｂにおける上下方向の中間部からは、後方に向けてフランジ１４Ｆが突出されている。この実施形態では、各クロスメンバ１４はアルミニウム又はアルミニウム合金の押し出し成形品とされており、左端から右端まで長手方向直角断面の形状が同じである。

図４に示されるように、各ロッカ１２のフランジ１２Ｆと、各クロスメンバ１４のフランジ１４Ｆとは上面の高さ（上下方向の位置）が揃えられている。そして、クロスメンバ１４の車幅方向の端部１４Ｅは、ロッカ１２の内側壁１２Ｓに突き当てられた状態で、該内側壁１２Ｓに溶接等の接合構造によって接合されている。

フロアパネル１６は、繊維強化樹脂製とされている。この実施形態では、フロアパネル１６を構成する繊維強化樹脂は、炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」という）とされている。この実施形態におけるフロアパネル１６は、平板状に形成されており、図１に示されるように、各クロスメンバ１４を境に前後に分割されている。換言すれば、フロアパネル１６は、前後に３分割されている。以下、各フロアパネル１６を区別して説明する場合には、前側から順にフロアパネル１６Ｆ、１６Ｃ、１６Ｒということとする。

フロアパネル１６Ｆ、１６Ｃ、１６Ｒは、それぞれロッカ１２、クロスメンバ１４に接合されている。この実施形態では、フロアパネル１６は、ロッカ１２、クロスメンバ１４の各フランジ１２Ｆ、１４Ｆに接着等によって接合されている（図２〜図４参照）。

具体的には、最も前側に位置するフロアパネル１６Ｆは、各ロッカ１２のフランジ１２Ｆに左右両側縁部が接合されると共に、前側のクロスメンバ１４における前側のフランジ１４Ｆに後縁部が接合されている。このフロアパネル１６Ｆの前縁部は、ダッシュパネルＤＰに接合されても良い。

前後方向の中央に位置するフロアパネル１６Ｃは、各ロッカ１２のフランジ１２Ｆに左右両側縁部が接合されている。また、フロアパネル１６Ｃは、前側のクロスメンバ１４における後側のフランジ１４Ｆに前縁部が接合されると共に、後側のクロスメンバ１４における前側のフランジ１４Ｆに後縁部が接合されている。

最も後側に位置するフロアパネル１６Ｒは、各ロッカ１２のフランジ１２Ｆに左右両側縁部が接合されると共に、後側のクロスメンバ１４における後側のフランジ１４Ｆに前縁部が接合されている。このフロアパネル１６Ｆの後縁部は、ロアバックパネルＬＢＰに接合されても良い。

以上により、車両フロア構造１０では、金属製のロッカ１２は、フロアパネル１６を車幅方向に挟んで車両前後方向に延び、該フロアパネル１６における車幅方向の端部が接合されている一対の骨格部材とされている。

そして、車両フロア構造１０では、車両用シート１８における車体Ｂへの固定部のうち少なくとも一部の固定部がクロスメンバ１４に固定されている。車両用シート１８は、シートレールを構成し車体への固定側部材とされるロアレール１８Ｌと、乗員が着座するシート本体１８Ｍとを主要部として構成されている。なお、図１では、右側の車両用シート１８について、シート本体１８Ｍを想像線にて示し、ロアレール１８Ｌを実線にて示している。

この実施形態では、ロアレール１８Ｌは、各車両用シート１８について左右一対設けられており、それぞれの前後の端部が車体Ｂへの固定部とされている。すなわち、１つの車両用シート１８について、車体への固定部は計４つとされている。そして、左右一対のロアレール１８Ｌは、それぞれの後端部が後側のクロスメンバ１４に固定されると共に、それぞれの前端部が前側のクロスメンバ１４に固定されている。すなわち、本実施形態では、車両用シート１８における車体Ｂへの固定部の全てがクロスメンバ１４に固定されている。別の見方をすると、後側のクロスメンバ１４については、車両用シート１８における車体Ｂへの４つの固定部の一部である２つの固定部が固定され、前側のクロスメンバ１４については、車両用シート１８における車体Ｂへの４つの固定部の一部である２つの固定部が固定されている。

また、車両用シート１８を構成するロアレール１８Ｌは、締結によって各クロスメンバ１４に固定されている。具体的には、図２及び図４に示されるように、ロアレール１８Ｌ、スペーサ２５、及びクロスメンバ１４の上壁１４Ｕを上側から貫通したボルト２０がナット２２に締め込まれることで、ロアレール１８Ｌの前後の端部がクロスメンバ１４に接合されている。図示は省略するが、シート本体１８Ｍに固定されたアッパレールが、ロアレール１８Ｌにスライド及び任意の前後位置でのロック可能に取り付けられている。

図示は省略するが、車両用シート１８には、３点式又は４点式のシートベルト装置（アンカ及びリトラクタ）が組み込まれている。このため、本実施形態における車両用シート１８は、衝突時にシートベルトが乗員を拘束する荷重を支持する（ロアレール１８Ｌを介して車体Ｂに伝える）構成とされている。

さらに、車両フロア構造１０では、電池パック２４が車幅方向の複数個所でクロスメンバ１４に固定されている。電池パック２４は、自動車Ｖの駆動用のモータへ供給される電力を蓄える蓄電池であって、フロアパネル１６の下方に配置されている。平面視における電池パック２４は、左右のロッカ１２間のスペースにおける大部分を占有する矩形状を成している。換言すれば、電池パック２４は、左右のロッカ１２と、ダッシュパネルＤＰと、ロアバックパネルＬＢＰとで囲まれた矩形状を成している。

また、図２〜図４に示されるように、電池パック２４は、電池ケース２４Ｃ内に複数の電池２４Ｂが収納されて構成されている。電池ケース２４Ｃは、延性材料である金属製とされている。この実施形態では、電池ケース２４Ｃを構成する金属は、アルミニウム又はアルミニウム合金とされている。

図２及び図３に示されるように、電池ケース２４Ｃの上部には、クロスメンバ１４の下部が入り込む溝２４Ｇが形成されている。溝２４Ｇの形成部位には、電池２４Ｂは配置されていない。この溝２４Ｇの溝底２４ＧＢにクロスメンバ１４の下壁１４Ｌが接触した状態で、電池パック２４はクロスメンバ１４に締結によって固定されている。なお、この固定状態で電池ケース２４Ｃの上面とフロアパネル１６の下面との間には隙間が形成されている。

図３及び図４に示されるように、電池ケース２４Ｃにおける溝２４Ｇが形成されている部分の下部には、ボルト２６の頭部２６Ｈが入り込む凹部２４Ｎが形成されている。また、電池ケース２４Ｃにおける溝２４Ｇの溝底２４ＧＢと凹部２４Ｎの凹底２４ＮＢとの間には、円筒状のカラー２８が配置されている。カラー２８は、電池ケース２４Ｃに一体に形成されても良く、電池ケース２４Ｃとは別部材として構成されても良い。

そして、凹部２４Ｎの凹底２４ＮＢ、カラー２８、溝２４Ｇの溝底２４ＧＢを下側から貫通したボルト２６がナット３０に締め込まれることで、電池パック２４がクロスメンバ１４に接合されている。この実施形態では、図１に示されるように、各クロスメンバ１４における電池パック２４の固定部位は、各車両用シート１８を構成する一対のロアレール１８Ｌのクロスメンバ１４への固定部位の間に設定されている。

したがって、電池パック２４について、車体への固定部は計４つとされている。そして、本実施形態では、電池パック２４における車体Ｂへの固定部の全てがクロスメンバ１４に固定されている。別の見方をすると、後側のクロスメンバ１４については、電池パック２４における車体Ｂへの４つの固定部の一部である車幅方向に離れた複数（２つ）の固定部が固定され、前側のクロスメンバ１４については、電池パック２４における車体Ｂへの４つの固定部の一部である車幅方向に離れた複数（２つ）の固定部が固定されている。この固定状態で電池パック２４の車幅方向外端２４Ｅは、ロッカ１２の内側壁１２Ｓと隙間Ｃを挟んで対向している。この実施形態では電池パック２４の車幅方向外端２４Ｅは、ロッカ１２に車幅方向外側のロアレール１８Ｌよりも車幅方向の外側に位置している。

以上の通り車両フロア構造１０が構成されている。この車両フロア構造１０では、フロアトンネル、トンネル開口部に沿って前後方向に延びる骨格部材（補強部材）は設けられていない。また、車両フロア構造１０では、ロッカ１２の間で前後方向に延びる骨格部材（補強部材）は設けられていない。このため、上記した通り、各クロスメンバ１４は、車幅方向の途中で途切れたり他の部材を介在させたり（他の部材にて分断されたり）することなく左右のロッカ１２を架け渡している。このように、車両フロア構造１０は、主要な構造（強度）部材として、一対のロッカ１２、前後のクロスメンバ１４、及びフロアパネル１６を備えて構成されている。また、電池パック２４（の電池ケース２４Ｃ）について、車両フロア構造１０を構成する主要な構造（強度）部材として捉えることもできる。

［作用］
次に、実施形態の作用を説明する。

車両フロア構造１０では、フロアパネル１６がＣＦＲＰにて構成されているため、鉄鋼製のフロアパネルを用いた構成と比較して車体Ｂすなわち自動車Ｖの軽量化が図られている。

ところで、軽量化のために車体Ｂの骨格構造を含む主要部をＣＦＲＰにて構成した比較例では、自動車Ｖの衝突時に脆性材料であるＣＦＲＰによる構成部品が破断されると、車体Ｂにおける車両フロア構造１０が底を成すキャビンが大きく変形する懸念がある。この対策として、補強やエネルギ吸収部材の追加を行うと、車体ＢのＣＦＲＰ化による軽量化の効果が減じられたり、部品点数が増加されたりする。

これに対して本実施形態に係る車両フロア構造１０では、一対のロッカ１２と、該一対のロッカ１２を繋ぐクロスメンバ１４とが延性材料である金属製とされている。このため、自動車Ｖの衝突時に主要骨格であるロッカ１２、クロスメンバ１４が破断することが防止又は効果的に抑制される。すなわち、補強やエネルギ吸収部材の追加等に頼ることなく、上記した比較例と比較して衝突時のキャビンの変形を抑制することができる。補足すると、一対のロッカ１２を車幅方向で途切れることなく連続する金属製のクロスメンバ１４にて繋いでいるため、脆性材料にて構成されているフロアパネル１６が衝突時に破断しても、左右のロッカ１２がクロスメンバ１４にて接続された状態が維持される。このため、上記した通り、上記した比較例と比較して、衝突時のフロアパネル１６の破断による左右のロッカ１２同士の近接すなわちキャビンの変形が抑制されることとなる。

また、車両フロア構造１０では、車両用シート１８を構成するロアレール１８Ｌの少なくとも一部がクロスメンバ１４に固定されている。このため、自動車Ｖの衝突時に脆性材料にて構成されているフロアパネル１６が破断しても、車両用シート１８が車体Ｂから分離することが抑制される。

さらに、車両フロア構造１０では、電池パック２４における車体Ｂへの複数の固定部のうち少なくとも一部がクロスメンバ１４に固定されている。このため、例えば前面衝突時に車両用シート１８からシートベルト装置が乗員を拘束する荷重がクロスメンバ１４に伝達された荷重の一部が、車幅方向の複数個所でクロスメンバ１４に固定された電池パック２４に分散される。これにより、例えば電池パック２４を備えない構成と比較して、衝突時に車両用シートからクロス部材等へ入力される荷重が低減される。また、クロスメンバ１４におけるロアレール１８Ｌの締結部位（車両用シート１８からの荷重入力部）の近傍に位置するフロアパネル１６への負荷が低減される。

したがって、本車両フロア構造１０では、電池パック２４を備えない構成と比較して、クロスメンバ１４の小型化（小断面化）や薄肉化、肉抜き構造の採用等による軽量化が可能となる。

［変形例］
上記した実施形態では、車両フロア構造１０が金属製のクロスメンバ１４を前後方向に離れて２本備えた例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示されるように、車両フロア構造１０は、クロスメンバ１４を１本だけ備えた構成であっても良い。図５の例では、ロアレール１８Ｌの後側の端部がクロスメンバ１４に締結によって固定されており、ロアレール１８Ｌの前側の端部はブラケット３２を介してフロアパネル１６に固定されている。また、図５に示される例では、電池パック２４の車体Ｂへの４つの固定部のうち前側２つの固定部は、ブラケット３２を介してフロアパネル１６に固定されている。この変形例によっても、基本的（定性的）には上記実施形態と同様の作用により同様の効果を得ることができる。

なお、上記した実施形態及び変形例では、各車両用シート１８における車体Ｂへの固定部が４つである例を示したが、本発明はこれに限定されない。車両用シート１８の車体Ｂへの固定部が３つ以下であっても良く、５つ以上であっても良い。同様に、電池パック２４における車体Ｂへの固定部が４つである例を示したが、本発明はこれに限定されない。電池パック２４における車体Ｂへの固定部は、複数（２つ以上）であれば、数に制限はない。そして、本発明は、繊維強化樹脂製のフロアパネル１６と、金属製の一対のロッカ１２と、金属製の少なくとも１本のクロスメンバ１４とを含んで構成されれば足りる。したがって、車両用シート１８における車体Ｂの固定部の少なくとも一部、電池パック２４における車体Ｂの固定部の少なくとも一部がクロスメンバ１４に固定される構成に限定されることはない。

また、上記した実施形態では、ロッカ１２とクロスメンバ１４とが溶接によって接合され、ロッカ１２及びクロスメンバ１４とフロアパネル１６とが接着によって接合された例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ロッカ１２とクロスメンバ１４との接合、ロッカ１２及びクロスメンバ１４とフロアパネル１６との接合にリベット継ぎ手などの他の接合構造を採用しても良い。同様に、上記した実施形態では、ロアレール１８Ｌ及び電池パック２４が締結によってクロスメンバ１４に固定された例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ロアレール１８Ｌ及び電池パック２４の少なくとも一方とクロスメンバ１４との固定にリベット継ぎ手や溶接などの他の固定構造を採用しても良い。

さらに、上記した実施形態では、ロッカ１２及びクロスメンバ１４がアルミニウム又はアルミニウム合金製である例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ロッカ１２及びクロスメンバ１４の少なくとも一方が上記とは異なる金属材（例えば、鉄鋼等）にて構成されても良い。この場合、ロッカ１２とクロスメンバ１４とは、同じ（材質の）金属材で構成されても良く、互いに異なる金属材にて構成されても良い。

またさらに、上記した実施形態では、金属製のロッカ１２、クロスメンバ１４は、それぞれ単独で閉断面を成す構造である例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ロッカ１２及びクロスメンバ１４の少なくとも一方は、閉断面を構成しない開断面構造とされても良く、複数の金属部材の接合により閉断面構造とされても良い。また例えば、ロッカ１２及びクロスメンバ１４の少なくとも一方は、金属製の部材と他の材質より成る部材（フロアパネル１６である場合を含む）とで閉断面構造を成しても良い。

また、上記した実施形態では、フロアパネル１６がＣＦＲＰにて構成された例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、フロアパネル１６を構成する繊維強化樹脂（ＦＲＰ）として、ガラス繊維やケブラー繊維にて強化された樹脂を採用しても良い。

さらに、上記実施形態では、車両フロア構造１０が適用された自動車Ｖが車幅方向に並んだ２座の車両用シート１８を備えた例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、車両フロア構造１０が適用された自動車Ｖは、車両用シート１８を車幅方向中央に１座備えた構成であっても良い。

その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で各種変更して実施可能であることは言うまでもない。例えば、上記各変形例の構成（要素）を適宜組み合わせて補強構造を構成しても良い。

１０車両フロア構造
１２ロッカ
１４クロスメンバ
１６フロアパネル
１８車両用シート
１８Ｌロアレール（車両用シートにおける車体への固定部）
２４電池パック
Ｂ車体

Claims

車両前後方向に離間した複数の部分に分割されている繊維強化樹脂製のフロアパネルと、
金属製であり、前記フロアパネルを車幅方向に挟んで車両前後方向に延び、前記フロアパネルにおける車幅方向の端部が接合されている一対の骨格部材と、
金属製であり、車幅方向に延び、前記複数の部分間に配置され、車幅方向両側の端部がそれぞれ前記骨格部材に接合されているクロス部材と、
を備えた車両フロア構造。
前記クロス部材には、車両用シートにおける車体への固定部の少なくとも一部が固定されている請求項１記載の車両フロア構造。
前記クロス部材には、電池パックにおける車体への複数の固定部のうち少なくとも一部が固定されている請求項２記載の車両フロア構造。