JP6686948B2

JP6686948B2 - 車両下部構造

Info

Publication number: JP6686948B2
Application number: JP2017057970A
Authority: JP
Inventors: 聡鯵坂
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2020-04-22
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: JP2018158688A; US20180272852A1; US10632827B2; DE102018105371A1

Description

本発明は、車両下部構造に関する。

電気自動車等のバッテリ搭載車両では、複数のバッテリがバッテリケースに収容された状態で車室フロアの下方に搭載されている。このため、車室の下方に大きな重量（質量）を有する部分が存在することになる。したがって、車両が障害物等と前面衝突した場合には、バッテリユニットとその上部に位置する車室には、大きな慣性力が作用して車室が変形しやすくなるという課題がある。

そこで、このようなバッテリ搭載車両において、車室に作用する衝撃力を低減するために様々な提案がされている。例えば、特許文献１には、電気自動車において床下に前後方向を長尺状とする断面コの字型のフレームを車両の前輪よりも前方まで延出させた衝撃吸収フロア構造が開示されている。そして、このフレームのうち、先端（前端）から一定の範囲にバッテリを収容しないことによって、当該部分を前面衝突時の衝撃吸収部分とする構造が提案されている。

また、特許文献２には、車室フロアの下部にバッテリユニットが搭載された電気自動車において、バッテリユニットのバッテリモジュールを支持する支持部材を構成し車両前後方向に延在するフレーム部材の前端部を、サスペンションクロスメンバに結合したバッテリ搭載構造が提案されている。このように構成することにより、前面衝突時のバッテリユニットによる慣性力を結合部位よりサスペンションメンバに伝達することにより、衝撃吸収性能を向上させた構造が提案されている。

特開２０１２−２０１２８４号公報特開２０１２−９１６３６号公報

しかし、特許文献１記載の衝撃吸収フロア構造では、車両前後方向に一直線状に連続したフレームが形成されているため、フレームの衝撃吸収性能を十分に確保することが困難であると考えられると共に、バッテリ（電池セル）自体が損傷するおそれがある。

また、特許文献２記載のバッテリ搭載構造の場合、前面衝突時にバッテリモジュールから作用する慣性力をサスペンションメンバで受けるためには、サスペンションメンバで慣性力を吸収する構造を別途設ける必要がある。

本発明は上記事実を考慮し、床下にバッテリが収容された車両において、簡単な構造で衝撃吸収性能を向上させた車両下部構造を提供することを目的とする。

請求項１記載の本発明に係る車両下部構造は、車室フロアの車両下側に配設され、底壁と、前記底壁の周縁部から車両上方側に延在する周壁とを有し、内部にバッテリを収容可能なケース本体部と、前記ケース本体部の車両前方側の周壁から前記ケース本体部の車両前方側に前記ケース本体部と一体的に形成された前部延出部と、車両前後方向に延在し、後端部が前記前部延出部における車両前方側の部位に連結され、車両前方からの衝突荷重の入力により変形する衝撃吸収部と、を備える。

請求項１記載の本発明に係る車両下部構造では、車室フロアの車両下側に底壁と周壁を有するケース本体が配設されており、その内部にバッテリが収容されている。また、ケース本体の車両前方側には、前部延出部がケース本体の車両前方側の周壁からケース本体と一体的に形成されている。この前部延出部の車両前方側には、車両前後方向に延在し、後端部が前部延出部の車両前方側に連結された衝撃吸収部を有する。

したがって、車両が前面衝突すると、衝突荷重は先ず衝撃吸収部に入力される。これにより、衝撃吸収部が変形し、衝突エネルギが吸収される。衝撃吸収部の変形で衝突エネルギを吸収しきれない場合には、前部延出部が変形し、前面衝突による衝突エネルギが吸収される。これにより、ケース本体の変形又はケース本体部の内部に収容されたバッテリの破損が防止又は抑制される。

また、前部延出部がケース本体に一体的に設けられているため、簡単な構造となる(組付け作業性が良い)。

請求項２記載の本発明に係る車両下部構造は、請求項１記載の本発明に係る車両下部構造において、前記ケース本体部は、前記ケース本体部の車幅方向両側において車両前後方向に延在するロッカに接続されている。

請求項２記載の本発明に係る車両下部構造では、ケース本体部の車幅方向両端部で車両前後方向に延在する一対のロッカにケース本体部が接続されている。したがって、車両の前面衝突によりバッテリを収容したケース本体部に作用する衝突荷重がロッカに分散されるため、ケース本体部の変形又はケース本体部の内部に収容されたバッテリの破損が一層防止又は抑制される。

請求項３記載の本発明に係る車両下部構造は、請求項１又は２記載の本発明に係る車両下部構造において、前記前部延出部の車幅方向両端部には、左右一対のサスペンションロアアームが揺動可能に取り付けられている。

請求項３記載の本発明に係る車両下部構造では、前部延出部の車幅方向両端部には、左右一対のサスペンションロアアームが取り付けられている。したがって、フロントサスペンションを支持する既存のサスペンションメンバが不要となり、車体構造が簡略化される。また、フロントサスペンション（サスペンションロアアーム）を前部延出部（ケース本体部）と一体化してモジュール化することができる。

また、車両の前面衝突時に前部延出部が変形すると共に、前部延出部に取り付けられたフロントサスペンションも変形することにより、衝突エネルギを吸収する。この結果、ケース本体部の前方側における衝突エネルギの吸収量が増大し、ケース本体部の変形又はケース本体部の内部に収容されたバッテリの破損が一層防止又は抑制される。

請求項４記載の本発明に係る車両下部構造は、請求項１〜３のいずれか１項記載の本発明に係る車両下部構造において、前記衝撃吸収部は、車両前後方向に延在する左右一対のアンダーメンバと、前記アンダーメンバの前端同士を連結するアンダーリインフォースとを含んでいる。

請求項４記載の本発明に係る車両下部構造では、前部延出部の車両前方に配置される衝撃吸収部が車両前後方向に延在する左右一対のアンダーメンバと、アンダーメンバの前端同士を連結するロアリインフォースとを含んでいる。したがって、車両の前面衝突時にロアリインフォースとアンダーメンバが変形することによって、前面衝突時の衝突エネルギを吸収することができる。

請求項１〜４記載の本発明に係る車両下部構造は、簡単な構造で車両の前面衝突時の衝撃吸収性能を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る車両側部から視た車両下部構造を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る一部省略した車両下部構造を示す斜視図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。

本発明の第１実施形態に係る車両下部構造について図１〜図３を参照して説明する。なお、車両上下方向上側を矢印ＵＰで示し、車両前後方向前側を矢印ＦＲで示し、車幅方向右側を矢印ＲＨで示す。また、図２においては、サイドメンバ１４とロッカ１２２の図示を省略している。

（車両前部の構成）
先ず、車両下部構造１０が適用された車両１２について説明する。

図１に示すように、車両１２は電気自動車であり、車両骨格部材であるサイドメンバ１４と、サイドメンバ１４に支持される電池パック１６と、を備えている。

サイドメンバ１４（一方のみ図示）は、図１に示すように、車両の車幅方向の両側部で車両の前端から後端まで延在する左右一対の車両骨格部材である。各サイドメンバ１４は、車両前方側で車両前後方向に延在するフロントサイドメンバ１８と、フロントサイドメンバ１８の後端からフロントサイドメンバ１８よりも一段低い位置で車両後方側に連続して延在し、後述するフロアパネル１２０を支持するフロアアンダーリインフォース２０と、フロアアンダーリインフォース２０の後端からフロアアンダーリインフォース２０よりも一段高い位置で車両後方側に連続して延在するリアサイドメンバ２２とを有する。

フロントサイドメンバ１８の前端には、クラッシュボックス２４を介してアッパリインフォースメント２６が取り付けられている。アッパリインフォースメント２６は、車幅方向に延在し、一対のフロントサイドメンバ１８（クラッシュボックス２４）の前端を連結している。

リアサイドメンバ２２の後端も、同様にリインフォースメント２８によって他方のリアサイドメンバ２２と連結されている。

電池パック１６は、図２に示すように、ケースロア３０と、ケースロア３０の電池モジュール収容部分の蓋体であるケースアッパ３２とを備える。

ケースロア３０は、平面視矩形で上部が開口した箱型形状であるケース本体部３４と、ケース本体部３４の前側に形成され平面視矩形で上部が開口した箱型形状である前部延出部３６と、ケース本体部３４の後側に形成され平面視矩形で上部が開口した箱型形状である後部延出部３８とを備える。ケースロア３０は、ケース本体部３４、前部延出部３６、後部延出部３８が鋳物で一体的に形成されたものである。

ケース本体部３４は、底壁４０を前壁４２、後壁４４、左壁４６、右壁４８で囲むことにより平面視矩形とされている。このケース本体部３４の内部には、電池モジュール５０が収容される。

このケース本体部３４の前壁４２、後壁４４、左壁４６、右壁４８の上面には、ケースアッパ３２の取付用のネジ穴５２が形成されている。なお、図２では、図の煩雑さを回避するため、一箇所のネジ穴５２にのみ参照符号を付し、他は省略している。

さらに、左壁４６、右壁４８の外側面には、フロアアンダーリインフォース２０にケース本体部３４を取り付けるための取付部５４が車両前後方向に所定間隔をおいて複数形成されている。取付部５４は、図１及び図２に示すように、平面視で矩形の上壁５６と、上壁５６の前端及び後端からそれぞれ下方に延在する一対の側壁５８とを有する。側壁５８は、図２及び図３に示すように、左壁４６、右壁４８側で上下方向幅が広く、車幅方向外側に向かって上下方向幅が狭くなるように形成されている。

また、上壁５６には、締結具挿通用の挿通孔６０が形成されている。なお、図１及び図２では、図の煩雑さを回避するため、一箇所の取付部５４にのみ構成要素に参照符号を付し、他は省略している。

前部延出部３６は、ケース本体部３４（前壁４２）の車両前方側にケース本体部３４と一体的に成形されたものである。前部延出部３６は、底壁６２を前壁６４、左壁６６、右壁６８とケース本体部３４の前壁４２で囲むことにより、平面視で矩形状に形成されている。なお、この前部延出部３６の内部には、電池モジュールが配設されることはない。

また、図２に示すように、前部延出部３６の車幅方向の幅は、後述するロアアーム８０Ａ、８０Ｂを取り付けるために、ケース本体部３４の車幅方向の幅と比較して狭く設定されている。

さらに、左壁６６、右壁６８の上面の前端部には、フロントサイドメンバ１８取付用のブラケット７０Ａ、７０Ｂがそれぞれ設けられている。ブラケット７０Ａは、左壁６６の上面から車幅方向外側上方（左上方）に傾斜して延在する脚部７２Ａと、脚部７２Ａの上端から車幅方向外側（左側）に延出して形成された取付部７４Ａとを有する。取付部７４Ａにはフロントサイドメンバ１８に締結するための締結具用の挿通孔７６Ａが形成されている。したがって、図１に示すように、取付部７４Ａをフロントサイドメンバ１８の下面に当接させ、挿通孔７６Ａに挿通された締結具（不図示）によってフロントサイドメンバ１８とブラケット７０Ａが締結される。すなわち、前部延出部３６がフロントサイドメンバ１８と締結されている。

ブラケット７０Ｂは、ブラケット７０Ａと左右対称なので、ブラケット７０Ａの構成要素と同様の構成要素にはブラケット７０Ａの構成要素と同一の参照番号にＢを付し、その詳細な説明を省略する。

また、左壁６６の下部には、車両前後方向に延在し左壁６６に支持された軸体を中心としてロアアーム８０Ａが上下方向に揺動可能に支持されている。また、右壁６８の下部にも、ロアアーム８０Ｂが同様にして支持されている。すなわち、前部延出部３６は、ロアアーム８０Ａ、８０Ｂを含むフロントサスペンションと一体化されている。

さらに、前壁６４の上部には、図１及び図２に示すように、車幅方向に延在するステアリングギア８２が取り付けられている。

また、前壁６４の下部には、左右一対のアンダーメンバ８４の後端が連結されている。

各アンダーメンバ８４は、前部延出部３６の車両前方側で車両前後方向に延在しており、その前端同士が車幅方向に延在するロアリインフォース８６によって接続されている。なお、アンダーメンバ８４、ロアリインフォース８６は、車両前方から衝突荷重が入力された際に前部延出部３６よりも変形しやすく構成されている。

後部延出部３８は、図２に示すように、ケース本体部３４（後壁４４）の車両後方側にケース本体部３４と一体的に成形されたものである。後部延出部３８は、底壁８８を左壁９０、右壁９２、後壁９４及びケース本体部３４の後壁４４で囲むことにより、平面視矩形とされている。なお、この後部延出部３８の内部には、電池モジュールが配設されることはない。

また、図２に示すように、後部延出部３８の車幅方向の幅は、ケース本体部３４の車幅方向の幅と比較して狭く形成されている。

さらに、左壁９０、右壁９２の上面の後端部には、リアサイドメンバ２２取付用のブラケット９６Ａ、９６Ｂがそれぞれ設けられている。ブラケット９６Ａ、９６Ｂは、ブラケット７０Ａ、７０Ｂと同様に、脚部１００Ａ、１００Ｂと、挿通孔１０４Ａ、１０４Ｂが形成された取付部１０２Ａ、１０２Ｂとを有する。そして、挿通孔１０４Ａ、１０４Ｂに挿通された締結具によってブラケット９６Ａ、９６Ｂがリアサイドメンバ２２に締結される。すなわち、後部延出部３８がリアサイドメンバ２２に締結される。

また、左壁９０、右壁９２には、図示しないリアサスペンションの構成部品が取り付けられ、リアサスペンションと後部延出部３８が一体化されている。

ケースアッパ３２は、ケースロア３０のケース本体部３４に被せられるものである。ケースアッパ３２は、平面視矩形であり下方が開口した箱型形状である蓋本体部１０８と、蓋本体部１０８の開口部から外側に延出されたフランジ部１１０とを有する。フランジ部１１０には、フランジ部１１０をケース本体部３４の上部に載置した場合に、ネジ穴５２に対向する位置に締結具用の複数の挿通孔１１２が形成されている。したがって、ケースアッパ３２のフランジ部１１０をケース本体部３４の上部に載置し、締結具をフランジ部１１０の挿通孔１１２に挿通してケース本体部３４のネジ穴５２に螺合することにより、ケースアッパ３２がケース本体部３４に固定される構成である。

なお、電池パック１６は、図３に示すように、フロアパネル１２０の下方に配設されている。フロアパネル１２０は、車室の車幅方向両端部で車両前後方向に延在するロッカ１２２に接合されている。なお、ロッカ１２２は、車幅方向内側に配置されたロッカインナ１２４と車幅方向外側に配置されたロッカアウタ１２６のフランジ部同士が接合されることにより閉断面が構成されているものである。また、フロアパネル１２０は、断面ハット形状のフロアアンダーリインフォース２０に下方から支持される。フロアアンダーリインフォース２０は、上方が開口された断面ハット形状とされており、両端部のフランジ部１２８がフロアパネル１２０に接合されることにより閉断面を構成している。また、フロアアンダーリインフォース２０の底壁１３０には、締結具（ボルト１３２）用の挿通孔が形成されている。組立時にフロアアンダーリインフォース２０の底壁１３０の挿通孔側からケース本体部３４の取付部５４の挿通孔６０にボルト１３２を挿通し、下側からナット１３４で締結することにより、フロアアンダーリインフォース２０に電池パック１６（ケース本体部３４）が締結されることになる。すなわち、電池パック１６（ケース本体部３４）は、フロアアンダーリインフォース２０及びフロアパネル１２０を介してロッカ１２２に接続されている。

なお、図１において、参照符号１３６はモータ、参照符号１３８はアッパモノコックボデーを示す。

（作用）
このように構成された車両下部構造１０の作用について説明する。

車両１２が障害物等に前面衝突した場合、先ず、車両前方からロアリインフォース８６、アンダーメンバ８４に衝突荷重が入力され、ロアリインフォース８６及びアンダーメンバ８４が変形する。これにより、前面衝突による衝突エネルギが吸収される。ロアリインフォース８６とアンダーメンバ８４の変形によって衝突エネルギが吸収しきれなかった場合には、アンダーメンバ８４の後端が接続された前部延出部３６と前部延出部３６に取り付けられたフロントサスペンションの構成部品が変形することによって、衝突エネルギが吸収される。

このように、車両の前面衝突時に、ロアリインフォース８６とアンダーメンバ８４や前部延出部３６と前部延出部３６に取り付けられたフロントサスペンションの構成部品の変形によって衝突エネルギが十分に吸収され、ケース本体部３４の変形及びケース本体部３４に収容された電池モジュール５０の損傷が防止又は抑制される。

また、軽度の前面衝突の場合には、アンダーメンバ８４とロアリインフォース８６のみ変形を生じる。アンダーメンバ８４、ロアリインフォース８６と電池パック１６（ケースロア３０）を別体としているため、衝突後にアンダーメンバ８４とロアリインフォース８６のみを交換すれば良く、サービス性に優れる。

さらに、電池パック１６（ケースロア３０のケース本体部３４）は、フロアアンダーリインフォース２０、フロアパネル１２０を介してロッカ１２２に接続されているため、電池パック１６（ケース本体部３４）に入力された衝突荷重がロッカ１２２に分散される。したがって、車両の前面衝突時にケース本体部３４の変形及びケース本体部３４に収容された電池モジュール５０の損傷が一層防止又は抑制される。

また、電池パック１６は、図３に示すように、一対のフロアアンダーリインフォース２０の間にケース本体部３４を配設して車幅方向の幅を広く確保しているため、所定の容量の電池モジュール５０をケース本体部３４内に収容することができる。

一方、前部延出部３６は、ケース本体部３４よりも車幅方向の幅が狭く形成されているため左壁６６、右壁６８にロアアーム８０Ａ、８０Ｂを取り付けることができる。後部延出部３８も、前部延出部３６と同様に形成されているため、左壁９０、右壁９２にリアサスペンションの構成部品を取り付けることができる。

このように、フロントサスペンション（ロアアーム８０Ａ、８０Ｂ）を前部延出部３６が支持しているため、既存のサスペンションメンバを不要とすることができる。すなわち、前面衝突時に衝突エネルギを吸収するために電池パック１６に設けられた前部延出部３６が、フロントサスペンションを支持している（サスペンションメンバの機能も果たしている）。したがって、車体の構造が簡素化される。後部延出部３８についても同様である。

また、前部延出部３６、後部延出部３８によってフロントサスペンション、リアサスペンションを電池パック１６と一体化してモジュール化することができる。したがって、電池パック１６とフロントサスペンション、リアサスペンションが一体化（モジュール化）されたものの上部に、アッパモノコックボデー１３８を搭載することによって車両が構成されているため、異なる意匠のアッパモノコックボデー１３８に取り替えるだけで異なる車種の車両を製造することができる。

また、前部延出部３６は、ケース本体部３４と比較して内部に電池モジュール５０等が収容されていないため、前面衝突時に電池モジュール５０が内部に収容されたケース本体部３４と比較して変形しやすい。

さらに、前部延出部３６は、ケース本体部３４と一体的に形成されているが、前壁４２で区切られているため、前部延出部３６の変形がケース本体部３４に及ぶことが防止又は抑制される。したがって、前面衝突によるケース本体部３４の変形及びケース本体部３４に収容された電池モジュール５０の損傷が一層防止又は抑制される。

［その他］
なお、本実施形態では、前部延出部３６を平面視矩形で上部が開口した箱型形状としたが、この形状に限定するものではない。前面衝突時にケース本体部３４よりも変形し易く、ロアリインフォース８６やアンダーメンバ８４よりも変形し難いものであれば、その形状を特に限定するものではない。

また、本実施形態では、衝撃吸収部としてロアリインフォース８６とアンダーメンバ８４を配設したが、これに限定されるものではない。前部延出部３６の車両前方側に配設され、前面衝突時に前部延出部３６よりも変形し易いものであれば、特に限定するものではない。

さらに、本実施形態では、電気自動車である車両１２に対して車両下部構造１０を適用したが、これに限定されるものではない。フロアパネル１２０の下方に電池パック１６が搭載されるものであれば、ハイブリッド車（ＨＶ車）等の車両にも適用可能である。

１０車両下部構造
３４ケース本体部
３６前部延出部
４０底壁
４２前壁（周壁）
４４後壁（周壁）
４６左壁（周壁）
４８右壁（周壁）
５０電池モジュール（バッテリ）
８０Ａ、８０Ｂロアアーム（サスペンションロアアーム）
８４アンダーメンバ（衝撃吸収部）
８６ロアリインフォース（衝撃吸収部）
１２０フロアパネル（車室フロア）
１２２ロッカ

Claims

車室フロアの車両下側に配設され、底壁と、前記底壁の周縁部から車両上方側に延在する周壁とを有し、内部にバッテリを収容可能なケース本体部と、
前記ケース本体部の車両前方側の周壁から前記ケース本体部の車両前方側に前記ケース本体部と一体的に形成された前部延出部と、
車両前後方向に延在し、後端部が前記前部延出部における車両前方側の部位に連結され、車両前方からの衝突荷重の入力により変形する衝撃吸収部と、
を備える車両下部構造。
前記ケース本体部は、前記ケース本体部の車幅方向両側において車両前後方向に延在するロッカに接続されている請求項１記載の車両下部構造。
前記前部延出部の車幅方向両端部には、左右一対のサスペンションロアアームが揺動可能に取り付けられている請求項１又は２記載の車両下部構造。
前記衝撃吸収部は、車両前後方向に延在する左右一対のアンダーメンバと、前記アンダーメンバの前端同士を連結するアンダーリインフォースとを含んでいる請求項１〜３のいずれか１項記載の車両下部構造。