JP7052333B2 - 車室下部構造 - Google Patents

Description

本発明は、車室下部構造に関し、特に、水素タンク搭載車両の車室下部構造に関する。

乗員が収容される車室（キャビン）の床板であるフロアパネルには、フロアトンネルが設けられる。フロアトンネルは、運転席と助手席とを分かつように、車両幅方向中央に車両前後方向に亘って突設される。

従来、フロアトンネル内には内燃機関の排気を車両後方に送る排気管が延設されている。しかしながら、内燃機関の不要な、従って排気管も不要な燃料電池車両においては、排気管に代えて、フロアトンネル内に燃料タンクである水素タンクを配置することが提案されている。

また、フロアトンネルから車両側端に向かって、つまり車両幅方向に、骨格部材であるシートクロスメンバが延設される。シートクロスメンバの車両幅方向外側端部は、車両側端に設けられ車両前後方向に延設される骨格部材であるロッカに接続される。

車両側方からの衝突（以下適宜側突と記載する）の際には、車両幅方向内側に衝突荷重が入力される。この衝突荷重により、ロッカ及びシートクロスメンバが車室中央のフロアトンネルに向かって変位させられる（めり込む）。ここで例えば特許文献１では、フロアトンネル下の水素タンクを保護するために、水素タンクとシートクロスメンバとの間にゴム製のブロックからなる緩衝部材を設けている。側突時にはこの緩衝部材が水素タンクのいわば身代わりとなって潰れ変形し、水素タンクが保護される。

特開２０１６－１３０１０３号公報

ところで、車両に搭載される水素タンクのケーシングには、耐荷重性能が要求される。例えば万が一車両が衝突破壊された場合であっても水素タンクから水素漏洩が起こらないレベルの耐荷重性能が要求される。このような要求に応えるために、ケーシングは、側突時に水素タンクに入力される衝突荷重よりも遥かに高い荷重（例えば１０倍程度）に耐え得る仕様となっている場合がある。このような場合、すなわち頑強な水素タンクを備える場合においては、上述したゴム製の緩衝部材のような、水素タンクの周辺構造の潰れを抑制して、車室空間の車両幅方向の減少を抑制することが望ましい。

本発明は、車室下部構造に関する。当該構造は、円筒型の水素タンク、シートクロスメンバ、及びシートパイプを備える。円筒型の水素タンクは、フロアパネルの車両幅方向中央であって車両前後方向に亘って高さ方向に突設されたフロアトンネル下に収容され、耐荷重性のケーシングを備える。シートクロスメンバは、水素タンクの側方に、車両幅方向に亘って延設される。シートパイプは、シートクロスメンバと結合され、車両幅方向に亘って延設される。シートパイプ及びシートクロスメンバは、水素タンクの車両高さ方向内に収まるとともに、水素タンクの、車両幅方向に最も張り出す側端部を挟んで上下に配置される。

上記構成によれば、側突時にシートクロスメンバが水素タンクに衝突する。その後、円筒型の水素タンクの側端部より下側に配置されたシートクロスメンバは、水素タンクの表面を滑って下方に潜り込む。この潜り込みの際に、シートクロスメンバに結合され水素タンクの側端部より上側に配置されたシートパイプが水素タンクに引っ掛かり、シートクロスメンバのこれ以上の潜り込みが抑制される。この結果、シートクロスメンバ、シートパイプ、及び、耐荷重性のケーシングを備えた水素タンクが側突荷重を受け止め、車両幅方向の潰れが抑制される。

また上記発明において、水素タンクとシートクロスメンバとの間には緩衝部材が設けられていなくてもよい。

上記構成によれば、緩衝部材を設けずに済む分、水素タンクとシートクロスメンバとを近接配置させることが可能となり、その分、車室の幅方向の潰れが抑制される。

本発明によれば、側突時の車室空間の車両幅方向の減少を従来よりも抑制可能となる。

本実施形態に係る車室下部構造を例示する斜視断面図である。 本実施形態に係る車室下部構造を例示する背面視断面図である。 本実施形態に係る車室下部構造の側突時の様子を例示する図（１／３）である。 本実施形態に係る車室下部構造の側突時の様子を例示する図（２／３）である。 本実施形態に係る車室下部構造の側突時の様子を例示する図（３／３）である。

図１～図５を参照して、本実施形態に係る車両前部の骨格構造を説明する。なお図１～図５において、車両前後方向（以下適宜、単に前後方向と記載する）を記号ＦＲで表される軸で示し、車両幅方向（以下適宜、単に幅方向と記載する）を記号ＬＷで表される軸で示し、鉛直方向を記号ＵＰで表される軸で示す。記号ＦＲはＦｒｏｎｔの略であり、前後方向軸ＦＲは車両前方を正方向とする。記号ＬＷはＬｅｆｔ Ｗｉｄｔｈの略であり、幅方向軸ＬＷは左幅方向を正方向とする。また高さ軸ＵＰは上方向を正方向とする。

図１に示されているように、これらＦＲ軸、ＬＷ軸、ＵＰ軸は互いに直交する。以下、本実施形態に係る車両前部の骨格構造を説明する際には、これら３軸を基準に適宜説明する。例えば「前端」は任意の部材のＦＲ軸正方向側の端部を指し、「後端」は任意の部材のＦＲ軸負方向側の端部を指す。「幅内側」はＬＷ軸に沿って相対的に車両の幅方向内側を指すものとし、「幅外側」はＬＷ軸に沿って相対的に車両の幅方向外側を指すものとする。さらに「上側」は相対的にＵＰ軸の正方向側を指し、「下側」は相対的にＵＰ軸の負方向側を指す。

図１には、本実施形態に係る車室下部構造の斜視図が例示されている。また、図２には、図１をＡ視した、車室下部構造の背面視断面図が例示されている。なお、本実施形態に係る車室下部構造が適用される車両は、水素タンクが搭載される燃料電池車両である。図１には、車室前方左側席の周辺構造が例示される。車両構造の対称性に基づいて、車室前席右側席の周辺も下記と同様の構造を備える。

本実施形態に係る車室下部構造は、フロアパネル１０、フロアトンネル１２、ロッカ１４、シートクロスメンバ１６、シートブラケット１８、シートユニット２０、及び水素タンク２２を備える。

フロアパネル１０は、車室の床板パネルであって、幅方向外側端部がロッカ１４に接合される。またフロアパネル１０の幅方向中央には、前後方向に亘ってフロアトンネル１２が高さ方向（ＵＰ軸正方向）に突設される。またフロアパネル１０上には、フロアトンネル１２を挟んで、左右の前座席（運転席及び助手席）が配置される。

フロアパネル１０及びフロアトンネル１２は、例えば別々のパネル材から構成されてよい。例えばフロアトンネル１２を挟んで両側にフロアパネル１０，１０を設け、フロアパネル１０の幅方向内側端とフロアトンネル１２の幅方向外側端とを溶接等によって接合させてもよい。

フロアトンネル１２は、背面視でいわゆる角型トンネルを構成し、当該フロアトンネル１２下の空間には、水素タンク２２が収容される。つまり水素タンク２２はその長手方向が車両前後方向に向いた状態で車両に搭載される。

また、水素タンク２２はブラケット（図示せず）等の支持手段によってフロアトンネル１２に支持される。例えば図２に示すように、水素タンク２２の断面円の中心Ｃが、シートブラケット１８（１８Ａ）より上方に配置されるように、水素タンク２２がフロアトンネル１２に支持される。

水素タンク２２は車両に搭載された燃料電池に水素を供給する。水素タンク２２の、水素を貯蔵するケーシング２２Ａは円筒形状であって、長手方向に延設される円筒部と、長手方向両端に設けられたドーム部（図示せず）を備えた、いわゆる繭玉状の円筒形状を備えている。またドーム部の頂点、つまり長手方向両端には、ケーシング２２Ａへの水素注入やケーシング２２Ａから燃料電池スタックへの水素供給を行うための口金（図示せず）が設けられる。

水素タンク２２はいわゆる高圧タンクであって、ケーシング２２Ａは十分な耐圧強度を備える。例えばケーシング２２Ａは、内面層から、水素を封じ込めるプラスチックライナー層、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を捲回したＣＦＲＰプラスチック層、及び、表面保護のためにガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）を捲回したＧＦＲＰプラスチック層を含んで構成される。

またケーシング２２Ａは耐荷重性能を備えている。例えば側突試験時の入力荷重の１５倍程度の荷重に耐え得るような耐荷重性能を備える。このような耐荷重性能を備えることで、万が一車両が衝突破壊された場合においても、水素タンク２２からの水素漏洩が防止される。

シートクロスメンバ１６は、フロアパネル１０上かつシートユニット２０下に、車両幅方向に延設される骨格部材であって、側突時のシートスペースの幅方向の潰れを抑制する。シートクロスメンバ１６の断面はいわゆるハット形状であって、その鍔に相当するフランジがフロアパネル１０に接合される。シートクロスメンバ１６及びこれに接合されるフロアパネル１０により閉断面構造が形成される。

シートクロスメンバ１６の幅方向内側端部はフロアトンネル１２に接合され、幅方向外側端部はロッカ１４に接合される。したがって、図２の背面視で例示するように、水素タンク２２の側方にシートクロスメンバ１６が設けられ、さらにそのシートクロスメンバ１６がロッカ１４まで延設される。

なお、水素タンク２２とシートクロスメンバ１６との間には、緩衝部材等の、水素タンク２２を保護するための部材を設けなくてもよく、その分、シートクロスメンバ１６と水素タンク２２とを近接配置させてよい。この近接配置により、車室の幅方向の潰れがより抑制される。

また、シートクロスメンバ１６は、水素タンク２２のケーシング２２Ａの高さ方向内に収まるとともに、ケーシング２２Ａの、幅方向に最も張り出す側端部２２Ａ１よりも下方に配置される。言い換えると、水素タンク２２の断面円中心Ｃよりも下方に上面が位置するように、シートクロスメンバ１６が配置される。

ロッカ１４は、車室の両側端に配置され、前後方向に延設される骨格部材である。図１、図２に例示するように、ロッカ１４は閉断面構造を備える。後述するように、側突時には、ロッカ１４及びシートクロスメンバ１６に加えて、耐荷重性の水素タンク２２によって衝突荷重を受け止めることで、車室の幅方向の潰れが抑制される。

シートブラケット１８は、シートユニット２０を支持する支持部材である。例えばシートブラケット１８は、前方２点、後方２点の計４点でシートユニット２０を支持する。後方のシートブラケット１８Ａ，１８Ａは、シートクロスメンバ１６上面に接合される。

また前方のシートブラケット１８Ｂ，１８Ｂは、フロアパネル１０上に接合される。なお、シート前方にもシートクロスメンバ１６を設けた場合には、当該シートクロスメンバ１６上面に前方のシートブラケット１８Ｂ，１８Ｂを接合してもよい。

シートユニット２０は、シートアジャスタ２４、チルトアーム２６、リフターハウジング２８、及びシートパイプ３０を備える。なお、図１、図２では、シートユニット２０の一部のみを図示している。具体的には、シートユニット２０のシートクッションの図示や、背もたれ部分であるシートバックの図示を省略している。

シートアジャスタ２４は、シートを前後方向に移動させるためのレール機構であって、シート下に左右一対設けられる。シートアジャスタ２４は、前後方向に延設されシートブラケット１８Ａ，１８Ｂに締結されたシートアジャスタ固定レール２４Ａと、シートアジャスタ固定レール２４Ａ上を直動可能な、シートアジャスタ可動レール２４Ｂを備える。

シートアジャスタ可動レール２４Ｂ上には、チルトアーム２６が設けられる。チルトアーム２６は、シートを上下方向に移動させるための機構であって、図示しないリフターノブの操作により、水平面に対する仰角（チルト角）が可変となっている。チルトアーム２６のチルト回動に伴って、リフターハウジング２８及びこれを覆うシートクッション、ならびに、背もたれ部分であるシートバックが上下する。

チルトアーム２６はシートアジャスタ可動レール２４Ｂの前後端にそれぞれ設けられる。シートアジャスタ可動レール２４Ｂは左右一対設けられるから、それぞれの前後端に、合計４個のチルトアーム２６が設けられる。

シートパイプ３０は、幅方向に延設され、左右一対のチルトアーム２６，２６に接合される。シートパイプ３０はシートの骨格部材であって、シート後方に設けられたリアシートパイプ３０Ａ及びシート前方に設けられたフロントシートパイプ３０Ｂを含んで構成される。

図２に示すように、シートパイプ３０（３０Ａ，３０Ｂ）は、水素タンク２２のケーシング２２Ａの、高さ方向内に収まるとともに、ケーシング２２Ａの側端部２２Ａ１よりも上方に（水素タンク２２の中心Ｃよりも上方に）配置される。例えば上述したように、チルトアーム２６のチルト回動によってシートパイプ３０の上下位置が変化するが、そのチルトアーム２６が最も水平に近い最低チルト角において、シートパイプ３０が水素タンク２２の側端部２２Ａ１よりも上方に配置されることが好適である。

このように、シートパイプ３０とシートクロスメンバ１６とを、水素タンク２２の側端部２２Ａ１を挟んで上下に配置することで、側突時に水素タンク２２に両者を確実に引っ掛けることができる。すなわち、シートパイプ３０は、チルトアーム２６及びシートブラケット１８を介して、シートクロスメンバ１６に結合（接合）される。シートパイプ３０とシートクロスメンバ１６は上下方向に離間され、互いに平行に水素タンク２２まで延設される。側突時にはこの平行に延びる骨格部材であるシートパイプ３０及びシートクロスメンバ１６が水素タンク２２の側端部２２Ａ１を上下に挟んで水素タンク２２に衝突する。その結果、シートパイプ３０及びシートクロスメンバ１６が断面円形の水素タンク２２の表面に確実に引っ掛かる。

なお上述したように、シートパイプ３０は、水素タンク２２の上端以下に（水素タンク２２の最高点Ｐ１以下に）含まれるように配置される。例えば上述したように、チルトアーム２６のチルト回動によってシートパイプ３０の上下位置が変化するが、そのチルトアーム２６が最も垂直に近い最高チルト角において、シートパイプ３０が水素タンク２２の最高点Ｐ１以下に配置されることが好適である。このようにすることで、後述するような側突時のシートクロスメンバ１６の水素タンク２２表面の潜り込みを最小限に止めることが可能となる。

＜車室下部構造の側突時の態様＞
図３～図５を用いて、本実施形態に係る車室下部構造の、側突時の態様について説明する。なお以下の説明及び図３～図５では、シートパイプ３０としてリアシートパイプ３０Ａのみが挙げられるが、シート前方にもシートクロスメンバ１６を設け、その上面に前方のシートブラケット１８Ｂ，１８Ｂを接合した場合には、フロントシートパイプ３０Ｂもリアシートパイプ３０Ａと同様の挙動を取る。

図３に例示するように、側突時にはバリア３４（障害物）が車両側方から衝突する。フロントドア３２がバリア３４を受けて変形しつつ幅内側に変位させられる。この変位の過程でフロントドア３２の内側面下端がロッカ１４の外側面に衝突する。これによりロッカ１４が幅方向内側に変位させられる。

ロッカ１４の変位に伴い、その内側面に接合されたシートクロスメンバ１６も幅方向内側に変位させられる。シートクロスメンバ１６と（間接的に）結合されたリアシートパイプ３０Ａも幅方向内側に変位させられる。

さらにシートクロスメンバ１６の内側端部が水素タンク２２のケーシング２２Ａの表面に当たる。上述したようにシートクロスメンバ１６は断面円形のケーシング２２Ａの中心Ｃより下方に配置されているから、図４に例示するように、ケーシング２２Ａの表面に沿って、シートクロスメンバ１６はケーシング２２Ａの下に潜るように滑り込む。

シートクロスメンバ１６の内側端部の潜り込みに伴い、シートクロスメンバ１６に結合されたリアシートパイプ３０Ａの内側端部もまた斜め下方に変位する。さらにシートクロスメンバ１６の潜り込みが進行すると、リアシートパイプ３０Ａの内側側端がケーシング２２Ａに当たる。

ここで上述したように、リアシートパイプ３０Ａは断面円形のケーシング２２Ａの中心Ｃよりも上方に配置される。したがってこのとき、図５に例示するように、ケーシング２２Ａの側端部２２Ａ１を上下に挟むようにして、シートクロスメンバ１６及びリアシートパイプ３０Ａの内側側端がケーシング２２Ａに衝突する。

側突が進行するに従い、ケーシング２２Ａの表面に沿って、リアシートパイプ３０Ａはケーシング２２Ａの表面をせり上がろうとし、一方でシートクロスメンバ１６はケーシング２２Ａの表面から潜り込もうとする。両者はシートブラケット１８Ａ、シートアジャスタ２４、及びチルトアーム２６によって結合されていることから、一方の移動が他方によって干渉（阻害）される。これによりリアシートパイプ３０Ａ及びシートクロスメンバ１６の幅方向内側の変位（せり上がり及び潜り込み）が止まる。

ここで、上述したように、リアシートパイプ３０Ａを、ケーシング２２Ａの最高点Ｐ１（上端）以下に配置することで、リアシートパイプ３０Ａのケーシング２２Ａへの衝突が早期に生じて、その結果シートクロスメンバ１６の潜り込み量が低減される。

図５を参照して、側突荷重はロッカ１４、シートクロスメンバ１６、及びケーシング２２Ａに受け止められる。なおフロントドア３２の幅方向内側への変形が進むと、リアシートパイプ３０Ａも側突荷重を受け止める。このように本実施形態に係る車室下部構造では、水素タンク２２のケーシング２２Ａが側突荷重に対して遥かに高い耐荷重性能を備える点に着目し、このケーシング２２Ａをロッカ１４、シートクロスメンバ１６、シートパイプ３０等の骨格部材と同等に扱っている。ケーシング２２Ａを含めたこれらの骨格部材が側突荷重を受け止めることで、車室空間の幅方向長さの減少が抑制される。

１０ フロアパネル、１２ フロアトンネル、１４ ロッカ、１６ シートクロスメンバ、１８ シートブラケット、２０ シートユニット、２２ 水素タンク、２２Ａ 水素タンクのケーシング、２２Ａ１ 水素タンクの側端部、２４ シートアジャスタ、２４Ａ シートアジャスタ固定レール、２４Ｂ シートアジャスタ可動レール、２６ チルトアーム、２８ リフターハウジング、３０ シートパイプ、３０Ａ リアシートパイプ、３０Ｂ フロントシートパイプ、３２ フロントドア、３４ バリア、Ｐ１ 水素タンクの最高点（上端）。

Claims (2)

1. フロアパネルの車両幅方向中央であって車両前後方向に亘って高さ方向に突設されたフロアトンネル下に収容され、耐荷重性を備え側突荷重を受け止め可能なケーシングを備える、円筒型の水素タンクと、
   前記水素タンクの側方に、車両幅方向に亘って延設されたシートクロスメンバと、
   前記シートクロスメンバと結合され、車両幅方向に亘って延設され、シートを上下方向に移動させるチルトアームのチルト回動によって上下位置が変化するシートパイプと、
   を備え、
   前記シートパイプ及び前記シートクロスメンバは、前記水素タンクの車両高さ方向内に収まるとともに、前記水素タンクの、車両幅方向に最も張り出す側端部を挟んで上下に配置され、前記シートパイプは、前記チルトアームが最低チルト角に設定されているときに前記水素タンクの前記側端部よりも上方に配置され、前記チルトアームが最高チルト角に設定されているときに前記水素タンクの最高点以下に配置される、
   車室下部構造。
2. 請求項１に記載の、車室下部構造であって、
   前記水素タンクと前記シートクロスメンバとの間に緩衝部材が設けられていない、車室下部構造。

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