JP7056468B2

JP7056468B2 - 車両床下構造

Info

Publication number: JP7056468B2
Application number: JP2018157711A
Authority: JP
Inventors: 孝啓福岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-08-24
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2038-08-24
Also published as: US11453283B2; DE102019122171B4; CN110893761A; US20200062099A1; DE102019122171A1; US20230415557A1; JP2020029244A; CN110893761B; US20220194200A1

Description

本明細書は、車両の床下にバッテリを配置した車両床下構造を開示する。

従来から、車両の床下にバッテリを配置した車両が広く知られている。例えば特許文献１には、車両の床下にバッテリを配置する技術が開示されている。この特許文献１では、バッテリの前端に、当該バッテリと冷媒配管との接続部材（コネクタ）が設けられている。特許文献１では、このコネクタの前方から下方に回り込むように湾曲した板材であるプロテクタを配置し、当該コネクタが、路上に落ちている物体（以下「路上落下物」と呼ぶ）と干渉することを防止している。

特開２０１７－１０９５９７号公報

ここで、特許文献１では、プロテクタの基端がどこに接続されているかは明記されていないが、プロテクタの基端は、ボディまたはフレーム（以下「ボディ等」と呼ぶ）に接続されていると推測される。こうしたボディ等は、車両前面が何らかの障害物に衝突する前突時には、衝突荷重を受けて車両後方に移動しようとする。また、前突時には、ボディ等に接続されたプロテクタも、ボディ等とともに車両後方に移動する。特許文献１の技術の場合、前突に伴い、後方移動したプロテクタが、コネクタまたはバッテリに衝突し、当該コネクタまたはバッテリを劣化または破損させるおそれがあった。

そこで、本明細書では、前突時においてもコネクタおよびバッテリを適切に保護できる車両床下構造を開示する。

本明細書で開示する車両床下構造は、車両の床下に配され、その前端から１以上のコネクタが突出しているバッテリと、前記１以上のコネクタを下側から覆って保護するプロテクタであって、その後部が前記バッテリに取り付けられ、その前部が締結部材によりボディまたはフレームに締結されるプロテクタと、を備え、前記プロテクタには、前記締結部材が挿通される締結孔と、前記締結孔の後方において当該締結孔に繋がるとともに前記締結部材の前記プロテクタからの離脱を許容する切り欠き部と、が設けられている、ことを特徴とする。

かかる構成とすることで、前突時には、ボディまたはフレームとともに締結部材が、車両後方に移動し、プロテクタから離脱する。これにより、ボディまたはフレームと、プロテクタとの連結が解除されるため、プロテクタがバッテリまたはコネクタに衝突しなくなり、バッテリおよびコネクタが適切に保護される。

この場合、前記プロテクタには、さらに、前記締結孔の車両後方において、後ろ上がりに傾斜する後スロープ面が設けられていてもよい。

かかる構成とすることで、前突時に車両後方に移動する締結部材が、後ろ上がりの後スロープ面に衝突しやすくなる。そして、締結部材が、後スロープ面に衝突することで、プロテクタが、下方に落下しやすくなり、プロテクタを介した衝突荷重のバッテリへの伝達が生じにくくなる。

また、前記プロテクタには、さらに、厚み方向に突出または陥没し、車両前後方向に延びる複数の凸部および凹部が形成されていてもよい。

かかる構成とすることで、プロテクタが、車両前後方向に変形しにくくなる。そのため、前突時にもプロテクタは、変形することなく、ボディまたはフレームから容易に離脱できる。

この場合、前記締結孔および切り欠き部は、前記凸部に設けられており、同一の車両前後方向位置において、前記締結部材の下端面は、前記凹部よりも上方に位置していてもよい。

かかる構成とすることで、締結部材の車幅方向両側は、凸部から凹部に向かう立壁で囲まれることになる。結果として、締結部材に他部材が衝突しにくくなり、締結部材の劣化や緩みが効果的に防止される。

また、前記１以上のコネクタは、前記凹部の上方に位置してもよい。

かかる構成とすることで、コネクタとプロテクタとの距離を確保しやすくなり、コネクタとプロテクタとの干渉を効果的に防止できる。そして、結果としてコネクタを適切に保護できる。

本明細書で開示の車両床下構造によれば、前突時においてもコネクタおよびバッテリを適切に保護できる。

バッテリ周辺の平面図である。図１におけるＡ方向視図である。プロテクタの斜視図である。図３のＤ部拡大図である。図１のＢ－Ｂ端面図である。図１のＣ－Ｃ端面図である。取付バーを下方から見た一部斜視図である。プロテクタおよび取付バーを有さない場合のバッテリおよび後クロス部付近の模式的な側面図である。プロテクタを有し、取付バーを有さない場合のバッテリおよび後クロス部付近の模式的な側面図である。プロテクタおよび取付バーを有する場合のバッテリおよび後クロス部付近の模式的な側面図である。平常時における締結孔周辺の概略断面図である。前突時における締結孔周辺の概略断面図である。

以下、図面を参照して車両床下構造について説明する。図１は、バッテリ１０周辺の平面図である。また、図２は、図１のＡ方向視図である。なお、各図において、「Ｆｒ」、「Ｕｐ」、「Ｗ」は、それぞれ、車両前方、上方、および、車幅方向を示している。

車両は、少なくともモータを動力源として備えた電動車両であり、例えば、モータの動力のみで走行する電気自動車や、モータおよびエンジンの双方の動力で走行するハイブリッド自動車である。この車両のフロアパネルの下方には、走行用モータとの間で電力を授受するバッテリ１０が配されている。バッテリ１０は、充放電可能な二次電池であり、例えば、リチウムイオン電池である。バッテリ１０は、金属製のバッテリケース１７を有している。バッテリケース１７の内部には、複数の電池素子（セル）を直列または並列に接続してなるバッテリモジュールが、収容されている。本例において、バッテリケース１７は、車両前後方向に長尺で、扁平な略直方形状である。

バッテリケース１７の前面には、バッテリモジュールと外部機器とを中継するためのコネクタ１８が取り付けられている。このコネクタ１８は、例えば、信号線や電力線、冷媒管が接続される。このコネクタ１８の個数は、必要に応じて適宜変更されてもよく、１つでも、２つ以上でもよい。図面では、一つのバッテリケース１７の前面に三つのコネクタ１８が設けられた例を図示している。

バッテリ１０の車両前方には、サスペンションメンバ１２が設けられている。サスペンションメンバ１２は、サスペンションを支持するフレーム部材である。本例のサスペンションメンバ１２は、車幅方向に延びる前クロス部２０および後クロス部２２と、前クロス部２０および後クロス部２２の両端を繋ぐ一対のサイド部２４と、を有した略ロ字形状となっている。

図２から明らかなとおり、前クロス部２０は、その車幅方向中央が下方に凸となった逆アーチ状である。また、後クロス部２２は、その車幅方向中央が上方に凸となったアーチ状となっている。このサスペンションメンバ１２の下端は、バッテリ１０の下端よりも高い。また、一部のコネクタ１８の下端は、同一の車幅方向位置における後クロス部２２の下端よりも低くなっている。

このサスペンションメンバ１２とバッテリ１０との間には、プロテクタ１４が掛け渡されている。図３は、プロテクタ１４の斜視図であり、図４は、図３のＤ部拡大図である。なお、図４では、貫通孔の部分を分かりやすくするために、プロテクタ１４に砂地ハッチングを施している。

プロテクタ１４は、コネクタ１８を下側から覆うことで、当該コネクタ１８を路面干渉や飛び石から保護するものである。プロテクタ１４は、車両前後方向に長尺なプレート材であり、例えば、プレスにより成形される。プロテクタ１４には、厚み方向に突出または陥没した複数の凸部２８および凹部２６が形成されている。凸部２８および凹部２６は、いずれも、車両前後方向に延びている。また、凸部２８と凹部２６は、交互に並んでいる。図３から明らかなとおり、この凸部２８および凹部２６の幅は、一定ではなく、凸部２８の幅は、車両後方に進むにつれて僅かに狭くなっている。また、凹部２６の幅は、車両後方に進むにつれ、大幅に広がる。

プロテクタ１４の前部は、後述する取付バー１６を介してサスペンションメンバ１２の後クロス部２２に締結される。この締結のために、プロテクタ１４の前端近傍には、締結部材である締結ボルト４２が挿通される締結孔３０が形成されている。この締結孔３０の直径は、締結ボルト４２の雄ネジ部の直径よりも大きく、締結ボルト４２の頭部の直径よりも小さい。プロテクタ１４は、この締結孔３０に挿通された締結ボルト４２を、取付バー１６に固着されたウェルドナット４３に螺合することで、取付バー１６に締結される。図５は、この締結の様子を示す図であり、図１のＢ－Ｂ端面図である。

プロテクタ１４には、さらに、この締結孔３０の後方に位置し、締結孔３０と部分的に繋がった切り欠き部３２も形成されている（図４参照）。切り欠き部３２は、締結ボルト４２の頭部の直径よりも十分に幅広となっている。かかる切り欠き部３２を設けることで、前突時に、プロテクタ１４と取付バー１６との連結、ひいては、プロテクタ１４とサスペンションメンバ１２との連結を容易に解除できるが、これについては、後述する。

ここで、図４に示す通り、この切り欠き部３２の形成箇所は、略Ｖ字状に窪んでいる。すなわち、プロテクタ１４には、後ろ下がりの前スロープ面３６と、後ろ上がりの後スロープ面３８と、が車両前後に連なった窪み３４が形成されている。切り欠き部３２の一部は、前スロープ面３６に跨っている。後スロープ面３８は、切り欠きや孔が形成されていないフラット面である。この後スロープ面３８の後端（すなわち上端）は、後に詳説するとおり、締結ボルト４２の下端よりも高く、後スロープ面３８は、締結ボルト４２の頭部と車両前後方向に対向しているといえる。

また、図３、図５から明らかなとおり、締結孔３０、切り欠き部３２、窪み３４は、いずれも、凸部２８に形成されている。図５に示す通り、凹部２６からの凸部２８の突出量は、締結ボルト４２の頭部の厚みよりも大きい。換言すれば、締結ボルト４２と同一の前後方向位置において、凹部２６の下端は、締結ボルト４２の下端よりも低い。そのため、締結ボルト４２の車幅方向両側は、必ず、凸部２８から凹部２６に向かう立壁４０で囲まれることになる。そして、これにより、締結ボルト４２に、他部材が当たりにくくなり、締結ボルト４２の破損や緩みが効果的に防止できる。

プロテクタ１４の後部は、バッテリ１０の底面に直接、または、バッテリ１０の底面に取り付けられたバッテリフレーム（図示せず）等を介して間接的に取り付けられている。このプロテクタ１４のバッテリ１０への取り付けは、ボルトやリベットを用いた締結でもよいし、溶接等でもよい。いずれにしても、プロテクタ１４の後部を、バッテリ１０の底面に取り付けることで、バッテリ１０の前面から突出するコネクタ１８を、プロテクタ１４で下側から覆うことができる。そして、これにより、コネクタ１８を路面干渉や飛び石から保護できる。

ところで、本例では、こうしたコネクタ１８が、プロテクタ１４の凹部２６の上方に位置するように配置している。これについて、図６を参照して説明する。図６は、図１のＣ－Ｃ線での概略的な端面図である。図６から明らかなとおり、コネクタ１８は、いずれも、凹部２６の上方に位置している。かかる構成とすることで、コネクタ１８とプロテクタ１４との距離を十分に確保でき、コネクタ１８とプロテクタ１４との干渉を防止できる。また、この場合、凸部２８の上方にコネクタ１８を配する場合に比べて、プロテクタ１４を上方に配置できる。その結果、プロテクタ１４と路面との干渉も低減できる。

上述したとおり、プロテクタ１４は、取付バー１６に締結される。取付バー１６は、後クロス部２２の下部に取り付けられる部材である。図７は、取付バー１６を下側から見た一部斜視図である。本例では、取付バー１６を車幅方向に長尺な角筒状部材としている。取付バー１６の底面には、プロテクタ１４との締結に利用される貫通孔４４が形成されている。また、この貫通孔４４の裏面側には、締結ボルト４２と螺合するウェルドナット４３（図５参照）が固着されている。

取付バー１６の端部かつ上面には、後クロス部２２との締結に利用される貫通孔４６が形成されている。また、この貫通孔４６と対向する底面部分は、図７に示すように、大きく切り欠かれており、締結ボルト４８を下側から挿しこめるようになっている。後クロス部２２の対応する箇所には、締結ボルト４８が挿通される挿通孔が形成されており、さらに、当該挿通孔の裏面側には、締結ボルト４８と螺合するウェルドナット５０が固着されている。ただし、ここで説明した取付バー１６と後クロス部２２との取り付け方法は一例であり、両者は、他の手法、例えば、溶接等で取り付けられてもよい。

ここで、後クロス部２２は、上述したように、また、図５に示すように、その車幅方向中央が上方に凸となるアーチ状である。取付バー１６は、このアーチの両端に跨るように、後クロス部２２の底面に取り付けられている。したがって、車幅方向中央において、取付バー１６の上面と後クロス部２２の底面との間には、一定の間隙が生じている。

この取付バー１６は、図２に示すように、その下端が、コネクタ１８の下端より下方になり、かつ、バッテリ１０の下端より上方になるような配置およびサイズであることが望ましい。かかる構成とすることで、路上に落ちている物体（以下「路上落下物」という）とプロテクタ１４との干渉をより効果的に防止できるが、これについては、後述する。

次に、上述したようなプロテクタ１４および取付バー１６を設ける理由について説明する。図８から図１０は、バッテリ１０および後クロス部２２付近の模式的な側面図である。図８は、プロテクタ１４および取付バー１６のいずれも有さない場合を、図９は、プロテクタ１４のみを有し、取付バー１６を有さない場合を、図１０は、プロテクタ１４および取付バー１６の双方を有する場合を示している。

路上には、種々の物体（路上落下物１００）が落ちており、こうした路上落下物１００の中には、比較的、大型のものもある。後クロス部２２の下端が、コネクタ１８の下端よりも高い場合、こうした路上落下物１００の一部が、コネクタ１８に衝突するおそれがあった。例えば、図８に示すように、後クロス部２２の下端より低いものの、コネクタ１８の下端より高い路上落下物１００が路上に落ちていた場合を考える。この場合、車両の進行に伴い、路上落下物１００が後クロス部２２をすり抜けて、コネクタ１８に衝突してしまい、コネクタ１８が破損や劣化するおそれがある。

一方、図９に示すように、後クロス部２２とバッテリ１０との間にコネクタ１８を下側から覆って保護するプロテクタ１４を掛け渡した場合を考える。この場合、図８と同様に、路上落下物１００があったとしても、当該路上落下物１００は、コネクタ１８に衝突する前に、プロテクタ１４に衝突する。そして、プロテクタ１４に衝突することで、車両全体が、当該路上落下物１００を乗り越えるように浮き上がるため、コネクタ１８と路上落下物１００との衝突が防止される。

ただし、プロテクタ１４は、薄いプレート状であるため、路上落下物１００に強い力で衝突すると、変形や破損するおそれがあった。本例では、上述したとおり、また、図１０に示す通り、プロテクタ１４と後クロス部２２との間に取付バー１６を介在させている。この取付バー１６は、後クロス部２２が形成するアーチに両端に跨って延びている。換言すれば、取付バー１６は、後クロス部２２の車幅方向中央部分よりも十分に低い位置に取り付けられている。そのため、路上落下物１００の多くは、車両の進行に伴い、プロテクタ１４に衝突するよりも先に、取付バー１６に衝突する。取付バー１６に路上落下物１００が衝突すると、車両は、当該路上落下物１００を乗り越えるように浮き上がる。その結果、路上落下物１００とプロテクタ１４との当たりは小さくなり、プロテクタ１４の変形や破損が効果的に防止される。

また、一般に、プロテクタ１４の変形は、当該プロテクタ１４にかかる力の向きと、プロテクタ１４の表面とが成す角度が大きいほど生じやすくなり、当該力の向きがプロテクタ１４の表面と平行な方向に近づくほど生じにくくなる。取付バー１６を介在させると、プロテクタ１４の前端高さが低くなり、プロテクタ１４の傾斜が緩やかになる。すなわち、プロテクタ１４の取付姿勢が、水平に近づく。その結果、路上落下物１００が、プロテクタ１４に衝突したとしても、その衝突時の力の向き（一般には、路面と平行）とプロテクタ１４とが成す角度が小さくなる。その結果、路上落下物１００が、プロテクタ１４に衝突したとしても、プロテクタ１４の変形が生じにくくなる。

ここで、路上落下物１００が取付バー１６の下側をすり抜けて、プロテクタ１４やコネクタ１８に衝突することを防止するためには、取付バー１６の下端は、ある程度低いことが望ましい。しかし、取付バー１６の下端が過度に低いと、当該取付バー１６と路面との干渉が頻発する。そこで、本例では、取付バー１６を、その下端が、コネクタ１８の下端より低く、かつ、バッテリの下端より高くなるような位置およびサイズに設定している。かかる位置およびサイズに設定することで、路上落下物１００がプロテクタ１４に干渉することを防止できる一方で、取付バー１６の路面干渉を抑制できる。

ところで、車両の前面に障害物が衝突する前突時、サスペンションメンバ１２には、車両後方に向かう大きな力（衝突荷重）が生じる。バッテリ１０とサスペンションメンバ１２が、プロテクタ１４により連結されていると、この衝突荷重がバッテリ１０の前部に伝達される。バッテリ１０の後部は、ボディまたはフレームに強固に固定されているため、かかる衝突荷重がバッテリ１０の前部に伝達されると、バッテリ１０には、車両前後方向の圧縮応力が発生し、望ましくない。

そこで、本例では、前突時には、プロテクタ１４とサスペンションメンバ１２との連結が容易に解除されるように、締結孔３０の後方に、当該締結孔３０に繋がった切り欠き部３２を設けている。また、本例では、上述した通り、締結孔３０の後方に、後ろ上がりの後スロープ面３８も設けている。この切り欠き部３２および後スロープ面３８の作用について、図１１、図１２を参照して説明する。図１１、図１２は、締結孔３０周辺の概略断面図であり、図１１は、平常時の様子を、図１２は、前突発生時の様子を示している。

締結孔３０の後方には、切り欠き部３２が繋がっているため、図１２に示すように、締結ボルト４２は、車両後方に、容易に移動できる。そのため、前突により、サスペンションメンバ１２および当該サスペンションメンバ１２に固着された取付バー１６が後方に移動すると、締結ボルト４２も車両後方に移動し、切り欠き部３２をすり抜ける。これにより、プロテクタ１４と取付バー１６、ひいては、サスペンションメンバ１２との連結が解除され、バッテリ１０の前部への荷重伝達が防止される。

ここで、本例では、切り欠き部３２の後方に後ろ上がりの後スロープ面３８が設けられている。締結ボルト４２が、切り欠き部３２をすり抜けて後方に移動すると、締結ボルト４２の頭部は、当該後スロープ面３８に衝突する。この衝突の力は、後ろ上がりの後スロープ面３８により、前方下向きの力に変換され、プロテクタ１４が下方に落下しやすくなる。そして、プロテクタ１４が下方に落下することで、プロテクタ１４を介したバッテリ１０への荷重伝達がより確実に防止される。

なお、締結ボルト４２を後スロープ面３８に衝突させるためには、後スロープ面３８の上端が、締結ボルト４２の下端より上方に位置しなければならない。通常、プロテクタ１４の傾斜角度が急峻になるほど、後スロープ面３８の上端は、下方に下がる。本例では、プロテクタ１４とサスペンションメンバ１２との間に取付バー１６を介在させることで、プロテクタ１４が水平に近づく。そして、これにより、後スロープ面３８の上端と、締結孔３０との高さの差を抑えることができ、締結ボルト４２を後スロープ面３８により確実に衝突させることができる。

なお、これまでの説明は一例であり、少なくとも、プロテクタ１４の前部に、締結孔３０と切り欠き部３２が前後に繋がって形成されているのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、本例では、プロテクタ１４を、取付バー１６を介して、サスペンションメンバ１２に締結しているが、取付バー１６を介することなく、直接、サスペンションメンバ１２に締結してもよい。すなわち、図９に示すような構造であってもよい。また、プロテクタ１４は、サスペンションメンバ１２に限らず、他のフレームあるいはボディに締結されてもよい。

また、本例では、プロテクタ１４を、サスペンションメンバ１２に締結するための締結部材として、ボルトを用いているが、両者を締結できるのであれば、他の締結部材、例えば、リベットやクリップなどを用いてもよい。また、プロテクタ１４の形状は、適宜、変更されてもよく、例えば、凹部２６および凸部２８、窪み３４のないフラット形状でもよいし、全体的に、湾曲していてもよい。

１０バッテリ、１２サスペンションメンバ、１４プロテクタ、１６取付バー、１７バッテリケース、１８コネクタ、２０前クロス部、２２後クロス部、２４サイド部、２６凹部、２８凸部、３０締結孔、３２切り欠き部、３４窪み、３６前スロープ面、３８後スロープ面、４０立壁、４２，４８締結ボルト、４３，５０ウェルドナット、４４，４６貫通孔、１００路上落下物。

Claims

車両の床下に配され、その前端から１以上のコネクタが突出しているバッテリと、
前記１以上のコネクタを下側から覆って保護するプロテクタであって、その後部が前記バッテリに取り付けられ、その前部が締結部材によりボディまたはフレームに締結されるプロテクタと、
を備え、前記プロテクタには、前記締結部材が挿通される締結孔と、前記締結孔の後方において当該締結孔に繋がるとともに前記締結部材の前記プロテクタからの離脱を許容する切り欠き部と、が設けられている、
ことを特徴とする車両床下構造。
請求項１に記載の車両床下構造であって、
前記プロテクタには、さらに、前記締結孔の車両後方において、後ろ上がりに傾斜する後スロープ面が設けられている、ことを特徴とする車両床下構造。
請求項１または２に記載の車両床下構造であって、
前記プロテクタには、さらに、厚み方向に突出または陥没し、車両前後方向に延びる複数の凸部および凹部が形成されている、
ことを特徴とする車両床下構造。
請求項３に記載の車両床下構造であって、
前記締結孔および切り欠き部は、前記凸部に設けられており、
同一の車両前後方向位置において、前記締結部材の下端面は、前記凹部よりも上方に位置している、
ことを特徴とする車両床下構造。
請求項３または４に記載の車両床下構造であって、
前記１以上のコネクタは、前記凹部の上方に位置する、ことを特徴とする車両床下構造。