JP7067351B2

JP7067351B2 - 車両前部構造

Info

Publication number: JP7067351B2
Application number: JP2018148344A
Authority: JP
Inventors: 和貴清水
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-08-07
Filing date: 2018-08-07
Publication date: 2022-05-16
Anticipated expiration: 2038-08-07
Also published as: CN110861711B; US20200047811A1; DE102019116377A1; DE102019116377B4; CN110861711A; US11279409B2; JP2020023243A

Description

本発明は、車両前部構造に関する。

特許文献１には、前輪を駆動させるモータユニットと、モータユニットへ電力を供給するバッテリとを備えた車両前部構造が開示されている。また、特許文献１の車両前部構造では、前面衝突時の衝突荷重を受けたモータユニットがドライブシャフトを中心に回動される。これにより、モータユニットをバッテリの下方へ移動させて車室内空間への影響を低減させている。

特開２０１１－１５２８４１号公報

ところで、電気自動車などのようにフロアパネルの車両下方側にバッテリが配置された構造では、前面衝突時にバッテリを保護するために、バッテリよりも車両前方側で衝撃荷重を効果的に吸収する必要がある。

本発明は上記事実を考慮し、前面衝突時にバッテリを保護することができる車両前部構造を得ることを目的とする。

請求項１に記載の車両前部構造は、車両前部の車両幅方向外側を車両前後方向に延在され、後端部がバッテリに接続されたサイドレールと、前記サイドレールの車両前方側に接続されて車両幅方向に延在された前側クロスメンバと、前記サイドレールの車両後方側に接続されて車両幅方向に延在された後側クロスメンバとを有し、前記サイドレールは、前部が後部よりも車両上方側に位置しており、かつ、前部と後部との間には車両前方側から車両後方側へ向かうにつれて車両下方側へ傾斜した傾斜部が設けられており、車両側面視で前記傾斜部の車両下方側にギアボックスが配置されている。

請求項１に記載の車両前部構造では、車両前部の車両幅方向外側にサイドレールが設けられており、このサイドレールは、車両前後方向に延在されて後端部がバッテリに接続されている。また、サイドレールの車両前方側には、車両幅方向に延在された前側クロスメンバが接続されており、サイドレールの車両後方側には、車両幅方向に延在された後側クロスメンバが接続されている。ここで、サイドレールの前部が後部よりも車両上方側に位置しており、前部と後部との間に傾斜部が設けられており、傾斜部は、車両前方側から車両後方側へ向かうにつれて車両下方側へ傾斜している。これにより、車両の前面衝突時には、サイドレールの前部が後部に対して車両後方側へ後退することで、傾斜部の前端側が起立するように変形して、車両側面視で略Ｚ字状にサイドレールを折り曲げることができる。

また、車両側面視で傾斜部の車両下方側にギアボックスが配置されている。これにより、サイドレールの傾斜部が変形する際に、傾斜部とギアボックスとが干渉するのを抑制することができ、効果的に衝突荷重を吸収することができる。

請求項２に記載の車両前部構造は、請求項１において、前記後側クロスメンバは、前記サイドレールよりも車両上方側を車両前後方向に延在されたフロントサイドメンバに取り付けられており、前記ギアボックスは、前記後側クロスメンバに取り付けられている。

請求項２に記載の車両前部構造では、後側クロスメンバがフロントサイドメンバに取り付けられており、ギアボックスが後側クロスメンバに取り付けられている。これにより、車両の前面衝突時には、フロントサイドメンバとサイドレールとの変形量の違いによって後側クロスメンバが破断され、ギアボックスをサイドレールから脱落させることができる。

請求項３に記載の車両前部構造は、請求項１又は２において、前記サイドレールは、平面視で前記前部が前記後部よりも車両幅方向外側に位置しており、前記サイドレールにおける前記傾斜部は、車両前方側から車両後方側へ向かうにつれて車両幅方向内側へ傾斜している。

請求項３に記載の車両前部構造では、車両の前面衝突時にサイドレールの前部が後部に対して車両後方側へ後退することで、平面視で傾斜部が車両幅方向に倒れるように変形される。これにより、サイドレールを平面視及び側面視の両方で略Ｚ字状に折り曲げることができる。

請求項４に記載の車両前部構造は、請求項１～３の何れか１項において、前記サイドレールにおける前記後側クロスメンバよりも車両後方側の上部には、折れ変形の起点となる変形起点部が形成されている。

請求項４に記載の車両前部構造では、サイドレールが車両側面視で略Ｚ字状に折り曲げられた後、さらに変形起点部を起点にサイドレールの後側クロスメンバよりも車両後方側を略Ｖ字状に折り曲げることができる。

請求項５に記載の車両前部構造は、請求項１～４の何れか１項において、車両側面視で前記サイドレールにおける前記傾斜部の車両上方側には、ドライブシャフトが配置されている。

請求項５に記載の車両前部構造では、傾斜部を挟んで車両下方側にギアボックスが配置され、車両上方側にドライブシャフトが配置される。これにより、ギアボックスとドライブシャフトとを車両前後方向に並べて配置した構造と比較して、車両前部側のオーバーハング（フロントオーバーハング）を短くすることができる。

請求項６に記載の車両前部構造は、請求項１～５の何れか１項において、前記サイドレールよりも車両幅方向内側にはパワーユニットが配置されており、前記ギアボックスは、前記パワーユニットよりも車両前方側に配置されている。

請求項６に記載の車両前部構造では、ギアボックスをパワーユニットよりも車両前方側に配置することで、パワーユニットがギアボックスよりも車両前方側に配置された構造と比較して、車両前端部の重量が増加するのを抑制することができる。

以上説明したように、請求項１に記載の車両前部構造によれば、前面衝突時にバッテリを保護することができる。

請求項２に記載の車両前部構造によれば、ギアボックスによって潰れ残り（所謂、デッドストローク）が発生するのを抑制することができる。

請求項３に記載の車両前部構造によれば、サイドレールが平面視で直線状に形成された構造と比較して、前面衝突時にサイドレールを効果的に折り曲げることができる。

請求項４に記載の車両前部構造によれば、衝撃吸収性能を向上させることができる。

請求項５に記載の車両前部構造によれば、車室内の空間を広く確保することができる。

請求項６に記載の車両前部構造によれば、パワーユニットがギアボックスよりも車両前方側に配置された構造と比較して、操縦安定性を向上させることができる。

実施形態に係る車両前部構造の側面図である。実施形態に係る車両前部構造の底面図である。図２の拡大図であり、（Ａ）には前面衝突前の状態が示され。（Ｂ）には衝突初期の状態が示されている。図２の拡大図であり、（Ａ）には図３（Ｂ）の状態から衝突が進行した状況が示されており、（Ｂ）には図４（Ａ）の状態から衝突が進行した状況が示されている。図３（Ｂ）の状態における図１の拡大図である。図４（Ａ）の状態における図１の拡大図である。図４（Ｂ）の状態における図１の拡大図である。実施形態に係る車両前部構造の変形例を示す、図７に対応する図である。

実施形態に係る車両前部構造について、図面を参照して説明する。図１に示されるように、車両前部構造が適用された車両１０の車両前部には、左右一対のフロントサイドメンバ１２が設けられている（図１では車両左側のフロントサイドメンバ１２のみ図示されている）。

フロントサイドメンバ１２は、車両幅方向外側を車両前後方向に延在されており、閉断面構造とされた骨格部材である。フロントサイドメンバ１２の後端部１２Ａは、後述する後側連結部材２０に接続されている。また、フロントサイドメンバ１２の前端部１２Ｂは、前側連結部材１４に接続されており、この前側連結部材１４を介してバンパリインフォースメント１６に連結されている。

図２に示されるように、前側連結部材１４は、アルミニウム合金のダイカストでフロントサイドメンバ１２よりも広幅に形成されている。そして、この前側連結部材１４の後端部にフロントサイドメンバ１２が取り付けられている。また、前側連結部材１４の車両幅方向内側の面には、メンバ連結部材１８が取り付けられている。

メンバ連結部材１８は、車両幅方向に延在されており、両端部がそれぞれ前側連結部材１４に取り付けられている。このため、メンバ連結部材１８は、前側連結部材１４を介して左右一対のフロントサイドメンバ１２を車両幅方向に連結している。

前側連結部材１４の前端部には、バンパリインフォースメント１６が取り付けられている。バンパリインフォースメント１６は、車両幅方向に延在された骨格部材であり、このバンパリインフォースメント１６の車両幅方向両端部にそれぞれ前側連結部材１４を介してフロントサイドメンバ１２が接続されている。なお、前側連結部材１４の上面には、図示しないエプロンアッパメンバが接続されるように構成されている。すなわち、ダイカストで形成された前側連結部材１４に対して、フロントサイドメンバ１２、メンバ連結部材１８及びエプロンアッパメンバが接続されている。

図１に示されるように、後側連結部材２０は、フロントサイドメンバ１２の車両後方側に配置されており、上側連結部２０Ａと、下側連結部２０Ｂと、傾斜部２０Ｃとを含んで構成されている。上側連結部２０Ａは、後側連結部材２０の上側を構成しており、この上側連結部２０Ａにフロントサイドメンバ１２の後端部１２Ａが接続されている。一方、下側連結部２０Ｂは、後側連結部材２０の下側を構成しており、この下側連結部２０Ｂの後部がバッテリケース２１に取り付けられている。

傾斜部２０Ｃは、上側連結部２０Ａと下側連結部２０Ｂとの間の部位であり、車両上方側から車両下方側へ向かうにつれて車両後方側へ傾斜されている。また、傾斜部２０Ｃの後面には、閉断面構造のダッシュクロスメンバ２２が接続されている。

ダッシュクロスメンバ２２は、車両幅方向に延在されており、このダッシュクロスメンバ２２には図示しないダッシュパネルが取り付けられている。そして、ダッシュパネルによって車両後方側の車室内側と車両前方側のパワーユニット室とが仕切られている。

フロントサイドメンバ１２の車両下方側には、サスペンションメンバ２４が設けられている。図２に示されるように、サスペンションメンバ２４は、左右一対のサイドレール２６と、前側クロスメンバ２８と、後側クロスメンバ３０とを含んで構成されている。

左右一対のサイドレール２６はそれぞれ、アルミニウム合金の押出成形によって形成されており、車両前部の車両幅方向外側を車両前後方向に延在されている。また、サイドレール２６の後端部には連結ブラケット３２が取り付けられており、この連結ブラケット３２を介してサイドレール２６の後端部がバッテリケース２１に接続されている。

サイドレール２６の前端部にはロアバンパリインフォースメント３４が設けられている。ロアバンパリインフォースメント３４は、バンパリインフォースメント１６の車両下方側に配置されて車両幅方向に延在されており、このロアバンパリインフォースメント３４の車両幅方向両端部にそれぞれサイドレール２６の前端部が接続されている。

前側クロスメンバ２８は、アルミニウム合金のダイカストによって形成されており、車両幅方向に延在されている。また、前側クロスメンバ２８の車両幅方向両端部がサイドレール２６の車両前方側に接続されている。具体的には、前側クロスメンバ２８の車両幅方向両端部は、車両幅方向中央部よりも底面視で広幅に形成された広幅部２８Ａとされており、この広幅部２８Ａには、サイドレール２６に対応した凹部が形成されている。そして、この凹部にサイドレール２６が嵌め込まれた状態でボルト及びナットなどによって接合されている。また、前側クロスメンバ２８には第１ロアアーム５０が取り付けられている。

また、図１に示されるように、前側クロスメンバ２８の広幅部２８Ａには、前側マウント部３６が形成されており、この前側マウント部３６で前側クロスメンバ２８と前側連結部材１４とが上下に連結されている。すなわち、前側連結部材１４を介して前側クロスメンバ２８とフロントサイドメンバ１２とが連結されている。

図２に示されるように、前側クロスメンバ２８よりも車両後方側には後側クロスメンバ３０が配置されている。後側クロスメンバ３０は、アルミニウム合金のダイカストで形成されており、車両幅方向に延在されている。また、後側クロスメンバ３０は、サイドレール２６の車両下方側に配設されており、後側クロスメンバ３０の車両幅方向両端部３０Ａがサイドレール２６よりも車両幅方向外側まで延出されている。そして、この後側クロスメンバ３０の車両幅方向両端部がサイドレール２６の車両幅方向外側の側面にボルト及びナットなどによって接合されている。

また、後側クロスメンバ３０には、後側マウント部３８が形成されている。図１に示されるように、後側クロスメンバ３０は、車両上方側かつ車両後方側へ斜めに延出されており、この後側マウント部３８がフロントサイドメンバ１２の後部に連結されている。さらに、後側クロスメンバ３０には、第２ロアアーム５２が取り付けられている。

ここで、サイドレール２６は、前部２６Ａが後部２６Ｂよりも車両上方側に位置している。また、サイドレール２６における前部２６Ａと後部２８Ｂとの間には傾斜部２６Ｃが設けられており、この傾斜部２６Ｃは、車両前方側から車両後方側へ向かうにつれて車両下方側へ傾斜している。

具体的には、サイドレール２６の前部２６Ａは、車両側面視でフロントサイドメンバ１２に沿って車両前後方向に延在されており、本実施形態では一例として、バッテリケース２１よりも車両上方側に位置している。一方、サイドレール２６の後部２６Ｂは、バッテリケース２１の高さで車両前後方向に延在されている。そして、前部２６Ａと傾斜部２６Ｃとの間には第１屈曲部２６Ｄが設けられており、後部２６Ｂと傾斜部２６Ｃとの間には第２屈曲部２６Ｅが設けられている。

図２に示されるように、サイドレール２６は、平面視（底面視）で前部２６Ａが後部２６Ｂよりも車両幅方向外側に位置しており、サイドレール２６における傾斜部２６Ｃは、車両前方側から車両後方側へ向かうにつれて車両幅方向内側へ傾斜している。

図１に示されるように、車両前部にはパワーユニットとしてのモータ４０が配置されている。モータ４０は、バッテリケース２１内に収容されたバッテリ２３から電力の供給を受けて駆動することで、前輪４２を回転させる。また、モータ４０の近傍にはドライブシャフト４４が設けられており、このドライブシャフト４４は、車両側面視でサイドレール２６における傾斜部２６Ｃの車両上方側に配置されている。

一方、モータ４０よりも車両前方側かつ車両下方側にはギアボックス４６が配置されている。ここで、ギアボックス４６は、車両側面視でサイドレール２６における傾斜部２６Ｃの車両下方側に配置されており、後側クロスメンバ３０に取り付けられて支持されている。このため、ドライブシャフト４４とギアボックス４６とは、車両側面視で傾斜部２６Ｃを挟んで配置されている。

図２に示されるように、バッテリケース２１は、底板２１Ａとバッテリ枠部２１Ｂとを含んで構成されている。底板２１Ａは、バッテリケース２１の底部を構成する板状部材であり、車両後部まで延在されている。

バッテリ枠部２１Ｂは、平面視（底面視）で底板２１Ａを囲うように枠状に形成されており、平断面構造とされている。すなわち、バッテリ枠部２１Ｂの車両前後方向に延在されている部位を車両前後方向から見た断面が閉断面とされており、バッテリ枠部２１Ｂの車両幅方向に延在されている部位を車両幅方向から見た断面が閉断面とされている。

（作用）
次に、本実施形態の作用を説明する。

本実施形態の車両前部構造では、図１及び図２に示されるように、サイドレール２６の後端部がバッテリ２３（バッテリケース２１）に接続されている。これにより、車両１０の前面衝突時にサイドレール２６に入力された衝突荷重の一部をバッテリ２３（バッテリケース２１）で負担することができる。

また、サイドレール２６を車両側面視及び平面視（底面視）で屈曲した形状とすることにより、バッテリ２３よりも車両前方側で効果的に衝突荷重を吸収することができる。この作用について、図３～図７を参照して説明する。なお、図３～７では、説明の便宜上、車両１０の要部を模式的に図示しており、一部の部品の図示を省略している。

図３（Ａ）に示される車両１０において、前面衝突時の衝突初期の状態では、図３（Ｂ）に示されるように、バンパリインフォースメント１６及びロアバンパリインフォースメント３４にバリア（不図示）が衝突することで、フロントサイドメンバ１２が潰れる。これに伴い、バンパリインフォースメント１６及びロアバンパリインフォースメント３４が車両後方側へ移動する。これにより、図中矢印で示すように、サイドレール２６における傾斜部２６Ｃの傾斜角度が大きくなり、前部２６Ａが後部２６Ｂに対して、より車両幅方向外側へ位置するように折り曲がる。

図３（Ｂ）の状態からさらに衝突が進行すると、図４（Ａ）に示される状態となる。すなわち、サイドレール２６における傾斜部２６Ｃの傾斜角度が大きくなる。そして、さらに衝突が進行することで、図４（Ｂ）に示されるように、傾斜部２６Ｃが車両幅方向に倒れるようにサイドレール２６が折り曲げられる。このように、前面衝突時にサイドレール２６の前部２６Ａが後部２６Ｂに対して車両後方側へ後退することで、平面視（底面視）で傾斜部２６Ｃが車両幅方向に倒れるように変形され、サイドレール２６を略Ｚ字状に折り曲げることができる。この結果、サイドレール２６が平面視（底面視）で直線状に形成された構造と比較して、前面衝突時にサイドレールを効果的に、かつ、安定して折り曲げることができる。

また、本実施形態では、側面視でもサイドレール２６を屈曲した形状としているため、図５に示されるように、衝突初期では、サイドレール２６の前部２６Ａが後部２６Ｂに対して車両後方側へ後退することで、前部２６Ａと傾斜部２６Ｃとの間の部位が車両上方側へ膨らむように変形する。

図５の状態からさらに衝突が進行すると、図６に示されるように、傾斜部２６Ｃの傾斜角度が大きくなり、さらに図７に示されるように、車両側面視で傾斜部２６Ｃの前端側が起立するように変形して、略Ｚ字状にサイドレール２６が折り曲げられる。すなわち、サイドレール２６は、平面視（底面視）及び車両側面視の両方から見て略Ｚ字状に折り曲げられることとなる。そして、この際、ギアボックス４６が傾斜部２６Ｃの車両下方側に配置されているため、変形する傾斜部２６Ｃとギアボックス４６とが干渉するのを抑制することができ、ギアボックス４６によって潰れ残り（所謂、デッドストローク）が発生するのを抑制することができる。すなわち、効果的に衝突荷重を吸収することができ、前面衝突時にバッテリ２３を保護することができる。

ここで、本実施形態では特に、図５に示されるように、後側クロスメンバ３０がフロントサイドメンバ１２に取り付けられており、ギアボックス４６が後側クロスメンバ３０に取り付けられ、この後側クロスメンバ３０に支持されている。これにより、車両１０の前面衝突時には、フロントサイドメンバ１２とサイドレール２６との変形量の違いによって、図６に示されるように、後側クロスメンバ３０が破断される。その後、図７に示されるように、ギアボックス４６をサイドレール２６から脱落させることができる。これにより、ギアボックス４６によるデッドストロークの発生を確実に抑制することができる。また、ギアボックス４６がサイドレール２６から脱落することで、ギアボックス４６に接続されているインタミディエイトシャフト（不図示）が車両後方側へ移動するのを抑制することができる。この結果、ステアリングが乗員側へ移動するのを抑制することができる。

さらに、本実施形態では、図１に示されるように、サイドレール２６の傾斜部２６Ｃを挟んで車両下方側にギアボックス４６が配置され、車両上方側にドライブシャフト４４が配置されている。これにより、ギアボックス４６とドライブシャフト４４とを車両前後方向に並べて配置した構造と比較して、車両前部側のオーバーハング（フロントオーバーハング）を短くすることができる。すなわち、ギアボックス４６及びドライブシャフト４４を共に傾斜部２６Ｃの車両上方側に配置した場合、ギアボックス４６とドライブシャフト４４とを車両前後方向に並べて配置するためのスペースが必要となり、フロントオーバーハングを短くするのが困難となる。これに対して、本実施形態の構造を採用することで、フロントオーバーハングを短くして車室内の空間を広く確保することができる。

さらにまた、本実施形態では、ギアボックス４６をモータ４０よりも車両前方側に配置している。これにより、モータ４０がギアボックス４６よりも車両前方側に配置された構造と比較して、車両前端部の重量が増加するのを抑制することができる。この結果、モータ４０がギアボックス４６よりも車両前方側に配置された構造と比較して、操縦安定性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、サイドレール２６を確実に折り曲げるための変形起点部などを設けていないが、図８の変形例のように、サイドレール２６の後部に変形起点部としてのビード５４を形成してもよい。

（変形例）
図８に示されるように、本変形例では、衝突前の状態でサイドレール２６の後部に予めビード５４が形成されている。このビード５４は、前面衝突時に折れ変形の起点となるように、サイドレール２６の上面に形成された凹ビードであり、車両幅方向に延在されている。

本変形例が適用された車両１０では、サイドレール２６が車両側面視で略Ｚ字状に折り曲げられた後、さらに変形起点部としてのビード５４を起点にサイドレール２６の後側クロスメンバ３０よりも車両後方側を略Ｖ字状に折り曲げることができる。これにより、衝撃吸収性能を向上させることができる。なお、ビード５４を形成しなくてもサイドレール２６を略Ｖ字状に折り曲げることは可能であるが、ビード５４などの変形起点部を形成することで、より確実にサイドレール２６を略Ｖ字状に折り曲げることができ、ロバスト性の高い変形モードが実現できる。

以上、実施形態及び変形例について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。例えば、上記実施形態では、前側クロスメンバ２８及び後側クロスメンバ３０をアルミニウム合金のダイカストで形成したが、これに限定されず、押出成形品やプレス成形品などを用いてもよい。

また、上記実施形態では、サイドレール２６を車両側面視及び平面視（底面視）の両方で略Ｚ字状に折り曲げるように形成したが、これに限定されない。例えば、平面視でサイドレール２６が車両前後方向に略直線状に延在された構成としてもよいが、前面衝突時にサイドレール２６を確実に折り曲げて衝突荷重を吸収するためには、本実施形態の構造を採用するのが好ましい。

１２フロントサイドメンバ
２３バッテリ
２６サイドレール
２６Ａ前部
２６Ｂ後部
２６Ｃ傾斜部
２８前側クロスメンバ
３０後側クロスメンバ
４０モータ（パワーユニット）
４４ドライブシャフト
４６ギアボックス
５４ビード（変形起点部）

Claims

車両前部の車両幅方向外側を車両前後方向に延在され、後端部がバッテリに接続されたサイドレールと、
前記サイドレールの車両前方側に接続されて車両幅方向に延在された前側クロスメンバと、
前記サイドレールの車両後方側に接続されて車両幅方向に延在された後側クロスメンバとを有し、
前記サイドレールは、前部が後部よりも車両上方側に位置しており、かつ、前部と後部との間には車両前方側から車両後方側へ向かうにつれて車両下方側へ傾斜した傾斜部が設けられており、
車両側面視で前記傾斜部の車両下方側にギアボックスが配置されている車両前部構造。
前記後側クロスメンバは、前記サイドレールよりも車両上方側を車両前後方向に延在されたフロントサイドメンバに取り付けられており、
前記ギアボックスは、前記後側クロスメンバに取り付けられている請求項１に記載の車両前部構造。
前記サイドレールは、平面視で前記前部が前記後部よりも車両幅方向外側に位置しており、
前記サイドレールにおける前記傾斜部は、車両前方側から車両後方側へ向かうにつれて車両幅方向内側へ傾斜している請求項１又は２に記載の車両前部構造。
前記サイドレールにおける前記後側クロスメンバよりも車両後方側の上部には、折れ変形の起点となる変形起点部が形成されている請求項１～３の何れか１項に記載の車両前部構造。
車両側面視で前記サイドレールにおける前記傾斜部の車両上方側には、ドライブシャフトが配置されている請求項１～４の何れか１項に記載の車両前部構造。
前記サイドレールよりも車両幅方向内側にはパワーユニットが配置されており、
前記ギアボックスは、前記パワーユニットよりも車両前方側に配置されている請求項１～５の何れか１項に記載の車両前部構造。