JP7142166B2 - トンネル内に電池パックを搭載する車両のフロントフロア補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル内に電池パックを搭載する車両のフロントフロア補強構造に関する。本発明はさらに、このようなフロントフロア補強構造を製造するための方法に関する。

フロントフロア補強構造は、フロントフロアパネルと、少なくとも１つのフロントフロアクロス部材と、サイドシルと、トンネルと、を備える。

フロントフロアクロス部材は、車両のフロントフロアに取り付けられ、車両のサイドシルから車両のトンネルまで短手方向に延在する構造部品である。それは、車両全体の剛性に関して、および側面衝突の場合に備えて車両構造を補強するように設計されている。車両にはいくつかのフロントフロアクロス部材が存在する可能性があり、フロントフロアクロス部材は車両の幅の半分に及ぶため、通常はトンネルの左右に少なくとも２つのフロントフロアクロス部材があり、通常は短手方向に並べて一対を形成する。さらにまた、例えば、フロントシートの下またはＢピラーの高さに、車両の長さ方向に沿っていくつかの対の前記クロス部材を配置することができる。

本発明は、より詳細には、車両のトンネルの容積が電池パックによって占有される、電気自動車またはハイブリッド車両のフロントフロア補強構造に関する。トンネルとは、従来の内燃機関車両の排気システムを格納する、乗員室のフロントフロア補強構造内にある中空の凹部のことである。この場合、トンネル内の容積が車両の１つまたは複数の電気モータに電力を供給する役割を果たす、電池パックの少なくとも一部によって占有されるハイブリッド自動車または完全な電気自動車を考える。

車両が衝突事故に巻き込まれると、車両構造は、衝突物が乗員室に侵入するのを防ぐ役割、すなわち構造の侵入防止機能と、構造を機械的に変形させて衝突の機械的エネルギーを吸収する役割、すなわち構造のエネルギー吸収機能とによって、乗員を保護することが期待されている。

フロントフロア補強構造は、より具体的には、衝突物が車両の側面と接触する衝突時の車両の挙動に関与し、以下では、この衝突を側面衝突と呼ぶ。

このような側面衝突は、例えば、ＥｕｒｏＮＣＡＰポール側面衝突（ＥｕｒｏＮＣＡＰ Ｐｏｌｅ Ｓｉｄｅ Ｉｍｐａｃｔ）などの様々な標準化された衝突試験で説明されており、この試験では、車両は、衝突時の相対初期速度が３２ｋｍ／ｈで固定ポールによって側面に衝突される。別の標準化された側面衝突試験は、ＥｕｒｏＮＣＡＰ移動式変形バリヤ（ＡＥ－ＭＤＢ）側面衝突であり、この試験では、車両は５０ｋｍ／ｈの速度で走行する長さの一部に及ぶ、１３００ｋｇの標準バリヤによって側面に衝突される。

従来技術から、フロントフロアクロス部材が側面衝突の場合に侵入防止部品として作用するように、フロントフロア補強構造を設計することが知られている。フロントフロアクロス部材はまた、制限されかつ制御された方法で変形することによって、側面衝突時のエネルギー吸収への寄与を制限することもできる。

しかしながら、フロントフロアパネル自体は、衝突時の乗員の保護にはあまり関与しない。本発明の目的の１つは、フロントフロアパネルを利用して側面衝突時のエネルギー吸収を増大させるフロントフロア補強構造を提供することによって、フロントフロア補強構造のこの限界を克服することである。

この目的のために、本発明はトンネル内に電池パックを搭載する車両のフロントフロア補強構造に関し、該補強構造は、少なくとも、
－フロントフロアパネルと、
－サイドシルからトンネルに短手方向に延び、少なくともフロントフロアパネルに取り付けられるフロントフロアクロス部材と、
を備え、
前記フロントフロアクロス部材は、フロントフロアクロス部材の、サイドシルに最も近い端部に位置する非変形部分と、フロントフロアクロス部材の、トンネルに最も近い端部に位置する変形部分とを備え、非変形部分の塑性変形に対する耐性は、変形部分の塑性変形に対する耐性よりも大きく、前記変形部分の塑性変形に対する耐性は、前記フロントフロアパネルの塑性変形に対する耐性よりも大きい。

本発明を適用することにより、側面衝突時にフロントフロア補強構造によって吸収されるエネルギーは、フロントフロアパネルの広い表面積の伸張変形により増加する。このように、任意の車両の既存部品であるフロントフロアパネルに、側面衝突時のエネルギー吸収という付加機能を持たせている。この既存部品に追加の役割を付与することによって、車両の重量を低減するため、および／または車両の製造コストを低減するため、および／または車両の安全性を高めるために、本発明を適用することができる。

単独で、または任意の可能な技術的組合せに従って考慮される、本発明によるフロントフロア補強構造の他の任意の特徴によれば、
－フロントフロアクロス部材は、変形部分と非変形部分のみで構成される、
－フロントフロアクロス部材の非変形部分は、短手方向に測定された場合、フロントフロアクロス部材の全長の４０％～９０％の範囲内の長さを有する、
－フロントフロアクロス部材の非変形部分は、非変形部分のうちサイドシルに最も近い側の端部に位置する補強された非変形部分と、非変形部分のうちトンネルに最も近い側の端部に位置する補強されていない非変形部分とで構成されており、前記補強された非変形部分の塑性変形に対する耐性は、前記補強されていない非変形部分の塑性変形に対する耐性よりも大きい、
－フロントフロアクロス部材の非変形部分は、少なくとも１３００ＭＰａの最大引張強度を有する、
－フロントフロアクロス部材の変形部分は、引張強度が少なくとも５００ＭＰａ、破壊歪みが少なくとも０．６、および臨界曲げ角度が少なくとも７５°を有する、
－フロントフロアクロス部材は、鋼テーラード溶接ブランクからホットスタンピングされる、
－フロントフロアクロス部材は、鋼テーラードロールドブランクからホットスタンピングされる、
－フロントフロアパネルの降伏強度は少なくとも２１０ＭＰａである、
－フロントフロア補強構造は、フロントフロアクロス部材の上方に位置し、サイドシルからトンネルに向かって短手方向に延びるサイドシル補強部品をさらに備え、前記サイドシル補強部品はサイドシルに取り付けられる、
－フロントフロア補強構造は、フロントフロアクロス部材の上方に位置し、トンネルからサイドシルに向かって短手方向に延びるトンネル補強部品をさらに備え、前記トンネル補強部品はトンネルに取り付けられる。

本発明はさらに、本発明によるフロントフロア補強構造の製造方法に関し、該方法は、
－フロントフロアパネルを準備するステップと、
－トンネルを準備するステップと、
－サイドシルを準備するステップと、
－少なくとも１つのフロントフロアクロス部材を準備するステップと、
－前記トンネル、前記サイドシル、および前記フロントフロアクロス部材を前記フロントフロアパネルに取り付けるステップと、
を備える。

単独で、または任意の可能な技術的組合せに従って考慮される、本発明による方法の他の任意選択の特徴によれば、本方法は、
－サイドシル補強部品を準備し、前記サイドシル補強部品をサイドシルに取り付けるステップと、
－トンネル補強部品を準備して、前記トンネル補強部品をトンネルに取り付けるステップと、
をさらに備える。

本発明の他の態様および利点は、例として与えられ、添付図面を参照して行われる以下の説明を読むと明らかになるであろう。

本発明による車両の全体斜視図である。 本発明によるフロントフロア補強構造の一部分の上方からの斜視図である。 本発明によるフロントフロア補強構造の一部分の下方からの斜視図である（なお、この図には電池パックは示されていないことに注意）。 本発明によるフロントフロア補強構造の一部分の上面図である。 ＥｕｒｏＮＣＡＰポール側面衝突の数値シミュレーションから得られた、本発明によるフロントフロア補強構造の一連の３つの上面図である。 ＥｕｒｏＮＣＡＰポール側面衝突の数値シミュレーションから得られた、本発明によるフロントフロア補強構造の一連の３つの上面図である。 ＥｕｒｏＮＣＡＰポール側面衝突の数値シミュレーションから得られた、本発明によるフロントフロア補強構造の一連の３つの上面図である。図５Ａは衝突前の状況を示し、図５Ｂは衝突後３０ｍｓの状況を示し、図５Ｃは衝突後６５ｍｓの状況を示す。

以下の説明では、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」、「前部（ｆｒｏｎｔ）」、「後部（ｒｅａｒ）」、「横の（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ）」、「横の（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ）」、および「縦の（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ）」という用語は、搭載車両の通常の方向に従って定義される。より具体的には、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」および「上部（ｕｐｐｅｒ）」という用語は、車両の仰角方向に従って定義され、「前部（ｆｒｏｎｔ）」、「後部（ｒｅａｒ）」および縦の（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ）」という用語は、車両の前後方向に従って定義され、「横の（ｔｒａｎｓｖｅｒｓａｌ）」および「横の（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ）」という用語は、車両の幅に従って定義される。「右側」および「左側」という用語は、車両の通常の前方運転方向に向いている車両の乗員の基準に従って定義される。「実質的に平行」または「実質的に垂直」とは、平行または垂直方向から１５°未満で逸脱できる方向を意味する。

より具体的には、「破壊歪み」および「臨界曲げ角度」という用語は、Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌｕｍｅ １１４，Ｎｕｍｂｅｒ ６，２０１７の「衝突シミュレーション時の破壊を評価する方法－破壊歪み基準およびそれらの較正」においてＰａｓｃａｌ Ｄｉｅｔｓｃｈらによって定義された破壊歪み基準および臨界曲げ角度基準を指す。臨界曲げ角度は、標準化されたＶＤＡ－２３８－１００規格に従って変形されたサンプルの背面で第１の亀裂が検出される角度を定義する。破壊歪みは、臨界曲げ角度に達したときの変形点における材料内の関連する等価歪みである。

「制御された座屈」という用語は、圧縮荷重を受ける部品の変形モードを指し、部品は、部品の連続した局所座屈変形から生じる一連の連続する波を形成することによって、圧縮荷重の機械エネルギーを徐々に吸収する。結果として、圧縮荷重の方向に測定された部品の長さは、変形後、前記方向における部品の初期長さよりも短い。言い換えれば、部品が制御された座屈によって圧縮荷重に反応すると、圧縮荷重がプラスチックボトルの上部と底部との間に加えられるボトルと同様につぶれる。

図１を参照して、トンネル７内に電池パック５を搭載するハイブリッド自動車または電気自動車３のフロントフロア補強構造１が説明される。

図２および図４を参照すると、フロントフロア補強構造１は、フロントフロアパネル１１と、フロントフロアクロス部材１３とを備える。図２に示す特定の実施形態によれば、フロントフロア補強構造１は、サイドシル補強部品１５をさらに備える。図２に示す特定の実施形態によれば、フロントフロア補強構造１は、トンネル補強部品１７をさらに備える。

図３および図４を参照すると、サイドシル９は、車両の側部に配置され、車両の側部に沿って長手方向に延在する。サイドシル９は、例えば、互いに組み立てられた複数の部品で作られている。

図１、図２、図３、および図４を参照すると、トンネル７は、短手方向に乗員室の中央に位置され、前記乗員室の中央下部領域を閉鎖する。トンネル７は、ダッシュパネル１９からリアフロア補強構造２１まで長手方向に延在する。これは、２つの垂直壁８および水平上部壁９を備える。特定の実施形態によれば、トンネル７は、前記トンネル７を車両構造の残りの部分に組み付けるために、両側にトンネルフランジ１０をさらに備える。特定の実施形態によれば、図２に示すように、トンネル７は、トンネルの内部容積および乗員室の内側空間を最適化するために、異なる高さに配置された複数の異なる水平上部壁９を備えることができる。添付の図面には示されていない特定の実施形態によれば、トンネル７は、その前端部に、水平上部壁９の上向きに曲がった部分が設けられたトンネルノーズと呼ばれる部分をさらに備える。特定の実施形態によれば、図２に示すように、トンネルの内部容積および乗員室の内側空間を最適化するために、トンネル内部容積が車両の後部に向かって小さくなるように、トンネルの垂直壁８は先細になる。トンネル７は、単一の部品で、または別々に製造され、例えばスポット溶接で一体に組み立てられた複数の部品で作られることができる。

トンネル７内の電池パック５は、１つまたは複数の電池セルと、電池パック構造とを備える。電池セルは、車両の１つまたは複数の電気モータを作動させるための電気エネルギーを貯蔵および供給するように設計される。電池パック構造は、安全性を考慮して電池セルを外部環境や車両の乗員室から隔離し、電池セルが正常に機能するための最適な大気条件および温度条件を提供するように設計される。また、電池パック構造には、衝突時に電池セルを保護する役割、電池パックの車体への良好な固定性を確保する役割もある。電池パック５は、例えば、電池パックトレイを車両構造体に機械的にボルト止めすることにより、車体に取り付けられる。電池パック５は、例えば、２００ｋｇ程度のかなりの質量を有する。

図１、図２、および図３を参照すると、フロントフロアパネル１１は、車両の乗員室の前部部品の底部を閉鎖し、乗員室の前部から乗員室の後部に向かって延在するほぼ平坦なパネルである。特定の実施形態によれば、フロントフロアパネル１１は、その剛性を高めるように設計されたフロントフロアパネルリブ１２を備える。

フロントフロアパネル１１は、トンネル７の両側に配置された２つの別個のパネルから構成され、例えばスポット溶接またはレーザ溶接によって、その４つの側面のそれぞれにおいて、乗員室の前部のダッシュパネル１９、後部のリアフロア補強構造２１、サイドシル９、およびトンネル７に取り付ける。特定の実施形態では、フロントフロアパネル１１は、トンネル７のフランジ１０上に溶接して、前記トンネル７に取り付けられる。特定の実施形態では、フロントフロアパネル１１は、サイドシル９またはトンネル７に直接取り付けられておらず、むしろ、添付の図には示されていない中間接続部品に取り付けられており、前記接続部品自体は、サイドシル９またはトンネル７に取り付けられている。

特定の実施形態によれば、フロントフロアパネル１１は、車両の全体的な剛性を確保し、衝突の場合に車両の乗員を保護するように設計された、少なくとも１つの補強要素１８にさらに取り付けられる。前記短手方向補強要素１８は、図２に示すように、例えばスポット溶接またはレーザ溶接によって、例えば前記フロントフロアパネル１１の上方で、フロントフロアパネル１１に取り付けられる。

特定の実施形態によれば、フロントフロアパネル１１は、車両の全体的な剛性を確保し、衝突の場合に車両の乗員を保護するように設計された、少なくとも１つの長手方向補強要素２８にさらに取り付けられる。前記長手方向補強要素２８は、例えばスポット溶接またはレーザ溶接によって、例えば図３に示すように前記フロントフロアパネル１１の下方で、フロントフロアパネル１１に取り付けられる。

図２および図４を参照すると、フロントフロアクロス部材１３は、フロントフロアパネル１１の上方に位置し、サイドシル９からトンネル７まで実質的に短手方向に延在する。フロントフロアクロス部材１３は、例えば、フロントフロアクロス部材１３のクロス部材フランジ２０をフロントフロアパネル１１にスポット溶接することによって、フロントフロアパネル１１に取り付けられる。フロントフロアクロス部材１３およびフロントフロアパネル１１は、フロントフロアクロス部材内容積を共に画定し、フロントフロアクロス部材内容積は、その下側がフロントフロアパネル１１によって閉鎖され、その上側、前側、および後側がフロントフロアクロス部材１３によって閉鎖される。フロントフロアクロス部材１３は、サイドシル９の一方側とトンネル７の他方側とに隣接しているが、必ずしもサイドシル９やトンネル７に接触している必要はない。

図２および図４では、図示されているフロントフロアクロス部材１３は、車両の左側に配置されていることに注意すべきである。しかしながら、全ての説明は、車両の右側に位置する対称的なフロントフロアクロス部材１３についても有効である。

フロントフロアクロス部材１３は、フロントフロアクロス部材１３の、サイドシル９に最も近い端部に位置する非変形部分１４と、フロントフロアクロス部材１３の、トンネル７に最も近い端部に位置する変形部分１６とを備える。非変形部分１４の塑性変形に対する耐性は、変形部分１６の塑性変形に対する耐性よりも大きい。さらに、変形部分１６の塑性変形に対する耐性は、フロントフロアパネル１１の塑性変形に対する耐性よりも大きい。例えば、塑性変形に対するより大きな耐性を得るために、非変形部分１４の降伏強度と前記非変形部分１４の厚さとの積は、変形部分１６の降伏強度と前記変形部分１６の厚さとの積よりも大きく、これ自体はフロントフロアパネル１１の降伏強度と前記フロントフロアパネル１１の厚さとの積よりも大きい。

特定の実施形態によれば、図４に示すように、クロス部材非変形部分１４は、サイドシル９に最も近い位置にあるフロントフロアクロス部材１３の端部から短手方向に延在する補強された非変形部分３６と、前記補強された非変形部分３６の端部から前記クロス部材非変形部分１６の端部まで延在する補強されていない非変形部分３７とをさらに備える。前記補強された非変形部分３６の塑性変形に対する耐性は、前記補強されていない非変形部分３７の塑性変形に対する耐性よりも大きい。例えば、前記補強された非変形部分３６の降伏強度と前記補強された非変形部分３６の厚さとの積は、前記補強されていない非変形部分３７の降伏強度と前記前記補強されていない非変形部分３７の厚さとの積よりも大きい。

図４を参照すると、フロントフロアパネル１１は、サイドシル９からフロントフロアクロス部材１３に垂直なラインまで拡がり、かつサイドシル９から最も離れて位置する非変形部分１４の端部で前記フロントフロアクロス部材１３と交差する、フロントフロアパネル１１の表面の一部として画定されるサイドシルパネル部分２４を備える。フロントフロアパネル１１は、トンネル７からフロントフロアクロス部材１３に垂直なラインまで拡がり、かつトンネル７から最も離れて位置する変形部分１６の端部で前記フロントフロアクロス部材１３と交差する、フロントフロアパネル１１の表面の一部分として画定されるトンネルパネル部分２６をさらに備える。

図２に示す特定の実施形態によれば、フロントフロア補強構造１は、フロントフロアクロス部材１３の上方でサイドシル９からトンネル７に向かって短手方向に延びるサイドシル補強部品１５をさらに備える。サイドシル補強部品１５は、例えば前記サイドシル補強部品１５のサイドシル補強フランジ３０上で溶接することによってサイドシル９に取り付けられる。特定の実施形態によれば、サイドシル補強部品１５は、例えば、それをクロス部材フランジ２０に溶接することによって、フロントフロアクロス部材１３にさらに取り付けられる。特定の実施形態によれば、サイドシル補強部品１５は、例えば溶接によってフロントフロアパネル１１にさらに取り付けられる。

図２に示す特定の実施形態によれば、フロントフロア補強構造１は、フロントフロアクロス部材１３の上方でトンネル７からサイドシル９に向かって短手方向に延びるトンネル補強部品１７をさらに備える。トンネル補強部品１７は、例えば、前記側方トンネル補強部品１７のトンネル補強フランジ４０上での溶接によってトンネル７に取り付けられる。特定の実施形態によれば、トンネル補強部品１７は、例えば、それをクロス部材補強フランジ２０に溶接することによって、フロントフロアクロス部材１３にさらに取り付けられる。特定の実施形態によれば、トンネル補強部品１７は、例えば溶接によってフロントフロアパネル１１にさらに取り付けられる。

側面衝突時に、車両構造は、車両の側面に加えられた、トンネル７に向かって実質的に短手方向に向かう衝撃力Ｆを受ける。圧縮衝撃力Ｆの影響下で、フロントフロア補強構造１は、サイドシル９に対する衝撃力Ｆと、トンネル７によって及ぼされる、前記衝撃力Ｆに対する反力Ｒとの複合効果から生じる圧縮荷重を受ける。トンネル７は、例えば２００ｋｇという重大な質量を有する電池パック５を含むので、トンネル７は、衝撃力Ｆに匹敵する強度の非常に高い反力Ｒを発生させる非常に高い機械的慣性を示す。一方、例えば、トンネル７内に電池パック５を搭載しない従来の燃焼機関車両などの、ほぼ中空のトンネル７を有する車両の場合、トンネル７は非常に低い機械的慣性を有するであろうことに注意すべきである。このような場合、トンネル７は衝撃力Ｆの影響下で変形し、大きな反力Ｒを発生させないであろうし、結果として、トンネル７内に電池パック５が存在しない場合、フロントフロア補強構造１は、側面衝突時に大きな圧縮荷重を受けることはない。

電池パック５を格納するトンネル７の場合、前記圧縮荷重の影響下で、変形部分１６は制御された座屈によって変形するであろうが、非変形部分１４は一般にその初期形状を保持し、圧縮荷重によってほとんど変形しないであろう。このようにして、フロントフロアクロス部材１３は、侵入防止部品およびエネルギー吸収部品の両方として効果的に機能する。

図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃを参照すると、本発明によるフロントフロアクロス部材１３の前述の設計は、フロントフロアパネル１１の一部を伸張させることによって衝撃エネルギーの一部を吸収するというさらなる利点を示す。フロントフロアパネル１１の前記伸張は、図５Ｂおよび図５Ｃに示す衝突試験シミュレーション結果に基づいて、フロントフロアパネル１１のサイドシルパネル部分２４内で、衝撃力Ｆに対して実質的に垂直ではない方向に延びる皺２５が形成されることで証明される。実際、衝撃力Ｆに対して実質的に垂直な方向の皺の形成は、非常に小さいエネルギーを吸収するフロントフロアパネル１１の純粋な圧縮変形を示す。一方、衝撃力Ｆに対して実質的に垂直ではなく、かつ前記衝撃力Ｆに実質的に平行な成分をかなり含む方向に向いた皺が形成されたことは、変形中にフロントフロアパネル１１が伸張されたことを示す。フロントフロアパネル１１のこの効果的な伸張挙動の物理的説明が、以下に与えられる。

フロントフロアクロス部材１３はフロントフロアパネル１１よりも大きな、塑性変形に対する耐性を有し、かつ前記２つの部品は互いに取り付けられているので、側面衝突時に前記フロントフロアパネル１１に及ぼされる物理的力および、その後の機械的変形は、前記フロントフロアクロス部材１３の変形によって支配される。衝撃力Ｆおよび反力Ｒによって生成される圧縮荷重の影響下で、変形部分１６は、制御された座屈によって変形し、その結果、短手方向に沿って測定された前記変形部分１６の長さが漸進的に短くなる。一方、短手方向に沿って測定された非変形部分１４の長さは圧縮荷重の影響を受けないが、それは変形部分１６に取り付けられているので、前記非変形部分１４は、側面衝突時に、実質的に短手方向の経路をたどってトンネル７に向かって移動する。

フロントフロアクロス部材１３の異なる部分の上記の動きの影響を受けて、側面衝突時にトンネルパネル部分２６内のフロントフロアパネル１１の材料は圧縮され、一方、クロス部材非変形部分１４によって、サイドシルパネル部分２４内のフロントフロアパネル１１の材料の圧縮が防止される。前記サイドシルパネル部分２４は、非変形部分１４の動きによって、トンネル７に向かって実質的に短手方向に流される。同時に、サイドシルパネル部分２４の材料は、サイドシル９、ならびに、リアフロア補強構造２１、ダッシュパネル１９、および例えば短手方向補強要素１８または例えば長手方向補強要素２８などの他の構造部品などの他の部品に、直接的に、または上述したように中間部品を介して間接的に取り付けられる。サイドシルパネル部分２４が取り付けられる前記構造部品は、側面衝突時に変形しないか、またはわずかに変形するだけであるので、サイドシルパネル部分２４は、側面衝突時に取付け領域内を移動しないか、またはほとんど移動しない。非変形部分１４に取り付けられている領域内でのトンネル７に向かう短手方向の動きと、フロントフロアクロス部材１３以外の他の部品に取り付けられている領域内では相対的な動きがないこととによるこの複合的な動きに対応するために、サイドシルパネル部分２４の材料は、必然的に伸張タイプの変形を受ける。有利なことには、サイドシルパネル部分２４の材料が、このように伸張変形することで、側面衝突時のフロントフロアパネル１１のエネルギー吸収への高い寄与が確保される。

特定の実施形態では、非変形部分１４の長さとフロントフロアクロス部材１３の全長との長さ比率は、短手方向に測定された場合、４０％～９０％の範囲に含まれる。有利なことには、長さ比率を最小の４０％に固定することにより、側面衝突時に部品の長さの少なくとも４０％が変形しないという事実の結果、側面衝突時にフロントフロアクロス部材１３が侵入防止という重要な役割を果たすことが保証される。さらにまた、上述したフロントフロアパネル１１の伸張変形が、実際には、短手方向の長さが非変形部分１４の長さであるサイドシルパネル部分２４内に局在化されるので、長さ比率を最小の４０％に固定することによりサイドシルパネル部分２４の最小面積も確保され、したがって、側面衝突時のフロントフロアパネル１１の伸張変形がかなりの面積にわたって確実に発生し、それによってフロントフロア補強構造１の全体的なエネルギー吸収挙動に有利に寄与する。一方、長さ比率を９０％に制限すると、フロントフロアクロス部材１３の長さの最小１０％が、クロス部材変形部分１６に残る。有利なことには、クロス部材変形部分１６を最小長さとすることにより、圧縮荷重の影響下で制御された座屈によって、部品の長さの少なくとも１０％がエネルギーを吸収できるという事実の結果、側面衝突時にフロントフロアクロス部材１３がエネルギー吸収に重要な役割を果たすことが保証される。さらにまた、クロス部材変形部分１６を最小長さとすることにより、側面衝突時のクロス部材非変形部分１４の上述した短手方向への動きが大きくなり、したがって、フロントフロアパネル１１の良好な伸張挙動が確保され、それによってフロントフロア補強構造１のエネルギー吸収挙動に有利にさらに寄与することにもなる。

フロントフロアクロス部材１３がクロス部材変形部分１６のみで構成されている場合には、側面衝突時のフロントフロアパネル１１の上述の伸張挙動は発生しないことに注意すべきである。この場合、フロントフロアパネル１１の表面全体は、クロス部材変形部分１６の制御された座屈運動によって圧縮変形を受け、フロントフロアパネル１１がその表面全体で圧縮されないようにする要素は存在しない。したがって、フロントフロアパネル１１は、座屈によって圧縮荷重を受け止め、衝撃力Ｆに対して実質的に垂直な方向に向いた皺が形成される。このような変形は、本発明によって可能になる伸張挙動よりもはるかに少ない量のエネルギーしか吸収しない。

一方、フロントフロアクロス部材１３がクロス部材非変形部分１４のみで構成されていると、フロントフロアクロス部材１３によってフロントフロアパネル１１が元の形状に維持されて変形し難くなり、衝突のエネルギーを吸収しない。

クロス部材変形部分１４およびクロス部材非変形部分１６の位置が反転した場合、側面衝突時のフロントフロアパネル１１の上述の伸張挙動は起こらないことにさらに注意すべきである。すなわち、フロントフロアクロス部材１３のサイドシル９に最も近い位置にある部分の塑性変形に対する耐性が、フロントフロアクロス部材１３のトンネル７に最も近い位置にある部分の塑性変形に対する耐性よりも小さければ、伸張挙動は観測されない。このような場合、圧縮荷重の影響下で、サイドシル９に最も近い位置にあるフロントフロアクロス部材１３の部分は、制御された座屈によって変形するが、トンネル７に最も近い位置にあるフロントフロアクロス部材１３の部分は、本質的にその初期形状を保持する。フロントフロアパネル１１のサイドシル９に面して位置する部分は、フロントフロアクロス部材１３のサイドシル９に最も近い位置にある部分の制御された座屈運動によって圧縮変形され、フロントフロアパネル１１のトンネル７に最も近い位置にある部分は、本質的にその形状を保持する。本発明とは対照的に、塑性変形に対する最も高い耐性を有するフロントフロアクロス部材１３の部分は、側面衝突時に短手方向に移動しないであろう。したがって、フロントフロアパネル１１は、フロントフロアクロス部材１３の一部分の短手方向の動きと、それが取り付けられている他の部品の相対的な動きがないこととによる複合的な影響を受けない。その結果、フロントフロアパネル１１は伸張挙動を示さないであろう。このような設計を実施すると、フロントフロアパネル１１のエネルギー吸収への寄与は、本発明の場合よりもはるかに小さくなるであろう。

側面衝突の際、衝撃開始時に、衝突物によって加えられる衝撃力Ｆは、サイドシル９およびその近傍領域に集中する。同様に、その後に続く反力Ｒは、トンネル７およびその近傍領域に集中する。衝撃開始時におけるこの非常に高い応力集中のために、フロントフロアクロス部材１３の両端に亀裂が形成されるリスクがある。特定の実施形態では、図２に示すように、フロントフロア補強構造１は、サイドシル９に取り付けられたサイドシル補強部品１５を備える。有利なことには、前記サイドシル補強部品１５は、衝撃力Ｆの影響による衝撃開始時に局所的な応力集中の一部を吸収し、それによってサイドシル９に最も近い位置にあるフロントフロアクロス部材１３の領域での亀裂形成のリスクを最小限に抑える。特定の実施形態では、図２に示すように、フロントフロア補強構造１は、トンネル７に取り付けられたトンネル補強部品１７を備える。有利なことには、前記トンネル補強部品１７は、反力Ｒの影響による衝撃開始時に局所的な応力集中の一部を吸収し、それによってトンネル７に最も近い位置にあるフロントフロアクロス部材１３の領域での亀裂形成のリスクを最小限に抑える。

図４に示す特定の実施形態によれば、クロス部材非変形部分１６は、補強された非変形部分３６と、補強されていない非変形部分３７とをさらに備える。衝撃開始時に、応力集中は、サイドシル９に最も近い位置にある補強された非変形部分３６に位置される。有利なことには、前記補強された非変形部分３６が前記補強されていない非変形部分３７よりも高い塑性変形に対する耐性を有するという事実から、側面衝突時にクロス部材非変形部分１４に亀裂が形成されるリスクが最小限に抑えられる。

本発明の特定の実施形態では、フロントフロアパネル１１は、２１０ＭＰａを超える降伏強度を有する鋼で作られる。有利なことには、フロントフロアパネル１１は側面衝突時に伸張されるので、前記フロントフロアパネル１１の降伏強度が高くなることにより、側面衝突時に前記フロントフロアパネル１１によって吸収されるエネルギーが増加するであろう。例えば、フロントフロアパネル１１は、ＥｕｒｏＮｏｒｍ ＥＮ １０３４６によるＨＣＴ４５０Ｘなどの二相鋼で作られ、その厚さは０．６ｍｍ～０．９ｍｍの範囲内にある。

本発明の特定の実施形態では、フロントフロアクロス部材１３の非変形部分１４は、１３００ＭＰａより高い引張強度を有するプレス硬化鋼で形成される。一実施形態によれば、非変形部分１４の鋼組成は、例えば、重量％で、０．２０％≦Ｃ≦０．２５％、１．１％≦Ｍｎ≦１．４％、０．１５％≦Ｓｉ≦０．３５％、≦Ｃｒ≦０．３０％、０．０２０％≦Ｔｉ≦０．０６０％、０．０２０％≦Ａｌ≦０．０６０％、Ｓ≦０．００５％、Ｐ≦０．０２５％、０．００２％≦Ｂ≦０．００４％を含み、残りは、鉄および鋼精錬プロセスから生じる不可避の不純物である。この組成範囲では、プレス硬化後の非変形部分１４の引張強度は、１３００～１６５０ＭＰａの間に含まれる。例えば、非変形部分１４は、Ｕｓｉｂｏｒ １５００（Ｒ）で構成されている。例えば、非変形部分１４の厚さは、１．４ｍｍ～１．６ｍｍの範囲内にある。

本発明の特定の実施形態では、フロントフロアクロス部材１３の非補強非変形部分３７は、１３００ＭＰａより高い引張強度を有するプレス硬化鋼で作られる。一実施形態によれば、補強されていない非変形部分３７の鋼組成は、例えば、重量％で、０．２０％≦Ｃ≦０．２５％、１．１％≦Ｍｎ≦１．４％、０．１５％≦Ｓｉ≦０．３５％、≦Ｃｒ≦０．３０％、０．０２０％≦Ｔｉ≦０．０６０％、０．０２０％≦Ａｌ≦０．０６０％、Ｓ≦０．００５％、Ｐ≦０．０２５％、０．００２％≦Ｂ≦０．００４％を含み、残りは、鉄および鋼精錬プロセスから生じる不可避の不純物である。この組成範囲では、プレス硬化後の補強されていない非変形部分３７の引張強度は、１３００～１６５０ＭＰａの間に含まれる。補強されていない非変形部分３７は、例えば、Ｕｓｉｂｏｒ １５００（Ｒ）で構成される。例えば、補強されていない非変形部分３７の厚さは、１．４ｍｍ～１．６ｍｍの範囲内にある。

本発明の特定の実施形態では、フロントフロアクロス部材１３の補強された非変形部分３６は、１８００ＭＰａより高い引張強度を有するプレス硬化鋼で形成される。例えば、補強された非変形部分３６の鋼組成は、重量％で、０．２４％≦Ｃ≦０．３８％、０．４０％≦Ｍｎ≦３％、０．１０％≦Ｓｉ≦０．７０％、０．０１５％≦Ａｌ≦０．０７０％、Ｃｒ≦２％、０．２５％≦Ｎｉ≦２％、０．０１５％≦Ｔｉ≦０．１０％、Ｎｂ≦０．０６０％、０．０００５％≦Ｂ≦０．００４０％、０．００３％≦Ｎ≦０．０１０％、Ｓ≦０．００５％、Ｐ≦０．０２５％を含み、残りは、鉄および精錬の結果生じる不可避の不純物である。この組成範囲であれば、プレス硬化後の補強された非変形部分３６の引張強度は１８００ＭＰａより高い。例えば、補強された非変形部分３６は、Ｕｓｉｂｏｒ ２０００（Ｒ）で構成されている。例えば、補強された非変形部分３６の厚さは、１．４ｍｍ～１．６ｍｍの範囲内にある。

本発明の特定の実施形態では、フロントフロアクロス部材１３の変形部分１６は、５００ＭＰａより大きい引張強度、少なくとも０．６の破壊歪み、および少なくとも７５°の臨界曲げ角度を有するプレス硬化鋼で作られる。例えば、このような鋼の組成は、重量％で、０．０４％≦Ｃ≦０．１％、０．３％≦Ｍｎ≦２％、Ｓｉ≦０．３％、Ｔｉ≦０．０８％、０．０１５％≦Ｎｂ≦０．１％、Ａｌ≦０．１％、Ｓ≦０．０５％、Ｐ≦０．１％、０．１％未満のＣｕ、Ｎｉ、ＣｒおよびＭｏを含み、残りは鉄および精錬の結果生じる不可避の不純物である。この組成範囲では、プレス硬化後の変形部分１６の引張強度は５００ＭＰａより高い。例えば、変形部分１６は、Ｄｕｃｔｉｂｏｒ ５００（Ｒ）で作られる。例えば、変形部分１６の厚さは、１．５ｍｍ～１．７ｍｍの範囲内にある。

上述したトンネル内に電池パックを搭載する車両用のフロントフロア補強構造には複数の利点があるが、その利点の中には、側面衝突時の衝突のエネルギー吸収にサイドシルパネル部分を関与させる可能性がある。次に、このようなフロントフロア補強構造の製造方法について説明する。

この方法は、フロントフロアパネル１１を準備するステップを備える。例えば、フロントフロアパネル１１は、板金素材のコールドスタンピングによって作られる。

本方法は、トンネル７を準備するステップをさらに備える。例えば、トンネルは、スタンピングまたは曲げによって個別に作られる、いくつかの異なる部品を一緒に溶接することによって作られる。

本方法は、サイドシル９を準備するステップをさらに備える。例えば、サイドシル９は、スタンピングまたは曲げによって個別に作られるいくつかの異なる部品を一緒に溶接することによって作られる。

この方法は、フロントフロアクロス部材１３を準備するステップをさらに備える。特定の実施形態によれば、フロントフロアクロス部材１３は、ホットスタンピング後の非変形部分１４に対応する第１の部分と、ホットスタンピング後の変形部分１６に対応する第２の部分とを有するテーラードブランクまたはテーラードロールブランクをホットスタンピングすることによって作られる。特定の実施形態によれば、フロントフロアクロス部材１３は、ホットスタンピング後の補強された非変形部分３６に対応する第１の部分と、ホットスタンピング後の補強されていない非変形部分３７に対応する第２の部分と、ホットスタンピング後の変形部分１６に対応する第３の部分とを有するテーラードブランクまたはテーラードロールブランクをホットスタンピングすることによって作られる。

本方法は、前記トンネル７、前記サイドシル９、および前記フロントフロアクロス部材１３を前記フロントフロアパネル１１に取り付けるステップをさらに備える。例えば、トンネル７は、トンネルフランジ１０をフロントフロアパネル１１に溶接することによって取り付けられる。例えば、フロントフロアクロス部材１３は、フロントフロアパネル１１にクロス部材フランジ２０を溶接することにより取り付けられる。

特定の実施形態によれば、本方法は、サイドシル補強部品１５を準備するステップと、前記サイドシル補強部品１５をサイドシル９に取り付けるステップとをさらに備える。例えば、サイドシル補強部品１５は、スタンピングまたは曲げによって作られる。例えば、サイドシル補強部品は、サイドシル補強フランジ３０をサイドシル９に溶接することによって取り付けられる。

特定の実施形態によれば、本方法は、トンネル補強部品１７を準備するステップと、前記側方トンネル補強部品１７をトンネル７に取り付けるステップとをさらに備える。トンネル補強部品１７は、例えば、スタンピングや曲げによって形成される。例えば、トンネル補強部品１７は、トンネル補強フランジ４０をトンネル７に溶接することによって取り付けられる。

特定の実施形態によれば、本方法は、少なくとも１つの短手方向補強要素１８を準備するステップと、前記短手方向補強要素１８をフロントフロアパネル１１に取り付けるステップとをさらに備える。例えば、前記短手方向補強要素１８は、スタンピングまたは曲げによって作られる。例えば、短手方向補強要素１８は、前記フロントフロアパネル１１上に溶接によって取り付けられる。

特定の実施形態によれば、本方法は、少なくとも１つの長手方向補強要素１８を準備するステップと、前記長手方向補強要素１８をフロントフロアパネル１１に取り付けるステップとをさらに備える。例えば、前記長手方向の補強要素１８は、スタンピングまたは曲げによって作られる。例えば、長手方向の補強要素１８は、前記フロントフロアパネル１１上に溶接によって取り付けられる。

Claims (14)

1. トンネル（７）内に電池パック（５）を搭載する車両（３）用のフロントフロア補強構造（１）であって、少なくとも、
   －フロントフロアパネル（１１）と、
   －サイドシル（９）からトンネル（７）まで短手方向に延び、少なくともフロントフロアパネル（１１）に取り付けられているフロントフロアクロス部材（１３）と、
   を備え、
   前記フロントフロアクロス部材（１３）は、フロントフロアクロス部材（１３）の、サイドシル（９）に最も近い端部に位置する非変形部分（１４）と、フロントフロアクロス部材（１３）の、トンネル（７）に最も近い端部に位置する変形部分（１６）とを備え、非変形部分（１４）の塑性変形に対する耐性は、変形部分（１６）の塑性変形に対する耐性よりも大きく、前記変形部分（１６）の塑性変形に対する耐性は、前記フロントフロアパネル（１１）の塑性変形に対する耐性よりも大きい、フロントフロア補強構造（１）。
2. フロントフロアクロス部材（１３）は、変形部分（１６）および非変形部分（１４）のみからなる、請求項１に記載のフロントフロア補強構造（１）。
3. フロントフロアクロス部材（１３）の非変形部分（１４）は、短手方向に測定した場合に、フロントフロアクロス部材（１３）の全長の４０％～９０％の範囲に含まれる長さを有する、請求項１または２に記載のフロントフロア補強構造（１）。
4. フロントフロアクロス部材（１３）の非変形部分（１４）は、非変形部分（１４）のサイドシル（９）に最も近い端部に位置する補強された非変形部分（３６）と、非変形部分（１４）のトンネル（７）に最も近い端部に位置する補強されていない非変形部分（３７）とを備え、前記補強された非変形部分（３６）の塑性変形に対する耐性は、前記補強されていない非変形部分（３７）の塑性変形に対する耐性よりも大きい、請求項１～３のいずれか一項に記載のフロントフロア補強構造（１）。
5. フロントフロアクロス部材（１３）の非変形部分（１４）は、少なくとも１３００ＭＰａの最大引張強度を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載のフロントフロア補強構造（１）。
6. フロントフロアクロス部材（１３）の変形部分（１６）は、少なくとも５００ＭＰａの引張強度、少なくとも０．６の破壊歪み、および少なくとも７５°の臨界曲げ角度を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載のフロントフロア補強構造（１）。
7. フロントフロアクロス部材（１３）は、鋼テーラード溶接ブランクからホットスタンピングされる、請求項１～６のいずれか一項に記載のフロントフロア補強構造（１）。
8. フロントフロアクロス部材（１３）は、鋼テーラードロールブランクからホットスタンピングされる、請求項１～７のいずれか一項に記載のフロントフロア補強構造（１）。
9. フロントフロアパネル（１１）は、少なくとも２１０ＭＰａの降伏強度を有する、請求項１～８のいずれか一項に記載のフロントフロア補強構造（１）。
10. フロントフロアクロス部材（１３）の上方に位置し、サイドシル（９）からトンネル（７）に向かって短手方向に延びるサイドシル補強部（１５）をさらに備え、前記サイドシル補強部（１５）は、サイドシル（９）に取り付けられている、請求項１～９のいずれか一項に記載のフロントフロア補強構造（１）。
11. フロントフロアクロス部材（１３）の上方に位置し、トンネル（７）からサイドシル（９）に向かって短手方向に延びるトンネル補強部（１７）をさらに備え、前記トンネル補強部（１７）は、トンネル（７）に取り付けられている、請求項１～１０のいずれか一項に記載のフロントフロア補強構造（１）。
12. 請求項１～９のいずれか一項に記載のフロントフロア補強構造（１）を製造する方法であって、
    －フロントフロアパネル（１１）を準備するステップと、
    －トンネル（７）を準備するステップと、
    －サイドシル（９）を準備するステップと、
    －少なくとも１つのフロントフロアクロス部材（１３）を準備するステップと、
    －前記トンネル（７）、前記サイドシル（９）、および前記フロントフロアクロス部材（１３）を前記フロントフロアパネル（１１）に取り付けるステップと、
    を備える、方法。
13. －サイドシル補強部品（１５）を準備するステップと、
    －前記サイドシル補強部品（１５）をサイドシル（９）に取り付けるステップと、
    をさらに備える、請求項１０に記載のフロントフロア補強構造（１）を製造するための請求項１２に記載の方法。
14. －トンネル補強部品（１７）を準備するステップと、
    －前記トンネル補強部品（１７）をトンネル（７）に取り付けるステップと、
    をさらに備える、請求項１１に記載のフロントフロア補強構造（１）を製造するための請求項１２または１３に記載の方法。

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