JP7211986B2 - 車体下部構造 - Google Patents

Description

本明細書が開示する技術は、車体下部構造に関する。特に、一対のロッカの間に電源が配置されている車体の下部構造に関する。

電気自動車では、走行用のモータに電力を供給する電源が一対のロッカの間に配置されている場合がある。なお、電源は、バッテリ、燃料電池などである。一対のロッカは、車体のそれぞれの側方下部にて車体の前後方向に延びる一対のフレームである。ロッカは、サイドシルと呼ばれることもある。

側方衝突の衝撃から電源を保護するため、電源の側方に衝撃のエネルギを吸収する部材（エネルギ吸収メンバ）が配置される場合がある。特許文献１に、エネルギ吸収メンバの例が開示されている。エネルギ吸収メンバは、車体の前後方向に延びており、電源の両側であってロッカの下に配置される。エネルギ吸収メンバは、ロッカの底板に固定される。以下では、説明を簡略化するため、エネルギ吸収メンバをＥＡメンバ（Energy Absorbing メンバ）と称することにする。

一方、ロッカの強度を増すために、中空のロッカの内部にバルク（あるいはバルクヘッド）と呼ばれる補強部材を入れることがある。（例えば、特許文献２、３）。特許文献３には、一対のロッカの間にフロアパネルが取り付けられており、フロアパネルの下に電池パックが取り付けられている電気自動車が開示されている。ロッカの内部にバルクヘッドが配置されている。特許文献２の電気自動車では、バルクヘッドがエネルギ吸収メンバを兼ねている。

特開２０１８－０７５９３９号公報 特開２０１８－１９３０２６号公報 特開２０１４－１８９２６２号公報

ＥＡメンバとバルクを個別に備える電気自動車の場合、ＥＡメンバをロッカに固定するとともにバルクをロッカに固定する必要がある。ＥＡメンバとバルクを個別に備えると構造が複雑化する。本明細書は、ＥＡメンバとバルクの双方を採用したシンプルな構造を提供する。

本明細書が開示する車体下部構造は、一対のロッカ、一対のＥＡメンバ、電源、バルクを備えている。一対のロッカのそれぞれは、車体のそれぞれの側方下部に配置されており、車体前後方向に延びている。バルクは中空のロッカの内部に配置されている。電源は一対のロッカの間に配置されている。一対のＥＡメンバのそれぞれは、電源と連結されているとともに一対のロッカのそれぞれの下方に位置している。本明細書が開示する車体下部構造では、ＥＡメンバがロッカとバルクに固定されている。ＥＡメンバとバルクは、同じボルトでロッカに共締めされている。一本のボルトがＥＡメンバとバルクをロッカに固定することでシンプルな構造が実現する。また、ＥＡメンバとバルクを個別にロッカに固定する構造と比較して、ボルトの数が少なくて済み、軽量化が図れる。

エネルギ吸収メンバとロッカの間にはカラーが挟まれており、ボルトがカラーを通っていてもよい。ボルトを固定するナットとカラーの間にロッカの底板とバルクの底板が挟まれる。電池パックの上下振動はカラーに伝わる。ボルトを固定するナットとカラーの間に２枚の板（ロッカとバルク）が挟まれるので、カラーの上下振動に対してロッカ１０の撓みを小さくすることができる。

バルクは、車体のセンターピラーの下に配置されていてもよい。センターピラーも車体の強度を確保する重要なフレームである。センターピラーは特に、車両の横転に対して強度を確保する。センターピラーの下にバルクを配置することで、横転に対する強度が高まる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

車体の斜視図である。 図１の平面IIでカットした車体の断面図である。 車体の底面図である。 バルクの斜視図である。 センターピラー下部の側面図である。 バルクの変形例の斜視図である。

図面を参照して実施例の車体下部構造３を説明する。図１に、車体２の斜視図を示す。なお、図１の座標系の「Ｌｅｆｔ」は、車両の後方から前方をみたときの「左」を示している。以後の図でも、座標系の「Ｌｅｆｔ」の意味は同じである。

車体２は一対のロッカ１０を備えている。一対のロッカ１０のそれぞれは、車体２の車幅方向のそれぞれの側方下部に配置されている。ロッカ１０は細長形状であり、車両の前後方向に延びている。それぞれのロッカ１０の長手方向の概ね中央に、センターピラー５１の下端が接続されている。一対のロッカ１０、および、センターピラー５１は、車体の強度を確保するフレームの一種である。ロッカ１０は金属板（典型的には鋼板）のプレス加工で作られる。

一対のロッカ１０の間に電池パック４０とフロアパネル５０が配置されている。電池パック４０には多数の電池セルが含まれている。多数の電池セルは直列に接続されており、高電圧の出力が可能である。電池パック４０（電池セル）は、不図示の走行用モータに電力を供給する。

フロアパネル５０はキャビンの床に相当する。フロアパネル５０の車幅方向の両端のそれぞれは一対のロッカ１０のそれぞれに固定される。電池パック４０は、フロアパネル５０の下に配置されている。詳しくは後述するが、ロッカ１０に沿ってエネルギ吸収メンバ（図１では不図示）が配置されており、電池パック４０は、エネルギ吸収メンバを介して一対のロッカ１０に支持される。電池パック４０は、エネルギ吸収メンバを介してロッカ１０に支持されていると同時にフロアパネル５０を介してロッカ１０に支持されていてもよい。

エネルギ吸収メンバは、電池パック４０の車幅方向の両側に配置される。先に述べたように、説明の便宜上、エネルギ吸収メンバをＥＡメンバ（Energy Absorbing メンバ）と称する。

図１の平面IIで車体２をカットした断面を図２に示す。図２は車体２の左側における車体下部構造３を示している。先に述べたように、電池パック４０は、車両の右下と左下のそれぞれで、ＥＡメンバ２０（エネルギ吸収メンバ２０）を介してロッカ１０に固定されている。以下では、車体２の左側の下部構造を説明する。車体２は左右対称であり、車体２の右側の下部構造も図２と同じである。すなわち、実施例の車体下部構造３は、一対のロッカ１０と一対のＥＡメンバ２０を備えており、それぞれのＥＡメンバ２０は、対応するロッカ１０に沿って配置される。

電池パック４０は、ロアカバー４１、アッパカバー４２、複数の電池セル４３を含む。ロアカバー４１とアッパカバー４２でコンテナが形成されており、その中に複数の電池セル４３が収容されている。ロアカバー４１とアッパカバー４２のそれぞれは、フランジを備えており、フランジ同士が接合されて、ロアカバー４１とアッパカバー４２は一つのコンテナを構成する。

ロッカ１０は、ロッカインナパネル１１とロッカアウタパネル１２で構成される。ロッカインナパネル１１は、横を向いている角張ったＵ字形状（溝形状）をなしているとともに、下フランジ１１ａと上フランジ１１ｂを有している。下フランジ１１ａはロッカインナパネル１１の横向きＵ字の下側の縁から下方へ延びており、上フランジ１１ｂは、ロッカインナパネル１１の横向きＵ字の上側の縁から上方へ延びている。ロッカアウタパネル１２もロッカインナパネル１１と同じ形状を有しており、ロッカインナパネル１１の下フランジ１１ａと上フランジ１１ｂのそれぞれと対向する下フランジ１２ａと上フランジ１２ｂを有している。下フランジ１１ａ、１２ａが溶接され、上フランジ１１ｂ、１２ｂが溶接され、中空の角筒形状のロッカ１０が完成する。図２では理解を助けるためにロッカアウタパネル１２はロッカインナパネル１１から離して描いてある。

ロッカ１０の内部にはバルク６０が配置されている。バルク６０はロッカ１０の強度を高める補強材である。バルク６０は、ロッカインナパネル１１とロッカアウタパネル１２を接合するのに先立ってロッカインナパネル１１の内側に取り付けられる。バルク６０は、溶接にて、あるいは、ボルト（不図示）にて、ロッカインナパネル１１に固定される。バルク６０については後述する。バルク６０の内側にナット３２が固定されている。ナット３２は溶接にてロッカインナパネル１１に固定される。

ＥＡメンバ２０は、第１ＥＡメンバ２１と第２ＥＡメンバ２２で構成される。第１ＥＡメンバ２１は、ロッカ１０の下に配置される。第２ＥＡメンバ２２は、第１ＥＡメンバ２１と電池パック４０の間に配置される。第１ＥＡメンバ２１はロッカ１０に固定される。第２ＥＡメンバ２２は、第１ＥＡメンバ２１と連結されるとともに、電池パック４０にも連結される。

ＥＡメンバ２０（第１ＥＡメンバ２１と第２ＥＡメンバ２２）は、中空の角筒形状をなしている梁である。ＥＡメンバ２０は、車両が側方衝突したときのエネルギを吸収し、電池パック４０を保護する。ＥＡメンバ２０は、衝突の衝撃によって車幅方向につぶれることで衝突エネルギを吸収する。ロッカ１０も衝突エネルギの吸収に寄与するが、ロッカ１０だけでは衝突エネルギを十分に吸収しきれない。そこで、中空のＥＡメンバ２０をロッカ１０に沿って配置する。

ＥＡメンバ２０の強度は、衝突エネルギを効果的に吸収するようにシミュレーションなどによって予め決められる。第１ＥＡメンバ２１の内部空間は、上板２３と下板２４を連結する複数の仕切板２５によって幾つかのセル空間ＣＳに区画されている。仕切板２５の数と厚みを調整することで、第１ＥＡメンバ２１の強度を調整することができる。ＥＡメンバ２０の強度は、少なくとも電池パック４０の強度よりも低く設定されている。

先に述べたように、第１ＥＡメンバ２１はロッカ１０の下方に配置されるが、ロッカ１０は、底板１３から下方に延びる下フランジ１１ａ（１２ａ）を備えている。第１ＥＡメンバ２１は、下フランジ１１ａ（１２ａ）との干渉を避けて配置されなければならない。第１ＥＡメンバ２１を、下フランジ１１ａ（１２ａ）の内側（車幅方向の車両中心側）の部分と外側の部分に分けるとＥＡメンバの構造が複雑になってしまう。実施例の車体下部構造３では、第１ＥＡメンバ２１とロッカ１０の間にカラー３０を配置し、第１ＥＡメンバ２１の下フランジ１１ａ（１２ａ）との干渉を回避する。第１ＥＡメンバ２１を下フランジ１１ａ（１２ａ）よりも下方に配置することで、シンプルな形状であり、かつ、下フランジ１１ａ（１２ａ）よりも車幅方向の外側へ延びる第１ＥＡメンバ２１を実現することが可能となる。

カラー３０は、金属製の円筒である。カラー３０は、別言すれば、ロッカ１０と第１ＥＡメンバ２１との間に隙間を確保するためのスペーサである。図２に示すように、カラー３０の第１ＥＡメンバ２１よりも上の高さｈ１は、下フランジ１１ａ（１２ａ）の高さｈ２よりも大きい。カラー３０によって、ロッカ１０の底板１３と第１ＥＡメンバ２１の上板２３との間には、距離ｈ１の隙間が確保される。下フランジ１１ａ（１２ａ）の高さはｈ２（＜ｈ１）なので、下フランジ１１ａ（１２ａ）は、第１ＥＡメンバ２１と干渉しない。それゆえ、第１ＥＡメンバ２１として単純な角筒形状を採用することができ、製造コストを抑えることができる。

カラー３０の周辺の構造を説明する。カラー３０は、第１ＥＡメンバ２１の上板２３に設けられた孔２３ａを貫通している。カラー３０の上端はロッカ１０の底板１３の下面に当接している。カラー３０の下端は下板２４の上面に当接している。第１ＥＡメンバ２１とロッカ１０とバルク６０は、カラー３０の内側を通るボルト３１とナット３２で共締めされ、相互に固定される。

走行中に電池パック４０が上下に振動すると、カラー３０も上下に振動し、ロッカ１０に上下方向の振動荷重が加わる。カラー３０とナット３２の間には底板１３とバルク６０が挟まれているので、カラー３０の上下方向の振動に対するロッカ１０の撓みは小さい。

電池パック４０の下面から車幅方向の外側へ向けて支持板４４が延びている。支持板４４も、ボルト３１とナット３２により、第１ＥＡメンバ２１と共締めされ、相互に固定される。電池パック４０から延びている支持板４４を第１ＥＡメンバ２１に固定することで、電池パック４０がＥＡメンバ２０に強固に固定される。

第１ＥＡメンバ２１と第２ＥＡメンバ２２の連結構造について説明する。第１ＥＡメンバ２１の上板２３の端から車両中心に向けてフランジ２６が延びている。第２ＥＡメンバ２２は、ボルト３３とナット３４により、第１ＥＡメンバ２１のフランジ２６に固定される。電池パック４０から延びている支持板４４も、ボルト３３で第２ＥＡメンバ２２に固定される。第２ＥＡメンバ２２は、第１ＥＡメンバ２１のフランジ２６と、電池パック４０の支持板４４に挟まれて固定される。第２ＥＡメンバ２２は、電池パック４０のロアカバー４１の側面に接着される。電池パック４０と第２ＥＡメンバ２２は、接着剤とボルト３３によって強固に連結される。

ＥＡメンバ２０は、ロッカ１０に固定される第１ＥＡメンバ２１と、電池パック４０に接着される第２ＥＡメンバ２２に分割されている。第２ＥＡメンバ２２は第１ＥＡメンバ２１から着脱可能である。ＥＡメンバ２０は、第１ＥＡメンバ２１と第２ＥＡメンバ２２の組み合わせを調整することで、異なる車幅の複数の自動車に対応可能である。

図３に、車体２の底面図を示す。ＥＡメンバ２０（第１ＥＡメンバ２１）とロッカ１０は、車両前後方向に配置された複数のボルト３１で共締めされる。複数のボルト３１のそれぞれが、図２で示したようにカラー３０を通っているとともに、第１ＥＡメンバ２１をロッカ１０に固定する。共締めにより、ＥＡメンバ２０（第１ＥＡメンバ２１）とロッカ１０は少ない数のボルトで強固に連結される。図３ではカラー３０の図示は省略した。

ロッカ１０の内部には車両前後方向に沿って複数のバルク６０が配置されており、それぞれのバルク６０もボルト３１でＥＡメンバ２０（第１ＥＡメンバ２１）に共締めされる。１本のボルト３１が、ＥＡメンバ２０（第１ＥＡメンバ２１）をロッカ１０に固定するとともに、１個のバルク６０をロッカ１０に固定する。ＥＡメンバ２０とバルク６０をそれぞれ個別にロッカ１０に固定する構造と比較して、構造がシンプルになり、軽量化が図れる。

電池パック４０から、車両前後方向に沿って複数の支持板４４が並んでいる。それぞれの支持板４４は、電池パック４０から車幅方向の外側へ向けて延びている。それぞれの支持板４４は、ボルト３１、３３でＥＡメンバ２０（第１ＥＡメンバ２１と第２ＥＡメンバ２２）に固定される。

電池パック４０のロアカバー４１には車幅方向に延びるクロスメンバ４５が形成されている。クロスメンバ４５は、ロアカバー４１に設けられた細長の凸部である。支持板４４はクロスメンバ４５の端に連結されている。クロスメンバ４５の端に支持板４４を取り付け、その支持板４４がＥＡメンバ２０に固定されることで、電池パック４０とＥＡメンバ２０の連結構造の強度が向上する。

バルク６０について説明する。バルク６０は、一枚の金属板を折り曲げて作られた補強部材である。バルク６０もボルト３１でＥＡメンバ２０（第１ＥＡメンバ２１）と共締めされる。共締めにより、バルク６０を効率よく固定することができる。

図４にバルク６０の斜視図を示す。バルク６０は、底板６１、天板６２、一対の側板６３、背板６４で構成される。底板６１には、ボルト３１が通る貫通孔６５が設けられている。図２に示したナット３２は、貫通孔６５と中心線が一致するように底板６１に溶接される（図４ではナット３２の図示は省略した）。

バルク６０は、ロッカ１０を構成するロッカインナパネル１１とロッカアウタパネル１２が接合されるのに先立ってロッカインナパネル１１の内側に取り付けられる。

先に述べたように、ロッカ１０の中に、複数のバルク６０が配置されている。図５に、センターピラー５１（図１参照）の下部の側面図を示す。図５では、ロッカ１０、第１ＥＡメンバ２１、カラー３０、支持板４４、ボルト３１は断面を描いてある。図５に示すように、センターピラー５１の下にもバルク６０が配置されている。別言すれば、複数のバルク６０の少なくとも１個は、鉛直方向でセンターピラー５１と重なるように配置されている。センターピラー５１は、車体２の強度を確保するフレームの一種である。特にセンターピラー５１は、車の横転に対する強度を確保する。センターピラー５１の下にバルク６０を配置することで、車の横転に対する強度が向上する。

先に述べたように、バルク６０は、金属板から曲げ加工によって形成される。図４はバルク６０の形状を示す模式図であり、金属板の重なりや、詳細な輪郭の図示は省略してある。図４の形状はバルク６０の一例であり、バルク６０は、図６のバルク６０ａ－６０ｃのように、様々な形状であってよい。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。ＥＡメンバ２０（第１ＥＡメンバ２１、第２ＥＡメンバ２２）は、車両前後方向に交差する平面でカットした断面形状が、車両前後方向の位置によらず同じである。ＥＡメンバ２０（第１ＥＡメンバ２１、第２ＥＡメンバ２２）は、金属（典型的にはアルミニウム）の押出成形で作られる。

１個のバルク６０は１本のボルト３１でロッカ１０に固定される。１個のバルク６０は複数のボルトでロッカ１０に固定されてもよい。１個のバルク６０を固定する複数のボルトのそれぞれにカラー３０が挿通されており、それぞれのボルトがカラー３０を介してＥＡメンバ２０をロッカ１０に固定する構造であってもよい。

電池パック４０が電源の一例である。電池パックは、複数の電池セルを収容している。一対のロッカ１０の間に配置される電源は、電池パック４０に限られず、燃料電池、あるいはキャパシタを収容しているデバイスであってもよい。

ＥＡメンバ２０（第１ＥＡメンバ２１と第２ＥＡメンバ２２）は、中空の角筒形状をなしている梁である。従って、「第１ＥＡメンバ」は「第１梁」と称してもよく、「第２ＥＡメンバ」は「第２梁」と称してもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：車体 ３：車体下部構造 １０：ロッカ １１：ロッカインナパネル １１ａ、１２ａ：下フランジ １１ｂ、１２ｂ：上フランジ １２：ロッカアウタパネル １３：底板 ２０：エネルギ吸収メンバ（ＥＡメンバ） ２１：第１ＥＡメンバ ２２：第２ＥＡメンバ ３０：カラー ３１、３３：ボルト ３２、３４：ナット ４０：電池パック ４１：ロアカバー ４２：アッパカバー ４３：電池セル ４４：支持板 ４５：クロスメンバ ５０：フロアパネル ５１：センターピラー ６０、６０ａ－６０ｃ：バルク

Claims (4)

1. 車体のそれぞれの側方下部に配置されており、車体前後方向に延びている中空の一対のロッカと、
   前記ロッカの内部に配置されているバルクと、
   一対の前記ロッカの間に配置されている電源と、
   前記電源と連結されているとともに一対の前記ロッカのそれぞれの下方に位置している中空の一対のエネルギ吸収メンバと、
   を備えており、
   前記エネルギ吸収メンバが前記ロッカと前記バルクに固定されている、車体下部構造。
2. 前記エネルギ吸収メンバと前記バルクは同じボルトで前記ロッカに共締めされている、請求項１に記載の車体下部構造。
3. 前記エネルギ吸収メンバと前記ロッカの間にはカラーが挟まれており、前記ボルトが前記カラーを通っている、請求項２に記載の車体下部構造。
4. 前記バルクが、車体のセンターピラーの下に配置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の車体下部構造。

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