JP7227573B2 - 電動車両の車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両の車体構造に関する。

一般に、電気自動車等の電動車両は、車両下部にバッテリユニットを備えている。当該バッテリユニットは、複数のバッテリモジュールがユニット化されることにより構成され、車両室のフロアの下側に搭載されている。バッテリユニットは、車体を構成する部材に取り付けられている。

バッテリユニットを搭載する電動車両の前部が衝突すると、車両室に大きな衝撃力が作用する。車両が障害物と前面衝突したときに、大きな重量を有するバッテリユニットには、車両前方側へ移動しようとする大きな慣性力が作用する。このため、バッテリユニットの上方に配置される車両室には、バッテリユニットの重量に相当する荷重が加わることになる。

この問題を解決するために、例えば特許文献１に開示されている構造が知られている。当該文献に開示されている構造は、車幅方向両側部に一対となるように配置されたフレーム部材に、バッテリユニットが支持されており、当該フレーム部材の前部が、前輪サスペンションアームを支持するサスペンションクロスメンバに接合されている。

特許第５４７７２５６号公報

前突やオフセット衝突等、車両が車両前方からの衝撃荷重を受けるとき、当該衝撃荷重による車両前部の変形を抑制するために、車両前部を構成する複数の部材に、衝撃荷重を分散させる必要がある。

上記例では、車両前方からの衝撃荷重を受けた場合、サスペンションクロスメンバで受けた荷重を、フレーム部材に分散させることができる。また、衝撃荷重を受けることによりバッテリユニットが車両前方側に移動しようとする慣性力を、フレーム部材を介してサ
スペンションクロスメンバで受けている。このため、サスペンションクロスメンバとフレーム部材の接合部に作用する負荷が増大する。

特に、オフセット衝突の場合には、衝突側となる一方の車幅方向側部が大きく変形するので、バッテリユニットの前部が懸架されている領域に変形が及ぶ可能性がある。また、上記のようなバッテリユニットの慣性力により、電池バックの懸架部の維持、すなわち懸架部の破壊や脱落等を抑制することが求められている。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、車両前方側からの衝撃荷重による車体前部の変形を抑制するために、車体を構成する部材に衝撃荷重を効率よく分散させることが可能な電動車両の車体構造を提供することである。

上記目的を達成するため本発明に係る電動車両の車体構造は、車幅方向に間隔を空けて配置されている一対のサイドメンバと、前記サイドメンバに接合され、車幅方向に延びているフロントサスペンションフレームと、前記フロントサスペンションフレームの車両後方に配置され、内部に電池ユニットを収容している電池ケースと、前記フロントサスペンションフレームの車両後方に配置され、車幅方向に延びている電池懸架クロスメンバと、を備え、前記電池懸架クロスメンバは、前記電池ケースの前部を懸架し、一対の前記サイドメンバの車幅方向間に配置され、前記サイドメンバに接合されている。当該電動車両の車体構造は、一対の前記サイドメンバよりも車幅方向内側に配置されるセンタトンネルと、前記サスペンションフレームと前記電池懸架クロスメンバとの間に配置され、一対の前記サイドメンバを接続し、前記センタトンネルの縁部に接続されているクロスメンバと、を備えている。

本発明によれば、電動車両の車体構造において、車両前方側からの衝撃荷重による車体前部の変形を抑制するために、車体を構成する部材に衝撃荷重を効率よく分散させることができる。

本発明に係る電動車両の車体構造を、車両下方から見た下面図である。 図１のサスペンションアーム及びフロントサスペンションフレームを取り外した状態の斜視図である。 図１の電池懸架クロスメンバ等を車両下方から見た斜視図である。

以下、本発明に係る電動車両の車体構造の実施形態について、図面（図１～図３）を参照して説明する。

本実施形態の電動車両は、図１に示すように、車両前部に配置された電動モータ３６及び変速機３７を有している。電動モータ３６や変速機３７は、車両室の前部を構成するダッシュパネル（図示せず）の車両前方側に配置されている。電動モータ３６は、例えば車体の前輪２０ａを駆動するための動力を提供する。

当該車体構造は、フロントサスペンションフレーム２１と、電池ユニット３１が収容された電池ケース３０と、一対のサイドメンバ１７と、後凸クロスメンバ１９と、電池懸架クロスメンバ２５と、２つのブラケット２７を有している。

電池ユニット３１は、例えば、電動モータ３６等を作動させるための電源装置である。当該電池ユニット３１は、詳細な図示は省略しているが、複数の電池モジュールがユニット化されて構成されており、大きな重量を有している。電池ユニット３１は、電池ケース３０に収容されており、当該電池ケース３０は、車両室のフロア部を構成するフロアパネル１０の車両下方側に配置されている。

電池ケース３０は、図１～図３に示すように、車両前後方向に延びている。電池ケース３０は、箱状の部材で、底面部３０ｃと、前壁部３０ａと、側壁部３０ｂに続く水平なフランジと、後壁部（図示せず）を有している。底面部３０ｃは、車両前後方向に延び、電池ユニット３１が載置されている。前壁部３０ａは、底面部３０ｃの前部から車両上方に突出し、車両前後方向に延びている。前壁部３０ａ、側壁部３０ｂのフランジ、及び後壁部は、フロアパネル１０の下面に接合されている。

電池ケース３０は、複数の補強部材３０ｄ，３０ｅを有している。当該補強部材３０ｄ，３０ｅは、図１及び図３に示すように、車両前後方向に延びている長板状の前後方向補強部材３０ｄと、車幅方向に延びている長板状の幅方向補強部材３０ｅを有している。前後方向補強部材３０ｄは、底面部３０ｃにおける車幅方向外側の縁部に接合されている。幅方向補強部材３０ｅは、両側の前後方向補強部材３０ｄに接合されている状態で、底面部３０ｃに接合されている。この例では、図３に示すように、４つの幅方向補強部材３０ｅが、車両前後方向に間隔を空けて配置されている。最前に配置された幅方向補強部材３０ｅは、後述するブラケット２７の車両後方に隣接するように配置されている。

電池ユニット３１には、電動モータ３６等に電力を供給するための電源ケーブル（図示せず）が接続されている。電源ケーブルは、配管部材３５の中に収容されている。配管部材３５は、センタトンネル１１内に配置され、電池ケース３０の前壁部３０ａに接続されている。

センタトンネル１１は、図３に示すように、フロアパネル１０の車幅方向中央が車両上方に膨出し、車両前後方向に延びている。本実施形態のセンタトンネル１１は、フロントサスペンションフレーム２１から、電池ユニット３１に向かって車両後方に延びている。図示による説明は省略しているが、当該センタトンネル１１は、後述する後凸クロスメンバ１９及び電池懸架クロスメンバ２５に対して交差するように車両前後方向に延びている。

フロントサスペンションフレーム２１は、図１に示すように、電動モータ３６や変速機３７の車両後方であって、前輪２０ａの車幅方向間に配置されており、車幅方向に延びている。フロントサスペンションフレーム２１の車幅方向両側部には、サスペンションアーム２０が取り付けられている。当該サスペンションアーム２０には、前輪２０ａが回転可能に取り付けられている。なお、図１では、前輪２０ａは仮想的に示している。

フロントサスペンションフレーム２１の前部における車幅方向両外側部には、突出部２３が設けられている。サスペンションアーム２０は、当該突出部２３と、後述する傾斜部２２ｃによって支持されている。

フロントサスペンションフレーム２１は、後部に凸形状部２２を有している。凸形状部２２は、フロントサスペンションフレーム２１の後縁部の輪郭を構成する部分であり、車両前方に凸となっている。凸形状部２２は、直線部２２ａ、湾曲部２２ｂ、傾斜部２２ｃにより構成されている。

直線部２２ａは、凸形状部２２における車幅方向中間部に配置されており、車幅方向に略直線状に延びている部分である。湾曲部２２ｂは、直線部２２ａの車幅方向両端に配置され、直線部２２ａに連続し、車幅方向外側に向かうに従い車両後方に湾曲している部分である。

傾斜部２２ｃは、湾曲部２２ｂの後端から連続して、車幅方向外側に向かうに従い車両後方に傾斜するように延びている部分である。傾斜部２２ｃの後部における上面には、後凸クロスメンバ１９が接合される接合部２２ｄが設けられている。

続いて、サイドメンバ１７及び後凸クロスメンバ１９について説明する。サイドメンバ１７及び後凸クロスメンバ１９は、車体の骨格を構成する剛性の高い部材である。サイドメンバ１７は、図１に示すように、車幅方向両側のそれぞれに配置され、車両前後方向に延びている部材であり、サイドメンバ１７の上部は、フロアパネル１０の下面に接合されている。

また、サイドメンバ１７の下部は、フロントサスペンションフレーム２１に接合されている。また、サイドメンバ１７の車幅方向外側部には、車幅方向に延びるブレース１５が接合されている。当該ブレース１５は、サイドシル１３まで延びている。サイドシル１３は、サイドメンバ１７の車幅方向外側に配置され、車両前後方向に延びている。

また、サイドメンバ１７の車幅方向内側部には、後凸クロスメンバ１９が接合されている。図２に示すように、ブレース１５の車幅方向内側部と後凸クロスメンバ１９の車幅方向外側部は、サイドメンバ１７を介して互いに対向している状態で、サイドメンバ１７に接合されている。

サイドメンバ１７は、図１に示すように、前部から車両後方に向かうに従い、車幅方向外側に傾斜している。すなわち、一対のサイドメンバ１７は、車両後方に向かうに従い互いに離れるように延び、車両下方視でハの字状に配置されている。サイドメンバ１７の後部は、サイドシル１３まで延びている。

後凸クロスメンバ１９は、フロントサスペンションフレーム２１の車両後方に、間隔を空けて配置され、車幅方向に延びている部材ある。後凸クロスメンバ１９は、センタトンネル１１を横断している状態で、センタトンネル１１の縁部に接合されている。

また、後凸クロスメンバ１９は、図１及び図２に示すように、車幅方向の両外側が車両前方に屈曲し、車両下方視で全体として車両後方に凸となるように構成されている。詳細には、後凸クロスメンバ１９の車幅方向中間部は、車幅方向に略直線状に延び、その両端に屈曲部が設けられている。屈曲部よりも車幅方向外側は、車幅方向外側に向かうに従い車両前方に傾斜するように延びている。

図１に示すように、フロントサスペンションフレーム２１の凸形状部２２と、後凸クロスメンバ１９は、互いに対向するように配置さており、凸形状部２２の傾斜部２２ｃに設けられた接合部２２ｄに、後凸クロスメンバ１９の車幅方向側部における下部が接合されている。このように配置及び接合することによって、凸形状部２２及び後凸クロスメンバ１９は、車両下方視で閉じられた枠構造を構成している。

また、接合部２２ｄは、フロントサスペンションフレーム２１とサイドメンバ１７が接合されている位置に近接するように配置されている。本実施形態では、サイドメンバ１７、ブレース１５、後凸クロスメンバ１９、フロントサスペンションフレーム２１等における互いに接合される位置が、上記の枠構造の車幅方向側部の周辺に密集するように配置されており、これにより剛性を高めている。

電池懸架クロスメンバ２５は、図１～図３に示すように、車幅方向に延びている剛性の高い部材で、電池ケース３０の前部を車両上方で懸架（支持）している。電池懸架クロスメンバ２５は、後凸クロスメンバ１９の車両後方に配置されており、一対のサイドメンバ１７の車幅方向間、すなわち一対のサイドメンバ１７の内側に配置されている。電池懸架クロスメンバ２５は、車幅方向両側部がサイドメンバ１７に接合されている状態で、サイドメンバ１７を架け渡している。また、電池懸架クロスメンバ２５は、車両上方に開口するＵ字状の横断面形状を有している。

本実施形態の電池懸架クロスメンバ２５は、図２及び図３に示すように、センタトンネル１１の形状に沿って屈曲している。この例における電池懸架クロスメンバ２５には、車幅方向に間隔を空けて２つの下側屈曲部２５ａが設けられている。各下側屈曲部２５ａは、センタトンネル１１の車幅方向両側の縁部に配置されている。電池懸架クロスメンバ２５は、各下側屈曲部２５ａからセンタトンネル１１の側壁に沿って車両上方に延び、さらに、上側屈曲部２５ｂで屈曲してセンタトンネル１１の内部の天井に沿って車幅方向に延びている。すなわち、電池懸架クロスメンバ２５は、車両前後方向視で、ハット形状となっている。

続いて、２枚のブラケット２７の構成について説明する。各ブラケット２７は、図１及び図２に示すように、車両前後方向に延びている板状の部材で、電池懸架クロスメンバ２５と電池ケース３０を繋いでいる。ブラケット２７の前部は、電池懸架クロスメンバ２５の車幅方向両側部の下面に接合されている。本実施形態では、懸架電池クロスメンバ２５と各ブラケット２７は、車両下方視で重なって配置された状態で、ボルト２８により締結されている。

また、ブラケット２７の後部は、電池ケース３０の底面部３０ｃ及び前壁部３０ａに、例えば溶接により接合されている。ブラケット２７の後部は、電池ケース３０の前壁部３０ａに面接触となるように折り曲げられ、さらに、電池ケース３０の底面部３０ｃに面接触となるように折り曲げられている。

また、ブラケット２７の後部は、前後方向補強部材３０ｄに重なって接合されている。すなわち、ブラケット２７の後部は、ブラケット２７、前後方向補強部材３０ｄ及び底面部３０ｃが３枚重ねで接合されている。

また、本実施形態の車体構造は、図１に示すように、電池懸架クロスメンバ２５の車両後方に後方フロアクロスメンバ（後方クロスメンバ）２６を有している。後方フロアクロスメンバ２６は、剛性の高い部材であり、フロアパネル１０の上面に接合されている。後方フロアクロスメンバ２６は、車幅方向に延びており、一対のサイドメンバ１７のそれぞれを横切っており、後方フロアクロスメンバ２６の車幅方向外側部は、サイドシル１３に接合されている。また、この例の後方フロアクロスメンバ２６は、ブラケット２７に車両下方視で重なっている状態で、フロアパネル１０の上面に接合されている。

本実施形態では、サイドメンバ１７とフロントサスペンションフレーム２１が接合される位置に近接する位置に、フロントサスペンションフレーム２１の凸形状部２２と後凸クロスメンバ１９で構成される枠構造が配置される。さらに、サイドメンバ１７、ブレース１５、フロントサスペンションフレーム２１等における互いに接合される位置が、上記の枠構造の車幅方向側部の周辺に密集するように配置されている。複数の部材の接合によって剛性の高い部位を車体前部に設けることにより、車両前方側からの衝撃荷重（前突やオフセット衝突）を受けたときに、当該衝撃荷重を剛性の高い部位で受け止めることが可能となる。

剛性の高い部位で衝撃荷重を受け止めることで、各部材の変形により衝撃荷重を分散させるときに、変形過程で変化する荷重条件に追従して変形中の衝撃荷重を受け止める機能も安定する。また、剛性の高い部位で受け止めた衝撃荷重を、ハの字状に配置されたサイドメンバ１７とセンタトンネル１１により、車両後方に分散させることができる。

また、衝撃荷重を受けたときに、車両前部には、電池ユニット３１が車両前方に移動しようとする慣性力が発生する。電池懸架クロスメンバ２５には、ブラケット２７を介して、慣性力による荷重が作用する。このとき、ブラケット２７が変形しつつ電池懸架クロスメンバ２５に荷重を作用させ、さらに、センタトンネル１１には、車両前方に向う荷重が伝搬される。

ブラケット２７が板状に形成されていることにより、ブラケット２７と電池懸架クロスメンバ２５の下面とが面接触となり、さらに、ブラケット２７と電池ケース３０の底面部３０ｃとが面接触となる。これにより、車両前後方向に作用する荷重に対する強度を向上させている。

車両前方からの衝撃荷重はサイドメンバ１７を介して車両後方へ伝搬し、慣性力は主にセンタトンネル１１を介して車両前方に伝搬する。

サイドメンバ１７がハの字状に配置されることにより、車両前方からの衝撃荷重の流れが、ブラケット２７を避ける方向に伝搬されるので、サイドメンバ１７に伝搬する慣性力による荷重は、センタトンネル１１に伝搬する荷重よりも小さくなる。よって、ハの字状に配置されたサイドメンバ１７により、衝撃荷重を車両後方に効果的に伝搬させることができる。

センタトンネル１１には、後凸クロスメンバ１９と電池懸架クロスメンバ２５の間に前後方向の荷重が作用する。このため、本実施形態では、図示による説明は省略しているが、センタトンネル１１における後凸クロスメンバ１９と電池懸架クロスメンバ２５の間の部分には、予め剛性強化をしておくとよい。

さらに、ブラケット２７に過大な荷重が作用することを抑制できるので、電池ユニット３１の保持を確実に行うことができる。

上記に加えて、後方フロアクロスメンバ２６を配置することより、車両前方側からの衝撃荷重は、後方フロアクロスメンバ２６を介してフロアパネル１０とサイドシル１３に分散させる。また、電池ユニット３１の慣性力は、電池懸架クロスメンバ２５から、センタトンネル１１を経由して、後方フロアクロスメンバ２６を車両前方に引っ張るように荷重が作用するので、後方フロアクロスメンバ２６が配置されている領域で、当該荷重を十分に吸収することができる。

以上の説明からわかるように本実施形態のように電動車両の車体構造を構成することにより、車両前方側からの衝撃荷重（前突もしくはオフセット衝突）を受けたときに、多くの部材に衝撃荷重を効率よく分散させることが可能となる。その結果、車体前部の変形を抑制することができる。

本実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

本実施形態では、電池ケース３０の前部は、ブラケット２７を介して電池懸架クロスメンバ２５に接続されているが、これに限らない。電池ケース３０の前部も、電池懸架クロスメンバ２５に接合されてもよい。

１０ フロアパネル
１１ センタトンネル
１３ サイドシル
１５ ブレース
１７ サイドメンバ
１９ 後凸クロスメンバ
２０ サスペンションアーム
２０ａ 前輪
２１ フロントサスペンションフレーム
２２ 凸形状部
２２ａ 直線部
２２ｂ 湾曲部
２２ｃ 傾斜部
２２ｄ 接合部
２３ 突出部
２５ 電池懸架クロスメンバ
２５ａ 下側屈曲部
２５ｂ 上側屈曲部
２６ 後方フロアクロスメンバ（後方クロスメンバ）
２７ ブラケット
２８ ボルト
３０ 電池ケース
３０ａ 前壁部
３０ｂ 側壁部
３０ｃ 底面部
３０ｄ 前後方向補強部材
３０ｅ 幅方向補強部材
３１ 電池ユニット
３５ 配管部材
３６ 電動モータ
３７ 変速機

Claims (9)

1. 車幅方向に間隔を空けて配置されている一対のサイドメンバと、
   前記サイドメンバに接合され、車幅方向に延びているフロントサスペンションフレームと、
   前記フロントサスペンションフレームの車両後方に配置され、内部に電池ユニットを収容している電池ケースと、
   前記フロントサスペンションフレームの車両後方に配置され、車幅方向に延びている電池懸架クロスメンバと、を備え、
   前記電池懸架クロスメンバは、前記電池ケースの前部を懸架し、一対の前記サイドメンバの車幅方向間に配置され、前記サイドメンバに接合されている電動車両の車体構造において、
   一対の前記サイドメンバよりも車幅方向内側に配置されるセンタトンネルと、
   前記サスペンションフレームと前記電池懸架クロスメンバとの間に配置され、一対の前記サイドメンバを接続し、前記センタトンネルの縁部に接続されているクロスメンバと、を備えていることを特徴とする、電動車両の車体構造。
2. 前記電池懸架クロスメンバには、車両前後方向に延びているブラケットが設けられ、
   前記ブラケットは、前記電池懸架クロスメンバと前記電池ケースに接合され、前記電池懸架クロスメンバと前記電池ケースを繋いでおり、
   前記ブラケットの後部は、前記電池ケースの前壁部及び底面部に面接触していることを特徴とする、請求項１に記載の電動車両の車体構造。
3. 前記電池懸架クロスメンバには、車両前後方向に延びているブラケットが設けられ、
   前記ブラケットは、前記電池懸架クロスメンバと前記電池ケースに接合され、前記電池懸架クロスメンバと前記電池ケースを繋いでおり、
   前記電池懸架クロスメンバと前記ブラケットは、車両下方視で重なって配置され、
   前記電池ケースの底面部、前記ブラケット、及び、前後方向補強部材が重ねて接合されていることを特徴とする、請求項１に記載の電動車両の車体構造。
4. 車幅方向に間隔を空けて配置されている一対のサイドメンバと、
   前記サイドメンバに接合され、車幅方向に延びているフロントサスペンションフレームと、
   前記フロントサスペンションフレームの車両後方に配置され、内部に電池ユニットを収容している電池ケースと、
   前記フロントサスペンションフレームの車両後方に配置され、車幅方向に延びている電池懸架クロスメンバと、を備え、
   前記電池懸架クロスメンバは、前記電池ケースの前部を懸架し、一対の前記サイドメンバの車幅方向間に配置され、前記サイドメンバに接合されている電動車両の車体構造において、
   前記一対の前記サイドメンバは、車両後方に向かうに従い互いに離れるように延びる末広がり部を有し、
   前記電池懸架クロスメンバには、車両前後方向に延びているブラケットが設けられ、
   前記ブラケットは、前記電池懸架クロスメンバと前記電池ケースに接合され、前記電池懸架クロスメンバと前記電池ケースを繋いでおり、
   前記ブラケットの後部は、前記電池ケースの前壁部及び底面部に面接触していることを特徴とする電動車両の車体構造。
5. 車幅方向に間隔を空けて配置されている一対のサイドメンバと、
   前記サイドメンバに接合され、車幅方向に延びているフロントサスペンションフレームと、
   前記フロントサスペンションフレームの車両後方に配置され、内部に電池ユニットを収容している電池ケースと、
   前記フロントサスペンションフレームの車両後方に配置され、車幅方向に延びている電池懸架クロスメンバと、を備え、
   前記電池懸架クロスメンバは、前記電池ケースの前部を懸架し、一対の前記サイドメンバの車幅方向間に配置され、前記サイドメンバに接合されている電動車両の車体構造において、
   前記一対の前記サイドメンバは、車両後方に向かうに従い互いに離れるように延びる末広がり部を有し、
   前記電池懸架クロスメンバには、車両前後方向に延びているブラケットが設けられ、
   前記ブラケットは、前記電池懸架クロスメンバと前記電池ケースに接合され、前記電池懸架クロスメンバと前記電池ケースを繋いでおり、
   前記電池懸架クロスメンバと前記ブラケットは、車両下方視で重なって配置され、
   前記電池ケースの底面部、前記ブラケット、及び、前後方向補強部材が重ねて接合されていることを特徴とする、電動車両の車体構造。
6. 一対の前記サイドメンバよりも車幅方向内側に配置されるセンタトンネルを有していることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の電動車両の車体構造。
7. 前記電池懸架クロスメンバは、前記センタトンネルの形状に沿って屈曲していることを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３及び請求項６のいずれか一項に記載の電動車両の車体構造。
8. 前記電池懸架クロスメンバは、
   車幅方向に間隔を空けて配置され、前記センタトンネルの車幅方向両側の縁部に配置される左右の下側屈曲部と、
   前記左右の下側屈曲部のそれぞれから前記センタトンネルの側壁に沿って車両上方に延びる左右の上側屈曲部と、
   前記左右の上側屈曲部を連結する連結部と、
   を有していることを特徴とする、請求項７に記載の電動車両の車体構造。
9. 一対の前記サイドメンバは、車両後方に向かうに従い互いに離れるように延びる末広がり部を有し、
   前記末広がり部に前記電池懸架クロスメンバが接続されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の電動車両の車体構造。

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