JP7427336B2 - 車両構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両構造に関する。

特許文献１の電気自動車のフロア構造は、フロアパネルと、フロアメンバと、バッテリフレームとを備える。

フロアメンバは、フロアパネルの裏側に接合される。フロアメンバは、両サイドメンバと、複数のクロスメンバとを有する。両サイドメンバは、フロアメンバにおける両側部に前後方向に沿って設けられる。複数のクロスメンバは、両サイドメンバの内側壁間に車幅方向に沿って取り付けられる。両サイドメンバの外側壁にはアウトリガを介してサイドシルが取り付けられている。

バッテリフレームは、フロアメンバの下面に取り付けられる。バッテリフレームは、両サイドフレームと、複数の横フレームと、複数の縦フレームとを有する。両サイドフレームは、バッテリフレームにおける両側部に前後方向に沿って設けられる。複数の横フレームと複数の縦フレームとは、両サイドフレームの内側壁間に格子状に設けられている。サイドフレームと横フレームと縦フレームとで囲まれる領域や横フレームと縦フレームとで囲まれる領域には、取り付けブラケットを介してバッテリが固定されている。両サイドフレームの上面は、両サイドメンバの下面に固定され、両サイドフレームの外側壁はアウトリガに接している。

特開平０７－１５６８３１号公報

上記電気自動車のフロア構造では、側面衝突時にサイドシルに入力される荷重は、アウトリガを介してフロアメンバとバッテリフレームとに伝達される。伝達された荷重がフロアメンバとバッテリフレームとによって受け止められることで、バッテリフレームの変形に伴うバッテリの損傷が抑制されている。側面衝突時、特にポール側面衝突時のように大きな荷重が局部に瞬間的に作用する場合、フロアメンバとバッテリフレームとで全ての荷重が受け止められると、車幅方向の加速度がバッテリ内のセルに作用するおそれがある。即ち、バッテリフレームの変形に伴うバッテリの外的損傷は抑制できても、車幅方向の加速度に伴うバッテリの内的損傷、具体的にはバッテリ内のセルの損傷は抑制できないおそれがある。

本発明の目的の一つは、側面衝突に伴うバッテリのセルの損傷を抑制できる車両構造を提供することにある。

本発明の一態様に係る車両構造は、
フロアパネルの下面の左右両側に車長方向に延びる一対のサイドメンバと、
前記フロアパネルの下面との間に所定の間隔が設けられるように前記一対のサイドメンバ間に橋渡される第一クロスメンバと、
前記第一クロスメンバの下方に配置されるバッテリと、
前記バッテリを下方から支持するように前記一対のサイドメンバ間に橋渡される第二クロスメンバと、を備え、
前記第一クロスメンバと前記第二クロスメンバとは、平面視で互いに重複し、
前記第一クロスメンバは、側面衝突によって車幅方向の中央が前記フロアパネルの下面側へ突出するように車幅方向の中央の下面に局所的に低剛性に構成される脆弱部を有する、
車両構造。

上記車両構造は、第一クロスメンバと第二クロスメンバとが平面視で重複することで、側面衝突に伴う車内側への荷重を第一クロスメンバと第二クロスメンバとで受け止められる。そのため、側面衝突の初期には、第一クロスメンバと第二クロスメンバとが屈曲することを抑制できる。上記車両構造は、第一クロスメンバが脆弱部を有することで、側面衝突の中期から後期には、側面衝突に伴う車内側への荷重によって脆弱部を起点に第一クロスメンバの車幅方向の中央をフロアパネル側へ突出するように屈曲させられる。そのため、上記車両構造は、バッテリ内のセルへ作用する車幅方向の加速度を低減することができる。したがって、上記車両構造は、側面衝突に伴うバッテリの損傷を抑制できる上に、バッテリ内のセルの損傷をも抑制できる。上記車両構造は、フロアパネルの下面と第一クロスメンバとの間に所定の間隔が設けられていることで第一クロスメンバの車幅方向の中央がフロアパネル側に屈曲してもフロアパネルを突き破ることはない。よって、上記車両構造は、第一クロスメンバの変形に伴うフロアパネルの変形を抑制できるため、フロアパネルの上部に乗員がいても乗員傷害値の悪化を抑制できる。

図１は、実施形態に係る車両構造を車両の下方から見た図である。 図２は、実施形態に係る車両構造を車両の側方から見た図である。 図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ切断線で車両構造を切断した状態を示す断面図である。 図４は、図１のＩＶ－ＩＶ切断線で車両構造を切断した状態を示す断面図である。 図５は、図３のＶ－Ｖ切断線で第一クロスメンバを切断した状態を示す断面図である。 図６は、実施形態１に係る車両構造における側面衝突後の変形状態の概略を示す断面図である。

図１から図６を参照して、本発明の車両構造の実施形態を説明する。図中の「ＦＲ」は実施形態に係る車両構造１を備える車両の前方、「ＲＲ」は後方、「ＬＨ」は左方、「ＲＨ」は右方、「ＵＰ」は上方、「ＬＷＲ」は下方を示す。

《実施形態》
〔車両構造〕
実施形態に係る車両構造１は、図１に示すように、一対のサイドメンバ３と、第一クロスメンバ４と、バッテリ５と、第二クロスメンバ６とを備える。一対のサイドメンバ３は、フロアパネル２の下面２１の左右両側において車長方向に延びる。即ち、フロアパネル２の下面２１は、一対のサイドメンバ３に固定されている。第一クロスメンバ４は、一対のサイドメンバ３間に橋渡される。バッテリ５は、第一クロスメンバ４の下方に配置される。第二クロスメンバ６は、バッテリ５を下方から支持するように一対のサイドメンバ３間に橋渡される。本形態の車両構造１の特徴の一つは、以下の要件（ａ）から要件（ｃ）の全てを満たす点にある。
（ａ）第一クロスメンバ４と第二クロスメンバ６とが平面視で重複している。
（ｂ）第一クロスメンバ４がフロアパネル２の下面２１との間に所定の間隔Ｃが設けられている。
（ｃ）第一クロスメンバ４が特定の箇所に特定の脆弱部４２を有する。
以下、各構成を詳細に説明する。

［サイドメンバ］
一対のサイドメンバ３は、図１、図２に示すように、フロアパネル２の下面２１の左右両側において車長方向に延びる。各サイドメンバ３の形状は、図３，図４に示すように、下方へ凸となるハット形状である。各サイドメンバ３は、フロアパネル２の下面２１との間に閉空間を形成する。

［第一クロスメンバ］
第一クロスメンバ４は、詳しくは後述するものの、車両の側面衝突、特にポール側面衝突によってバッテリ５に備わるセルの損傷を抑制する。第一クロスメンバ４は、図３に示すように、フロアパネル２の下面２１との間に所定の間隔Ｃが設けられるように、一対のサイドメンバ３間に橋渡される。所定の間隔Ｃとは、後述するように側面衝突によって第一クロスメンバ４がフロアパネル２側へ突出するように屈曲した際、第一クロスメンバ４がフロアパネル２の下面２１に接触しても、フロアパネル２を上方へ過度に変形させない程度の間隔が挙げられる。所定の間隔Ｃは、側面衝突によって第一クロスメンバ４がフロアパネル２側へ突出するように屈曲しても、第一クロスメンバ４がフロアパネル２の下面２１に接触しない程度の間隔であることが好ましい。

本形態の第一クロスメンバ４の数は、一つである。本形態の第一クロスメンバ４の配置箇所は、後述するバッテリ５のリア側の上方である。第一クロスメンバ４は、平面視したとき、図１、図２に示すように後述するリア側の第二クロスメンバ６と互いに重複する。

本形態とは異なり、第一クロスメンバ４の数は、複数であってもよい。第一クロスメンバ４の数が複数の場合、複数の第一クロスメンバは、車長方向に互いに間隔を空けて配置されることが挙げられる。第一クロスメンバの一つは本形態のようにバッテリ５のリア側の上方に配置され、残りの第一クロスメンバの一つはバッテリ５のフロント側の上方に配置されることが挙げられる。この場合、図１、図２に示すように、リア側の第一クロスメンバは、平面視したとき、後述するリア側の第二クロスメンバ６と互いに重複し、フロント側の第一クロスメンバは、平面視したとき、後述するフロント側の第二クロスメンバ６と互いに重複するように配置するとよい。

第一クロスメンバ４は、車幅方向に直線状に延びるように構成されている。本形態の第一クロスメンバ４は、図５に示すように、ハット形状の二つのクロスメンバ片４１を互いに接合して構成している。一方のクロスメンバ片４１は、上方へ凸となるように構成され、他方のクロスメンバ片４１は、下方へ凸となるように構成されている。両クロスメンバ片４１同士の間には、閉空間が形成される。

第一クロスメンバ４は、図３、図５に示すように、脆弱部４２を有する。脆弱部４２は、局所的に低剛性に構成される部分である。脆弱部４２は、側面衝突によって車幅方向の中央をフロアパネル２の下面２１側へ突出させる。脆弱部４２は、図３に示すように、第一クロスメンバ４の車幅方向の中央の下面に設けられる。本形態では、脆弱部４２は、上記他方のクロスメンバ片４１における車幅方向の中央の下面に設けられている。脆弱部４２は、例えば、貫通孔、上方へ凸となる溝、及び薄肉部の少なくとも一つで構成することが挙げられる。本形態の脆弱部４２は、図５に示すように、貫通孔で構成されている。

［バッテリ］
バッテリ５は、電気自動車の駆動力の発生源である。バッテリ５は、第一クロスメンバ４の下方に配置され、後述する第二クロスメンバ６の上面に載置される。バッテリ５は、図示を省略するものの、複数のセルと、複数のセルを収納するケースとを備える。

［第二クロスメンバ］
第二クロスメンバ６は、バッテリ５を下方から支持するように一対のサイドメンバ３間に橋渡される。本形態の第二クロスメンバ６の数は、図１、図２に示すように二つである。本形態とは異なり、第二クロスメンバ６の数は、単数でもよいし、三つ以上であってもよい。

二つの第二クロスメンバ６は、車長方向に互いに間隔を空けて配置されている。二つの第二クロスメンバ６のうち一方の第二クロスメンバ６は、図１に示すようにリア側に配置され、図３に示すようにバッテリ５のリア側を下方から指示する。二つの第二クロスメンバ６のうち他方の第二クロスメンバ６は、図１に示すようにフロント側に配置され、図４に示すようにバッテリ５のフロント側を下方から支持する。リア側の第二クロスメンバ６は、平面視したとき、図１、図２に示すように、第一クロスメンバ４と互いに重複する。フロント側の第二クロスメンバ６は、平面視したとき、後述する第三クロスメンバ７と互いに重複する。フロント側の第二クロスメンバ６とリア側の第二クロスメンバ６とは、配置箇所を除き、互いに同一の構成を備える。そのため、以下の説明は、単に第二クロスメンバ６と称して行う。

第二クロスメンバ６の形状は、図３、図４に示すように、下方へ凸となるＵ字状である。第二クロスメンバ６は、一端部６１と他端部６２と中間部６３とを有する。一端部６１と他端部６２とは、上方から下方に向かうにしたがって車内側に傾斜するように構成されている。即ち、一端部６１と他端部６２とは、上方から下方に向かうにしたがって互いに近づく方向に傾斜するように構成されている。一端部６１の上端は、一方のサイドメンバ３に固定される。一端部６１の下端は、中間部６３の一端につながる。他端部６２の上端は、他方のサイドメンバ３に固定される。他端部６２の下端は、中間部６３の他端につながる。中間部６３は、バッテリ５を下方から支持する。中間部６３は、車幅方向に延び、一端部６１の下端と他端部６２の下端とをつなぐ。一端部６１の下端と中間部６３の一端との間と、他端部６２の下端と中間部６３の他端との間とには、屈曲部６４が構成されている。

一端部６１と他端部６２の厚みは、中間部６３の厚さよりも厚いことが好ましい。一端部６１と他端部６２の厚みとは、車幅方向に沿った長さの最も短い箇所の長さを言い、本形態では一端部６１の上端と他端部６２の上端における車幅方向に沿った長さである。中間部６３の厚みとは、上下方向に沿った長さの最も短い箇所の長さを言い、本形態では車幅方向の中央における上下方向に沿った長さである。一端部６１及び他端部６２の厚みと中間部６３の厚みとが上記厚みの大小関係を満たすことで、後述するものの、側面衝突によって中間部６３における車幅方向の途中が下方へ突出するように屈曲し易い。特に、第二クロスメンバ６は、一端部６１の下端及び他端部６２の下端と中間部６３との間に屈曲部６４を備えることで、側面衝突による車幅方向の荷重を屈曲部６４で受けられる。そのため、中間部６３の厚みが一端部６１及び他端部６２の厚みよりも薄いことで、中間部６３は下方へ突出するように屈曲し易い。中間部６３における車幅方向の中央の上面には、上述した脆弱部４２と同様の脆弱部が設けられていてもよい。そうすれば、側面衝突に伴って中間部６３が下方へ突出するようにより変形し易い。

［その他］
本形態の車両構造１は、図４に示すように、第三クロスメンバ７を有する。第三クロスメンバ７は、第一クロスメンバ４とは異なり、フロアパネル２の下面２１との間に間隔を設けず、フロアパネル２の下面２１に固定されるように一対のサイドメンバ３に橋渡される。第三クロスメンバ７は、図１、図２に示すように、平面視でフロント側の第二クロスメンバ６と重複する。即ち、第三クロスメンバ７は、バッテリ５のフロント側の上方に位置する。第三クロスメンバ７は、車幅方向に直線状に延びるように構成されている。第三クロスメンバ７の形状は、下方へ凸となるハット形状である。第三クロスメンバ７の長手方向の一端は、一方のサイドメンバ３に固定され、第三クロスメンバ７の長手方向の他端は、他方のサイドメンバ３に固定される。第三クロスメンバ７の上記一端と他端との間は、フロアパネル２の下面２１との間に閉空間を形成するようにフロアパネル２の下面２１に固定されている。第三クロスメンバ７は、第一クロスメンバ４とは異なり、図３、図５に示す脆弱部４２を有していない。

［側面衝突時の挙動］
図６を参照して、車両の側面が電柱１００に衝突するポール側面衝突に伴う車両構造１の挙動を説明する。ポール側面衝突の初期には、電柱１００の車内側への侵入量が少ない。このとき、車内側へ荷重が第一クロスメンバ４と第二クロスメンバ６とに作用するものの、第一クロスメンバ４は上方へ突出するように屈曲せず、第二クロスメンバ６は下方へ突出するように屈曲しない。ポール側面衝突の中期から後期には、電柱１００の車内側への侵入量が増加する。このとき、図６に示すように、車内側へ荷重によって第一クロスメンバ４の車幅方向の中央は、脆弱部４２を起点にフロアパネル２側へ突出するように屈曲する。上方へ屈曲した第一クロスメンバ４は、フロアパネル２の下面２１に接触しない。また、第二クロスメンバ６の中間部６３は、下方へ突出するように屈曲する。

〔作用効果〕
車両構造１は、第一クロスメンバ４と第二クロスメンバ６とが平面視で重複することで、側面衝突の初期の車内側への荷重を第一クロスメンバ４と第二クロスメンバ６とで受け止められる。特に、第一クロスメンバ４は、車幅方向に直線状に設けられていることで、上記荷重を受け止められる。一方、第二クロスメンバ６の一端部６１と他端部６２とが上方から下方に向かうにしたがって車内側に傾斜するように構成されていることで、上記荷重が作用しても一端部６１の上端と他端部６２の上端とが車内側に向かって倒れることを抑制できる。そのため、一端部６１と他端部６２とがバッテリ５に衝突することを抑制できる。その上、第二クロスメンバ６は、一端部６１の下端及び他端部６２の下端と中間部６３との間に屈曲部６４を備えることで、上記荷重を屈曲部６４で受け止められる。したがって、車両構造１は、側面衝突の初期には、第一クロスメンバ４と第二クロスメンバ６との屈曲を抑制できる。

車両構造１は、第一クロスメンバ４が脆弱部４２を有することで、側面衝突の中期から後期には、側面衝突に伴う車内側への荷重によって脆弱部４２を起点に第一クロスメンバ４の車幅方向の中央をフロアパネル２側へ突出するように屈曲させられる。一方、第二クロスメンバ６は、一端部６１と他端部６２とが上方から下方に向かうにしたがって車内側に近づくように傾斜されている。その上、第二クロスメンバ６は、一端部６１の下端及び他端部６２の下端と中間部６３との間に屈曲部６４を備える。更に、第二クロスメンバ６は、中間部６３の厚みが一端部６１及び他端部６２の厚みよりも薄い。そのため、車両構造１は、側面衝突の中期から後期には、中間部６３を下方へ突出するように屈曲させられる。よって、車両構造１は、バッテリ５内のセルへ作用する車幅方向の加速度を低減できる。したがって、車両構造１は、側面衝突に伴うバッテリ５の損傷を抑制できる上に、バッテリ５内のセルの損傷をも抑制できる。

車両構造１は、フロアパネル２の下面２１と第一クロスメンバ４との間に所定の間隔Ｃが設けられていることで第一クロスメンバ４の車幅方向の中央がフロアパネル２側に屈曲してもフロアパネル２を突き破ることはない。よって、車両構造１は、第一クロスメンバ４の変形に伴うフロアパネル２の変形を抑制できるため、フロアパネル２の上部に乗員がいても乗員傷害値の悪化を抑制できる。

本発明は、これらの例示に限定されず、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。例えば、上述した実施形態に係る車両構造は、第三クロスメンバに変えて第一クロスメンバが設けられていてもよい。

１ 車両構造
２ フロアパネル
２１ 下面
３ サイドメンバ
４ 第一クロスメンバ
４１ クロスメンバ片
４２ 脆弱部
５ バッテリ
６ 第二クロスメンバ
６１ 一端部
６２ 他端部
６３ 中間部
６４ 屈曲部
７ 第三クロスメンバ
１００ 電柱
Ｃ 間隔

Claims (1)

1. フロアパネルの下面の左右両側に車長方向に延びる一対のサイドメンバと、
   前記フロアパネルの下面との間に所定の間隔が設けられるように前記一対のサイドメンバ間に橋渡される第一クロスメンバと、
   前記第一クロスメンバの下方に配置されるバッテリと、
   前記バッテリを下方から支持するように前記一対のサイドメンバ間に橋渡される第二クロスメンバと、を備え、
   前記第一クロスメンバと前記第二クロスメンバとは、平面視で互いに重複し、
   前記第一クロスメンバは、側面衝突によって車幅方向の中央が前記フロアパネルの下面側へ突出するように車幅方向の中央の下面に局所的に低剛性に構成される脆弱部を有し、
   前記所定の間隔は、前記側面衝突によって前記第一クロスメンバが前記フロアパネルの下面側へ突出した際、前記第一クロスメンバが前記フロアパネルの下面に接触しない間隔である、
   車両構造。

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