JP7487705B2

JP7487705B2 - フロア構造

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Publication number: JP7487705B2
Application number: JP2021077801A
Authority: JP
Inventors: 雅之吉川; 健一一之瀬; 宏行西村; 道生安西
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2024-05-21
Anticipated expiration: 2041-04-30
Also published as: JP2022171254A; CN115257960A; US20220348067A1; CN115257960B

Description

本発明は、フロアの下側に電池パックを搭載する車両のフロア構造、特に電磁波遮蔽の構造に関する。

電気自動車やハイブリッド車では、駆動用のモータに電力を供給するために比較的大きな電池パックを搭載する。一方、車両は車室などの容積をできるだけ大きくしたいという要求があり、電池パックが車室フロア下（床下）に搭載される場合が多い（特許文献１参照）。

特開平０６－２１９３３６号公報

ここで、地面から電池パックの下面までの距離を固定すると、そこから電池パックの厚み（収容される電池セル群の高さ）、フロア位置、乗員の位置と下から順番に配置が決まる。車両としては、乗員位置が低くできれば、デザインの自由度が広がり、いわゆる共通プラットフォームで様々なバリエーションが可能となる。電池パック内の電池セルを接続する配線から電池パックの外に電力を送る高電圧配線は、インバータもしくは高電圧分岐ＢＯＸに接続し、駆動源であるモータに電流を送電する役割を担っている。高額な高電圧配線の長さを最小限にするには電池パックの前端部にコネクタを設けて最短距離でインバータへつなぐ必要がある。

この配置では、コネクタ部がちょうど前席乗員の足元の位置の下方、すなわち足元位置からフロアパネルを隔てた下側近傍に位置する。このため、高電圧配線から電流ノイズが発生する場合、その電磁波の遮蔽をするために足元位置の下方を覆う鋼板を設定したり、コネクタ部や高電圧配線の遮蔽構造を設けたりする必要があるが、場合によっては、試作台数の増加や試験回数の増大、質量の増加、コストに負担がかかる対策となる可能性がある。

本発明に係るフロア構造は、フロアの下側に電池パックを搭載するとともに、前記電池パックの前端部に高電圧配線が接続されるコネクタ部が設けられ、コネクタ部が、乗員の足下位置の下方となるフロアパネル及びフロアトンネルの下方に配置されている車両のフロア構造であって、前記フロアを構成するフロアパネルと、前記フロアパネルの中央部分において、車両前後方向に伸びるフロアトンネルと、前記フロアパネルおよび前記フロアトンネルの前方に位置するダッシュロアパネルと、上面視において、前記フロアパネル、前記フロアトンネル、および前記ダッシュロアパネルの３つが重畳されてスポット溶接される隅部の溶接部分を覆い、かつ前記隅部の溶接部分よりも車両左右方向に位置し、前記フロアパネルおよび前記ダッシュロアパネルの２つが重畳されてスポット溶接される複数の溶接部分においては、前記隅部の溶接部分の隣に位置する溶接部分と、さらに隣に位置する溶接部分の２点のみを覆う電磁波遮蔽パネルと、を含む。

前記電磁波遮蔽パネルは、車両前方および上方に伸び、ダッシュロアパネルの前方であって、上方から伸びるインストルメントパネルで覆われている部分まで伸びるとよい。

本発明によれば、比較的簡単な構成で、乗員の足元の電磁波を効果的に遮蔽することができる。

車両の全体構成を模式的に示す図である。車室内のフロアの構成を模式的に示す斜視図である。車室の前下部についての側方から見た断面を模式的に示した図である。車室の前方下部（左半分）の電流を示す図（平面視）であり、電磁波遮蔽パネル４０を設けない場合を示す図である。車室の前方下部（左半分）の電流を示す図（平面視）であり、電磁波遮蔽パネル４０を設ける場合を示す図である。床材料の違いによる磁界強度の差を示す図である。電磁波遮蔽パネル４０の大きさを変更した例を示す図である。図６に示した電磁波遮蔽パネル４０－１、４０－２、４０－３の足元付近の磁界強度の変化の度合いを示す図である。ダッシュロアパネル３４、フロアパネル２０の両方と締結している溶接点数が３点の電磁波遮蔽パネル４０－２について、電気抵抗率を変化させた場合の磁界遮蔽効果を示す図である。鉄鋼材の電気抵抗率と、シリコン（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）の成分比の関係を示す図である。電磁波遮蔽パネル４０の他の構成例を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

「全体構成」
図１は、車両の全体構成を模式的に示す図である。この例において、車両１０は、４つの車輪１２を有し、前方にコンパートメントルーム１４、後方にラゲッジルーム１６、中間部分に車室１８を有する。車室１８の床にはフロアパネル２０が配置され、フロアパネル２０の下側に電池パック２２が配置される。

電池パック２２の前方には電池パック２２内の電池セルを接続する配線と外部に接続するためのコネクタ部２４が設けられる。

コンパートメントルーム１４内には、インバータや高電圧分岐部などが収容される機器ボックス２６が配置され、この機器ボックス２６とコネクタ部２４とが高電圧ケーブル２８によって接続される。

また、機器ボックス２６には、駆動モータ３０が接続されており、電池パック２２からの電力は、機器ボックス２６内のインバータを介し駆動モータ３０に供給される。駆動モータ３０には車輪１２が機械的に接続されており、アクセル操作量などに応じてインバータを制御することで、駆動モータ３０の出力が制御され、駆動モータ３０の駆動力によって車両が走行する。

また、乗員の足元の前方には、ダッシュパネル３６が配置されて、車室１８と、前方のコンパートメントルーム１４を仕切っており、ダッシュパネル３６の上方のウインドシールドガラスとの間には、計器等を搭載するインストルメントパネル３８が配置されている。

「電磁波遮蔽パネル」
図２は、車室内のフロアの構成を模式的に示す斜視図であり、ここでは、車室内の前席側の床部分が示されている。フロアパネル２０は、右席側の右フロアパネル２０－２と左席側の左フロアパネル２０－１に分割されており、車室内の左右前席の下方に位置する。フロアパネル２０の前方には、やや上方に向けて傾斜するダッシュロアパネル３４が配置される。そして、ダッシュロアパネル３４も右席側と左席側に分割されており、フロアパネル２０、ダッシュロアパネル３４の右席側と左席側の間（中央部分）には車両前後方向に伸びるフロアトンネル３２が配置されている。フロアトンネル３２は、左右のフロアパネル２０、ダッシュロアパネル３４より上方側に凸でその内部は下方が開口する断面四角形状の空間になっている。従って、フロアトンネル３２の内部空間にケーブル等が収容される。フロアパネル２０、ダッシュロアパネル３４、フロアトンネル３２の前端には上方に伸びるダッシュパネル３６が配置され、前方のコンパートメントルーム１４と車室１８とを仕切っている（図１参照）。また、ダッシュパネル３６の上部には、インストルメントパネル３８の下部が至っており、ダッシュパネル３６の上部をインストルメントパネル３８の下部が覆っている。

そして、フロアパネル２０、ダッシュロアパネル３４、フロアトンネル３２の３つが接続される隅部に金属製の電磁波遮蔽パネル４０が配置されている。なお、この例では、下からフロアパネル２０、ダッシュロアパネル３４、フロアトンネル３２の順で上面視において重畳されており、その上に電磁波遮蔽パネル４０が配置されて、スポット溶接される。

ここで、図においては、左席側の電磁波遮蔽パネル４０のみを示したが、右席側についても同様の隅部に電磁波遮蔽パネル４０を設けるとよい。また、高電圧ケーブル２８は、フロアトンネル３２内の一方側に偏って配置される場合もあり、その場合には高電圧ケーブル２８に近い側の隅部のみに電磁波遮蔽パネル４０を設けることもできる。さらに、運転者なしで走行することは通常ないので、運転席側のみに電磁波遮蔽パネル４０を設けることもできる。

図３は、車室の前下部についての側方から見た断面を模式的に示した図である。フロアパネル２０の下側には、電池パック２２が配置され、電池パック２２の前方に配置されたコネクタ部２４と、機器ボックス２６が高電圧ケーブル２８で接続される。この高電圧ケーブル２８の中間部分は、二点鎖線で示したフロアトンネル３２内を通る。なお、図において、高電圧ケーブル２８は、黒太線で示してある。

図４Ａ、図４Ｂは、車室の前方下部（左半分）の電流を示す図（平面視）であり、図４Ａは電磁波遮蔽パネル４０を設けない場合、図４Ｂは電磁波遮蔽パネル４０を設ける場合を示す。図４Ａに示すように、高電圧ケーブル２８に流れる電流（高周波ノイズ）に応じて、磁界が発生し、これにより誘起される電流がダッシュロアパネル３４の下端に沿って流れ、これがスポット溶接部分（溶接点）を介しフロアパネル２０の前端エッジに分岐して流れてこの電流による電磁波が室内に放射される。このフロアパネル２０の前端エッジは、図示のように乗員の足元位置に対応しており、電磁波の放射を抑制することが好ましい。

本実施形態では、図４Ｂに示すように、金属製の電磁波遮蔽パネル４０をフロアパネル２０、ダッシュロアパネル３４、フロアトンネル３２の３つが接続される隅部に配置してある。従って、高電圧ケーブル２８の高周波ノイズにより誘起される電流の一部が電磁波遮蔽パネル４０のフロアトンネル３２に沿った端部に分岐して流れ、これによって足元位置側に流れる電流を減少して、電磁波の放射を抑制することができる。

すなわち、フロアパネル２０、フロアトンネル３２などの下にあるコネクタ部２４や高電圧ケーブル２８から発する電磁波は、金属製（この例では鋼板）で構成されるフロアパネル２０、ダッシュロアパネル３４、フロアトンネル３２などの遮蔽効果によりその磁界を妨げる方向に渦電流が生じる。この渦電流によって室内に磁界が生じるが、フロアパネル２０の前端部ではそのエッジ方向に電流の向きが揃うことになるので、そこに比較的高い磁界を生じる傾向があり、特にフロアパネル２０の前端、およびダッシュロアパネル３４の下端のエッジに沿って車両左右方向（車両幅方向）に流れる傾向がある。本実施形態では、電磁波遮蔽パネル４０によって、エッジに流れる電流を減少し、車室内への電磁波の放射を抑制する。

「材質について」
ここで、軽量化により高張力鋼が開発され、同時に成形性を高める成分（Ｓｉなど）が含まれると、鋼板としての電気抵抗が高まる。ダッシュロアパネル３４に高張力鋼を採用すると、スポット打点を介しフロアパネル２０へ流れる分流成分が強まり、フロアパネル２０のエッジでの電流が強くなる。そこで、フロアパネル２０に生じる渦電流の源流部（コネクタ部２４の近傍であり、ダッシュロアパネル３４、フロアトンネル３２との接続部）に電磁波遮蔽パネル４０を設置し、フロアパネル２０の前端エッジに流れ込む電流の一部について電磁波遮蔽パネル４０を介し、後方への分流成分を増やすことで、フロアパネル２０の前端エッジへの成分を分散させる。なお、後方への分流成分が増加すること場合、前方への分流成分も増加する。

本実施形態では、コネクタ部２４上方で左右方向（車両幅方向）に伸びるダッシュロアパネル３４と車両前後方向に伸びるフロアトンネル３２が車両平面視でＴの字に接合される。そして、フロアトンネル３２の左右両側であって、ダッシュロアパネル３４の後方側に、フロアトンネル３２と左フロアパネル２０－１、フロアトンネル３２と右フロアパネル２０－２がその中央側および前方側のエッジに形成された略Ｌ字フランジ部において接合される。

特に、フロアパネル２０（２０－１）のＬ字フランジ角部（前方中央側）においては、電磁波遮蔽パネル４０をダッシュロアパネル３４、フロアトンネル３２、フロアパネル２０（２０－１）の３部品と一緒にスポット打点で結合される。そして、ダッシュロアパネル３４の上方にはダッシュパネル３６が配置される。

ここで、高電圧ケーブル２８の電流に起因して、フロアパネル２０の前端に流れる電流により乗員の足元付近に発生する磁界は、床等を構成する部材の材料の電気抵抗率（導電率の逆数）に依存する。

ダッシュパネル３６、ダッシュロアパネル３４、フロアパネル２０、フロアトンネル３２などの材質によって、足元に発生する磁界が影響を受ける。

＜実験例１：電磁波遮蔽パネルなし＞
例えば、材料の鋼材として、Ａ：ＳＰＣ２７０（冷間圧延鋼材の材料名）相当の低電気抵抗材料（電気抵抗率：１４．３μΩ・ｃｍ）と、Ｂ：高張力鋼相当の高電気抵抗材料（電気抵抗率：２５．０μΩ・ｃｍ）を選択し、下記条件１，２で足元付近の磁界を測定してみた。
条件１：
ダッシュパネル３６：Ａ、ダッシュロアパネル３４：Ｂ、フロアパネル２０：Ａ、フロアトンネル３２：Ｂ、
条件２：
ダッシュパネル３６：Ａ、ダッシュロアパネル３４：Ａ、フロアパネル２０：Ａ、フロアトンネル３２：Ａ、

この結果を図５に示す。このように、条件１の方が、条件２に比べ磁界強度が大きく、その差は約８ｄＢであった。これより、ダッシュロアパネル３４、フロアトンネル３２に高張力鋼を採用すると、ダッシュロアパネル３４，フロアトンネル３２からスポット打点を介しフロアパネル２０へ流れる分流成分が強まり、フロアパネル２０のエッジでの電流が強くなることが確認された。

なお、本実施形態では、条件１を採用している。

「電磁波遮蔽パネル溶接点数」
図６には、電磁波遮蔽パネル４０の大きさを変更した例を示す。この例では、３つの形状の電磁波遮蔽パネル４０－１、４０－２、４０－３を用いた。図６では、３つの電磁波遮蔽パネル４０－１、４０－２、４０－３を重畳して表示しているが、３つは独立してそれぞれ設置して実験を行った。

３つの電磁波遮蔽パネル４０－１、４０－２、４０－３は、その中央側がフロアトンネル３２に突き当たって上方に折れ曲がり、上端部において前後方向の３点（３つの溶接部分４０ａ，４０ｂ，４０ｃ）でフロアトンネル３２に溶接されている。また、折れ曲がる手前において、フロアトンネル３２の左端部（フランジ）と、フロアパネル２０の右端の両方と２点（２つの溶接部分４０ｄ、４０ｃ）で溶接されている。そして、フロアトンネル３２の左端部（フランジ）と、フロアパネル２０の右前角と、ダッシュロアパネル３４の後右角とが重畳する部分（３つの部材が重畳している角部）の１点（１つの溶接部分４０ｆ）でこれらと溶接されている。

そして、３つの電磁波遮蔽パネル４０－１、４０－２、４０－３はその車両左右方向（車両幅方向）の長さが異なり、フロアパネル２０の前端と、ダッシュロアパネル３４の後端とが重畳する部分をカバーする大きさが異なっている。

電磁波遮蔽パネル４０－１はフロアパネル２０の前端、およびダッシュロアパネル３４の後端と１点（溶接部分４０ｇ）、電磁波遮蔽パネル４０－２は２点（溶接部分４０ｇ、４０ｈ）、電磁波遮蔽パネル４０－３は３点（溶接部分４０ｇ，４０ｈ，４０ｉ）でスポット溶接されている。

そして、上述したように、３つの電磁波遮蔽パネル４０－１、４０－２、４０－３は、フロアトンネル３２、フロアパネル２０、ダッシュロアパネル３４が重畳する部分の１点で溶接されているので、３つの電磁波遮蔽パネル４０－１、４０－２、４０－３のフロアパネル２０およびダッシュロアパネル３４と溶接されている点数は、それぞれ２点，３点，４点となる。

図７には、電磁波遮蔽パネル４０－１、４０－２、４０－３の足元付近の磁界強度の変化の度合いを示してある。これより、溶接が奇数点の場合、磁界強度が小さくなり、低減効果があり、偶数点では効果が得られないことが分かった。

「電磁波遮蔽パネル４０の電気抵抗率σ」
図８は、電気抵抗率２５．０μΩ・ｃｍの高張力鋼のダッシュロアパネル３４、電気抵抗率１４．３μΩ・ｃｍのＳＰＣ２７０のフロアパネル２０の両方と締結している溶接点数が３点の電磁波遮蔽パネル４０－２について、電磁波遮蔽パネル４０の電気抵抗率を変化させた場合の磁界遮蔽効果を示す図である。

図中Ａ点は、ＳＰＣ２７０材相当の電気抵抗率１４．３μΩ・ｃｍの場合であり、Ｂ点は、高張力鋼相当の電気抵抗率２５．０μΩ・ｃｍの場合である。これより、電磁波遮蔽パネル４０の電気抵抗率がダッシュロアパネル３４と同じ高張力鋼相当（Ｂ）の場合、効果が大きく、フロアパネル２０と同じＳＰＣ２７０相当の（Ａ）の場合、効果が小さくなる。

このように、電磁波遮蔽パネル４０の電気抵抗率を、ダッシュロアパネル３４の電気抵抗率と比較的近いものとすることで、乗員足元の磁界を低減できる。

高張力鋼相当とＳＰＣ２７０材相当との差異（Δσ＝Ｂ－Ａ）に対し、高張力鋼よりも電気抵抗率が小さい範囲では、高張力鋼から０．２５倍の範囲まで、大きい範囲内では０．５倍の範囲までが、より効果が得られる範囲となる。

ここで、電気抵抗率は鉄鋼材に含まれるシリコン（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）に依存することがわかっている（住友金属技報ｖｏｌ．３３ｎｏ４１９８１年「高張力薄板鋼のスポット溶接性」参照）。図９に、鉄鋼材の電気抵抗率σと、シリコン（Ｓｉ）、マンガン（Ｍｎ）、クロム（Ｃｒ）の成分比の関係を示す。
σ＝１３．５５５６・Ｘ＋１４．０８８

ここで、Ｘ＝Ｓｉ（％）＋０．２５（Ｍｎ（％）＋Ｃｒ（％））、σ：電気抵抗率（μΩ・ｃｍ）である。

そこで、図８に示すように、磁界低減効果がある電磁波遮蔽パネル４０の成分比を決定することが可能となる。すなわち、電磁波遮蔽パネル４０について、上述した電気抵抗率を満足する鉄鋼材について、その組成（Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒの成分比％）により決定することができる。

なお、上述の例の場合、効果がある電気抵抗率σは、２２．３～３０．４μΩ・ｃｍ、Ｘの範囲は０．６～１．２であった。

「他の実施形態」
図１０には、電磁波遮蔽パネル４０の他の構成例を示す。この例では、電磁波遮蔽パネル４０の前方が、インストルメントパネル３８の下部にまで延長されている。また、電磁波遮蔽パネル４０の前方端は、図において点線で示されているように、インストルメントパネル３８の下方においてさらに前方まで伸びてもよいし、またインストルメントパネル３８の表面上を伸びてもよい。

インストルメントパネル３８は、上方から降りてくるパネルであり、乗員はこの上に足を置くことは通常ない。従って、電磁波遮蔽パネル４０をここまで延長することで、乗員の足元の磁界を十分低減することができる。

１０車両、１２車輪、１４コンパートメントルーム、１６ラゲッジルーム、１８車室、２０フロアパネル、２２電池パック、２４コネクタ部、２６機器ボックス、２８高電圧ケーブル、３０駆動モータ、３２フロアトンネル、３４ダッシュロアパネル、３６ダッシュパネル、４０電磁波遮蔽パネル。

Claims

フロアの下側に電池パックを搭載するとともに、前記電池パックの前端部に高電圧配線が接続されるコネクタ部が設けられ、コネクタ部が、乗員の足下位置の下方となるフロアパネル及びフロアトンネルの下方に配置されている車両のフロア構造であって、
前記フロアを構成するフロアパネルと、
前記フロアパネルの中央部分において、車両前後方向に伸びるフロアトンネルと、
前記フロアパネルおよび前記フロアトンネルの前方に位置するダッシュロアパネルと、
上面視において、前記フロアパネル、前記フロアトンネル、および前記ダッシュロアパネルの３つが重畳されてスポット溶接される隅部の溶接部分を覆い、かつ前記隅部の溶接部分よりも車両左右方向に位置し、前記フロアパネルおよび前記ダッシュロアパネルの２つが重畳されてスポット溶接される複数の溶接部分においては、前記隅部の溶接部分の隣に位置する溶接部分と、さらに隣に位置する溶接部分の２点のみを覆う電磁波遮蔽パネルと、
を含む、
フロア構造。
請求項１に記載のフロア構造であって、
前記電磁波遮蔽パネルは、車両の前方および上方に伸び、ダッシュロアパネルの前方であって、上方から伸びるインストルメントパネルで覆われている部分まで伸びる、
フロア構造。