JP7044013B2

JP7044013B2 - 車両下部構造

Info

Publication number: JP7044013B2
Application number: JP2018158015A
Authority: JP
Inventors: 一真乙黒; 良次土井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2018-08-27
Publication date: 2022-03-30
Anticipated expiration: 2038-08-27
Also published as: EP3616957A1; CN110901362A; JP2020032738A; US20200062318A1; US10994788B2; CN110901362B; EP3616957B1

Description

本発明は、フロアパネルの下に電池パックを搭載する車両の下部構造に関する。

近年、電動車両では、電池パックを車両の床下に搭載する場合が多い。特許文献１には、内部にバッテリを収容するケーシングの内側に車両幅方向に延びるクロスメンバを配置し、クロスメンバが配置された位置のケーシング外面に車両幅方向に突出するブラケットを取り付け、このブラケットを車体の下側に接続して車両の床下に取り付ける電池パックの構造が記載されている。

特開２０１４－１９２０３号公報

ところで、電動車両では、衝突の際に電池パックの損傷を抑制することが求められている。また、電池パックが床下に搭載される場合には路面との干渉により電池パックが損傷する場合があり、路面との干渉の際の電池パックの損傷を抑制することも求められている。特許文献１に記載された従来技術では、クロスメンバが車両幅方向に取り付けられているので、車両幅方向の剛性が高く、車両の側面からの衝突の際に電池パックの変形を少なくして損傷を抑制することができる。

しかし、車両前後方向の剛性が低いため、車両が前突した場合に車両前方からの衝撃により電池パックが変形、損傷する可能性がある。また、車両が走行中に路面と干渉した場合には車両前方からの衝撃が電池パックに入り、電池パックが変形、損傷する可能性がある。

そこで、本発明は、床下に搭載された電池パックの損傷を抑制することを目的とする。

本発明の車両下部構造は、車両幅方向両側に配置され、車両前後方向に延びる一対のサイドメンバと、車両幅方向に延びて両端部がそれぞれ前記サイドメンバに接続され、前記サイドメンバの間のフロアパネルの下側に配置された電池パックの底部を下側から支持する複数のクロスメンバと、車両前後方向に延びて複数の前記クロスメンバに掛け渡されるように接続される前後方向補強部材と、を有し、前記クロスメンバと前記前後方向補強部材とは、底板と、底板の幅方向の両端に立設された立ち上がり板とで構成される溝形部と、溝形部の開放端に接続されたフランジとを有するハット形断面の長手部材であり、前記前後方向補強部材は、前記クロスメンバと交差する位置の立ち上がり板に前記クロスメンバの溝形部の凸形状に沿ったＵ字状の切欠き部が設けられており、前記前後方向補強部材の溝形部の底板が前記クロスメンバの溝形部の底板に重ね合わせて接続されていることを特徴とする。

このように、電池パックを下側から支持する複数のクロスメンバに掛け渡すように前後方向補強部材を接続することにより、車両前方からサイドメンバを介してクロスメンバに入る車両前後方向の衝突力を前後方向補強部材に分担させて、電池パックが変形、損傷することを抑制することができる。また、クロスメンバの間に側面からポールが衝突した場合に、クロスメンバが車両前後方向に開くことを抑制できるので、電池パックの変形、損傷を抑制することができる。

このように、前後方向補強部材の溝形部の底板がクロスメンバの溝形部の底板に重ね合わせて接続されているので、前後方向補強部材とクロスメンバとの接続強度が大きくなり、車両前方からサイドメンバを介してクロスメンバに入る車両前後方向の衝突力が大きい場合でも車両前後方向補強部材に衝突力を分担させて、電池パックが変形、損傷することを抑制することができる。

本発明の車両下部構造において、前記前後方向補強部材のフランジは、隣接する前記クロスメンバの対向する立ち上がり板の間では、車両前後方向に延びて前記クロスメンバのフランジに重ね合わせて接続されており、前記前後方向補強部材が前記クロスメンバと交差する部分では、前記クロスメンバの溝形部の凸形状に沿ってＵ字形に折れ曲がって、前記クロスメンバの溝形部の立ち上がり板と底板とに重ね合わせられていることとしてもよい。

この構成により、クロスメンバの溝形部が前後方向補強部材のフランジのＵ字形に折れ曲がった部分で車両前後方向と車両上下方向に保持されるので、側面からクロスメンバの間にポールが衝突した場合に、クロスメンバが車両前後方向に開くことをより効果的に抑制できるので、電池パックの変形、損傷を抑制することができる。また、前後方向補強部材の溝形部の底板とクロスメンバの溝形部の底板とが接続されており、前後方向補強部材のフランジがクロスメンバのフランジに重ね合わせて接続されており、且つ、クロスメンバの溝形部が前後方向補強部材のフランジのＵ字形に折れ曲がった部分で車両前後方向と車両上下方向に保持されているので、クロスメンバと前後方向補強部材とが一体の平面状構造体を構成し、車両前後方向或いは車両幅方向からの入力を効果的に分散することができる。これにより、衝突時或いは路面干渉時の電池パックの変形、損傷を抑制することができる。

本発明の車両下部構造において、前記クロスメンバは、車両幅方向の両端側に中央部分よりも強度の低い強度低下部が設けられており、前記前後方向補強部材は、前記強度低下部の車両幅方向中央側に隣接した位置で前記クロスメンバに掛け渡されていること、としてもよい。

これにより、側方からの衝突の際にクロスメンバの強度低下部が衝突のエネルギーを吸収して衝撃を和らげると共に、強度の高いクロスメンバの中央部分と前後方向補強部材で電池パックを保持するので、側面からの衝突の際に電池パックの変形、損傷を抑制することができる。

本発明の車両下部構造において、前記クロスメンバの前記強度低下部が、前記電池パックの車両幅方向の外面よりも車両幅方向の外側に位置しており、前記前後方向補強部材は、前記電池パックの車両幅方向の外面よりも車両幅方向内側に位置してもよい。

これにより、側面からの衝突の際に、サイドメンバと電池パックとの間の領域で衝撃を吸収することができ、電池パックの変形、損傷を抑制することができる。

本発明は、床下に搭載された電池パックの損傷を抑制することができる。

実施形態の車両下部構造を車両下側から見た斜視図である。実施形態の車両下部構造を車両下側から見た平面図である。図２に示すＡ部の詳細斜視図（クロスメンバと前後方向補強部材との交差接続部の斜視図）である。図２に示すＢ－Ｂ断面（前後方向補強部材の幅方向中央におけるクロスメンバと前後方向補強部材の長手方向の立断面図）である。図２に示すＣ－Ｃ断面（前後方向補強部材のフランジにおけるクロスメンバと前後方向補強部材の長手方向の立断面図）である。

＜車両下部構造の構成＞
以下、図面を参照しながら実施形態の車両下部構造１００について説明する。以下説明する各図に示す矢印ＦＲ、矢印ＵＰ、矢印ＲＨは、車両の前方向（進行方向）、上方向、右方向をそれぞれ示している。また、各矢印ＦＲ、ＵＰ、ＲＨの反対方向は、車両後方向、下方向、左方向を示す。以下、単に前後、左右、上下の方向を用いて説明する場合は、特に断りのない限り、車両前後方向の前後、車両左右方向（車両幅方向）の左右、車両上下方向の上下を示すものとする。

図１に示すように、車両下部構造１００は、フロアパネル１０の下側に電池パック２０を搭載するものである。車両下部構造１００は、一対のサイドメンバ１４と、複数のクロスメンバ３０と、複数の前後方向補強部材４０とを備えている。

フロアパネル１０は、車室の床を構成する板部材である。サイドメンバ１４は、フロアパネル１０の車幅方向両側に配置され、車両前後方向に延びる骨格部材である。サイドメンバ１４は、ハット形断面のサイドメンバアッパ１２とサイドメンバロア１３とを互いの開放端同士をフロアパネル１０を介して接合して閉断面構造としたものである。

サイドメンバロア１３の底壁には、上下方向に貫通する孔が設けられており、孔の中心と同軸に底壁の上側面にナット５２が溶接されている。この孔とナット５２とはサイドメンバ１４の車両前後方向に沿ってクロスメンバ３０が配置される車両前後方向の位置と対応する位置に複数設けられている。

クロスメンバ３０は、車両幅方向に延びるハット形断面の長手部材であり、両端部がそれぞれサイドメンバ１４のサイドメンバロア１３に接続されている。クロスメンバ３０は、サイドメンバ１４の間のフロアパネル１０の下側に配置された電池パック２０のケーシング２１底部を下側から支持する。

クロスメンバ３０は、強度の高い中央部分３１と、車両幅方向の両端側に配置される中央部分３１よりも強度の低い強度低下部３２と、を有している。強度低下部３２は、図１、図２において、クロスハッチングで示す部分である。本実施形態では、強度低下部３２は、中央部分３１とは別部材で構成されて、溶接で中央部分３１に接続されている。そして、材質を変更したり、厚みを変更したりすることで容易に強度を調整することができる。また、断面積を変更したり、切欠きを設けたりすることにより強度低下部３２を構成することもできる。なお、強度低下部３２と中央部分３１との接続は、溶接に限らず、他の締結手段でもよい。

図１に示すように、クロスメンバ３０の強度低下部３２は、カラー５３を介してサイドメンバロア１３にボルト５１で接続されている。ボルト５１は、強度低下部３２に設けられた孔、カラー５３に挿通され、サイドメンバロア１３の底壁に溶接されたナット５２にねじ込まれ、強度低下部３２をサイドメンバロア１３に固定する。

前後方向補強部材４０は、車両前後方向に延びるハット形断面の長手部材であり、複数のクロスメンバ３０の中央部分３１に掛け渡されるように接続されている。本実施形態では、前後方向補強部材４０は、車両幅方向の中央と、車両幅方向両側でクロスメンバ３０の強度低下部３２の車両幅方向中央側に隣接した位置とでクロスメンバ３０の中央部分３１に掛け渡されている。この場合、クロスメンバ３０の強度低下部３２が、電池パック２０の車両幅方向の外面よりも車両幅方向の外側に位置しており、車両幅方向両側の前後方向補強部材４０は、電池パック２０の車両幅方向の外面よりも車両幅方向内側でクロスメンバ３０の中央部分３１に掛け渡されていてもよい。

図２に示すように、一対のサイドメンバ１４は、車両前方の車両幅方向両側に配置されて前後方向に延びる一対のフロントサイドメンバ１６に接続されている。フロントサイドメンバ１６はフロントコンパートメント１７の車両幅方向両側に配置されて前後方向に延びる骨格部材である。フロントコンパートメント１７は、ダッシュパネル１５で車室と仕切られて車両前方でパワーユニットやエンジンを収容する部分である。フロントサイドメンバ１６の前端にはクラッシュボックス１８が接続され、クラッシュボックス１８の前方には車両幅方向に延びるバンパリーンフォース１９が取付けられている。バンパリーンフォース１９は、車両が前突した場合に衝撃力が入力される部材であり、クラッシュボックス１８は、衝撃力を吸収する部材である。

図３に示すように、クロスメンバ３０の中央部分３１と前後方向補強部材４０とは、溝形部３１ｃ，４０ｃとフランジ３１ｆ，４０ｆとを有するハット形断面の長手部材である。中央部分３１の溝形部３１ｃは底板３５と、底板３５の幅方向の両端に立設された立ち上がり板３６と、で構成されている。また、前後方向補強部材４０の溝形部４０ｃも同様に底板４１と、底板４１の幅方向の両端に立設された立ち上がり板４２とで構成されている。クロスメンバ３０の中央部分３１のフランジ３１ｆは、電池パック２０のケーシング２１の下側の外面を支持している。

図３，４に示すように、前後方向補強部材４０は、中央部分３１と交差する位置の溝形部４０ｃの立ち上がり板４２に中央部分３１の溝形部３１ｃの凸形状に沿ったＵ字状の切欠き部４３が設けられている。そして、溝形部４０ｃの底板４１が中央部分３１の溝形部３１ｃの底板３５の外面に重ね合わせられて接続されている。交差部分の溝形部４０ｃの底板４１には、孔４７が設けられており、孔４７の周縁と中央部分３１の底板３５とが溶接で固定されている。

また、図３，５に示すように、前後方向補強部材４０のフランジ４０ｆは、隣接する中央部分３１の対向する立ち上がり板３６の間では、前後方向に水平に延びており、中央部分３１と交差する部分では、中央部分３１の溝形部３１ｃの凸形状に沿ってＵ字形に折れ曲がっている。中央部分３１と交差する部分は、溝形部３１ｃの車両前後方向の立ち上がり板３６に沿って上下方向に延びる立ち上がり部分４５と、溝形部３１ｃの車両下側の底板３５に沿って車両前後方向に延びる下側部分４６とで構成されている。下側部分４６の車両下側の表面は、溝形部４０ｃの底板４１の車両下側の面と同一面となっている。

前後方向補強部材４０のフランジ４０ｆの一般部４４は、中央部分３１のフランジ３１ｆの上に重ね合わされ、図３の×印で示すようにスポット溶接されている。また、立ち上がり部分４５は、溝形部３１ｃの立ち上がり板３６に重ね合わされており、下側部分４６は、溝形部３１ｃの底板３５に重ね合わされている。図３の×印で示すように、下側部分４６は溝形部３１ｃの底板３５にスポット溶接されている。

以上説明したように、隣接する中央部分３１の溝形部３１ｃの各底板３５は、前後方向補強部材４０の溝形部４０ｃの底板４１で接続されている。また、隣接する中央部分３１の各フランジ３１ｆは、前後方向補強部材４０のフランジ４０ｆの一般部４４で車両前後方向に接続されている。そして、各中央部分３１の溝形部３１ｃの立ち上がり板３６と底板３５の外表面には前後方向補強部材４０のフランジ４０ｆの立ち上がり部分４５と下側部分４６とが重ね合わされている。このように、前後方向補強部材４０のフランジ４０ｆは、中央部分３１の溝形部３１ｃの凸形状に沿ってＵ字形に折れ曲がって、中央部分３１の溝形部３１ｃの立ち上がり板３６と底板３５の外表面に重ね合わせられている。従って、中央部分３１の溝形部３１ｃは立ち上がり部分４５と下側部分４６とで車両前後方向と車両上下方向に保持されている。

＜車両下部構造の作用および効果＞
以上説明した車両下部構造１００を搭載した車両が前突すると、図２に示すバンパリーンフォース１９に衝撃力が入力される。この衝撃力は、フロントサイドメンバ１６を介してサイドメンバ１４に入力される。そして、サイドメンバ１４に入力された衝撃力は、車両前方に配置されたクロスメンバ３０に伝達される。車両前方に配置されたクロスメンバ３０に入力された衝撃力は、複数のクロスメンバ３０に掛け渡すように接続された前後方向補強部材４０に伝達される。そして、前後方向補強部材４０が車両前方からの衝撃力を分担する。これにより、クロスメンバ３０が後退して電池パック２０が変形、損傷することを抑制することができる。

また、隣接するクロスメンバ３０が前後方向補強部材４０によって接続されているので、クロスメンバ３０の間に側面からポールが衝突した場合に、クロスメンバ３０が車両前後方向に開くことを抑制できるので、電池パック２０の変形、損傷を抑制することができる。

また、車両下部構造１００は、前後方向補強部材４０の溝形部４０ｃの底板４１がクロスメンバ３０の中央部分３１の底板３５の外面に重ね合わせて溶接接続されているので、前後方向補強部材４０とクロスメンバ３０との接続強度が大きくなり、車両前方からサイドメンバ１４を介して車両前方に配置されたクロスメンバ３０に入る車両前後方向の衝突力が大きい場合でも前後方向補強部材４０に衝突力を分担させて、電池パック２０が変形、損傷することを抑制することができる。

更に、車両下部構造１００は、前後方向補強部材４０の溝形部４０ｃの底板４１とクロスメンバ３０の中央部分３１の溝形部３１ｃの底板３５とが接続されており、前後方向補強部材４０のフランジ４０ｆの一般部４４が中央部分３１のフランジ３１ｆに重ね合わせて接続されており、且つ、クロスメンバ３０の中央部分３１の溝形部３１ｃが前後方向補強部材４０のフランジ４０ｆのＵ字形に折れ曲がった部分で車両前後方向と車両上下方向に保持されているので、クロスメンバ３０と前後方向補強部材４０とが一体の平面状構造体を構成する。このため、車両が前突した際にサイドメンバ１４から車両前方のクロスメンバ３０に伝達された衝撃力は、複数の前後方向補強部材４０と複数のクロスメンバ３０に分散され、クロスメンバ３０と前後方向補強部材４０とで構成される平面状構造体の変形が抑制される。同様に、側面からの衝突の場合も、側面からの衝突力が、複数の前後方向補強部材４０と複数のクロスメンバ３０に分散され、クロスメンバ３０と前後方向補強部材４０とで構成される平面状構造体の変形が抑制される。これにより、クロスメンバ３０によって支持されている電池パック２０の変形、損傷を抑制することができる。

また、車両が走行中に路面と干渉し、車両前方からの衝撃力がクロスメンバ３０、或いは前後方向補強部材４０に入った場合でも、衝撃力が複数の前後方向補強部材４０と複数のクロスメンバ３０に分散され、クロスメンバ３０と前後方向補強部材４０とで構成される平面状構造体の変形が抑制される。これにより、路面との干渉が発生した場合でもクロスメンバ３０によって支持されている電池パック２０の変形、損傷を抑制することができる。

また、車両下部構造１００のクロスメンバ３０は、車両幅方向の両端側に中央部分３１よりも強度の低い強度低下部３２が設けられており、前後方向補強部材４０は、強度低下部３２の車両幅方向中央側に隣接した位置で中央部分３１に掛け渡されている。これにより、側方からの衝突の際に強度低下部３２が衝突のエネルギーを吸収して衝撃を和らげると共に、強度の高い中央部分３１と前後方向補強部材４０で構成される平面状構造体で電池パック２０を保持するので、側面からの衝突の際に電池パック２０の変形、損傷を抑制することができる。

なお、強度低下部３２は、電池パック２０の車両幅方向の外面よりも車両幅方向の外側に位置しており、前後方向補強部材４０は、電池パック２０の車両幅方向の外面よりも車両幅方向内側に配置してもよい。この場合、側面からの衝突の際に、サイドメンバ１４と電池パック２０との間の領域で衝撃を吸収することができ、電池パック２０の変形、損傷を抑制することができる。

以上説明した実施形態の車両下部構造１００では、前後方向補強部材４０の溝形部４０ｃの底板４１がクロスメンバ３０の中央部分３１の底板３５の外面に重ね合わせて溶接接続されていることとして説明したが、これに限らず、前後方向補強部材４０の溝形部４０ｃの底板４１の一部に凹部を設けてこの凹部を底板３５の外面に重ね合わせるように構成してもよいし、前後方向補強部材４０の底板４１と中央部分３１の底板３５との間にスペーサを挟んで底板４１，３５を重ね合わせて溶接接続してもよい。また、溶接に代えてボルト、リベット等を用いて接続してもよい。

また、前後方向補強部材４０は、車両中央と車両幅方向両側の２本の３本として説明したが、前後方向補強部材４０の本数は３本限らず、１本或いは２本であってもよいし、４本以上であってもよい。

１０フロアパネル、１２サイドメンバアッパ、１３サイドメンバロア、１４サイドメンバ、１５ダッシュパネル、１６フロントサイドメンバ、１７フロントコンパートメント、１８クラッシュボックス、１９バンパリーンフォース、２０電池パック、２１ケーシング、３０クロスメンバ、３１中央部分、３１ｃ，４０ｃ溝形部、３１ｆ，４０ｆフランジ、３２強度低下部、３５，４１底板、３６，４２立ち上がり板、４０前後方向補強部材、４３切欠き部、４４一般部、４５立ち上がり部分、４６下側部分、４７孔、５１ボルト、５２ナット、５３カラー、１００車両下部構造。

Claims

車両下部構造であって、
車両幅方向両側に配置され、車両前後方向に延びる一対のサイドメンバと、
車両幅方向に延びて両端部がそれぞれ前記サイドメンバに接続され、前記サイドメンバの間のフロアパネルの下側に配置された電池パックの底部を下側から支持する複数のクロスメンバと、
車両前後方向に延びて複数の前記クロスメンバに掛け渡されるように接続される前後方向補強部材と、
を有し、
前記クロスメンバと前記前後方向補強部材とは、底板と、底板の幅方向の両端に立設された立ち上がり板とで構成される溝形部と、溝形部の開放端に接続されたフランジとを有するハット形断面の長手部材であり、
前記前後方向補強部材は、前記クロスメンバと交差する位置の立ち上がり板に前記クロスメンバの溝形部の凸形状に沿ったＵ字状の切欠き部が設けられており、前記前後方向補強部材の溝形部の底板が前記クロスメンバの溝形部の底板に重ね合わせて接続されていること、
を特徴とする車両下部構造。
請求項１に記載の車両下部構造であって、
前記前後方向補強部材のフランジは、隣接する前記クロスメンバの対向する立ち上がり板の間では、車両前後方向に延びて前記クロスメンバのフランジに重ね合わせて接続されており、前記前後方向補強部材が前記クロスメンバと交差する部分では、前記クロスメンバの溝形部の凸形状に沿ってＵ字形に折れ曲がって、前記クロスメンバの溝形部の立ち上がり板と底板とに重ね合わせられていること、
を特徴とする車両下部構造。
請求項１又は２に記載の車両下部構造であって、
前記クロスメンバは、車両幅方向の両端側に中央部分よりも強度の低い強度低下部が設けられており、
前記前後方向補強部材は、前記強度低下部の車両幅方向中央側に隣接した位置で前記クロスメンバに掛け渡されていること、
を特徴とする車両下部構造。
請求項３に記載の車両下部構造であって、
前記クロスメンバの前記強度低下部が、前記電池パックの車両幅方向の外面よりも車両幅方向の外側に位置しており、
前記前後方向補強部材は、前記電池パックの車両幅方向の外面よりも車両幅方向内側に位置していること、
を特徴とする車両下部構造。