JP2009057031A - 燃料電池車両のシャーシフレーム - Google Patents
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Abstract
【課題】サイドメンバーの後側キックアップ部の補強構造を改善した燃料電池車両のプラットホーム用シャーシフレームを提供する。
【解決手段】 本発明は、燃料電池車両の上側のアッパーボディと共に燃料電池車両の車体下部を構成する部材であって、車体の前後方向に長く配置される長手方向部材である2つのサイドメンバーと、前記2つのサイドメンバー間に設置される複数のクロスメンバーを含む燃料電池車両のシャーシフレームにおいて、前記各サイドメンバーの後側キックアップ部に設置され、キックアップ部を補強する役割を兼ねるサスペンションアームブラケットは、その前端部が後側キックアップ部の前端部のベンディング部分を下側から完全にカバーするように延長設置され、前記サスペンションアームブラケットの後端には開口部上側に補強壁が一体に形成されることを特徴とする。
【選択図】 図10
【解決手段】 本発明は、燃料電池車両の上側のアッパーボディと共に燃料電池車両の車体下部を構成する部材であって、車体の前後方向に長く配置される長手方向部材である2つのサイドメンバーと、前記2つのサイドメンバー間に設置される複数のクロスメンバーを含む燃料電池車両のシャーシフレームにおいて、前記各サイドメンバーの後側キックアップ部に設置され、キックアップ部を補強する役割を兼ねるサスペンションアームブラケットは、その前端部が後側キックアップ部の前端部のベンディング部分を下側から完全にカバーするように延長設置され、前記サスペンションアームブラケットの後端には開口部上側に補強壁が一体に形成されることを特徴とする。
【選択図】 図10
Description
本発明は、燃料電池車両のシャーシフレームに係り、更に詳しくは、燃料電池車両の車体下部を構成する燃料電池車両プラットホーム用シャーシフレームに関する。
世界の自動車産業は100年以上もガソリンおよびディーゼル内燃機関を中心に急速な成長を遂げてきたが、最近になって環境規制とエネルギーの大幅高騰、化石燃料の枯渇問題など非常に大きな変化に直面している。
そこで、先進国を中心として世界各国の自動車メーカーは、環境に優しい自動車開発のための熾烈な競争を展開しており、高度の先端技術を必要とする未来型自動車の技術開発に、多大の努力をしている。
そこで、先進国を中心として世界各国の自動車メーカーは、環境に優しい自動車開発のための熾烈な競争を展開しており、高度の先端技術を必要とする未来型自動車の技術開発に、多大の努力をしている。
特に、直面している化石燃料の枯渇問題を解決しながらより環境に優しい製品を開発しなければならないという時代の要請に応じて、最近各自動車メーカーは電気モータを動力源として使用する電気自動車に対する研究を活発に進めている。
現在最も活発に研究されている電気自動車としては、燃料電池システムを搭載した車両がある。
燃料電池システムが搭載された車両では、燃料として使用される水素を燃料電池スタックに供給して電気を生産し、燃料電池スタックにより生産された電気で電気モータを作動させて車両を駆動させる。
現在最も活発に研究されている電気自動車としては、燃料電池システムを搭載した車両がある。
燃料電池システムが搭載された車両では、燃料として使用される水素を燃料電池スタックに供給して電気を生産し、燃料電池スタックにより生産された電気で電気モータを作動させて車両を駆動させる。
燃料電池システムは、燃料が持っている化学エネルギーを燃焼により熱に変えるのではなく、燃料電池スタック内で電気化学的に直接電気エネルギーに変換させる一種の発電システムである。
燃料電池システムは、電気エネルギーを発生させる燃料電池スタック、燃料電池スタックに燃料(水素)を供給する燃料供給システム、燃料電池スタックに電気化学反応に必要な酸化剤である空気中の酸素を供給する空気供給システム、燃料電池スタックの反応熱をシステムの外部に除去し、燃料電池スタックの運転温度を制御する熱および水管理システムとで構成される。
燃料電池システムは、電気エネルギーを発生させる燃料電池スタック、燃料電池スタックに燃料(水素)を供給する燃料供給システム、燃料電池スタックに電気化学反応に必要な酸化剤である空気中の酸素を供給する空気供給システム、燃料電池スタックの反応熱をシステムの外部に除去し、燃料電池スタックの運転温度を制御する熱および水管理システムとで構成される。
このような構成の燃料電池システムでは、燃料である水素と空気中の酸素による電気化学反応により電気を発生させ、反応副産物として熱と水を排出する。
現在、自動車用として多く使用されている燃料電池スタックは、出力密度が高い固体高分子電解質型燃料電池(PEMFC)である。
一方、従来の燃料電池車両では、モノコックボディーと呼ばれるボックスタイプの車体が使用され、これはフレームのような骨組みを持たない構造となっている。
このようなモノコックボディーは、エンジンルーム、キャビンスペース、トランクルームなどが形成される薄いパネルと補強メンバーを適切に組み合わせた構造であり、外部の力をボディー全体に分散させる。
現在、自動車用として多く使用されている燃料電池スタックは、出力密度が高い固体高分子電解質型燃料電池(PEMFC)である。
一方、従来の燃料電池車両では、モノコックボディーと呼ばれるボックスタイプの車体が使用され、これはフレームのような骨組みを持たない構造となっている。
このようなモノコックボディーは、エンジンルーム、キャビンスペース、トランクルームなどが形成される薄いパネルと補強メンバーを適切に組み合わせた構造であり、外部の力をボディー全体に分散させる。
このような従来の車体構造では、燃料電池スタックに供給される空気を加湿するための加湿器、燃料電池水素と空気中の酸素による電気化学反応により電気を発生させる燃料電池スタック、燃料タンクである水素タンクから供給される水素の圧力を調節し、燃料電池スタックに供給するFPSなどがモノコックボディーのエンジンルーム内部に搭載され、複数の水素タンクはボディのリアフロア下側に搭載される。
しかし、燃料電池車両に搭載される加湿器および燃料電池スタックなどは相当な重量を持つ重量部品である。
従って、これらの重量部品をモノコックボディーのエンジンルーム内部に装着する場合、成形された薄いパネルを組み合わせたボディーは強度に耐えられず、外部からの力に対して非常に脆弱であるため、これに十分な強度を与えるためにボディー構造が複雑になるなど多くの問題があった。
しかし、燃料電池車両に搭載される加湿器および燃料電池スタックなどは相当な重量を持つ重量部品である。
従って、これらの重量部品をモノコックボディーのエンジンルーム内部に装着する場合、成形された薄いパネルを組み合わせたボディーは強度に耐えられず、外部からの力に対して非常に脆弱であるため、これに十分な強度を与えるためにボディー構造が複雑になるなど多くの問題があった。
このような問題を解決するために、燃料電池車両の専用プラットホーム構造として、図1に示すように、エンジンルーム、キャビンスペース、トランクルームなどが区分されるように薄いパネルおよび補強メンバーを適切に組み合わせて構成したアッパーボディー(既存モノコックボディー)100と、前後方向部材である2個のサイドメンバー210に複数のクロスメンバー(横部材)222,223、バンパー補強メンバー231,232などを結合して構成したシャーシフレーム200を含む車体構造が適用される。
この構造では、燃料電池車両のフレームボディーとして、車体下部を形成するシャーシフレーム200が追加され、上側のアッパーボディー100と共にシャーシフレーム200が燃料電池車両の車体を形成しながら、加湿器11、燃料電池スタック12、FPS13、水素タンク14など主要燃料電池システム部品をマウントするようになっている。
アッパーボディー100は、既存の内燃機関車両のモノコックボディと同様に、ルーフ101、フィラー102、フェンダー103、フード104、トランクのふた(図示せず)、ダッシュパネル(図示せず)、センターフロア105、リアフロア106などで構成され、このような各構成部は薄いパネルを成形して製作される。
アッパーボディー100は、シャーシフレーム200の上に載せて組立てられ、アッパーボディー100を、マウントして締結するためにシャーシフレーム200にはアッパーボディーと結合される複数のボディーマウント部217が形成されている。
アッパーボディー100は、既存の内燃機関車両のモノコックボディと同様に、ルーフ101、フィラー102、フェンダー103、フード104、トランクのふた(図示せず)、ダッシュパネル(図示せず)、センターフロア105、リアフロア106などで構成され、このような各構成部は薄いパネルを成形して製作される。
アッパーボディー100は、シャーシフレーム200の上に載せて組立てられ、アッパーボディー100を、マウントして締結するためにシャーシフレーム200にはアッパーボディーと結合される複数のボディーマウント部217が形成されている。
以下、図2と図3を参照して燃料電池車両の車体に適用されるシャーシフレームについて更に詳しく説明する。
図に示す通り、シャーシフレーム200は、長手方向部材と横部材から組立てられた構成となっており、車体の前後方向に長く配置される長手方向部材である2つのサイドメンバー210との間に横に設置される横部材である第1〜4クロスメンバー221〜224、フロントバンパー補強メンバー231およびリアバンパー補強メンバー232、その他の補強メンバーを含めて構成される。また、上側のアッパーボディーをマウントするために複数のボディーマウント部217が具備されている。
図に示す通り、シャーシフレーム200は、長手方向部材と横部材から組立てられた構成となっており、車体の前後方向に長く配置される長手方向部材である2つのサイドメンバー210との間に横に設置される横部材である第1〜4クロスメンバー221〜224、フロントバンパー補強メンバー231およびリアバンパー補強メンバー232、その他の補強メンバーを含めて構成される。また、上側のアッパーボディーをマウントするために複数のボディーマウント部217が具備されている。
シャーシフレーム200において、各サイドメンバー210は、フロントメンバー211、センターメンバー212、リアメンバー213で構成される。これらの3個のメンバー211,212,213が長手方向に連結された2個のサイドメンバー210は、サイドメンバー210間に配置される第1、第2、第3、第4クロスメンバー221〜224と溶接結合してシャーシフレーム200が構成される。
更に、シャーシフレーム200において、各サイドメンバー210にはアッパーボディーのセンターフロア部分を低くするためにキックアップ部214,215が形成される。
これは図3に示す通り、センターメンバー212に連結されるフロントメンバー211の後端部とリアメンバー213の前端部を下向きに傾けて成形された部分であり、フロントおよびリアメンバー211,213とセンターメンバー212との段差によりキックアップ部が形成される。
更に、シャーシフレーム200において、各サイドメンバー210にはアッパーボディーのセンターフロア部分を低くするためにキックアップ部214,215が形成される。
これは図3に示す通り、センターメンバー212に連結されるフロントメンバー211の後端部とリアメンバー213の前端部を下向きに傾けて成形された部分であり、フロントおよびリアメンバー211,213とセンターメンバー212との段差によりキックアップ部が形成される。
図3に示す通り、サイドメンバー210のフロントメンバー211とセンターメンバー212に段差を設けて前側キックアップ部214が形成され、サイドメンバーのセンターメンバー212とリアメンバー213に段差を設けて後側キックアップ部215が形成されている。
各サイドメンバー210を構成するフロントメンバー211、センターメンバー212、リアメンバー213の上下方向の段差は、車両レイアウトによって決定される。フロントメンバー211およびリアメンバー213は、サスペンション装置の構造などを考慮して上下方向の位置が決定され、センターメンバー212はアッパーボディのセンターフロアとの十分な間隔確保を考慮して上下方向の位置が決定される。
図3の図面符号219はキックアップ形状を補完しながらサスペンションアームを装着するためのサスペンションアームブラケットを示す。
各サイドメンバー210を構成するフロントメンバー211、センターメンバー212、リアメンバー213の上下方向の段差は、車両レイアウトによって決定される。フロントメンバー211およびリアメンバー213は、サスペンション装置の構造などを考慮して上下方向の位置が決定され、センターメンバー212はアッパーボディのセンターフロアとの十分な間隔確保を考慮して上下方向の位置が決定される。
図3の図面符号219はキックアップ形状を補完しながらサスペンションアームを装着するためのサスペンションアームブラケットを示す。
一方、図に示したシャーシフレームでは下記のような問題点があった。
まず、後方からの衝突時、図4に示すように、シャーシフレーム200の後側キックアップ部215を中心として屈折現象が発生する。このような屈折現象は、衝突エネルギーの吸収能力を低下させる。
勿論、後側キックアップ部215にサスペンションアームブラケット219が設置され、このサスペンションアームブラケット219が後側キックアップ部を補強する役割を兼ねている。しかし、図5と図6に示すように、サスペンションアームブラケット219の前方で後側キックアップ部215が容易に屈折する構造となっており、更に、サスペンションアームブラケット219は、後方が内部空間の完全に開放された単純な‘U’断面構造で、後側キックアップ部215の下面に溶接されているため、十分な補強機能を発揮できない。
まず、後方からの衝突時、図4に示すように、シャーシフレーム200の後側キックアップ部215を中心として屈折現象が発生する。このような屈折現象は、衝突エネルギーの吸収能力を低下させる。
勿論、後側キックアップ部215にサスペンションアームブラケット219が設置され、このサスペンションアームブラケット219が後側キックアップ部を補強する役割を兼ねている。しかし、図5と図6に示すように、サスペンションアームブラケット219の前方で後側キックアップ部215が容易に屈折する構造となっており、更に、サスペンションアームブラケット219は、後方が内部空間の完全に開放された単純な‘U’断面構造で、後側キックアップ部215の下面に溶接されているため、十分な補強機能を発揮できない。
後側キックアップ部の屈折現象を減らすためにキックアップ量(サイドメンバー間の段差)を減らさなければならないが、これは車両レイアウトの制約を受けるため現実的に不可能である。
即ち、図7に示すように、サイドメンバー210のセンターメンバー212は、アッパーボディーのセンターフロアとの十分な間隔確保のために、また、サイドメンバー210のリアメンバー213はサスペンション構造により、メンバー間の段差を調整することができない。
特開2005−199952号公報
即ち、図7に示すように、サイドメンバー210のセンターメンバー212は、アッパーボディーのセンターフロアとの十分な間隔確保のために、また、サイドメンバー210のリアメンバー213はサスペンション構造により、メンバー間の段差を調整することができない。
本発明は前記のような問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的はサイドメンバーの後側キックアップ部の補強構造を改善した燃料電池車両のプラットホーム用シャーシフレームを提供することにある。
本発明は、燃料電池車両の上側のアッパーボディと共に燃料電池車両の車体下部を構成する部材であって、車体の前後方向に長く配置される長手方向部材である2つのサイドメンバーと、前記2つのサイドメンバー間に設置される複数のクロスメンバーを含む燃料電池車両のシャーシフレームにおいて、前記各サイドメンバーの後側キックアップ部に設置され、キックアップ部を補強する役割を兼ねるサスペンションアームブラケットは、その前端部が後側キックアップ部の前端部のベンディング部分を下側から完全にカバーするように延長設置され、前記サスペンションアームブラケットの後端には開口部上側に補強壁が一体に形成されることを特徴とする。
前記サスペンションアームブラケットの内部には垂直補強板が横に設置されてブラケットを補強し、下部面には水素タンク装着のための孔が形成されることを特徴とする。
本発明の燃料電池車両用シャーシフレームによると、各サイドメンバーの後側キックアップ部に設置されたサスペンションアームブラケットの形状を改善し、後側キックアップ部を補強することで、後方からの衝突時に後側キックアップの屈折現象を効果的に減らすことができ、車体の衝突性能を向上させることができる。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例について詳しく説明する。
本発明による燃料電池車両のシャーシフレームは、各サイドメンバーに設置したサスペンションアームブラケットの形状を改善し、後側キックアップ部の形状を補強したものである。
図8は、本発明による燃料電池車両のシャーシフレームを図示した側面図であり、図9は図8のシャーシフレームの後側キックアップ部を拡大して図示した側面図で、本発明による形状が改善されたサスペンションアームブラケットの装着状態を示したものである。
図10は図9に示したサスペンションアームブラケットの後方斜視図である。
図に示す通り、本発明のシャーシフレーム200は、各サイドメンバー210の後側キックアップ部215にサスペンションアームが締結されるサスペンションアームブラケット219が固定されて後側キックアップ部の補強役割を担っている。
図8は、本発明による燃料電池車両のシャーシフレームを図示した側面図であり、図9は図8のシャーシフレームの後側キックアップ部を拡大して図示した側面図で、本発明による形状が改善されたサスペンションアームブラケットの装着状態を示したものである。
図10は図9に示したサスペンションアームブラケットの後方斜視図である。
図に示す通り、本発明のシャーシフレーム200は、各サイドメンバー210の後側キックアップ部215にサスペンションアームが締結されるサスペンションアームブラケット219が固定されて後側キックアップ部の補強役割を担っている。
即ち、図9に示す通り、側面から見た時、サスペンションアームブラケット219は、サイドメンバー210の後側キックアップ部215区間の下側に溶接結合されて傾斜したキックアップ形状を補完し、サイドメンバー210の傾斜した後側キックアップ部215区間の下側を略三角形状でカバーする側面形状と、‘U’断面構造を有する形状に成形される。
サスペンションアームブラケット219は、その前端部(後側キックアップ部に装着された状態で車体およびシャーシフレームの前後方向を基準として前側部分)が後側キックアップ部215の前端部のベンディング部分を下側から完全にカバー(図9の‘P1’部分参照)するように延長設置される。
サスペンションアームブラケット219は、その前端部(後側キックアップ部に装着された状態で車体およびシャーシフレームの前後方向を基準として前側部分)が後側キックアップ部215の前端部のベンディング部分を下側から完全にカバー(図9の‘P1’部分参照)するように延長設置される。
更に、サスペンションアームブラケット219は、縁に沿ってフランジ219aが形成され、このフランジ219aが、サイドメンバー210の後側キックアップ部215区間の下部表面に溶接される。サスペンションアームブラケット219の両側面にはサスペンションアームを装着するための孔219bが形成されており、サスペンションアームブラケット219の下面には水素タンク装着のための孔219cが形成されている。
また、サスペンションアームブラケット219の後端には、開口部上側に略垂直に形成された補強壁219dが一体形成され、内部には垂直補強板219eが横に溶接結合されてブラケットを補強するようになっている。
垂直補強板219eは、縁に沿って形成されたフランジ219e−1がサスペンションアームブラケット219の内側面に溶接される。
また、サスペンションアームブラケット219の後端には、開口部上側に略垂直に形成された補強壁219dが一体形成され、内部には垂直補強板219eが横に溶接結合されてブラケットを補強するようになっている。
垂直補強板219eは、縁に沿って形成されたフランジ219e−1がサスペンションアームブラケット219の内側面に溶接される。
本発明のシャーシフレームには、後側キックアップ部215補強のために、後部に補強壁219dが一体形成され、内部には垂直補強板219eが横に固定設置され、下面には水素タンク装着のための孔219cが形成されたサスペンションアームブラケット219が取付けられている。サスペンションアームブラケット219は、サスペンションアームを装着するためのブラケットの役割を担うとともに、衝突時に後側キックアップ部215の屈折現象を効果的に減らすことのできるキックアップ部補強構造の役割および水素タンク装着用ブラケットの役割を有している。
図9に示す通り、本発明によるサスペンションアームブラケット219は、図5の従来の構造と比較した場合、サイドメンバー210の後側キックアップ部215への取付け区間を長くして補完する構造(サスペンションアームブラケットにより支持および補強される区間が拡張される)である。これにより、従来の衝突時のキックアップ部の屈折現象が主に発生していたブラケット前方位置部分を下側で堅固に支える形態となり(図9の‘P1’部分参照)、屈折現象を効果的に防止することができる。
更に、サスペンションアームブラケット219の後部に設置された補強壁219dと内部に設置された垂直補強板219eが、ブラケットのキックアップ部の補強役割を補完しながら、衝突時にキックアップ部の全般的な形状変形を最小にするようになっている。
更に、サスペンションアームブラケット219の後部に設置された補強壁219dと内部に設置された垂直補強板219eが、ブラケットのキックアップ部の補強役割を補完しながら、衝突時にキックアップ部の全般的な形状変形を最小にするようになっている。
このように、モノコックボディー(アッパーボディー)にシャーシフレームが装着された燃料電池車両の車体構造では、専用プラットホームの特性上、モノコックボディーのセンターフロア基準面を上方に設定することが困難であり、従って、サイドメンバーのセンターメンバーとリアメンバー間の段差が大きくなるレイアウト上の欠陥を有するが、本発明のシャーシフレームによると、サスペンションアームブラケットの形状を改善し、水素タンクの装着はもちろん、後側キックアップ部の形状を補強する構造とすることで従来のようなレイアウトの欠陥を解消することができ、また、後側キックアップ部の欠陥(衝突時の屈折現象発生)を効果的に解消することができる。
11 加湿器
12 燃料電池スタック
13 FPS
14 水素タンク
100 アッパーボディー(既存モノコックボディー)
101 ルーフ
102 フィラー
103 フェンダー
104 フード
105 センターフロア
106 リアフロア
200 シャーシフレーム
210 サイドメンバー
211 フロントメンバー
212 センターメンバー
213 リアメンバー
214,215 キックアップ部
217 ボディーマウント部
219 サスペンションアームブラケット
219c 孔
219d 補強壁
219e 垂直補強板
200 シャーシフレーム
221 第1クロスメンバー
222 第2クロスメンバー
223 第3クロスメンバー
224 第4クロスメンバー
231,232 バンパー補強メンバー
12 燃料電池スタック
13 FPS
14 水素タンク
100 アッパーボディー(既存モノコックボディー)
101 ルーフ
102 フィラー
103 フェンダー
104 フード
105 センターフロア
106 リアフロア
200 シャーシフレーム
210 サイドメンバー
211 フロントメンバー
212 センターメンバー
213 リアメンバー
214,215 キックアップ部
217 ボディーマウント部
219 サスペンションアームブラケット
219c 孔
219d 補強壁
219e 垂直補強板
200 シャーシフレーム
221 第1クロスメンバー
222 第2クロスメンバー
223 第3クロスメンバー
224 第4クロスメンバー
231,232 バンパー補強メンバー
Claims (3)
- 燃料電池車両の上側のアッパーボディと共に燃料電池車両の車体下部を構成する部材であって、車体の前後方向に長く配置される長手方向部材である2つのサイドメンバーと、前記2つのサイドメンバー間に設置される複数のクロスメンバーを含む燃料電池車両のシャーシフレームにおいて、前記各サイドメンバーの後側キックアップ部に設置され、
キックアップ部を補強する役割を兼ねるサスペンションアームブラケットは、その前端部が後側キックアップ部の前端部のベンディング部分を下側から完全にカバーするように延長設置され、前記サスペンションアームブラケットの後端には開口部上側に補強壁が一体に形成されることを特徴とする燃料電池車両のシャーシフレーム。 - 前記サスペンションアームブラケットの内部には垂直補強板が横に設置されてブラケットを補強するようになっていることを特徴とする請求項1記載の燃料電池車両のシャーシフレーム。
- 前記サスペンションアームブラケットの下部面には水素タンク装着のための孔が形成されることを特徴とする請求項1記載の燃料電池車両のシャーシフレーム。
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KR1020070088768A KR100974736B1 (ko) | 2007-09-03 | 2007-09-03 | 연료전지 차량의 샤시 프레임 |
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