JP2016522119A - 車体中央モジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、床板（３）を備える車体中央モジュール（１）に関し、床板（３）は、車体中央モジュール（１）の長手方向軸線（９）と平行に延びて運転席及び乗員席を収容するための２つのくぼみ（７．１、７．２）と、両くぼみ（７．１、７．２）間に延びる***（１１）とを備える。両くぼみ（７．１、７．２）間で***（１１）から２つの支持体（５）がＶ字形で上向きに延び、各支持体（５）は、車体中央モジュール（１）の長手方向軸線（９）と平行に延びる屋根梁（２３）で終端する。【選択図】 図１

Description

本発明は、床板及び複数の支持体を備える車体中央モジュールに関し、複数の支持体は、何れの場合も床板に接続され屋根ビームで終端する。

車体は、一般に、例えば自動車のモータが収納される前部モジュールと、乗客席を有する中央モジュールと、例えばセダンの場合はトランクであり、又はステーションワゴンの場合は貨物領域である後部モジュールとを備える。

車体類は一般に鋼で作成され、車体は、車体中央モジュール領域の床板として生産された支持用床構造を有する。後の工程において、運転者及び乗員用の座席及び該当する場合は後部ベンチが、床板に取り付けられる。現代の自動車の場合、支持構造体上に、自動車の側部モジュール、例えばフェンダー、Ａピラー、Ｂピラー及びＣピラーが横方向に取り付けられる。Ａピラー、Ｂピラー及びＣピラーは、横梁によって互いに接続され、車両の屋根を支持する。さらに、一般に、複数の屋根梁が、何れの場合もＢピラーとＣピラーとの間に、さらに、ＡピラーとＢピラーとの間に位置している。車体の個々の構成部品は、一般に互いに溶接され、腐食に対する適切な耐性を得るために、その後に複雑なプロセスで塗膜を与える必要がある。加えて、空洞は、腐食を促進する水、特に塩が進入できないように密封する必要がある。

車両を移動させるエネルギを節約するために、車両の軽量化に向けた努力が現在行われている。これは、例えば、密度が鋼よりも小さい材料、例えばプラスチックを用いることによって可能である。特に、非構造部品は、現在すでにプラスチックから作成される。自動車の車体の現在の構造にはさらなる欠点があり、それは、十分な安定性を達成するには多量の材料が必要とされ、これも重い重量につながることである。

故に、本発明の目的は、材料の節約及び材料の選択のおかげで、従来の車体中央モジュールよりも重量を軽くできるように構成された車体中央モジュールを提供することである。

目的は、床板を備える車体中央モジュールによって達成され、床板は、進行方向に延びて運転席及び乗員席を収容する２つのくぼみと、両くぼみ間に延びる***とを備え、両くぼみ間で***から２つの支持体がＶ字形で上向きに延び、各支持体は、車体中央モジュールの長手方向軸線と平行に延びる屋根梁で終端する。

Ｖ字形で上向きに延びる支持体を有するデザインのおかげで、車両で一般に採用される構造Ａピラー、Ｂピラー、Ｃピラーと、これらのピラーを接続する梁とを不要にできる。このおかげで、一方で材料が節約され、他方で車体中央モジュールの構造がより簡単にできる。さらなる利点は、デザインのおかげで、車体中央モジュールを生産するために代わりの材料、例えばポリマー材料も利用することができ、こうして重量をさらに減らすことができる。

車体中央モジュールの長手方向軸線と平行に延びる２つのくぼみと両くぼみ間に延びる***とを備える床板の構成のおかげで、平面パネルと比較して、床板のねじり剛性が上昇する。

車体中央モジュールの長手方向軸線は、車体中央モジュールの前部から後部に、従って残りのモジュールを備える組立後の完成した車体の前部から後部にも延びる。完成した車両では、長手方向軸線は、進行の方向に延びる向きに対応する。

本発明の１つの実施形態では、各支持体と床板との間に支柱が延びる。追加した支柱のおかげで、強度がさらに上昇する。さらに、支持体と支柱との間に横梁を位置させることができる。すると、支持体、支柱、及び横梁からなる構造はＡ字形を有することになり、Ａの脚は床板の***に接続される。

強度をさらに向上させるには、上向きに延びる両支持体も横梁によって互いに接続し、上向きに延びる両支持体が逆さまに立つＡ字形となるように構成することがさらに有利である。ここでは、「Ａ」の先端は、床板の***によって形成され、上向きに延びる支持体が***と接続される。安定性がさらに向上するのは、上向きに延びる支持体が床板に対向するそれらの側で何れの場合も二又に分かれて両部材を形成する場合であり、両部材は、車体中央モジュールの長手方向軸線に平行に延びる。両部材は、何れの場合も床板のくぼみ間にある中央***に接続される。上向きに延びる両支持体は、床板から離れる方を向いたそれらの側が二又部で終端することがさらに有利であり、屋根梁が二又部の端部に接続され、そのおかげで結果としてねじり剛性が同様に上昇する。

逆さまに立つ「Ａ」字形で上向きに延びる支持体のデザインに代えて、支持体の形状を例えば「Ｔ」又は「Ｈ」とすることも可能であり、この場合も、上向きに延びる支持体は垂直方向に対して傾斜することができる。この傾斜は、側部に向かって及び／又は進行方向に見たとき前部又は後部に向かって傾くことができる。デザインが「Ｔ」である場合、２つの支持体は軸部を形成することもでき、両支持体は、頂部から底部に又は底部から頂部に収束することもでき、結果として両支持体間には屋根に対向する側又は床に対向する側の何れかに鋭角が構成される。

車体中央モジュールの床板は、例えばサンドイッチ構造として設計することができる。この目的のために、例えば繊維強化プラスチック又は金属から形成された２枚のパネルで床板を構成し、繊維強化プラスチック又は金属で形成した２枚のパネル間に発泡体を導入することができる。これに代えて、床板を１つの部品から構成し、例えば繊維強化プラスチック又は金属を用いて、好ましくは局所的な補強リブを備えるように設計することができる。局所的な補強リブは、床板のねじり剛性を上げるのに役立つ。

ロッカーシル（rocker sills）は、例えば中空クラムシェルのデザインとし、繊維強化プラスチック又は金属から生産することができ、それらを床板に一体化することが好ましい。これに代えて、ロッカーシルは、発泡体コアを有する繊維強化プラスチック又は金属製クラムシェルとして設計することも可能である。さらに、ロッカーシルに局所的なワイヤ補強部を設けて、ロッカーシルの安定性を高めることも可能である。

上向きに延びる支持体、支柱及び横梁は、サンドイッチ構造を有し、繊維強化プラスチック又は金属から形成された２枚のパネルから形成され、間に発泡体を導入することもできる。これに代えて、支持体、支柱及び横梁は、繊維強化プラスチック又は金属で作成された中空体として設計し、それらを発泡体で充填することも可能である。さらに、支持体、支柱及び横梁は、繊維強化プラスチック又は金属で作成され、局所的な補強リブを有する単一のシェルとして設計することも可能である。加えて、プラスチック又は金属から作成され、クラムシェル状の中空な輪郭のデザインも可能である。

本発明の１つの実施形態では、座席の背もたれは、何れの場合も、１つの支持体及び１つの支柱に留める。座席の背もたれを１つの支持体及び１つの支柱に留めたおかげで、安定性が同様に向上する。

床板の各くぼみに座席シェルがまたがることがさらに有利である。ここでは、座席シェルは、何れの場合も中央***と、くぼみを区切りかつ一般にロッカーシルを形成する外側***とに留めることが好ましい。座席シェルを外側***及び中央***に留めることも安定性をさらに高めるのに役立つ。ここでは、座席シェルは、座席面を収容するのに役立ち、そのおかげで側面衝突の場合に補強を達成する利点がある。

車体中央モジュールが電気作動式自動車の構造で使用されるときは、座席シェルがまたがる両くぼみ内の空間は、バッテリの構造空間として利用することが特に有利である。この目的のため、座席シェルの下方のくぼみ内にバッテリ素子を収容することが好ましい。床板のくぼみ内のバッテリ素子の位置は、バッテリを保護するのに役立つ。両座席の下方のくぼみをバッテリ用の構造空間として利用することにより、車両は、レンジ要求（range requirement）に応じてバッテリ素子を装備することが可能になる。従って、レンジ要求が低い場合は、バッテリ素子はほとんど設けず、そのおかげでバッテリ素子が挿入されない構造空間は、追加の収納空間として利用できる。加えて、バッテリ素子の数が減少するおかげで、車両の重量ひいてはそのエネルギ要求も低減する。

座席シェルの構造は、床板又は支持体、支柱及び横梁の構造に対応することが好ましく、例えば単一シェル構造のような又はクラムシェル状の中空輪郭のようなサンドイッチ構造の形態である。

床板、支持体、支柱、横梁及び座席シェルを製造するのに繊維強化プラスチックが使用されるとき、熱可塑性樹脂系繊維強化プラスチックをマトリックス材料として採用することが特に好ましい。採用する繊維は、短繊維、長繊維又は連続繊維とすることができる。連続繊維の形態の繊維が使用されるとき、連続繊維を敷設織物（laid fabrics）、編物、織物又は無方向の形態で採用することができる。連続繊維が敷設織物、織物又は編物として採用されるとき、繊維の複数の層を互いの上に配置することが可能である。繊維敷設織物の場合、個々の層の繊維は、互いに対して捻ることができる。

繊維は、敷設織物の形態で採用することが特に好ましい。

繊維として適する材料は、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウム繊維、アラミド繊維、玄武岩繊維である。マトリックスに特に適するポリマー材料は、ポリアミド（ＰＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）又はエポキシ樹脂である。ポリアミド、ポリウレタン及びエポキシ樹脂が特に好ましい。

追加的な補強を達成するには、個々の構成部品、特に床板、支持体、支柱及び横梁にワイヤメッシュを組み込むことができる。ここでは、ワイヤメッシュのワイヤは金属で作成することが好ましい。

ワイヤに適する金属は、例えば、鋼、アルミニウム又はマグネシウムである。ワイヤ用の金属としてスチールが特に好ましい。

金属を使用して、床板、支持体、支柱又は横梁を、特に間に発泡体が導入されたクラムシェル構造又は単一シェル構造で製造する場合、金属は、スチール、アルミニウム又はマグネシウムから選ぶことが好ましい。

クラムシェル構造の場合に、繊維強化プラスチック又は金属製の２枚のシェルの間に導入した発泡体は、ポリマー発泡体であることが好ましい。適切なポリマー発泡体は、例えば、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）又はポリエステルに基づく閉じたセル又は開いたセル発泡体である。

床板、支持体、支柱及び横梁の間の接続部は、ぴったり嵌め（form-fitting）が好ましい。床板と支持体と、及び支柱と横梁とは、対応する接続点で相互に溶接することが特に好ましい。溶接された接続部とは別に、代わりの方式では、個々の部品を互いに接着して結合し、リベット留めし、ねじ留めすることも可能である。

特に支持体、支柱及び横梁が中空な輪郭として設計される場合、代わりに、プラスチック部品を中空の輪郭中に挿入して、支持体などにねじ留め又は接着して結合することも可能である。

完成した車両を製造する目的のためには、車体中央モジュールは、前部モジュール及び後部モジュールに接続される。ここでは、車体中央モジュールの設計に当たり、前部モジュール又は後部モジュールは、それぞれ車体中央モジュールに、例えば溶接又は接着を利用した結合であるぴったり嵌めの方式によって接続することができ、或いは例えばねじ留めによって圧力嵌め接続部が生じる。

複数の構成部品が互いにぴったり嵌め方式で接続されるとき、それらは、接着して互いに結合することが好ましい。

本発明の例示的な実施形態が各図に示され、以下の説明により詳細に記載される。

車体中央モジュールの三次元説明図を示す。 座席シェルが設置された車体中央モジュールの三次元説明図を示す。

図１には、車体中央モジュールが三次元説明図で示される。

車体中央モジュール１は、床板３と、支持体５とを備える。床板３は２つのくぼみ７．１、７．２を有し、それらは、車体中央モジュール１の長手方向軸線９と平行に延びている。両くぼみ７．１、７．２間に***１１が位置している。***１１は、車両空洞の形態で設計され、結果として例えば自動車用の駆動系をその下方に取り付けることができる。くぼみ７．１、７．２は、それぞれの外側にて、例えばロッカーシルを形成する外側***１３によって区切られる。

本発明によれば、２つの支持体５は、***１１からＶ字形で上向きに延びる。Ｖ字形は、両支持体５が、何れの場合も、車体中央モジュールの中央から上向きかつ外向きに延びることを意味し、図１に示すように、支持体５は屈曲部を有することができる。

安定性を高めるために、支持体５は、床板３に対向する側で二又状に分かれて２つの部材１５を形成することが有利である。ここでは、両部材は、車体中央モジュール１の長手方向軸線９と平行に向いている。それぞれの支持体５は、部材１５で床板３の***１１に留められる。２つの部材１５を形成する二又部のおかげで、長手方向軸線９の方向における車体中央モジュール１のねじり剛性が上昇する。

両支持体５は、ここに示した実施形態のように、横梁１７によって互いに接続することがさらに有利である。横梁１７のおかげで、長手方向軸線９と交差する方向における車体中央モジュール１のねじり剛性が上がる。支持体５と床板３との間に延びる支柱１９を用いれば、ねじり剛性をさらに上げることができる。ここでは、支柱１９は、外側***１３の領域にて床板３に接続することが好ましい。各支柱１９と支持体５との間に延びる横材２１によって両支柱１９を互いに接続すると、強度はさら向上する。ここでは、両支持体５、支柱１９及び横材２１は、好ましくは大きなＡ字形を形成する。さらに、両支持体５と、両支持体５間に延びる横梁１７とは、その先端をついて位置する大きなＡ字形を形成する。

両支持体５は、床板３から離れる方を向いたそれらの端が屋根梁２３で終端することが好ましい。ここでは、屋根梁２３の長さは、車体中央モジュール１の長さに対応することが好ましい。支持体５と屋根梁２３との接続部のねじり剛性を上げるために、両支持体５はそれぞれの場合に二又部２５で終端し、屋根梁２３は二又部２５に留めることが好ましい。このようにしたおかげで、屋根梁２３上に２つの留め部が得られ、結果として屋根梁２３はねじり剛性が上昇する。

両屋根梁２３は、これらの間に車体用のカバーパネルを収容できるように設計することが好ましく、ここには図示しないカバーパネルは、何れの場合も、一方の側で屋根梁２３に接続される。屋根梁２３は、車両の両側壁が屋根梁２３に同様に留まるように設計することがさらに好ましい。

床板３、支持体５、横梁１７、支柱１９、横材２１及び屋根梁２３に適する材料は、例えば金属又はポリマー、好ましくは補強ポリマー、特に繊維強化ポリマーである。採用できる金属は、例えば、鋼、アルミニウム又はマグネシウムである。しかしながら、ポリマーの使用が好ましく、その理由は、それらは密度が金属よりも低く、従って車体中央モジュール１の質量は、ポリマーの使用によってさらに低減できるからである。材料としてポリマーを採用する場合、熱可塑性物質及びデュロプラスチック熱可塑性物質の両方が採用できる。繊維強化された熱可塑性ポリマーを使用することが好ましい。既に前述したように、繊維は、短繊維、長繊維又は連続繊維として採用することができる。

中実構造又は中空な形態の車体が唯一の材料から作成されるのとは別に、個々の構成部品、即ち床板３、支持体５、横梁１７、部材１５、支柱１９、横材２１及び屋根梁２３は、サンドイッチ構造に設計することも可能であり、サンドイッチ構造は、プラスチック、特に繊維強化プラスチックから又は金属から作成された２つのシェルを有し、これらのシェルの間にポリマー発泡体が導入される。多数のシェルを有するこの形式の構造には、導入した発泡体のおかげで、絶縁、即ち断熱及び遮音の両方を同時に実施できる利点がある。

図２には、座席が設置された車体中央モジュールが示される。

本発明の１つの実施形態では、座席は、車体中央モジュール１に固定的して接続される。この目的を達成するために、座席シェル２７を両くぼみ７．１、７．２にわたって留めることができる。この目的を達成するために、座席シェル２７は、何れの場合も、両外側***１３及び中央***１１上に留めることが好ましい。座席シェル２７及び床板３の材料に応じて、接続部は、ぴったり嵌め又は圧力嵌め方式で行うことができる。このように、例えば座席シェル２７は、床板３に溶接し又は接着して結合することができる。これに代えて、リベット留め又はねじ留めすることも可能である。座席シェル２７は人間工学的に設計することができ、結果としてそれは座席としても直接使用できる。これに代えて、座席シェル２７は、その上に追加の座席を装着するように設計することもでき、座席は、例えばそれぞれの座席に着座した乗員の人間工学に適するようにできる。

背もたれモジュール２９は、支持体に直接接続することがさらに有利である。背もたれ２９を支持体５に、好ましくは支柱１９及び横材２１に接続したおかげで、ねじり剛性を追加的に上昇させることができる。着座位置をそれぞれの運転手又は乗客に合わせることは、例えば個別に合わせた背もたれモジュールを背もたれ２９に取り付けて達成できる。しかしながら、これに代えて、例えば背もたれ２９の取付部を支持体５上に取り付けることも可能であり、取付部は、それが背もたれ２９を調整可能となるように設計される。

電気作動式の又は電気的部品を有するハイブリッド駆動部が装備された自動車で車体中央モジュールが使用される場合、座席シェル２７の下方にあるくぼみ７．１及び７．２内の空間を利用してバッテリ素子３１を設置することがさらに有利である。構造空間は、例えばここに図示した実施形態のように、座席シェル２７がそれぞれの座席の領域に***を有し、しかも座席シェル２７がこれを床板３に留める下向きに突出する側を備えることにより、拡張することができる。座席シェル２７の下方にあるくぼみ７．１、７．２内にバッテリ素子３１を位置決めしたおかげで、特に、追突した場合の損傷に対する保護が達成される。加えて、バッテリには、例えば荷物空間として利用可能な追加の収納空間が必要とされない。車両は、レンジ要求に応じて、個別基準でバッテリ素子を装備することも可能である。

１ 車体中央モジュール
３ 床板
５ 支持体
７．１ くぼみ
７．２ くぼみ
９ 長手方向軸線
１１ ***
１３ 外側***
１５ 部材
１７ 横梁
１９ 支柱
２１ 横材
２３ 屋根梁
２５ 二又部
２７ 座席シェル
２９ 背もたれ
３１ バッテリ素子

Claims (9)

1. 床板（３）を備える車体中央モジュールであって、前記床板（３）は、前記車体中央モジュール（１）の長手方向軸線（９）と平行に延びて運転席及び乗員席を収容する２つのくぼみ（７．１、７．２）と、該両くぼみ（７．１、７．２）間に延びる***（１１）とを備え、前記両くぼみ（７．１、７．２）間で前記***（１１）から２つの支持体（５）がＶ字形で上向きに延び、各支持体（５）は、前記車体中央モジュール（１）の前記長手方向軸線（９）と平行に延びる屋根梁（２３）で終端することを特徴とする車体中央モジュール。
2. 前記両支持体（５）の各々と前記床板（３）の間に支柱（１９）が延びる、請求項１に記載の車体中央モジュール。
3. 前記上向きに延びる両支持体（５）は、横梁（１７）によって互いに接続される、請求項１又は２に記載の車体中央モジュール。
4. １つの支持体（５）に座席の背もたれ（２９）が何れの場合も留められる、請求項１から３の何れか１つに記載の車体中央モジュール。
5. 各くぼみ（７．１、７．２）に座席シェル（２７）がまたがり、前記座席シェル（２７）は、前記中央***（１１）と、前記くぼみ（７．１、７．２）を区切る外側***（１３）とに留める、請求項１から４の何れか１つに記載の車体中央モジュール。
6. 前記座席シェル（２７）の下方にある前記くぼみ（７．１、７．２）内にバッテリ素子（３１）が収容される、請求項５に記載の車体中央モジュール。
7. 前記床板（３）、前記上向きに延びる支持体（５）、前記支柱（１９）及び前記横梁（１７）は、強化ポリマー材料から生産される、請求項１から６の何れか１つに記載の車体中央モジュール。
8. 前記中央***（１１）及び／又は前記くぼみ（７．１、７．２）を横方向に区切る前記外側***（１３）は、ワイヤメッシュで補強される、請求項７に記載の車体中央モジュール。
9. 前記ポリマー材料は、ポリウレタン、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン、エポキシ樹脂から選択される、請求項７に記載の車体中央モジュール。

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