JP2018161934A - 車体のフロア構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両とエンジン車に共通化して採用でき、側突に対する強度を確保できる車体のフロア構造を提供する。【解決手段】車両のフロアパネルと、フロアパネルの下方に車幅方向に互いに離間して配置され車両前後方向に延びる一対のサイドメンバ４、５と、フロアパネルの上方に車幅方向に延びて配置されるフロアクロスメンバ６と、を備えた車体のフロア構造であって、一対のサイドメンバ４、５の間において、フロアクロスメンバ６の下部にはサイドメンバ４、５の外側の下部より上方に位置する凹部を有し、フロアパネルはフロアクロスメンバ６の凹部に沿って形成され、一対のサイドメンバ４、５に着脱可能に連結されるブレース２３を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、車体のフロア構造に関する。

自動車（車両）の多くは、車室部のフロア上にフロントシート及びリヤシートが配置されており、この車室部のフロアは車体骨格構造で支えられている。
車体骨格構造は、例えば特許文献１に開示されているように、車室部の下部に、車幅方向に間隔をおいて配置され車両前後方向に延びる一対のサイドメンバを備え、これら一対のサイドメンバ、さらにサイドメンバの車幅方向外側に配置されている一対のサイドシル間に渡りフロントシートやリヤシートの下部を通るクロスメンバを設けた格子形の構造が用いられている。そして、このような車体骨格構造によってフロアパネルを支持して車体のフロア構造が構成されている。

また、特許文献１に開示された車体のフロア構造においては、シートの下方に配置されたクロスメンバを左右のサイドメンバ間で上方に屈曲した構造になっており、車体の下部のスペースを確保している。

特開２０１６−１０７８９２号公報

電気自動車、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車のように、電気モータにより走行輪を駆動可能にした電動車両は、大容量の、即ち大型の電池を搭載している。そして、このような大型の電池は、複数の単電池をケース内に収納して電池ユニット（電池パック）として構成されており、例えばフロア下のサイドメンバ間に搭載する車両が多い。
したがって、特許文献１のように、クロスメンバを上方に屈曲することで、車体の下部に電池ユニットを搭載するスペースを増加させることが可能となる。

ところで、車両の製造コストを抑えるために、上記のように大型の電池ユニットをフロア下に搭載する電動車両と、エンジンによって走行輪を駆動するエンジン車のようにフロア下に大型の電池ユニットを搭載する必要のない車両と、の車体のフロア構造を共通化することが要求されている。
したがって、例えば特許文献１のようにクロスメンバをサイドメンバ間で上方に屈曲させた構造を共通化したフロア構造とすると、エンジン車では、無駄にフロア下のスペースを増加して車室内のスペースを減少させることになってしまう。

ここで、クロスメンバの上下方向の長さを小さくすれば車室内のスペース及びフロア下方のスペースを増加させることは可能であるが、このような構造では側突に対して不利なものとなってしまう。
そこで、本発明の目的は、車室のスペースを低減せずに、フロア下に大型の電池ユニットを搭載する電動車両と搭載しないエンジン車とで共通化して採用でき、いずれの車両においても側突に対する強度を確保できる車体のフロア構造を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の車体のフロア構造は、車両のフロアパネルと、前記フロアパネルの下方に車幅方向に互いに離間して配置され車両前後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上方に前記車幅方向に延びて配置されるフロアクロスメンバと、を備えた車体のフロア構造であって、前記一対のサイドメンバの間において、前記フロアクロスメンバの下部には前記サイドメンバの外側の下部より上方に位置する凹部を有し、前記フロアパネルは前記凹部に沿って形成され、前記一対のサイドメンバに着脱可能に連結される強度部材を備えたことを特徴とする。

また、前記強度部材は、前記フロアクロスメンバの下方に配置されるとよい。
また、前記フロアパネルの下方で前記フロアクロスメンバの凹部の下部に前記フロアパネルを介して固定されるクロスメンバ補強部材を備え、前記クロスメンバ補強部材の両端部は、前記フロアパネルの前記凹部の側部に対応する位置に接続されるとよい。
また、前記フロアクロスメンバの前方で前記フロアパネルの下方に前記車幅方向に延びて前記一対のサイドメンバを連結するフロントクロスメンバと、前記一対のサイドメンバ間で車両前後方向に延び、車幅方向に互いに離間して配置され前記フロントクロスメンバと前記クロスメンバ補強部材とを連結する一対のバックボーンストリンガと、を備えるとよい。

本発明によれば、一対のサイドメンバの間において、フロアクロスメンバの下部に上方側へ凹む凹部が設けられているので、一対のサイドメンバの間において、フロアクロスメンバの下方のフロアパネル下のスペースを増加させ、電池ユニットの搭載スペースを確保することができる。
更に、一対のサイドメンバに着脱可能に連結されるブレースを備えるので、エンジン車においては、ブレースによって一対のサイドメンバを連結することで、側突に対する強度を確保することができる。

また、電池ユニットを搭載する電動車両においては、ブレースを取り外し、電池ユニットをサイドメンバの間を連結するように配置することで、電池ユニットの搭載スペースを確保しつつ、電池ユニットを利用して側突に対する強度を確保することができる。

本発明の実施形態に係る車体骨格構造を概略的に示す斜視図である。 本実施形態の車体のフロア構造を採用したエンジン車の下部骨格部の下面図である。 図２におけるＡ−Ａ部の断面図である。 本実施形態の車体のフロア構造を採用した電動車両の下部骨格部の下面図である。 図４におけるＢ−Ｂ部の断面図である。 オフセット衝突時における荷重伝達方向を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態に図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態に係る車体骨格構造を概略的に示す斜視図である。図２は、本実施形態の車体のフロア構造を採用したエンジン車の下部骨格部の下面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ部の断面図である。なお、図１、２については、後述するフロアパネル１５（フロア）の記載を省略している。

本発明の一実施形態の車体のフロア構造は、車両の車室部のフロアを支持する下部骨格部１を備えている。車室部には、フロア上に図示しないフロントシート及びリヤシートが備えられている。
図１〜図３に示すように、下部骨格部１は、車幅方向両側の最外側に配置され車両前後方向に延びる一対のサイドシル２、３と、サイドシル２、３の車幅方向内側に配置されて、車室部のフロアパネル１５の下方を車両前後方向に延びる一対のサイドメンバ４、５と、フロアパネル１５を挟んでサイドメンバ４、５の上方に配置され車幅方向に延びる複数のクロスメンバとを有している。クロスメンバは、フロントシートの下方に配置されるフロアクロスメンバ６と、リヤシートの下方に配置されるリヤクロスメンバ７等のその他のクロスメンバと、を有する。サイドシル２、３、サイドメンバ４、５及びクロスメンバ６、７は、鋼材等によって形成されたハット状の断面を有している。サイドメンバ４、５はフロアパネル１５の下方に配置され、フロアクロスメンバ６及びリヤクロスメンバ７はフロアパネル１５の上方に配置されている。サイドメンバ４、５、フロアクロスメンバ６及びリヤクロスメンバ７は、夫々鍔部分がフロアパネル１５に溶接等により固定され、フロアパネル１５と合わせて閉断面を形成している。なお、図１については、サイドシル２、３、サイドメンバ４、５及びクロスメンバ６、７におけるハット状の鍔部の記載は省略している。

サイドメンバ４、５の前部は上方に屈曲したキックアップ部８を介して、車両の前部まで延びている。また、サイドメンバ４、５は、キックアップ部８の後端部（下端部）において、車幅方向に延びるフロントクロスメンバ９によって連結している。なお、フロントクロスメンバ９は、フロアパネル１５の下方に配置されている。
フロアクロスメンバ６は、左右端部が溶接によってサイドシル２、３に固定されている。また、フロアクロスメンバ６の鍔部とサイドメンバ４、５の鍔部とは、フロアパネル１５を介して接続されている。したがって、フロアクロスメンバ６は、左右のサイドシル２、３及び左右のサイドメンバ４、５を連結している構造となっている。

また、リヤクロスメンバ７等のその他のクロスメンバも、フロアクロスメンバ６と同様に、左右端部が溶接によってサイドシル２、３に固定されるとともに、フロアパネル１５を介してサイドメンバ４、５に固定されており、左右のサイドシル２、３及び左右のサイドメンバ４、５を連結している。
図３に示すように、本実施形態のフロアパネル１５は、左右のサイドメンバ４、５から車幅方向中央に向かって上方に屈曲して段差部１０を形成しており、サイドシル２、３とサイドメンバ４、５の間の部位よりも左右のサイドメンバ４、５間の部位が上方に位置している。そして、フロアクロスメンバ６は、その下部がフロアパネル１５に沿うように形成されている。

したがって、本実施形態では、地面からフロアパネル１５までの上下方向長さが、サイドメンバ外側部６ａとサイドメンバ間部６ｂとで異なり、サイドメンバ間部６ｂにおいてフロアパネル１５の位置がサイドメンバ外側部６ａでのフロアパネル１５の位置よりも上方に位置している。即ち、フロアクロスメンバ６の下部には、サイドメンバ間部６ｂにおいて上方側へ凹む凹部が形成され、この凹部に沿ってフロアパネル１５が上方に屈曲している。これにより、フロアパネル１５が両サイドシル２、３の間で水平に延びるように形成されている場合よりも、サイドメンバ４、５の間でフロアパネル１５の下方にスペースを大きく確保可能となっている。

また、フロアパネル１５の車幅方向中央部は、更に上方に屈曲してトンネル部１６が形成されている。また、このトンネル部１６の上方には、図示しないダッシュパネルとリヤクロスメンバ７との間を車両前後方向に延び、フロアパネル１５の車幅方向中央部を補強するバックボーンリンフォース１７が備えられている。バックボーンリンフォース１７は、コの字状の断面を有する部材であり、開口を下方に向けて配置され、両端がフロアクロスメンバ６の上部に固定されている。

エンジン車においては、このフロアクロスメンバ６のサイドメンバ間部の下方のスペースに、車両前後方向に延びる排気管１１が配置されている。
また、フロアクロスメンバ６のサイドメンバ間部６ｂの下部には、フロントバックボーンクロスメンバ２０（クロスメンバ補強部材）が設けられている。フロントバックボーンクロスメンバ２０は、鋼材等によって形成され、上方が開口し略矩形箱状の断面を有する強度部材であり、フロアパネル１５の下面に溶接によって固定されている。フロントバックボーンクロスメンバ２０は、フロアクロスメンバ６に沿って車幅方向に延びており、両端部がサイドメンバ４、５の近傍まで延び、フロアパネル１５の段差部１０、即ちフロアクロスメンバ６の下部に設けられた凹部の側部に対応する位置に、フロアパネル１５を介して溶接されて固定されている。なお、フロントバックボーンクロスメンバ２０の下面が、サイドメンバ外側部６ａにおけるフロアパネル１５よりも上方に位置するように、フロントバックボーンクロスメンバ２０の上下長さが設定されている。

また、左右のサイドメンバ４、５の間には、車両前後方向に延び、フロントクロスメンバ９とフロントバックボーンクロスメンバ２０とを連結する一対のバックボーンストリンガ２１、２２が、互いに車幅方向に離間して配置されている。バックボーンストリンガ２１、２２は、鋼材等によって形成され、上方が開口した略矩形箱状の断面を有する強度部材であり、両端がフロントクロスメンバ９とフロントバックボーンクロスメンバ２０に溶接によって固定されている。また、バックボーンストリンガ２１、２２は、フロアパネル１５の底面に溶接され、フロアパネル１５を支持する機能を有する。

更に、本実施形態のエンジン車においては、左右のサイドメンバ４、５を連結するブレース２３（強度部材）を備えている。ブレース２３は、鋼材等によって形成された閉断面の矩形箱状の強度部材であって、フロアクロスメンバ６に沿ってその下方で車幅方向に延び、両端部がサイドメンバ４、５の下面に夫々ボルトによって着脱可能に締結されている。

次に、図４、５を用いて、上記実施形態の車体のフロア構造を採用した電動車両について説明する。
図４は、本実施形態の車体のフロア構造を採用した電動車両の下部骨格部の下面図である。図５は、図４におけるＢ−Ｂ部の断面図である。なお、図４、６については、フロアパネル１５の記載を省略している。

上記のエンジン車の下部骨格部１は、電気自動車、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車といった走行輪を電気モータで駆動可能な電動車両に採用することができる。
電動車両は、電気モータへの電力の供給源として、車両に大容量、即ち大型の電池パック３０（電池ユニット）を搭載している。なお、図４、５に示す電動車両は、大容量の電池パック３０とエンジンとを備えたプラグインハイブリッド車である。

図４、５に示すように、本実施形態の電動車両では、フロアパネル１５の下方で左右のサイドメンバ４、５の間に電池パック３０を搭載している。電池パック３０は、鋼材等で形成された比較的高強度のフレーム３０ａ上に複数の電池を搭載して構成されている。
電動車両においては、上記実施形態の下部骨格部１からブレース２３を取り外したものを使用する。

電池パック３０のフレーム３０ａは、左右のサイドメンバ４、５の下面に夫々ブラケット３１を介してボルトによって固定される。即ち、左右のサイドメンバ４，５は、ブラケット３１及び電池パック３０のフレーム３０ａを介して連結されている。
なお、排気管１１は、フロアクロスメンバ６のサイドメンバ外側部６ａの下方で、サイドシル３とサイドメンバ５との間を車両前後方向に延びるように配置されている。

以上のように着脱可能なブレース２３を有する下部骨格部１によって、電池パック３０をフロアパネル１５下に搭載しないエンジン車と、電池パック３０をフロアパネル１５下に搭載する電気自動車とで、下部骨格部１を共通化することができる。
本実施形態におけるフロアクロスメンバ６は、左右のサイドメンバ４，５間で下部が上方に屈曲して凹部が形成されており、サイドメンバ外側部６ａの下部よりも上方に位置し、このフロアクロスメンバ６の下部に沿ってフロアパネル１５が配置されるので、フロアクロスメンバ６の下方に搭載する電池パック３０の体積を増加させて容量を増加させることができる。

更に、本実施形態のエンジン車では、左右のサイドメンバ４、５の下面を強度部材であるブレース２３によって連結するので、下部骨格部１の強度を向上させることができる。例えば図３に示すように、側突時のように車両側方（車両右側）から荷重を受けた際に、図３の矢印に示すように、右側のサイドシル３、フロアクロスメンバ６の右端部から車幅方向の逆方向（車両左方向）に向けて伝達する荷重は、右側のサイドメンバ５との接続位置から、サイドメンバ間部６ｂと、右側のサイドメンバ５、ブレース２３と、を介して車両左側のサイドメンバ４やサイドシル２等の強度部材に分散して伝達する。これにより、側突時に対する下部骨格部１の強度を確保することができる。

一方、電動車両においては、図５に示すように、左右のサイドメンバ４、５の下面が電池パック３０のフレーム３０ａを介して接続されるので、図５中の矢印に示すように、右側のサイドシル３、フロアクロスメンバ６の右端部から車幅方向の逆方向（左方向）に向けて伝達する荷重は、右側のサイドメンバ５との接続位置からサイドメンバ間部６ｂと、右側のサイドメンバ５、ブラケット３１、電池パック３０のフレーム３０ａと、を介して車両左側のサイドメンバ４やサイドシル２等の強度部材に分散して伝達する。したがって、電動車両においても側突時に対する下部骨格部１の強度を確保することができる。

以上のように、本実施形態では、左右のサイドメンバ４、５の間に着脱可能な強度部材であるブレース２３を設け、エンジン車においてはブレース２３を固定することで側突時に対する強度を確保し、電動車両においてはブレース２３を外して電池パック３０の搭載スペースを確保した上で電池パック３０のフレーム３０ａを利用して側突時に対する強度を確保することができる。したがって、このように側突時に対する強度を確保した上で、下部骨格部１を共通化することができ、車両の製造コストを低減させることができる。

更に、本実施形態では、フロアクロスメンバ６の下面に配置するフロントバックボーンクロスメンバ２０の車幅方向端部を中央部から車幅方向外方に延ばし、段差部１０でフロアパネル１５に接続したので、サイドメンバ間部６ｂでフロアクロスメンバ６の耐力を向上させることができる。なお、フロントバックボーンクロスメンバ２０によって、電池パック３０の搭載スペースを減少させてしまうが、フロントバックボーンクロスメンバ２０の下面は、フロアクロスメンバ６のサイドメンバ外側部６ａの下部よりも上方に位置するので、フロアクロスメンバ６の下部が直線状に形成されているものよりも、電池パック３０の搭載スペースを増加させることができる。

図６は、オフセット衝突時における荷重の伝達方向を示す説明図である。なお、図６は、ブレース２３及び電池パック３０のない下部骨格部１を示す下面図である。
図６の矢印に示すように、上記実施形態の下部骨格部１を採用した車両において、車両前方左側をオフセット衝突した場合に、左側のサイドメンバ４の前端部から車両後方に向けて伝達する衝突荷重は、フロントクロスメンバ９より車両後方では、少なくとも、そのまま左側のサイドメンバ４の車両後方側に伝達する荷重と、フロントクロスメンバ９及びバックボーンストリンガ２２を介してフロントバックボーンクロスメンバ２０に伝達する荷重に分散される。

更に、本実施形態では、フロントバックボーンクロスメンバ２０の両端部が、サイドメンバ４、５の近傍の段差部１０に連結しているので、フロントバックボーンクロスメンバ２０に伝達した荷重は右側のサイドメンバ５及びサイドシル３に伝達する。
このように、フロントバックボーンクロスメンバ２０の両端部をフロアクロスメンバ６の段差部１０を介してサイドメンバ４、５に連結し、バックボーンストリンガ２１、２２をフロントバックボーンクロスメンバ２０に連結する構造とすることで、オフセット荷重に対して強度を向上させることができる。

また、本実施形態におけるエンジン車において、フロアクロスメンバ６の後方のスペースにマフラ３５が設けられており、フロアパネル１５下の電池パック３０の搭載用スペースにマフラ３５を配置することで、車両後部に設けていたマフラ３６を小型化あるいはなくすことができ、車両後部の車室等のスペースを拡大させることができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定するものではない。例えば、バックボーンストリンガ２１、２２を有しない車両においても本発明を適用することができる。バックボーンストリンガ２１、２２を有しないことで、上記実施形態よりもフロア構造全体の強度、特にオフセット衝突時での強度が低下するものの、上記実施形態と同様にエンジン車と電動車両とで下部骨格部を共通化するとともに、側突に対する強度確保と、電動車両における電池パック３０の搭載スペースを確保することができる。更に、バックボーンストリンガ２１、２２を有しないことで、フロアクロスメンバ６より前方におけるフロアパネル１５下のスペースを更に大きく確保することができ、電池パック３０の搭載スペースを増加させることができる。

また、バックボーンストリンガ２１、２２及びフロントバックボーンクロスメンバ２０の両方を有しない車両において本発明を適用すると、側突に対する強度を確保しつつ、フロアクロスメンバ６の下方のスペースを更に大きく確保することができ、電池パック３０の搭載スペースを更に増加させることができる。
また、ブレース２３については、フロアクロスメンバ６の下方から車両前後方向にずらした位置に配置してもよい。

また、本発明の構造をリヤクロスメンバ７等の他のクロスメンバに適用してもよい。本発明は、一対のサイドメンバとクロスメンバを備えた車両に対して、広く適用することができる。

１ 下部骨格部
２、３ サイドシル
４、５ サイドメンバ
６ フロアクロスメンバ
９ フロントクロスメンバ
２０ フロントバックボーンクロスメンバ（クロスメンバ補強部材）
２１、２２ バックボーンストリンガ
２３ ブレース（強度部材）
３０ 電池パック（電池ユニット）

Claims (4)

1. 車両のフロアパネルと、前記フロアパネルの下方に車幅方向に互いに離間して配置され車両前後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上方に前記車幅方向に延びて配置されるフロアクロスメンバと、を備えた車体のフロア構造であって、
   前記一対のサイドメンバの間において、前記フロアクロスメンバの下部には前記サイドメンバの外側の下部より上方に位置する凹部を有し、
   前記フロアパネルは前記凹部に沿って形成され、
   前記一対のサイドメンバに着脱可能に連結される強度部材を備えたことを特徴とする車体のフロア構造。
2. 前記強度部材は、前記フロアクロスメンバの下方に配置されることを特徴とする請求項１に記載の車体のフロア構造。
3. 前記フロアパネルの下方で前記フロアクロスメンバの凹部の下部に前記フロアパネルを介して固定されるクロスメンバ補強部材を備え、前記クロスメンバ補強部材の両端部は、前記フロアパネルの前記凹部の側部に対応する位置に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の車体のフロア構造。
4. 前記フロアクロスメンバの前方で前記フロアパネルの下方に前記車幅方向に延びて前記一対のサイドメンバを連結するフロントクロスメンバと、
   前記一対のサイドメンバ間で車両前後方向に延び、車幅方向に互いに離間して配置され前記フロントクロスメンバと前記クロスメンバ補強部材とを連結する一対のバックボーンストリンガと、を備えたことを特徴とする請求項３に記載の車体のフロア構造。

Images