JP2020111159A - 電動自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書では、ブラケットの剛性を高めるリブと、剛性が高くなりすぎないようにする降伏部を、別々に取り扱うことを可能とする電動自動車を開示する。【解決手段】電動自動車は、前部空間にハウジングと、ケースと、フロントブラケットと、リアブラケットを備え、ハウジングは走行用モータを収容している。ケースは走行用モータに駆動電力を供給する電力制御ユニットを収容している。フロント／リアブラケットは、ハウジングの上方位置にハウジングから隙間を隔ててケースを支持している。リアブラケットは、ハウジングに固定される基部と基部の前端からケースに向けて延びてケースに固定される支持部の左右方向両端近傍に、基部の上方と支持部の後方から基部と支持部に接続しているリブが設けられている。リブとリブの間であるとともに基部と支持部の境界近傍に少なくとも１つの貫通孔が設けられている。貫通孔は前方衝突時に変形の起点となる。【選択図】図３

Description

本明細書は、走行用モータを収容しているハウジングと、走行用モータに駆動電力を供給する電力制御ユニットを収容しているケースを、車両の前部空間に収容する電動自動車を開示する。

本明細書でいう「電動自動車」には、走行用モータとエンジンの双方を備えるハイブリッド車が含まれる。さらに走行用モータのための電源として燃料電池とバッテリを備える自動車も「電動自動車」に含まれる。

電動自動車は、走行用モータと、その走行用モータに駆動電力を供給する電力制御ユニットを、車両の前部空間（フロントコンパートメント）に搭載するタイプが多い。電力制御ユニットは、典型的には、直流電源が供給する直流電力を交流に変換するインバータを含む。電力制御ユニットは、昇圧コンバータを含む場合もある。電力制御ユニットは、ＰＣＵケース（以下では単にケースという）に収容される。このケースを、走行用モータを収容するハウジング（以下では単にハウジングという）の上方に固定する構造が知られている。電力制御ユニットを走行用モータの近くに配置することで、電力制御ユニットと走行用モータをつなぐパワーケーブルが短くなり、送電損失が抑制できる。

特許文献１に、ハウジングの上方位置にケースを固定する構造が開示されている。特許文献１に開示された技術では、ケースの前側をフロントブラケットを介してハウジングに固定し、ケースの後側をリアブラケットを介してハウジングに固定する。ケースは、ハウジングの上方位置にハウジングから隙間を隔てて固定される。フロントブラケットとリアブラケットによってケースとハウジングの間に隙間を確保するのは、走行用モータの振動がハウジングを介してケースに伝わるのを抑制するためである。

ケースを支持するブラケットの剛性が低いと、ブラケットを固定しているゴムブッシュが車両の振動によって変形し、ゴムブッシュによって振動を減衰させる効果が不十分となる。電力制御ユニットに振動が伝わることを抑制するためにはブラケットの剛性を高くするのが有利である。一方、ブラケットの剛性が高すぎると、車両の前方衝突時にケースが車両後方に移動しない。すなわち、ブラケットの剛性が高すぎると、衝突荷重がケースにダイレクトに伝わり、ケースに収容されている電力制御ユニットがダメージを受けるおそれがある。

特許文献１では、ブラケットの剛性を高めるために、ブラケットの左右方向の両端部にリブを設けている。また、ブラケットの剛性が高くなりすぎないように、前記したリブに切欠きや貫通孔を設けている。特許文献１では、前方衝突時に、リブに設けられた切欠きや貫通孔に応力を集中させることで、ブラケットを降伏させている。すなわち、特許文献１では、前方衝突時に、リブに設けられた切欠き等の降伏部によりブラケットを変形させることで、ケースに収容されている電力制御ユニットに伝わる衝突荷重を低下させる。

特開２０１７−０２４４６６号公報

特許文献１に開示する電動自動車では、前方衝突時にブラケットを変形させる降伏部をブラケットのリブに設けている。そのリブは、ブラケットの剛性を高めるために設けられている。剛性を高めるためのリブに、剛性が高くなりすぎないようにする降伏部を設ける技術では、ブラケットの特性を所望のものに調整するのが困難である。
本明細書では、ブラケットの剛性を高めるリブと、剛性が高くなりすぎないようにする降伏部を、別々に取り扱うことを可能とする技術を開示する。

本明細書が開示する電動自動車は、ハウジングと、ケースと、フロントブラケットと、リアブラケットを備えている。
ハウジングは、走行用モータを収容している。ケースは、走行用モータに駆動電力を供給する電力制御ユニットを収容している。フロントブラケットとリアブラケットは、ハウジングの上方位置にハウジングから隙間を隔ててケースを支持している。この電動自動車では、ハウジングとケースを車両の前部空間に収容している。
リアブラケットは、ハウジングに固定される基部と、基部の前端からケースに向けて延びてケースに固定される支持部を備えている。基部と支持部の左右方向両端近傍に、基部の上方と支持部の後方から基部と支持部に接続しているリブが設けられている。
本明細書が開示する電動自動車では、両端部に設けられているリブとリブの間であるとともに基部と支持部の境界近傍に、少なくとも１つの貫通孔が設けられている。

リアブラケットの左右方向の両端部に設けられているリブがリアブラケットの剛性を高める。また、前方衝突時には、リブとリブの間に設けられている貫通孔に応力が集中してリアブラケットが変形する。すなわち、上述の構造によれば、ブラケットの剛性を高めるリブと、剛性が高くなりすぎないようにする貫通孔を、別々に取り扱うことができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

フロントコンパートメントの部品レイアウトの一例を示す斜視図である。 ハウジングとケースの側面図である。 リアブラケットとケースを斜め後方からみた図である。 リアブラケットの上方斜視図である。 リアブラケットの前方衝突時（２５Ｎ）の応力分布を示す図である。 リアブラケットの前方衝突時（４０Ｎ）の応力分布を示す図である。

図面を参照して実施例のハイブリッド車について説明する。図１に例示するように、ハイブリッド車１００のフロントコンパートメント２に、ハウジング４とケース６が収容されている。ハウジング４の上にケース６が固定されている。

詳細は後述するが、ハウジング４には、ハイブリッド車１００を走行させるモータと、動力分配機構と、デファレンシャルギアが収容されている。また、ケース６には、電力制御ユニット７が収容されている。電力制御ユニット７は、不図示のメインバッテリの出力電力をハウジング４に収容されているモータの駆動電力に変換するデバイスである。より詳しくは、電力制御ユニット７は、メインバッテリの出力電力の電圧を昇圧し、さらに交流に変換する。

ケース６は、フロントブラケット８とリアブラケット１０によってハウジング４の上に固定されている。図１では、ケース６を簡略化して描いているとともに、ケース６の周囲に配置されているデバイスの図示を省略している。

図２を参照してハウジング４とケース６の詳細構造について説明する。図２は、ハウジング４とケース６の側面図である。すなわち、図２は、車幅方向（図中のＷ軸方向）から見たときの図である。先に述べたように、ハウジング４には、モータ４０のほか、動力分配機構４２とデファレンシャルギア４４が収容されている。動力分配機構４２は、ハイブリッド車１００のエンジンの出力トルクとモータ４０の出力トルクを合成／分配するギアセットである。動力分配機構４２は、状況に応じて、エンジンの出力トルクを分割してデファレンシャルギア４４とモータ４０へ伝達する。デファレンシャルギア４４を内蔵しているので、ハウジング４は、別言すれば、モータとトランスアクスルのケースである。ハウジング４は、例えば、アルミニウムのダイキャスト、あるいは、削り出しで作られる。

先に述べたように、ケース６は、モータ４０を駆動する電力制御ユニット７（図１参照）を収容している。電力制御ユニット７は、不図示の高電圧バッテリの電力を昇圧した後、交流に変換してモータ４０へ供給する。電力制御ユニット７は、また、モータ４０が発電した交流電力を直流電力に変換し、さらに降圧する場合がある。降圧された電力によって高電圧バッテリが充電される。すなわち、ケース６は、走行用モータに駆動電力を供給する電力制御ユニット７を収容している。

図２に示すように、ケース６とハウジング４は、ケース６のフロント側下部から引き出されている６本のパワーケーブル４６で繋がっている。パワーケーブル４６は、ケース６に収容されている電力制御ユニット７（図１参照）からモータ４０へ電力を送るためのワイヤハーネスである。説明を省略したが、ハウジング４には２個の３相交流モータが収容されており、６本のパワーケーブルは２組の３相交流を伝送する。

先に述べたように、ハウジング４には、モータ４０と動力分配機構４２とデファレンシャルギア４４が収容されている。ハウジング４の内部では、モータ４０の中心軸と動力分配機構４２の中心軸とデファレンシャルギア４４の中心軸が平行に並んでいる。それら３本の中心軸は車幅方向に伸びている。図２に示すように、３本の中心軸は、車幅方向からみて上辺が前下がりの三角形をなすように配置されている。三角形の上辺と平行となるように、ハウジング４の上面も、前下がりに傾斜している。それゆえ、ハウジング４の上面の上方に支持されるケース６も、前下がりに傾斜して配置される。

ケース６のハウジング４への固定方法について説明する。ケース６は、フロントブラケット８とリアブラケット１０によってハウジング４の上方に支持されている。フロントブラケット８は、ケース６の前面を支持し、リアブラケット１０はケース６の後面を支持する。ケース６の下面とハウジング４の間には、隙間ＳＰが確保されている。この隙間ＳＰは、フロントブラケット８とリアブラケット１０によって確保される。すなわち、フロントブラケット８とリアブラケット１０は、ハウジング４の上方位置に隙間を隔てて前記ケース６を支持している。

フロントブラケット８について説明する。フロントブラケット８は、車幅方向に並んだ３個のボルト３６によってハウジング４の上面に固定される。また、フロントブラケット８は、車幅方向並んだ２個のボルト３８によってケース６の前面に固定される。ケース６とボルト３８の間にはゴムブッシュ３４が介在している。詳細は後述するが、リアブラケット１０もゴムブッシュ３２を介してケース６に固定されている。このゴムブッシュ３２と３４は、モータ４０の振動によって変形する。これにより、ハウジング４からケース６に伝わる振動を減衰させている。

リアブラケット１０について説明する。リアブラケット１０は、車幅方向に並んだ４個のボルト１８によってハウジング４の上面に固定される。また、リアブラケット１０は、車幅方向並んだ２個のボルト２０によってケース６の後面に固定される。ケース６とボルト２０の間にはゴムブッシュ３２が介在している。先に述べたように、ハウジング４の上面は、前下がりに傾斜している。そのため、リアブラケット１０も上側を車両前方に倒すようにハウジング４の上面に配置されている。また、詳細は後述するが、電気ケーブル３０がケース６の後面上部からハウジング４の上面にリアブラケット１０の下側をくぐるように配策されている。電気ケーブル３０の先端は不図示のエアコンに接続されているが、詳細な説明は省略する。

リアブラケット１０の詳細形状について図３を用いて説明する。図３は、車両後方からみたリアブラケット１０周辺の斜視図である。図３に示すように、リアブラケット１０は、Ｈ軸負側に基部１２と、基部の前端からケース６に向けて延びている支持部１４を備えている。基部１２は、４個のボルト１８によってハウジング４に固定されている。支持部１４は、２個のボルト２０と、ゴムブッシュ３２によってケース６に固定されている。また、リアブラケット１０は、基部１２と支持部１４の境界に形成されているフィレット部に３個の貫通孔２２を備えている。すなわち、両端部に設けられているリブとリブの間であるとともに基部１２と支持部１４の境界近傍に貫通孔２２は設けられている。なお、図２では図示を省略したが、ケース６とリアブラケット１０の間には、電気ケーブル３０や他のハーネスの位置を規制するハーネスクランプ５０が設けられている。

先に述べたように、電気ケーブル３０は、ケース６の後面から、リアブラケット１０の基部１２の下側を通って不図示のエアコンに接続されている。リアブラケット１０は、電気ケーブル３０が通る部位に切欠きを設けている。また、リアブラケット１０は車幅方向の両端にリブ１６を備えている。リブ１６は、基部１２と支持部１４の縁に沿って、基部１２の車両上方と支持部１４の車両後方に延びている。すなわち、リブ１６は、車両上方と支持部１４の後方から基部１２と支持部１４に接続している。ここで、リアブラケット１０は、車幅方向からみたときに略Ｌ字である。Ｌ字のブラケットは、Ｌ字が閉じる方向とＬ字が開く方向に変形しやすい。先に述べたように、リアブラケット１０は、ハウジング４に収容されているモータ４０の振動をゴムブッシュ３２に伝えることで、振動を減衰させる。ここで、ゴムブッシュの振動減衰性能は、ゴムブッシュの形状に依存する。ゴムブッシュが正規の形状を保持している場合は、振動を伝えられたゴムブッシュは正常に変形することで振動を減衰する。一方、ゴムブッシュがもともと変形している場合は、振動を伝えられたゴムブッシュは正常に変形することができない。すなわち、ゴムブッシュが変形している場合は、ゴムブッシュの振動減衰性能が低下する。振動によりリアブラケット１０が閉じたり開いたりすると、ゴムブッシュ３２が変形する。すなわち、ゴムブッシュ３２は正常に変形することができない。従って、振動によりリアブラケット１０が閉じたり開いたりすると、ゴムブッシュ３２によって振動を減衰させる効果が不十分となる。

リアブラケット１０のＬ字の角度が変化する方向の剛性を高めるためにリブ１６は設けられている。具体的には、リブ１６は、Ｌ字が閉じる方向に変形するときには突っ張り、開くときには引っ張ることでリアブラケット１０の変形を抑制する。

ここで、ケース６に収容されている電力制御ユニット７（図１参照）の内部には数十キロワットの電力を扱う部品が存在する。このため、ケース６は、前方衝突時に電力制御ユニット７の内部の高電圧回路が露出しないように、衝突安全性が高いことが求められる。図３に示すように、前方衝突時には車両前側からケース６に衝突荷重Ｆが加えられることがある。前方衝突時のケース６の衝突安全性を高めるための１つの方法として、衝突荷重Ｆによりケース６を車両後方に移動させることで、衝突荷重Ｆをケース６の移動エネルギーに変換する方法がある。衝突荷重Ｆによりケース６を車両後方に移動させることで、衝突荷重Ｆがケース６にダイレクトに伝わらない。このため、ケースに収容されている電力制御ユニット７がダメージを受けることを防ぐことができる。前方衝突時にケース６を移動させるためには、ケース６を固定するリアブラケット１０の剛性を下げ、前方衝突時にブラケットのＬ字を閉じる方向に変形させる必要がある。以下、剛性を高めるリブ１６とは別の貫通孔２２を用いて衝突安全性を高めるリアブラケット１０の構造について説明する。

図４にリアブラケット１０の上面斜視図を示す。先に述べたように、リアブラケット１０は、基部１２と支持部１４のフィレット部に３個の貫通孔２２を備えている。電気ケーブル３０（図３参照）を通す切欠きの図面右側には、２個の貫通孔２２が設けられている。ここでは、この２個の貫通孔２２について説明する。２個の貫通孔２２の車幅方向の位置は、図４に示すように、基部１２をハウジング４に固定するボルト１８の中心間の略中央である。ボルト１８によりハウジング４に固定されている部位では、リアブラケット１０は変形しにくい。別言すれば、ボルト１８によりハウジング４に固定されている部位では、リアブラケット１０の剛性は高い。逆に言えば、ボルト１８によりハウジング４に固定されている部位から離れるほど、リアブラケット１０の剛性は低い。実施例のハイブリッド車１００のリアブラケット１０は、剛性が低いボルト１８の中心間の略中央に貫通孔２２を備えることで、前方衝突時に衝突荷重による応力を貫通孔２２に集中させる。剛性が低い貫通孔２２に応力が集中すると、貫通孔２２周辺からリアブラケット１０は変形を始める。この変形により、ケース６は前方衝突時に車両後方に移動することができる。すなわち、リアブラケット１０は、リブ１６で剛性を高めつつ、貫通孔２２で衝突性能を高める。リアブラケット１０は、ブラケットの剛性を高めるリブ１６と、剛性が高くなりすぎないようにする貫通孔２２を、別々に取り扱うことができる。

また、図２に示すように、リアブラケット１０は、上側を車両前方に倒すようにハウジング４の上面に配置されている。このため、リアブラケット１０の基部１２と支持部１４の境界は、リアブラケット１０において最も低い部位となる。ここで、フロントコンパートメント２（図１参照）には、雨水等の水が入りこむことがある。リアブラケット１０の表面に雨水が付着した場合、雨水は最も低い部位である基部１２と支持部１４の境界に溜まる。先に述べたように、貫通孔２２は、基部１２と支持部１４の境界に設けられている。このため、溜まった雨水は、貫通孔２２を通過してハウジング４（図２参照）の上面に流れる。すなわち、貫通孔２２は、リアブラケット１０の表面に雨水等が溜まることを防止する水抜き孔としても機能する。

図５、６を用いてリアブラケット１０に衝突荷重が加えられたときの応力の分布を説明する。図５、６は、車両前側から衝突荷重Ｆがケース６に加えられたときのリアブラケット１０の変形モードと応力のシミュレーションした結果を示す。図５、図６では、応力が高い部位を濃いハッチングで示している。図５は衝突荷重Ｆが２５Ｎのときのシミュレーション結果である。図５に示すように衝突荷重Ｆにより支持部１４が車両後方に変形している。このとき、基部１２をハウジング４に固定するボルト１８の中心間の略中央に応力が集中している。また、図面右側端部に設けられているリブ１６の中央部にも大きな応力がかかっている。先に述べたように、基部１２をハウジング４に固定するボルト１８の中心間の略中央には、貫通孔２２が設けられている。

図６は衝突荷重Ｆが４０Ｎのときのシミュレーション結果である。図５に比較して基部１２がさらに車両後方に変形している。このとき、リアブラケット１０にかかる応力は貫通孔２２を中心としてさらに大きくなっている。一方、図面右側端部に設けられているリブ１６の中央部の応力集中は図５に比較して緩和されている。先に述べたように、リアブラケット１０は、衝突荷重Ｆによる応力が集中する部位のうち、基部１２と支持部１４の境界近傍に貫通孔２２を設けている。すなわち、応力が集中する部位である基部１２と支持部１４の境界近傍に、さらに弱体化させる貫通孔２２を設けている。従って、リアブラケット１０は、衝突荷重Ｆにより剛性を高めるリブ１６とは別の貫通孔２２の近傍から変形する。すなわち、リアブラケット１０は、ブラケットの剛性を高めるリブ１６と、剛性が高くなりすぎないようにする貫通孔２２を、別々に取り扱っている。

本実施例の留意点を以下に述べる。先に述べたように、貫通孔２２の車幅方向における位置は、リアブラケット１０とハウジング４を固定するボルト１８の中心間の略中央であるが、これに限定されない。他の位置に貫通孔を設けてもよい。また、貫通孔２２の形状は、円形に限定されず、例えば長孔等であってもよい。さらに、貫通孔２２の個数についても、例えば１個であっても、また４個であってもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：フロントコンパートメント
４：ハウジング
６：ケース
７：電力制御ユニット
８：フロントブラケット
１０：リアブラケット
１２：基部
１４：支持部
１６：リブ
１８、２０、３６、３８：ボルト
２２：貫通孔
３０：電気ケーブル
３２、３４：ゴムブッシュ
４０：モータ
４２：動力分配機構
４４：デファレンシャルギア
４６：パワーケーブル
５０：ハーネスクランプ
１００：ハイブリッド車
Ｆ：衝突荷重
ＳＰ：空間

Claims (1)

1. 走行用モータを収容しているハウジングと、
   前記走行用モータに駆動電力を供給する電力制御ユニットを収容しているケースと、
   前記ハウジングの上方位置に隙間を隔てて前記ケースを支持するフロントブラケットとリアブラケットを備えており、
   前記ハウジングと前記ケースが車両の前部空間に収容されており、
   前記リアブラケットは、前記ハウジングに固定される基部と、前記基部の前端から前記ケースに向けて延びて前記ケースに固定される支持部を備えており、
   前記基部と前記支持部の左右方向両端近傍に、前記基部の上方と前記支持部の後方から前記基部と前記支持部に接続しているリブが設けられており、
   前記両端部に設けられているリブとリブの間であるとともに前記基部と前記支持部の境界近傍に、少なくとも１つの貫通孔が設けられていることを特徴とする電動自動車。

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