JP2022049655A - 車両衝突エネルギー吸収システム - Google Patents

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Abstract

【課題】車両衝突時にフロントサブフレームが電池組立体と衝突するのを防止することができ、衝突エネルギーの分散および吸収を極大化することができる車両衝突エネルギー吸収システムを提供する。【解決手段】車両衝突エネルギー吸収システムは、ダッシュパネル２と、ダッシュパネルの前側に延びた１対のフロントサイドメンバ３と、１対のフロントサイドメンバの下方に配置されたフロントサブフレーム１０と、フロントサブフレームに取り付けられた電気モータと、を含むことができる。電気モータの前方端はフロントサブフレームにピボット可能に連結され、電気モータの後方端は前記ダッシュパネルにピボット可能に連結されることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、車両衝突エネルギー吸収システムに係り、より詳しくは、車両衝突時に電池組立体を保護すると共に衝突エネルギーを吸収することができる車両衝突エネルギー吸収システムに関する。
最近、環境破壊および石油資源の枯渇に対する危機認識が高まるにつれて、環境に優しい自動車として電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）に対する研究開発が浮び上がっている。電気自動車としては、ＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ－ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＢＥＶ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＦＣＥＶ（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などが挙げられる。
電気自動車は、車両のフロントコンパートメントに位置した電気モータと、車両のフロアに取り付けられた電池組立体と、を含む。電気モータは、車両の前輪を駆動するように構成され、電池組立体は、電気モータおよびその他の電装部品に電気を供給するように構成される。電池組立体は、一つ以上の電池セル（または電池モジュール）と、一つ以上の電池セルと関わる電装品と、電池セルおよび電装品が取り付けられる電池ケースと、電池ケースの上部をカバーするカバーと、を含む。
電気自動車の電池組立体は、外部の小さな衝撃により冷却ラインから冷却水が漏れるか、または電池セル間の干渉などによる火災発生などが起こる可能性が高く、そのため、電池組立体を車両衝突時にも安全に保護するための電池保護法規が制定されている。ここで、内燃機関車両は、衝突エネルギーの吸収のみを考慮するが、電気自動車は、衝突エネルギーの吸収だけでなく、電池保護法規に従った電池組立体の保護も共に考慮しなければならない。
電気自動車の航続距離の増大のために、電池組立体の容量が増加し、それにより電池組立体のサイズが増加するにつれて、電池組立体が車両の前方に向かって突出し得るため、車両の設計時に電池組立体の保護項目をより重大に考慮する必要がある。
従来の電気自動車は、電気モータがシャシ（ｃｈａｓｓｉｓ）とフロントサブフレームとの間に剛体的に取り付けられる（ｒｉｇｉｄｌｙ ｍｏｕｎｔｅｄ）ことで、車両衝突時に電気モータおよびフロントサブフレームは剛体として作用し（ｓｅｒｖｅ ａｓ ｒｉｇｉｄ ｂｏｄｙ）、それによりフロントサブフレームのエネルギー吸収量が顕著に減少し、それによりフロントサブフレームが電池組立体の前方端を打撃する可能性が非常に高くなって電池組立体を安全に保護できないという短所があった。
この背景技術の部分に記載された事項は、発明の背景に対する理解を増進するために作成されたものであって、該技術が属する分野における通常の知識を有する者に周知の従来技術ではない事項を含むことができる。
特開第２０１０－０９１０９６号公報
本発明は、上記のようなことを考慮して導き出されたものであり、車両衝突時にフロントサブフレームおよび／または電気モータが車両の下部に向かって回転することを誘導することによってフロントサブフレームが電池組立体と衝突するのを防止することができ、衝突エネルギーの分散および吸収を極大化することができる車両衝突エネルギー吸収システムに関する。
上記のような目的を達成するための本発明の実施形態に係る車両衝突エネルギー吸収システムは、ダッシュパネルと、前記ダッシュパネルの前側に延びた１対のフロントサイドメンバと、前記１対のフロントサイドメンバの下方に配置されたフロントサブフレームと、前記フロントサブフレームに取り付けられた電気モータと、を含むことができる。前記電気モータの前方端は前記フロントサブフレームにピボット可能に連結され、前記電気モータの後方端は前記ダッシュパネルにピボット可能に連結されることができる。
前記電気モータの後方端はリアピボット連結部を介して前記ダッシュパネルにピボット可能に連結されることができる。
前記リアピボット連結部は、前記電気モータの後方端から前記ダッシュパネルに向かって突出したリアピボットアームと、前記ダッシュパネルから前記電気モータに向かって突出したピボットブラケットと、前記リアピボットアームおよび前記ピボットブラケットを貫通するリアピボットピンと、を含むことができる。
前記ピボットブラケットは、車両の上部に向かう上部壁と、前記上部壁の両側端から車両の下方に向かって延びた１対の側壁と、前記上部壁と対向する下段開口と、を含むことができる。前記リアピボットピンは、前記１対の側壁および前記リアピボットアームを貫通することができる。
前記ダッシュパネルの下部に付着された横方向補強部材をさらに含み、前記横方向補強部材は車両の幅方向に沿って延びることができる。
前記リアピボット連結部は、前記横方向補強部材のセンタに整列することができる。
前記横方向補強部材から車両の後方に向かって延びた縦方向補強部材をさらに含み、前記縦方向補強部材は車両の長さ方向に沿って延び、前記縦方向補強部材はフロアパネルの上面に付着されることができる。
前記フロアパネルの上面に付着されたフロントクロスメンバをさらに含み、前記フロントクロスメンバは前記横方向補強部材の後側に位置することができる。
前記縦方向補強部材の前方端は前記横方向補強部材のセンタに結合され、前記縦方向補強部材の後方端は前記フロントクロスメンバのセンタに結合されることができる。
前記電気モータの前方端は、１対のフロントピボット連結部を介して前記フロントサブフレームのフロントクロスメンバにピボット可能に連結されることができる。
本発明によると、車両衝突時にフロントサブフレームおよび／または、電気モータが車両の下部に向かって回転することを誘導することによってフロントサブフレームが電池組立体と衝突するのを防止することができ、衝突エネルギーの分散および吸収を極大化することができる。特に、フロントサブフレームが電池組立体に衝突するのを確実に避けることができるため、電池安全性および乗客保護などを向上させることができ、電池組立体の容量を従来に比べて相対的に増大させることができる。
本発明の実施形態に係るダッシュパネルの前側に位置した構造を示した図面である。 本発明の実施形態に係るダッシュパネルの後側に位置した構造を示した図面である。 図１のＡ－Ａ線に沿って示した断面図である。 車両衝突時にサブフレームおよび電気モータが回転することを示した図面である。
以下、本発明の一部の実施形態を例示的な図面により詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付する際、同一の構成要素に対しては他の図面上に表示されても可能な限り同一の符号を付するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明の実施形態を説明するにおいて、関連した公知の構成または機能に関する具体的な説明が本発明の実施形態に対する理解を妨げると判断される場合には、その詳細な説明は省略する。
本発明の実施形態の構成要素を説明するにおいて、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を用いることができる。このような用語はその構成要素を他の構成要素と区別するためのものに過ぎず、その用語により当該構成要素の本質や順番または順序などが限定されることはない。また、別に定義されない限り、技術的または科学的な用語を含めてここで用いる全ての用語は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者により一般的に理解されるものと同一の意味を有する。一般的に用いられる辞書に定義されているような用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有するものと解釈されなければならず、本出願で明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味に解釈されない。
図１は、本発明の実施形態に係るダッシュパネル２の前側に位置した構造を示す。ダッシュパネル２はフロントコンパートメントおよび乗客室を区画するように構成されることができ、電気モータ、変速機、熱交換機などがフロントコンパートメントに配置されることができる。
図１を参照すると、カウルパネル１がダッシュパネル２の上段に取り付けられることができ、１対のフロントピラ４がダッシュパネル２の両側端に取り付けられることができる。１対のフロントサイドメンバ３がダッシュパネル２の前側に延びることができ、１対のフロントサイドメンバ３が車両の幅方向に沿って離隔することができ、各フロントサイドメンバ３は車両の長さ方向に沿って延びることができる。各フロントサイドメンバ３は、ダッシュパネル２の下部を貫通することができる。１対のフェンダエプロンメンバ５が車両の幅方向に沿って離隔することができ、１対のフェンダエプロンメンバ５は各フロントピラ４からそれに該当するフロントサイドメンバ３の前方端まで延びることができる。フロントバンパビーム７の両端が１対のクラッシュボックス８を介して１対のバンパビームマウンティングブラケット６に取り付けられることができ、各フェンダエプロンメンバ５の前方端およびフロントサイドメンバ３の前方端が溶接、締結具などにより、それに該当するバンパビームマウンティングブラケット６に取り付けられることができる。
図１および図３を参照すると、フロントサブフレーム１０が１対のフロントサイドメンバ３の下方に配置されることができる。フロントサブフレーム１０は、１対の縦方向メンバ１１（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉａｎｌ ｍｅｍｂｅｒ）と、１対の縦方向メンバ１１の前方部を連結するフロントクロスメンバ１２と、１対の縦方向メンバ１１の後方部を連結するリアクロスメンバ１３と、１対の縦方向メンバ１１から個別的に延びた１対のフロント延長部１４と、を含むことができる。各縦方向メンバ１１は車両の長さ方向に沿って延びることができ、各縦方向メンバ１１はそれに該当するフロントサイドメンバ３の下方に位置することができる。フロントクロスメンバ１２およびリアクロスメンバ１３は車両の幅方向に沿って延びることができ、各フロント延長部１４は各縦方向メンバ１１から車両の前方に向かって延びることができる。フロントサブフレーム１０は、１対の縦方向メンバ１１に個別的に連結された１対のロアコントロールアーム１５を含むことができる。
図３を参照すると、１対のサブフレームマウンティングブラケット９が１対のバンパビームマウンティングブラケット６に個別的に付着されることができる。各フロントサイドメンバ３は、車両の後方に向かって延びたリア延長部３ａを有することができ、リア延長部３ａは、各フロントサイドメンバ３の後方端から車両の後方に向かって曲がることができる。リア延長部３ａは、各フロントサイドメンバ３およびそれに該当するサイドシル（図示せず）を連結するトルクボックス（ｔｏｒｑｕｅ ｂｏｘ）であることができる。
図１および図３を参照すると、フロントサブフレーム１０は、１対のサブフレームマウンティングブラケット９に取り付けられた１対のフロント取付部５１と、１対のフロントサイドメンバ３の中間部に個別的に取り付けられた１対の中間取付部５２と、１対のフロントサイドメンバ３のリア延長部３ａに個別的に取り付けられた１対のリア取付部５３と、を含むことができる。
図１、３を参照すると、電気モータ７０がフロントサブフレーム１０に取り付けられることができ、電気モータ７０の前方端はフロントサブフレーム１０にピボット可能に連結されることができ、電気モータ７０の後方端はダッシュパネル２にピボット可能に連結されることができる。
一実施形態によると、電気モータ７０の前方端は、一つ以上のフロントピボット連結部２１、２２を介してフロントサブフレーム１０に連結されることができる。具体的な実施形態によると、電気モータ７０の前方端は、第１フロントピボット連結部２１および第２フロントピボット連結部２２を介してフロントサブフレーム１０のフロントクロスメンバ１２にピボット可能に連結されることができ、第１フロントピボット連結部２１および第２フロントピボット連結部２２は、車両の幅方向に沿って離隔することができる。図１に例示されたように、第１フロントピボット連結部２１は車両の左側に隣接することができ、第２フロントピボット連結部２２は車両の右側に隣接することができる。
第１フロントピボット連結部２１は、電気モータ７０の前方端からフロントサブフレーム１０のフロントクロスメンバ１２に向かって突出した第１フロントピボットアーム３１と、フロントサブフレーム１０のフロントクロスメンバ１２から上向きに突出した１対の第１フロントピボットラグ３２と、第１フロントピボットアーム３１および１対の第１フロントピボットラグ３２を貫通する第１フロントピボットピン３３と、を含むことができる。第１フロントピボットアーム３１が１対の第１フロントピボットラグ３２の間に収容され、第１フロントピボットピン３３が１対の第１フロントピボットラグ３２および第１フロントピボットアーム３１を貫通することができる。
第２フロントピボット連結部２２は、フロントサブフレーム１０のフロントクロスメンバ１２から電気モータ７０に向かって突出した第２フロントピボットアーム３５と、電気モータ７０の前方端から下向きに突出した１対の第２フロントピボットラグ３６と、第２フロントピボットアーム３５および１対の第２フロントピボットラグ３６を貫通する第２フロントピボットピン３７と、を含むことができる。第２フロントピボットアーム３５が１対の第２フロントピボットラグ３６の間に収容され、第２フロントピボットピン３７が１対の第２フロントピボットラグ３６および第２フロントピボットアーム３５を貫通することができる。
車両の正面衝突の発生時、図４のように、第１フロントピボットラグ３２が第１フロントピボットピン３３の周りに回転すると同時に第２フロントピボットアーム３５が第２フロントピボットピン３７の周りに回転することにより、フロントサブフレーム１０は、車両の下部に向かって回転することができる（図４の矢印Ｒ１方向を参照）。
一実施形態によると、電気モータ７０の後方端は、リアピボット連結部２３を介してダッシュパネル２にピボット可能に連結されることができる。具体的な実施形態によると、リアピボット連結部２３は、電気モータ７０の後方端からダッシュパネル２に向かって突出したリアピボットアーム４１と、ダッシュパネル２から電気モータ７０に向かって突出したピボットブラケット４２と、リアピボットアーム４１およびピボットブラケット４２を貫通するリアピボットピン４３と、を含むことができる。ピボットブラケット４２は、車両の上部に向かう上部壁４２ａと、上部壁４２ａの両側端から車両の下方に向かって延びた１対の側壁４２ｂと、上部壁４２ａと対向する下段開口４２ｃと、を含むことができる。下段開口４２ｃは、車両の下方に向かって開放されることができる。リアピボットアーム４１はピボットブラケット４２の上部壁４２ａと１対の側壁４２ｂとの間に収容され、リアピボットピン４３は１対の側壁４２ｂおよびリアピボットアーム４１を貫通することができ、リアピボット連結部２３はダッシュパネル２のセンタに配置されることができ、特にリアピボット連結部２３は車両のセンタラインＸ上に配置されることができる。
車両の正面衝突の発生時、図４のように、リアピボットアーム４１がリアピボットピン４３の周りに回転する際、リアピボットアーム４１は、ピボットブラケット４２の下段開口４２ｃを介して車両の下部に向かって回転することができ、それにより、電気モータ７０は、リアピボット連結部２３のリアピボットピン４３を介して車両の下部に向かって回転することができる（図４の矢印Ｒ２方向を参照）。
図２は、本発明の実施形態に係るダッシュパネル２の後側に位置した構造を示す。ダッシュパネル２の下段にはフロアパネル６１が連結されることができ、１対のサイドシルインナ６２がフロアパネル６１の両側端に結合されることができ、各サイドシルインナ６２は車両の長さ方向に沿って延びることができる。
横方向補強部材６４がダッシュパネル２の下部に付着されることができ、横方向補強部材６４はフロアパネル６１の前方端と隣接することができる。リアピボット連結部２３は、横方向補強部材６４のセンタに整列することができる。横方向補強部材６４は車両の幅方向に沿って延びることができ、横方向補強部材６４の各端部が締結具、溶接などにより、それに該当する各フロントピラ４に個別的に結合されることにより、横方向補強部材６４は車両の幅方向に沿って１対のフロントピラ４を連結することができる。そこで、横方向補強部材６４は、車両の幅方向に沿って荷重を伝達するロードパスの役割をすることができる。
横方向補強部材６４はダッシュパネル２に向かって開放されたチャンネル形状の断面を有することができ、横方向補強部材６４が締結具、溶接などにより、ダッシュパネル２の前方面または後方面に結合されることにより、横方向補強部材６４は閉断面を形成することができる。一例によると、横方向補強部材６４は、図２のように、ダッシュパネル２の後方面に結合されることができる。他の例によると、横方向補強部材６４は、ダッシュパネル２の前方面に結合されることができる。
縦方向補強部材６５は横方向補強部材６４から車両の後方に向かって延びることができ、縦方向補強部材６５は車両の長さ方向に沿って延びることができる。そこで、縦方向補強部材６５は、荷重を車両の長さ方向に沿って伝達するロードパスの役割をすることができる。
縦方向補強部材６５は、フロアパネル６１に向かって開放されたチャンネル形状またはトンネル形状の断面を有することができる。縦方向補強部材６５が締結具、溶接などにより、フロアパネル６１の上面に結合されることにより、縦方向補強部材６５およびフロアパネル６１は閉断面を形成することができる。フロントクロスメンバ６３は締結具、溶接などによりフロアパネル６１の上面に付着されることができ、フロントクロスメンバ６３は横方向補強部材６４の後側に位置することができる。フロントクロスメンバ６３は車両の幅方向に沿って延びることができ、フロントクロスメンバ６３はフロアパネル６１の前方端に隣接することができる。フロントクロスメンバ６３の各端部が締結具、溶接などにより、それに該当するサイドシルインナ６２に結合されることにより、フロントクロスメンバ６３は１対のサイドシルインナ６２を車両の幅方向に沿って連結することができる。また、シートクロスメンバ６７がフロントクロスメンバ６３の後側に位置することができ、車両シートが取付ブラケットを介してシートクロスメンバ６７に取り付けられることができる。シートクロスメンバ６７は、１対のサイドシルインナ６２を車両の幅方向に沿って連結することができる。
縦方向補強部材６５の前方端は横方向補強部材６４のセンタに結合されることができ、縦方向補強部材６５の後方端はフロントクロスメンバ６３のセンタに結合されることができる。縦方向補強部材６５が車両の長さ方向に沿ってピボットブラケット４２に整列することにより、縦方向補強部材６５およびリアピボット連結部２３は車両の長さ方向に沿って整列することができる。特に、縦方向補強部材６５およびリアピボット連結部２３は、車両の縦方向センタラインＸ（ｃｅｎｔｒａｌ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ａｘｉｓ）に沿って整列および延長することができる。
車両の正面衝突の発生時、荷重がフロントサイドメンバ３およびフロントサブフレーム１０に伝達され、フロントサブフレーム１０の前方部が変形することにより、フロントサブフレーム１０は第１および第２フロントピボット連結部２１、２２を介して車両の下部に向かって回転することができ（図４の矢印Ｒ１方向を参照）、それによりフロントサブフレーム１０のリア取付部５３が車体のフロントサイドメンバ３の後方延長部３ａから完全に離脱することができる。また、荷重が電気モータ７０に伝達される際、電気モータ７０はリアピボット連結部２３を介して車両の下部に向かって回転することができ（図４の矢印Ｒ２方向を参照）、そのため、フロントサブフレーム１０は完全に車両の下方へ離脱することができ、それにより、フロントサブフレーム１０が電池組立体６６と衝突することを回避することができる。また、電気モータ７０に伝達される荷重は、リアピボット連結部２３を介して、縦方向補強部材６５および横方向補強部材６４を介して伝達されることで衝突エネルギーを吸収することができる。
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正および変形が可能である。
したがって、本発明に開示された実施形態は本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであって、このような実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は後述の請求範囲により解釈されなければならず、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
１ カウルパネル
２ ダッシュパネル
３ フロントサイドメンバ
４ フロントピラ
５ フェンダエプロンメンバ
６ バンパビームマウンティングブラケット
７ フロントバンパビーム
８ クラッシュボックス
１０ フロントサブフレーム
１１ 縦方向メンバ
１２ フロントクロスメンバ
１３ リアクロスメンバ
１４ フロント延長部
１５ ロアコントロールアーム
２１ 第１フロントピボット連結部
２２ 第２フロントピボット連結部
２３ リアピボット連結部
３１ 第１フロントピボットアーム
３２ 第１フロントピボットラグ
３３ 第１フロントピボットピン
３５ 第２フロントピボットアーム
３６ 第２フロントピボットラグ
３７ 第２フロントピボットピン
４１ リアピボットアーム
４２ ピボットブラケット
４３ リアピボットピン
６１ フロアパネル
６２ サイドシルインナ
６３ フロントクロスメンバ
６４ 横方向補強部材
６５ 縦方向補強部材
７０ 電気モータ

Claims (10)

  1. ダッシュパネルと、
    前記ダッシュパネルの前側に延びた１対のフロントサイドメンバと、
    前記１対のフロントサイドメンバの下方に配置されたフロントサブフレームと、
    前記フロントサブフレームに取り付けられた電気モータと、を含み、
    前記電気モータの前方端は前記フロントサブフレームにピボット可能に連結され、前記電気モータの後方端は前記ダッシュパネルにピボット可能に連結される、ことを特徴とする車両衝突エネルギー吸収システム。
  2. 前記電気モータの後方端は、リアピボット連結部を介して前記ダッシュパネルにピボット可能に連結される、ことを特徴とする請求項１に記載の車両衝突エネルギー吸収システム。
  3. 前記リアピボット連結部は、前記電気モータの後方端から前記ダッシュパネルに向かって突出したリアピボットアームと、前記ダッシュパネルから前記電気モータに向かって突出したピボットブラケットと、前記リアピボットアームおよび前記ピボットブラケットを貫通するリアピボットピンと、を含む、ことを特徴とする請求項２に記載の車両衝突エネルギー吸収システム。
  4. 前記ピボットブラケットは、車両の上部に向かう上部壁と、前記上部壁の両側端から車両の下方に向かって延びた１対の側壁と、前記上部壁と対向する下段開口と、を含み、
    前記リアピボットピンは、前記１対の側壁および前記リアピボットアームを貫通する、ことを特徴とする請求項３に記載の車両衝突エネルギー吸収システム。
  5. 前記ダッシュパネルの下部に付着された横方向補強部材をさらに含み、
    前記横方向補強部材は車両の幅方向に沿って延びる、ことを特徴とする請求項３に記載の車両衝突エネルギー吸収システム。
  6. 前記リアピボット連結部は、前記横方向補強部材のセンタに整列する、ことを特徴とする請求項５に記載の車両衝突エネルギー吸収システム。
  7. 前記横方向補強部材から車両の後方に向かって延びた縦方向補強部材をさらに含み、
    前記縦方向補強部材は車両の長さ方向に沿って延び、前記縦方向補強部材はフロアパネルの上面に付着される、ことを特徴とする請求項５に記載の車両衝突エネルギー吸収システム。
  8. 前記フロアパネルの上面に付着されたフロントクロスメンバをさらに含み、
    前記フロントクロスメンバは前記横方向補強部材の後側に位置する、ことを特徴とする請求項７に記載の車両衝突エネルギー吸収システム。
  9. 前記縦方向補強部材の前方端は前記横方向補強部材のセンタに結合され、前記縦方向補強部材の後方端は前記フロントクロスメンバのセンタに結合される、ことを特徴とする請求項８に記載の車両衝突エネルギー吸収システム。
  10. 前記電気モータの前方端は、１対のフロントピボット連結部を介して前記フロントサブフレームのフロントクロスメンバにピボット可能に連結される、ことを特徴とする請求項１に記載の車両衝突エネルギー吸収システム。
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