JP2023072957A - 車体下部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電動車両のように車室床下にバッテリーを格納する車体下部構造において、単純な構造で側突荷重に対する高いバッテリー保護性能および耐荷重性能を確保する。【解決手段】車体下部構造１００は、車室Ｒの床面を構成するフロアパネル１１０と、車両前後方向に延びる一対のサイドシル１２０と、フロアパネル１１０の下方で車両幅方向に延びて一対のサイドシル１２０を接続する複数のクロスメンバ１３０と、一対のサイドシル１２０のそれぞれを内側から補強し、車両上下方向において複数のクロスメンバ１３０と重複して配置されたサイドシル補強材１２３と、フロアパネル１１０の下方で一対のサイドシル１２０の車両幅方向の間に配置されたバッテリーパックとを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、車体下部構造に関する。

電気自動車などの電動車両は、十分な航続距離を確保するために大容量のバッテリーを搭載する必要がある一方で広い車室が求められている。これらの要求を両立するため、多くの電気自動車では大容量のバッテリーを大型のバッテリーケースに格納して車室床下全面に搭載している。

特許文献１では、車室床下全面に大型のバッテリーケースを配置し、バッテリーケースの車両幅方向両外側に一対のサイドシルを配置した車体下部構造が開示されている。一対のサイドシル内には補強材が配置されており、車両側面衝突時に付加される車両幅方向の荷重（側突荷重）は補強材で受けられる。また、一対のサイドシルはフロアクロスメンバおよびバッテリーケースと接合されており、側突荷重はフロアクロスメンバおよびバッテリーケースでも受けられる。

特開２０２０－５５４７３号公報

特許文献１の構造では、車室床下全面に大型のバッテリーケースを配置し、バッテリーケースで側突荷重を受けるため、バッテリー保護性能の観点から好ましくなく、改善の余地がある。また、バッテリーケース内に車両幅方向に延びるクロスメンバを設けることでバッテリーを保護する構造は複雑である。また、バッテリーケース外の一対のサイドシルと、バッテリーケース内のクロスメンバとの間には必然的に隙間が生じる。従って、側突荷重に対する反力の発生タイミングが遅れ、高いエネルギー吸収効率を確保できない。よって、耐荷重性能の観点でも改善の余地がある。

本発明は、電動車両のように車室床下にバッテリーを格納する車体下部構造において、単純な構造で側突荷重に対する高いバッテリー保護性能および耐荷重性能を確保することを課題とする。

本発明は、車室床面を構成するフロアパネルと、車両前後方向に延びる一対のサイドシルと、前記フロアパネルの下方で車両幅方向に延びて前記一対のサイドシルを接続する複数のクロスメンバと、前記一対のサイドシルのそれぞれを内側から補強し、車両上下方向において前記複数のクロスメンバと重複して配置されたサイドシル補強材と、前記フロアパネルの下方で前記一対のサイドシルの車両幅方向の間に配置されたバッテリーパックとを備える、車体下部構造を提供する。

この構成によれば、車室床下（フロアパネルの下）に一対のサイドシルと接合される複数のクロスメンバが配置されているため、複数のクロスメンバによって側突荷重を受けることができる。さらに、複数のクロスメンバは、サイドシル補強材と車両上下方向において重複して配置されているため、サイドシル補強材で受けた側突荷重を複数のクロスメンバに伝達できる。従って、側突荷重に対する高い耐荷重性能を確保できる。また、一対のサイドシルの車両幅方向の間隔は複数のクロスメンバによって維持されるため、一対のサイドシルの間に配置されたバッテリーパックが車両側面衝突時に損傷することを抑制できる。従って、高いバッテリー保護性能を確保できる。ここで、バッテリーパックとは、バッテリーのセルを含み、好ましくは防水性能を有する。このようにして、車室床下の全面に配置されるような大型のバッテリーケースを不要にし、単純な構造で側突荷重に対する高いバッテリー保護性能および耐荷重性能を確保できる。

前記バッテリーパックは、車両前後方向において前記複数のクロスメンバの間に配置され、前記複数のクロスメンバに接合されていてもよい。

この構成によれば、バッテリーパックは複数のクロスメンバの間に配置されている。換言すれば、バッテリーパック外に複数のクロスメンバを設けている。従って、バッテリーケース内に複数のクロスメンバを設ける場合と比べて構造を単純化できる。また、複数のクロスメンバにバッテリーパックが接合されているため、バッテリーパックを簡易に設置できる。

前記車体下部構造は、前記バッテリーパックの下面を覆うアンダカバーをさらに備えてもよい。

この構成によれば、アンダカバーによって車両底面の衝撃緩衝機能を発揮でき、路面からの飛び石などに対してバッテリーパックを保護できる。また、アンダカバーは整流板としても機能するため、空気抵抗も低減できる。

前記サイドシル補強材は、車両前後方向に垂直な断面において、車両幅方向に並ぶ複数の緩衝空間を画定する閉断面形状を有してもよい。

この構成によれば、側突荷重を受けた際に複数の緩衝空間が車両幅方向外側から順に潰れることによって高いエネルギー吸収効率を発揮できる。

前記サイドシル補強材は、押出形材であってもよく、前記一対のサイドシルのそれぞれは、車両幅方向内側に配置された鋼板製のインナパネルと、車両幅方向外側に配置された鋼板製のアウタパネルとを含んでもよく、前記インナパネルは、車両幅方向上側に配置されたインナアッパパネルと、車両幅方向下側に配置されたインナロアパネルとを含んでもよく、前記インナアッパパネルおよびインナロアパネルは、開口部を形成するように車両上下方向に離間して配置されてもよく、前記複数のクロスメンバは、前記開口部から前記一対のサイドシル内にまで延びる押出形材であり、前記サイドシル補強材と接合されてもよい。

前記一対のサイドシルのそれぞれは、車両幅方向内側に配置された鋼板製のインナパネルと、車両幅方向外側に配置された鋼板製のアウタパネルとを含んでもよく、前記複数のクロスメンバは、鋼板製であり、前記インナパネルと接合されてもよい。

前記一対のサイドシルのそれぞれは、車両幅方向内側に配置されたインナパネルと、車両幅方向外側に配置されたアウタパネルとを含んでもよく、
前記サイドシル補強材は、前記インナパネルと一体的に押出形材として構成されてもよい。

これらの構成によれば、車体下部構造において汎用的に使用される鋼板ないしアルミニウム合金などの押出形材を使用した具体的な設計を実現できる。

前記フロアパネルは、車両幅方向の中央部において凸形状を有してもよい。

この構成によれば、フロアパネルの凸形状によって、車両前方衝突に対する高い耐荷重性能を確保できる。通常、フロアパネルに凸形状を形成すると、側突荷重に対する耐荷重性能が低下するおそれがあるが、前述のようにして複数のクロスメンバによって側突荷重に対しては高い耐荷重性能が確保されているため、上記構成はデメリットが抑制されて有効に機能する。

本発明によれば、電動車両のように車室床下にバッテリーを格納する車体下部構造において、単純な構造で側突荷重に対する高いバッテリー保護性能および耐荷重性能を確保できる。

電動車両の側面図。 第１実施形態に係る車体下部構造の斜視図。 第１実施形態に係る車体下部構造の平面図。 図３のＡ－Ａ線に沿った断面図。 図３のＢ－Ｂ線に沿った断面図。 第２実施形態に係る車体下部構造の斜視図。 第２実施形態に係る車体下部構造の断面図。 第３実施形態に係る車体下部構造の斜視図。 第３実施形態に係る車体下部構造の断面図。 第３実施形態の変形例に係る車体下部構造を示す斜視図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
図１を参照して、電動車両１は、バッテリーパック１０から供給される電力によって不図示のモータを駆動させて走行する車両である。例えば、電動車両１は、電気自動車またはプラグインハイブリッド車等であり得る。車両の種類については、特に限定されず、乗用車、トラック、作業車、またはその他のモビリティ等であり得る。以下では、電動車両１として乗用車タイプの電気自動車の場合を例に挙げて説明する。

電動車両１は、車体前部２０に不図示のモータや高電圧機器等を搭載している。また、電動車両１は、車体中央部３０に車室Ｒを有している。電動車両１は、車室Ｒの下側を構成する車体下部構造１００において、車室Ｒの床下の概ね全面に複数のバッテリーパック１０を格納している。好ましくは、複数のバッテリーパック１０のそれぞれは、バッテリーセルを密閉した防水ケースを有している。なお、図１中、電動車両１の前後方向をＸ方向で示し、上下方向をＺ方向で示している。以降の図でも同表記とし、図２以降で電動車両１の幅方向をＹ方向で示す。

図２～５を参照して、車体下部構造１００は、電動車両１の車体中央部３０の下部の骨格を構成する。図２～５では、車体下部構造１００の一部が示されている。実際には、図２～５に示す車体下部構造１００は、中心線ＣＬについて車両幅方向に対称な形状を有し、車両前後方向にも破断線ＢＬを超えて同様の形状が続いている。なお、図３では、後述するフロアパネル１１０が取り外された状態が示されている。

車体下部構造１００は、車室Ｒの床面を構成するフロアパネル１１０と、車両前後方向に延びる一対のサイドシル１２０と、フロアパネル１１０の下方で車両幅方向に延びて一対のサイドシル１２０を接続する複数のクロスメンバ１３０とを備える。

図２を参照して、本実施形態では、フロアパネル１１０は、鋼板製である。フロアパネル１１０の上面は、平坦であり、車室Ｒの床面を構成する。フロアパネル１１０の車両幅方向端部は、上方へ向かって折り曲げられ、一対のサイドシル１２０の後述するインナパネル１２１と溶接されている。バッテリーパック１０は、フロアパネル１１０の下方で一対のサイドシル１２０の車両幅方向の間に配置されている。なお、本実施形態とは異なるが、一般の車体下部構造では、フロアパネルの上にはフロアクロスメンバと称される強度部材が配置される。しかし、本実施形態ではフロアパネル１１０の下に配置された複数のクロスメンバ１３０によって十分な耐荷重性能を確保できるため、当該フロアクロスメンバは省略されている。

図２，５を参照して、一対のサイドシル１２０のそれぞれは、車両幅方向内側に配置された鋼板製のインナパネル１２１と、車両幅方向外側に配置された鋼板製のアウタパネル１２２とを有している。インナパネル１２１およびアウタパネル１２２は、車両前後方向に垂直な断面において概ねハット形を有している。インナパネル１２１およびアウタパネル１２２は、車両上下方向の両端部を互いに溶接され、内部にサイドシル空間Ｓ１を画定している。

本実施形態では、サイドシル空間Ｓ１には、アルミニウム合金製の押出形材からなるサイドシル補強材１２３が配置されている。サイドシル補強材１２３は、一対のサイドシル１２０のそれぞれを内側から補強している。サイドシル補強材１２３は、車両幅方向の内側においてインナパネル１２１と当接し、車両幅方向の外側においてアウタパネル１２２と当接している。サイドシル補強材１２３は、ＳＰＲ（Self Piercing Rivet）などの異材接合によってインナパネル１２１およびアウタパネル１２２の少なくとも一方と接合されている。代替的には、サイドシル補強材１２３は、インナパネル１２１またはアウタパネル１２２と当接せずに近接していてもよい。このとき、サイドシル補強材１２３は、図示しないブラケットを介してインナパネル１２１およびアウタパネル１２２の少なくとも一方と接合されてもよい。

本実施形態では、サイドシル補強材１２３は、車両前後方向に垂直な断面において、車両幅方向に並ぶ複数の緩衝空間Ｓ１１～Ｓ１３を画定する閉断面形状を有している。複数の緩衝空間Ｓ１１～Ｓ１３のそれぞれは、任意の形状であり得る。

また、サイドシル補強材１２３は、車両上下方向において複数のクロスメンバ１３０と重複して配置されている。好ましくは、サイドシル補強材１２３および複数のクロスメンバ１３０は、車両上下方向の大きさにおいて互いに５０％以上重複している。本実施形態では、図５に示すように、サイドシル補強材１２３および複数のクロスメンバ１３０は、車両上下方向において概ね全体（互いに８０％以上）が重複して配置されている。

本実施形態では、複数のクロスメンバ１３０は、鋼板製であり、インナパネル１２１と接合されている。当該接合は、例えばＭＩＧ（Metal Inert Gas）溶接である。代替的には、当該接合は、ＲＳＷ（Resistance Spot Welding）など他の接合手段であってもよい。これは以降の各部材の溶接に関しても同様である。また、複数のクロスメンバ１３０のそれぞれは、すべて同じ形状であり、車両幅方向に垂直な断面において車両上下方向に仕切られた矩形である。ただし、複数のクロスメンバ１３０のそれぞれは、同じ形状でなくてもよく、断面形状も任意の形状であり得る。

図２，４を参照して、車両前後方向において複数のクロスメンバ１３０の間には、バッテリーパック１０が配置されている。バッテリーパック１０は、複数のクロスメンバ１３０に接合されている。図示の例では、バッテリーパック１０は下面において車両前後方向に延出したフランジ部１１を有し、フランジ部１１において複数のクロスメンバ１３０の下面に接合されている。当該接合は、交換時に着脱可能なように，例えばボルトなどの機械的接合であり得る。好ましくは、バッテリーパック１０は容易に着脱できるように下側からボルト接合されている。

本実施形態では、車体下部構造１００において、バッテリーパック１０の下面を覆う鋼板製のアンダカバー１４０が設けられている。アンダカバー１４０は、アンダカバー１４０とバッテリーパック１０との間には車両上下方向に隙間Ｇが設けられるように一対のサイドシル１２０に溶接されている。アンダカバー１４０は、１枚の板材であり、車体下部構造１００の全体にわたって配置されている。代替的には、アンダカバー１４０は、個々のバッテリーパック１０に対して個別に設けられてもよい。

本実施形態の車体下部構造１００は、以下の利点を有している。

車室Ｒの床下（フロアパネル１１０の下）に一対のサイドシル１２０と接合される複数のクロスメンバ１３０が配置されているため、複数のクロスメンバ１３０によって側突荷重を受けることができる。さらに、複数のクロスメンバ１３０は、サイドシル補強材１２３と車両上下方向において重複して配置されているため、サイドシル補強材１２３で受けた側突荷重を複数のクロスメンバ１３０に伝達できる。従って、側突荷重に対する高い耐荷重性能を確保できる。また、一対のサイドシル１２０の車両幅方向の間隔は複数のクロスメンバ１３０によって維持されるため、一対のサイドシル１２０の間に配置されたバッテリーパック１０が車両側面衝突時に損傷することを抑制できる。従って、高いバッテリー保護性能を確保できる。このようにして、車室Ｒの床下の全面に配置されるような大型のバッテリーケースを不要にし、単純な構造で側突荷重に対する高いバッテリー保護性能および耐荷重性能を確保できる。

また、バッテリーパック１０は複数のクロスメンバ１３０の間に配置されている。換言すれば、バッテリーパック１０外に複数のクロスメンバ１３０を設けている。従って、バッテリーケース内に複数のクロスメンバ１３０を設ける場合と比べて構造を単純化できる。また、複数のクロスメンバ１３０にバッテリーパック１０が接合されているため、バッテリーパック１０を簡易に設置できる。

また、アンダカバー１４０によって電動車両１の底面の衝撃緩衝機能を発揮でき、路面からの飛び石などに対してバッテリーパック１０を保護できる。また、アンダカバー１４０は整流板としても機能するため、空気抵抗も低減できる。

また、側突荷重を受けた際にサイドシル補強材１２３の複数の緩衝空間Ｓ１１～Ｓ１３が車両幅方向外側から順に潰れることによって高いエネルギー吸収効率を発揮できる。

車体下部構造１００において、一対のサイドシル１２０および複数のクロスメンバ１３０がともに鋼板製であるため、汎用的に使用される鋼板を使用した具体的な設計を実現できる。

（第２実施形態）
図６，７に示す第２実施形態の車体下部構造１００は、複数のクロスメンバ１３０と、一対のサイドシル１２０と、サイドシル補強材１２３とに関する構成が第１実施形態と異なる。これに関する構成以外は、第１実施形態と実質的に同じである。従って、第１実施形態にて示した部分については説明を省略する場合がある。なお、図６，７は、第１実施形態の図２，５にそれぞれ対応している。

本実施形態では、サイドシル補強材１２３およびインナパネル１２１が一体的にアルミニウム合金製の押出形材として構成されている。一体的に形成されたサイドシル補強材１２３およびインナパネル１２１は、第１実施形態と同様に緩衝空間Ｓ１１～Ｓ１３を有している。アウタパネル１２２は、第１実施形態と同じ鋼板製である。インナパネル１２１（サイドシル補強材１２３）およびアウタパネル１２２は、車両上下方向の両端部においてＳＰＲなどを用いて異種金属接合されている。

本実施形態では、複数のクロスメンバ１３０は、第１実施形態と形状は同じであるが、アルミニウム合金製の押出形材からなる。複数のクロスメンバ１３０は、車両幅方向の両端部においてインナパネル１２１（サイドシル補強材１２３）と溶接されている。

フロアパネル１１０およびアンダカバー１４０は、第１実施形態と同じ鋼板製であってもよいし、アルミニウム合金製の板材であってもよい。

本実施形態の車体下部構造１００によれば、車体下部構造１００において、インナパネル１２１（サイドシル補強材１２３）および複数のクロスメンバ１３０がともに押出形材であるため、汎用的に使用される押出形材を使用した具体的な設計を実現できる。

（第３実施形態）
図８，９に示す第３実施形態の車体下部構造１００は、複数のクロスメンバ１３０と、一対のサイドシル１２０と、サイドシル補強材１２３とに関する構成が第１実施形態と異なる。これに関する構成以外は、第１実施形態と実質的に同じである。従って、第１実施形態にて示した部分については説明を省略する場合がある。なお、図８，９は、第１実施形態の図２，５にそれぞれ対応している。

本実施形態では、インナパネル１２１は、車両幅方向上側に配置された鋼板製のインナアッパパネル１２１ａと、インナアッパパネル１２１ａから下方へ離間して配置されたインナロアパネル１２１ｂとを含んでいる。インナアッパパネル１２１ａとインナロアパネル１２１ｂとによって、車両前後方向に延びる開口部１２１ｃが画定されている。

本実施形態では、複数のクロスメンバ１３０は、アルミニウム合金製の押出形材である。複数のクロスメンバ１３０は、開口部１２１ｃから一対のサイドシル１２０内にまで延び、サイドシル補強材１２３と溶接されている。

フロアパネル１１０およびアンダカバー１４０は、第１実施形態と同じ鋼板製であってもよい。この場合、フロアパネル１１０はインナアッパパネル１２１ａと溶接され、アンダカバー１４０はインナロアパネル１２１ｂとボルト接合されている。代替的には、フロアパネル１１０およびアンダカバー１４０は、アルミニウム合金製の板材であってもよい。この場合、フロアパネル１１０はインナアッパパネル１２１ａと異種金属接合され、アンダカバー１４０はインナロアパネル１２１ｂと異種金属接合される。

本実施形態の車体下部構造１００によれば、サイドシル補強材１２３および複数のクロスメンバ１３０がともに押出形材であるため、汎用的に使用される押出形材を使用した具体的な設計を実現できる。

また、図１０に示す第３実施形態の変形例の車体下部構造１００では、フロアパネル１１０は、車両幅方向の中央部において凸形状（凸部１１１）を有している。図１０では、凸部１１１の車両幅方向における半分のみが示されているが、実際には凸部１１１は車両幅方向に対称的な凸形状を有している。

本変形例の車体下部構造１００によれば、フロアパネル１１０の凸形状によって、車両前方衝突に対する高い耐荷重性能を確保できる。通常、フロアパネルに凸形状を形成すると、側突荷重に対する耐荷重性能が低下するおそれがあるが、前述のようにして複数のクロスメンバ１３０によって側突荷重に対しては高い耐荷重性能が確保されているため、本変形例の構成はデメリットが抑制されて有効に機能する。

以上より、本発明の具体的な実施形態および変形例について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、個々の実施形態および変形例の内容を適宜組み合わせたものを、この発明の一実施形態としてもよい。

１ 電動車両
１０ バッテリーパック
１１ フランジ部
２０ 車体前部
３０ 車体中央部
１００ 車体下部構造
１１０ フロアパネル
１１１ 凸部
１２０ サイドシル
１２１ インナパネル
１２１ａ インナアッパパネル
１２１ｂ インナロアパネル
１２１ｃ 開口部
１２２ アウタパネル
１２３ サイドシル補強材
１３０ クロスメンバ
１４０ アンダカバー
Ｒ 車室
Ｓ１ サイドシル空間
Ｓ１１～Ｓ１３ 緩衝空間
Ｇ 隙間

Claims (8)

1. 車室床面を構成するフロアパネルと、
   車両前後方向に延びる一対のサイドシルと、
   前記フロアパネルの下方で車両幅方向に延びて前記一対のサイドシルを接続する複数のクロスメンバと、
   前記一対のサイドシルのそれぞれを内側から補強し、車両上下方向において前記複数のクロスメンバと重複して配置されたサイドシル補強材と、
   前記フロアパネルの下方で前記一対のサイドシルの車両幅方向の間に配置されたバッテリーパックと
   を備える、車体下部構造。
2. 前記バッテリーパックは、車両前後方向において前記複数のクロスメンバの間に配置され、前記複数のクロスメンバに接合されている、請求項１に記載の車体下部構造。
3. 前記バッテリーパックの下面を覆うアンダカバーをさらに備える、請求項１または請求項２に記載の車体下部構造。
4. 前記サイドシル補強材は、車両前後方向に垂直な断面において、車両幅方向に並ぶ複数の緩衝空間を画定する閉断面形状を有している、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車体下部構造。
5. 前記サイドシル補強材は、押出形材であり、
   前記一対のサイドシルのそれぞれは、車両幅方向内側に配置された鋼板製のインナパネルと、車両幅方向外側に配置された鋼板製のアウタパネルとを含み、
   前記インナパネルは、車両幅方向上側に配置されたインナアッパパネルと、車両幅方向下側に配置されたインナロアパネルとを含み、
   前記インナアッパパネルおよびインナロアパネルは、開口部を形成するように車両上下方向に離間して配置され、
   前記複数のクロスメンバは、前記開口部から前記一対のサイドシル内にまで延びる押出形材であり、前記サイドシル補強材と接合されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車体下部構造。
6. 前記一対のサイドシルのそれぞれは、車両幅方向内側に配置された鋼板製のインナパネルと、車両幅方向外側に配置された鋼板製のアウタパネルとを含み、
   前記複数のクロスメンバは、鋼板製であり、前記インナパネルと接合されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車体下部構造。
7. 前記一対のサイドシルのそれぞれは、車両幅方向内側に配置されたインナパネルと、車両幅方向外側に配置されたアウタパネルとを含み、
   前記サイドシル補強材は、前記インナパネルと一体的に押出形材として構成されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の車体下部構造。
8. 前記フロアパネルは、車両幅方向の中央部において凸形状を有している、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の車体下部構造。

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