JP6740923B2 - 電力制御ユニットの車載構造 - Google Patents

Description

本明細書は、走行用モータに供給する電力を制御する電力制御ユニットの車載構造を開示する。

走行用モータを備える電気自動車の多くは、走行用モータと、走行用モータに供給する電力を制御する電力制御ユニットを車両前部空間に搭載している。走行用モータへの供給電力の転送損失を小さくするため、電力制御ユニットは、走行用モータを収容するハウジングの上に固定される（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示された電力制御ユニットは、その筐体の上面後方にコネクタが設けられている。

特開２０１５−１３３８０３号公報

車両前部空間に搭載されている電力制御ユニットは、車両の前方衝突の際、衝撃で後退する可能性がある。電力制御ユニットが後退すると、電力制御ユニットの後方に位置するカウルパネルと干渉し、電力制御ユニットの筐体の上面後方のコネクタがダメージを受ける可能性がある。一方、電力制御ユニットは、衝突時に高電圧のコンデンサを放電する放電回路を備えており、コネクタを通じて外部から放電指令を受信してコンデンサを放電する。衝突時にコネクタがダメージを受けると放電指令が放電回路に達せずコンデンサの放電が行われなくなるおそれがある。

そのような課題に対して、発明者は、カウルパネルからコネクタを保護するために、車両前後方向でコネクタとカウルパネルの間にプロテクタを設けることを考えた。車両の前方衝突の際、電力制御ユニットが衝撃で後退しても、プロテクタの後端とカウルパネルが干渉することで、電力制御ユニットの後退が止まり、カウルパネルからコネクタを保護し得る。

車両の前方衝突によりプロテクタの後端がカウルパネルと干渉すると、プロテクタは固定箇所を中心として回転する。この回転により固定箇所に荷重が作用する。特に、プロテクタを電力制御ユニットの筐体の後面に固定することができない諸事情（例えば、後面の近傍に他の部材（ケーブル等）が配置されている等の事情）がある場合には、プロテクタは車幅方向を向く筐体の側面に固定される。この場合、プロテクタの固定箇所とプロテクタの後端の間の距離が長くなり、プロテクタの回転に起因して固定箇所に作用する荷重が大きくなる。この荷重によりプロテクタの固定箇所が破損すると、電力制御ユニットの後退が止まらずに、コネクタがカウルパネルと干渉する虞がある。本明細書では、プロテクタの固定箇所の破損を防止して、カウルパネルからコネクタを保護するための技術を開示する。

本明細書が開示する車載構造では、先に述べたように、プロテクタは、電力制御ユニットの筐体に固定されている。プロテクタは、コネクタの夫々の側方に位置するとともにその後端が車両前後方向でコネクタとカウルパネルの間に位置する。そして、夫々のプロテクタは、車幅方向を向く筐体の側面に固定されているとともに、固定箇所の後上方に、所定のギャップを隔てて筐体に対向する当て面を備えている。

この車載構造によれば、車両の前方衝突に起因して、プロテクタが固定箇所を中心に車両前方に向かって回転すると、固定箇所の後上方に位置する当て面が筐体に当接する。これにより、プロテクタの回転は、当て面で抑えられる。当て面によりプロテクタの回転が抑えられることにより、当て面を備えない構成と比較して、固定箇所に作用する荷重が低減される。プロテクタの固定箇所の破損を防止して、カウルパネルからコネクタを保護することができる。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。

実施例の車載構造を含むハイブリッド車の電力系のブロック図である。 実施例の車載構造を含むハイブリッド車のフロントコンパートメントにおけるデバイス配置を示す斜視図である。 車載されたＰＣＵ（電力制御ユニット）の平面図である。 車載されたＰＣＵの側面図である。 Ｖ−Ｖ線における断面図である。

図面を参照して実施例の車載構造を説明する。実施例の車載構造は、走行用のモータとエンジンを備えるハイブリッド車１００に採用されている。まず、ハイブリッド車１００の電気系を説明する。図１にハイブリッド車１００の電気系のブロック図を示す。図１のブロック図は、本明細書が開示する技術の説明に必要のない一部の部品は図示を省略してあることに留意されたい。

ハイブリッド車１００は、走行用モータ８（以下、「モータ８」と表記）とエンジン１３を備える。モータ８の出力とエンジン１３の出力は動力分配機構９により合成され車軸１１に出力される。動力分配機構９は、場合によってはエンジン１３の出力トルクを車軸１１とモータ８に分配する。このとき、モータ８は、エンジン１３の出力トルクの一部により発電する。あるいは、モータ８は、車両の減速エネルギを利用して発電する。発電で得られた電力は電力制御ユニット５を介して高電圧バッテリ３の充電に用いられる。エンジン１３の筐体には、エンジンコントローラ１２が設けられている。エンジンコントローラ１２は、車両全体の制御を司るＨＶコントローラ６とエンジンワイヤハーネス２８で接続されている。エンジンワイヤハーネス２８は、ＨＶコントローラ６とエンジンコントローラ１２との間で様々な信号を伝達するための通信ケーブルである。

モータ８は、電力制御ユニット５から供給される交流電力で駆動される。電力制御ユニット５は、高電圧バッテリ３の直流電力をモータ８の駆動に適した交流電力に変換してモータ８に供給する。高電圧バッテリ３の出力は、例えば、３００ボルトである。以下では、説明の便宜上、「電力制御ユニット５」を「ＰＣＵ５（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ ５）」と称する。

ＰＣＵ５は、電圧コンバータ回路とインバータ回路を備えている。電圧コンバータ回路は、高電圧バッテリ３の電力をモータ８の駆動に適した電圧まで昇圧する。昇圧後の電圧は例えば６００ボルトである。インバータ回路は、昇圧された直流電力を、モータ８の駆動に適した周波数を有する３相交流電力に変換する。インバータ回路は、モータ８が発電した交流電力を直流電力に変換する機能も有している。電圧コンバータ回路は、インバータ回路で直流変換された電力の電圧を高電圧バッテリ３の電圧まで降圧する機能も有している。即ち、ＰＣＵ５に内蔵されている電圧コンバータ回路は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。電圧コンバータ回路とインバータ回路についての詳しい説明は省略する。

ＰＣＵ５には、高電圧バッテリ３の電流を平滑化するコンデンサ１６が備えられている。さらに、ＰＣＵ５には、車両衝突時にコンデンサ１６を放電する放電回路１７が備えられている。放電回路１７は、例えば放電抵抗である。あるいは、先に述べた昇圧コンバータ回路やインバータ回路が放電回路として利用される場合もある。

コンデンサ１６には高電圧バッテリ３の電圧が印加されており、衝突の際に放電回路１７がコンデンサ１６を放電することでＰＣＵ５の安全性が確保される。ＨＶコントローラ６からＰＣＵ５へ、放電回路１７を起動してコンデンサ１６を放電させる放電指令が伝達される。ＨＶコントローラ６は、エアバックコントローラ１８から、車両が衝突したことを示す信号を受け取ると、ＰＣＵ５へ放電指令を送信する。同時にＨＶコントローラ６は、高電圧バッテリ３とＰＣＵ５を電気的に接続しているシステムメインリレー４を開放する。システムメインリレー４が開放されると、ＰＣＵ５が高電圧バッテリ３から遮断され、コンデンサ１６への電力供給が止まり、コンデンサ１６の放電が可能になる。なお、エアバックコントローラ１８は、衝突を検知する加速度センサを備えており、加速度センサが所定の大きさ以上の加速度を検知すると、車両が衝突したことを示す信号をＨＶコントローラ６へ送信する。

高電圧バッテリ３とＰＣＵ５は、高電圧電力線２４で接続されている。高電圧電力線２４の一端は、ＰＣＵ５に設けられた高電圧コネクタ２１に接続されている。即ち、高電圧電力線２４と高電圧コネクタ２１が、高電圧バッテリ３の電力をＰＣＵ５に供給する。高電圧電力線２４には、システムメインリレー４が挿入されている。

ＰＣＵ５には、低電圧で駆動する制御回路も収容されている。ここで、低電圧とは、上記した高電圧バッテリ３の出力電圧よりも低い電圧である。その制御回路へ電力を供給するために、ＰＣＵ５は、補機バッテリ７とも接続されている。補機バッテリ７の出力電圧は、高電圧バッテリ３の出力電圧よりも低く、例えば１２ボルトである。ＰＣＵ５と補機バッテリ７は、補機共通電力線１４と低電圧電力線２６を介してＰＣＵ５と接続されている。低電圧電力線２６の一端は、ＰＣＵ５に設けられている低電圧コネクタ２３に接続されている。補機共通電力線１４は、車内に張り巡らされている電力線であり、様々な補機に電力を供給する。「補機」とは、低電圧で駆動するデバイス群の総称である。補機の一例は、カーナビゲーション装置１５である。ＰＣＵ５に実装されている、低電圧で動作する制御回路も「補機」に属する。

低電圧コネクタ２３には、低電圧電力線２６のほか、ＰＣＵワイヤハーネス２７が接続されている。ＰＣＵワイヤハーネス２７は、ＰＣＵ５とＨＶコントローラ６の間で様々な信号をやり取りするための通信ケーブルである。先に述べた放電指令も、ＰＣＵワイヤハーネス２７を通じてＨＶコントローラ６からＰＣＵ５へ伝達される。車両が衝突した際、ＨＶコントローラ６がＰＣＵ５へ放電指令を送信する前に低電圧コネクタ２３がダメージを受けると、ＰＣＵ５は放電指令を適切に受信できず、コンデンサ１６の放電が実施されないおそれがある。ハイブリッド車１００は、正面衝突の際に低電圧コネクタ２３がダメージを受け難い構造を備えている。次に、ＰＣＵ５の車載構造２を説明する。

図２から図４を参照してＰＣＵ５の車載構造２を説明する。図２はハイブリッド車１００のフロントコンパートメント９０におけるデバイスレイアウトを示す斜視図である。図３は、フロントコンパートメント９０にて車載されたＰＣＵ５の平面図である。図４は、フロントコンパートメント９０にて車載されたＰＣＵ５の側面図である。図３の平面図は、ＰＣＵ５とその周辺のみを描いてある。図４の符号４３はフロントコンパートメント９０を覆うフードを示している。図２と図３では、フード４３の図示を省略してある。

図中の座標系について説明する。座標系のＦ軸が車両前方を示し、Ｈ軸が車幅方向を示し、Ｖ軸が車両上方を示している。以下、本明細書における「前」とは車両前後方向の「前」を意味し、「後」とは車両前後方向の「後」を意味する。フロントコンパートメント９０は、車両の前部空間に相当する。

フロントコンパートメント９０には、エンジン１３、トランスアクスル３０（モータ８）、ＰＣＵ５、補機バッテリ７が格納されている。なお、フロントコンパートメント９０には、他にも様々な部品が格納されているが、ここでは、上記した部品以外は説明を割愛する。トランスアクスル３０には、走行用のモータ８と、動力分配機構９と、デファレンシャルギアが収容されている。即ち、トランスアクスル３０は、走行用のモータ８を収容するハウジングでもある。トランスアクスル３０はエンジン１３と車幅方向で連結されている。エンジン１３の出力トルクとモータ８の出力トルクはトランスアクスル３０の中の動力分配機構９にて合成され、デファレンシャルギアを介して車軸１１へ伝達される。

ＰＣＵ５は、トランスアクスル３０に固定されている。より詳しくは、ＰＣＵ５の筐体５０は、フロントブラケット３１とリアブラケット３２（図２では図示省略）により、トランスアクスル３０の上方に固定されている。図４に示されているように、トランスアクスル３０の上面とＰＣＵ５（即ち、筐体５０）との間には隙間が確保されている。即ち、ＰＣＵ５は、直接にはトランスアクスル３０に触れておらず、フロントブラケット３１とリアブラケット３２を介してトランスアクスル３０に支持されている。これは、エンジン１３の振動やモータ８の振動からＰＣＵ５を保護するためである。なお、図示は省略しているが、フロントブラケット３１とＰＣＵ５の間、及び、リアブラケット３２とＰＣＵ５の間には防振ブッシュが組み込まれている。ＰＣＵ５は、フロントブラケット３１とリアブラケット３２により支持されているため、車両衝突の際に前方から衝突荷重を受けると後退する場合がある。

ＰＣＵ５の筐体５０の上面後方には低電圧コネクタ２３が設けられている。低電圧コネクタ２３は、補機バッテリ７に接続されている低電圧電力線２６と、ＨＶコントローラ６に接続されているＰＣＵワイヤハーネス２７をＰＣＵ５に接続するコネクタである。

図４に示されているように、ＰＣＵ５の筐体５０の後面５０ａには高電圧コネクタ２１が設けられている。高電圧コネクタ２１は、図１で示した高電圧バッテリ３と接続されている高電圧電力線２４をＰＣＵ５に接続するコネクタである。なお、図３では、高電圧コネクタ２１と高電圧電力線２４の図示は省略した。

フロントコンパートメント９０の車両後方側には、金属製のカウルパネル４４が配置されている。カウルパネル４４は、フロントコンパートメント９０と車室を区画するダッシュパネル４８（図４参照、図２、図３では図示省略）に連結されている。カウルパネル４４は、車幅方向に延びており、図４に示されているように、車両前後方向（図中のＦ軸方向）と車両上下方向（図中のＶ軸方向）に拡がる平面でカットした断面は、上に開いている湾曲形状を成している。「上に開いている湾曲形状」とは、別言すれば、下に向けて凸となるように湾曲していることである。カウルパネル４４の後縁はフロントガラス４６の下縁と接しており、その前縁はフロントコンパートメント９０を覆うフード４３が接している。

カウルパネル４４の上方は樹脂製のカウルトップパネル４５で覆われている。また、カウルパネル４４の上の開いている湾曲形状の内側にワイパーピボット３４が配置されている。ワイパーピボット３４は、ピボットホルダ４９で支持されている。そのピボットホルダ４９は、カウルパネル４４に固定されている。ワイパーピボット３４は、カウルトップパネル４５を貫通しており、その一部が露出している。ワイパーピボット３４は、ワイパーアーム３６（図２参照）の回転軸となる部品である。図３では、ワイパーピボット３４とワイパーアーム３６の図示を省略し、図４ではワイパーアーム３６の図示を省略した。

図４に示されているように、低電圧コネクタ２３の後方にカウルパネル４４が位置している。正面衝突の衝撃でＰＣＵ５が後方へ後退すると、低電圧コネクタ２３が金属製のカウルパネル４４と接触する可能性がある。カウルパネル４４との接触で低電圧コネクタ２３がダメージを受けると、ＰＣＵワイヤハーネス２７を通じてＨＶコントローラ６から送られる放電指令がＰＣＵ５の内部の放電回路１７に伝達されなくなるおそれがある。

そこで、ＰＣＵ５は、ＰＣＵ５が後退したときの低電圧コネクタ２３のダメージを抑えるべく、低電圧コネクタ２３の夫々の側方（即ち、低電圧コネクタの車幅方向における両側）にプロテクタ６０、６１を備える。上記のように、筐体５０の後面５０ａには、高電圧コネクタ２１が設けられている。高電圧コネクタ２１の存在により、後面５０ａには、後述するプロテクタ６０、６１を固定するためのスペースを確保し難い。このため、プロテクタ６０、６１は、筐体５０の車幅方向を向く側面に固定される。

プロテクタ６０は、プロテクタ６１に対して、車両前後方向と車両上下方向に拡がる平面において面対称の形状を有している。また、車幅方向（即ち、Ｈ軸方向）を向くＰＣＵ５の筐体５０の両側面には、プロテクタ６０、６１の当て部（プロテクタ６１において符号６５の部位、プロテクタ６０において符号省略）と対向する当接突起５１、５２が設けられている。以下では、プロテクタ６１について説明を続ける。なお、図２では、プロテクタ６０、６１の当て部等の形状が省略して描かれていることに留意されたい。

プロテクタ６１は、鉄、アルミニウム合金等の鋳造により作られる。プロテクタ６１は、干渉部６２と、固定部６３と、第１当て部６５と、第２当て部６６と、を備える。干渉部６２は、前方衝突の際にカウルパネル４４と干渉することで、カウルパネル４４から低電圧コネクタ２３を保護するための部位である。干渉部６２は、板状の部位であり、プロテクタ６１の後端に位置している。干渉部６２は、その板状の表面が車両前後方向を向くように低電圧コネクタ２３とカウルパネル４４の間に挿入されている。

固定部６３は、プロテクタ６１を、筐体５０の車幅方向を向く側面５０ｂに固定するための部位である。固定部６３は、後面５０ａを横切って、側面５０ｂに沿って、干渉部６２の下端から車両前方に向かって延びている。固定部６３の車両前方における端部には、上下方向に貫通する貫通孔（図示省略）が設けられておる。当該端部は、この貫通孔を通過するボルト６４により、筐体５０の側面５０ｂに設けられている固定突起５４に締結されている。

第１当て部６５は、後面５０ａを横切って、側面５０ｂに沿って、干渉部６２の板状の表面から車両前方に向かって延びている。第１当て部６５は、固定部６３の上方に位置している。第１当て部６５の車両前方における端部は、ボルト６４の後上方に位置する。当該端部は、筐体５０の側面５０ｂに設けられている当接突起５２と対向する。

第２当て部６６は、後面５０ａを横切ることなく、第１当て部６５と平行に干渉部６２の板状の表面から車両前方に向かって延びている。第２当て部６６は、筐体５０の後面５０ａと対向する。第２当て部６６は、車幅方向（即ち、Ｈ軸方向）において、第１当て部６５より低電圧コネクタ２３の近くに位置している。

図５を参照して、第１当て部６５と第２当て部６６についてさらに説明する。図５は、図４のＶ−Ｖ線における断面図である。当接突起５２は、第１当て部６５の車両前方に位置している。第１当て部６５の車両前方の端に位置する当て面６５ａは、ギャップＧ１を隔てて、当接突起５２と対向している。また、第２当て部６６の車両前方の端に位置する当て面６６ａは、ギャップＧ２を隔てて、筐体５０の後面５０ａと対向している。ギャップＧ１、Ｇ２は、ボルト６４による固定箇所を中心とするプロテクタ６１の車両前方への回転が所定の角度で停止するように設計される。

また、当て面６５ａ、６６ａは、ボルト６４による固定箇所と干渉部６２の後端の間に位置している。別言すれば、当て面６５ａ、６６ａは、プロテクタ６１の固定箇所の後上方に位置している。

本実施例の効果を説明する。ハイブリッド車１００の前方衝突によりＰＣＵ５が後退すると、プロテクタ６１の後端（即ち、干渉部６２）がカウルパネル４４に干渉する。この際、プロテクタ６１は、ボルト６４による固定箇所を中心に車両前方に向かって回転する。プロテクタ６１が回転すると、ギャップＧ１とギャップＧ２が狭まる。そして、当て面６５ａが当接突起５２に当接し、当て面６６ａが後面５０ａに当接する。これにより、プロテクタ６１の固定箇所を中心とする回転は、当て面６５ａ、６６ａで抑えられる。第１当て部６５及び第２当て部６６を備えない構成では、プロテクタ６１の回転を抑えることができず、ボルト６４に大きな引張荷重が作用する。これに対して、本実施例では、プロテクタ６１の回転を当て面６５ａ、６６ａで抑えるので、ボルト６４に作用する引張荷重を低減することができる。これにより、プロテクタ６１の固定箇所（即ち、ボルト６４）の破損を防止して、カウルパネル４４から低電圧コネクタ２３を保護することができる。

また、本実施例では、第１当て部６５と当接突起が車両前後方向で対向している。このため、当て面６５ａは、プロテクタ６１の車両前方への移動も抑えることができる。例えば、第１当て部６５の上方に当接突起が位置しており、第１当て部６５の上面と当接突起が対向している構成も考えられる。この構成では、プロテクタ６１の回転を抑えることができるが、プロテクタ６１の車両前方への移動を抑えることができない。これに対して、本実施例では、プロテクタ６１の回転だけでなく、プロテクタ６１の車両前方への移動も抑えることができる。ボルト６４に作用する引張荷重だけでなくせん断荷重も低減することができる。

また、本実施例では、当て面６５ａ、６６ａは、ボルト６４による固定箇所の後上方に位置している。例えば、第１当て部が、ボルト６４を横切り、ボルト６４の前方まで延びているとともに、ボルト６４の前下方に、所定のギャップを隔てて当接突起に対向する当て面を備えている構成が考えられる。この構成では、プロテクタ６１が固定箇所を中心に回転すると、当て面が当接突起に当接する。これにより、固定箇所を中心とする回転は抑えられる。しかし、当て面が当接突起に当接した後では、プロテクタ６１の回転の中心は、固定箇所から当て面と当接突起の当接箇所に変わり得る。当接箇所を中心とする回転を抑えることができず、ボルト６４に引張荷重が作用し得る。これに対して、本実施例では、プロテクタ６１の回転の中心が固定箇所から当て面６５ａと当接突起５２の当接箇所に変わっても、プロテクタ６１の回転は、固定突起５４により抑えられる。これにより、ボルト６４に作用する引張荷重を低減することができる。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。フロントコンパートメント９０が、請求項における「前部空間」に相当する。トランスアクスル３０が請求項のハウジングの一例に相当する。本明細書が開示する車載構造は、エンジンを備えない電気自動車に適用することも可能である。その場合、走行用モータを収容するモータハウジングが、請求項の「ハウジング」に相当する。

また、プロテクタ６１は、第１当て部６５と第２当て部６６のうちのいずれ一方を備えていればよい。また、プロテクタ６０は、プロテクタ６１に対して面対称の形状を有していなくてもよい。プロテクタ６０は、面対称の形状とは異なる形状を有していてもよい。

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 ：車載構造
３ ：高電圧バッテリ
４ ：システムメインリレー
５ ：電力制御ユニット
６ ：ＨＶコントローラ
７ ：補機バッテリ
８ ：モータ
９ ：動力分配機構
１１ ：車軸
１２ ：エンジンコントローラ
１３ ：エンジン
１６ ：コンデンサ
１７ ：放電回路
１８ ：エアバックコントローラ
２１ ：高電圧コネクタ
２３ ：低電圧コネクタ
２４ ：高電圧電力線
２６ ：低電圧電力線
２７ ：ＰＣＵワイヤハーネス
３０ ：トランスアクスル
３１ ：フロントブラケット
３２ ：リアブラケット
３４ ：ワイパーピボット
４４ ：カウルパネル
５０ ：筐体
５１、５２ ：当接突起
６０、６１ ：プロテクタ
６２ ：干渉部
６３ ：固定部
６４ ：ボルト
６５ ：第１当て部
６５ａ ：当て面
６６ ：第２当て部
６６ａ ：当て面
９０ ：フロントコンパートメント
１００ ：ハイブリッド車

Claims (1)

1. 走行用モータに供給する電力を制御する電力制御ユニットの車載構造であり、
   前記電力制御ユニットは、車両の前部空間にて、前記走行用モータを収容しているハウジングの上に固定されており、
   前記電力制御ユニットの筐体の上面後方にコネクタが設けられており、
   前記コネクタの後方にカウルパネルが位置しており、
   前記コネクタの夫々の側方に位置するとともにその後端が車幅方向から見たときに車両前後方向で前記コネクタと前記カウルパネルの間に位置するプロテクタが前記筐体に固定されており、
   夫々のプロテクタは、車幅方向を向く前記筐体の側面に固定されているとともに、固定箇所の後上方に、車両前後方向において所定のギャップを隔てて前記筐体に対向する当て面を備えている、
   電力制御ユニットの車載構造。

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