特開 2024-118870 電気自動車用フロントフレーム構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024118870

(43)【公開日】2024-09-02

(54)【発明の名称】電気自動車用フロントフレーム構造

(51)【国際特許分類】

   B62D 25/08 20060101AFI20240826BHJP

   B62D 21/00 20060101ALI20240826BHJP

   B62D 21/15 20060101ALI20240826BHJP

   F16F 7/00 20060101ALI20240826BHJP

   F16F 7/12 20060101ALI20240826BHJP

【ＦＩ】

B62D25/08 E

B62D21/00 A

B62D21/15 B

F16F7/00 K

F16F7/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023025425

(22)【出願日】2023-02-21

(71)【出願人】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110004185

【氏名又は名称】インフォート弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】110002907

【氏名又は名称】弁理士法人イトーシン国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長澤 勇

【テーマコード（参考）】

3D203

3J066

【Ｆターム（参考）】

3D203AA02

3D203BA02

3D203BA17

3D203BB12

3D203BB54

3D203BC14

3D203CA37

3D203CA40

3D203CA42

3D203DB05

3D203DB07

3D203DB10

3J066AA02

3J066AA23

3J066BD07

3J066BF01

(57)【要約】

【課題】前面衝突時の衝撃荷重からパワーコントロールユニット、キャビン、バッテリ室を保護する。
【解決手段】電気自動車用フロントフレーム構造は、モータルームの車幅方向側壁とパワーコントロールユニットの側面との間の余剰空間にフロントサイドフレームを配設し、モータルームの前部の余剰空間に枠状剛性部材を配設し、枠状剛性部材の後面にフロントサイドフレームを結合し、枠状剛性部材の前面に衝撃吸収部材を結合し、モータルームの下部にロアフレームを配設し、左右の衝撃吸収部材をバンパビームで連結し、フロントサイドフレームの上面にアッパリンフォースを結合し、アッパリンフォースの車幅方向の外側面を車体前後方向の前端から後端へ向かうに従い車幅方向の外側へ次第に迫りださせている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータルームの車幅方向左右の側壁とパワーコントロールユニットの側面との間の余剰空間に配設されたフロントサイドフレームと、
前記モータルームの前部の余剰空間に配設された枠状剛性部材と、
前記枠状剛性部材の前面であって前記フロントサイドフレームに正対する位置に結合された衝撃吸収部材と、
左右の前記衝撃吸収部材を結合するバンパビームと、
前記モータルームの下部に配設されて車幅方向の両側が前記各フロントサイドフレームに支持されていると共に、後部に電動モータを有するパワーコントロールユニットが支持されているロアフレームと、
前記フロントサイドフレームの上面に結合されたアッパリンフォースと
を備え、
前記アッパリンフォースの車幅方向の外側面が車体前後方向の前端から後端へ向かうに従い車幅方向の外側へ次第に迫りだされている
ことを特徴とする電気自動車用フロントフレーム構造。

【請求項2】

前記フロントサイドフレームが前記モータルームの底部から上部までの高さ方向の寸法を有する壁状に形成され、
前記フロントサイドフレームの前部に、前面衝突時における応力荷重が集中される脆弱部が形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の電気自動車用フロントフレーム構造。

【請求項3】

前記枠状剛性部材が左右の縦フレームと該両縦フレームの上下を結合するクロスメンバとを有し、
前記縦フレームに前記フロントサイドフレームと前記衝撃吸収部材と前記アッパリンフォースの前端面とが結合されている
ことを特徴とする請求項１記載の電気自動車用フロントフレーム構造。

【請求項4】

前記縦フレームは底辺を幅広とする台形状の四角柱であり、車幅方向外側の下部が前輪の前方に迫りだされている
ことを特徴とする請求項３記載の電気自動車用フロントフレーム構造。

【請求項5】

前記枠状剛性部材の上方が車体後方へ傾斜されている
ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の電気自動車用フロントフレーム構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気自動車用フロントフレーム構造に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車の前部に設けたモータルームには、電動モータを含むパワーユニットが搭載されている。フルラップ前面衝突やスモールオーバラップ前面衝突時において、パワーユニットは剛体であるため、衝撃エネルギを吸収させることは殆ど不可能である。又、電気自動車のパワーユニットは、レシプロエンジンのパワーユニットに比べて体格が小さいため、その上部にインバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等の高電圧部材を含むコントロールユニットを搭載する場合が多い。

【0003】

前面衝突時における衝撃により剛体であるパワーユニットを後退させてしまうとキャビンを変形させてしまうことになる。又、高電圧部材であるコントロールユニットを前面衝突時における衝撃で押し潰してしまうことも好ましくない。従って、前面衝突時は、少なくともパワーユニットとコントロールユニットとが一体化されたパワーコントロールユニットの手前で前面衝突時の衝撃エネルギを吸収することが好ましい。

【0004】

又、電気自動車は、十分な航続距離を確保するために大容量のバッテリを必要とする。多くの場合、バッテリは床下のスペース全体をバッテリ室として確保し、このバッテリ室にバッテリを収容している。従って、前面衝突時においては、キャビン及びバッテリ室の変形を最小限として有効に保護する必要がある。

【0005】

例えば、特許文献１（特開２０１２－２０１２８４号公報）には、車体の車幅方向中央に、車体前後方向へ延在する1本のメインフレームを配設し、このメインフレームにバッテリを収容する電気自動車が開示されている。更に、この文献に開示されている電気自動車では、前輪よりも前方に延在するメインフレームにはバッテリを収容せずに、前面衝突時は、この前輪よりも前方に延在する部分で衝撃エネルギを吸収させるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２－２０１２８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述した文献に開示されている電気自動車は専用のフレーム構造として当初から設計されたものである。従って、従来のレシプロエンジンを搭載する車両に用いたフロントフレーム構造を基本に設計された電気自動車のフレーム構造に比しコスト高となる不都合がある。

【0008】

又、メインフレームの前端部分で前面衝突時の衝撃エネルギを吸収させようとした場合、メインフレームのクラッシュストローク（前面衝突時に衝突方向へ塑性変形し得る量）をパワーユニットよりも前方に設定する必要がある。しかし、メインフレームのみの変形でクラッシュストロークを確保しようとした場合、パワーユニットよりも前方へのフロントオーバハング量が大きくなり、意匠性が損なわれてしまう不都合がある。

【0009】

又、上述した文献では、メインフレームの前輪車軸位置の付近から車体先方に向かって２本の補助フレームを延在させている。そして、この左右の補助フレームの先端をバンパビームで連結し、前面衝突時の衝撃荷重を受ける構造となっている。

【0010】

電気自動車が障害物に対してスモールオーバラップ正面衝突した際には、補助フレームの外側に障害物が衝突するため、衝撃エネルギを充分に吸収することが困難である。特に、電気自動車のバッテリ室に収容されているバッテリモジュールは重量物である。従って、スモールオーバラップ正面衝突時においては、電気自動車の慣性力が初期衝突で充分に減衰しきれず、キャビンやバッテリ室を充分に保護することが困難となる可能性がある。

【0011】

本発明は、従来のレシプロエンジンを搭載する車両に用いたフロントフレーム構造を基本に設計することが可能で、意匠性を損なうことなく、フルラップ前面衝突はもとより、スモールオーバラップ正面衝突における衝撃荷重からパワーコントロールユニット、及びキャビンやバッテリ室を有効に保護することのできる電気自動車用フロントフレーム構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明による電気自動車用フロントフレーム構造は、モータルームの車幅方向左右の側壁とパワーコントロールユニットの側面との間の余剰空間に配設されたフロントサイドフレームと、前記モータルームの前部の余剰空間に配設された枠状剛性部材と、前記枠状剛性部材の前面であって前記フロントサイドフレームに正対する位置に結合された衝撃吸収部材と、左右の前記衝撃吸収部材を結合するバンパビームと、前記モータルームの下部に配設されて車幅方向の両側が前記各フロントサイドフレームに支持されていると共に、後部に電動モータを有するパワーコントロールユニットが支持されているロアフレームと、前記フロントサイドフレームの上面に結合されたアッパリンフォースとを備え、前記アッパリンフォースの車幅方向の外側面が車体前後方向の前端から後端へ向かうに従い車幅方向の外側へ次第に迫りだされている。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、従来のレシプロエンジンを搭載する車両に用いたフロントフレーム構造を基本に、モータルームの車幅方向側壁とパワーコントロールユニットの側面との間の余剰空間にフロントサイドフレームを配設し、モータルームの前部の余剰空間に枠状剛性部材を配設し、この枠状剛性部材の後面にフロントサイドフレームを結合し、枠状剛性部材の前面に衝撃吸収部材を結合するようにしたので、フロントフレーム構造のフレームワークを再構築することが容易となる。又、余剰空間を利用してフロントサイドフレームと枠状剛性部材とを配設したので、意匠性を損なうことなく、フルラップ前面衝突時における衝撃荷重からパワーコントロールユニット、及びキャビンやバッテリ室を有効に保護することができる。

【0014】

又、フロントサイドフレームの上面にアッパリンフォースを結合し、このアッパリンフォースの車幅方向の外側面が前端から後端へ向かうに従い車幅方向の外側へ次第に迫りださせるようにしているので、スモールオーバラップ正面衝突時には、アッパリンフォースの車幅方向の外側面が柱状障害物に接触することで、この外側面をガイドにして電気自動車を障害物から擦り抜けさせることができる。そして、電気自動車が障害物を擦り抜ける際の抗力で衝撃エネルギを減衰させることができる。その結果、電気自動車は、スモールオーバラップ前面衝突時においても、パワーコントロールユニット、キャビン及びバッテリ室を衝突時における衝撃荷重から有効に保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】フロントフレーム構造を示す側面図

【図2】フロントフレーム構造を示す斜視図

【図3】フロントフレーム構造を示す分解斜視図

【図4A】フルラップ前面衝突初期から衝突中盤におけるフロントフレームの挙動を示す側面図

【図4B】フルラップ前面衝突終盤のフロントフレームの挙動を示す側面図

【図5A】スモールオーバラップ前面衝突初期のフロントフレームの挙動を示す側面図

【図5B】スモールオーバラップ前面衝突中盤のフロントフレームの挙動を示す側面図

【図5C】スモールオーバラップ前面衝突終盤のフロントフレームの挙動を示す側面図

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１、図２に電気自動車における車体前部１のフレーム構造を示す。この車体前部１にモータルーム２が設けられている。このモータルーム２の上側開口部が開閉自在なフロントフード１ａで覆われている。

【0017】

又、モータルーム２の後方にキャビン３が備えられている。このモータルーム２とキャビン３とが、車幅方向へ延在されているトーボード４を介して区画されている。尚、以下の説明において、「溶接接合」と記載されている場合、その接合方法は、特に、明記しない限りスポット溶接を代表とする溶接手段を用いた溶着によって行われるものとする。

【0018】

トーボード４の左右両側縁が対向一対のフロントピラー５に溶接接合されている。又、トーボード４の上端縁が車幅方向へ延在するバルクヘッド６に溶接接合されている。トーボード４の両側前部に、互いに対向する一対のホイールエプロン７が形成されている。トーボード４の下部がフロアパネル８の前端縁に連続されている。このフロアパネル８がキャビン３の床面に相当する。

【0019】

フロアパネル８の車幅方向の両側が一対のサイドシル９に溶接接合されている。各サイドシル９は、フロアパネル８の左右側部において、車体の前後方向にそれぞれ延在されている。このサイドシル９の前部がフロントピラー５の下端部に溶接接合されている。この左右のフロントピラー５の上部は後方へ傾斜した状態で車体の上方へ延在されて、図示しないルーフサイドレールの前端部に溶接接合されている。

【0020】

又、フロアパネル８下面のほぼ全体にバッテリ室１０が設定されている。バッテリ室１０は密閉型の容器である。このバッテリ室１０にバッテリモジュール１１が複数配置されている。各バッテリモジュール１１には走行用電動モータを駆動する電気エネルギが蓄積されている。

【0021】

対向する一対のホイールエプロン７はモータルーム２の側壁を形成している。各ホイールエプロン７には、前輪Ｗｆ（図５Ａ参照）の上方を覆うアーチ状のホイールハウス７ａや、前輪Ｗｆを懸架するサスペンション（図示せず）のストラット上部を支持するサスペンションタワー７ｂ等が形成されている。このサスペンションタワー７ｂは、モータルーム２の比較的後部に配設されていると共に、モータルーム２の車幅方向の内側に張り出されている。

【0022】

又、ホイールエプロン７の上端部がアッパサイドフレーム１２に溶接接合されている。このアッパサイドフレーム１２の後端がフロントピラー５に溶接接合されている。このアッパサイドフレーム１２にサスペンションタワー７ｂの車幅方向外側が溶接接合されている。又、左右のフロントピラー５間がバルクヘッド６の両端部に溶接接合されている。更に、このバルクヘッド６の両端部が左右のホイールエプロン７に溶接接合されている。尚、サスペンションタワー７ｂはストラットタワーであっても良い。

【0023】

ところで、電気自動車のフロントフレーム構造は、従来のレシプロエンジンを搭載する車両のフロントフレーム構造を基本に設計されている。電動モータや変速機を含むパワーコントロールユニットは、レシプロエンジンのパワーユニットに比べて体格が小さい。従って、電気自動車では、パワーユニット１３ａの上部にインバータやＤＣ／ＤＣコンバータ等の高電圧部材を含むコントロールユニット１３ｂを搭載する構造が多く採用されている。尚、コントロールユニット１３ｂはブラケット１３ｃ上に固定されており、このブラケット１３ｃがパワーユニット１３ａ上に固定されている。

【0024】

そのため、電気自動車では、パワーユニット１３ａとコントロールユニット１３ｂとが一体化されたパワーコントロールユニット１３のモータルーム２に占める体積の割合（容積占有率）が、モータルーム２と同一容積のエンジンルームに占めるレシプロエンジンを駆動源とするパワーユニットの容積占有率よりも低くなる。その結果、モータルーム２には、互いに対峙する左右側壁とパワーコントロールユニット１３の側面との間に余剰空間が生じる。更に、パワーコントロールユニット１３の前方にも余剰空間が生じる。

【0025】

本実施形態では、モータルーム２に生じた余剰空間を利用して、フロントフレーム構造のフレームワークを再構築している。この再構築により、フルラップ前面衝突やスモールオーバラップ前面衝突時における衝撃エネルギを、パワーコントロールユニット１３の前方で効率良く吸収できるようにしている。

【0026】

先ず、フロントサイドフレーム２１が再構築されている。再構築したフロントサイドフレーム２１は、モータルーム２内におけるパワーコントロールユニット１３の車幅方向側面とホイールエプロン７の車幅方向内面との間に形成されている余剰空間に配置されている。このフロントサイドフレーム２１は車体の前後方向に延在されている。

【0027】

このフロントサイドフレーム２１の後部が、トーボード４を補強するトーボードクロスメンバ（図示せず）の車幅方向両部に溶接接合されている。又、フロントサイドフレーム２１の前面がフロント剛性フレーム３５に設けられている縦フレーム３５ａに接合されている。尚、フロント剛性フレーム３５の構成については後述する。

【0028】

このフロントサイドフレーム２１は、モータルーム２の底部から上部までの高さ方向の寸法をほぼ有する壁状に形成されている。このフロントサイドフレーム２１は断面が中空である。より詳細に説明すると、フロントサイドフレーム２１は、車体の高さ方向において、モータルーム２の底部からアッパサイドフレーム１２と同程度の高さまでの寸法を有する。フロントサイドフレーム２１の後端がトーボード４のトーボートクロスメンバ（図示せず）の両端に溶接接合されている。又、フロントサイドフレーム２１後部の車幅方向外側がトルクボックス２４に溶接接合されている。このトルクボックス２４はサイドシル９の前部車幅方向内面に溶接接合されている。

【0029】

左右のフロントサイドフレーム２１の前端下部２１ａは、下端が後述するロアサイドフレーム３２から離間している。前端下部２１ａの後に空間部２１ｂが形成されており、前端下部２１ａの下方に形成されている空間が空間部２１ｂに連通している。この空間部２１ｂは下方が開口する矩形状をなしている。

【0030】

又、フロントサイドフレーム２１の前面が縦フレーム３５ａの後面に結合されている。更に、この縦フレーム３５ａの前面であって、フロントサイドフレーム２１の前端下部２１ａとほぼ正対する位置、すなわち、縦フレーム３５ａの上下方向の中央よりも下側に、衝撃吸収部材としてのクラッシュボックス２６の後端が結合されている。この左右のクラッシュボックス２６の先端が、車幅方向へ延在するバンパビーム２７を介して結合されている。尚、このクラッシュボックス２６は、電気自動車の上下方向における重心位置に設けられている。又、クラッシュボックス２６の車幅方向の幅と前端下部２１ａの車幅方向の幅は同じである。

【0031】

一方、モータルーム２の底面にロアフレームとしてのクレードル３１が配置されている。図３に示すように、クレードル３１は、左右一対のロアサイドフレーム３２とリヤクロスメンバ３４と後述するフロント剛性フレーム３５の構成部品を兼用するフロントクロスメンバ３５ｃとを有している。ロアサイドフレーム３２、及び各クロスメンバ３４，３５ｃは、中空の断面矩形状に形成されている。

【0032】

左右のロアサイドフレーム３２の間隔が左右のフロントサイドフレーム２１と同じ間隔に設定されている。左右のロアサイドフレーム３２の前端にフロントクロスメンバ３５ｃが溶接接合されている。又、リヤクロスメンバ３４の両端が左右のロアサイドフレーム３２の後部であって車幅方向内側に溶接接合されている。

【0033】

このリヤクロスメンバ３４は前後方向がやや幅広に形成されている。このリヤクロスメンバ３４上に、パワーコントロールユニット１３がモータマウント（図示せず）を介して支持されている。又、パワーコントロールユニット１３に設けられている変速機から車幅方向両側にアクスル軸１３ｄが延出されている。各ロアサイドフレーム３２の車幅方向の幅は、フロントサイドフレーム２１の車幅方向の幅と同じである。

【0034】

左右のロアサイドフレーム３２上にフロントサイドフレーム２１の下面が結合されており、前端下部２１ａの下端がフロントサイドフレーム２１から離間している。又、パワーコントロールユニット１３に設けられているパワーユニット１３ａのアクスル軸１３ｄが空間部２１ｂを貫通して車幅方向外側へ突出されている。又、空間部２１ｂの上面はクラッシュボックス２６の上面と高さがほぼ一致している。

【0035】

フロントサイドフレーム２１の前面とクレードル３１に設けたロアサイドフレーム３２との前端に、枠状剛性部材としてのフロント剛性フレーム３５が溶接接合されている。

【0036】

このフロント剛性フレーム３５は、モータルーム２に配置されたパワーコントロールユニット１３前方に形成された余剰空間に配置されている。フロント剛性フレーム３５は、左右一対の縦フレーム３５ａ、アッパクロスメンバ３５ｂ、及びフロントクロスメンバ３５ｃを有している。

【0037】

フロントクロスメンバ３５ｃは上述したクレードル３１に設けたロアサイドフレーム３２の前端に溶接接合されて、クレードル３１の構成部品を兼用している。フロントクロスメンバ３５ｃの両端部は、ロアサイドフレーム３２よりも車幅方向外側へ車体幅を超えない範囲で突出されている。

【0038】

縦フレーム３５ａは中空の四角柱である。この縦フレーム３５ａの車幅方向の内側面がフロントサイドフレーム２１の前面の車幅方向の内側面に沿って延在されている。又、この縦フレーム３５ａの車幅方向の外側面が底辺から上方へ車幅方向の内側に傾斜されている。従って、この縦フレーム３５ａは正面視で底辺が幅広の台形状に形成されている。

【0039】

この縦フレーム３５ａの底面の幅方向の外側端部がフロントクロスメンバ３５ｃの端部にほぼ一致されている。従って、フロントサイドフレーム２１の端部と縦フレーム３５ａの車幅方向の外側下部が前輪Ｗｆの前方に迫りだしている。縦フレーム３５ａを台形の四角柱としたことで、直方体の形状に比し軽量化が実現できる。

【0040】

この縦フレーム３５ａは車体上方へ傾斜されている。従って、縦フレーム３５ａはフロントサイドフレーム２１の前面に対して傾斜された状態で溶接接合されている。この縦フレーム３５ａが車体後方へ傾斜されているので、フロント剛性フレーム３５全体が車体後方へ傾斜されていることになる。

【0041】

フロントサイドフレーム２１の前端下部２１ａは、縦フレーム３５ａの傾斜により、空間部２１ｂの上端側に狭小部２１ｄが形成されている。前面衝突時において、この狭小部２１ｄを形成する空間部２１ｂの稜部に衝撃荷重が集中し、変形のきっかけが与えられる。従って、この前端下部２１ａが脆弱部として機能する。

【0042】

又、左右の縦フレーム３５ａの上端がアッパクロスメンバ３５ｂの両端に溶接接合されている。モータルーム２の前部は、フロント剛性フレーム３５にて枠状構造が形成されている。又、アッパクロスメンバ３５ｂに、コントロールユニット１３ｂを固定するブラケット１３ｃの前部が固定されている。

【0043】

一方、フロントサイドフレーム２１の上面にアッパリンフォース２２が溶接接合されている。このアッパリンフォース２２は、平面視で台形状に形成された中空の四角柱である。このアッパリンフォース２２は、フロントサイドフレーム２１の先端から後端まで配設されている。このアッパリンフォース２２の車幅方向の内側面が、フロントサイドフレーム２１の車幅方向の内側面に沿って延在されている。一方、このアッパリンフォース２２の車幅方向の外側面は車体前後方向の前端から後端へ向かうに従い、その幅が車幅方向の外側へ次第に拡幅されている。

【0044】

このアッパリンフォース２２の前面がアッパクロスメンバ３５ｂの背面に結合されている。アッパリンフォース２２の後端が、車体幅を超えない範囲で車幅方向の外側へ迫りだされている（図５Ａ～図５Ｃ参照）。このアッパリンフォース２２の車幅方向の外側がアッパサイドフレーム１２に溶接接合されている。

【0045】

又、このアッパリンフォース２２の底面にサスペンションタワー７ｂの上面が溶接接合されている。サスペンションタワー７ｂの上面がアッパリンフォース２２の底面に溶接接合されているので、サスペンションタワー７ｂの剛性が高められる。更に、アッパサイドフレーム１２がアッパリンフォース２２に溶接接合されているため、アッパサイドフレーム１２の剛性も高められる。

【0046】

又、クレードル３１に設けられている左右のロアサイドフレーム３２の上面に、左右のフロントサイドフレーム２１の底面が、ボルト等の締結部材を介して結合されている。更に、この左右のロアサイドフレーム３２の後端部であって車幅方向の外側がトルクボックス２４にボルト等の締結部材を介して結合されている。更に、左右のロアサイドフレーム３２の後端がフロアクロスメンバ（図示せず）に結合されている。このフロアクロスメンバはトーボード４に溶接接合されている。

【0047】

図４Ａ、図４Ｂに示すように、パワーコントロールユニット１３の前部にフロント剛性フレーム３５が対峙されている。このフロント剛性フレーム３５は剛体である。又、アッパリンフォース２２は、平面視で後部方向へ拡幅された台形状の中空四角柱であり、前方からの衝撃荷重に対して高い剛性を有している。更に、フロントサイドフレーム２１は壁状に形成されているため、フロントサイドフレーム２１の後部は圧潰され難い。その結果、電気自動車が立体障害物Ｅａ（図４Ａ、図４Ｂ参照）にフルラップ前面衝突した際には、フロントサイドフレーム２１の前端下部２１ａ、及び空間部２１ｂを形成する部位が大きく変形して衝撃エネルギが吸収される。

【0048】

一方、パワーコントロールユニット１３は、剛体であるアッパリンフォース２２、及びフロントサイドフレーム２１の後部に囲まれている。そのため、パワーコントロールユニット１３は、フルラップ前面衝突時の衝撃荷重から保護される。

【0049】

又、ロアサイドフレーム３２の車幅方向の外側にサスペンションアーム（ロアアーム）３６が、上下方向へ揺動自在にされた状態で支持されている。このサスペンションアーム３６は、アクスル軸１３ｄに連設する前輪Ｗｆをアッパアーム（図示せず）と協働で懸架する。尚、クラッシュボックス２６、フロントサイドフレーム２１、ロアサイドフレーム３２の車幅方向の幅は同じである。

【0050】

次に、このようなフロントフレーム構造を備える電気自動車が立体障害物Ｅａにフルラップ前面衝突した際の作用について、図４Ａ、図４Ｂを参照して説明する。

【0051】

本実施形態によるフロントフレーム構造では、モータルーム２内における左右の余剰空間に、再構築したフロントサイドフレーム２１を配置した。更に、モータルーム２前部の余剰空間にフロント剛性フレーム３５を配置した。フロントサイドフレーム２１は、下面がクレードル３１に結合され、前面がフロント剛性フレーム３５に結合されている。

【0052】

走行中の電気自動車の前面が立体障害物Ｅａにフルラップ前面衝突すると、そのときの衝撃荷重が、車幅方向へ横設されているバンパビーム２７を介して左右のクラッシュボックス２６に伝達される。

【0053】

すると、衝突初期から中盤にかけては、図４Ａに示すように、バンパビーム２７とクラッシュボックス２６とがフロント剛性フレーム３５からの反力を受けて、バンパビーム２７は圧縮変形し、クラッシュボックス２６が軸圧潰されて衝撃エネルギが吸収される。

【0054】

そして、クラッシュボックス２６が潰れきった後の衝突終盤においては、図４Ｂに示すように、衝撃荷重が縦フレーム３５ａ側に伝達される。クラッシュボックス２６は縦フレーム３５ａの上下方向の中央よりも下側に結合されている。又、縦フレーム３５ａは上方が車体後方へ傾斜されている。更に、フロント剛性フレーム３５のアッパクロスメンバ３５ｂの背面にアッパリンフォース２２が結合されている。

【0055】

クラッシュボックス２６からの衝撃荷重を受けた縦フレーム３５ａは、フロントクロスメンバ３５ｃの前面を押圧する。同時に、縦フレーム３５ａはアッパクロスメンバ３５ｂを介してアッパリンフォース２２を押圧する。同時に、縦フレーム３５ａはフロントクロスメンバ３５ｃを介してクレードル３１のフロントクロスメンバ３５ｃを押圧する。

【0056】

アッパリンフォース２２は剛体である。そのため、アッパリンフォース２２は縦フレーム３５ａからの衝撃荷重を受けても大きく圧縮変形することはない。従って、縦フレーム３５ａは衝突荷重により、アッパクロスメンバ３５ｂ側を支点として、図４Ａの反時計回り方向へ変形される。

【0057】

そして、縦フレーム３５ａの下端に接合されているフロントクロスメンバ３５ｃが、クレードル３１のロアサイドフレーム３２に対して後方であって斜め下方へのベクトル荷重を印加する。その結果、このロアサイドフレーム３２の空間部２１ｂに露呈している部位が、縦フレーム３５ａからの衝撃荷重を受けて座屈される。

【0058】

一方、フロントサイドフレーム２１の前端下部２１ａはクラッシュボックス２６にほぼ正対している。そのため、縦フレーム３５ａからの衝撃荷重が前端下部２１ａに対してほぼ水平方向に印加される。その結果、前端下部２１ａは、空間部２１ｂの狭小部２１ｄ側に形成されている稜部に衝撃荷重が集中されて変形のきっかけが与えられる。

【0059】

すると、前端下部２１ａは下部側が後方へ押圧されて変形する。その後、縦フレーム３５ａは、フロントサイドフレーム２１の前面を全体で押圧して、空間部２１ｂを変形させる。この空間部２１ｂの変形により最後の衝撃荷重エネルギが吸収される。その際、フロントサイドフレーム２１の後部は壁状に形成されているため、衝撃荷重を受けても圧潰され難い。又、フロント剛性フレーム３５の上部は、剛体であるアッパリンフォース２２からの反力によって姿勢がほぼ維持されている。

【0060】

その結果、パワーコントロールユニット１３は、フロントサイドフレーム２１の後部、及びアッパリンフォース２２によってフルラップ前面衝突時の衝撃荷重から保護される。更に、フロントサイドフレーム２１の前部に設けた空間部２１ｂの変形により最後の衝撃エネルギが吸収されるため、キャビン３及びバッテリ室１０を衝突時の衝撃から有効に保護することができる。

【0061】

次に、電気自動車が電柱等の柱状障害物Ｅｂにスモールオーバラップ前面衝突した際の作用について、図５Ａ～図５Ｃを参照して説明する。尚、以下においては、車体前部の左端部が衝突した場合を例示して説明する。

【0062】

クレードル３１のフロントクロスメンバ３５ｃの両端部は車幅方向へ車体幅を超えない範囲で迫りだされている。又、このフロントクロスメンバ３５ｃの端部にフロント剛性フレーム３５の縦フレーム３５ａが接合されている。この縦フレーム３５ａは、中空であって底辺が幅広の正面視で台形状に形成された四角柱である。

【0063】

電気自動車に設けられているバンパビーム２７の左端部が柱状障害物Ｅｂにスモールオーバラップ前面衝突すると、衝突初期においては、図５Ａに示すように、先ず、バンパビーム２７の端部が柱状障害物Ｅｂから受ける反力で曲げられる。そして、電気自動車が、自車の推力で更に前進すると、柱状障害物Ｅｂにフロントクロスメンバ３５ｃの端部と縦フレーム３５ａの下部とが衝突する。

【0064】

衝突中盤では、図５Ｂに示すように電気自動車の慣性力（黒塗り矢印）により、白抜き矢印で示すように縦フレーム３５ａの下部、及びフロントクロスメンバ３５ｃに柱状障害物Ｅｂからの反力が印加される。

【0065】

フロント剛性フレーム３５は剛体である。従って、縦フレーム３５ａの下部及びフロントクロスメンバ３５ｃの端部が受ける柱状障害物Ｅｂからの反力はフロント剛性フレーム３５全体で支持される。その結果、電気自動車には右回りのヨーイングが発生する。このヨーイングにより衝突時の衝撃エネルギが運動エネルギに変換されて減衰（吸収）される。

【0066】

電気自動車に設けられているバッテリ室１０に収納されている複数のバッテリモジュール１１は重量物である。そのため、衝突終盤においても、衝撃エネルギが運動エネルギに変換されず、図５Ｃに黒塗り矢印で示すように、慣性力が残る場合がある。

【0067】

衝突終盤において、電気自動車に慣性力が残っている場合、電気自動車は衝突中盤に発生したヨーイングをきっかけとして、柱状障害物Ｅｂがアッパリンフォース２２の先端側における外側面に接触する。アッパリンフォース２２の外側面は前端から後端へ向かうに従い、その幅が車幅方向の外側へ次第に拡幅されている。そのため、電気自動車は、柱状障害物Ｅｂが接触するアッパリンフォース２２の外側面をガイドに、図５Ｃのハッチング矢印で示す方向へ擦り抜ける。

【0068】

電気自動車が柱状障害物Ｅｂを擦りぬける際の抗力で衝撃エネルギが減衰される。その結果、電気自動車は、スモールオーバラップ前面衝突時においても、パワーコントロールユニット１３、キャビン３及びバッテリ室１０を衝突時における衝撃荷重から有効に保護することができる。

【0069】

このように、本実施形態によるフロントフレーム構造は、従来のレシプロエンジンを搭載する車両に用いたフロントフレーム構造を基本に、モータルーム２内における左右の余剰空間にフロントサイドフレーム２１を再構築した。

【0070】

その結果、余剰空間内で、衝撃エネルギを効率良く吸収させる構造設計が容易となり、従来のエンジンルームと同等の容積内で、パワーコントロールユニット１３を保護することができる。又、従来のレシプロエンジンを搭載する車両のエンジンルームと同等の容積で確保できるため、意匠性を損なうこともない。

【0071】

又、モータルーム２の前部にフロント剛性フレーム３５を配設し、この下端端をクレードル３１のフロントクロスメンバ３５ｃに接合して枠状構造とした。更に、縦フレーム３５ａの下部及びフロントクロスメンバ３５ｃの車幅方向の外側を前輪Ｗｆの前方に迫りださせた。スモールオーバラップ衝突時において、前輪Ｗｆの前方に迫りだされている縦フレーム３５ａの下部及びフロントクロスメンバ３５ｃが柱状障害物Ｅｂに衝突することで、電気自動車にヨーイングが発生する。このヨーイングにより、衝突時の衝撃エネルギが運動エネルギに変換されて減衰される。

【0072】

更に、フロントサイドフレーム２１の上面にアッパリンフォース２２が接合されている。このアッパリンフォース２２は、外側面を前端から後端へ向かうに従い、車幅方向の外側へ次第に迫りだすように形成されている。スモールオーバラップ衝突時の電気自動車に発生したヨーイングによって、衝撃エネルギが運動エネルギに全て変換されず、慣性力が残った場合であっても、アッパリンフォース２２の外側面が柱状障害物Ｅｂを擦り抜ける際の抗力で衝撃エネルギを減衰させることができる。その結果、モータルーム２、キャビン３及びバッテリ室１０を衝突時における衝撃荷重から有効に保護することができる。

【0073】

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではない。例えばフルラップ前面衝突とスモールオーバラップ前面衝突との間にあるオフセット前面衝突時に、本発明を適用することも可能である。

【符号の説明】

【0074】

１…車体前部、
１ａ…フロントフード、
２…モータルーム、
３…キャビン、
４…トーボード、
５…フロントピラー、
６…バルクヘッド、
７…ホイールエプロン、
７ａ…ホイールハウス、
７ｂ…サスペンションタワー、
８…フロアパネル、
９…サイドシル、
１０…バッテリ室、
１１…バッテリモジュール、
１２…アッパサイドフレーム、
１３…パワーコントロールユニット、
１３ａ…パワーユニット、
１３ｂ…コントロールユニット、
１３ｃ…ブラケット、
１３ｄ…アクスル軸、
２１…フロントサイドフレーム、
２１ａ…前端下部、
２１ｂ…空間部、
２２…アッパリンフォース、
２４…トルクボックス、
２６…クラッシュボックス、
２７…バンパビーム、
３１…クレードル、
３２…ロアサイドフレーム、
３４…リヤクロスメンバ、
３５…フロント剛性フレーム、
３５ａ…縦フレーム、
３５ｂ…アッパクロスメンバ、
３５ｃ…フロントクロスメンバ、
３６…サスペンションアーム、
Ｅａ…立体障害物、
Ｅｂ…柱状障害物、
Ｗｆ…前輪

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図5C】