(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-11
(45)【発行日】2024-10-22
(54)【発明の名称】車体下部構造
(51)【国際特許分類】
B62D 25/20 20060101AFI20241015BHJP
B60K 1/04 20190101ALI20241015BHJP
【FI】
B62D25/20 F
B60K1/04 Z
(21)【出願番号】P 2021185718
(22)【出願日】2021-11-15
【審査請求日】2023-09-01
(73)【特許権者】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100111039
【氏名又は名称】前堀 義之
(74)【代理人】
【識別番号】100218132
【氏名又は名称】近田 暢朗
(72)【発明者】
【氏名】吉田 正敏
(72)【発明者】
【氏名】杉本 明男
【審査官】長谷井 雅昭
(56)【参考文献】
【文献】特開2017-196952(JP,A)
【文献】特開2017-196941(JP,A)
【文献】特開2013-014274(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2021/0178883(US,A1)
【文献】特開2020-055473(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B62D 25/20
B60K 1/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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
互いに50%以上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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車体下部構造に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
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。
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【発明の効果】
【0021】
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。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【
図10】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。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【0024】
(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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
(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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
(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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【符号の説明】
【0055】
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