特許 7590117 車両ユニット搭載構造

(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】2024-11-18

(45)【発行日】2024-11-26

(54)【発明の名称】車両ユニット搭載構造

(51)【国際特許分類】

   B60K 1/00 20060101AFI20241119BHJP

   B60K 1/04 20190101ALI20241119BHJP

   B60K 8/00 20060101ALI20241119BHJP

   B62D 21/00 20060101ALI20241119BHJP

   B62D 25/20 20060101ALI20241119BHJP

【ＦＩ】

B60K1/00

B60K1/04 Z

B60K8/00

B62D21/00 B

B62D25/20 G

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020039225

(22)【出願日】2020-03-06

(65)【公開番号】P2021138317

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2022-04-22

【審判番号】

【審判請求日】2023-09-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鯵坂 聡

【合議体】

【審判長】草野 顕子

【審判官】横溝 顕範

【審判官】澤崎 雅彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１２７１２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－８８８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１２９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１１３９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平７－１７２１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２６６８３８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

B60K1/00-6/12

B60K7/00-8/00

B60K16/00

B62D17/00-25/08

B62D25/14-29/04

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両の前部に搭載された発電ユニットと、
前記発電ユニットの車両後方側に搭載され、前輪を駆動する駆動ユニットと、
前記駆動ユニットの車両後方側に配置されたフロアに形成され、前端部の幅及び高さが前記駆動ユニットの最大幅及び最大高さよりも大きくされたフロアトンネルと、
を備え、
車両前方側から荷重が入力されたときに、前記駆動ユニットが車両後方側へ移動して前記フロアトンネルの内側に入り込むように構成されている車両ユニット搭載構造。

【請求項2】

前記駆動ユニットを支持するサブフレームがフロントサイドメンバに支持されており、
車両前方側から荷重が入力されたときに、前記サブフレームが前記フロントサイドメンバから離脱するように構成されている請求項１に記載の車両ユニット搭載構造。

【請求項3】

車両の前部に搭載された発電ユニットと、
前記発電ユニットの車両後方側に搭載され、前輪を駆動する駆動ユニットと、
前記駆動ユニットの車両後方側に配置されたフロアに形成され、前端部の幅が前記駆動ユニットの最大幅よりも大きくされたフロアトンネルと、
を備え、
前記駆動ユニットを支持するサブフレームがフロントサイドメンバに支持されており、
車両前方側から荷重が入力されたときに、前記サブフレームが前記フロントサイドメンバから離脱するとともに前記駆動ユニットが車両後方下側へ移動して前記フロアトンネルの内側に入り込むように構成されている車両ユニット搭載構造。

【請求項4】

前記発電ユニットは、発電のみに使用されるエンジンと発電機である請求項１～請求項３の何れか１項に記載の車両ユニット搭載構造。

【請求項5】

前記発電ユニットは、燃料電池スタックである請求項１～請求項３の何れか１項に記載の車両ユニット搭載構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両ユニット搭載構造に関する。

【背景技術】

【0002】

発電機と、発電機を駆動するエンジンと、駆動輪を駆動するモータと、を備え、発電機とエンジンとが車両前後方向に並んで配置されている発電機搭載車両は、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１０７９６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、発電機もエンジンも潰れ難い部材であるため、それらが車両前後方向に並べられていると、車両が前面衝突したときに、クラッシュストロークが少なくなってしまう。だからといって、クラッシュストロークを確保しようとすると、フロントオーバーハングが大きくなってしまう。このように、潰れ難い部材が車両前後方向に並んで配置されている車両において、クラッシュストロークを確保する構成には、改善の余地がある。

【0005】

そこで、本発明は、発電ユニットと駆動ユニットとが車両前後方向に並んで配置されていても、クラッシュストロークを確保できる車両ユニット搭載構造を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の車両ユニット搭載構造は、車両の前部に搭載された発電ユニットと、前記発電ユニットの車両後方側に搭載され、前輪を駆動する駆動ユニットと、前記駆動ユニットの車両後方側に配置されたフロアに形成され、前端部の幅及び高さが前記駆動ユニットの最大幅及び最大高さよりも大きくされたフロアトンネルと、を備え、車両前方側から荷重が入力されたときに、前記駆動ユニットが車両後方側へ移動して前記フロアトンネルの内側に入り込むように構成されている。

【0007】

請求項１に記載の発明によれば、フロアトンネルの前端部の幅及び高さが駆動ユニットの最大幅及び最大高さよりも大きくされている。ここで、発電ユニット及び駆動ユニットは、潰れ難い部材である。したがって、車両が前面衝突すると、発電ユニットが後退し、駆動ユニットが後退するが、フロアトンネルの前端部の幅及び高さが、駆動ユニットの最大幅及び最大高さよりも大きいため、駆動ユニット全体がフロアトンネルの前端部の内側に入り込み、発電ユニット及び駆動ユニットの後退量が増える。よって、クラッシュストロークが確保される。

【0008】

また、請求項２に記載の車両ユニット搭載構造は、請求項１に記載の車両ユニット搭載構造であって、前記駆動ユニットを支持するサブフレームがフロントサイドメンバに支持されており、車両前方側から荷重が入力されたときに、前記サブフレームが前記フロントサイドメンバから離脱するように構成されている。

【0009】

請求項２に記載の発明によれば、車両前方側から荷重が入力されたときには、駆動ユニットを支持するサブフレームがフロントサイドメンバから離脱する。したがって、駆動ユニットを支持するサブフレームがフロントサイドメンバから離脱されない構成に比べて、駆動ユニットの自由度が増し、駆動ユニット全体がフロアトンネルの前端部の内側にスムーズに入り込める。よって、発電ユニット及び駆動ユニットの後退量が効果的に増える。

【0010】

また、本発明に係る請求項３に記載の車両ユニット搭載構造は、車両の前部に搭載された発電ユニットと、前記発電ユニットの車両後方側に搭載され、前輪を駆動する駆動ユニットと、前記駆動ユニットの車両後方側に配置されたフロアに形成され、前端部の幅が前記駆動ユニットの最大幅よりも大きくされたフロアトンネルと、を備え、前記駆動ユニットを支持するサブフレームがフロントサイドメンバに支持されており、車両前方側から荷重が入力されたときに、前記サブフレームが前記フロントサイドメンバから離脱するとともに前記駆動ユニットが車両後方下側へ移動して前記フロアトンネルの内側に入り込むように構成されている。

【0011】

請求項３に記載の発明によれば、車両前方側から荷重が入力されたときには、駆動ユニットを支持するサブフレームがフロントサイドメンバから離脱する。ここで、発電ユニット及び駆動ユニットは、潰れ難い部材である。したがって、車両が前面衝突して発電ユニットが後退すると、駆動ユニットが後方下側へ移動するが、フロアトンネルの前端部の幅が駆動ユニットの最大幅よりも大きくされているため、駆動ユニット全体がフロアトンネルの前端部の内側に入り込み、発電ユニット及び駆動ユニットの後退量が増える。よって、クラッシュストロークが確保される。

【0012】

また、請求項４に記載の車両ユニット搭載構造は、請求項１～請求項３の何れか１項に記載の車両ユニット搭載構造であって、前記発電ユニットは、発電のみに使用されるエンジンと発電機である。

【0013】

請求項４に記載の発明によれば、発電ユニットが、発電のみに使用されるエンジンと発電機とで構成されている。したがって、エンジンを発電用のみとしている電気自動車において、クラッシュストロークが確保される。

【0014】

また、請求項５に記載の車両ユニット搭載構造は、請求項１～請求項３の何れか１項に記載の車両ユニット搭載構造であって、前記発電ユニットは、燃料電池スタックである。

【0015】

請求項５に記載の発明によれば、発電ユニットが、燃料電池スタックで構成されている。したがって、燃料電池自動車において、クラッシュストロークが確保される。

【発明の効果】

【0016】

以上のように、本発明によれば、発電ユニットと駆動ユニットとが車両前後方向に並んで配置されていても、クラッシュストロークを確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本実施形態に係る車両ユニット搭載構造を示す平面図である。

【図2】本実施形態に係る車両ユニット搭載構造を示す側面図である。

【図3】サスペンションメンバの一部を拡大して示す平面図である。

【図4】本実施形態に係る車両ユニット搭載構造を備えた車両の前面衝突後の状態を示す平面図である。

【図5】本実施形態に係る車両ユニット搭載構造の変形例を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各図において適宜示す矢印ＵＰを車両上方向、矢印ＦＲを車両前方向、矢印ＲＨを車両右方向とする。したがって、以下の説明で、特記することなく上下、前後、左右の方向を記載した場合は、車両上下方向の上下、車両前後方向の前後、車両左右方向（車幅方向）の左右を示すものとする。

【0019】

図１、図２に示されるように、本実施形態に係る車両ユニット搭載構造１０を備えた車両１２の前部には、前後方向に延在する左右一対のフロントサイドメンバ１４が配設されている。そして、各フロントサイドメンバ１４の前端部には、略車幅方向に延在するフロントバンパリインフォースメント１６が架設されている。

【0020】

また、車両１２の前部で、かつ左右のフロントサイドメンバ１４の間には、発電ユニット３０としてのエンジン３２と発電機３４とが搭載されている。平面視で、エンジン３２は、車幅方向が長手方向とされて搭載されており、発電機３４は、エンジン３２の車幅方向一端部（例えば左端部）に一体的に設けられている。

【0021】

そして、発電機３４及びエンジン３２の車幅方向他端部（例えば右端部）が、それぞれ左右のフロントサイドメンバ１４に支持部材（図示省略）を介して支持されている。なお、エンジン３２は、後述するサスペンションメンバ２６にもトルクロッド４８を介して支持されている。また、エンジン３２の後端上部からは、排気管３６が後方側へ向かって延在されている。

【0022】

エンジン３２は、発電のみに使用されるものであり、発電機３４は、エンジン３２の駆動力によって発電用モータ（図示省略）が回転することで発電するように構成されている。なお、フロントバンパリインフォースメント１６の後方側で、かつエンジン３２の前方側には、エンジン冷却用の冷却ユニット２０が搭載されている。冷却ユニット２０は、ラジエータ２２とファン２４とを含んで構成されている。

【0023】

エンジン３２（発電ユニット３０）の後方下側には、ロアアーム（図示省略）を介して前輪１８を支持するサブフレームとしてのサスペンションメンバ２６が配設されている。サスペンションメンバ２６は、車幅方向が長手方向とされた略平板状とされており、左右のフロントサイドメンバ１４に吊り下げられた状態で支持されている。

【0024】

具体的に説明すると、図２に示されるように、左右のフロントサイドメンバ１４は、その後方側が斜め下方側へ屈曲されて延在されており（以下、この部位を「キック部１４Ａ」という）、その下端部が更に後方側へ向かって延在されている。サスペンションメンバ２６は、その車幅方向外側前端部がキック部１４Ａの中途部にボルト締結によって取り付けられ、その車幅方向外側後端部がキック部１４Ａの下端部にボルト締結によって取り付けられている。

【0025】

なお、図３に示されるように、車両１２の前面衝突等により、前方側から荷重が入力されたときには、サスペンションメンバ２６の少なくとも車幅方向外側後端部が、フロントサイドメンバ１４のキック部１４Ａから離脱するように構成されている。すなわち、サスペンションメンバ２６の車幅方向外側後端部で、かつボルト挿通用の貫通孔２６Ａの前側には、離脱手段として、薄板状に形成された脆弱部２８が形成されており、サスペンションメンバ２６が後退すると、その脆弱部２８がボルト５４の軸部によって破断されるようになっている。

【0026】

また、図１、図２に示されるように、エンジン３２（発電ユニット３０）の後方側で、かつサスペンションメンバ２６の上部における車幅方向中央部には、前輪１８を回転駆動する駆動ユニット４０が搭載されている。駆動ユニット４０は、駆動用モータ（図示省略）とデファレンシャルギア（図示省略）とを含んで構成されており、支持部材（図示省略）を介してサスペンションメンバ２６の上部に支持されている。そして、駆動ユニット４０から車幅方向外側へ向かって延在するドライブシャフト４２が前輪１８に接続されている。

【0027】

このように、本実施形態に係る車両ユニット搭載構造１０では、発電ユニット３０（エンジン３２及び発電機３４）と駆動ユニット４０とが前後に分離された構成を採っている。また、駆動ユニット４０の後方側で、かつサスペンションメンバ２６の上部には、ステアリングギアボックス４４が配設されている。そして、ステアリングギアボックス４４から車幅方向外側へ向かって延在するタイロッド４６が前輪１８に接続されている。

【0028】

駆動ユニット４０の後方側にはフロア５０が配設されている。そして、そのフロア５０の車幅方向中央部には、平面視で、前端部５２Ａの幅（車幅方向に沿った長さ）が駆動ユニット４０の少なくとも後端部４０Ａの幅（車幅方向に沿った長さ）よりも大きくされた断面略逆「Ｕ」字状のフロアトンネル５２が形成されている。すなわち、フロアトンネル５２の前端部５２Ａにおける左側壁５２Ｌ及び右側壁５２Ｒは、平面視で前方側へ行くに従って徐々に広がる傾斜壁となっている。

【0029】

なお、側面視で、フロアトンネル５２の前端部５２Ａの高さも、駆動ユニット４０の少なくとも後端部４０Ａの高さよりも高くされている。換言すれば、フロアトンネル５２の前端部５２Ａにおける天壁５２Ｕは、前方側へ行くに従って徐々に高くなる傾斜壁となっており、その天壁５２Ｕの前端部の高さ位置は、駆動ユニット４０の少なくとも後端部４０Ａの高さ位置よりも高い位置に配置されている。また、排気管３６は、このフロアトンネル５２の内側を通って後方側へ延在されている。

【0030】

以上のような構成とされた車両ユニット搭載構造１０において、次にその作用について説明する。

【0031】

図４に示されるように、車両１２が、例えば障壁Ｗに前面衝突すると（前方側から荷重が入力されると）、フロントサイドメンバ１４が軸方向に圧縮変形しながら、フロントバンパリインフォースメント１６及び冷却ユニット２０と共に発電ユニット３０（エンジン３２及び発電機３４）が相対的に後方側へ移動する（後退する）。すると、その発電ユニット３０（エンジン３２及び発電機３４）に押されて駆動ユニット４０が相対的に後方側へ移動する（後退する）。

【0032】

ここで、発電ユニット３０及び駆動ユニット４０は、潰れ難い部材である。そして、平面視で、フロアトンネル５２の前端部５２Ａの幅が駆動ユニット４０の少なくとも後端部４０Ａの幅よりも大きくされ、側面視で、フロアトンネル５２の前端部５２Ａの高さが駆動ユニット４０の少なくとも後端部４０Ａの高さよりも高く（大きく）されている。したがって、相対的に後方側へ移動してきた（後退してきた）駆動ユニット４０の少なくとも後端部４０Ａは、フロアトンネル５２の前端部５２Ａの内側に入り込む。

【0033】

これにより、発電ユニット３０及び駆動ユニット４０の後退量を増やすことができ、エンジン３２を発電用のみとしている車両１２としての電気自動車において、クラッシュストロークを確保することができる。つまり、車両１２の前面衝突時において、フロントオーバーハングを大きくすることなく、乗員の安全性を向上させることができる。なお、このようにクラッシュストロークを確保することができると、車両１２には、前面衝突時の対策用としての補強部材等が低減されるため、車両１２の軽量化を図ることもできる。

【0034】

また、発電ユニット３０と駆動ユニット４０とを分離して前後に配置する構成を採用しているため、フロントサイドメンバ１４の組幅を、例えばフロントエンジン・リアドライブ車と同じ組幅にできる（比較的狭い組幅にできる）。したがって、前輪１８の切れ角を向上させることができるとともに、車両１２におけるホイールベース（車室の前後方向の長さ）を延長させることができる。また、前輪１８に大径タイヤを設定することもでき、その場合には、車両１２における意匠性を向上させることができるとともに、運動性能及びブレーキ性能を向上させることができる。

【0035】

また、前方側から荷重が入力されることにより、駆動ユニット４０を支持するサスペンションメンバ２６が後退したときには、ボルト５４の軸部が脆弱部２８を破断することにより、そのサスペンションメンバ２６がフロントサイドメンバ１４から離脱する。したがって、サスペンションメンバ２６がフロントサイドメンバ１４から離脱されない構成に比べて、駆動ユニット４０の自由度が増し、駆動ユニット４０の少なくとも後端部４０Ａが、フロアトンネル５２の前端部５２Ａの内側にスムーズに入り込むことができる。よって、発電ユニット３０及び駆動ユニット４０の後退量を効果的に増やすことができる。

【0036】

なお、サスペンションメンバ２６がフロントサイドメンバ１４から離脱する構成であると、駆動ユニット４０は、相対的に後方下側へ移動する。したがって、この場合には、側面視で、フロアトンネル５２の前端部５２Ａの高さが駆動ユニット４０の少なくとも後端部４０Ａの高さよりも高く（大きく）されていなくても、相対的に後方下側へ移動してきた駆動ユニット４０の少なくとも後端部４０Ａは、フロアトンネル５２の前端部５２Ａの内側に入り込むことができる。

【0037】

つまり、サスペンションメンバ２６がフロントサイドメンバ１４から離脱し、駆動ユニット４０が相対的に後方下側へ移動するような構成になっていれば、側面視で、フロアトンネル５２の前端部５２Ａの高さが駆動ユニット４０の後端部４０Ａの高さ以下になっていてもよく、この構成の場合には、少なくともフロアトンネル５２の前端部５２Ａの幅が、駆動ユニット４０の少なくとも後端部４０Ａの幅よりも大きくされていればよい。

【0038】

また、本実施形態における駆動ユニット４０には、駆動ユニット４０に取り付けられているハーネス及び樹脂ブラケット（樹脂部材）等を含む補器部品など、衝突時に荷重が伝達され難いものは除外される。すなわち、本実施形態における駆動ユニット４０の後端部４０Ａの大きさとは、駆動ユニット４０のハウジングの大きさである。

【0039】

（変形例）
図５に示されるように、発電ユニット３０は、燃料電池スタック３８であってもよい。この場合も、車両１２の前面衝突時において、上記と同様の作用が得られる。つまり、車両１２としての燃料電池自動車において、クラッシュストロークを確保することができる。

【0040】

また、本実施形態における車両１２は、エンジン３２及び発電機３４と燃料電池スタック３８とを切り替えるだけで、電気自動車と燃料電池自動車とに容易に切り替えることができる。すなわち、発電ユニット３０と駆動ユニット４０とが分離されているため、駆動用モータの振動に弱い電池セルを複数有する燃料電池スタック３８であっても、車両１２に搭載することができる。

【0041】

以上、本実施形態に係る車両ユニット搭載構造１０について、図面を基に説明したが、本実施形態に係る車両ユニット搭載構造１０は、図示のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能なものである。

【0042】

例えば、フロアトンネル５２の前端部５２Ａの幅及び高さを駆動ユニット４０の最大幅及び最大高さよりも大きく形成するようにしてもよい。この場合、駆動ユニット４０全体をフロアトンネル５２の内部に入り込ませることができるため、クラッシュストロークを延長させることができる。

【0043】

また、フロアトンネル５２の前端部５２Ａにおける天壁５２Ｕ、左側壁５２Ｌ及び右側壁５２Ｒは、前方側へ行くに従って徐々に広がるような形状（傾斜壁）に限定されるものではなく、例えば前方側へ行くに従って段階的に広がるような階段形状等に形成されていてもよい。

【0044】

また、サスペンションメンバ２６をフロントサイドメンバ１４から離脱させる離脱手段は、脆弱部２８に限定されるものではない。離脱手段としては、前方側から荷重が入力されてサスペンションメンバ２６が後退したときに、例えばボルト５４の軸部が折れる（切断される）ことによって、サスペンションメンバ２６がフロントサイドメンバ１４から離脱されるように構成されていてもよい。

【符号の説明】

【0045】

１０ 車両ユニット搭載構造
１２ 車両
１４ フロントサイドメンバ
１８ 前輪
２６ サスペンションメンバ（サブフレーム）
３０ 発電ユニット
３２ エンジン
３４ 発電機
３８ 燃料電池スタック
４０ 駆動ユニット
４０Ａ 後端部
５０ フロア
５２ フロアトンネル
５２Ａ 前端部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】