JP7394175B1 - 車体側部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電気自動車等の側面衝突時にバッテリーパックに入力する荷重を低減する車体側部構造を提供する。【解決手段】本発明に係る車体側部構造１は、サイドシルインナ３ａとサイドシルアウタ３ｂとが接合されてなるサイドシル３と、サイドシル３よりも車幅方向車内側に配設されたバッテリーパック５と、車幅方向に延設されたフロアクロスメンバ７と、を備えたものであって、フロアクロスメンバ７は、引張強度が1180MPa級以上の金属板からなり、端部７ａがサイドシルインナ３ａの側面３ａ１とは当接せず上面３ａ２に覆いかぶさるように配設されるとともにサイドシルインナ３ａとサイドシルアウタ３ｂの上端部３ｃにおける接合面部３ｄにまで延出して当接し、側面衝突時において、サイドシルアウタ３ｂが変形して潰れた後は、サイドシル３に入力した荷重をフロアクロスメンバ７に伝達させるようにしてバッテリーパック５に伝達する荷重を低減させる。【選択図】 図１

Description

本発明は、サイドシルよりも車幅方向車内側にバッテリーパックが配設された電気自動車等の車体側部構造に関する。

近年、特に自動車産業においては環境問題に起因したエンジン車から電気自動車への置換が進みつつある。電気自動車等は車体下部のフロア部に大きな電池（バッテリー）を収容したバッテリーパックを配置している。そして、そのバッテリーにはLi系の材料を用いることが多いため、衝突時にバッテリーパックが破損してバッテリーから液漏れすると発火の危険性があるので、バッテリーパックを守る構造が必要となる。このバッテリーパックを守るものとして、車幅方向に延在するフロアクロスメンバと車幅方向両外側において車長方向に延在するサイドシルとがあり、両サイドシルの間にフロアクロスメンバが配置されてその下方にバッテリーパックが配置されている。

電気自動車等の側面衝突時においてバッテリーパックを守る技術として、例えば、特許文献１には、バッテリーパックと、車幅方向外側に車体前後方向に延設されたサイドシルと、左右のサイドシルの間に架設されたフロアクロスメンバを備えた車両において、フロアクロスメンバの両端部がサイドシルにおけるサイドシルインナの車内側の側面部からサイドシルインナとサイドシルアウタとの接合部に渡り接続している構造が開示されている。

特許６７３４７０９号公報

特許文献１に開示されている技術においては、車両側面のサイドシルにポール等が衝突して荷重が入力する側面衝突時に、サイドシルインナの車内側の側面部からサイドシルアウタとサイドシルインナとの接合部に渡るフロアクロスメンバとサイドシルとの接続部を介して、衝突荷重はサイドシルからフロアクロスメンバに伝達されて、フロアクロスメンバによって反力が増幅されることで、サイドシルアウタ及びサイドシルインナを潰し、サイドシルアウタ及びサイドシルインナは、潰れて圧縮変形することにより衝突エネルギーを効率的に吸収する。しかし、先にサイドシルが潰れてしまうと、バッテリーパックへと伝達する荷重を十分に低減できず、バッテリーパックを十分に保護することができないという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、サイドシルとサイドシルの車幅方向車内側に配設されたバッテリーパックとフロアクロスメンバとを備えた車体の側面衝突時において、車体の側面衝突時においてバッテリーパックへと伝達する荷重を低減することによりバッテリーパックを保護することができる車体側部構造を提案することを目的とする。

（１）本発明に係る車体側部構造は、車体の車幅方向車外側において車体前後方向に延設されたサイドシルインナとサイドシルアウタとが車高方向の上端部及び下端部で接合されてなるサイドシルと、該サイドシルよりも車幅方向車内側における前記車体の下部に配設されたバッテリーパックと、前記サイドシルよりも車幅方向車内側の上方において車幅方向に延設されたフロアクロスメンバと、を備えたものであって、
前記フロアクロスメンバは、引張強度が1180MPa級以上の金属板からなり、車幅方向車外側の端部が前記サイドシルインナの車幅方向車内側の面とは当接せず、前記サイドシルインナの車高方向の上面に覆いかぶさるように配設されるとともに前記サイドシルインナと前記サイドシルアウタとの前記上端部における接合面部にまで延出して当接し、
車幅方向車外側から前記サイドシルに衝突荷重が入力する側面衝突時において、前記サイドシルアウタが変形して潰れた後は、前記 サイドシルに入力した荷重を前記フロアクロスメンバに伝達させるようにして前記バッテリーパックに伝達する荷重を低減させるようにしたことを特徴とするものである。

（２）上記（１）に記載のものにおいて、
前記フロアクロスメンバは、車幅方向に延在する溝形状を有し、その先端には前記接合面部に当接する壁面部が設けられ、該壁面部により前記フロアクロスメンバの端部の溝形状が閉じた形状であることを特徴とするものである。

（３）上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、
前記フロアクロスメンバの前記端部は、前記サイドシルインナと前記サイドシルアウタとの前記接合面部に結合していることを特徴とするものである。

本発明においては、フロアクロスメンバは、その車幅方向車外側の端部がサイドシルインナの車幅方向車内側の面とは当接せず、サイドシルインナの車高方向の上面に覆いかぶさるように配設されるとともにサイドシルインナとサイドシルアウタとが接合される接合面部にまで延出して当接していることにより、側面衝突時において車体に入力した荷重の荷重伝達経路がフロアクロスメンバに形成され、フロアクロスメンバによる車幅方向車外側への反力は主にサイドシルインナとサイドシルアウタとが接合される接合面部に加わるので、サイドシルアウタは潰れて圧縮変形することにより衝突エネルギーを吸収するが、サイドシルインナは潰れずに形態を維持することが出来る。さらに、フロアクロスメンバを引張強度1180MPa以上の金属板からなるものとするので、サイドシルアウタが圧縮変形して潰れた後もサイドシルに入力した荷重をフロアクロスメンバが変形することなく受け続けることができるので、サイドシルインナは変形して潰れにくくなり、衝突エネルギー吸収能力を保持し続けることができるので、バッテリーパック５への荷重伝達を低減することができる。その結果、側面衝突時においてバッテリーパック５の変形を抑制し、バッテリーパックを損傷から守ることができ、安全な車両を作ることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る車体側部構造を説明する図である。 本発明の実施の形態に係る車体側部構造において、側面衝突時における荷重の伝達を説明する図である（（ａ）従来の車体側部構造、（ｂ）本実施の形態に係る車体側部構造、（ｃ）側面衝突時における荷重伝達経路）。 本発明の実施の形態に係る車体の側部構造において、フロアクロスメンバの端部が閉じた形状の具体例を示す図である。 実施例において、解析対象とした車体の側面衝突を説明する図である。 実施例において、バッテリーパックの変形量と、バッテリーパックへの入力荷重の評価方法を示す図である（（ａ）バッテリーパックの変形量の評価位置、（ｂ）バッテリーパックへの入力荷重）。 実施例において、発明例及び比較例１、２に係る車体側部構造の(i)車長方向位置TL=1568mm、及び、(ii)車長方向位置TL=1916mmにおける断面図である（（ａ）発明例、（ｂ）比較例１、（ｃ）比較例２）。 実施例において、車長方向位置TL=1916mmにポールが衝突した場合におけるバッテリーパックの変形量の結果を示すグラフである。 実施例において、車長方向位置TL=1916mmにポールが衝突した場合におけるバッテリーパックへの入力荷重として求めた接触反力の結果を示すグラフである。

本発明の実施の形態に係る車体側部構造１は、図１に一例として示すように、サイドシル３と、バッテリーパック５と、フロアクロスメンバ７と、フロアパネル９と、を備えたものである。

以下、図１に基づいて、本実施の形態に係る車体側部構造１を説明する。
なお、図１には、バッテリーパック５の上方に配設されたフロアパネル９、等といった他の車体部品が図示されているが、以下の説明では、これらの他の車体部品は本発明の要部ではないため、これらの説明は割愛する。
また、本明細書及び図面において、同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を割愛する。

サイドシル３は、図１に示すように、車体の車幅方向車外側において車体前後方向に延設されたサイドシルインナ３ａとサイドシルアウタ３ｂとを備えてなるものである。
サイドシルインナ３ａは、天板３ａ１と一対の縦壁３ａ２とにより車幅方向の車外側に向かって開口する溝形状を有し、サイドシルアウタ３ｂは、車幅方向車内側に向かって開口する溝形状を有する。そして、サイドシルインナ３ａとサイドシルアウタ３ｂとが互いの開口側を向かい合わせて車高方向の上端部３ｃ及び下端部（図示なし）で接合されて閉断面構造を形成している。

なお、図１に示す車体側部構造１において、サイドシル３の車高方向上部の約1/3以上の範囲を図示したものである。そして、サイドシルインナ３ａ及びサイドシルアウタ３ｂは、例えば、天板と一対の縦壁及びフランジとを備えてなるハット断面形状のものであり、サイドシルインナ３ａとサイドシルアウタ３ｂの上端部及び下端部のフランジ同士が接合され、閉断面構造のサイドシル３を構成している。
もっとも、本発明において、サイドシルインナとサイドシルアウタはハット断面形状のものに限らず、それぞれの上端部及び下端部が接合され、閉断面構造のサイドシルを構成するものであればよい。

バッテリーパック５は、図１に示すように、サイドシル３よりも車幅方向車内側における車体の下部に配設されたものであり、内部にバッテリーセル（図示なし）を搭載している。

フロアクロスメンバ７は、底面と一対の縦壁及びフランジとを備えてなるハット断面形状のものであり、底面と一対の縦壁とにより車幅方向に延在する溝形状を有し、図１に示すように、サイドシル３よりも車幅方向車内側の上方において車幅方向に延設されたものである。なお、図１の車体側部構造の断面図では、底面の断面が表示されている。
そして、フロアクロスメンバ７は、引張強度が1180MPa級以上の金属板からなり、その車幅方向車外側の端部７ａがサイドシルインナ３ａの車幅方向車内側の面とは当接せず、サイドシルインナ３ａの車高方向の上面に覆いかぶさるように配設されるとともにサイドシルインナ３ａとサイドシルアウタ３ｂとが接合される接合面部３ｄにまで延出して当接している。
ここで、サイドシルインナ３ａの車高方向の上面とは、図１に示すようにサイドシルインナ３ａが天板３ａ１と縦壁３ａ２とフランジ３ａ３とを備えてなるハット断面形状の場合においては、縦壁３ａ２のことを指す。また、サイドシルインナ３ａの車幅方向車内側の面とは、天板３ａ１のことを指す。

そして、車体側部構造１においては、車幅方向車外側からサイドシル３に衝突荷重が入力する側面衝突時において、サイドシル３に入力した衝突荷重によりサイドシルアウタ３ｂが圧縮変形して潰れ、サイドシルアウタ３ｂが潰れた後は、サイドシル３に入力する荷重をフロアクロスメンバ７が変形することなく荷重を受け続けるようにしてバッテリーパック５に伝達する荷重を低減させるようにしたものである。

本実施の形態に係る車体側部構造１の作用効果は、以下のとおりである。
図２（ａ）に一例として示すような、サイドシル３とバッテリーパック５とフロアクロスメンバ２３と、を備えた従来の車体側部構造２１においては、フロアクロスメンバ２３の車幅方向の端部２３ａがサイドシルインナ３ａの上方にまで延出しているものの、サイドシル３の上端部３ｃにおける接合面部３ｄに当接しているものではなかった。そのため、側面衝突時においてサイドシル３に荷重が入力した場合、まず、サイドシルアウタ３ｂが変形して潰れた後、フロアクロスメンバ２３へと荷重が十分に伝達せず、バッテリーパック５への荷重伝達を十分に低減することができなかった。

これに対し、本実施の形態に係る車体側部構造１によれば、図１及び図２（ｂ）に示すように、サイドシル３の上端部３ｃにおける接合面部３ｄにフロアクロスメンバ７の端部７ａが当接していることで、図２（ｃ）に示すように、側面衝突時において車体に入力した荷重の荷重伝達経路がフロアクロスメンバ７に形成され、フロアクロスメンバ７による車幅方向車外側への反力は主にサイドシルインナ３ａとサイドシルアウタ３ｂとが接合される接合面部３ｄに加わるので、サイドシルアウタ３ｂは潰れて圧縮変形することにより衝突エネルギーを吸収するが、サイドシルインナ３ａは潰れずに形態を維持することが出来る。
さらに、フロアクロスメンバ７を引張強度1180MPa以上の金属板からなるものとするので、サイドシルアウタ３ｂが圧縮変形して潰れた後もサイドシル３に入力した荷重をフロアクロスメンバ７が変形することなく荷重を受け続けることができるので、サイドシルインナは変形して潰れにくくなり、衝突エネルギー吸収能力を保持し続けることができるので、バッテリーパック５への荷重伝達を低減することができる。
その結果、側面衝突時においてバッテリーパック５の変形を抑制し、バッテリーパック５を損傷から守ることができ、安全な車両を作ることが可能となる。

なお、本実施の形態において、フロアクロスメンバ７は、引張強度1180MPa級以上の金属板からなるものであるが、引張強度1180MPa未満の金属板からなるもの場合、フロアクロスメンバに荷重が伝達した際に容易に変形してしまい、荷重を十分に伝達させることができず、バッテリーパック５に伝達する荷重を低減することができない。

そのため、本実施の形態において、フロアクロスメンバ７は、引張強度1180MPa級以上の金属板からなるものとし、具体的には、引張強度1180MPa級、1370MPa級、1470MPa級、1760MPa級の鋼板が例示される。

なお、車体側部構造１において、フロアクロスメンバ７の端部７ａは、サイドシルインナ３ａとサイドシルアウタ３ｂとが接合している接合面部３ｄに当接しているが結合はされていないものであった。
もっとも、本発明においては、フロアクロスメンバの端部は、サイドシルインナとサイドシルアウタとの接合面部に結合していることが好ましい。これにより、側面衝突時において、フロアクロスメンバの端部とサイドシルインナとサイドシルアウタとの接合面部とのずれが生じにくくなり、車体（サイドシル）に入力した荷重のフロアクロスメンバへの荷重伝達経路を維持できるので、フロアクロスメンバに荷重をより伝達しやすくなり、バッテリーパックに伝達する荷重をさらに低減させることができる。

また、本発明において、フロアクロスメンバ７は、底面と一対の縦壁とを備えて車幅方向に延在する溝形状を有し（図示なし）、例えば図１に示すように、端部７ａの先端には底面７ａ１から屈曲して連続する壁面部７ｂが設けられ、壁面部７ｂによりフロアクロスメンバ７の端部７ａの溝形状が閉じた形状であることが好ましい。これにより、フロアクロスメンバ７の端部７ａを潰れにくくし、車体が大きく変形することを防ぐことができる。

フロアクロスメンバ７の車幅方向の端部７ａにおける溝形状が閉じた形状の具体例を図３に示す。
図３（ａ）に示すフロアクロスメンバ７は、端部７ａの先端において底面７ａ１と一対の縦壁７ａ２と壁面部７ｂとが一体化（一体成形）されて連続していることにより、溝形状が閉じた形状となっているものである。
図３（ｂ）に示すフロアクロスメンバ７は、縦壁高さ（車高方向高さ）が高いため、溝形状の底面７ａ１と先端の壁面部７ｂとが屈曲して連続しているものの、溝形状の底面７ａ１と一対の縦壁７ａ２とが一体化（一体成形）されておらず連続していないが、底面７ａ１と壁面部７ｂの両側辺部には縦壁７ａ２側に折れ曲がる溶接代７ｃが設けられており、溶接代７ｃと縦壁７ａ２とがスポット溶接等で接合されていることにより、溝形状が閉じた形状となっているものである。

本発明に係る車体側部構造の作用効果について検証するための具体的な解析を行ったので、その結果について以下に説明する。

本実施例では、前述した実施の形態において図１に示した、サイドシル３と、バッテリーパック５と、フロアクロスメンバ７と、を有する車体側部構造１（発明例）を備えた車両１０１に対して、図４に示すように、車幅方向車外側からポール１０３を衝突させる側面衝突解析を行った。
また、本実施例における車体側部構造１において、バッテリーパック５は、図５（ｂ）に示すように、車幅方向外周側に配設されたバッテリーフレームアッシー１１により支持されている。そして、バッテリーフレームアッシー１１は、図５（ｂ）に示すように、複数の鋼板部材により構成されている。

側面衝突解析においては、車両１０１を車幅方向に29km/hまで加速し、車両１０１の側面に対して剛体であるポール１０３に衝突させた。ここで、ポール１０３を車両１０１に衝突させるポール衝突位置は、車長方向位置TL=1916mmとした。
ポール１０３が車両１０１の側面のサイドシル３に衝突すると、サイドシル３（図１参照）は局所的に変形して車内側へと侵入する。そこで、本実施例では、側面衝突過程におけるバッテリーパック５の変形量とバッテリーパック５側に入力する荷重を評価した。

バッテリーパック５の変形量については、図５（ａ）に示すように、車長方向の複数位置（図５（ａ）中に矢印で示す位置）において、バッテリーパック５の変形前と変形後それぞれの車幅方向の長さを測定し、変形前後の差分を求めた。
一方、バッテリーパック５側に入力する荷重については、図５（ｂ）に示すように、衝突過程において、バッテリーフレームアッシー１１の車幅方向外周側に設けられた連結部材１３の接触によりバッテリーフレームアッシー１１に生じる反力（接触反力）を求めた。

さらに、本実施例では、比較対象として、図６（ｂ）に示す車体側部構造２１（比較例１）と、図６（ｃ）に示す車体側部構造３１（比較例２）についても、発明例と同様に、図４に示す車両の側面衝突解析を行い、側面衝突過程におけるバッテリーパック５の変形量とバッテリーパック５側に入力する荷重を評価した。

比較例１に係る車体側部構造２１は、フロアクロスメンバ２３の車幅方向の端部２３ａがサイドシルインナ３ａに覆い被さるように延在しているものの、サイドシルインナ３ａとサイドシルアウタ３ｂとの接合面部３ｄに当接していないものである。

比較例２に係る車体側部構造３１は、フロアクロスメンバ３３の車幅方向の端部３３ａがサイドシルインナ３ａの上方にまで延在していないものである。

比較例１及び比較例２においてバッテリーパック５側に入力する荷重は、発明例と同様、連結部材１３とバッテリーフレームアッシー１１との間の接触反力を求めた。

図７に、発明例、比較例１及び比較例２において、ポール衝突位置を車長方向位置TL=1916mmとした側面衝突時において、バッテリーパック５の変形量の結果を示す。
図７に示すように、フロアクロスメンバ３３の端部３３ａがサイドシルインナ３ａの上方にまで延在していない比較例２と比べて、発明例及び比較例１におけるバッテリーパック５の変形量は小さくなった。また、発明例と比較例１とを比較すると、発明例の方がバッテリーパック５の変形量は小さい結果であった。

図８に、発明例、比較例１及び従来例２において、ポール衝突位置を車長方向位置TL=1916mmとした側面衝突時において、バッテリーパック５に入力する荷重として求めた接触反力の結果を示す。
図８に示すように、フロアクロスメンバ３３の端部３３ａがサイドシルインナ３ａの上方にまで延在していない比較例２と比べて、発明例及び比較例１におけるバッテリーパック５に入力する荷重は小さくなった。また、発明例と比較例１とを比較すると、発明例の方がバッテリーパック５に入力する荷重は小さい結果であった。
分かる。

以上、本発明に係る車体側部構造によれば、側面衝突時において、車両に入力した荷重をフロアクロスメンバに伝達させるようにしたことにより、バッテリーパックに入力する荷重を十分に低減することができ、バッテリーパックの変形量を小さくし、バッテリーパックを保護できることが示された。

１ 車体側部構造
３ サイドシル
３ａ サイドシルインナ
３ａ１ 天板（側面）
３ａ２ 縦壁（上面）
３ａ３ フランジ
３ｂ サイドシルアウタ
３ｃ 上端部
３ｄ 接合面部
５ バッテリーパック
７ フロアクロスメンバ
７ａ 端部
７ａ１ 底面
７ａ２ 縦壁
７ｂ 壁面部
７ｃ 溶接代
９ フロアパネル
１１ バッテリーフレームアッシー
１３ 連結部材
２１ 車体側部構造
２３ フロアクロスメンバ
２３ａ 端部
３１ 車体側部構造
３３ フロアクロスメンバ
３３ａ 端部

Claims (3)

1. 車体の車幅方向車外側において車体前後方向に延設され、天板と一対の縦壁とを有し、車幅方向の車外側に向かって開口する溝形状を有するサイドシルインナと、車幅方向車内側に向かって開口する溝形状を有するサイドシルアウタとが車高方向の上端部及び下端部で接合されてなるサイドシルと、該サイドシルよりも車幅方向車内側における前記車体の下部に配設されたバッテリーパックと、前記サイドシルよりも車幅方向車内側の上方において車幅方向に延設されたフロアクロスメンバと、を備えた車体側部構造であって、
   前記フロアクロスメンバは、引張強度が1180MPa級以上の金属板からなり、車幅方向車外側の端部が前記サイドシルインナの車幅方向車内側の面である前記天板とは当接せず、前記サイドシルインナの車高方向の上面に覆いかぶさるように配設されるとともに前記サイドシルインナと前記サイドシルアウタとの前記上端部における接合面部にまで延出して当接することを特徴とする車体側部構造。
2. 前記フロアクロスメンバは、車幅方向に延在する溝形状を有し、その先端には前記接合面部に当接する壁面部が設けられ、該壁面部により前記フロアクロスメンバの端部の溝形状が閉じた形状であることを特徴とする請求項１記載の車体側部構造。
3. 前記フロアクロスメンバの前記端部は、前記サイドシルインナと前記サイドシルアウタとの前記接合面部に結合していることを特徴とする請求項１又は２に記載の車体側部構造。