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技術 燃料電池車両の下部構造

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 坂口直矢
出願日 2019年2月13日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-023101
公開日 2020年8月31日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-131728
状態 未査定
技術分野 車両用車体構造 車両の推進装置の配置または取付け 推進装置の冷却,吸排気,燃料タンクの配置
主要キーワード 衝突破壊 横向き配置 プラスチックライナー センターフロア 両クロス 半球部分 タンク軸方向 水素漏洩
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年8月31日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

課題

後突時における、高電圧部品と、駆動ユニット及び水素タンクとの干渉を抑制可能とする。

解決手段

高電圧部品70は、リアフロアパネル15下であって、第一水素タンク60と駆動ユニット80との間に設けられる。リアフロアパネル15は、第一パネル曲面部22及び第二フロアトンネル24を備える。第一パネル曲面部22は、第一水素タンク60の上方に、当該第一水素タンク60の形状に沿って車幅方向に延設される側面視凸曲状の部分である。第二フロアトンネル24は、第一パネル曲面部22から車体後方に延設される正面視Π形状の部分である。第二フロアトンネル24の天井部24Aの前端は、第一パネル曲面部22の上方部分に接続される。さらに、第二フロアトンネル24の天井部24Aに、高電圧部品70が吊り支持される。

概要

背景

車両のフロア下には、種々の部品が取り付けられる。例えば後輪駆動車である場合には、一対の後輪の間であってラゲッジフロアパネル下に回転電機トランスアクスル等の駆動ユニットが設けられる。また、電気自動車ハイブリッド車両ではフロア下にバッテリが設けられる。また燃料電池車両ではフロア下に水素タンクが設けられる。

車両衝突時に、これらの部品の保護を図る構造が、従来から知られている。例えば特許文献1では、側面衝突時に、フロアクロスメンバが下方に谷折れすることで、フロアクロスメンバ下のバッテリを下方に逃がし、他部品とバッテリとの干渉を抑制している。また特許文献2では、車幅方向に延設されるフレームからバッテリを吊り下げる構造において、後面衝突時にフレームが車両前方屈曲するようにして折れることでバッテリパックを前方に移動させ、後方からバッテリパックに入力される衝突荷重を軽減させている。

概要

後突時における、高電圧部品と、駆動ユニット及び水素タンクとの干渉を抑制可能とする。高電圧部品70は、リアフロアパネル15下であって、第一水素タンク60と駆動ユニット80との間に設けられる。リアフロアパネル15は、第一パネル曲面部22及び第二フロアトンネル24を備える。第一パネル曲面部22は、第一水素タンク60の上方に、当該第一水素タンク60の形状に沿って車幅方向に延設される側面視凸曲状の部分である。第二フロアトンネル24は、第一パネル曲面部22から車体後方に延設される正面視Π形状の部分である。第二フロアトンネル24の天井部24Aの前端は、第一パネル曲面部22の上方部分に接続される。さらに、第二フロアトンネル24の天井部24Aに、高電圧部品70が吊り支持される。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

フロアパネル下であって、車幅方向に長手方向が向くように配置される、耐荷重性水素タンクと、前記フロアパネル下であって、前記水素タンクより車体後方に設けられる、駆動ユニットと、前記フロアパネル下であって、前記水素タンクと前記駆動ユニットとの間に設けられる高電圧部品と、を備える燃料電池車両下部構造であって、前記フロアパネルは、前記水素タンクの上方に、当該水素タンクの形状に沿って車幅方向に延設される側面視凸曲状のパネル曲面部と、前記パネル曲面部から車体後方に延設される正面視Π形状のフロアトンネルと、を備え、前記フロアトンネルの天井部の前端は、前記パネル曲面部の上方部分に接続され、前記フロアトンネルの前記天井部に、前記高電圧部品が吊り支持される、燃料電池車両の下部構造。

技術分野

0001

本発明は、水素タンクが搭載される燃料電池車両下部構造に関する。

背景技術

0002

車両のフロア下には、種々の部品が取り付けられる。例えば後輪駆動車である場合には、一対の後輪の間であってラゲッジフロアパネル下に回転電機トランスアクスル等の駆動ユニットが設けられる。また、電気自動車ハイブリッド車両ではフロア下にバッテリが設けられる。また燃料電池車両ではフロア下に水素タンクが設けられる。

0003

車両衝突時に、これらの部品の保護を図る構造が、従来から知られている。例えば特許文献1では、側面衝突時に、フロアクロスメンバが下方に谷折れすることで、フロアクロスメンバ下のバッテリを下方に逃がし、他部品とバッテリとの干渉を抑制している。また特許文献2では、車幅方向に延設されるフレームからバッテリを吊り下げる構造において、後面衝突時にフレームが車両前方屈曲するようにして折れることでバッテリパックを前方に移動させ、後方からバッテリパックに入力される衝突荷重を軽減させている。

先行技術

0004

特開2017−144825号公報
特開2017−114190号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、燃料電池車両の場合、上述したように水素タンクが設けられる。例えばリアシート下に、長手方向が車幅方向に向くようにして(つまり横置きに)水素タンクが配置される。また、当該燃料電池車両が後輪駆動車の場合、上述したようにラゲッジフロアパネル下に駆動ユニットが配置される。

0006

さらに、水素タンクと駆動ユニットとの間に高電圧部品が配置される場合がある。この高電圧部品は、例えば駆動ユニットの回転電機に高電圧印加するための高電圧ケーブルジャンクションブロックを含む。

0007

ここで、駆動ユニットは、例えば駆動源である回転電機やトランスアクスルの振動騒音低減を図るために高剛性ケースを備える。また水素タンクは、例えば万が一車両が衝突破壊された場合であっても水素漏洩が起こらないレベル耐荷重性能を備えている。

0008

このような、高剛性の駆動ユニットと水素タンクとに車両前後方向で挟まれるように高電圧部品が配置されるようなレイアウトが採られる場合に、車両後面衝突(以下適宜後突と記載する)時に、高電圧部品と、駆動ユニット及び水素タンクとの干渉を抑制する必要がある。

課題を解決するための手段

0009

本発明は燃料電池車両の下部構造に関する。当該下部構造は、耐荷重性の水素タンク、駆動ユニット、及び高電圧部品を備える。水素タンクは、フロアパネル下であって、車幅方向に長手方向が向くように配置される。駆動ユニットは、フロアパネル下であって、水素タンクより車体後方に設けられる。高電圧部品は、フロアパネル下であって、水素タンクと駆動ユニットとの間に設けられる。フロアパネルは、パネル曲面部及びフロアトンネルを備える。パネル曲面部は、水素タンクの上方に、当該水素タンクの形状に沿って車幅方向に延設される側面視凸曲状の部分である。フロアトンネルは、パネル曲面部から車体後方に延設される正面視Π形状の部分である。フロアトンネルの天井部の前端は、パネル曲面部の上方部分に接続される。さらに、フロアトンネルの天井部に、高電圧部品が吊り支持される。

0010

上記構成によれば、後突時には、フロアパネルに圧縮荷重が入力される。この荷重入力に伴って、パネル曲面部の凸曲形状が潰されてその上方部分が持ち上げられる。パネル曲面部の上方部分が持ち上げられることで、当該上方部分に接続されるフロアトンネルの天井部も持ち上げられる。これに伴い、フロアトンネルの天井部に吊り支持される高電圧部品も持ち上げられる。その結果、水素タンク及び駆動ユニットに対して高電圧部品を上方に逃がすことが可能となる。

発明の効果

0011

本発明によれば、後突時における、高電圧部品と、駆動ユニット及び水素タンクとの干渉を抑制可能となる。

図面の簡単な説明

0012

本実施形態に係る燃料電池車両のフロア構造を例示する斜視図である。
図1のA−A断面であって、本実施形態に係る燃料電池車両の下部構造を例示する側面断面図である。
後突時の荷重入力について説明する斜視図である。
後突時のフロアパネルの変形について説明する側面断面図である。

実施例

0013

図1に、本実施形態に係る燃料電池車両の下部構造として、フロア構造の斜視図が例示される。さらに図2には同下部構造として、図1のA−A断面図であって、フロア及びフロア下の構造が例示される。

0014

なお、図1図4において、車体前後方向が記号FRで表される軸で示され、車幅方向が記号RWで表される軸で示され、車体上下方向が記号UPで表される軸で示される。車体前後軸FRは車体前方方向を正方向とする。車幅軸RWは右幅方向を正方向とする。また車体上下軸UPは上方向を正方向とする。これら3軸は互いに直交する。

0015

なお、以下適宜、車体前方向及び車体後方向は単に前方及び後方と記載される。同様にして、車体上方向及び車体下方向は単に上方及び下方と記載される。

0016

図1図2を参照して、本実施形態に係る燃料電池車両の下部構造は、フロアパネル(フロントフロアパネル10及びリアフロアパネル15が含まれる)、第一水素タンク60、駆動ユニット80及び高電圧部品70を備える。

0017

図1を参照して、フロアパネルは、フロントフロアパネル10及びリアフロアパネル15が含まれる。これらのパネル材は、例えばアルミ板等の金属パネルから構成される。

0018

フロントフロアパネル10は、車室(言い換えるとキャビン)の床板を構成する。フロントフロアパネル10の車幅方向中央には、第一フロアトンネル12が形成される。第一フロアトンネル12は、フロントフロアパネル10の床面(言い換えると基準面)から上方に突出するように形成されており、正面視でΠ形状の角型トンネル部となっている。つまり第一フロアトンネル12は天井部12Aと、その車幅方向両端から下方に延設される一対の側面部12Bを備える。

0019

また、天井部12Aと側面部12Bの境界線として、稜線12Cが車両前後方向に延設される。例えば車両の前面衝突時には、この稜線12Cが主に荷重を受けることで、車室空間の減少が抑制される。例えば第一フロアトンネル12に、トンネルリーンフォースとも呼ばれる補強材を重ねてもよい。

0020

第一フロアトンネル12の後方には、センターフロアクロス42を挟んでリアフロアパネル15が設けられる。リアフロアパネル15は、前方から順に、リアフロア部20及びラゲッジフロア部30を備える。

0021

リアフロア部20は、例えばセンターフロアクロス42から第一リアクロス44までの間の領域を指し、リアシートの下方部分が含まれる。またリアフロア部20は、両クロスに対して下方に沈むような配置となっている。ラゲッジフロア部30は第一リアクロス44から後方部分の領域を指し、ラゲッジスペースの床板部分を構成する。

0022

リアフロア部20には第一パネル曲面部22及び第二フロアトンネル24が形成される。図2を参照して、第一パネル曲面部22は、その下方に配置される第一水素タンク60の形状に沿って形成される。

0023

第一水素タンク60は、その長手方向(つまりタンク軸方向)が車幅方向に向けられるように配置される。また第一水素タンク60はいわゆる繭玉形状であって、タンク軸方向に延設する円筒部分と、その両端に設けられる半球部分とを含んで構成される。

0024

第一パネル曲面部22は、このように配置された第一水素タンク60の上方に、当該第一水素タンク60の形状に沿って形成される。例えば図1に例示されるように、第一パネル曲面部22は、繭玉形状の上方部分を象ったような形状であって、車幅方向に延設され、また、側面視で凸曲状となるように形成される。

0025

また例えば第一パネル曲面部22には、その車幅方向中央に、その他の部分と比較して上方に隆起する大径部22Aが形成される。なお大径部22Aの車幅方向外側部分を小径部22Cと記載する。つまり、第一パネル曲面部22は、相対的に凸曲面(つまりアーチ)の半径が大きい大径部22Aと、相対的に同半径が小さい小径部22Cが形成される。さらに大径部22Aは第一パネル曲面部22の車幅方向中央部分に形成され、その車幅方向両側に小径部22Cが形成される。

0026

例えば第一パネル曲面部22の大径部22Aと小径部22Cとの段差によって、第一パネル曲面部22には車両前後方向に延設される側面視凸曲状の稜線22Bが形成される。この稜線22Bは、例えば第一フロアトンネル12の稜線12Cの延長線上に設けられていてよい。このような構成とすることで、第一フロアトンネル12からの荷重伝達が円滑に行われる。

0027

また、第一パネル曲面部22から、第二フロアトンネル24が車体後方に延設される。第二フロアトンネル24は、例えば第一フロアトンネル12と同様にして、正面視でΠ形状の角型トンネルである。つまり第二フロアトンネル24は、天井部24Aと、天井部24Aの車幅方向両端に接続され下方に延設される側面部24Bを備える。

0028

天井部24Aと側面部24Bとの境界線として、稜線24Cが車体前後方向に延設される。この稜線24Cは、第一パネル曲面部22の稜線22Bと接続されていてよい。このようにすることで、例えばセンターフロアクロス42と第一リアクロス44との間に挟まれるような車体前後方向の圧縮荷重が入力されたときに、これらの稜線22B,24Cが主に荷重を受ける。

0029

また後述するように、入力された圧縮荷重が第一パネル曲面部22の耐荷重上限を超過すると、大径部22A及び小径部22Cの曲面形状が潰され、その上方部分が車体上方に持ち上げられる。

0030

第二フロアトンネル24の天井部24Aは、その前端が、第一パネル曲面部22の上方部分に接続される。例えば図2を参照して、第二フロアトンネル24の天井部24Aは、その前端が、大径部22Aの頂点近傍に接続される。このような構造により、例えば大径部22Aは、小径部22Cよりも弧の開き角が小さくなる。

0031

第二フロアトンネル24の天井部24Aが第一パネル曲面部22の上方部分に接続されることで、上述したような圧縮荷重の入力により第一パネル曲面部22の曲面形状が潰される際に、第一パネル曲面部22の上方部分の持ち上がりに応じて、第二フロアトンネル24の天井部24Aも車体上方に持ち上げられる。

0032

リアフロア部20の後方には、第一リアクロス44を挟んで、ラゲッジフロア部30が設けられる。ラゲッジフロア部30には、第二パネル曲面部32(図1参照)が形成される。

0033

第二パネル曲面部32は、その下方に配置される第二水素タンク(図示せず)の形状に沿って形成される。例えば第一水素タンク60と同様に、第二水素タンクは、その長手方向(つまりタンク軸方向)が車幅方向に向けられるように配置される。第二パネル曲面部32は、このように配置された第二水素タンクの形状に沿って、車幅方向に延設され、また、側面視で凸曲状となるように形成される。

0034

以上説明したフロアパネルの各部材の周辺骨格部材が配置される。例えばフロントフロアパネル10の車幅方向両端には、ロッカ40が車体前後方向に延設される。ロッカ40の後端にはリアサイドメンバ48が接続され、車体後端まで延設される。

0035

また図1図2を参照して、フロントフロアパネル10とリアフロアパネル15との間に、センターフロアクロス42が設けられる。センターフロアクロス42は、車幅方向に延設されその両端がロッカ40に接続される

0036

また、リアフロアパネル15の、リアフロア部20とラゲッジフロア部30の間には、第一リアクロス44が設けられる。また第二パネル曲面部32の前方には、第二リアクロス46が設けられる。第一リアクロス44及び第二リアクロス46は、ともに車幅方向に延設され、その両端がリアサイドメンバ48に接続される。

0037

図2には、図1のA−A断面であって、フロアパネル下の構造が例示される。リアフロアパネル15の下には、第一水素タンク60、高電圧部品70、リアサスペンションメンバ84、及び駆動ユニット80が設けられる。

0038

第一水素タンク60は、第一パネル曲面部22の下方に配置される。上述したように、第一水素タンク60は、その長手方向(つまりタンク軸方向)が車幅方向を向くように横向き配置される。

0039

第一水素タンク60と、図示しない第二水素タンクは、いわゆる高圧タンクであり、十分な耐圧強度を備える。これらのタンクは、内面層から、水素を封じ込めるプラスチックライナー層、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)を捲回したCFRPプラスチック層、及び、表面保護のためにガラス繊維強化プラスチックGFRP)を捲回したGFRPプラスチック層を含んで構成される。

0040

また第一水素タンク60及び図示しない第二水素タンクは、耐荷重性能を備えている。例えばこれらのタンクは車両の衝突試験時の入力荷重の15倍程度の荷重に耐え得るような耐荷重性能を備える。このような耐荷重性能を備えることで、万が一車両が衝突破壊された場合においても、第一水素タンク60及び第二水素タンクからの水素漏洩が防止される。

0041

第一水素タンク60は上述したようにいわゆる繭玉形状であって、タンク軸方向に延設される円筒部分と、その両端に配置される半球部分とを含んで構成される。第一水素タンク60は締結バンド61,62によってその周囲を支持され、さらに締結バンド61,62の前端は、締結部材65を介してフロントフロアパネル10に締結される。また締結バンド61,62の後端は、タンクブラケット63、締結部材66,67、サポートブラケット64を介してリアフロア部20に締結される。

0042

駆動ユニット80は、第一水素タンク60及び高電圧部品70の後方に設けられる。駆動ユニット80は、後輪駆動用に設けられるものであって、リアタイヤ50に接続されるシャフト82が車幅方向に挿入される。

0043

駆動ユニット80は、リアタイヤ50を駆動させるための回転電機及び回転電機の駆動をシャフト82に伝達するトランスアクスルを備える。駆動ユニット80は、回転電機やトランスアクスルの駆動に伴う騒音を低減するために、そのケーシングが高剛性(言い換えると肉厚)になっている。

0044

駆動ユニット80は、例えば、リアタイヤ50のサスペンション機構を支持するリアサスペンションメンバ84に支持される。リアサスペンションメンバ84はリアサイドメンバ48に支持される。つまり駆動ユニット80は、リアサスペンションメンバ84を介してリアサイドメンバ48に支持される。

0045

高電圧部品70は、駆動ユニット80の回転電機に高電圧を印加するための電気機器が備えられる。例えば高電圧部品70は、高電圧ケーブルやジャンクションブロックを備える。

0046

燃料電池車両においては、図示しない燃料電池スタックから駆動ユニット80の回転電機に至るまで、高電圧回路が設けられる。例えば燃料電池スタックからDC/DCコンバータ及びインバータを経て、回転電機に電力が供給される。さらにこの高電圧回路には回路遮断するジャンクションブロックも設けられる。またこれらの機器は高電圧ケーブルにて接続される。高電圧部品70はこれらの回路部品のいずれでもよく、要するに後突時の衝撃による導体露出を防ぐ必要のある部品が高電圧部品70に該当する。

0047

高電圧部品70は、車体前後方向に沿って、第一水素タンク60と駆動ユニット80との間に設けられる。例えば第一水素タンク60、高電圧部品70、及び駆動ユニット80は、少なくともそれぞれの一部において、車高方向位置が重なる(言い換えると一致する)ように配置される。

0048

また高電圧部品70は、リアフロア部20の、第二フロアトンネル24の天井部24Aに吊り支持される。例えば天井部24Aの下面に、絶縁ブラケット72を介して高電圧部品70が吊り下げ支持される。

0049

後述するように、車両の後突時には、第二フロアトンネル24が車体上方に持ち上げられ、これに支持される高電圧部品70も持ち上げられる。その結果、高電圧部品70は第一水素タンク60及び駆動ユニット80に対して上方に逃げることができ、第一水素タンク60及び駆動ユニット80と高電圧部品70との干渉を抑制可能となる。

0050

<後突時の様子>
図3図4には、車両の後突時の様子が例示される。車両後面に障害物衝突する、例えば後方車両が衝突すると、車両後方から衝突荷重が伝達される。つまり、車両後方部分がその前方を潰すように、車両後方が変形される。

0051

図4を参照して、駆動ユニット80はその後方の第二水素タンク(図示せず)に押されて車体前方に変位させられる。これに応じて駆動ユニット80の前方部分も車体前方に変位させられる。例えば駆動ユニット80の前方のタンクブラケット63が駆動ユニット80に押されてS字状に変形する。またタンクブラケット63に締結されたサポートブラケット64、及びサポートブラケット64に固定されたリアフロア部20も変形しながら車体前方に変位させられる。

0052

このとき、図3を参照して、リアフロア部20に入力された、車体前方向への荷重は、第一パネル曲面部22及び第二フロアトンネル24の稜線22B,24Cに主に入力される。この荷重はセンターフロアクロス42及びその前方の第一フロアトンネル12に伝達される。骨格部材であるセンターフロアクロス42及び車体前後方向に延設される稜線12Cを備える第一フロアトンネル12が、この入力荷重に対して突っ張る。その結果、第一パネル曲面部22及び第二フロアトンネル24の稜線22B,24Cが車体前後から荷重を受ける。つまり稜線22B,24Cは圧縮荷重を受ける。

0053

稜線22B,24Cが受ける圧縮荷重が耐荷重上限を超過すると第一パネル曲面部22及び第二フロアトンネル24が座屈変形する。ここで、両者を比較すると、入力荷重に対して直線状に延設する稜線24Cを備える第二フロアトンネル24よりも、凸曲(つまりアーチ)形状の第一パネル曲面部22の方が、先に座屈する。具体的には、車体前後方向に入力される圧縮荷重に対して、図4に例示されるように、第一パネル曲面部22の大径部22A及び小径部22Cは、その曲面が潰れるように変形させられる。

0054

この曲面の潰れ変形に伴い、第一パネル曲面部22の大径部22A及び小径部22Cの上方部分が車体上方に持ち上げられる。ここで、上述したように、大径部22Aの上方部分に、第二フロアトンネル24の天井部24Aが接続される。したがって、大径部22Aの持ち上がりに伴い、第二フロアトンネル24の天井部24Aも持ち上げられる。

0055

さらに上述したように、天井部24Aには高電圧部品70が吊り支持されている。したがって、天井部24Aの持ち上がりに伴い、高電圧部品70も車体上方に持ち上げられる。このような高電圧部品70の持ち上がりにより、第一水素タンク60及び駆動ユニット80に対して高電圧部品70を車体上方に逃がすことが可能となる。

0056

図4に例示されるように、後突時には駆動ユニット80と第一水素タンク60との間隔が狭められるが、その間に配置された高電圧部品70は上方に移動する(つまり逃げる)。したがって、第一水素タンク60及び駆動ユニット80と、高電圧部品70との干渉が抑制される。

0057

10フロントフロアパネル、12 第一フロアトンネル、12C 第一フロアトンネルの稜線、15リアフロアパネル、20リアフロア部、22 第一パネル曲面部、22A 大径部、22B 第一パネル曲面部の稜線、22C小径部、24 第二フロアトンネル、24A 第二フロアトンネルの天井部、24B 第二フロアトンネルの側面部、24C 第二フロアトンネルの稜線、30ラゲッジフロア部、60 第一水素タンク、70高電圧部品、72絶縁ブラケット、80駆動ユニット、84リアサスペンションメンバ。

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