JP7739220B2 - 車両後部構造 - Google Patents

Description

本明細書は、フレームと、フレームの後端近傍に固定された補機バッテリと、補機バッテリより車両前方でフレームに固定された高電圧部品と、を備えた車両後部構造を開示する。

一般に、車両には、バッテリやモータ等の高電圧部品が搭載されている。かかる高電圧部材は、フレームに固定されることが多い。例えば、フレームが、車両前後方向に延びる一対のサイドメンバと、一対のサイドメンバの間に掛け渡されるクロスメンバと、を有する場合、高電圧部品を、クロスメンバから吊り下げて固定することがある。

こうした高電圧部品は、車両の後方に障害物が衝突する後突時、他部材と干渉しないことが求められる。そこで、従来から、後突時に、高電圧部品を、他部材と干渉しない位置または姿勢に積極的に変化させる構造が提案されている。

例えば、サイドメンバの所定位置に、脆弱部や屈曲部を設ける等して、当該サイドメンバの後端に衝突荷重が付加された場合、当該サイドメンバが上方に凸となるように変形させることが一部で提案されている。サイドメンバが上方に凸となるように変形することで、当該クロスメンバを介してサイドメンバに連結された高電圧部品は、上方に持ち上がることとなる。そして、これにより、高電圧部品が後突に伴い前方に移動したとしても、当該高電圧部品と他部材との干渉を効果的に防止できる。

２００５－２４７０６３号公報

ところで、様々な部品の配置スペースの関係で、フレームの後端近傍に、補機バッテリを固定することがある。この場合、後突時に、上述したようなサイドメンバの変形、ひいては、高電圧部品の上方への移動が生じないおそれがあった。すなわち、フレームの後端近傍に補機バッテリを固定した場合、後突時、補機バッテリは、障害物により車両前方に押圧される。このとき、障害物は、補機バッテリの後端面全体を押圧するため、補機バッテリは、後傾できない。そして、補機バッテリが後傾しないと、当該補機バッテリが固定されたフレーム、ひいては、フレームの一部であるサイドメンバの後端近傍も前上がりに傾きにくくなる。そして、サイドメンバの後端近傍が前上がりに傾かない場合、上述したサイドメンバの上方に凸となる変形、ひいては、高電圧部品の持ち上がりも生じにくくなる。

なお、特許文献１には、高電圧部品である蓄電機構をフレームに連結するブラケットの形状を工夫することで、後突時における蓄電機構の変形を防止する技術が開示されている。しかし、特許文献１では、後突時に、蓄電機構を上方に持ち上げることも、フレームの後端近傍に補機バッテリを固定することも検討されていない。したがって、特許文献１では、上述の問題を解決できない。

そこで、本明細書では、後突時に、補機バッテリをより確実に後傾させ、これにより、高電圧部品をより確実に保護できる、車両後部構造を開示する。

本明細書で開示する車両後部構造は、互いに連結された複数の骨格部材を有するフレームと、車両の後端近傍において、前記フレームに固定された補機バッテリと、前記補機バッテリより車両前方に配され、前記フレームに固定された高電圧部品と、前記補機バッテリの車両後方に配され、前記補機バッテリと車幅方向に対向する立壁部を有するロアバックと、前記立壁部から車両前後方向に突出し、前記補機バッテリと対向する突起体と、を備え、前記突起体は、車両前向きに押された場合、前記補機バッテリの重心より下側で前記補機バッテリに当接する位置に設けられている、ことを特徴とする。

この場合、前記立壁部は、その下端が自由端であり、その上端を支点として車幅方向と平行な軸回りに揺動可能であり、前記突起体は、前記立壁部から車両後方に突出しており、前記突起体は、前記支点が中心かつ前記突起体の根元下端を通る円弧と前記補機バッテリの後端面との交点である当接点が、前記補機バッテリの重心より下側となる位置に取り付けられてもよい。

また、前記突起体は、前記当接点が、前記補機バッテリの下端より上側かつ前記補機バッテリの重心より下側の範囲のうち、その下側半分の範囲内に収まる位置に取り付けられてもよい。

また、前記突起体の後端面は、鉛直方向と略平行な第一受圧面と、前記第一受圧面の上端から前上がり方向に延びる第二受圧面と、を有してもよい。

また、さらに、前記ロアバックの後方に配され、前記ロアバックおよび前記突起体を覆って隠すバンパカバーを備えてもよい。

また、前記突起体は、その根元から先端に進むにつれて高さ寸法が徐々に減少するテーパ形状でもよい。

また、前記フレームは、車両前後方向に延びる一対のサイドメンバと、前記一対のサイドメンバの間に掛け渡される複数のクロスメンバと、を含んでおり、後突時には、前記突起体が前記補機バッテリに衝突することで、前記補機バッテリが後傾姿勢で傾くとともに前記サイドメンバが上方の凸の略円弧状に変形し、これにより、前記モータユニットが上方に持ち上がってもよい。

本明細書で開示する車両後部構造によれば、後突時に、高電圧部品より後方に位置する補機バッテリが後傾しやすくなる。そして、補機バッテリが、後傾することで、高電圧部品が上方に持ち上がりやすくなり、当該高電圧部品と他部材との干渉を効果的に防止でき、ひいては、高電圧部品を適切に保護できる。

車両後部を下側から見た模式図である。 図１のＡ－Ａ断面の模式図である。 後突時におけるフレームの挙動について簡単に説明する図である。 図１のＢ－Ｂ断面図である。 後突時における補機バッテリ周辺の変化を説明する図である。 後突時における補機バッテリ周辺の変化を説明する図である。 後突時における補機バッテリ周辺の変化を説明する図である。 突起体がない場合の後突の様子を示す図である。

以下、図面を参照して車両後部構造について説明する。図１、図２は、車両後部構造の模式図であり、図１は、車両後部を下側から見た図であり、図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。なお、各図において「Ｆｒ」、「Ｕｐ」、「Ｒｈ」は、それぞれ、車両前方、車両上方、車両右側方を示している。

図１、図２に示す通り、車両の後部には、車両前後方向に延びる一対のサイドメンバ１１と、当該一対のサイドメンバ１１の間に掛け渡された第一クロスメンバ１２および第二クロスメンバ１４と、を有している。サイドメンバ１１およびクロスメンバ１２，１４は、いずれも、鋼材で構成される骨格部材であり、互いに連結されることで、車両のフレーム１０を構成する。

図１に示すように、サイドメンバ１１は、後輪（図示せず）の配置スペースを確保するために、後輪より前方に位置する第一変化位置Ｌ１付近において、車幅方向内側に屈曲して、斜め後ろ方向に進んだ後、第一変化位置Ｌ１より後方に位置する第二変化位置Ｌ２付近において、その延出方向を変えて、車両後方に延びる。また、図２に示すように、サイドメンバ１１は、第一変化位置Ｌ１付近において上方に屈曲して、斜め上方向に延びた後、第二変化位置Ｌ２付近において、その延出方向を変えて、ほぼ水平方向に延びる。

第一クロスメンバ１２は、第二変化位置Ｌ２より僅かに後方となる位置において、一対のサイドメンバ１１に架け渡される。第二クロスメンバ１４は、第一クロスメンバ１２よりも後方となる位置において、一対のサイドメンバ１１に架け渡される。第一クロスメンバ１２および第二クロスメンバ１４それぞれの車幅方向両端は、サイドメンバ１１に溶接される。

サイドメンバ１１のうち第一変化位置Ｌ１付近には、トレーリングアーム１６の前端が固定されている。トレーリングアーム１６は、図２に示すように、第一変化位置Ｌ１付近から車両後方に向かって、ほぼ水平方向に延びている。また、一対のトレーリングアーム１６の間には、中間ビーム１８が掛け渡されている。この中間ビーム１８は、鋼材で構成される剛体であり、第一クロスメンバ１２よりも、やや前方に位置している。

フレーム１０には、モータユニット２２と、補機バッテリ２４と、が固定されている。モータユニット２２は、車両の走行動力を出力する駆動モータ、インバータ、および減速機をユニット化したもので、高電圧の電力が入出力される高電圧部品である。かかるモータユニット２２は、図示しないモータマウントブラケットを介して、第一クロスメンバ１２および第二クロスメンバ１４に連結されており、第一クロスメンバ１２および第二クロスメンバ１４から吊り下げ保持されている。なお、図２から明らかな通り、モータユニット２２の下端は、中間ビーム１８の上端よりも下側に位置しており、モータユニット２２と中間ビーム１８は、車両前後方向に向かい合っている。

補機バッテリ２４は、補機に供給する電力を蓄電する。補機バッテリ２４の上端は、第二クロスメンバ１４およびリアバンパ２０に連結されており、補機バッテリ２４は、第二クロスメンバ１４およびリアバンパ２０から吊り保持されている。なお、図１から明らかな通り、モータユニット２２は、車幅方向略中央に配置され、補機バッテリ２４は、車幅方向端部に配置されている。そして、補機バッテリ２４は、モータユニット２２の車幅方向端部より車幅方向外側に位置しており、補機バッテリ２４およびモータユニット２２は、車両前後方向に向かい合っていない。

フレーム１０の後端には、車幅方向に長尺なリアバンパ２０が連結されている。このリアバンパ２０は、ロアバックや、リアバンパリーンフォースメント（以下「リアバンパＲ／Ｆ」という）、バンパカバー等を含む。さらに、本例では、車両の後方に障害物が衝突する後突が生じた場合に、高電圧部品であるモータユニット２２を適切に保護するために、このリアバンパ２０に、後述する突起体を設けている。このリアバンパ２０の構成を詳説する前に、図３を参照して、後突時におけるフレーム１０の挙動について簡単に説明する。

上述した通り、また、図２に示す通り、本例では、高電圧部品であるモータユニット２２と、剛体である中間ビーム１８と、が車両前後方向に向かい合っている。この場合に、後突荷重を受けて、モータユニット２２が、そのまま真っ直ぐ前方に移動すると、モータユニット２２が、中間ビーム１８に衝突するおそれがある。

こうしたモータユニット２２と中間ビーム１８との衝突を防止するために、本例では、後突時に、サイドメンバ１１を、図３に示す形状、すなわち、上方に凸となる略円弧状に変形させる。具体的には、サイドメンバ１１のうち、第一変化位置Ｌ１と第一クロスメンバ１２との間部分が、後上がりに大きく傾かせ、第二クロスメンバ１４より後方に位置する部分を前上がりに大きく傾かせる。サイドメンバ１１が、このように変形することで、当該サイドメンバ１１に連結されたクロスメンバ１２，１４およびモータユニット２２が、車両上方に持ち上げられる。そして、これにより、モータユニット２２と中間ビーム１８とが上下方向にズレるため、両者の干渉が効果的に抑制できる。以下では、図３に示すような、後突時に目標とするサイドメンバ１１の変形後の形状、すなわち、上方に凸となる略円弧状であり、モータユニット２２が上方に持ち上がる形状を、「退避形状」と呼ぶ。

こうしたサイドメンバ１１の退避形状への変形は、当該サイドメンバ１１の所定位置に、予め脆弱部や屈曲点を形成しておくことで、ある程度誘発させることができる。しかしながら、脆弱部等を予め形成したとしても、後突時において、補機バッテリ２４が、後傾しないと、サイドメンバ１１は、退避形状に変形しにくい。

すなわち、サイドメンバ１１を退避形状にするためには、サイドメンバ１１のうち第二クロスメンバ１４より後方部分を、後下がりに傾けなければならない。しかし、第二クロスメンバ１４やリアバンパ２０を介してサイドメンバ１１に連結された補機バッテリ２４が、後傾しない場合、サイドメンバ１１の後ろ下がりの傾きも阻害されることになる。結果として、補機バッテリ２４が、後傾しない場合、サイドメンバ１１の退避形状への変形が阻害され、モータユニット２２を適切に保護できないおそれがある。そこで、本例では、後突時に補機バッテリ２４を、より確実に後傾させるために、リアバンパ２０に突起体を設けている。以下、これについて、図４を参照して説明する。

図４は、図１におけるＢ－Ｂ断面図である。図４に示す通り、補機バッテリ２４は、バッテリ本体２６と、当該バッテリ本体２６を収容するバッテリケース２８と、を有している。バッテリケース２８の上端からは、フランジ２８ｆ，２８ｒが水平方向外側に張り出している。前側のフランジ２８ｆは第二クロスメンバ１４の上面に接合され、後側のフランジ２８ｒは、後述するロアバック３０の締結部３２に接合されている。

リアバンパ２０は、ロアバック３０と、リアバンパＲ／Ｆ３６と、バンパカバー３８と、突起体４０と、を有している。ロアバック３０は、略水平方向に延びる締結部３２と、当該締結部３２の後端から下方に延びる立壁部３４と、含んでおり、Ｌ字を１８０度回転させたような断面形状を有している。上述した通り、締結部３２の上面には、バッテリケース２８の後側フランジ２８ｒが接合されている。立壁部３４の下端は、自由端であるため、立壁部３４に車両前向きの力が印加された場合、立壁部３４は、その上端を支点Ｐｓとして、車幅方向と平行な軸回りに揺動する。

リアバンパＲ／Ｆ３６は、リアバンパ２０の強度を補強する部材である。リアバンパＲ／Ｆ３６は、略矩形の閉断面を有し、車幅方向に長尺な角筒状部材である。このリアバンパＲ／Ｆ３６は、立壁部３４より車両後方に配され、立壁部３４の上部に接合されている。

バンパカバー３８は、ロアバック３０およびリアバンパＲ／Ｆ３６を車両後方から覆って隠す意匠パネルである。図４に示す通り、バンパカバー３８の断面形状は、車両後方に凸の略円弧状である。このバンパカバー３８と立壁部３４との間には、突起体４０を配置できる程度の隙間が存在する。

突起体４０は、ロアバック３０の立壁部３４から車両後方に突出する部材である。突起体４０の基端は、立壁部３４に接合されている。また、突起体４０は、その根元から先端に近づくにつれて上下方向寸法が連続的に小さくなる、テーパ形状である。このように突起体４０をテーパ形状とすることで、突起体４０の強度を保ちつつ、突起体４０の重量を軽減できる。突起体４０の後端は、後突時に、荷重を受け止める受圧部となる。本例では、この突起体４０の後端に、第一受圧面４２と、第一受圧面４２に対して傾いた第二受圧面４４と、を設けている。第一受圧面４２は、平常時（すなわち立壁部３４が揺動しない状態）において、略鉛直方向と平行な面である。第二受圧面４４は、第一受圧面４２の上端縁に接する面であり、第一受圧面４２に比べて前上がり方向に傾いた面である。このように互いに角度が異なる第一受圧面４２および第二受圧面４４を設けることで、後突時において、後突荷重を安定して受け止めることができるが、これについては後述する。

突起体４０は、補機バッテリ２４の下端より上側、かつ、補機バッテリ２４の重心Ｇより下側となる範囲に設けられている。より正確に説明すると、本例では、突起体４０は、補機バッテリ２４の下端より上側、かつ、補機バッテリ２４の重心Ｇより下側となる範囲の下側半分の範囲Ｈａに設けられている。さらに、より正確に説明すると、本例では、上述の支点Ｐｓを中心とし突起体４０の根元下端を通る円弧５０と、補機バッテリ２４の後端面と、の交点を当接点Ｐｃとした場合、この当接点Ｐｃが、上述の範囲Ｈａ内に位置するように、突起体４０の配置を決定している。

なお、図４では、突起体４０を中実部材として図示しているが、突起体４０は、後突時に、衝突荷重を受けても変形しない程度の強度を確保できるのであれば、中空形状でもよい。また、突起体４０は、十分な強度が確保できるのであれば、その素材は、金属でも樹脂でもよい。

次に、こうした突起体４０の作用について図５Ａ～５Ｃを参照して説明する。図５Ａ～５Ｃは後突時における補機バッテリ２４周辺の変化を説明する図である。車両後方に障害物１００が衝突する後突時について考える。なお、図５Ａ～５Ｃでは、リアバンパＲ／Ｆ３６およびバンパカバー３８の図示を省略しているが、実際には、これらは、車両前後方向に潰れて圧縮された状態で、突起体４０と障害物１００との間に介在している。

図５Ａに示すとおり、後突の初期段階において、障害物１００からの衝突荷重は、潰れて圧縮されたリアバンパＲ／Ｆ３６およびバンパカバー３８を介して突起体４０の後端に入力される。このとき、衝突荷重は、主に、突起体４０の後端のうち、鉛直方向と略平行な第一受圧面４２に入力される。

衝突荷重を受けて、ロアバック３０の立壁部３４は、図５Ｂに示すように、支点Ｐｓを中心として揺動する。この揺動に伴い、突起体４０の姿勢が変化する。その結果、揺動後は、第二受圧面４４が、鉛直方向と略平行になる。そして、この場合、衝突荷重は、この第二受圧面４４で受け止めることになる。換言すれば、本例では、突起体４０の後端に、互いに角度が異なる第一受圧面４２および第二受圧面４４を設けることで、突起体４０の姿勢が変化したとしても、衝突荷重を面で受け止め続けることができる。そして、衝突荷重を面で受け止めることで、衝突荷重の多くを確実に突起体４０に伝達できる。

ロアバック３０が、十分に揺動すると、図５Ｂに示すように、突起体４０の根元下端が、当接点Ｐｃにおいて、補機バッテリ２４の後端面を押圧する。この当接点Ｐｃは、上述した通り、補機バッテリ２４の重心Ｇより下側に位置している。そのため、衝突荷重を受けて、突起体４０が、補機バッテリ２４を後方に押圧した場合、補機バッテリ２４は、図５Ｃに示すように、車両後方側に倒れる。そして、補機バッテリ２４が、後傾することで、サイドメンバ１１のうち第二クロスメンバ１４より後側部分が図３に示すように前上がりに傾斜しやすくなる。結果として、サイドメンバ１１の目標形状への変形が誘発され、モータユニット２２が上方に持ち上げられる。そして、これにより、モータユニット２２と中間ビーム１８との干渉が防止され、高電圧部品であるモータユニット２２が、適切に保護される。

なお、参考として、突起体４０がない場合の補機バッテリ２４の挙動について図６を参照して説明する。図６に示すように、突起体４０がない場合、後突時、障害物１００と補機バッテリ２４との間には、車両前後方向に潰れて圧縮されたロアバック３０、バンパカバー３８等が介在する。このとき、障害物１００からの圧力は、補機バッテリ２４の後端面全体で受け止めることになる。この場合、補機バッテリ２４が後傾しようとしても、すなわち、補機バッテリ２４の上部が下部より車両後方に移動しようとしても、当該移動が障害物１００により規制されることになる。その結果、突起体４０がない場合には、障害物１００により、補機バッテリ２４の後傾が制限され、ひいてはサイドメンバ１１の退避形状への変形が阻害される。一方、本例のように、突起体４０を設けた場合には、上述した通り、衝突荷重は、補機バッテリ２４の重心Ｇより下側にある。当接点Ｐｃに入力されるため、補機バッテリ２４の後傾が誘発され、サイドメンバ１１の目標形状への変形、ひいては、モータユニット２２の持ち上げが誘発される。そして、これにより、高電圧部品を適切に保護できる。

なお、これまで説明した構成は一例であり、ロアバック３０の立壁部３４に、車両前後方向に突出する突起体４０を、補機バッテリ２４の重心Ｇより下側に設けるのであれば、その他の構成は変更されてもよい。例えば、突起体４０は、後突時に、衝突荷重を、補機バッテリ２４のうち重心Ｇより下側部分に入力できるのであれば、その形状等は適宜変更されてもよい。例えば、本例では、突起体４０の後端に、第一受圧面４２および第二受圧面４４を設けているが、後端を構成する面の数は一つだけでもよいし、三つ以上でもよい。また、本例では、高電圧部品の一例として、モータユニット２２を例示しているが、高電圧部品は、他の部品、例えば、メインバッテリなどでもよい。

１０ フレーム、１１ サイドメンバ、１２ 第一クロスメンバ、１４ 第二クロスメンバ、１６ トレーリングアーム、１８ 中間ビーム、２０ リアバンパ、２２ モータユニット、２４ 補機バッテリ、２６ バッテリ本体、２８ バッテリケース、３０ ロアバック、３２ 締結部、３４ 立壁部、３８ バンパカバー、４０ 突起体、４２ 第一受圧面、４４ 第二受圧面、５０ 円弧、１００ 障害物、Ｇ 重心、Ｐｃ 当接点、Ｐｓ 支点。

Claims (4)

1. 互いに連結された複数の骨格部材を有するフレームと、
   車両の後端近傍において、前記フレームに固定された補機バッテリと、
   前記補機バッテリより車両前方に配され、前記フレームに固定された高電圧部品と、
   前記補機バッテリの車両後方に配され、前記補機バッテリと車幅方向に対向する立壁部を有するロアバックと、
   前記立壁部から車両前後方向に突出し、前記補機バッテリと対向する突起体と、
   を備え、前記突起体は、車両前向きに押された場合、前記補機バッテリの重心より下側で前記補機バッテリに当接する位置に設けられている、
   ことを特徴とする車両後部構造。
2. 請求項１に記載の車両後部構造であって、
   前記立壁部は、その下端が自由端であり、その上端を支点として車幅方向と平行な軸回りに揺動可能であり、
   前記突起体は、前記立壁部から車両後方に突出しており、
   前記突起体は、前記支点が中心かつ前記突起体の根元下端を通る円弧と前記補機バッテリの後端面との交点である当接点が、前記補機バッテリの重心より下側となる位置に取り付けられている、
   ことを特徴とする車両後部構造。
3. 請求項２に記載の車両後部構造であって、
   前記突起体は、前記当接点が、前記補機バッテリの下端より上側かつ前記補機バッテリの重心より下側の範囲のうち、その下側半分の範囲内に収まる位置に取り付けられている、ことを特徴とする車両後部構造。
4. 請求項２または３に記載の車両後部構造であって、
   前記突起体の後端面は、鉛直方向と略平行な第一受圧面と、前記第一受圧面の上端から前上がり方向に延びる第二受圧面と、を有する、ことを特徴とする車両後部構造。