車両用サブフレーム構造

【課題】例えば蓄電装置を車体フロア下方に搭載する車両において、排気管の配置の邪魔にならず、地上高も低く抑えつつ、強度・剛性が確保でき、さらに蓄電装置を効率的に冷却することができる車両用サブフレーム構造を提供する。
【解決手段】左右一対の縦フレーム３５が車体前後方向に延設され、縦フレーム３５を互いに連結する横フレーム３７が形成された車両用サブフレーム１６の構造において、縦フレーム３５と横フレーム３７とが炭素繊維強化樹脂により成形され、横フレーム３７下面に凹部４３を形成し、凹部４３内を排気管の挿通空間とした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、燃料電池などの車両において、車体フレームとは別に該車体フレームに取り付けられる車両用サブフレーム構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンを車体フロア下方に搭載する車体構造において、エンジンを冷却するために車両前部からエンジンの前部に亘り、走行風を取り込むことが可能な中空形状で左右一対のサスペンションフレームを配設したものがある。この構造では、サスペンションフレームの剛性を確保するために左右のサスペンションフレームを連結する強度部材が設けられている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２５９８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述の強度部材は、車体構造の強度・剛性を保つために、左右一対のサスペンションフレームを連結する直線形状のものが望ましい。しかしながら、このように構成すると、車体フロア下方で、車体前後に延設するように配置される排気管と強度部材とが干渉してしまうという問題がある。一方、この排気管を強度部材と干渉しないように強度部材の下方に位置させると地上高が高くなるという問題がある。
【０００４】
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、例えば蓄電装置を車体フロア下方に搭載する車両において、排気管の配置の邪魔にならず、地上高も低く抑えつつ、強度・剛性が確保でき、さらに蓄電装置を効率的に冷却することができる車両用サブフレーム構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、左右一対の縦フレーム（例えば、実施形態における縦フレーム３５）が車体前後方向に延設され、前記縦フレームを互いに連結する横フレーム（例えば、実施形態における横フレーム３７）が形成された車両用サブフレーム（例えば、実施形態における第一リヤサブフレーム１６）構造において、前記縦フレームと前記横フレームとが炭素繊維強化樹脂により成形され、前記横フレーム下面に凹部（例えば、実施形態における凹部４３）を形成し、該凹部内を排気管の挿通空間（例えば、実施形態における挿通空間Ｅ）としたことを特徴とする。
このように構成することで、排気管を凹部内に配置することが可能となる。また、炭素繊維強化樹脂の繊維方向を調整して凹部の強度・剛性を向上することができる。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、前記横フレームの上面に蓄電装置（例えば、実施形態におけるバッテリ１８）が載置され、前記横フレームの上面であって、前記蓄電装置が搭載される領域に対応した位置に吸入口（例えば、実施形態における吸入口３９）が形成され、前記横フレームの表面に、前記蓄電装置の高温雰囲気を外部に排出する排出口（例えば、実施形態における排出口４１）が形成され、前記吸入口と前記排出口とが、前記横フレームの内部に形成された排気通路（例えば、実施形態における排気通路４５）を介して連通されていることを特徴とする。
このように構成することで、吸入口、排出口および排気通路を大きく形成することができる。また、排気通路を炭素繊維強化樹脂からなる横フレーム製造時に、同時に形成することができる。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載した発明によれば、排気管を凹部内に配置することが可能となるため、地上高を低く抑えることができる。また、炭素繊維強化樹脂の繊維方向を調整して凹部の強度・剛性を向上することができるため、凹部の折曲部の角度を小さく設定し、凹部面積を大きくしても強度・剛性を維持することができ、かつ軽金属よりも軽量化することができる効果がある。
【０００８】
請求項２に記載した発明によれば、上記効果に加えて、吸入口、排出口および排気通路を大きく形成することができるため、蓄電装置の冷却効率を向上することができる。また、排気通路を炭素繊維強化樹脂からなる横フレーム製造時に、同時に形成することができるため、生産効率を向上することができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。本実施形態では、本発明に係る車両用サブフレーム構造を燃料電池自動車に採用した場合の説明を行う。
なお、本実施形態における各装置の取付方向や位置を示す定義は、車両進行方向を前方とし、車両進行方向に向かって右方向及び左方向を定義するものとする。
燃料電池自動車は、水素と酸素との電気化学反応によって発電を行う燃料電池スタックを車体のフロア下に搭載するもので、燃料電池により生じた電力で駆動モータを駆動して走行する。燃料電池は、単位電池（単位燃料電池）を多数積層してなる周知の固体高分子膜型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）であり、そのアノード側に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード側に酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給することで、電気化学反応により電力を生成すると共に水を生成する。
【００１０】
図１、図２に示すように、燃料電池自動車には車体前部から車体後部に亘りフロアパネル１の下方に車体骨格部材を形成する左右一対のサイドフレーム２が設けられている。左右のサイドフレーム２の外側壁３にはアウトリガー４を介してサイドシル５が接合されている。サイドシル５の後端部はイクステンション６を介してサイドフレーム２の後部に合流するように接続されている。
また、サイドフレーム２には車幅方向に車体骨格部材であるクロスメンバ７，８，９が接続されている。
【００１１】
車体前部のモータルーム１０にはフロントサブフレーム１１が設けられ、ここに燃料電池スタック１２に空気を供給するコンプレッサ１３と、走行用の駆動モータ１４とからなるポンプモータユニット１５が配置されている。
車体後部には前側の第一リヤサブフレーム１６と後側の第二リヤサブフレーム１７とが設けられている。第一リヤサブフレーム１６にはバッテリ１８が配置されており、第二リヤサブフレーム１７には燃料電池スタック１２の燃料である水素を貯留する水素タンク１９が配置されている。本実施形態において、第一リヤサブフレーム１６は炭素繊維強化樹脂（ＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ、以下ＣＦＲＰと呼ぶ。）で構成されている。
【００１２】
このように構成されたサイドフレーム２上であって、サイドシル５，５間に亘る部位にフロアパネル１が接合されている。フロアパネル１の前端部は前側に立ち上がりダッシュロア１ａへと連なり、フロアパネル１の後端部は第二リヤサブフレーム１７の水素タンク１９上部を覆う位置まで延出している。
【００１３】
フロアパネル１にはダッシュロア１ａの下端部から車体後部に向かう左右のフロントシート２０、リヤシート２１間に、上方に膨出するフロアトンネル２２が形成されている。このフロアトンネル２２には左右のフロントシート２０，２０間に車体前後方向に延出し更に上方に膨出するセンターコンソール２３が形成されている。そして、フロアトンネル２２の下方にはサブフレーム４０が取り付けられ、燃料電池スタック１２、補機類２５およびコンタクタボックス２６などがサブフレーム４０上で、センターコンソール２３内、つまり車室外側であるフロアパネル１下に配置されている。このように構成することによって、燃料電池を乗員の居住空間とフロアパネル１（センターコンソール２３）によって隔絶することができる。
【００１４】
図３に示すように、第一リヤサブフレーム１６上にバッテリ１８が配置されている。第一リヤサブフレーム１６の左右の縦フレーム３５の前端部は、左右のサイドフレーム２，２間に設けられた前リヤサブクロスフレーム３１にボルト３６ａなどにより接合され、第一リヤサブフレーム１６の左右の縦フレーム３５の後端部は、同じく左右のサイドフレーム２，２間に設けられた後リヤサブクロスフレーム３２にボルト３６ａなどにより接合されている。図３では、図示の関係上、前リヤサブクロスフレーム３１および後リヤサブクロスフレーム３２の左右両端部のみ図示し、その途中を省略している。また、サイドフレーム２、前リヤサブクロスフレーム３１および後リヤサブクロスフレーム３２の上面には、図示しないリヤフロアが配置される。
【００１５】
図４に示すように、第一リヤサブフレーム１６は、車体の前後方向に左右の縦フレーム３５が延設されており、縦フレーム３５の前後方向略中間部に、左右の縦フレーム３５，３５を連接する横フレーム３７が設けられている。縦フレーム３５の四隅には、前リヤサブクロスフレーム３１および後リヤサブクロスフレーム３２への車体取付孔３６が形成されている。また、横フレーム３７の上面略中央部には、吸入口３９が略矩形状に形成されており、上面略右端部には、排出口４１が略矩形状に形成されている。ここで縦フレーム３５と横フレーム３７とはそれぞれの部品を接着により接合してもよいし、一体成形してもよい。
【００１６】
図５に示すように、横フレーム３７の下面略左端部には、凹部４３が形成されている。凹部４３内は、排気管の挿入空間Ｅとして形成され、この凹部４３内に排気管などが車体の前後方向に延設される。このとき、排気管などの下面と地上面との間には地上高Ｈが確保されている。
図６に示すように、横フレーム３７の内部には、吸入口３９と排出口４１とを連通するように排気通路４５が形成されている。吸入口３９の直上に設置されるバッテリ１８の熱を吸入口３９から取り込み、排気通路４５を経て排出口４１から排出できるように構成されている。
【００１７】
図７に示すように、バッテリ１８の上部にはカバー４７が取り付けられる。カバー４７には、前方からの走行風をバッテリ１８内へ取り込みやすくするための、風取込口４９が形成されている。風取込口４９は、カバー４７の前縁であって、バッテリ１８の左右方向の略全幅に渡って形成されており、カバー４７の上面に対して３０〜６０°程度の角度で立ち上がった形状で構成されている。風取込口４９より取り込まれた走行風は、バッテリ１８の内部および周縁部に取り込まれ、バッテリ１８を冷却した後に、バッテリ１８の下部で横フレーム３７上面に形成された吸入口３９へと導かれる。
【００１８】
本実施形態において、第一リヤサブフレーム１６はＣＦＲＰで形成されている。ＣＦＲＰは繊維方向を調整することで強度・剛性を向上することができるため、凹部４３を形成することで低下した強度・剛性を確保して、全体としての強度・剛性を向上させている。つまり、凹部４３の隅部の角度Ｒを小さくし（図５参照）、凹部４３の面積を大きくしても強度・剛性を維持できるようにした。このように構成することで、凹部４３において図示しない排気管を拡径することや、凹部４３にその他の配管を通すことができるため、車高を低く抑えることができる。また、ＣＦＲＰは軽金属よりも軽量であるため、車体の軽量化を図ることができ、燃費を向上することができる。
【００１９】
また、バッテリ１８は使用時に高熱になるため、熱を放出する必要があるが、本実施形態において、バッテリ１８の熱を外部に排気する排気通路４５を第一リヤサブフレーム１６の横フレーム３７に形成した。また、第一リヤサブフレーム１６はＣＦＲＰで構成されているため、繊維方向を調整し、強度・剛性を確保しつつ吸入口３９、排出口４１および排気通路４５を大きく形成した。このように構成することで、冷却効率を向上することができる。また、排気通路４５は、横フレーム３７内に形成されるが、ＣＦＲＰで構成されているため、押出成形時に排気通路４５を確保しておけば容易に形成することができる。つまり、排気ダクトを別途製作して設置する必要がなく、生産効率が向上するとともに、省スペース化を図ることができる。
【００２０】
尚、この発明は上述した実施形態に限られるものではなく、以下の態様を採用してもよい。
上記実施形態では、第一リヤサブフレームと第二リヤサブフレームとを分割して設置したが、第一リヤサブフレームと第二リヤサブフレームとを一体化してもよい。
上記実施形態では、第一リヤサブフレームにバッテリを設置した場合の説明をしたが、バッテリに限らず、冷却を必要とする動力エネルギー源を設置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態における車両の側面説明図である。
【図２】本発明の実施形態における車両の平面説明図である。
【図３】本発明の実施形態における第一リヤサブフレームの取付斜視図である。
【図４】本発明の実施形態における第一リヤサブフレームの平面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図７】本発明の実施形態におけるバッテリとカバーの斜視図である。
【符号の説明】
【００２２】
１６…第一リヤサブフレーム（サブフレーム）１８…バッテリ（蓄電装置）３５…縦フレーム３７…横フレーム３９…吸入口４１…排出口４３…凹部４５…排気通路Ｅ…挿通空間

【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右一対の縦フレームが車体前後方向に延設され、
前記縦フレームを互いに連結する横フレームが形成された車両用サブフレーム構造において、
前記縦フレームと前記横フレームとが炭素繊維強化樹脂により成形され、
前記横フレーム下面に凹部を形成し、該凹部内を排気管の挿通空間としたことを特徴とする車両用サブフレーム構造。
【請求項２】
前記横フレームの上面に蓄電装置が載置され、
前記横フレームの上面であって、前記蓄電装置が搭載される領域に対応した位置に吸入口が形成され、
前記横フレームの表面に、前記蓄電装置の高温雰囲気を外部に排出する排出口が形成され、
前記吸入口と前記排出口とが、前記横フレームの内部に形成された排気通路を介して連通されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用サブフレーム構造。

【図１】