JP2009057030A - 燃料電池車両のシャーシフレーム - Google Patents
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Abstract
【課題】サイドメンバーの前側キックアップ部の補強構造を改善した燃料電池車両のプラットホーム用シャーシフレームを提供する。
【解決手段】本発明は、燃料電池車両の上側のアッパーボディと共に燃料電池車両の車体下部を構成する部材であって、車体の前後方向に長く配置される長手方向部材である２つのサイドメンバーと、前記２つのサイドメンバー間に設置される複数のクロスメンバーを含む燃料電池車両のシャーシフレームにおいて、前記各サイドメンバーの前側キックアップ部に対して補強用前後方向部材が設置され、前記補強用前後方向部材は、両側サイドメンバーの前側キックアップ部を横に連結する第２クロスメンバーと、前記第２クロスメンバーの後方で両側サイドメンバーを横に連結する第３クロスメンバーとの間に前後方向に連結設置されることを特徴とする。
【選択図】 図６
【解決手段】本発明は、燃料電池車両の上側のアッパーボディと共に燃料電池車両の車体下部を構成する部材であって、車体の前後方向に長く配置される長手方向部材である２つのサイドメンバーと、前記２つのサイドメンバー間に設置される複数のクロスメンバーを含む燃料電池車両のシャーシフレームにおいて、前記各サイドメンバーの前側キックアップ部に対して補強用前後方向部材が設置され、前記補強用前後方向部材は、両側サイドメンバーの前側キックアップ部を横に連結する第２クロスメンバーと、前記第２クロスメンバーの後方で両側サイドメンバーを横に連結する第３クロスメンバーとの間に前後方向に連結設置されることを特徴とする。
【選択図】 図６
Description
本発明は、燃料電池車両のシャーシフレームに係り、更に詳しくは、燃料電池車両の車体下部を構成する燃料電池車両プラットホーム用シャーシフレームに関する。
世界の自動車産業は１００年以上もガソリンおよびディーゼル内燃機関を中心に急速な成長を遂げてきたが、最近になって環境規制とエネルギーの大幅高騰、化石燃料の枯渇問題など非常に大きな変化に直面している。
そこで、先進国を中心として世界各国の自動車メーカーは、環境に優しい自動車開発のための熾烈な競争を展開しており、高度の先端技術を必要とする未来型自動車の技術開発に、多大の努力をしている。
そこで、先進国を中心として世界各国の自動車メーカーは、環境に優しい自動車開発のための熾烈な競争を展開しており、高度の先端技術を必要とする未来型自動車の技術開発に、多大の努力をしている。
特に、直面している化石燃料の枯渇問題を解決しながらより環境に優しい製品を開発しなければならないという時代の要請に応じて、最近各自動車メーカーは電気モータを動力源として使用する電気自動車に対する研究を活発に進めている。
現在最も活発に研究されている電気自動車としては、燃料電池システムを搭載した車両がある。
燃料電池システムが搭載された車両では、燃料として使用される水素を燃料電池スタックに供給して電気を生産し、燃料電池スタックにより生産された電気で電気モータを作動させて車両を駆動させる。
現在最も活発に研究されている電気自動車としては、燃料電池システムを搭載した車両がある。
燃料電池システムが搭載された車両では、燃料として使用される水素を燃料電池スタックに供給して電気を生産し、燃料電池スタックにより生産された電気で電気モータを作動させて車両を駆動させる。
燃料電池システムは、燃料が持っている化学エネルギーを燃焼により熱に変えるのではなく、燃料電池スタック内で電気化学的に直接電気エネルギーに変換させる一種の発電システムである。
燃料電池システムは、電気エネルギーを発生させる燃料電池スタック、燃料電池スタックに燃料（水素）を供給する燃料供給システム、燃料電池スタックに電気化学反応に必要な酸化剤である空気中の酸素を供給する空気供給システム、燃料電池スタックの反応熱をシステムの外部に除去し、燃料電池スタックの運転温度を制御する熱および水管理システムとで構成される。
燃料電池システムは、電気エネルギーを発生させる燃料電池スタック、燃料電池スタックに燃料（水素）を供給する燃料供給システム、燃料電池スタックに電気化学反応に必要な酸化剤である空気中の酸素を供給する空気供給システム、燃料電池スタックの反応熱をシステムの外部に除去し、燃料電池スタックの運転温度を制御する熱および水管理システムとで構成される。
このような構成の燃料電池システムでは、燃料である水素と空気中の酸素による電気化学反応により電気を発生させ、反応副産物として熱と水を排出する。
現在、自動車用として多く使用されている燃料電池スタックは、出力密度が高い固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）である。
一方、従来の燃料電池車両では、モノコックボディーと呼ばれるボックスタイプの車体が使用され、これはフレームのような骨組みを持たない構造となっている。
このようなモノコックボディーは、エンジンルーム、キャビンスペース、トランクルームなどが形成される薄いパネルと補強メンバーを適切に組み合わせた構造であり、外部の力をボディー全体に分散させる。
現在、自動車用として多く使用されている燃料電池スタックは、出力密度が高い固体高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）である。
一方、従来の燃料電池車両では、モノコックボディーと呼ばれるボックスタイプの車体が使用され、これはフレームのような骨組みを持たない構造となっている。
このようなモノコックボディーは、エンジンルーム、キャビンスペース、トランクルームなどが形成される薄いパネルと補強メンバーを適切に組み合わせた構造であり、外部の力をボディー全体に分散させる。
このような従来の車体構造では、燃料電池スタックに供給される空気を加湿するための加湿器、燃料電池水素と空気中の酸素による電気化学反応により電気を発生させる燃料電池スタック、燃料タンクである水素タンクから供給される水素の圧力を調節し、燃料電池スタックに供給するＦＰＳなどがモノコックボディーのエンジンルーム内部に搭載され、複数の水素タンクはボディのリアフロア下側に搭載される。
しかし、燃料電池車両に搭載される加湿器および燃料電池スタックなどは相当な重量を持つ重量部品である。
従って、これらの重量部品をモノコックボディーのエンジンルーム内部に装着する場合、成形された薄いパネルを組み合わせたボディーは強度に耐えられず、外部からの力に対して非常に脆弱であるため、これに十分な強度を与えるためにボディー構造が複雑になるなど多くの問題があった。
しかし、燃料電池車両に搭載される加湿器および燃料電池スタックなどは相当な重量を持つ重量部品である。
従って、これらの重量部品をモノコックボディーのエンジンルーム内部に装着する場合、成形された薄いパネルを組み合わせたボディーは強度に耐えられず、外部からの力に対して非常に脆弱であるため、これに十分な強度を与えるためにボディー構造が複雑になるなど多くの問題があった。
このような問題を解決するために、燃料電池車両の専用プラットホーム構造として、図１に示すように、エンジンルーム、キャビンスペース、トランクルームなどが区分されるように薄いパネルおよび補強メンバーを適切に組み合わせて構成したアッパーボディー（既存モノコックボディー）１００と、前後方向部材である２個のサイドメンバー２１０に複数のクロスメンバー（横部材）２２２，２２３、バンパー補強メンバー２３１，２３２などを結合して構成したシャーシフレーム２００を含む車体構造が適用される。
この構造では、燃料電池車両のフレームボディーとして、車体下部を形成するシャーシフレーム２００が追加され、上側のアッパーボディー１００と共にシャーシフレーム２００が燃料電池車両の車体を形成しながら、加湿器１１、燃料電池スタック１２、ＦＰＳ１３、水素タンク１４など主要燃料電池システム部品をマウントするようになっている。
アッパーボディー１００は、既存の内燃機関車両のモノコックボディと同様に、ルーフ１０１、フィラー１０２、フェンダー１０３、フード１０４、トランクのふた（図示せず）、ダッシュパネル（図示せず）、センターフロア１０５、リアフロア１０６などで構成され、このような各構成部は薄いパネルを成形して製作される。
アッパーボディー１００は、シャーシフレーム２００の上に載せて組立てられ、アッパーボディー１００を、マウントして締結するためにシャーシフレーム２００にはアッパーボディーと結合される複数のボディーマウント部２１７が形成されている。
アッパーボディー１００は、既存の内燃機関車両のモノコックボディと同様に、ルーフ１０１、フィラー１０２、フェンダー１０３、フード１０４、トランクのふた（図示せず）、ダッシュパネル（図示せず）、センターフロア１０５、リアフロア１０６などで構成され、このような各構成部は薄いパネルを成形して製作される。
アッパーボディー１００は、シャーシフレーム２００の上に載せて組立てられ、アッパーボディー１００を、マウントして締結するためにシャーシフレーム２００にはアッパーボディーと結合される複数のボディーマウント部２１７が形成されている。
以下、図２と図３を参照して燃料電池車両の車体に適用されるシャーシフレームを更に詳しく説明する。
図に示す通り、シャーシフレーム２００は、前後方向部材と横部材から構成され、上側のアッパーボディーをマウントするための複数のボディーマウント部２１７が具備される。
シャーシフレーム２００は、車体の前後方向に長く配置される前後方向部材である２つのサイドメンバー２１０との間に設置される横部材である第１〜４クロスメンバー２２１〜２２４、フロントバンパー補強メンバー２３１およびリアバンパー補強メンバー２３２、その他の追加的な補強メンバーを含めて構成される。
図に示す通り、シャーシフレーム２００は、前後方向部材と横部材から構成され、上側のアッパーボディーをマウントするための複数のボディーマウント部２１７が具備される。
シャーシフレーム２００は、車体の前後方向に長く配置される前後方向部材である２つのサイドメンバー２１０との間に設置される横部材である第１〜４クロスメンバー２２１〜２２４、フロントバンパー補強メンバー２３１およびリアバンパー補強メンバー２３２、その他の追加的な補強メンバーを含めて構成される。
シャーシフレーム２００において、各サイドメンバー２１０は、フロントメンバー２１１、センターメンバー２１２、リアメンバー２１３から構成され、これらの３個のメンバー２１１，２１２，２１３は前後方向に連続するように連結される。
シャーシフレーム２００は、３個のメンバー２１１，２１２，２１３を直列に連結したサイドメンバー２１０に、第１、第２、第３、第４クロスメンバー２２１〜２２４を溶接した構成となっている。
シャーシフレーム２００は、３個のメンバー２１１，２１２，２１３を直列に連結したサイドメンバー２１０に、第１、第２、第３、第４クロスメンバー２２１〜２２４を溶接した構成となっている。
更に、シャーシフレーム２００では、各サイドメンバー２１０にアッパーボディーのセンターフロア部分を低くするためのキックアップ部２１４，２１５が形成されている。
キックアップ部２１４，２１５部は、図３に示すように、センターメンバー２１２が連結されるフロントメンバー２１１の後端部とリアメンバー２１３の前端部を下向きに傾けて成形させた部分であり、フロントおよびリアメンバー２１１，２１３とセンターメンバー２１２との上下方向に段差をつけるために形成される。
キックアップ部２１４，２１５部は、図３に示すように、センターメンバー２１２が連結されるフロントメンバー２１１の後端部とリアメンバー２１３の前端部を下向きに傾けて成形させた部分であり、フロントおよびリアメンバー２１１，２１３とセンターメンバー２１２との上下方向に段差をつけるために形成される。
各サイドメンバー２１０を構成するフロントメンバー２１１、センターメンバー２１２、リアメンバー２１３の上下方向の段差は、車両レイアウトによって決定される。フロントメンバー２１１およびリアメンバー２１３は、サスペンション装置の構造などを考慮して上下方向の位置が決定され、センターメンバー２１２はアッパーボディのセンターフロアとの十分な間隔確保を考慮して上下方向の位置が決定される。
図２の図面符号２１８は、前側キックアップ部２１４補強のために、サイドメンバー２１０の前側キックアップ部２１４と第３クロスメンバー２２３との間に連結設置される補強メンバーである。
図２の図面符号２１８は、前側キックアップ部２１４補強のために、サイドメンバー２１０の前側キックアップ部２１４と第３クロスメンバー２２３との間に連結設置される補強メンバーである。
一方、図示したシャーシフレームには下記の問題点がある。
まず、正面オフセットの衝突時、図４に示すように、シャーシフレーム２００の前側キックアップ部２１４を中心として屈折現象が発生し、このような屈折現象は衝突エネルギーの吸収能力を落とすため衝突エネルギー吸収性能を悪化させる要因となる。
次に、前側キックアップ部２１４の補強のために補強メンバー２１８が設置されているが、補強メンバー２１８の前方で屈折現象が発生するため十分な補強機能を行えない。
まず、正面オフセットの衝突時、図４に示すように、シャーシフレーム２００の前側キックアップ部２１４を中心として屈折現象が発生し、このような屈折現象は衝突エネルギーの吸収能力を落とすため衝突エネルギー吸収性能を悪化させる要因となる。
次に、前側キックアップ部２１４の補強のために補強メンバー２１８が設置されているが、補強メンバー２１８の前方で屈折現象が発生するため十分な補強機能を行えない。
また、前側キックアップ部２１４の屈折現象を減らすためにキックアップ量（サイドメンバーの段差）を減らさなければならないが、これは車両レイアウト上制約が多いため現実的に不可能である。
即ち、図５に示すように、サイドメンバー２１０のフロントメンバー２１１は、地面から１６インチ〜２０インチの高さに設定しなければならず、サイドメンバーのセンターメンバー２１２はアッパーボディーのセンターフロアとの十分な間隔確保のためにその高さを高く調整することができない。
特開２００５−１９９９５２号公報
即ち、図５に示すように、サイドメンバー２１０のフロントメンバー２１１は、地面から１６インチ〜２０インチの高さに設定しなければならず、サイドメンバーのセンターメンバー２１２はアッパーボディーのセンターフロアとの十分な間隔確保のためにその高さを高く調整することができない。
本発明は前記問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、サイドメンバーの前側キックアップ部の補強構造を改善した燃料電池車両のプラットホーム用シャーシフレームを提供することである。
本発明は、燃料電池車両の上側のアッパーボディと共に燃料電池車両の車体下部を構成する部材であって、車体の前後方向に長く配置される長手方向部材である２つのサイドメンバーと、前記２つのサイドメンバー間に設置される複数のクロスメンバーを含む燃料電池車両のシャーシフレームにおいて、前記各サイドメンバーの前側キックアップ部に対して補強用前後方向部材が設置され、前記補強用前後方向部材は、両側サイドメンバーの前側キックアップ部を横に連結する第２クロスメンバーと、前記第２クロスメンバーの後方で両側サイドメンバーを横に連結する第３クロスメンバーとの間に前後方向に連結設置されることを特徴とする燃料電池車両のシャーシフレーム。
前記補強用前後方向部材は、両端部に形成されたフランジが前記第２クロスメンバーと第３クロスメンバーの表面に接合された状態で溶接され、前記補強用前後方向部材の前端部側方に形成される突出部がサイドメンバーの前側キックアップ部に連結され、前記補強用前後方向部材が第２クロスメンバー、第３クロスメンバー、サイドメンバーの前側キックアップ部に全て連結されることを特徴とする。
本発明の燃料電池車両用シャーシフレームによると、各サイドメンバーの前側キックアップ部に対してクロスメンバー間を前後方向に連結する補強用前後方向部材を設置して補強することで、前方衝突時に前側キックアップ部の屈折現象を効果的に減らすことができ、車体の衝突エネルギー吸収性能を向上させることができる。
以下、添付した図面を参照にして本発明の実施例について詳しく説明する。
本発明による燃料電池車両のシャーシフレームは、サイドメンバーの前側キックアップ部の位置に横設置した第２クロスメンバーとその後方に横設置した第３クロスメンバーとの間に前後方向に長く連結され、前側キックアップ部を補強する補強用前後方向部材を設置したものである。
図６は、本発明による燃料電池車両のシャーシフレームにおいて、前側キックアップ部の補強構造を示した平面図であり、図７は、図６のシャーシフレームの側面図であり、図８は図６に示した前側キックアップ部の補強構造において、補強用前後方向部材の設置状態を示した拡大斜視図である。
図６は、本発明による燃料電池車両のシャーシフレームにおいて、前側キックアップ部の補強構造を示した平面図であり、図７は、図６のシャーシフレームの側面図であり、図８は図６に示した前側キックアップ部の補強構造において、補強用前後方向部材の設置状態を示した拡大斜視図である。
図に示す通り、本発明のシャーシフレーム２００では、両側のサイドメンバー２１０間に設置される第２クロスメンバー２２２を図２のシャーシフレームと比較して更に少し後方に移動させて設置する。
この時、第２クロスメンバー２２２が両側サイドメンバー２１０の前側キックアップ部２１４の位置に設置され、両側サイドメンバー２１０の前側キックアップ部２１４を横に連結するように設置される。
この時、第２クロスメンバー２２２が両側サイドメンバー２１０の前側キックアップ部２１４の位置に設置され、両側サイドメンバー２１０の前側キックアップ部２１４を横に連結するように設置される。
そして、第２クロスメンバー２２２の後方には、両側サイドメンバー２１０間を横に連結する第３クロスメンバー２２３が設置され、本発明のシャーシフレーム２００では、第２クロスメンバー２２２と第３クロスメンバー２２３との間に前後方向に長く前側キックアップ部２１４を補強するための補強用前後方向部材２２５を連結設置する。
補強用前後方向部材２２５は、所定の厚さのパネルを成形して製作されたものであり、長さ方向の縁に沿ってフランジ２２５ａが形成され、両端部に形成されたフランジ２２５ｂが第２クロスメンバー２２２と第３クロスメンバー２２３の表面に溶接結合される。
補強用前後方向部材２２５は、所定の厚さのパネルを成形して製作されたものであり、長さ方向の縁に沿ってフランジ２２５ａが形成され、両端部に形成されたフランジ２２５ｂが第２クロスメンバー２２２と第３クロスメンバー２２３の表面に溶接結合される。
更に、第２クロスメンバー２２２に溶接される補強用前後方向部材２２５の前端部側方にはサイドメンバー２１０の前側キックアップ部２１４の側面に接合される突出部２２５ｃが形成され、突出部２２５ｃがサイドメンバー２１０の前側キックアップ部２１４に連結され、補強用前後方向部材２２５は第２クロスメンバー２２２、第３クロスメンバー２２３およびサイドメンバー２１０の前側キックアップ部２１４の３ヶ所に結合される。
このように、モノコックボディー（アッパーボディー）にシャーシフレームが装着された燃料電池車両の車体構造では、専用プラットホームの特性上、モノコックボディーのセンターフロア基準面を上向けに調整して設定することが難しく、サイドメンバーのフロントメンバーとセンターメンバーとの間に段差が大きく発生するレイアウト上の特徴を有するが、本発明のシャーシフレームによると、３個の部材を連結する補強用前後方向部材２２５を設置し、前側キックアップ部２１４を補強することで、従来のような前側キックアップ部の欠陥（衝突時に屈折現象発生）を効果的に解消することができる。
図９は、本発明のシャーシフレームの適用時に衝突性能が改善されることを示す図面であり、基本的に衝突エネルギーの流れをアッパーボディーとシャーシフレームを通して分散させて衝突性能を向上させることができる。特に、シャーシフレーム２００では、図９に示すように、補強用前後方向部材２１４の設置により追加的なエネルギー分散効果を得ることができる。
１１ 加湿器
１２ 燃料電池スタック
１３ ＦＰＳ
１４ 水素タンク
１００ アッパーボディー（既存モノコックボディー）
１０１ ルーフ
１０２ フィラー
１０３ フェンダー
１０４ フード
１０５ センターフロア
１０６ リアフロア
２００ シャーシフレーム
２１０ サイドメンバー
２１１ フロントメンバー
２１２ センターメンバー
２１３ リアメンバー
２１４，２１５ キックアップ部
２１７ ボディーマウント部
２１８ 補強メンバー
２２１ 第１クロスメンバー
２２２ 第２クロスメンバー
２２３ 第３クロスメンバー
２２４ 第４クロスメンバー
２２５ 補強用前後方向部材
２２５ａ、２２５ｂ フランジ
２２５ｃ 突出部
２３１，２３２ バンパー補強メンバー
１２ 燃料電池スタック
１３ ＦＰＳ
１４ 水素タンク
１００ アッパーボディー（既存モノコックボディー）
１０１ ルーフ
１０２ フィラー
１０３ フェンダー
１０４ フード
１０５ センターフロア
１０６ リアフロア
２００ シャーシフレーム
２１０ サイドメンバー
２１１ フロントメンバー
２１２ センターメンバー
２１３ リアメンバー
２１４，２１５ キックアップ部
２１７ ボディーマウント部
２１８ 補強メンバー
２２１ 第１クロスメンバー
２２２ 第２クロスメンバー
２２３ 第３クロスメンバー
２２４ 第４クロスメンバー
２２５ 補強用前後方向部材
２２５ａ、２２５ｂ フランジ
２２５ｃ 突出部
２３１，２３２ バンパー補強メンバー
Claims (3)
- 燃料電池車両の上側のアッパーボディと共に燃料電池車両の車体下部を構成する部材であって、車体の前後方向に長く配置される長手方向部材である２つのサイドメンバーと、前記２つのサイドメンバー間に設置される複数のクロスメンバーを含む燃料電池車両のシャーシフレームにおいて、前記各サイドメンバーの前側キックアップ部に対して補強用前後方向部材が設置され、
前記補強用前後方向部材は、両側サイドメンバーの前側キックアップ部を横に連結する第２クロスメンバーと、前記第２クロスメンバーの後方で両側サイドメンバーを横に連結する第３クロスメンバーとの間に前後方向に連結設置されることを特徴とする燃料電池車両のシャーシフレーム。 - 前記補強用前後方向部材は、両端部に形成されたフランジが前記第２クロスメンバーと第３クロスメンバーの表面に接合された状態で溶接されることを特徴とする請求項１記載の燃料電池車両のシャーシフレーム。
- 前記補強用前後方向部材の前端部側方に形成される突出部がサイドメンバーの前側キックアップ部に連結され、前記補強用前後方向部材が第２クロスメンバー、第３クロスメンバー、サイドメンバーの前側キックアップ部に全て連結されることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池車両のシャーシフレーム。
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|---|---|---|---|
| KR1020070088767A KR20090023760A (ko) | 2007-09-03 | 2007-09-03 | 연료전지 차량의 샤시 프레임 |
Publications (1)
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|---|---|
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| JP2007279845A Pending JP2009057030A (ja) | 2007-09-03 | 2007-10-29 | 燃料電池車両のシャーシフレーム |
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| JP (1) | JP2009057030A (ja) |
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Cited By (5)
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