JP2008247144A - 車両の床下構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車体構造の制約や外観性低下を防止しつつ車体の空気抵抗を低減する。
【解決手段】車両１０の床下で空気流を制御するようにした床下構造において、車両後部に配置されたミドルフロアカバー１２，１３の床下面としての底面１２ａ，１３ａ及び車両後部に配置されたディフューザー１４の床下面としての底面１４ａに複数のディンプル１５を設けた。車速が増加して車両１０の床下の空気流の流速が所定速度に達すると、底面１２ａ，１３ａ，１４ａに設けられた複数のディンプル１５によって、底面１２ａ，１３ａ，１４ａに近接する境界層の流れが層流から乱流へ遷移し、境界層の剥離位置がより下流へ移動するため、空気抵抗の原因になる低圧の剥離域の圧力が上昇し、空気抵抗が低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の床下構造の改良に関するものである。

従来、車両の空気抵抗を低減するために車体形状を考慮した構造として、車体後部の底部を傾斜させたもの（例えば、特許文献１参照。）、車体の表面にディンプルを設けたもの（例えば、特許文献２参照。）、車体の前部下部にダクトを設けたもの（例えば、特許文献３参照。）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−１３８９５７公報 実開昭６０−８７７６９号公報 特開平６−１９９２５２号公報

特許文献１の図１を以下の図８で説明する。なお、符号は振り直した。
図８は従来の車両構造を示す断面図であり、車体後部に設けられたトランクルーム１０１の底部１０２が車体後方にいくにつれて高くなるように傾斜している。なお、１０３はトランクルーム１０１内に収納されたスペアタイヤである。
このような構造により、車両走行時に車体の下方を通過する風が矢印Ｗで示されるように底部１０２に沿って流れるため、車体の空気抵抗が低減される、というものである。

特許文献２の図を以下の図９で説明する。なお、符号は振り直した。
図９は従来の車両構造を示す車体側面図であり、車体１１１の表面に空気抵抗を低減するディンプル１１２が加工されている。

特許文献３の図２２を以下の図１０で説明する。なお、符号は振り直した。
図１０は従来の車両構造を示す車体前部の説明図であり、エンジンルームの下方に設けられるアンダカバー１２１の下面に下方に突出するダクト１２２が設けられ、このダクト１２２から下流方向へ空気１２３を吹き出すことで、床下を流れる空気１２４の圧力を回復させ、空気１２４の流速を高めて空気抵抗を低減するものである。

図８に示した特許文献１では、トランクルーム１０１の底部１０２を傾斜させると、トランクルーム１０１の収納容積が減少する。
図９に示した特許文献２では、車体１１１にディンプル１１２を加工することで、外観性が損なわれる。

図１０に示した特許文献３では、アンダカバー１２１からダクト１２２を下方に突出させたことで、最低地上高を確保するのが難しくなる。
このように、上記した従来の技術では、車体構造の制約や外観性低下という点で課題が残る。

本発明の目的は、車体構造の制約や外観性低下を防止しつつ車体の空気抵抗を低減することにある。

請求項１に係る発明は、車両の床下で空気流を制御するようにした床下構造において、車両後部の床下面に複数のディンプルを設けたことを特徴とする。
作用として、車速が増加して車両の床下の空気流の流速が所定速度に達すると、床下面に設けられた複数のディンプルによって、床下面に近接する境界層の流れが層流から乱流へ遷移し、境界層の剥離位置がより下流へ移動するため、空気抵抗の原因になる低圧の剥離域の圧力が上昇し、空気抵抗が低減する。

ディンプルは床下面に設けられているから、外部に露出しにくく、外観性に影響を及ぼさない。また、単に床下面にディンプルを形成するだけであるから、車体構造が制約を受けることがない。

請求項２に係る発明は、ディンプルを円形又は円形に近い形状とし、このディンプルの半径ｒと深さｄとの比ｄ／ｒを、０．０００５〜０．５とし、且つ、隣り合うディンプルの中心間距離を２〜２０ｍｍとし、更に、ディンプルを重ならないようにすることを特徴とする。
作用として、上記形状、寸法のディンプルによって床下面での空気抵抗が効果的に低減される。

請求項３に係る発明は、床下面では、その３０％以上の面積にディンプルを設けたことを特徴とする。
作用として、ディンプルが設けられる面積を３０％以上にすることで、床下面のより広い面積で層流が乱流に遷移し、境界層の剥離位置がより下流へ移動して、空気抵抗低減効果がより高まる。

請求項４に係る発明は、床下面では、走行風の流れる方向に対して０〜４５°の方向に、深さが０．１〜２．５ｍｍの溝を設けたことを特徴とする。
作用として、ディンプルに加えて、床下面に走行風の流れる方向に対して０〜４５°の方向に深さが０．１〜２．５ｍｍの溝を設けることで、ディンプル及び溝によって境界層の剥離位置がより下流へ移動し、低圧の剥離域の圧力がより上昇して、空気抵抗をより一層低減することが可能になる。

請求項１に係る発明では、車両後部の床下面に複数のディンプルを設けたので、所定の車速に達したときに、ディンプルによって床下面の空気抵抗を低減することができ、燃費を向上させることができるとともに、風切り音の発生を抑制することができる。

ディンプルは床下面に設けられているので、ディンプルが外部に露出しにくく、外観性を損ねることがない。また、単に床下面にディンプルを形成するだけなので、従来のように車体構造が制約を受けることがない。

請求項２に係る発明では、ディンプルを円形又は円形に近い形状とし、このディンプルの半径ｒと深さｄとの比ｄ／ｒを、０．０００５〜０．５とし、且つ、隣り合うディンプルの中心間距離を２〜２０ｍｍとし、更に、ディンプルをお互いに重ならないようにしたので、ディンプルの上記形状及び寸法によって、床下面での空気抵抗を効果的に低減することができる。

請求項３に係る発明では、床下面の３０％以上の面積にディンプルを設けたので、空気抵抗低減効果をより高めることができる。

請求項４に係る発明では、床下面に、走行風の流れる方向に対して０〜４５°の方向に、深さが０．１〜２．５ｍｍの溝を設けたので、ディンプルと溝とで空気抵抗をより一層低減することができ、空気抵抗が低減される車速範囲を広げることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る車両の床下構造を示す底面図であり、図中の矢印（ＦＲＯＮＴ）は車両前方を表す（以下同じ。）。
車両１０の車体１１の床下に、空気抵抗を低減するための床下構造部材としての樹脂製で左右一対のミドルフロアカバー１２，１３及び樹脂製のディフューザー１４が設けられている。ここでは、ミドルフロアカバー１２，１３及びディフューザー１４の輪郭を太線で示した。

これらのミドルフロアカバー１２，１３及びディフューザー１４のそれぞれの表面としての底面１２ａ，１３ａ，１４ａに空気抵抗を低減するディンプル１５が複数形成されている。
ディンプル１５は、ミドルフロアカバー１２，１３及びディフューザー１４のそれぞれの面積の３０％以上の面積に形成されている。
上記の底面１２ａ，１３ａ，１４ａは、車両１０の床下面の一部を構成している。

ミドルフロアカバー１２，１３は、車両が箱形乗用自動車で車室内の前部シートが乗員２名、後部シートが乗員３名着座する場合に、後部シート下方に設けられたミドルフロアパネル１６の下方に且つ排気系部品としてのサブマフラ１７を避けるように車幅方向外側にそれぞれ配置されている。
ディフューザー１４は、車体後部の空気の流れを整える役目をするものであり、車体後部に設けられたトランクルームの下方に配置されている。

ここで、２１はフロントバンパ、２２はエンジンを支持するフロントサブフレーム、２５はエンジンから後方に延びる排気管、２６はフロントフロアパネル、２７，２８は左右一対のフロアフレーム、３１はリヤサブフレーム、３２は排気管２５の後端に接続されたメインマフラ、３３はリヤバンパである。

図２は本発明に係る車両の後部側面図であり、後輪４１の前方の床下にミドルフロアカバー１２，１３（手前側の符号１２のみ示す。）が配置され、後輪４１の後方にディフューザー１４が配置されている。

ディフューザー１４は、下面が後方に行くにつれて次第に高くなった底面１４ａを有し、この表面としての底面１４ａに複数のディンプル１５（図１参照）が形成されている。なお、３５はメインマフラ３１の後端に設けられたテールパイプである。

図３（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るディンプルを示す説明図である。
（ａ）はディフューザー１４の表面要部を示す正面図であり、複数のディンプル１５が互いに重ならないように形成されていることを示している。隣り合うディンプル１５，１５の縁同士は接していてもよい。これらのディンプル１５は、型でディフューザー１４を成形する際に形成される。

（ｂ）において、ディンプル１５は、円形であり、その半径をｒ、隣り合うディンプル１５，１５の中心間距離をＬとすると、例えば、半径ｒはｒ＝５ｍｍ、中心間距離Ｌ＝２〜２０ｍｍで、ディンプル１５，１５同士は互いに重ならない。

（ｃ）は（ｂ）のｃ−ｃ線断面図であり、ディンプル１５の最大深さをｄとすると、例えば、最大深さｄ＝０．２５ｍｍである。
ディフューザー１４の裏面１４ｂには、ディフューザー１４の剛性を高めるためのリブ１４ｃが複数形成されている。リブ１４ｃの高さをｈ、幅をｗとすると、例えば、高さｈ＝０．５〜１５ｍｍ、幅ｗ＝Ｔｘ（１〜１０）ｍｍ（Ｔはディフューザー１４の板厚）である。

（ｂ），（ｃ）において、最大深さｄと半径ｒとの比ｄ／ｒは、ｄ／ｒ＝０．０００５〜０．５となる。
以上の（ａ）〜（ｃ）で説明したディンプル１５が、ミドルフロアカバー１２，１３（図１参照）にも形成されている。

図４（ａ），（ｂ）は本発明に係るディンプルの作用を示す作用図である。
（ａ）は比較例であり、ディンプルが形成されていないディフューザー１３１では、車両が白抜き矢印Ａで走行中、後輪４１は白抜き矢印Ｂの方向に回転し、ディフューザー１３１の下方を矢印で示すように空気が流れると、ディフューザー１３１の底面１３１ａに沿って乱流が発生し、乱流の範囲はリヤバンパ３３の後端部３３ａまで続いている。

（ｂ）は実施例（本実施形態）であり、ディフューザー１４の底面１４ａに沿って乱流が発生し、リヤバンパ３３の後端部３３ａの後方まで乱流の範囲は続いている。
乱流の範囲の上下の幅が（ａ）の比較例に比べて狭くなるとともに、乱流の範囲がより後方まで延びている、即ち、乱流の範囲が後方に移動している。

従って、乱流発生による低圧域の圧力が増加して回復し、ディフューザー１４に沿って流れる空気の流速が比較例よりも速くなる。この結果、空気抵抗が比較例に対して低減され、車両の燃費が向上するとともに、ディフューザー１４による風切り音の発生が抑えられる。

上記のディフューザー１４の空気抵抗低減効果は、ディンプルが無い場合に対して、車速が４０〜１２０ｋｍ／ｈの範囲で大きくなっている。
なお、ミドルフロアカバー１２，１３（図１参照）についても、ディフューザー１４と同様な空気抵抗低減効果が得られる。

図５（ａ），（ｂ）は本発明に係るディフューザーの別実施形態を示す説明図である。
（ａ）において、ディフューザー５１は、底面５１ａに、複数のディンプル１５と、これらのディンプル１５を横切るように走行風の流れる方向（即ち、車両前後方向）に対して角度θ＝０〜４５°の方向に延びる複数の溝５５とが底面５１ａの面積の３０％以上に形成されている。

上記の複数の溝５５も、ディンプル１５と同様に、車体後部の空気抵抗を低減する役目をし、ディンプル１５と共に形成されることで、ディンプル１５のみの場合よりも広い車速範囲４０〜１４０ｋｍ／ｈで大きな空気抵抗低減効果を発揮する。

（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図であり、ディンプル１５の最大深さはｄであり、溝５５の最大深さをｍｄ、溝５５の幅をｍｗ、隣り合う溝５５，５５の間隔をｍｓとすると、例えば、ｍｄ＝０．１〜２．５ｍｍ、ｍｗ＝３ｍｍ、ｍｓ＝０．５ｍｍである。

図６は本発明に係るディンプル及び溝による空気抵抗低減効果を示す第１グラフであり、縦軸は車両の負荷抵抗低減率（単位は％）、横軸は車速（単位はｋｍ／ｈ）を表す。
負荷抵抗低減率の測定条件は次の通りである。
・車両：２．４Ｌエンジン搭載、前輪駆動、車両重量１４５０ｋｇの箱形乗用自動車
・ディンプル及び溝が設けられた面積：左右のミドルフロアカバー及びディフューザーのそれぞれの表面の９０％
・試験方法：新型自動車試験方法（ＴＲＩＡＳ ２６−１９７５）第８項 負荷設定の８．１惰行方による負荷設定方法に準じ、試験速度を変更した測定方法により求める
・ディンプルの形状、各部寸法：円形、半径ｒ＝５ｍｍ、最大深さｄ＝０．２５ｍｍ、中心間距離Ｌ＝１０ｍｍ

ディンプルを設けず、表面が平坦な左右のミドルフロアカバー及びディフューザーを使用した比較例において、車速が１００ｋｍ／ｈのときの負荷抵抗低減率をゼロとしたときに、車速が１４０ｋｍ／ｈのときには、負荷抵抗低減率は−６０％となる。（なお、負荷抵抗低減率に付けられたマイナス符号は負荷抵抗が低減されていることを意味する。）

また、実施例１（ディンプルのみが設けられた左右のミドルフロアカバー及びディフューザー）では、車速が６０ｋｍ／ｈのときに負荷抵抗低減率は−３５％、車速が８０ｋｍ／ｈのときに負荷抵抗低減率は−５０％、車速が１２０ｋｍ／ｈのときに負荷抵抗低減率は−７０％となる。

更に、実施例２（ディンプル及び溝が設けられた左右のミドルフロアカバー及びディフューザー）では、車速が８０ｋｍ／ｈのときに負荷抵抗低減率は−７５％となる。
このように、実施例１のディンプルのみ、又は実施例２のディンプル及び溝が設けられた左右のミドルフロアカバー及びディフューザーでは、比較例に対して大きな負荷抵抗低減率が得られた。

図７は本発明に係るディンプル及び溝による空気抵抗低減効果を示す第２グラフであり、縦軸は車両の燃費向上比率（単位は％）、横軸は車速（単位はｋｍ／ｈ）を表す。
燃費向上比率の測定条件は次の通りである。
・車両：２．４Ｌエンジン搭載、前輪駆動、車両重量１４５０ｋｇの箱形乗用自動車
・ディンプル及び溝が設けられた面積：左右のミドルフロアカバー及びディフューザーのそれぞれの表面の９０％
・試験方法：新型自動車試験方法（ＴＲＩＡＳ ５−１９７１）の一定速度での燃料消費率測定方法により求める
・ディンプルの形状、各部寸法：円形、半径ｒ＝５ｍｍ、最大深さｄ＝０．２５ｍｍ、中心間距離Ｌ＝１０ｍｍ

ディンプルを設けず、表面が平坦な左右のミドルフロアカバー及びディフューザーを比較例としてその車速が１００ｋｍ／ｈのときの燃費向上比率をゼロとすると、車速が１４０ｋｍ／ｈでは、燃費向上比率は０．３％となる。

また、実施例１（ディンプルのみが設けられた左右のミドルフロアカバー及びディフューザー）では、車速が６０ｋｍ／ｈのときに燃費向上比率は０．１％、車速が８０ｋｍ／ｈのときに燃費向上比率は０．１６％、車速が１２０ｋｍ／ｈのときに燃費向上比率は０．２２％となる。

また、実施例２（ディンプル及び溝が設けられた左右のミドルフロアカバー及びディフューザー）では、車速が８０ｋｍ／ｈのときに燃費向上比率は０．２３％となる。
このように、実施例１のディンプルのみ、又は実施例２のディンプル及び溝が設けられた左右のミドルフロアカバー及びディフューザーでは、比較例に対して大きな燃費向上比率が得られた。

以上の図１に示したように、本発明は第１に、車両１０の床下で空気流を制御するようにした床下構造において、車両後部に配置されたミドルフロアカバー１２，１３の床下面としての底面１２ａ，１３ａ及び車両後部に配置されたディフューザー１４の床下面としての底面１４ａに複数のディンプル１５を設けたことを特徴とする。

これにより、所定の車速、例えば、４０ｋｍ／ｈに達したときに、ディンプル１５によって床下面の空気抵抗を低減することができ、燃費を向上させることができるとともに、風切り音の発生を抑制することができる。

本発明は第２に、図２に示したように、ディンプル１５を円形又は円形に近い形状とし、このディンプル１５の半径ｒと深さｄとの比ｄ／ｒを、０．０００５〜０．５とし、且つ、隣り合うディンプル１５，１５の中心間距離を２〜２０ｍｍとし、更に、ディンプル１５，１５を重ならないようにすることを特徴とする。
これにより、ディンプル１５の上記形状及び寸法によって、床下面での空気抵抗を効果的に低減することができる。

本発明は第３に、図１に示したように、底面１２ａ，１３ａ，１４ａでは、それぞれの３０％以上の面積にディンプル１５を設けたことを特徴とする。
これにより、空気抵抗低減効果をより高めることができる。

本発明は第４に、図５に示したように、床下面としての底面５１ａに、走行風の流れる方向に対して０〜４５°の方向に、深さが０．１〜２．５ｍｍの溝５５を複数設けたことを特徴とする。
これにより、ディンプル１５と溝５５とで空気抵抗をより一層低減することができ、空気抵抗が低減される車速範囲を広げることができる。

尚、本実施形態では、図２（ａ）に示したように、ディンプル１５の形状を円形としたが、これに限らず、ディンプルの形状を、菱形、六角形、八角形、他の多角形、車両前後方向に長い楕円形としてもよい。

本発明の床下構造部材は、高速走行可能な車両に好適である。

本発明に係る車両の床下構造を示す底面図である。 本発明に係る車両の後部側面図である。 本発明に係るディンプルを示す説明図である。 本発明に係るディンプルの作用を示す作用図である。 本発明に係るディフューザーの別実施形態を示す説明図である。 本発明に係るディンプル及び溝による空気抵抗低減効果を示す第１グラフである。 本発明に係るディンプル及び溝による空気抵抗低減効果を示す第２グラフである。 従来の車両構造を示す断面図である。 従来の車両構造を示す車体側面図である。 従来の車両構造を示す車体前部の説明図である。

符号の説明

１０…車両、１２，１３，１４…床下構造部材、１２ａ，１３ａ，１４ａ…床下面（底面）、１５…ディンプル、ｍｄ…溝の深さ（最大深さ）。

Claims (4)

1. 車両の床下で空気流を制御するようにした床下構造において、
   前記車両後部の床下面に複数のディンプルを設けたことを特徴とする車両の床下構造。
2. 前記ディンプルは円形又は円形に近い形状であり、このディンプルの半径ｒと深さｄとの比ｄ／ｒが、０．０００５〜０．５であり、且つ、隣り合う前記ディンプルの中心間距離が２〜２０ｍｍであり、更に、前記ディンプルの外周部がお互いに重ならないことを特徴とする請求項１記載の車両の床下構造。
3. 前記床下面では、その３０％以上の面積に前記ディンプルが設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の床下構造。
4. 前記床下面では、走行風の流れる方向に対して０〜４５°の方向に、深さが０．１〜２．５ｍｍの溝が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の車両の床下構造。

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