JP2009248746A - 車両用空力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】旋回中の左右操舵輪後方における気圧差を解消し、ロール安定性を向上させる車両用空力制御装置を提供する。
【解決手段】車両１０の直進時は操舵輪１４Ｌ、１４Ｒは進行方向、すなわち矢印９の方向と平行に保たれている。同時に整流板１２もまた、長手方向両端が車体前後方向を向く位置で軸１３により支持されている。軸１３は床１１と整流板１２とを車体上下方向に連通し、かつ操舵輪１４Ｌ、１４Ｒを結ぶ車軸１５の中心よりも車体前方となる位置に設けられている。また整流板１２が車幅方向に複数設けられているとき、軸１３は車幅方向に略直線上に位置するように配置される。図２（Ｂ）に示すように、車両１０が右に旋回する際には、操舵輪１４は矢印１８のように矢印９より右に舵角を与えられ回頭する。これと同時に整流板１２は軸１３を中心として、図示しない駆動手段で矢印１６のように、床１１と略平行な面内を矢印９より右に回転する。
【選択図】図２

Description

本発明は車両用空力制御装置に関する。

従来から、車両外表面より突出した空力的付加物を可動させることで旋回中の車体の挙動を安定させる構造が存在する（例えば、特許文献１、２参照）。あるいは車両からエア等の噴出流を発生させ、車両のロール不安定性を抑制する構造が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

また、車体底面に設けた突起で床下に渦流を発生させ、ダウンフォースを得ることで車体を安定させる構造が存在する（例えば、特許文献４参照）。
特開２００７−２８３８６９号公報 特開平０５−１８５９６３号公報 特開平０６−２８６６７０号公報 特開平０８−１４２９２８号公報

操舵輪に舵角を与えて車両を旋回する際、操舵輪の後方では、操舵による操舵輪の旋回で発生した気流の斜行により、操舵輪後方の車体床下における気圧の左右不均等が生じる。この左右気圧差により旋回中の車体のロール安定性が低下する可能性がある。

しかし、上記特許文献１〜３の各構成は重心移動による車体のロールを補正するものや直進時の車体を安定させる構成であって、旋回時における操舵輪の向きによる車体左右での空力的アンバランスを補正することはできない。

また、上記特許文献１〜３の構成では車体外表面より突出した空力的付加物を設ける必要があるため、意匠上の制限を受けたり、車体外形寸法の大型化や構造の複雑化、重量やコストの増大といった問題がある。さらに特許文献３の構成では左右均等に渦流が発生するため、旋回中の車体に起こる左右不均等な空力特性の変動に対処することができない。

本発明は上記事実を考慮し、旋回中の左右操舵輪後方における気圧差を解消し、ロール安定性を向上させることができる車両用空力制御装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の本発明における車両用空力制御装置は、車幅方向両端に配置された操舵輪の間に、車幅方向両端に整流面を備え、車体上下方向を回転軸として車幅方向に回転可能に支持された整流部材を備え、前記整流部材は操舵時に前記操舵輪の操舵方向側に回転することを特徴とする。

上記構成によれば、走行中に車体が旋回すると、操舵輪の間の気流を操舵輪と逆側方向に整流部材が導くことにより、外周側の操舵輪後方の気流の流速を高め、操舵輪の向きにより発生する、旋回中の左右操舵輪後方における気圧差を解消することができる。

請求項２に記載の本発明における車両用空力制御装置は、請求項１に記載の構成において、前記整流部材は車体床下より車体下方向に延設されたフィンであることを特徴とする。

上記構成によれば、車体前方より床下に導入された気流を整流する構成とすることができ、従来の車体に容易に応用することができる。

請求項３に記載の本発明における車両用空力制御装置は、請求項１に記載の構成において、前記整流部材は車体内に設けられ、車体前側端に設けられた吸気口より前記操舵輪の車体後方に気流を導く管状部材であることを特徴とする。

上記構成によれば、車体内に整流部材が設けられたことにより、車体外形寸法に影響せず、また路面との干渉によって損傷する危険の少ない構造とすることができる。

請求項４に記載の本発明における車両用空力制御装置は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の構成において、複数の前記整流部材が車幅方向に配列されたことを特徴とする。

上記構成によれば、整流部材を複数設けたことで、より効果的に操舵輪間の気流を整流することができる。

請求項５に記載の本発明における車両用空力制御装置は、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の構成において、前記整流部材の車体前後方向中心は前記操舵輪の車軸中心よりも車体前方に設けられたことを特徴とする。

上記構成によれば、整流部材中心を操舵輪の車軸中心よりも車体前方に位置させたことで、より効果的に操舵輪間の気流を整流することができる。

本発明に係る車両用空力制御装置は上記構成としたので、旋回中の左右操舵輪後方における気圧差を解消し、ロール安定性を向上させることができるという優れた効果が得られる。

＜構造の概要＞
本発明に係る車両用空力制御装置の実施形態を図１〜図４に従って説明する。

なお各図において、図中矢印ＦＲは車体前方方向を、矢印ＲＥは車体後方方向を、矢印ＵＰは車体上方方向を、矢印ＩＮは車体内側方向を、矢印ＯＵＴは車体外側方向を示す。

図１、図２には、本発明が適用された第１実施形態に係る車両用空力制御装置が示されている。

すなわち車両１０の車体下方の面を形成する床１１には、操舵輪１４（左の操舵輪１４Ｌと右の操舵輪１４Ｒ）の間に整流板１２が車体前後方向に延設されている。整流板１２は床１１から車体下方向に立設され、矢印１３Ａのように回転可能に軸１３で軸支されている。軸１３は車体上下方向を軸方向として、操舵輪１４の車軸１５よりも車体前方に配置されている。

図２には、車体下側（路面側）から見た車両１０の車体前側部分が示されている。図２（Ａ）に示すように、車両１０の直進時、すなわち矢印９方向への走行中は操舵輪１４Ｌ、１４Ｒは進行方向、すなわち矢印９の方向と平行に保たれている。同時に整流板１２もまた、長手方向両端が車体前後方向を向く位置で軸１３により支持されている。

軸１３は床１１と整流板１２とを車体上下方向に連結し、かつ操舵輪１４Ｌ、１４Ｒを車幅方向に結ぶ車軸１５の中心よりも車体前方となる位置に設けられている。実際に左右の操舵輪１４同士を結ぶ車軸が存在しない場合は両者の回転中心同士を結ぶ線を車軸１５とする。また整流板１２が車幅方向に複数設けられているとき、軸１３は車幅方向に略直線上に位置するように配置される。

図２（Ｂ）に示すように、車両１０が右に旋回する際には、操舵輪１４は矢印１８のように矢印９より右に舵角を与えられ回頭する。これと同時に整流板１２は軸１３を中心として、図示しない駆動手段で矢印１６のように、床１１と略平行な面内を矢印１６のように旋回する。すなわち整流板１２は、車両１０を旋回させるために操舵輪１４が旋回すれば、これと同方向に旋回する構造とされている。整流板１２の駆動手段としてはステアリング機構と機械的に直結、もしくはアクチュエータを介して電気的に駆動するなどの方法を用いることができる。

具体的には、軸１３にピニオンギア等を設け、ステアリングギア部分のラックギア、あるいはタイロッド等より操舵力を機械的に伝達することで軸１３自体を回転させ、整流板１２を操舵輪１４の旋回方向側に旋回させる構成とすることができる。あるいは軸１３を固定とし、整流板１２を旋回させるギアをモータで駆動する、もしくはパワーステアリングに用いられる油圧機構を利用して、軸１３を中心として油圧で整流板１２を車幅方向に押し引きすることで旋回させる構成とされていてもよい。

また整流板１２は車体前後方向に延設された板状部材に代えて、中空チューブ状の空力部材としてもよく、あるいは複数の空力部材を車幅方向に連ね、一個の部材として回動するような構成でもよい。または可撓性のある素材を用いて、車体前方端はそのままに、車体後方端を操舵輪１４の舵角に応じて曲げるようにしてもよい。

＜作用効果＞
次に本発明の第１実施形態の作用および効果について説明する。

図３に示すように、本実施形態においては、床１１に設けられた整流板１２が、車両１０を旋回させるために操舵輪１４が舵角を与えられれば、これと同方向に回転する構造とされている。

これにより車両１０の車体前方より、床１１と路面との間に吹き込む気流３０は整流板１２によって気流３２Ｌおよび気流３２Ｒのように整流される。

ここで、舵角が与えられた操舵輪１４に車体前方からの走行風（気流３０）が衝突する結果、操舵輪１４の車体後方には車体前方からの空気の流速が低下する、流速低下領域２０が形成される。この領域では空気の流量もまた減少するが、流速の低下により周囲に比較して気圧が高くなる。このため速度低下領域２０が床１１と重なる部分は、路面と床１１との間の気圧が周囲よりも高い、床下高圧領域２２となる。

左側の操舵輪１４Ｌの車体後方においては、整流板１２によって気流３０は気流３２Ｌのように誘導されるので、整流板１２が存在しない場合の流速低下領域１２０Ｌ（破線で図示）は気流３２Ｌの影響により、面積の小さい流速低下領域２０Ｌとなる。このため左側の操舵輪１４Ｌの車体後方で発生する床下高圧領域２２Ｌもまた整流板１２が存在しない場合に発生する床下高圧領域１２２Ｌに比較して面積が小さいものとなる。

一方、右側の操舵輪１４Ｒの車体後方においては、整流板１２によって気流３０は気流３２Ｒのように誘導されるので、整流板１２が存在しない場合の流速低下領域１２０Ｒ（破線で図示）は気流３２Ｒの影響により面積が拡大し、流速低下領域２０Ｒとなる。このため右側の操舵輪１４Ｒの車体後方で発生する床下高圧領域２２Ｒもまた整流板１２が存在しない場合に発生する床下高圧領域１２２Ｒに比較して面積が大きいものとなる。

上記のように左側の操舵輪１４Ｌの車体後方では床下高圧領域２２Ｌは面積が縮小し、右側の操舵輪１４Ｒの車体後方では床下高圧領域２２Ｒは面積が拡大する結果、両者の面積差は解消される方向に変動する。

これにより操舵輪１４の車体後方近傍の左右端、すなわち車幅方向両端部での床１１と路面との間の、左右の気圧差は解消されるので、車両１０のロール安定性を高めることができる。

前述のように、この効果は旋回時の車体重心移動によるロールや車体上面の空力特性とは無関係に発生するため、旋回時の重心移動が少なく空力特性の優れたスポーツカーなどの車両に応用することにより特に効果を発揮する。

これに対して図４に示す従来の車両１１０の場合、車両１１０が右へ旋回する際、操舵輪１１４に車体前方からの走行風（気流３０）が衝突する結果、操舵輪１１４の車体後方に車体前方からの空気の流速が低下する、流速低下領域１２０が形成される。この領域では流速の低下により周囲に比較して気圧が高くなるため、速度低下領域１２０が床１１１と重なる部分は、路面と床１１１との間の気圧が周囲よりも高い、床下高圧領域１２２となる。

右側の操舵輪１１４Ｒの車体後方に発生する流速低下領域１２０Ｒは、旋回時には操舵輪１１４Ｒに与えられる舵角によって操舵輪１１４Ｒと走行風とが衝突する投影面積が拡大するため、直進時に比較して範囲が拡大する。しかし同時に、車体左側の操舵輪１１４Ｌの車体後方においては、操舵輪１１４Ｒとは床１１１に対する位置関係が異なるため、発生する流速低下領域１２０Ｌが床１１１と重なる範囲もまた異なる。

すなわち図４のように車両１１０が右へ旋回中、右の操舵輪１１４Ｒの後方に発生する速度低下領域１２０Ｒの一部は床１１１と重なり床下高圧領域１２２Ｒを形成し、他の部分は車両１１０の幅方向外側に存在する。

これに対して左の操舵輪１１４Ｌの車体後方に発生する速度低下領域１２０Ｌは、より面積の大きい部分が床１１１と重なるため、形成される床下高圧領域１２２Ｌは右側の床下高圧領域１２２Ｒよりも面積が大きくなる。これにより床１１１の車体下方における気圧が左右で不均一となり、ロール安定性が低下する可能性がある。

この現象は操舵輪１１４に舵角を与えると同時に発生するので、コーナリング中に重心移動で発生するロールとは異なり、ステアリングを切ると同時に発生する。また重心位置が低く、重心移動の少ない車両１１０であっても防ぐことはできない。

＜第２実施形態＞
次に本発明が適用された第２実施形態に係る車両用空力制御装置について説明する。

走行風を整流する空力部材としては、整流板１２のように床１１より路面に向けて車体下側へ立設されたものではなく、車両１０の内部に車体前後方向のトンネルを形成する中空チューブ状の空力部材を設け、この空力部材を整流板１２に代えて操舵輪１４の舵角に対応して回頭させてもよい。

この場合、空力部材の走行風入口は車両１０の車体前方先端付近、あるいはフロントグリル内などに設け、出口は操舵輪１４の近傍、車体後方に設けることにより、第１実施形態と同様に走行風を操舵輪１４の車体後方に導く構成となる。

＜作用効果＞
次に本発明の第２実施形態の作用および効果について説明する。

第１実施形態の車両用空力制御装置と同様、本実施形態の車両用空力制御装置もまた操舵輪１４の舵角に応じて走行風を操舵輪１４の車体後方に導くことで、操舵輪１４の車体後方近傍の左右端、すなわち車幅方向両端部での床１１と路面との間の、左右の気圧差は解消されるので、車両１０のロール安定性を高めることができる。

本実施形態においては、走行風を導く空力部材が床１１の車体下方面ではなく車両１０の内部に設けられているため、車体外形寸法や意匠、あるいは地上最低高に影響することなく、空力部材を配置することができる。

以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲がこれらの実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

すなわち、上記実施形態では車体前方の二輪を操舵輪とする車両の空力制御装置を例としたが、これに限定せず、車幅方向両端に操舵輪を備えた車両構造であれば、本発明を応用することができる。すなわち、例えば四輪操舵方式の車両であった場合は後輪にも本発明を適用することができる。

本発明の第１実施形態に係る車両用空力制御装置を備える車両を示す斜視図である。 図１に示される車両用空力制御装置を拡大して示した平面図である。 図２に示される車両用空力制御装置の作用効果を示す平面図である。 従来の車両床面を示す平面図である。

符号の説明

１０ 車両
１１ 床
１２ 整流板
１３ 軸
１４ 操舵輪
１５ 車軸
２０ 流速低下領域
２２ 床下高圧領域
３０ 気流
３２ 気流

Claims (5)

1. 車幅方向両端に配置された操舵輪の間に、車幅方向両端に整流面を備え、車体上下方向を回転軸として車幅方向に回転可能に支持された整流部材を備え、
   前記整流部材は操舵時に前記操舵輪の操舵方向側に回転することを特徴とする車両用空力制御装置。
2. 前記整流部材は車体床下より車体下方向に延設されたフィンであることを特徴とする請求項１に記載の車両用空力制御装置。
3. 前記整流部材は車体内に設けられ、車体前側端に設けられた吸気口より前記操舵輪の車体後方に気流を導く管状部材であることを特徴とする請求項１に記載の車両用空力制御装置。
4. 複数の前記整流部材が車幅方向に配列されたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の車両用空力制御装置。
5. 前記整流部材の車体前後方向中心は前記操舵輪の車軸中心よりも車体前方に設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の車両用空力制御装置。

Images