JP2017165196A - 車両の前部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】走行中の車両の空気抵抗の抑制を図り燃費の向上を図る。
【解決手段】風路２０は、ホイールハウス１６よりも前方の車両１０の箇所に設けられ、車両１０の前後方向に延在しホイールハウス１６内に走行風を導く。風路２０の車両前方箇所は、フロントバンパカバー１２Ａに形成された前開口２００２となっており、風路２０の車両後方箇所は、ホイールハウス１６内に開放された後開口２００４となっている。風路２０は、前方から後方に至るにつれて断面積が次第に大きくなるように形成され、予め定められた車速において後開口２００４での走行風の流速Ｖ２が予め定められた所定範囲になるように、前開口２００２の断面積Ａ１が後開口２００４の断面積Ａ２よりも小さくなるように定められている。
【選択図】図３

Description

本発明は車両の前部構造に関する。

従来から走行中の車両に作用する空気抵抗を抑制して燃費の向上を図る車両の前部構造が提案されている。
特許文献１には、路面と車両下面との間からホイールハウス内に流入する走行風が車幅方向外側に噴出することで空気の流れに乱れが生じ空気抵抗が悪化するため、この空気の流れの乱れを抑制する技術が提案されている。
すなわち、この技術では、車両前部からの走行風をホイールハウス内に導入する空気通路を設け、空気通路からの走行風を車輪の外周面に衝突させる空気噴出口をホイールハウスの隔壁に設けることで、路面と車両下面との間からホイールハウス内に流入する走行風を抑制し、ホイールハウスから噴出する空気の流れの乱れの減少を図っている。
しかしながら、この技術では、走行風を車輪に衝突させることから、車輪に作用する空気抵抗が増加することが避けられず、車両全体に作用する空気抵抗の抑制を図る上で改善の余地がある。
一方、本発明者らは、車両走行中に、走行風がフロントバンパの前面に当たることでフロントバンパの前面に加わる圧力と、走行風が当たらないフロントバンパの後面に加わる圧力との差が、車両の空気抵抗に大きな影響を与えることに着目した。

特開２０１４−１２５０１３号公報

本発明は上記圧力の差に着目してなされたものであり、その目的は、走行中の車両の空気抵抗の抑制を図り燃費の向上を図る上で有利な車両の前部構造を提供することにある。

上述の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ホイールハウスに前輪が収容された車両の前部構造であって、前記ホイールハウスよりも前方の車両の箇所に、車両の前後方向に延在し前記ホイールハウス内に走行風を導く風路が設けられ、予め定められた車速において前記風路の車両後方箇所の走行風の流速が予め定められた所定範囲になるように、車両の前方に位置する前記風路の断面が車両の後方に位置する前記風路の断面よりも小さく形成されていることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記風路は、前輪よりも車幅方向内側に変位した箇所で車両の前後方向に延在していることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記風路に、前記風路の断面積を調節するシャッターが設けられていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、前記風路の車両後方箇所は、前記ホイールハウス内に開放された後開口となっており、前記シャッターの開度を、前記後開口を通過する走行風の流速に応じて調節する制御部が設けられていることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、予め定められた車速において風路の車両後方箇所の走行風の流速が予め定められた所定範囲となるため、ホイールハウス内の圧力が上昇し、フロントバンパの前側の空気の圧力と、ホイールハウス内の空気の圧力との差が減少する。
したがって、走行風による車両を後方に押す力が低減されることになり、走行中の車両の空気抵抗を低減することができ、燃費の向上を図る上で有利となる。
請求項２記載の発明によれば、風路が前輪よりも車幅方向内側に変位した箇所で車両の前後方向に延在しているため、前輪に走行風が当たることで生じる空気抵抗を抑制し燃費の向上を図る上でより有利となる。
請求項３記載の発明によれば、シャッターにより風路の断面積を調節することにより、車速に拘わらず、風路の車両後方箇所の走行風の流速が予め定められた所定範囲になるようにする上でより有利となるため、走行中の車両の空気抵抗を低減し燃費の向上を図る上でより有利となる。
請求項４記載の発明によれば、シャッターの開度を、後開口を通過する走行風の流速に応じて調節するので、請求項３の効果を高める上で有利となる。

第１の実施の形態に係る車両の前部構造を示す車両の側面図である。 （Ａ）は図１のＡＡ線断面、（Ｂ）は（Ａ）のＢＢ線断面図である。 第２の実施の形態におけるシャッターの構造を示す説明図であり、（Ａ）はシャッターの第１の例を示す説明図、（Ｂ）はシャッターの第２の例を示す説明図、（Ｃ）はシャッターの第３の例を示す説明図である。 シャッターの制御動作を説明するフローチャートである。

（第１の実施の形態）
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
なお、図１、図２において、符号ＦＲは車両前方、符号ＲＲは車両後方、符号ＵＰは車両上方、符号ＯＵＴは車幅方向外側を示している。
図１、図２に示すように、車両１０の前部には、フロントバンパ１２と、前部空間１４と、ホイールハウス１６と、前輪１８と、風路２０とが配置されている。

フロントバンパ１２は、不図示のバンパビームと、フロントバンパカバー１２Ａとを含んで構成されている。
バンパビームは、車両前部において車幅方向に延在し、その両側が車体フレームを構成する部材に取着されている。フロントバンパカバー１２Ａは合成樹脂製で、バンパビームにボルトにより締結されている。

前部空間１４は、フロントバンパ１２の後方に位置し、不図示ダッシュボードにより車室の前方に仕切られ、ボンネット２２により開閉される。
車両１０がエンジン車であれば、前部空間１４にはエンジンが収容され、車両１０がハイブリッド車、あるいは、プラグインハイブリッド車であれば、前部空間１４にはエンジンおよびインバータが収容され、車両１０が電動車であれば、前部空間１４にはインバータが収容される。

ホイールハウス１６は、前輪１８を収容するものであり、フェンダーシールドやスプラッシュシールドなどの車体を構成する車体パネルの部分によって構成されている。
ホイールハウス１６内は、前部空間１４と連通しており、ホイールハウス１６内の圧力が変化すると、その圧力の変化は音速の速度で前部空間１４に伝わる。

風路２０は、ホイールハウス１６よりも前方の車両１０の箇所に設けられている。
風路２０は、車両１０の前後方向に延在しホイールハウス１６内に走行風を導くものである。
風路２０の車両前方箇所は、フロントバンパカバー１２Ａに形成された前開口２００２となっており、風路２０の車両後方箇所は、ホイールハウス１６内に開放された後開口２００４となっている。
図１に示すように、風路２０は、前方から後方に至るにつれて断面積が次第に大きくなるように形成され、したがって、前開口２００２の断面積Ａ１が後開口２００４の断面積Ａ２よりも小さく形成されている。

本実施の形態では、図２（Ｂ）に示すように、風路２０は断面が矩形状を呈し、風路２０は、車幅方向の幅Ｗと、上下方向の高さＨを有している。
本実施の形態では、風路２０は、幅Ｗが均一であり、高さＨが車両１０の前方から後方に至るにつれて次第に大きくなるように形成されている。
なお、風路２０は、高さＨが均一で、幅Ｗが車両１０の前方から後方に至るにつれて次第に大きくなるように形成されていてもよいし、風路２０は、幅Ｗと高さＨの双方が車両１０の前方から後方に至るにつれて次第に大きくなるように形成されていてもよい。なお、風路２０の断面形状は、円形や多角形などであってもよく矩形に限定されない。
また、本実施の形態では、図２（Ａ）に示すように、風路２０は、前輪１８よりも車幅方向内側に変位した箇所で車両１０の前後方向に延在しており、後開口２００４からホイールハウス１６内に導かれた走行風が前輪１８に直接当たらないように図られている。

次に作用効果について説明する。
車両１０の走行時、走行風は、前開口２００２から風路２０内に導入され後開口２００４からホイールハウス１６内に至る。
ここで、前開口２００２の断面積をＡ１、後開口２００４の断面積をＡ２とし、前開口２００２での走行風の流速をＶ１、後開口２００４での走行風の流速をＶ２としたとき、以下の関係式（１）が成立する。
Ｖ２＝（Ｖ１×Ａ１）／Ａ２……（１）
この関係式（１）に基いて、後開口２００４での走行風の流速Ｖ２が予め定められた所定範囲になるように、前開口２００２の断面積Ａ１が後開口２００４の断面積Ａ２よりも小さくなるように設定する。
このように前開口２００２の断面積Ａ１と後開口２００４の断面積Ａ２とを設定すると、走行風の流速が高いほど走行風の圧力が低下し、走行風の流速が低いほど走行風の圧力が増加するという関係から、ホイールハウス１６内の圧力が上昇し、フロントバンパ１２の前側の空気の圧力と、ホイールハウス１６内の空気の圧力との差が減少する。
また、ホイールハウス１６内の圧力は、前部空間１４に伝わるため、フロントバンパ１２の前側の空気の圧力と、前部空間１４の圧力との差も減少する。
したがって、走行時におけるフロントバンパ１２の前面に加わる圧力と、フロントバンパ１２の後側の車体部分であるホイールハウス１６および前部空間１４に加わる圧力との差が減少する。
そのため、走行風による車両１０を後方に押す力が低減されることになり、走行中の車両１０の空気抵抗を低減することができ、燃費の向上を図る上で有利となる。

流速Ｖ１、Ｖ２は、車速に応じて変化するため、流速Ｖ２が所定範囲となる断面積の比率Ａ１／Ａ２は車速に応じて異なる。
したがって、車両１０が空気抵抗の影響を大きく受ける車速を予め設定しておき、この車速に応じて断面積の比率Ａ１／Ａ２を設定すればよい。
例えば、車両１０が空気抵抗の影響を大きく受ける車速を、日本仕様の車両には、７０ｋｍ／ｈ、８０ｋｍ／ｈ、９０ｋｍ／ｈ、１００ｋｍ／ｈに予め設定すればよく、ヨーロッパ仕様の車両には、アウトバーンがあるため、１００ｋｍ／ｈ、１２０ｋｍ／ｈ、１４０ｋｍ／ｈ、１６０ｋｍ／ｈに予め設定すればよい。
なお、車両１０が空気抵抗の影響を大きく受ける車速の設定は、上述のように７０ｋｍ／ｈ以上の適宜値とすることができ、例えばスポーツタイプの車両やワンボックスカーなど車種に応じても適宜設定することができる。
例えば、予め車速を７０ｋｍ／ｈに設定し、この車速に対応して流速Ｖ２が所定範囲となる断面積の比率Ａ１／Ａ２を設定した場合、車速が７０ｋｍ／ｈよりも高くなるほど、流速Ｖ２が増加する。
そのため、風路２０を介してホイールハウス１６に導かれる走行風が前輪１８に当たりやすくなり、空気抵抗を抑制する効果が低下する。
しかしながら、本発明を適用しない場合に比較して空気抵抗を抑制する効果は発揮される。

また、本実施の形態では、風路２０は、前輪１８よりも車幅方向内側に変位した箇所で車両１０の前後方向に延在しているため、風路２０を介して前輪１８に当たる走行風を減らすことができ、前輪１８に走行風が当たることで生じる空気抵抗を抑制できるため、走行中の車両１０の空気抵抗を低減することができ、燃費の向上を図る上でより有利となる。

なお、第１の実施の形態では、７０ｋｍ／ｈ以上の車速に対応して流速Ｖ２が予め定められた所定範囲となる断面積の比率Ａ１／Ａ２を予め設定した場合について説明した。
しかしながら、車速が７０ｋｍ／ｈ未満であっても車両１０がある程度の空気抵抗の影響を受けるので、７０ｋｍ／ｈ未満の車速に対応して流速Ｖ２が予め定められた所定範囲となる断面積の比率Ａ１／Ａ２を予め設定してもよく、その場合、走行中の車両１０の空気抵抗を低減することで燃費の向上を図ることができることは無論である。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、図４を参照して説明する。
なお、以下の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部分、部材については第１の実施の形態と同一の符号を付してその説明を省略する。
第１の実施の形態では、予め定められた車速（例えば７０ｋｍ／ｈ）に対応して流速Ｖ２が予め定められた所定範囲となる断面積の比率Ａ１／Ａ２を設定しており、車速が変化した場合でも前開口２００２および後開口２００４の断面積は固定値となる。
前述したように、前開口２００２および後開口２００４の走行風の流速Ｖ１、Ｖ２は車速の影響を受けるため、前開口２００２および後開口２００４の断面積の比率Ａ１／Ａ２が固定されていると、車速が上記予め定められた車速から変化した場合に、空気抵抗を低減する効果を最大限には得られないことが考えられる。
また、前開口２００２および後開口２００４の断面積の比率Ａ１／Ａ２が適切で無いと、タイヤやホイールハウス１６を構成する車体の部分に走行風が当たって空気抵抗が増加することが懸念される。

そこで、第２の実施の形態では、後開口２００４の走行風の流速Ｖ２に応じて風路２０の断面積の大きさを調節するようにしたものであり、シャッター２４と、流速検出部２６と、ＥＣＵ２８とを備えている。
本実施の形態では、シャッター２４は、後開口２００４の走行風の流速Ｖ２に応じて風路２０の断面積の大きさを調節するものであり、後開口２００４に設けられている。
なお、シャッター２４は、前開口２００２に設けても、前開口２００２および後開口２００４の双方に設けてもよく、要するに風路２０の断面積の大きさを調節することで、前開口２００２および後開口２００４の断面積の比率Ａ１／Ａ２を調節することができればよい。

シャッター２４の具体的な構成として以下のようなものが例示される。
第１の例では、シャッター２４は、図３（Ａ）に示すように、後開口２００４を開閉する方向にスライド可能に設けられた蓋部２４０２で構成されている。
蓋部２４０２は、アクチュエータ３０によりスライド移動されることで風路２０の断面積の大きさを調整する。
アクチュエータ３０は、モータ３００２と、モータ３００２の駆動軸により回転される送りねじ３００４と、蓋部２４０２に設けられ送りねじ３００４に螺合する雌ねじ部材３００６とで構成されている。

また、第２の例では、シャッター２４は、図３（Ｂ）に示すように、後開口２００４の内側で支軸２４１０を中心に支軸２４１０と一体に回転する複数のフィン２４１２で構成されている。
複数のフィン２４１２は、アクチュエータ３２により各支軸２４１０が回転されることで揺動し、風路２０の断面積の大きさを調整する。
アクチュエータ３２は、モータ３２０２と、モータ３２０２の駆動軸に連結されモータ３４０２の回転により各支軸２４１０を回転させるギア機構３２０４で構成されている。

また、第３の例では、シャッター２４は、図３（Ｃ）に示すように、円形の開口に設けられ周方向に移動することで開口を開閉する複数のフィン２４２０で構成されている。
複数のフィン２４２０は、アクチュエータ３０により周方向に移動されることで風路２０の断面積の大きさを調整する。
アクチュエータ３４は、モータ３４０２と、モータ３４０２の駆動軸に連結されモータ３４０２の回転により各フィン２４２０を周方向に移動させるギア機構３４０４で構成されている。
上述したようにシャッター２４の構成は種々考えられ、従来公知の様々なシャッターの構成が適用可能である。

流速検出部２６は、後開口２００４の流速Ｖ２を検出し、その検出結果をＥＣＵ２８に供給するものである。
なお、流速Ｖ２＞０は、後開口２００４からホイールハウス１６内に走行風が流れる状態を示している。
また、流速Ｖ２＝０は、後開口２００４を通過する走行風が無い状態を示している。
また、流速Ｖ２＜０は、ホイールハウス１６内から後開口２００４に走行風が流れる状態を示し、風路２０内が負の圧力となっていることを示している。

ＥＣＵ２８は、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。
ＥＣＵ２８には、アクチュエータ３０、３２，３４のモータ３００２，３２０２，３４０２が接続されており、ＣＰＵが上記制御プログラムを実行することにより、モータ３００２，３２０２，３４０２の回転制御を行なうものである。
すなわち、ＥＣＵ２８は、流速検出部２６で検出された流速Ｖ２が低いほど後開口２００４の断面積Ａ２を狭く、流速検出部２６で検出された流速Ｖ２が高いほど後開口２００４の断面積Ａ２を広く調節する制御部２８Ａを構成している。

図４のフローチャートを参照して制御部２８Ａの動作について説明する。
制御部２８Ａは、流速検出部２６で検出された流速Ｖ２が予め定められた所定範囲であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。
所定範囲とは、流速Ｖ２がゼロに近い正の値となる範囲であり、所定範囲は、０＜Ｖ２≦αで規定される。ただし、αは０より大きく、車両の空気抵抗を充分に低減できるに足る値として設定される。
ステップＳ１０の判定が肯定であれば、後開口２００４の断面積Ａ２を維持し、言い換えると、前開口２００２の断面積Ａ１と後開口２００４の断面積Ａ２との比率（Ａ１／Ａ２）を維持する（ステップＳ１２）。
これにより、流速Ｖ２がゼロに近い正の値となる状態が維持され、したがって、フロントバンパ１２の前面に加わる圧力と、フロントバンパ１２の後側の車体部分であるホイールハウス１６および前部空間１４に加わる圧力との差が減少した状態が維持され、走行中の車両１０の空気抵抗が抑制された状態が維持される。

ステップＳ１０の判定が否定であり、流速Ｖ２が上記所定範囲を上回った場合（Ｖ２＞α）は、フロントバンパ１２の前面に加わる圧力が、フロントバンパ１２の後側の車体部分であるホイールハウス１６および前部空間１４に加わる圧力よりも大きい。
したがって、制御部２８Ａは、後開口２００４の断面積Ａ２を所定量増加させ、言い換えると、前開口２００２の断面積Ａ１と後開口２００４の断面積Ａ２との比率（Ａ１／Ａ２）が所定量減少するようにアクチュエータ３０を制御する（ステップＳ１４）。
これにより、流速Ｖ２が低下し、したがって、ホイールハウス１６内の圧力が増加し、フロントバンパ１２の前面に加わる圧力と、フロントバンパ１２の後側の車体部分であるホイールハウス１６および前部空間１４に加わる圧力との差が減少し、走行中の車両１０の空気抵抗が抑制される。

ステップＳ１０の判定が否定であり、流速Ｖ２が上記所定範囲を下回った場合（Ｖ２≦０）は、流速Ｖ２が負の値であり、風路２０内の圧力が低下し、フロントバンパ１２の前面に加わる圧力が風路２０内の圧力よりも大きくなり、したがって、フロントバンパ１２の前面に加わる圧力と風路２０内の圧力との差によって空気抵抗が発生してしまう。
したがって、制御部２８Ａは、後開口２００４の断面積Ａ２を所定量低下させ、言い換えると、前開口２００２の断面積Ａ１と後開口２００４の断面積Ａ２との比率（Ａ１／Ａ２）が所定量増加するようにアクチュエータ３０を制御する（ステップＳ１６）。
これにより、流速Ｖ２が負の値からゼロに向かって上昇し、したがって、風路２０内の圧力が増加し、フロントバンパ１２の前面に加わる圧力と風路２０内の圧力との差が低下し、走行中の車両１０の空気抵抗が抑制される。
このような処理を繰り返して実行することで車速による流速Ｖ２の変化に拘わらず、フロントバンパ１２の前面に加わる圧力と、フロントバンパ１２の後側の車体部分であるホイールハウス１６および前部空間１４に加わる圧力との差をほぼゼロにすることができる。
したがって、車速に拘わらず、走行風による車両１０を後方に押す力が低減されることになり、走行中の車両１０の空気抵抗を一層低減することができ、燃費の向上を図る上でより一層有利となる。

１０ 車両
１２ フロントバンパ
１４ 前部空間
１６ ホイールハウス
１８ 前輪
２０ 風路
２４ シャッター
２６ 流速検出部
２８ ＥＣＵ
２８Ａ 制御部
３０、３２、３４ アクチュエータ

Claims (4)

1. ホイールハウスに前輪が収容された車両の前部構造であって、
   前記ホイールハウスよりも前方の車両の箇所に、車両の前後方向に延在し前記ホイールハウス内に走行風を導く風路が設けられ、
   予め定められた車速において前記風路の車両後方箇所の走行風の流速が予め定められた所定範囲になるように、車両の前方に位置する前記風路の断面が車両の後方に位置する前記風路の断面よりも小さく形成されている、
   ことを特徴とする車両の前部構造。
2. 前記風路は、前輪よりも車幅方向内側に変位した箇所で車両の前後方向に延在している、
   ことを特徴とする請求項１記載の車両の前部構造。
3. 前記風路に、前記風路の断面積を調節するシャッターが設けられている、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の車両の前部構造。
4. 前記風路の車両後方箇所は、前記ホイールハウス内に開放された後開口となっており、
   前記シャッターの開度を、前記後開口を通過する走行風の流速に応じて調節する制御部が設けられている、
   ことを特徴とする請求項３記載の車両の前部構造。

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