JP2019043488A - 車両の空気抵抗低減システム及び車両の空気抵抗低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両走行時の空気抵抗を低減することができる車両の空気抵抗低減システム及び車両の空気抵抗低減方法を提供する。【解決手段】車両の車体フレーム２に、前方より順にキャブ３、荷台４を前後方向に離間した状態で載置するとともに、左右方向に見て、このキャブ３の上端よりも上方に傾き自在に支持された可変翼板６を備える。可変翼板６の前端６ａよりも荷台４側の高さが低い場合には、可変翼板６を傾ける駆動装置４により可変翼板６を傾けて、可変翼板６の後端６ｂをその前端６ａよりも下方に配置する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の空気抵抗低減システム及び車両の空気抵抗低減方法に関する。

荷台付きの車両では、車体のシャシフレームに前方より順にキャブと荷台が組み付けられている。車両が振動する際には、キャブの動きと荷台の動きが異なり、キャブと荷台が接触する虞があるので、キャブと荷台の間には前後方向に十分な隙間があけられている。

荷台はキャブより幅広で高い場合が多い。このような場合には、車両走行時にキャブの側面や上面に沿って通過した空気流が荷台の前面に衝突したり、キャブと荷台の間の隙間に空気が入り込んだりするので、車両走行に対する空気抵抗が増加する。この対策としては、可動式のフラップ付きのウインドディフレクタ装置（エアデフレクタ）を車両に設けて、フラップを調整することでウインドディフレクタ装置の全高をバン型荷台の高さに一致させて、車両走行時の空気抵抗の低減を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２８４４４２号公報

ところで、キャブの高さが荷台又は荷台に積載される積荷よりも高い車両もある。このような車両では、車両走行時に、キャブと荷台又は積荷の間の段差に起因して荷台の前方上部に空気渦が発生し、車両がこの空気渦を引っ張る形で走行することで空気抵抗が増加している。したがって、この空気渦を低減することが重要となる。

特許文献１に記載の装置は、キャブの高さが荷台又は荷台に積載される積荷よりも低いことを前提としており、キャブの高さが荷台又は荷台に積載される積荷よりも高い場合を考慮していない。それ故、特許文献１に記載の装置では、キャブの高さが荷台又は荷台に積載される積荷よりも高い場合に生じる車両走行時の空気抵抗を低減できない。

本発明の目的は、車両走行時の空気抵抗を低減することができる車両の空気抵抗低減システム及び車両の空気抵抗低減方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の車両の空気抵抗低減システムは、車両の車体フレームに、前方より順にキャブ、荷台を前後方向に離間した状態で載置して構成される車両の空気抵抗低減システムにおいて、左右方向に見て、前記キャブの上端よりも上方に傾き自在に支持された可変翼板と、この可変翼板を傾ける駆動装置とを備えて、この可変翼板の前端よりも前記荷台又はその荷台に積載された積荷が低い場合に、前記駆動装置が前記可変翼板を傾けてこの可変翼板の後端をその前端よりも下方に配置することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するための本発明の車両の空気抵抗低減方法は、車両の車体フレームに、前方より順にキャブ、荷台を前後方向に離間した状態で載置して構成される車両の空気抵抗低減方法において、前記車両の走行中に前記荷台又はその荷台に積載された積荷の高さを取得し、この取得した高さが、左右方向に見て、前記キャブの上端よりも上方に傾き自在に支持された可変翼板の前端の高さよりも小さいか否かを判定し、前記荷台又はその荷台に積載された積荷の高さが前記前端の高さよりも小さいと判定したときに、前記可変翼板を傾ける駆動装置が前記可変翼板を傾けてこの可変翼板の後端をその前端よりも下方に配置することを特徴とする。

本発明によれば、キャブ側の高さが荷台側の高さより大きい場合でも、キャブの上端よりも上方に傾き自在に支持された可変翼板の後端をその前端よりも下方に配置することで、キャブ側の高さと荷台側の高さの差を小さくすることができる。これにより、車両走行時にキャブ側の高さと荷台側の高さの差を起因とする荷台の前方上部に発生する空気渦を低減するには有利になり、車両走行時の空気抵抗を低減することができる。

なお、キャブ側の高さ（可変翼板の高さ）とは、キャブの高さに、キャブの上端と可変翼板の前端の間の高さを上乗せした高さである。また、荷台側の高さとは、荷台又は荷台に積載される積荷の高さである。

本発明の車両の空気抵抗低減システムの左右方向から見た状態で、可変翼板の後端をその前端よりも下方に傾斜させた状態を例示する図である。 図１の車両の空気抵抗低減システムを上方向から見た状態を例示する図である。 図１の車両の空気抵抗低減システムで、可変翼板を車両の前後方向に平行に配置した状態を例示する図である。 図１の車両の空気抵抗低減システムで、可変翼板の後端をその前端よりも上方に配置した状態を例示する図である。 本発明の車両の空気抵抗低減方法の制御フローを例示する図である。

以下、本発明の車両の空気抵抗低減システムについて図に示した実施形態に基づいて説明する。なお、本実施形態では、車両の前後方向をＸ方向、車両の左右方向をＹ方向、車両の高さ方向（上下方向）をＺ方向とする。

本発明の車両の空気抵抗低減システム１を備える車両は、図１、図２に示すように、その車体フレーム２に、前方より順にキャブ３、荷台４をＸ方向に離間した状態で載置して構成される。キャブ３は、車両の前端に配置されて、その内部には運転席が備わる。荷台４は、キャブ３より後方に配置されて、その上には積荷１４が積載される。キャブ３と荷台４のＸ方向の離間距離は、車両が振動した際にキャブ３と荷台４が接触する虞のない距離以上に設定される。

キャブ３の上端（上面）にはその全域に亘ってエアデフレクタ５が備わる。エアデフレクタ５は、Ｙ方向から見て、エアデフレクタ５の前端から後端に向うにつれて上方に傾斜する流線形の傾斜面を有する装置である。また、この傾斜面の後端中央には、可変翼板６が備わる。この可変翼板６は、Ｙ方向から見て、可変翼板６の前端６ａを中心にして後端がＺ方向上下に傾き自在の装置である。キャブ３の上端より上方を通過する走行風（空気流）Ａは、エアデフレクタ５の流線形の傾斜面に沿って流れた後、可変翼板６の上面の傾斜角度に応じた方向に流れる。

なお、可変翼板６は、エアデフレクタ５の後端の全域に形成してもよい。また、可変翼板６は、エアデフレクタ５とは別体として、エアデフレクタ５の上端（上面）に設置してもよい。この場合は、エアデフレクタ５の上端は、可変翼板６を設置しやすいように、水平面とすることが好ましい。

可変翼板６の後方下部には、駆動装置としてエアシリンダ１０が接続される。エアシリンダ１０は、エアタンク８から開閉バルブ９を介して供給される圧縮空気によりＺ方向に伸縮可能な装置である。エアシリンダ１０のＺ方向の伸縮により可変翼板６の後端６ｂはその前端６ａを中心にＺ方向に傾動する。開閉バルブ９は、可変翼板６を傾動させる必要がある場合に、開状態となり、その他の場合は閉状態となる装置である。エアタンク８にはエアコンプレッサ７が接続されて、このエアコンプレッサ７の駆動により生成される圧縮空気がエアタンク８に貯留される。エアコンプレッサ７は、図示しないエンジンのクランクシャフトに連結されており、クランクシャフトの回転動力により駆動する。

なお、可変翼板６の駆動装置としては、エアシリンダ１０の他に、油圧シリンダや電動シリンダ、または、電動モータとギヤ機構でもよい。また、エアデフレクタ５に駆動用の電気を供給する専用のバッテリを備えて、この専用のバッテリを可変翼板６の駆動装置としてもよい。また、エンジン（内燃機関）の動力の一部をギヤ機構等の動力伝達機構を介してエアデフレクタ５に供給する構成、すなわち、エンジンを可変翼板６の駆動装置としてもよい。また、上記の各装置７〜９の設置位置はキャブ３の内部に限定されず、これらの装置７〜９の全てをエアデフレクタ５の内部に設置してもよい。

空気抵抗低減システム１は、高さ取得装置１１、速度取得装置１２、及び制御装置１３を備える。

高さ取得装置１１は、荷台４又は荷台４に積載された積荷１４の高さ（荷台４側の高さ）ｈｂを取得する装置である。高さ取得装置１１としては、レーザセンサが例示される。速度取得装置１２は、車両の速度ｖを取得する装置であり、車速センサが例示される。

制御装置１３は、各種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。制御装置１３は、上記したレーザセンサ１１や車速センサ１２等の各種センサ、開閉バルブ９等の各種装置に信号線を介して電気的に接続されている。また、制御装置１３には、可変翼板６の前端６ａの高さｈａが予め記憶されている。なお、可変翼板６の駆動源を圧縮空気ではなく、例えば、エアデフレクタ５の内部に専用のバッテリを備えてこの専用のバッテリから供給される電気とする場合は、制御装置１３はこの専用のバッテリと電気的に接続される。

可変翼板６の動作について説明する。制御装置１３は、レーザセンサ１１の取得値ｈｂまたは車速センサ１２の取得値ｖに基づいて、可変翼板６の前端６ａと後端６ｂの間の上面の傾斜角度を変更する必要がある場合は、開閉バルブ９を開状態とし、エアタンク８に貯留された圧縮空気をエアシリンダ１０に供給して、可変翼板６をＺ方向に傾ける。エアシリンダ１０への圧縮空気の供給量が大きくなるにつれて、可変翼板６の傾き量は大きくなり、後端６ｂの高さが大きくなる。

本発明では、図１に示すように、Ｙ方向に見て、可変翼板６の前端６ａよりも荷台４又は荷台４に積載された積荷１４が低い場合に、すなわち、制御装置１３に記憶しておいた可変翼板６の前端６ａの高さｈａよりもレーザセンサ１１により取得された荷台４側の高さｈｂが小さい場合には、制御装置１３から開閉バルブ９への制御信号に基づいて、エアシリンダ１０が可変翼板６を傾けて、この可変翼板６の後端６ｂをその前端６ａよりも下方に配置する。

なお、図３に示すように、可変翼板６の前端６ａと荷台４又はその荷台４に積載された積荷１４の高さが等しい場合に、すなわち、可変翼板６の前端６ａの高さｈａが荷台４側の高さｈｂと等しい場合には、制御装置１３から開閉バルブ９への制御信号に基づいて、エアシリンダ１０が可変翼板６を傾けて、この可変翼板６の後端６ｂと前端６ａの高さが等しくなるように配置する。

また、図４に示すように、可変翼板６の前端６ａよりも荷台４又はその荷台４に積載された積荷１４が高い場合に、すなわち、可変翼板６の前端６ａの高さｈａよりも荷台４側の高さｈｂが大きい場合に、制御装置１３から開閉バルブ９への制御信号に基づいて、エアシリンダ１０が可変翼板６を傾けて、この可変翼板６の後端６ｂをその前端６ａよりも上方に配置する。

すなわち、本発明では、レーザセンサ１１が取得した荷台４側の高さｈｂに基づいて、制御装置１３により駆動装置４を駆動して、駆動装置４が可変翼板６を傾ける制御を行う。

また、可変翼板６を傾ける時間が多くなるほどエアタンク８に圧縮空気を補充するためにエアコンプレッサ７の駆動時間を多くする必要があり、エネルギー消費量が大きくなる。それ故、車両の空気抵抗が車両の走行抵抗のうちで最も支配的になる走行条件が成立した場合に限って可変翼板６を荷台４側の高さｈｂに基づく傾き量分だけ傾けることが好ましい。車両の空気抵抗が車両の走行抵抗のうちで最も支配的になる走行条件の一例としては、空気抵抗が車速ｖの二乗に比例することから、車速ｖが高速道路における法定最高速度となった場合が挙げられる。

したがって、本発明では、車両の空気抵抗が車両の走行抵抗のうちで最も支配的とはならない走行条件では、すなわち、車速センサ１２が取得した車速ｖが可変翼板６の前端６ａと荷台４又はその荷台４に積載された積荷１４との高さの差分（＝ｈａ−ｈｂ）により空気抵抗が増加する速度（設定速度）ｖ１を下回るときには、Ｙ方向に見て、可変翼板６における前端６ａ及び後端６ｂの上下の位置関係を制御装置１３により予め設定した関係に維持する。この予め設定した関係は、エアシリンダ１０に供給される圧縮空気の量が少ない関係であることが好ましく、より好ましくは、圧縮空気の供給量がゼロである関係であることが好ましい。なお、圧縮空気の供給量がゼロである場合の可変翼板６の後端６ｂの位置は、可変翼板６がエアデフレクタ５の流線形の傾斜面に対して上方に突出しない、且つ下方に引っ込まない位置（標準位置）とすることが好ましい。

そして、車両の空気抵抗が車両の走行抵抗のうちで最も支配的となる走行条件では、すなわち、車速センサ１２が取得した車速ｖが設定速度ｖ１以上になったときでは、可変翼板６を荷台４側の高さｈｂに基づく位置まで傾ける制御を行う。

本発明の車両の空気抵抗低減システムを基にした制御方法の一例について、図５の制御フローを基に説明する。図５に示す制御フローは、車両の走行が開始して停車するまで、つまり、車両の走行により空気抵抗が生じる間に周期的に実施される制御フローである。

図５に示す制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、レーザセンサ１１により荷台４側の高さｈｂを取得して制御装置１３に記憶する。ステップＳ１０を実施後、ステップＳ２０に進み、ステップＳ２０にて可動翼板６の前端６ａと荷台４側との高さの差（＝ｈａ−ｈｂ）に応じた可変翼板６の傾き量を算出する。ステップＳ２０を実施後、ステップＳ３０に進む。

ステップ３０にて、車速センサ１２の取得値ｖが設定速度ｖ１以上であるか否かを判定する。この判定で、取得値ｖが設定速度ｖ１以上である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ４０に進み、ステップＳ４０にて、可変翼板６をステップＳ２０で算出した傾き量分だけ傾ける。あるいは、後述するステップＳ６０の判定を通過した後で、既に可変翼板６をステップＳ２０で算出した傾き量分だけ傾けているときには、この傾き状態を維持する。ステップＳ４０の実施後、ステップＳ６０に進む。一方、上記の判定で、取得値ｖが設定速度ｖ１未満である場合（ＮＯ）には、ステップＳ５０に進み、ステップＳ５０にて、可変翼板６を傾けないままとする。あるいは、後述するステップＳ６０の判定を通過した後で、既に可変翼板６をステップＳ２０で算出した傾き量分だけ傾けているときには、この傾き量分だけ逆側に可変翼板６を傾けて、可変翼板６における前端６ａ及び後端６ｂの上下の位置関係を予め設定した関係に戻す。ステップＳ５０を実施後、ステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０にて、車両が近々停止状態となるか否かを判定する。車両が停止状態にならない場合（ＮＯ）には、再度ステップＳ３０〜ステップＳ５０を行う。車両が停止状態となる場合（ＹＥＳ）には、リターンして、本制御フローを終了する。なお、本制御フローの終了時に、可変翼板６がステップＳ２０で算出した傾き量分だけ傾いているときには、この傾き量分だけ逆側に可変翼板６を車両の停止前に傾ける。

以上より、本発明によれば、図１に示すように、キャブ３側の高さが荷台４側の高さより大きい場合でも、キャブ３の上端よりも上方に傾き自在に支持された可変翼板６の後端６ｂをその前端６ａよりも下方に配置することで、キャブ３側の高さと荷台４側の高さの差を小さくすることができる。これにより、車両走行時にキャブ３側の高さと荷台４側の高さの差を起因とする荷台４の前方上部に発生する空気渦を低減するには有利になり、車両走行時の空気抵抗を低減することができる。

また、図４に示すように、キャブ３側の高さが荷台４側の高さより小さい場合には、可変翼板６の傾きによりその後端６ｂが前端６ａよりも上方に配置されるようにすることで、走行風（空気流）Ａが荷台４又は積荷１４の上方に向って流れるようになるので、荷台４又は積荷１４への空気流Ａの衝突を防止して、車両走行時の空気抵抗を低減することができる。

また、荷台４側の高さｈｂに基づいて、制御装置１３により、可変翼板６を傾ける制御を行うことで、車両走行時の空気抵抗の性質に応じて、この性質毎に適切に空気抵抗を低減することができる。

また、車速ｖに基づいて、制御装置１３により、可変翼板６を傾ける制御を行うことで、車両走行時の空気抵抗が増加する走行条件の場合に限って可変翼板６を傾けることが可能となるので、可変翼板６の傾きに要するエネルギー消費量を抑制しながら、車両走行時の空気抵抗の低減効果を増大させることができる。

なお、本発明では、可変翼板６の前端６ａと後端６ｂの上下の位置関係がキャブ３等の各々の高さ関係に応じた関係になればよい。したがって、本実施形態では、可変翼板６の前端６ａの高さを固定した構成としたが、可変翼板６の前端６ａと後端６ｂの上下の位置関係がキャブ３等の各々の高さ関係に応じた関係であれば、可変翼板６の傾きに応じてその前端６ａの高さが変動する構成としてもよい。ただし、この場合は、可変翼板６の前端６ａの高さを取得するためのレーザセンサを別途設けて、車両の走行中にこのレーザセンサの取得値を予め設定した制御単位毎に制御装置１３に送信することが必要となる。

１ 車両の空気抵抗低減システム
２ 車体フレーム
３ キャブ
４ 荷台
５ エアデフレクタ
６ 可変翼板
６ａ 前端
６ｂ 後端
７ エアコンプレッサ
８ エアタンク
９ 開閉バルブ
１０ エアシリンダ
１１ レーザセンサ（高さ取得装置）
１２ 速度センサ（速度取得装置）
１３ 制御装置
１４ 積荷

Claims (7)

1. 車両の車体フレームに、前方より順にキャブ、荷台を前後方向に離間した状態で載置して構成される車両の空気抵抗低減システムにおいて、
   左右方向に見て、前記キャブの上端よりも上方に傾き自在に支持された可変翼板と、この可変翼板を傾ける駆動装置とを備えて、この可変翼板の前端よりも前記荷台又はその荷台に積載された積荷が低い場合に、前記駆動装置が前記可変翼板を傾けてこの可変翼板の後端をその前端よりも下方に配置することを特徴とする車両の空気抵抗低減システム。
2. 前記前端よりも前記荷台又はその荷台に積載された積荷が高い場合に、前記駆動装置が前記可変翼板を傾けて前記後端を前記前端よりも上方に配置することを特徴とする請求項１に記載の車両の空気抵抗低減システム。
3. 前記荷台又はその荷台に積載された積荷の高さを取得する高さ取得装置と、この高さ取得装置及び前記駆動装置に電気的に接続された制御装置と、を備えて、
   前記高さ取得装置が取得した前記荷台又はその荷台に積載された積荷の高さに基づいて、前記制御装置により、前記駆動装置を駆動して、前記可変翼板を傾ける制御を行う構成にした請求項１又は２に記載の車両の空気抵抗低減システム。
4. 前記制御装置に接続されて当該車両の速度を取得する速度取得装置を備えて、
   前記速度取得装置が取得した速度に基づいて、前記制御装置により、取得したその速度が前記前端と前記荷台又はその荷台に積載された積荷との高さの差分により空気抵抗が増加する速度を下回るときに、左右方向に見て、前記可変翼板における前記前端及び前記後端の位置関係を予め設定した関係に維持し、その速度以上になったときに、前記傾ける制御を行う請求項３に記載の車両の空気抵抗低減システム。
5. 前記キャブの上端にエアデフレクタを備えて、このエアデフレクタの後方端部が前記可変翼板で構成された請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の空気抵抗低減システム。
6. 前記キャブの上端にエアデフレクタを備えて、このエアデフレクタの後方上端に前記可変翼板が設置された請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の空気抵抗低減システム。
7. 車両の車体フレームに、前方より順にキャブ、荷台を前後方向に離間した状態で載置して構成される車両の空気抵抗低減方法において、
   前記車両の走行中に前記荷台又はその荷台に積載された積荷の高さを取得し、
   この取得した高さが、左右方向に見て、前記キャブの上端よりも上方に傾き自在に支持された可変翼板の前端の高さよりも小さいか否かを判定し、前記荷台又はその荷台に積載された積荷の高さが前記前端の高さよりも小さいと判定したときに、前記可変翼板を傾ける駆動装置が前記可変翼板を傾けてこの可変翼板の後端をその前端よりも下方に配置することを特徴とする車両の空気抵抗低減方法。

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