JP2021147004A - 空力特性を改善する車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車体の下側を流れる気流の量を減らしＣＤ値を改善させるために下面から下に突出するエアダム形成部材を設ける車両の空力特性を改善する。【解決手段】走行可能な車体２を有する車両１は、走行する車体２についての進行方向と交差する方向に延在するように車体２の外表面から突出するエアダム形成部材１１と、エアダム形成部材１１についての進行方向での後側となる車体２の外表面７に形成され、複数の凹部２１を有する特殊加工面２０と、を有する。【選択図】 図３

Description

本発明は、空力特性を改善する車両に関する。

自動車といった車両は、車体を有する（特許文献１）。走行する車体の周囲には、気流が発生する。車体の進行方向にある空気は、車体の前面に当たった後、車体の側面や上面へ向かって分かれて車体の側面や上面に沿って流れ、車体の後方において合流する。この気流は、車両の走行を妨げる一因である。

特開２０１５−１８２４９６号公報

このため、自動車では、車体を、たとえば流線形にならった形状とすることが考えられる。流線形の車体では、車体の前面に当たる空気を止めることなくその向きを変えて車体の側面や上面へ向かって流し、車体の後方において気流の渦を形成しないように合流させることができる。これにより、車両では、一定の空力特性の改善効果を得ることができる。

車体の下側を流れる気流の量を減らしＣＤ値を改善させるために前部下面から下に突出するエアダム形成部材を設ける。しかしながら、車体の外表面からエアダム形成部材を突出させることにより、エアダム形成部材を通過する際に気流が乱れ、エアダム形成部材を通過した気流は、乱れた流れのままに車体の外表面の近くを流れるようになる。このようなエアダム形成部材を設ける事による、上記改善悪化効果の収支の合算が改善となることにより改善効果を得る事ができる。そのため悪化効果を低減させることにより更なる空力の改善を得る事ができる。

このように車両では、その空力特性を総合的に改善することが求められている。

本発明に係る空力特性を改善する車両は、走行可能な車体を有する車両であって、走行する前記車体についての進行方向と交差する方向に延在するように前記車体の外表面から突出するエアダム形成部材と、前記エアダム形成部材についての前記進行方向での後側となる前記車体の外表面に形成され、複数の凹部を有する特殊加工面と、を有する。

好適には、前記特殊加工面は、前記エアダム形成部材についての直後となる部位から形成される、とよい。

好適には、前記エアダム形成部材は、前記車体の前部下面において、前記車体の車幅方向に沿って延在し、前記特殊加工面は、前記車体の前部下面についての、前記エアダム形成部材についての前記進行方向での後側となる範囲に、形成される、とよい。

好適には、前記車体の前部下面には、前記エアダム形成部材についての前記進行方向での後側の部位に、平面部が設けられ、前記特殊加工面は、前記平面部に形成される、とよい。

好適には、前記車体の前部下面において前記エアダム形成部材についての前記進行方向での後側の部位に設けられる前記平面部は、前記車体の進行方向についての後端が前端より下がるように傾斜する、とよい。

好適には、前記車体の前部下面において前記エアダム形成部材についての前記進行方向での後側の部位において傾斜している前記平面部に形成される前記特殊加工面の下縁は、前記エアダム形成部材の下縁より下側に位置する、とよい。

好適には、前記特殊加工面は、前記平面部において全面的に形成される、とよい。

好適には、複数の前記凹部は、前記特殊加工面に全面的に形成される、とよい。

好適には、各前記凹部は、前記特殊加工面に、正多角形の開口、または正円の開口を形成する、とよい。

本発明の車両では、空力特性を改善するために、車体にエアダム形成部材が設けられる。エアダム形成部材は、走行する車体についての進行方向と交差する方向に延在するように車体の外表面から突出し、進行方向に沿って車体の前から後ろへ流れる気流は、エアダム形成部材により抑制される。これにより、エアダム形成部材を通過して、エアダム形成部材の後方へ流れる気流の量を減らして、空力特性を改善することができる。
しかも、本発明では、エアダム形成部材についての進行方向での後側となる車体の外表面には、複数の凹部を有する特殊加工面が形成される。複数の凹部を有する特殊加工面の近くを、進行方向に沿って車体の前から後ろへ流れる気流の一部は、特殊加工面に形成されている複数の凹部により微小な渦流を生成する。複数の凹部が形成されている特殊加工面の近くには、乱流境界層が形成される。その結果、エアダム形成部材により車体の外表面から離れるように流れる気流は、特殊加工面に近づいて、特殊加工面に沿って流れ易くなる。エアダム形成部材を通過した気流は、エアダム形成部材の後側において特殊加工面の近くを特殊加工面に沿って流れるため、エアダム形成部材の後側においても車体の外表面に再付着して車体の外表面に沿って流れるようになる。特に、特殊加工面を、エアダム形成部材についての直後となる部位から形成することにより、エアダム形成部材を通過した気流は、エアダム形成部材を通過した直後においても車体の外表面に沿って流れ易くなる。エアダム形成部材の後側に形成する特殊加工面により、エアダム形成部材を通過した気流についての乱れを抑制できる。エアダム形成部材を通過した気流は、エアダム形成部材についての進行方向での後側となる車体の外表面に沿って流れるようになる。その結果、エアダム形成部材が突出する外表面に沿って流れる気流は、エアダム形成部材がない場合と略同様に、エアダム形成部材が突出する外表面に沿って流れ得る。
このように本発明では、エアダム形成部材によりエアダム形成部材の後方へ流れる気流の量を減らしつつ、エアダム形成部材の後方の気流の乱れを抑制して、車両の空力特性を改善できる。

図１は、本発明の第一実施形態に係る自動車の側面図である。 図２は、図１の自動車の下面図である。 図３は、図１の自動車の車体の前部下面を示す説明図である。 図４は、図３の車体の外表面である前部下面に形成される、複数の凹部を有する特殊加工面の説明図である。 図５は、本発明の第二実施形態に係る自動車の前部下面に形成される、複数の凹部を有する特殊加工面の説明図である。 図６は、図３の変形例に係る、自動車の車体の前部下面を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態に係る自動車１の側面図である。
図２は、図１の自動車１の下面図である。自動車１は、車両の一例である。

図１から図２に示す自動車１は、車体２を有する。自動車１は、自動車１の一例である。自動車１は、乗員の手動操作または自動運転により、前方または後方へ進行するように走行可能である。また、操舵により、右前、左前、右後、または左後の方向へ進行するように走行可能である。
車体２は、乗員の乗員室３の前にエンジンや補器を収容するための前室４を突出させた、複数のボックスを組み合わせた基本形状を有する。

そして、走行する車体２の周囲には、気流が発生する。車体２の進行方向にある空気は、車体２の前面に当たった後、車体２の側面や上面へ向かって分かれて車体２の側面や上面に沿って流れ、車体２の後方において合流する。この気流は、自動車１の走行を妨げる一因である。
このため、自動車１では、車体２を、たとえば流線形にならった形状とすることが考えられる。流線形の車体２では、車体２の前面に当たる空気を止めることなくその向きを変えて車体２の側面や上面へ向かって流し、車体２の後方において気流の渦を形成しないように合流させることができる。これにより、自動車１では、一定の空力特性の改善効果を得ることができる。たとえば車体の下側を流れる気流の量を減らしＣＤ値を改善させるために前部下面から下に突出するエアダム形成部材を設ける。しかしながら、車体の外表面からエアダム形成部材を突出させることにより、エアダム形成部材を通過する際に気流が乱れ、エアダム形成部材を通過した気流は、乱れた流れのままに車体の外表面の近くを流れるようになる。このようなエアダム形成部材を設ける事による、上記改善悪化効果の収支の合算が改善となることにより改善効果を得る事ができる。そのため悪化効果を低減させることにより更なる空力の改善を得る事ができる。

図３は、図１の自動車１の車体２の前部下面を示す説明図である。

図３の車体２は、前バンパー５の後側に下面プレート６が設けられる。下面プレート６は、車体２の下部において、少なくとも車体２の前室４の下を覆うように、前バンパー５と乗員室３の下面との間に設けられる。下面プレート６により、車体２の前部下面が形成される。下面プレート６は、車体２についての前部下側の外表面となる。
下面プレート６は、車体２の進行方向についての後端が前端より下がるように傾斜する傾斜平面部７と、傾斜平面部７から後へ向けて進行方向に沿って略水平に延在する水平平面部８と、を有する。
下面プレート６の傾斜平面部７の前縁には、エアダム形成部材１１が形成される。これにより、傾斜平面部７は、車体２の前部下面において、エアダム形成部材１１についての進行方向での後側の部位に設けられる。

エアダム形成部材１１は、車体２の左右方向である車幅方向に延在するように、下面プレート６の前縁部分に設けられる。これにより、エアダム形成部材１１は、前へ走行する車体２についての進行方向と交差する方向に延在するように、車体２の前部下面の下面プレート６から下へ突出する。エアダム形成部材１１が、車体２の下側において下面プレート６から下へ突出することにより、車体２の下側へ流れ込む気流の量を減らすことができる。
そして、エアダム形成部材１１の後側には、下面プレート６の傾斜平面部７が位置する。車体２の前部下面においてエアダム形成部材１１についての進行方向での後側の部位において傾斜している傾斜平面部７の下縁は、エアダム形成部材１１の下縁より下側に位置する。

エアダム形成部材１１の後側において傾斜して設けられる傾斜平面部７には、複数の凹部２１を有する特殊加工面２０が形成される。特殊加工面２０は、傾斜した平面としての傾斜平面部７に形成される。
特殊加工面２０は、エアダム形成部材１１についての直後となる部位から、傾斜平面部７において全面的に形成される。特殊加工面２０は、図２に示すように、車体２の前部下面についての、エアダム形成部材１１についての進行方向での後側となる範囲に、エアダム形成部材１１と同様の幅で全面的に形成される。特殊加工面２０は、エアダム形成部材１１より幅広に、たとえば車体２の車幅に相当する幅で、全面的に形成されてよい。
そして、特殊加工面２０は、傾斜平面部７において全面的に形成されるため、特殊加工面２０の下縁は、エアダム形成部材１１の下縁より下側に位置する。車体２の下側においてエアダム形成部材１１を通過した気流は、傾斜して設けられている特殊加工面２０へ向かうことができる。

図４は、図３の車体２の外表面である前部下面に形成される、複数の凹部２１を有する特殊加工面２０の説明図である。
図４（Ａ）は、特殊加工面２０を、その正面から見た図である。図４（Ｂ）は、特殊加工面２０の模式的な断面図である。

特殊加工面２０には、正六角形の開口を有する複数の凹部２１が、全面的に且つ密に並べて形成される。正六角形の凹部２１は、隣接する他の正六角形の凹部２１との間に、傾斜平面部７としての平面部分が残るように並べて形成される。

正六角形の凹部２１の内部は、開口と同様に正六角柱の形状に形成されてもよいが、好ましくは、凹湾曲面の形状、または図４（Ｂ）に示すように断面が台形となる形状に形成するとよい。これにより、凹部２１へ流れ込む気流は、凹部２１の開口の近くにおいて、そこで気流が回り易くなる。車体２の下側においてエアダム形成部材１１を通過した気流の主な流れと、特殊加工面２０との間に、特殊加工面２０の上で回転する複数の気流を生成し易くなる。図３に示すように特殊加工面２０へ向かう気流は、図４に示すように特殊加工面２０の上で回転する複数の気流を生成するようになる。特殊加工面２０に複数の凹部２１が形成されることにより、特殊加工面２０の表面近くには、エアダム形成部材１１を通過した気流とは異なる流れの、乱流境界層３１が形成される。特殊加工面２０の表面近くには、特殊加工面２０と同等のサイズの乱流境界層３１が形成される。

このように、エアダム形成部材１１の直後となる位置に乱流境界層３１が形成されることにより、エアダム形成部材１１を通過した気流は、図４（Ｂ）に示すように、乱流境界層３１の近くを通過するように流れる。

その結果、本実施形態では、図３に破線の矢印で示すように、エアダム形成部材１１の下側を通過した気流は、車体２の外表面である傾斜平面部７の近くを通るように流れるようになる。エアダム形成部材１１の下側を通過した気流は、車体２の外表面である傾斜平面部７に再付着するようになる。この場合、傾斜平面部７の近くから水平平面部８の下側へ流れ込む気流は、水平平面部８の近くにおいて流れようとするため、上下に乱れることなく水平平面部８の延在方向に沿って流れることができる。車体２の下側へ流れ込む気流は、エアダム形成部材１１が無い場合と同等に、車体２の下側の外表面に沿って車体２の後方へ流れることができる。
これに対し、図３に実線の矢印で示すように、エアダム形成部材１１の直後に乱流境界層３１が形成されない場合、エアダム形成部材１１の下側を通過した気流は、車体２の外表面である傾斜平面部７から下へ離れた位置を流れる。この場合、傾斜平面部７の近くから水平平面部８の下側へ流れ込む気流は、水平平面部８から下に離れて流れようとする。この場合、水平平面部８の下側を流れる気流は、大きく上下に乱れた気流となる。車体２の下側へ流れ込む気流は、エアダム形成部材１１において車体２から離れた後、大きく上下に乱れた状態で車体２の後方へ流れることになる。

以上のように、本実施形態の自動車１では、空力特性を改善するために、車体２にエアダム形成部材１１が設けられる。エアダム形成部材１１は、走行する車体２についての進行方向と交差する方向に延在するように車体２の外表面から突出し、進行方向に沿って車体２の前から後ろへ流れる気流は、エアダム形成部材１１により抑制される。これにより、エアダム形成部材１１を通過して、エアダム形成部材１１の後方へ流れる気流の量を減らして、空力特性を改善することができる。
しかも、本実施形態では、エアダム形成部材１１についての進行方向での後側となる車体２の外表面には、複数の凹部２１を有する特殊加工面２０が形成される。複数の凹部２１を有する特殊加工面２０の近くを、進行方向に沿って車体２の前から後ろへ流れる気流の一部は、特殊加工面２０に形成されている複数の凹部２１により微小な渦流を生成する。複数の凹部２１が形成されている特殊加工面２０の近くには、乱流境界層３１が形成される。その結果、エアダム形成部材１１により車体２の外表面から離れるように流れる気流は、特殊加工面２０に近づいて、特殊加工面２０に沿って流れ易くなる。エアダム形成部材１１を通過した気流は、エアダム形成部材１１の後側において特殊加工面２０の近くを特殊加工面２０に沿って流れるため、エアダム形成部材１１の後側においても車体２の外表面に再付着して車体２の外表面に沿って流れるようになる。特に、特殊加工面２０を、エアダム形成部材１１についての直後となる部位から形成することにより、エアダム形成部材１１を通過した気流は、エアダム形成部材１１を通過した直後においても車体２の外表面に沿って流れ易くなる。エアダム形成部材１１の後側に形成する特殊加工面２０により、エアダム形成部材１１を通過した気流についての乱れを抑制できる。エアダム形成部材１１を通過した気流は、エアダム形成部材１１についての進行方向での後側となる車体２の外表面に沿って流れるようになる。その結果、エアダム形成部材１１が突出する外表面に沿って流れる気流は、エアダム形成部材１１がない場合と略同様に、エアダム形成部材１１が突出する外表面に沿って流れ得る。
このように本実施形態では、エアダム形成部材１１によりエアダム形成部材１１の後方へ流れる気流の量を減らしつつ、エアダム形成部材１１の後方の気流の乱れを抑制して、自動車１の空力特性を改善できる。

特に、本実施形態では、エアダム形成部材１１は、車体２の前部下面において、車体２の車幅方向に沿って延在する。そして、車体２の前部下面には、エアダム形成部材１１についての進行方向での後側の部位に、平面の傾斜平面部７が設けられ、特殊加工面２０は、平面の傾斜平面部７において全面的に形成される。また、車体２の前部下面においてエアダム形成部材１１についての進行方向での後側の部位に設けられる平面の傾斜平面部７の下縁は、車体２の進行方向についての後端が前端より下がるように傾斜する。これにより、平面の傾斜平面部７に全面的に形成される特殊加工面２０の下縁は、エアダム形成部材１１の下縁より下側に位置する。
このように、車体２の前部下面にある傾斜した平面の傾斜平面部７に、エアダム形成部材１１を設け、エアダム形成部材１１の後方には全面的に特殊加工面２０を形成することにより、車体２の下面を流れる気流の量を抑えつつ、エアダム形成部材１１の後方における気流の乱れを抑制できる。特に、平面の傾斜平面部７に全面的に形成される特殊加工面２０の下縁は、エアダム形成部材１１の下縁より下側に位置することにより、エアダム形成部材１１の後方へ流れる気流は、全体的に、車体２の外表面に再付着するように流れ易くなる。エアダム形成部材１１の後方へ流れる気流の乱れを、全体的に抑制することができる。エアダム形成部材１１の後方へ流れる気流は、車体２の下面に沿って流れ易くなる。

なお、上述した実施形態では、特殊加工面２０には、複数の凹部２１を形成している。
これに対して、特殊加工面２０に複数の凸部を形成する場合、特殊加工面２０の表面近くに、乱流境界層３１が形成されない。この場合、エアダム形成部材１１を通過した気流は、エアダム形成部材１１の後側の車体２の外表面へ再付着するようには流れない。エアダム形成部材１１を通過した気流は、図３に実線の矢印の例で示すように、特殊加工面２０が形成される傾斜平面部７から離れた位置を流れる。その結果、エアダム形成部材１１により車体２の外表面から離れるように乱れた気流は、上下に乱れながら水平平面部８の下を流れる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態に係る自動車１について説明する。以下の説明では、主に上述した実施形態との相違点について説明する。
第二実施形態に係る自動車１の車体２の形状は、上述した実施形態のものと同様である。

図５は、本発明の第二実施形態に係る自動車１の前部下面に形成される、複数の凹部２１を有する特殊加工面２０の説明図である。
図５（Ａ）は、特殊加工面２０を、その正面から見た図である。図５（Ｂ）は、特殊加工面２０の模式的な断面図である。

特殊加工面２０には、正六角形の開口を有する複数の凹部２１が、全面的に且つ密に並べて形成される。正六角形の凹部２１は、隣接する他の正六角形の凹部２１と接する。この場合、互いに隣接する複数の正六角形の凹部２１の間には、傾斜平面部７としての平面部分が残らない。特殊加工面２０には、平面部分が残らない。

本実施形態の場合、各凹部２１の上で回転する気流は、上述した実施形態において回転する気流と比べて小さくなる。乱流境界層３１の厚さは、上述した実施形態と比べて薄くなる。その結果、エアダム形成部材１１を通過した気流は、上述した実施形態と比べて、特殊加工面２０に対してより近い位置を通過するように流れる。また、複数の凹部２１の上で複数の気流が密に回転するようになるため、乱流境界層３１が薄くとも、十分に有効に発生し得る。

以上の実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または変更が可能である。

たとえば上述した実施形態では、特殊加工面２０に形成される凹部２１は、正六角形の開口を有する。この他にもたとえば、特殊加工面２０に形成される凹部２１は、たとえば正八角形といった正多角形の開口、または正円の開口を形成してよい。このように凹部２１の開口を、正多角形の開口、または正円の開口とすることにより、凹部２１の開口の近くに形成される渦流を安定化できる。
ただし、互いに隣接する複数の凹部２１の間に、傾斜平面部７としての平面部分を残さないようにするためには、正六角形の開口、または正四角形の開口とするのがよい。傾斜平面部７としての平面部分を残さないようにすることで、乱流境界層３１の厚さを薄くできる。また、凹部２１の内部において気流がスムースに流れるようにするためには、凹部２１の内部を、凹湾曲面の形状、または図４（Ｂ）に示すように断面が台形となる形状に形成するとよい。

図６は、図３の変形例に係る、自動車の車体の前部下面を示す説明図である。
図６では、前バンパー５についての後へ延在する下面部分に、複数の凹部２１を有する特殊加工面２０が形成される。このように、エアダム形成部材１１についての自動車１の進行方向での前側となる車体の下面についても、エアダム形成部材１１の後側と同様に、複数の凹部２１を有する特殊加工面２０、を形成してよい。エアダム形成部材１１の前側における複数の凹部２１は、エアダム形成部材１１の後側における複数の凹部２１と同様であっても、異なってもよい。
この変形例では、エアダム形成部材１１の前側においても前バンパー５の下面部分へ向かう気流は、特殊加工面２０の上で回転する複数の気流を生成し易くなる。これにより、乱流境界層３１が形成され易くなる。気流は、エアダム形成部材１１の前側において車体２の外表面に沿ってその近くを前から後ろへ流れる。その結果、エアダム形成部材１１の効果、およびエアダム形成部材１１の後側における特殊加工面２０の整流効果が高まる可能性がある。エアダム形成部材１１の下への突出高さを抑えることができる可能性がある。

１…自動車（車両）、２…車体、３…乗員室、４…前室、５…前バンパー、６…下面プレート、７…傾斜平面部（外表面）、８…水平平面部（外表面）、１１…エアダム形成部材、２０…特殊加工面、２１…凹部、３１…乱流境界層

Claims (9)

1. 走行可能な車体を有する車両であって、
   走行する前記車体についての進行方向と交差する方向に延在するように前記車体の外表面から突出するエアダム形成部材と、
   前記エアダム形成部材についての前記進行方向での後側となる前記車体の外表面に形成され、複数の凹部を有する特殊加工面と、
   を有する、
   空力特性を改善する車両。
   
2. 前記特殊加工面は、前記エアダム形成部材についての直後となる部位から形成される、
   請求項１記載の空力特性を改善する車両。
   
3. 前記エアダム形成部材は、前記車体の前部下面において、前記車体の車幅方向に沿って延在し、
   前記特殊加工面は、前記車体の前部下面についての、前記エアダム形成部材についての前記進行方向での後側となる範囲に、形成される、
   請求項１または２記載の空力特性を改善する車両。
   
4. 前記車体の前部下面には、前記エアダム形成部材についての前記進行方向での後側の部位に、平面部が設けられ、
   前記特殊加工面は、前記平面部に形成される、
   請求項３記載の空力特性を改善する車両。
   
5. 前記車体の前部下面において前記エアダム形成部材についての前記進行方向での後側の部位に設けられる前記平面部は、前記車体の進行方向についての後端が前端より下がるように傾斜する、
   請求項３または４記載の空力特性を改善する車両。
   
6. 前記車体の前部下面において前記エアダム形成部材についての前記進行方向での後側の部位において傾斜している前記平面部に形成される前記特殊加工面の下縁は、前記エアダム形成部材の下縁より下側に位置する、
   請求項３から５のいずれか一項記載の空力特性を改善する車両。
   
7. 前記特殊加工面は、前記平面部において全面的に形成される、
   請求項３から６のいずれか一項記載の空力特性を改善する車両。
   
8. 複数の前記凹部は、前記特殊加工面に全面的に形成される、
   請求項１から７のいずれか一項記載の空力特性を改善する車両。
   
9. 各前記凹部は、前記特殊加工面に、正多角形の開口、または正円の開口を形成する、
   請求項１から８のいずれか一項記載の空力特性を改善する車両。
   
   

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