JP5522254B2 - 車両の前部床下構造 - Google Patents

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Description

本発明は、前部床下の周りを流れる走行風の流れをフロントディフレクタにより整える車両の前部床下構造に関する。
従来、前部床下の周りを流れる走行風の流れを整える車両の前部床下構造としては、左右一対のフロントホイールハウスの車両前方位置に、馬蹄形状による左右一対のフロントディフレクタを設けたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
この従来の車両の前部床下構造では、フロントタイヤのブレーキ装置に向かう走行風を確保することによるブレーキ冷却性の達成と、フロントホイールハウス内へ流入する走行風量を制限することによる車両全体の空気抵抗係数の低減と、の両立を目指している。
特開2008−279819号公報
しかしながら、従来の車両の前部床下構造にあっては、馬蹄形状によるフロントディフレクタの前方頂部を、フロントタイヤの直進状態タイヤ先端面の位置よりも車両前方位置であって、フロントタイヤの直進状態タイヤ内面の位置よりも車幅方向外側位置、言い換えると、直進状態のフロントタイヤとは車幅方向にオーバーラップする位置に配置していた。
すなわち、従来構造では、ブレーキ装置に向かう走行風を積極的に確保するというように、フロントタイヤやフロントサスペンションに衝突する走行風が、車両の前部床下において空気抵抗を増加させる原因になっていることを考慮していない。また、従来構造では、車両前方からの走行風がフロントタイヤに向かう流線は、車両前後方向に平行な流線としているように、車両後方に向かって車幅方向に広がる流線を描くことを考慮していない(特許文献1の図6参照)。
このため、走行中、予想を超える風量の走行風がフロントタイヤやフロントサスペンションに衝突するし、フロントホイールハウス内へ流入する。この結果、前部床下の周りを流れる走行風の流れが乱れ、多くの渦構造(渦管と渦層)が存在する乱流がフロントタイヤ領域に生じ、この渦構造が次第に発達して空気抵抗が増加するため、所望の空力性能向上を望めない、という問題があった。
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、走行中、前部床下の周りを流れる走行風による空気抵抗を低減することで、所望の空力性能向上を実現することができる車両の前部床下構造を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明では、フロントタイヤの車両前方位置にフロントディフレクタを設け、走行中、前部床下の周りを流れる走行風の流れを整える車両の前部床下構造において、前記フロントディフレクタは、前方頂部と、内側端部と、第1整流面と、を有する。前記前方頂部は、前記フロントタイヤの直進状態タイヤ先端面の位置よりも車両前方位置であって、前記フロントタイヤの直進状態タイヤ内面の位置よりも車両センターラインに近い車幅方向内側位置に配置され、車両後方に向かう走行風の流れを、車両内方と車両外方の2方向に分岐する。前記内側端部は、前記前方頂部よりも車両後方位置であって、前記前方頂部よりも車幅方向内側位置に配置した。前記第1整流面は、前記前方頂部と前記内側端部とを接続するとともに前記内側端部の近傍部位において車幅方向内側に傾斜し、車両前方からの走行風を受けると、受けた走行風の流れを、車幅方向内側に向かう流れに整える。そして、前記前方頂部の車両前後方向位置と車幅方向位置は、車両前方から車両前後方向に流入した走行風が、車両後方に向かって車幅方向に広がって流れるという走行風の流線方向に基づき、前記第1整流面が前記フロントタイヤへ向かって流れ込む広がり角度を持った走行風を受けるように決めた。
図1は、実施例1の前部床下構造を適用した電気自動車(車両の一例)の全体床下構造を示す斜視図である。 図2は、実施例1の前部床下構造を示す底面図である。 図3は、実施例1の前部床下構造を適用した電気自動車の左側フロントタイヤ部を示す図2の矢印A方向正面図である。 図4は、実施例1の前部床下構造におけるフロントディフレクタの位置関係を示す説明図である。 図5は、実施例1の前部床下構造を適用した電気自動車の左側フロントタイヤ部を示す側面図である。 図6は、実施例1の前部床下構造におけるフロントディフレクタを示す斜視図である。 図7は、実施例1の前部床下構造におけるフロントディフレクタの取り付け構造を示す図6のB−B線端面図である。 図8は、実施例1の前部床下構造におけるフロントディフレクタの取り付け構造を示す図6のC−C線端面図である。 図9は、実施例1の前部床下構造におけるフロントアンダーカバーを示す斜視図である。 図10は、実施例1の前部床下構造におけるフロントアンダーカバーの曲面突出部を示す図9のD−D線端面図である。 図11は、一般的な乗用車(エンジン車)における空気抵抗の抵抗発生源分類を示す円グラフ図である。 図12は、比較例の電気自動車における前部床下・フロントタイヤの周りを流れる走行風の流れを示す走行風流れ図である。 図13は、実施例1の前部床下構造を適用した電気自動車における前部床下・フロントタイヤの周りを流れる走行風の流れを示す走行風流線図である。 図14は、実施例1の前部床下構造を適用した電気自動車における左側のフロントタイヤの周りを流れる走行風の流れを示す走行風流線図である。 図15は、前部床下構造における実施例1とは異なるフロントディフレクタの形状による変形例1を示す説明図である。 図16は、前部床下構造における実施例1とは異なるフロントディフレクタの形状による変形例2を示す説明図である。 図17は、前部床下構造における実施例1とは異なるフロントディフレクタの形状による変形例3を示す説明図である。
以下、本発明の車両の前部床下構造を実現する最良の形態を、図面に示す実施例1に基づいて説明する。なお、以下の説明においては、車両前後方向における前方および後方を、それぞれ車両前方および車両後方と称する。また、車両の底面図において車両前後方向に延びる中心軸を車両センターラインCLとし、車幅方向において、車両センターラインCLに近づく方向を車両内方、車両センターラインCLから遠ざかる方向を車両外方、車両センターラインCLに近い側を車幅方向内側、遠い側を車幅方向外側と称する。
まず、構成を説明する。
図1は、実施例1の前部床下構造を適用した電気自動車(車両の一例)の全体床下構造を示す斜視図である。以下、図1に基づき全体床下構造を説明する。
実施例1の電気自動車EVの全体床下構造は、図1に示すように、左右一対のフロントタイヤ1L、1Rと、左右一対のリアタイヤ2L、2Rと、フロントアンダーカバー3と、モータルーム後部アンダーカバー4と、第1バッテリアンダーカバー5と、第2バッテリアンダーカバー6と、リアアンダーカバー7と、左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rと、左右一対のリアディフレクタ9L,9Rと、を備えている。
左右一対のフロントタイヤ1L,1Rは、操舵輪であると共に駆動輪であり、フロントサスペンションリンク10L,10R(図2参照)を介して車体に弾性支持される。
左右一対のリアタイヤ2L,2Rは、トレーリング式サスペンション等による図外のリアサスペンションを介して車体に弾性支持される。
フロントアンダーカバー3は、フロントバンパーフェイシャー11のフランジ部11aからフロントサスペンションメンバー12(図2参照)までの前部床下領域を覆う部材である。このフロントアンダーカバー3のカバー面は、車両後方に向かって下方向に傾斜する傾斜部3aと、該傾斜部3aに連続する水平部3bと、により滑らかな折れ面に形成される。傾斜部3aには、車幅方向を長径とするラグビーボール形状の曲面突出部31が形成され、水平部3bには、車両前後方向に延びる4本の突条32と、2つの水抜口33,34が形成される。また、フロントアンダーカバー3は、車両後方に向かって幅寸法(車幅方向の幅寸法)を徐々に縮小させた傾斜側面部35,35を有する。
モータルーム後部アンダーカバー4は、フロントサスペンションメンバー12(図2参照)からモータルーム後部までの中央前部床下領域を覆う部材である。このモータルーム後部アンダーカバー4のカバー面は、フロントアンダーカバー3の水平部3bと同じ位置の水平面に形成される。モータルーム後部アンダーカバー4には、車両前後方向に延びる4本の突条41と、車両前方側に開口面積が小さい2つの水抜口42,43が形成され、車両後方側に開口が面積が大きい1つの水抜口44が形成される。
第1バッテリアンダーカバー5と第2バッテリアンダーカバー6は、モータルーム後部から図外のバッテリユニットの後端部までの中央後部床下領域を互いに連接することで覆う部材である。この両バッテリアンダーカバー5,6のカバー面は、モータルーム後部アンダーカバー4のカバー面と同じ位置の水平面に形成される。両バッテリアンダーカバー5,6には、車両前後方向に延びる4本の突条51,61が形成される。なお、モータルーム後部アンダーカバー4と両バッテリアンダーカバー5,6とは、互いに連接することで、全体としてセンターアンダーカバーを構成している。
リアアンダーカバー7は、図外のリアサスペンション部材からリアバンパーフェイシャー13のフランジ部13aまでの後部床下領域を覆う部材である。このリアアンダーカバー7のカバー面は、第2バッテリアンダーカバー6と同じ水平面の位置から車両後方に向かって上方向に傾斜する傾斜面に形成したディフューザー構造とされている。リアアンダーカバー7には、車両前後方向に延び、車両後方に向かって徐々に高さが増す4本の突条71と、各突条71の間の位置に配置された3つの水抜口72,73,74が形成される。
左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rは、左右一対のフロントタイヤ1L,1Rの前方位置から下方に突出して設けられ、走行中、フロントタイヤ1L,1Rの周りを流れる走行風の流れを整える。なお、「走行風」とは、車両の走行時、車両の周囲に形成される相対的な空気の流れを意味する。
左右一対のリアディフレクタ9L,9Rは、左右一対のリアタイヤ2L,2Rの前方位置から下方に突出して設けられ、走行中、リアタイヤ2L,2Rの周りを流れる走行風の流れを整える。
図2および図3は、実施例1の前部床下構造を示す図である。以下、図2および図3に基づき前部床下構造を説明する。
実施例1の電気自動車EVの前部床下構造は、図2および図3に示すように、左右一対のフロントタイヤ1L,1Rと、フロントアンダーカバー3と、左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rと、左右一対のフロントサスペンションリンク10L,10Rと、フロントバンパーフェイシャー11と、フロントサスペンションメンバー12と、左右一対のフロントホイールハウス14L,14Rと、フェンダープロテクタ15と、フロントサイドメンバ16L,16Rと、を備えている。
電気自動車EVの前部床下の左右位置には、左右一対のフロントタイヤ1L,1Rと、フロントサスペンションリンク10L,10Rと、フロントホイールハウス14L,14Rと、が設定される。左右一対のフロントタイヤ1L,1Rは、フロントサスペンションメンバー12に支持されたフロントサスペンションリンク10L,10Rにより搖動可能に弾性支持される。そして、左右一対のフロントタイヤ1L,1Rは、左右一対のフロントホイールハウス14L,14Rに収容されていて、操舵に伴うフロントタイヤ1L,1Rの転回運動や、バウンド・リバウンドに伴う上下運動等を許容する可動スペースが確保される。
電気自動車EVの前部床下の車幅方向中央部には、前部床下のうち、左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rと、フロントタイヤ1L,1Rと、フロントホイールハウス14L,14Rと、フロントサスペンションリンク10L,10Rとを除く領域を覆うフロントアンダーカバー3が取り付けられている。このフロントアンダーカバー3は、左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rより車両前方位置に、車幅方向寸法を前後方向寸法より長くした曲面突出部31を有する。この曲面突出部31は、車両前方から流入した走行風の流速コントロールにより、走行風の車幅方向への広がりを抑え、車両センターラインCLを中心とする前部床下中央部下の領域に走行風を集めるという整流機能を有する。
電気自動車EVの前部床下のうち、左右一対のフロントタイヤ1L,1Rの車両前方位置には、図2及び図3に示すように、整流板部材である左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rが、前部床下底面から下方に突出して設けられる。この左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rは、走行中、車両前方からの走行風を受けると、受けた走行風の流れを2つに分岐し、分岐した一方の流れを車両内方に向かう流れに整え、分岐した他方の流れを車両外方に向かう流れに整える。この車両内方に向かう流れは、前部床下の左右位置に設定された左右一対のフロントタイヤ1L,1Rとフロントサスペンションリンク10L,10Rとフロントホイールハウス14L,14Rの内側を迂回する流れになる。また、この車両外方に向かう流れは、前部床下の左右位置に設定された左右一対のフロントタイヤ1L,1Rとフロントホイールハウス14L,14Rの外側を迂回する流れになる。
図4〜図8は、実施例1の前部床下構造におけるフロントディフレクタの構成を示す図である。以下、図4〜図8に基づきフロントディフレクタの構成を説明する。
左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rのそれぞれは、図4に示すように、前方頂部8aと、内側端部8bと、外側端部8cと、第1整流面8dと、第2整流面8eと、を有する。なお、フロントディフレクタ8L,8Rは、車両センターラインCLに対し互いに線対称の形状を持つため、以下、フロントディフレクタ8Lの構成について説明し、フロントディフレクタ8Rについての説明を省略する。
前方頂部8aは、図4に示すように、車両の前部床下において、フロントタイヤ1Lの直進状態タイヤ先端面(直進走行時の姿勢にあるフロントタイヤの車両前後方向前側端面)TFRの位置よりも車両前方位置であって、フロントタイヤの直進状態タイヤ内面(直進走行時の姿勢にあるフロントタイヤの車幅方向内側面)TINの位置よりも車両センターラインCLに近い車幅方向内側位置に配置されている。この前方頂部8aの車両前後方向位置および車幅方向位置は、車両前方から車両前後方向に流入した走行風が、車両後方に向かって車幅方向に広がって流れるという走行風の流線方向に基づいて決められる。つまり、前方頂部8aの車両前後方向位置および車幅方向位置は、前方頂部8aが、フロントタイヤ1Lへ向かって流れ込む広がり角度θを持った走行風のタイヤ流線束Fを、車両内側流線束FINと車両外側流線束FOUTとに分岐するように決めている。なお、広がり角度θとは、車両底面図において車両前後方向とタイヤ流線束Fの方向とがなす角である。この広がり角度θは、走行風の流速が遅いときは小さな角度であり、速いほど大きな角度になるというように、走行風の流速により変動する値である。したがって、前方頂部8aの位置決めを行う際は、走行抵抗の低下効果が高い走行風流速域を実験等により求め、求めた走行風流速域における広がり角度θに基づいて前方頂部8aの位置決めを行う。
内側端部8bは、図4に示すように、前方頂部8aよりも車両後方位置であって、前方頂部8aよりも車幅方向内側位置に配置している。この内側端部8bの車幅方向位置は、フロントホイールハウス14Lの車幅方向内側面14aの車幅方向位置にほぼ一致させて配置している。
外側端部8cは、図4に示すように、前方頂部8aよりも車両後方位置であって、前方頂部8aよりも車幅方向外側位置に配置している。この外側端部8cの車両前後方向位置は、内側端部8bより少し車両後方側の位置に配置している。この外側端部8cの車幅方向位置は、フロントタイヤ1Lの直進状態タイヤ中心軸(直進走行時の姿勢にあるフロントタイヤの幅中心線)TCLよりも外側位置に配置している。
第1整流面8dは、図4に示すように、前方頂部8aと内側端部8bとを接続し、車両前方からの走行風を受けると、受けた走行風の流れを車両内方に向かう流れに整える。この第1整流面8dは、車両内方に向かう傾斜角度を持つ(車両後方に向かって車両内方へ傾斜する)偏向面とすることで、前方頂部8aにより分岐した走行風の車両内側流線束FINを、車両センターラインCLを中心とする前部床下中央部の下を通過する走行風の主流線束FMAINに向かう流れに整える。この第1整流面8dの偏向面は、フロントアンダーカバー3の傾斜側面部35,35に沿う角度に傾斜する面としている。第1整流面8dの内側端部8b近傍部位は、フロントアンダーカバー3の傾斜側面部35,35に略平行になっている。
第2整流面8eは、図4に示すように、前方頂部8aと外側端部8cとを接続し、車両前方からの走行風を受けると、受けた走行風の流れを車両外方に向かう流れに整える。この第2整流面8eは、車両後ろ斜め外方に向かう傾斜角度を持つ(車両後方に向かって車両外方へ傾斜する)偏向面である曲面整流部8e1と、車両横外方に向かう傾斜角度を持つ(曲面整流部8e1よりも大きな傾斜角度で車両外方へ傾斜する)偏向面である平面整流部8e2と、を有する。曲面整流部8e1は、前方頂部8aにより分岐した走行風の車両外側流線束FOUTを、斜め方向外側に向かう流線束となるように徐々に流れを整える。平面整流部8e2は、曲面整流部8e1からの斜め方向外側に向かう流れを、さらに車幅方向外側に向かう流れに整える。
フロントディフレクタ8Lの前部床下底面からの突出高さは、図5に示すように、前部傾斜ラインFLより低く、ドア部水平ラインDLより高い設定とされている。ここで、前部傾斜ラインFLは、フロントタイヤ1Lの接地位置とフロントバンパーフェイシャー11の下端位置とを結ぶラインである。ドア部水平ラインDLは、フロントフェンダー17の下端を水平方向に結ぶラインである。つまり、フロントディフレクタ8Lの前部床下底面からの突出高さを設定するにあたり、路面との干渉を防止できる高さを上限高さ(前部傾斜ラインFL)とし、走行中に十分な整流機能を発揮できる高さを下限高さ(ドア部水平ラインDL)としている。
フロントディフレクタ8Lの具体的構成は、図6に示すように、第1整流面8dと第2整流面8eを有するディフレクタ本体部81と、ディフレクタ本体部81をフェンダープロテクタ15に取り付ける取り付けフランジ部82と、を一体に有する。このフロントディフレクタ8Lは、ゴムを含んだポリプロピレン等による可撓性を有する素材を用いて製造される。また、ディフレクタ本体部81には、車両上下方向に複数のスリット83(実施例1では3箇所)を形成している。この可撓性素材とスリット83により、跳ね石等により容易に変形し、変形した後、直ちに復元力により形状復帰するというように、変形力を受けても整流機能を損なわないようにしている。取り付けフランジ部82には、複数のJ−ボルト穴84(実施例1では4箇所)を形成している。そして、第2整流面8eの端部側は、フロントバンパーフェイシャー11のフランジ部11aまで乗り越えた取り付けを行うため、オーバーハング用切り欠き溝85が形成されている。
フロントディフレクタ8Lの取り付けは、図7に示すように、フェンダープロテクタ15に予めJ−ナット86を設けておき、外側からJ−ボルト87をJ−ボルト穴84にねじ込むことで行われる。第2整流面8eの端部側の取り付けは、図8に示すように、フロントバンパーフェイシャー11のフランジ部11aにフェンダープロテクタ15をJ−ボルト88とJ−ナット89により固定し、オーバーハング用切り欠き溝85によりフランジ部11aまで乗り越えた状態で、外側からJ−ボルト87をJ−ボルト穴84にねじ込むことで行われる。
図9および図10は、実施例1の前部床下構造におけるフロントアンダーカバーを示す図である。以下、図9および図10に基づきフロントアンダーカバーの構成を説明する。
フロントアンダーカバー3は、図9に示すように、左右一対のフロントタイヤ1L,1R領域を除いた前部床下の全領域を覆うように台形形状とされた樹脂被覆板である。このフロントアンダーカバー3は、図10に示すように、フェンダープロテクタ15に対して、図外のJ−ボルトにより固定される。フロントアンダーカバー3は、左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rより車両前方位置に、フロントアンダーカバー3主面より下方に突出した曲面突出部31を有する。曲面突出部31は、車幅方向寸法WLを前後方向寸法SLより長くしたラグビーボール形状を有しており、その表面は滑らかな曲面形状を有する。この曲面突出部31は、車両センターラインCLの位置で車両前後方向突出周長(当該車幅方向位置における曲面突出部31の車両前方端から車両後方端までの表面周長)を最も長くし、車両センターラインCLから車幅方向の両側に離れるにつれて徐々に車両前後方向突出周長を短くしている。すなわち、曲面突出部31は、図10に示すように、車両センターラインCLの位置で突出高さPHを最も高く設定し、車両センターラインCLの位置で走行風の流速を最も速い流速にする。そして、車両センターラインCLから車幅方向の両側に離れるにつれて徐々に走行風の流速を低下させる形状設定としている。
次に、作用を説明する。
まず、「車両の空気抵抗について」の説明を行う。続いて、実施例1の電気自動車EVの前部床下構造における作用を、「床下・タイヤ全体による空力性能向上作用」、「フロントディフレクタによる前部床下・フロントタイヤの空気抵抗低減作用」、「組み合わせによる空気抵抗低減作用」に分けて説明する。
[車両の空気抵抗について]
車両の空気抵抗D(N)は、
D=CD×1/2×ρ×u×A …(1)
ここで、CD:空気抵抗係数(無次元)
ρ:空気の密度(kg/m
u:空気と車両との相対速度(m/sec)
A:全面投影面積(m)
の式で定義される。
上記(1)式から明らかなように、空気抵抗Dは、空気抵抗係数CD(「Constant Drag」の略)に比例し、空気と車両との相対速度u(=走行風速度、例えば、無風の場合には車両走行速度)の2乗に比例した値となる。
この空気抵抗Dを低減するには、
(a) 空気抵抗係数CDが目標からどれだけ乖離するか?
(b) 目標からの乖離の原因はどこにあるか?
(c) その原因を解消すればどれだけ目標に漸近するか?
を把握するのが一連のプロセスである。このうち、(a),(c)は正確な計算流体学で算出された空気抵抗係数CDから知ることができるが、(b)を正確に特定するには、計算流体学から算出される速度や圧力だけでは困難である。
この空気抵抗Dについて、図11に一般的な乗用車(エンジン車)における空気抵抗の抵抗発生源分類を示す。一番大きな抵抗発生源は、図11から明らかなように、車両外形である。しかし、二番目に大きな抵抗発生源は、床下・タイヤであり、エンジンルーム通気による空気抵抗を上回っている。すなわち、空気抵抗Dは、車両の外形スタイリングにのみに依存すると断言することはできず、床下・タイヤやエンジンルーム通気という抵抗発生源に対する配慮が必要であることが分かる。
これに対し、空気抵抗Dを低減する空力性能改善は、主に車両の外形スタイリングに注目してなされてきた。しかし、例えば、後席の居住性を確保する必要がある車両の場合、車両の外形スタイリングによる空力性能改善を行っても、後席の居住スペース確保という設計上の制約により自ずと限界がある。つまり、航続距離の延長を目指して所望の空力性能を高いレベルに設定した場合、車両の外形スタイリングだけの改善では、所望の空力性能に到達する改善を望むことができない。
特に、床下の限られたスペースにバッテリを搭載した電気自動車の場合、フル充電により決まったバッテリ容量でどれだけ航続距離を延ばすかということが生命線ともいえる。この電気自動車において、車両の外形スタイリングによる空力性能改善が限界域にあるとき、床下・タイヤ全体による空気抵抗をできる限り低減することは、電気自動車全体としての空気抵抗低減と航続距離を延ばすことに繋がることで、きわめて重要な技術課題である。そして、床下・タイヤ全体の空気抵抗低減の実効を図るためには、走行風の流入開始域に存在する前部床下・フロントタイヤによる乱流を抑えることが、床下・タイヤ全体による空気抵抗低減を図る上で重要である。
[床下・タイヤ全体による空力性能向上作用]
上記のように、電気自動車において、床下・タイヤ全体による空気抵抗をできる限り低減することは、航続距離を延ばす上で重要である。以下、これを反映する実施例1の電気自動車EVにおける床下・タイヤ全体による空力性能向上作用を説明する。
電気自動車EVは、図1に示すように、アンダーカバー3,4,5,6,7により、タイヤ等を除く床下のほぼ全領域を覆っている。これにより、車両前端から車両後端まで凹凸の無い連続する平滑面が確保され、車両前方から流入した走行風により、車両センターラインCLを中心とする床下中央部領域の下を通過する主流線束FMAINが形成される。このため、車両前方から流入した走行風が、アンダーカバー3,4,5,6,7を通過し、車両後方へとスムーズに抜ける。特に、後部床下を覆うリアアンダーカバー7は、ディフューザー構造とされているため、走行風の車両後方への抜け促進作用も加わる。このように、車両前端から車両後端までの床下中央部領域の下を整然とスムーズに走行風が流れることで、床下中央部領域での空気抵抗Dが低下する。
電気自動車EVは、図1に示すように、左右一対のフロントタイヤ1L,1Rの前方位置に左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rを設けている。これにより、走行中、フロントタイヤ1L,1Rの周りを流れる走行風の流れが、フロントタイヤ1L,1R領域への走行風の流れ込みを抑えるように整えられる。この結果、空気抵抗を高める主な原因場所となっているフロントタイヤ1L,1R領域への走行風の流れ込み抑制により、フロントタイヤ1L,1R領域での空気抵抗Dが低下する。
電気自動車EVは、図1に示すように、左右一対のリアタイヤ2L,2Rの前方位置に左右一対のリアディフレクタ9L,9Rを設けている。これにより、走行中、リアタイヤ2L,2Rの周りを迂回するように走行風の流れが整えられる。この結果、リアタイヤ2L,2Rの周りを迂回する走行風により、リアタイヤ2L,2R領域での空気抵抗Dが低下する。
電気自動車EVは、図1に示すように、フロントアンダーカバー3に走行風の流速をコントロールする曲面突出部31を設けている。これにより、走行中、車両前方から流入した走行風の広がりを抑え、車両センターラインCLを中心とする前部床下中央部の下を通過する主流線束FMAINを形成する。この結果、車両前端から流入した走行風が前部床下にて中央部領域に集められ、前部床下の中央部領域での空気抵抗Dが低下する。
以上説明したように、実施例1の電気自動車EVは、これらの床下・タイヤ全体の空力性能向上を目指した床下構造を採用した。このため、電気自動車EVの床下・タイヤ全体の空気抵抗Dが低減されることになり、電気自動車EVの航続距離を延ばす全体の空力性能向上を達成することができる。
[フロントディフレクタによる前部床下・フロントタイヤの空気抵抗低減作用]
上記のように、電気自動車EVにおいて、床下・タイヤ全体の空気抵抗低減の実効を図るためには、走行風の流入開始域に存在する前部床下・フロントタイヤによる乱流を抑え、空気抵抗の低減を図ることが重要である。以下、これを反映する実施例1の電気自動車EVにおけるフロントディフレクタ8L,8Rによる前部床下・フロントタイヤの空気抵抗低減作用を説明する。
まず、本発明者等が行った電気自動車の前部床下・フロントタイヤの周りの走行風の流れの解析試験結果を図12に示す。この試験結果に基づき、車両の前部床下領域で空気抵抗を与える原因とメカニズムを解析したら、フロントディフレクタ8L,8Rにより整流する場合、下記の2点を考慮する必要があることが解明された。
(A) 走行風がフロントタイヤ1L,1Rやフロントサスペンションリンク10L,10Rに当たった場合、走行風の衝突により大きな空気抵抗になるし、さらに、操舵に伴ってタイヤが回転すると走行風が攪拌され、さらに大きな空気抵抗になる。また、走行風がフロントホイールハウス14L,14Rに巻き込まれると、フロントホイールハウス14L,14Rが空気を孕んで渦構造(渦管や渦層)が発生し、この渦構造が発達して大きな空気抵抗になる。すなわち、走行風が衝突したり走行風を巻き込んだりするフロントタイヤ1L,1R領域(フロントタイヤ1L,1Rおよびその周囲領域(フロントサスペンションリンク10L,10R、フロントホイールハウス14L,14Rなど))が、空気抵抗を高める主な原因場所となっていることが分かった。
(B) 車両前方から導入され、左右一対のフロントタイヤ1L,1Rに向かってゆく走行風の流線に着目すると、例えば、船舶が航行するとき、船舶の船底が水を押しのけることにより発生する引き波に類似する現象が起きていることがわかる。すなわち、車両の走行中、前部床下が周囲の空気を押しのけることによって、図12の矢印に示すように、車両後方に向かって車幅方向に広がる広がり角度を持つ流線を描くことが分かった。
これに対し、実施例1では、走行風の車幅方向に広がる流線を考慮し、左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rの前方頂部8aを、フロントタイヤ1L,1Rの直進状態タイヤ内面TINの位置よりも車両センターラインCLに近い車幅方向内側位置に配置した。このため、図13及び図14に示すように、車両後方に向かって車幅方向に広がる走行風の流れが、左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rの前方頂部8aに達すると、前方頂部8aから車両内方と車両外方の2方向に分岐する。この車両内方に分岐した走行風の流れは、第1整流面8dにより左右一対のフロントタイヤ1L,1Rの内周側を迂回する流れに整えられる。一方、車両外方に分岐した走行風の流れは、第2整流面8eにより左右一対のフロントタイヤ1L,1Rの外周側を迂回する流れに整えられる。
言い換えると、第1整流面8dは、車幅方向に広がる走行風の流れを、内側方向に集まる走行風の流れに偏向させて前部床下へ戻す整流作用を示す。一方、第2整流面8eは、車幅方向に広がる走行風の流れを、車幅方向への広がりをより促す走行風の流れに偏向させて車両外部に放出する整流作用を示す。
この左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rによる左右一対のフロントタイヤ1L,1Rの内外周を迂回する整流作用により、空気抵抗を与える主な原因場所であるフロントタイヤ領域への走行風の流れ込み流量が低く抑えられる。すなわち、フロントディフレクタ8L,8Rの後流の流線として、図13に示すように、フロントタイヤ1L,1R領域への走行風の流れ込みを避ける流線が形成され、フロントタイヤ1L,1R領域での乱流の発生が抑えられる。
例えば、フロントタイヤ領域で乱流が発生した場合、乱流中には非常に小さなスケールの渦構造(渦管と渦層)が存在することが明らかにされており、渦層から渦管が生成される過程(渦層−渦管遷移過程)の発生頻度が増加する。そして、小スケールの渦構造を生成し、乱流が発達してゆき、空気抵抗Dを増大させることがわかっている。したがって、フロントタイヤ領域での乱流の発生を抑えることは、そのまま空気抵抗Dの低減へと繋がることになる。
以上説明したように、実施例1では、フロントディフレクタ8L,8Rの前方頂部8aを、車両前方から流入し車幅方向に広がる走行風を、車両内方と車両外方の2方向に分岐する位置に配置した。このため、走行中、走行風の流入開始域に存在する前部床下・フロントタイヤによる乱流が抑えられ、空気抵抗Dの低減を図ることができる。
[組み合わせによる空気抵抗低減作用]
フロントディフレクタにより車両内方に分岐する走行風の流れの方向を、フロントタイヤ領域を通過するまで内側方向に保つことは、前部床下・フロントタイヤによる空気抵抗Dの低減を図る上で重要である。以下、これを反映する実施例1における曲面突出部31とフロントディフレクタ8L,8Rとの組み合わせによる空気抵抗低減作用を説明する。
左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rは、前方頂部8aにより車両前方から流入する走行風を内側方向に分岐する。そして、第1整流面8dにより、分岐した走行風の車両内側流線束FINを、車両センターラインCLを中心とする前部床下中央部の下を通過する走行風の主流線束FMAINに向かう流れに整える。このとき、例えば、走行風の主流線束FMAINに向かう走行風が、主流線束FMAIN側から押されるような抗力を受けると、走行風がフロントタイヤ1L,1Rの内側に戻され、フロントホイールハウス14L,14Rに流れ込む。
これに対し、前部床下を覆うフロントアンダーカバー3は、左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rより車両前方位置に、車幅方向寸法WLを前後方向寸法SLより長くした曲面突出部31を有する。そして、曲面突出部31は、車両センターラインCLの位置で車両前後方向突出周長を最も長くし、車両センターラインCLから車幅方向の両側に離れるにつれて徐々に車両前後方向突出周長を短くした。
このため、車両センターラインCLの位置において、最も速い流速と最も低い圧力による走行風とされ、車両センターラインCLから車幅方向の両側に離れるにつれて、徐々に流速が低下すると共に徐々に圧力が高まる走行風とされる。この圧力差により、車両前方から流入した走行風のうち、車両センターラインCLから離れた位置を流れる圧力の高い走行風の流線が、圧力の低い車両センターラインCLに向かって偏向する。この偏向により、車両前方から流入した走行風が、車幅方向に広がるのを抑える。
言い換えると、曲面突出部31は、車両前方から流入した走行風を、広がりを抑えることで車両センターラインCLを中心とする前部床下中央部の下を通過する走行風として集め、走行風の主流線束FMAINを形成するという整流作用を示す(図13参照)。
したがって、第1整流面8dによる整流作用により、車両センターラインCLを中心とする前部床下中央部の下を通過する走行風の主流線束FMAINに向かう走行風は、曲面突出部31により整然と形成された主流線束FMAINに合流する。 つまり、走行風がフロントタイヤ1L,1Rの内側に戻され、フロントホイールハウス14L,14Rに流れ込むことが防止される。
以上説明したように、実施例1では、フロントアンダーカバー3に形成した曲面突出部31と、左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rとの2つの整流構造を組み合わせる構成を採用した。したがって、左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rにて受け止められた走行風は、第1整流面8dから主流線束FMAINに向かい、曲面突出部31により整然と形成された主流線束FMAINへスムーズに合流する。このため、走行中、前部床下・フロントタイヤによる空気抵抗Dを、さらに低減することができる。
次に、効果を説明する。
実施例1の電気自動車EVの前部床下構造にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
(1) フロントタイヤ1L,1Rの車両前方位置にフロントディフレクタ8L,8Rを設け、走行中、前部床下の周りを流れる走行風の流れを整える車両(電気自動車EV)の前部床下構造において、前記フロントディフレクタ8L,8Rは、前記フロントタイヤ1L,1Rの直進状態タイヤ先端面TFRの位置よりも車両前方位置であって、前記フロントタイヤ1L,1Rの直進状態タイヤ内面TINの位置よりも車両センターラインCLに近い車幅方向内側位置に配置した前方頂部8aと、前記前方頂部8aよりも車両後方位置であって、前記前方頂部8aよりも車幅方向内側位置に配置した内側端部8bと、前記前方頂部8aと前記内側端部8bとを接続し、車両前方からの走行風を受けると、受けた走行風の流れを、車両内方に向かう流れに整える第1整流面8dと、を有する。
このため、走行中、前部床下の周りを流れる走行風による空気抵抗Dを低減することで、所望の空力性能向上を実現することができる。
(2) 前記第1整流面8dは、車両前方から車両前後方向に流入した走行風が、車両後方に向かって車幅方向に広がって流れるという走行風の流線方向に基づき、前記フロントタイヤ1L,1Rへ向かって流れ込む広がり角度θを持った走行風を受けるように、前記前方頂部8aの車両前後方向位置と車幅方向位置を決めた。
このため、広がり角度θを持った走行風を、フロントディフレクタ8L,8Rにより確実に受けることで、フロントタイヤ1L,1Rの内周側を迂回する整流作用を達成することができる。
(3) 前記第1整流面8dは、前記広がり角度θを持って受けた走行風の流れを、前記車両センターラインCLを中心とする前部床下中央部の下を通過する走行風の主流線束FMAINに向かう流れに整える。
このため、第1整流面8dが、受けた走行風(車両内側流線束FIN)を主流線束FMAINへ合流させるという整流を行うことで、確実にフロントタイヤ1L,1Rの内周を迂回する走行風の流れを形成することができる。
(4) 前記左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rにより挟まれた位置に、前記前部床下を覆うと共に車両後方に向かって幅寸法を徐々に縮小させた傾斜側面部35,35を有するフロントアンダーカバー3を設け、前記第1整流面8dは、前記フロントアンダーカバー3の傾斜側面部35,35に沿う角度に傾斜する面とした。
このため、第1整流面8dが、受けた走行風(車両内側流線束FIN)を、フロントアンダーカバー3の傾斜側面部35,35に沿う流れに偏向させるという整流を行うことで、偏向後の走行風の流れがフロントアンダーカバー3に沿った流れとなり、主流線束FMAINへの合流に伴う走行風の乱れを抑えることができる。
(5) 前記フロントアンダーカバー3は、前記フロントディフレクタ8L,8Rより車両前方位置に、車幅方向寸法WLを前後方向寸法SLより長くした曲面突出部31を有し、
前記曲面突出部31は、前記車両センターラインCLの位置で車両前後方向突出周長を最も長くし、前記車両センターラインCLから車両方向の両側に離れるにつれて徐々に車両前後方向突出周長を短くした。
このため、主流線束FMAINを整然と形成する曲面突出部31と、左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rとの組み合わせ構成により、第1整流面8dから主流線束FMAINに向かって戻される走行風を、主流線束FMAINに対しスムーズに合流させることができる。
(6) 前記フロントディフレクタ8L,8Rは、前記前方頂部8aよりも車両後方位置であって、前記前方頂部8aよりも車幅方向外側位置に配置した外側端部8cと、前記前方頂部8aと前記外側端部8cとを接続し、車両前方からの走行風を受けると、受けた走行風の流れを、車両外方に向かう流れに整える第2整流面8eと、を更に有する。
このため、走行中、前部床下の周りを流れる走行風による空気抵抗Dを低減することで、所望の空力性能向上を実現することができる。
(7) 前記前方頂部8aは、車両前方から車両前後方向に流入した走行風が、車両後方に向かって車幅方向に広がって流れるという走行風の流線方向に基づき、前記フロントタイヤ1L,1Rへ向かって流れ込む広がり角度θを持った走行風のタイヤ流線束Fを、車両内側流線束FINと車両外側流線束FOUTに分岐するように、車両前後方向位置と車幅方向位置を決めた。
このため、広がり角度θを持った走行風のタイヤ流線束Fを、フロントディフレクタ8L,8Rにより、確実に車両内側流線束FINと車両外側流線束FOUTに分岐することで、フロントタイヤ1L,1Rの内外周を迂回する整流作用を達成することができる。
(8) 前記第2整流面8eは、前記前方頂部8aにより分岐した走行風の車両外側流線束FOUTを、斜め方向外側に向かう流線束となるように徐々に流れを整える曲面整流部8e1と、該曲面整流部8e1からの斜め方向外側に向かう流れを、さらに車幅方向外側に向かう流れに整える平面整流部8e2と、を有する。
このため、第2整流面8eが、分岐した走行風の車両外側流線束FOUTを車幅方向外側に向かって放出するという整流を行うことで、確実にフロントタイヤ1L,1Rの外周を迂回する走行風の流れを形成することができる。
以上、本発明の車両の前部床下構造を実施例1に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例1に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
実施例1において、フロントディフレクタ8L,8Rは、広がり角度θを持った走行風のタイヤ流線束Fをほぼ2分割し、分岐した車両内側流線束FINと車両外側流線束FOUTを受ける第1整流面8dと第2整流面8eを有する例を示した。しかし、例えば、図15の変形例1に示すように、実施例1のフロントディフレクタ8L,8Rを、内側フロントディフレクタ81L,81Rと、外側フロントディフレクタ82L,82Rに2分割化するような例としても良い。この場合、内側フロントディフレクタ81L,81Rが、本発明のフロントディフレクタに相当する。さらに、例えば、図16の変形例2に示すように、フロントタイヤに向かう走行風のほとんど受け、もしくは、走行風の全部を受け、これを車両内方へ向かう流れに整えるフロントディフレクタ8L’,8R’を設けるような例としても良い。
実施例1において、前方頂部8aは、広がり角度θを持った走行風のタイヤ流線束Fをほぼ2分割し、車両内側流線束FINと車両外側流線束FOUTに分岐するように、車両前後方向位置と車幅方向位置を決めた例を示した。しかし、車両内側流線束FINを大流量とし車両外側流線束FOUTを小流量とする分岐とし、前方頂部の車両前後方向位置と車幅方向位置を決める例としても良い。逆に、車両内側流線束FINを小流量とし車両外側流線束FOUTを大流量とする分岐とし、前方頂部の車両前後方向位置と車幅方向位置を決める例としても良い。
実施例1において、第1整流面8dは、走行風の車両内側流線束FINを、フロントアンダーカバー3の傾斜側面部35,35に沿って偏向し、車両センターラインCLを中心とする前部床下中央部の下を通過する走行風の主流線束FMAINに向かう流れに整える例を示した。しかし、第1整流面としては、広がり角度θを持つ走行風の流れを受け、その走行風の流れを、フロントタイヤ1L,1Rの内側を迂回し、フロントホイールハウス14L,14Rの車両後端部に向かう流れとなるように整流する偏向面を有する例としても良い。さらに、第1整流面は、走行風の車両内側流線束を、フロントホイールハウス14L,14Rの車両後端部に向かう流れとなるように整流する偏向面を有する例としても良い。
実施例1において、第2整流面8eは、走行風の車両外側流線束FOUTを、曲面整流部8e1と平面整流部8e2の組み合わせにより整流する構成例を示した。しかし、例えば、図17の変形例に示すように、実施例1における前方頂部8aと外側端部8cをなだらかな1つの曲面により接続するフロントディフレクタ8L”,8R”の例としても良い。さらに、3以上の整流部を組み合わせて第2整流面8eとする構成例であっても良い。
実施例1において、フロントアンダーカバー3の曲面突出部31と、左右一対のフロントディフレクタ8L,8Rを組み合わせて前部床下の周りを流れる走行風を整流する例を示した。しかし、曲面突出部の無いフロントアンダーカバーとフロントディフレクタとを組み合わせて、前部床下の周りを流れる走行風を整流しても良い。さらに、フロントアンダーカバーが無くて、フロントディフレクタのみにより前部床下の周りを流れる走行風を整流しても良い。
実施例1では、前部床下構造を電気自動車EVに適用する例を示した。しかし、ハイブリッド車や燃料電池車等の電動車両の前部床下構造に対しても適用することができるのは勿論のこと、エンジン車の前部床下構造に適用することもできる。なお、電動車両に適用した場合には、バッテリ航続距離が延び、電費性能の向上を達成できる。また、エンジン車に適用した場合には、燃費向上を達成できる。
本出願は、2010年4月8日に出願された日本国特許願第2010−89337号及び2010年4月8日に出願された日本国特許願第2010−89338号に基づく優先権を主張しており、これらの出願の全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
本発明にかかる車両の前部床下構造では、車両前方から流入した走行風が車幅方向に広がって車両後方へと流れることを考慮し、フロントディフレクタの前方頂部を、フロントタイヤの直進状態タイヤ内面の位置よりも車両センターラインに近い車幅方向内側位置に配置した。このため、車両後方に向かって広がる走行風の流れが、フロントディフレクタの前方頂部に達すると、前方頂部と内側端部とを接続する整流面により受けられる。この整流面により受けられた走行風の流れは、整流面によりフロントタイヤの内周側を迂回する流れに整えられる。このように、フロントディフレクタは、フロントタイヤの内周側を迂回させて走行風を流すという整流作用を示すことで、前部床下において空気抵抗を与える主な原因場所であるフロントタイヤ領域への走行風の流れ込み流量が低く抑えられる。したがって、走行中、前部床下の周りを流れる走行風による空気抵抗を低減することで、所望の空力性能向上を実現することができる。
EV 電気自動車(車両の一例)
1L,1R 左右一対のフロントタイヤ
2L,2R 左右一対のリアタイヤ
3 フロントアンダーカバー
31 曲面突出部
35,35 傾斜側面部
4 モータルーム後部アンダーカバー
5 第1バッテリアンダーカバー
6 第2バッテリアンダーカバー
7 リアアンダーカバー
8L,8R 左右一対のフロントディフレクタ
8a 前方頂部
8b 内側端部
8c 外側端部
8d 第1整流面
8e 第2整流面
8e1 曲面整流部
8e2 平面整流部
9L,9R 左右一対のリアディフレクタ
TFR 直進状態タイヤ先端面
TIN 直進状態タイヤ内面
CL 車両センターライン
θ 広がり角度
F タイヤ流線束
FIN 車両内側流線束
FOUT 車両外側流線束
FMAIN 走行風の主流線束
WL 車幅方向寸法
SL 前後方向寸法

Claims (7)

  1. フロントタイヤの車両前方位置にフロントディフレクタを設け、走行中、前部床下の周りを流れる走行風の流れを整える車両の前部床下構造において、
    前記フロントディフレクタは、
    前記フロントタイヤの直進状態タイヤ先端面の位置よりも車両前方位置であって、前記フロントタイヤの直進状態タイヤ内面の位置よりも車両センターラインに近い車幅方向内側位置に配置され、車両後方に向かう走行風の流れを、車両内方と車両外方の2方向に分岐する前方頂部と、
    前記前方頂部よりも車両後方位置であって、前記前方頂部よりも車幅方向内側位置に配置した内側端部と、
    前記前方頂部と前記内側端部とを接続するとともに前記内側端部の近傍部位において車幅方向内側に傾斜し、車両前方からの走行風を受けると、受けた走行風の流れを、車幅方向内側に向かう流れに整える第1整流面と、を有し、
    車両前方から車両前後方向に流入した走行風が、車両後方に向かって車幅方向に広がって流れるという走行風の流線方向に基づき、前記第1整流面が前記フロントタイヤへ向かって流れ込む広がり角度を持った走行風を受けるように、前記前方頂部の車両前後方向位置と車幅方向位置を決めたことを特徴とする車両の前部床下構造。
  2. 請求項1に記載された車両の前部床下構造において、
    前記第1整流面は、前記広がり角度を持って受けた走行風の流れを、前記車両センターラインを中心とする前部床下中央部下を通過する走行風の主流線束に向かう流れに整えることを特徴とする車両の前部床下構造。
  3. 請求項2に記載された車両の前部床下構造において、
    前記左右一対のフロントディフレクタにより挟まれた位置に、前記前部床下を覆うと共に車両後方に向かって幅寸法を徐々に縮小させた傾斜側面部を有するフロントアンダーカバーを設け、
    前記第1整流面は、前記フロントアンダーカバーの傾斜側面部に沿う角度に傾斜する面としたことを特徴とする車両の前部床下構造。
  4. 請求項3に記載された車両の前部床下構造において、
    前記フロントアンダーカバーは、前記フロントディフレクタより車両前方位置に、車幅方向寸法を前後方向寸法より長くした曲面突出部を有し、
    前記曲面突出部は、前記車両センターラインの位置で車両前後方向表面周長を最も長くし、前記車両センターラインから車幅方向の両側に離れるにつれて徐々に車両前後方向表面周長を短くしたことを特徴とする車両の前部床下構造。
  5. 請求項1に記載された車両の前部床下構造において、
    前記フロントディフレクタが、
    前記前方頂部よりも車両後方位置であって、前記前方頂部よりも車幅方向外側位置に配置した外側端部と、
    前記前方頂部と前記外側端部とを接続し、車両前方からの走行風を受けると、受けた走行風の流れを、車両外方に向かう流れに整える第2整流面と、
    を更に有することを特徴とする車両の前部床下構造。
  6. 請求項1に記載された車両の前部床下構造において、
    前記前方頂部は、車両前方から車両前後方向に流入した走行風が、車両後方に向かって車幅方向に広がって流れるという走行風の流線方向に基づき、前記フロントタイヤへ向かって流れ込む広がり角度を持った走行風のタイヤ流線束を、車両内側流線束と車両外側流線束に分岐するように、車両前後方向位置と車幅方向位置を決めたことを特徴とする車両の前部床下構造。
  7. 請求項1に記載された車両の前部床下構造において、
    前記フロントディフレクタが、前記前方頂部により分岐した走行風の車両外側流線束を、斜め方向外側に向かう流線束となるように徐々に流れを整える曲面整流部と、該曲面整流部からの斜め方向外側に向かう流れを、さらに車幅方向外側に向かう流れに整える平面整流部と、を有する第2整流面を更に有していることを特徴とする車両の前部床下構造。
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