JP5621710B2 - 車両下部構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両下部構造に関し、特に、車体下部の流体の流れを制御する整流構造に関する。

車両走行時には、車両は空気の流れの中を進む状態となり、この流れにより、車両の進行を阻止する空気抵抗と、車両を地面から浮き上がらせる方向に作用する揚力とが発生する。なお、揚力が負の場合には、逆に車両を地面へと押しつける力が作用する。空気抵抗が大きいと、車両の速度維持に必要なエネルギーが増加するため、燃費の悪化を招く。一方、揚力が増すと、タイヤの接地力が弱まるので、走行安定性に影響を及ぼす。このため、空気抵抗、揚力を低下させるために車両周囲の空気の流れを制御する車体構造が研究されている。特許文献１に開示されている技術は、こうした車体構造の一例であって、車体床下に所定形状の整流フィンを配置することで、車両の床下の空気の流れを整えて車体床下の空気の流れを安定させることができると記載されている。

特開２００９−９０６８１号公報

車両床下においては、他の車両外表面部と異なり、車両床下と地面との間を空気流が通過する際の地面の影響を考慮する必要がある。本願発明者らは、この地面の影響についてより詳細に検討した結果、特許文献１に開示されているような整流フィンの構成について、さらに改良の余地があることを明らかに、本願発明に至った。

そこで、本発明は、地面の影響を考慮したより効果的な整流フィンを有する車両下部構造を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る車両下部構造は、本発明に係る車体床下に取り付けられ、車体床下の流体の流れを整流する整流フィンを備える車両下部構造において、整流フィンは、車両側面視で上下方向に翼厚を有し、かつ、車両下面視で、車両前後方向を長手方向とする矩形面を有する翼型フィンであり、翼型フィンの左右にそれぞれ配置され、車両側面視で上下方向および前後方向へと延びる垂直補助翼と、垂直補助翼の下部から前記翼型フィン方向へ向かってそれぞれ延びる水平補助翼とを備えていることを特徴とする。

垂直補助翼は、翼型フィンの前方側に配置されているとよい。

本発明によれば、車体床下と地面との間を流れる空気流について、翼面に空気を引き寄せることで、地面を利用して空気流の圧縮・膨張を行うことにより、整流効果をよりいっそう高めることができ、床下の空気の流れが安定し、操縦性、乗り心地が向上する。

垂直補助翼を設けることで、左右方向への空気の圧縮性能をよりいっそう高めることができ、空気の整流効果をよりいっそう向上させ、操縦性・乗り心地をよりいっそう向上させることができる。この垂直補助翼を前方側へ配置することで、整流フィン本体との相乗効果をよりいっそう高めることができる。

水平補助翼をさらに配置することで、整流効果をよりいっそう向上させることができる。

本発明に係る車両下部構造の第１の実施形態を示す側面図である。 図１の車両下部構造の整流フィンを示す下面図および側面図である。 図１、図２の整流フィンを示す斜視図である。 本発明に係る車両下部構造の第２の実施形態の整流フィンを示す下面図および側面図である。 本発明に係る車両下部構造の第３の実施形態の整流フィンを示す下面図および側面図である。 本発明に係る車両下部構造の第４の実施形態の整流フィンを示す側面図である。 第１の比較形態の整流フィンを示す側面図および斜視図である。 第２の比較形態の整流フィンを示す側面図および斜視図である。 第３の比較形態の整流フィンを示す側面図および斜視図である。 本発明の実施形態と比較形態についてヨーレートゲインを比較した結果を示すグラフである。 本発明の実施形態と比較形態について上下Ｇの振幅比を比較した結果を示すグラフである。 別の形態について上下Ｇの振幅比を比較した結果を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

本発明に係る車両下部構造の第１の実施形態を図１〜図３に示す。図１は、車両装着状態を示す側面図であり、図２（ａ）は、整流フィンを示す下面図であり、図２（ｂ）は、その側面図、図３は、その下方からみた斜視図である。

本実施形態の車両下部構造は、車両１００の後部床下面１１０に取り付けられており、整流フィン本体１０と、その左右に配置される垂直補助翼１１、１２からなる。整流フィン本体１０は、車両側面視で上下方向に翼厚を有する翼型断面を有する翼型フィンである。具体的には、車両前方側でその厚みが最も厚くなり、前後方向の双方に向かって厚みが薄くなる。ここで、車両前方側の端部は、丸みを帯びた形状であるのに対し、車両後方側の端部は鋭く尖った形状をなしており、いわゆる涙滴型を半分に縦に半分に切った断面形状に近似した形状を持つ。整流フィン本体１０は、さらに、車両前後方向の垂直断面が同一で車両下側からみて車両前後方向を長手方向とする矩形形状の中央部１０ａと、その両側に取り付けられ、中央部１０ａから離れるにしたがって、その厚みが薄くなる側部１０ｂ、１０ｃを備えている。

一方、垂直補助翼１１、１２は、いずれも矩形版であり、車両側面視で上下方向および前後方向へと延びる。そして、その前端が整流フィン本体１０の前端と一致し、その後端が整流フィン本体１０の最大厚み部分付近に位置するよう配置されている。つまり、垂直補助翼１１、１２は、整流フィン本体１０の前方側に配置されている。この補助翼１１、１２の前端は、整流フィン本体１０の前端と一致する必要はなく、整流フィン本体１０よりも前方側に配置されていてもよい。

ここで、中央部１０ａの車両前後方向の長さと幅の比は、１０：１〜１：５に設定するとよい。また、中央部１０ａの幅は、車両１００の幅の１〜５０％とするとよい。整流フィン本体１０の厚みの長さに対する比率は、１／１０〜２／５とするとよい。一方、垂直補助翼１１、１２の高さ（垂直方向）と長さ（車両前後方向）の比は、１：１〜１：４とするとよく、垂直補助翼１１、１２の間隔は、５ｍｍ〜１００ｍｍに設定するとよい。

本実施形態の車両下部構造によれば、整流フィン本体１０によって、車両走行中に車両前端から車体床下に入った空気（流体）の流れは、整流フィン本体１０側へと引き寄せられる。この結果、路面２００との間でスムーズに空気流を圧縮、膨張させることができるので、空気の流れを安定させて車両後端における拡散をスムーズに行うことができる。

また、整流フィン本体１０の左右に配置した垂直補助翼１１、１２により、垂直補助翼１１、１２の外側を通る気流を垂直補助翼１１、１２の後端側で整流フィン本体１０側へと引き寄せることで、さらに車両後部における空気の流れをよりいっそう安定させることができる。その結果、高速走行時の車両安定性が向上するととともに、空気抵抗を低減する効果が得られる。

本発明に係る車両下部構造の別の実施形態を図４〜図６を参照して説明する。図４は、第２の実施形態の整流フィン構造を示す下面図、および側面図である。この整流フィン構造においては、整流フィン本体２０は、図２、図３に示される整流フィン本体１０と同一であり、垂直補助翼２１ａ、２１ｂの下端を接続して車両前後方向および車幅方向に延びる矩形板上の水平補助翼２１ｃを備える。すなわち、水平補助翼２１ｃは、垂直補助翼２１ａ、２１ｂからみると、翼型フィンである整流フィン本体２０方向へと伸びている。そして、垂直補助翼２１ａ、２１ｂと水平補助翼２１ｃとは、車両前方からみると、コの字状の形状を有する。

このような水平補助翼２１ｃを配置することで、車両床下を流れる空気流をさらに効果的に整流フィン本体２０の後端側へと引き寄せることができる。この結果、路面２００との間でスムーズに空気流を圧縮、膨張させることができるので、空気の流れを安定させて車両後端における拡散をスムーズに行うことができる。

図５は、第３の実施形態の整流フィン構造を示す下面図、および側面図である。この整流フィン構造は、図４に示される整流フィン構造と基本部分が共通しており、図４に示される整流フィン構造では、水平補助翼２１ｃが一体化されて、垂直補助翼２１ｂ、２１ｃを繋いでいるのに対し、本実施形態では、垂直補助翼３１ａ、３２ａのそれぞれの下端から車両中心軸方向（整流フィン本体３０方向）へとそれぞれ延びる水平補助翼３１ｂ、３２ｂの先端が接続されず、中央部分に隙間が設けられている点が相違する。すなわち、垂直補助翼３１ａと水平補助翼３１ｂ、垂直補助翼３２ａと水平補助翼３２ｂがそれぞれ車両前方からみると、Ｌ字状の形状を有している。

本実施形態のように、水平補助翼３１ｂ、３２ｂを中間部で接続しない構成とした場合であっても、第２の実施形態と同様に、車両床下を流れる空気流を整流フィン本体２０の後端側へと引き寄せる効果が得られる。

図６は、第４の実施形態の整流フィン構造を示す側面図である。この整流フィン構造は、図２、図３に示される第１の実施形態の整流フィン構造と基本部分は共通しており、垂直補助翼４１が矩形版ではなく、その断面が翼型構造を有している点が相違する。この翼型構造は、内側の膨らみが外側よりも大きい構成となっている。

この構成によれば、第１の実施形態に比較して、よりいっそう左右から中心への空気流の引き寄せ効果を向上させることができる。

さらに、第２、第３の実施形態において、垂直補助翼２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３２ａを第４の実施形態の垂直補助翼４１と同様に翼型の形状としてもよい。あるいは、水平補助翼２１ｃ、３１ｂ、３２ｂを翼型の形状とすることもまた可能である。

次に、これらの車両下部構造と従来の車両下部構造とで整流効果を比較した実験を行ったので、その結果について報告する。図７〜図９は、比較対象となる比較形態の整流フィンをそれぞれ示す下面図および側面図である。

図７に示される整流フィンは、本願出願人が国際出願PCT/JP2010/067668号に開示している整流フィン形状であり、整流フィン本体５０が側面視で矩形状、下面視で涙滴形状をなしており、その両側に垂直補助翼５１、５２を備えているものである。以下、これをケース１と称する。

図８に示される整流フィン６０は、下面視が矩形状で、側面視は丸みを帯びた下側に突出した薄い台形形状をなしているものである。以下、これをケース２と称する。

図９に示される整流フィン７０は、下面視が矩形状で、側面視は、涙滴型を縦に半分に切った形状をなしている。これは、第１の実施形態の整流フィン本体１０の側部１０ｂ、１０ｃを切り落として中央部１０ａのみとした形状に類似している。以下、これをケース３と称する。

これらの比較形態と比較した実施形態は、図２、図３に示される第１の実施形態と、図５に示される第３の実施形態である。以下、両者をそれぞれケース４、ケース５と称する。

図１０は、ヨーレートゲインの比較結果である。これは、車両にケース１〜ケース４それぞれの整流フィン構造を取り付けた場合と、取り付けていない場合とでそれぞれ同一のスラローム走行を複数回繰り返し、操舵角度（ＭＡ）とヨーレートの比の周波数特性をグラフ化したものである。図１０から明らかなように、ケース１、ケース４は、他に比べて周波数特性がフラットに近く、特に、ケース４は低周波領域での周波数特性がケース１よりフラットになっている。この周波数特性は、フラットに近いほど操舵に対する車両応答の線形性が向上し、運転者が狙った通りに車両を制御しやすくなることを示している。つまり、第１の実施形態の整流フィン構造によって操縦性が向上する効果を確認することができた。

図１１、図１２は、重心の上下Ｇに対する車両後部の上下Ｇの振幅比を示したものである。これは、車両にケース１〜ケース５それぞれの整流フィン構造を取り付けた場合と、取り付けていない場合とでそれぞれ同一のコースにおける走行を複数回繰り返し、車両重心における上下Ｇ変化と、後側車軸中央の上下Ｇ変化との比の周波数特性をグラフ化したものである。図１１から明らかなように、第１の実施形態であるケース４は、上下Ｇの振幅比が他に比べてフラットであり、重心と車両後部での揺れの差が小さく、乗り心地が向上された。これに対して、ケース１、ケース２は、０．３Ｈｚ付近で特性の悪化がみられる。ケース３は、ケース１、ケース２に比べると、０．３Ｈｚ付近の特性がフラットに抑えられており、垂直補助翼のない構成によっても乗り心地を向上させる効果が得られることが確認された。

第３の実施形態であるケース５は、図１２に示されるように、ケース４に比べて０．３Ｈｚ付近での特性の悪化はあるが、０．５Ｈｚ付近では、ケース１に比較して特性が改善されていることがわかる。『車両のヨー回転振動の対する人間の知覚感度』（豊田中央研究所Ｒ＆ＤレビューＶｏｌ．３６ Ｎｏ．３ ２００１年９月発行、４７〜５３頁）に記載されているように、０．５Ｈｚ付近で人の検知する特性が変わることが知られており、ケース４とケース５では、異なった官能特性を及ぼすことが期待される。

１０、２０、３０…、４０、５０…整流フィン本体、１０ａ…中央部、１０ｂ、１０ｃ…側部、１１、２１ａ、２１ｂ、３１ａ、３２ａ、４１、５１…垂直補助翼、２１ｃ、３１ｂ、３２ｂ…水平補助翼、６０、７０…整流フィン、１００…車両、１１０…後部床下面、２００…路面。

Claims (2)

1. 車体床下に取り付けられ、車体床下の流体の流れを整流する整流フィンを備える車両下部構造において、
   前記整流フィンは、車両側面視で上下方向に翼厚を有し、かつ、車両下面視で、車両前後方向を長手方向とする矩形面を有する翼型フィンであり、
   前記翼型フィンの左右にそれぞれ配置され、車両側面視で上下方向および前後方向へと延びる垂直補助翼と、前記垂直補助翼の下部から前記翼型フィン方向へ向かってそれぞれ延びる水平補助翼とを備えている、
   ことを特徴とする車両下部構造。
2. 前記垂直補助翼は、前記翼型フィンの前方側に配置されていることを特徴とする請求項１記載の車両下部構造。

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