JP6285978B2 - 車両用空気流制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用空気流制御装置に関し、特に、車両用ホイールのスポーク間の開口部を開閉可能なホイールシャッタを備えた車両用空気流制御装置に関する。

走行時に車両を流れる空気流には、車両前方のバンパ側からエンジンルーム内に入り、車両用ホイールの開口部を通過して車両側面を流れる空気流がある。走行時には、この空気流によって、ブレーキ冷却作用が得られる一方、高速走行時には、この空気流が車両用ホイールの外側において車両側面を流れる空気流と干渉して、空気抵抗となり、空力性能が低下してしまう。

このような空気抵抗を低減するために、特許文献１には、車両用ホイールに設けられ、車両用ホイールの開口部を開状態にする開位置と、該開口部を閉状態にする閉位置とに移動可能なホイールシャッタを備えたホイール部制御装置が記載されている。この装置では、高速走行時に、ホイールシャッタを閉位置に移動させることにより、車両用ホイールの開口部から車両外部へ流出する空気流を抑制している。

また、エンジンルーム内に導入される空気流による空気抵抗を低減するための装置として、例えば、特許文献２では、エンジンルーム内への空気の導入部に設けられ、空気の導入を許容する開状態と、空気の導入を遮断する閉状態とに切替え可能なシャッタ装置が記載されている。この装置では、シャッタ装置を開状態として、エンジンルーム内のラジエータの冷却水を冷却する一方、高速走行時にシャッタ装置を閉状態とすることで、空気抵抗を低減して燃費効率を高めることができる。

特開２００６−３２７５４８号公報 特開２００７−００１５０３号公報

上述した特許文献１及び特許文献２に記載の装置では、それぞれ車両の燃費を向上させることができる。

しかし、これらを組み合わせて用いた場合、車両用ホイールの開口部が閉状態となっているときに、エンジンルーム内のラジエータ等の冷却のためにシャッタ装置を開状態にすると、エンジンルームやホイールハウスの内部の空気圧が急激に上昇してしまう。その結果、車両に揚力（リフト）が作用し、車両姿勢が不安定になってしまうという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、燃費の向上を図りながら、車両に作用する揚力の上昇を抑えることができる車両用空気流制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の車両用空気流制御装置は、車両用ホイールに設けられ、駆動手段によって該車両用ホイールのスポーク間の開口部を開状態にする開位置と、前記開口部を閉状態にする閉位置との間で移動可能なホイールシャッタと、エンジンルーム内への空気の導入部に設けられ、空気の導入を許容する開状態と、空気の導入を遮断する閉状態とに切替え可能なシャッタ装置と、該シャッタ装置の開閉状態に応じて、前記駆動手段を作動させて前記ホイールシャッタを開位置又は閉位置に移動させる制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記シャッタ装置が開状態の場合に、前記ホイールシャッタを開位置に移動させることを特徴とする。

この構成によれば、エンジンルーム内への空気の導入部に設けられたシャッタ装置の開閉状態に応じて、車両用ホイールの開口部の開閉状態を制御することで、ホイールハウス内だけではなく、エンジンルーム内も含めた空気圧の調整が可能となり、車両に作用する揚力と、車両を流れる空気流とのバランスを適切に取ることができる。これによって、揚力上昇を抑えながら、空気流による空気抵抗を減らして燃費向上を図ることができる。

この構成によれば、シャッタ装置が開状態となって、エンジンルーム内への空気導入量が増加した場合に、車両用ホイールの開口部を開状態として、該開口部から積極的に空気を排出して揚力上昇を抑制することができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用空気流制御装置において、前記制御手段は、前記シャッタ装置が閉状態であって車両の走行状態が加速走行又は定速走行の場合に、前記ホイールシャッタを閉位置に移動させることを特徴とする。

この構成によれば、シャッタ装置が閉状態となることで揚力上昇を抑えることができるとともに、車両用ホイールの開口部を閉状態とすることで、開口部から流出する空気流による空気抵抗を低減することができる。車両の加速状態又は定速走行状態において、このように空気抵抗を低減することで、燃費を向上させることができる。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の車両用空気流制御装置において、前記制御手段は、前記シャッタ装置が閉状態であって車両の走行状態が減速走行の場合に、前記ホイールシャッタを開位置に移動させることを特徴とする。

この構成によれば、シャッタ装置が閉状態となることで揚力上昇を抑えることができるとともに、車両用ホイールの開口部を開状態とすることで、開口部を通過する空気流によって、減速時に使用するブレーキを冷却することができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用空気流制御装置において、前記シャッタ装置は、車両の前面に形成された開口を開閉可能なグリルシャッタ装置であることを特徴とする。

この構成によれば、グリルシャッタ装置によって車両前面に形成された開口を閉状態とすることで、車両の前面部の空力性能を向上して低燃費化を図ることができる。

本発明に係る車両用空気流制御装置によれば、燃費の向上を図りながら、車両に作用する揚力の上昇を抑えることができる。

本発明の一実施形態である車両用空気流制御装置の制御機構を示すブロック図。 グリルシャッタ装置を説明する図であって、車体前端部の幅方向の中央部における縦断面図。 図２の要部拡大図であって、可動シャッタの開閉状態を説明する図。 ホイールシャッタを設けた車輪を示す図であって、（ａ）は車両用ホイールの開口部の閉状態を示す図であり、（ｂ）は車両用ホイールの開口部の開状態を示す図。 コントロールユニットが行う処理を示すフローチャート図。 （ａ）は、可動シャッタが開状態の場合の空気流を説明する模式的側面図。（ｂ）は、図６（ａ）のｂ−ｂ線断面図。 （ａ）は、可動シャッタが閉状態であって、車両用ホイールの開口部が閉状態の場合の空気流を説明する模式的側面図。（ｂ）は、図７（ａ）のｂ−ｂ線断面図。 （ａ）は、可動シャッタが閉状態であって、車両用ホイールの開口部が開状態の場合の空気流を説明する模式的側面図。（ｂ）は、図８（ａ）のｂ−ｂ線断面図。

図１は、本発明の一実施形態である車両用空気流制御装置１の制御機構を示すブロック図である。車両用空気流制御装置１は、水温センサ１１と、車速センサ１２と、開閉検知センサ１３と、加速度センサ１４と、コントロールユニット（制御手段）１５と、第１アクチュエータ１６と、第２アクチュエータ（駆動手段）１７とを備える。第１アクチュエータ１６は、車両の前端部に設けられたグリルシャッタ装置（シャッタ装置）４０の可動シャッタ４５を作動させ、第２アクチュエータ１７は、車両用ホイール２０に設けられたホイールシャッタ３０を作動させる（図６及び図７参照）。

図２に示すように、車体前部は、バンパ５０、バンパビーム５５、エネルギ吸収材（ＥＡ材）５６、ラジエータ６１、コンデンサ６２、及びラジエータパネル６３等によって構成される。バンパ５０には、バンパグリル開口（空気の導入部）５３が形成されており、バンパグリル開口５３から導入された空気（外気）はダクト部４内を通ってエンジンルーム３内へ導入される。また、バンパ５０には、バンパグリル開口５３を実質的に開閉可能な可動シャッタ４５を備えたグリルシャッタ装置４０が設けられる。

バンパ５０は、車体前端部に設けられる外装部材であって、例えばＰＰ等の樹脂材料によって形成される。バンパ５０は、本体部５１とエアダム部５２とを有する。本体部５１は、図示しないフロントグリル及びヘッドランプの下部に配置される。エアダム部５２は、本体部５１との間に間隔を有して、本体部５１の下方に配置されており、本体部５１とエアダム部５２との間には、バンパグリル開口５３が形成されている。本体部５１及びエアダム部５２は、それぞれ、車両後方側が開口した略Ｕ字状の縦断面を有し、車両の幅方向に延在する板状の部材によって形成されており、本体部５１の下面部５１ａには、グリルシャッタ装置４０の上部が固定され、エアダム部５２の上面部５２ａには、グリルシャッタ装置４０の下部が固定される。

バンパビーム５５は、幅方向に沿って延在する梁状の部材であり、バンパ５０の本体部５１の後方側に配置される。エネルギ吸収材５６は、衝突時にエアダム部５２から入力される荷重を吸収しつつ車体側へ伝達するものであり、エアダム部５２の後方に配置される。エネルギ吸収材５６は、車両の前後方向に延びる板状部と、板状部と一体的に形成され、上下方向に延在して前後方向に並ぶ複数のリブとを有しており、複数のリブは、板状部の下面側に形成されている。

ラジエータ６１は、エンジンの冷却水を、走行風との熱交換によって冷却するものであり、冷却水が通過するチューブの周囲に多数のフィンを配置して構成される。コンデンサ６２は、図示していないエアコンディショナの気相冷媒を、走行風との熱交換によって冷却し、凝縮させて液相とするものであり、ラジエータ６１の前方に配置される。コンデンサ６２は、冷媒が通過するチューブの周囲に多数のフィンを配置して構成されている。

ラジエータパネル６３は、ラジエータ６１及びコンデンサ６２の周囲に設けられた枠状の車体構造部材であって、これらを支持するものである。ラジエータパネル６３の下部には、閉断面を有して車両の幅方向に延在するラジエータパネルロワ６４が配置される。

グリルシャッタ装置４０は、バンパグリル開口５３に設けられ、バンパグリル開口５３を実質的に開閉するものであり、枠体４１と、可動シャッタ４５と、可動シャッタ４５を作動させる第１アクチュエータ１６とを備える。

枠体４１は、バンパグリル開口５３の内周縁部に沿って配置され、車両前方側からの正面視において略矩形状に形成されている。枠体４１の上辺部４１ａは、バンパ５０の本体部５１に固定され、枠体４１の下辺部４１ｂは、バンパ５０のエアダム部５２に固定される。

可動シャッタ４５は、上部ルーバ４６と、下部ルーバ４７とを有する。上部ルーバ４６及び下部ルーバ４７は、車両の幅方向へ延びる回転軸回りに回動して枠体４１の内部開口を開閉する可動ルーバであり、それぞれ、枠体４１の上半部、下半部を閉塞可能に構成される。

可動シャッタ４５は、第１アクチュエータ１６によって、上部ルーバ４６及び下部ルーバ４７を回動させることにより、図３において実線で示すように、枠体４１の内部（すなわち、バンパグリル開口５３）を実質的に閉塞し、空気の導入を遮断した閉状態となる。また、この閉状態から第１アクチュエータ１６によって上部ルーバ４６及び下部ルーバ４７を回動させることにより、図３において破線で示すように、枠体４１の内部を空気が流通可能であって、エンジンルーム３内へ空気を導入可能な開状態となる。

図４は、ホイールシャッタ３０を備えた車輪を裏面側（車両内側）から視た図である。車両用ホイール２０は、ホイールセンタ部２１と、タイヤ２９が装着されるリム部２２と、ホイールセンタ部２１とリム部２２とを接続する複数のスポーク２３とを有する。ホイールセンタ部２１は、ドライブシャフト７１の端部に連結されたハブ７２に接続、固定される（図６参照）。ドライブシャフト７１には、トランスミッションＴＭを介してエンジンＥＧの動力が伝達される。リム部２２の内側には、ハブ７２に接続されたブレーキディスク７３が配設される。複数のスポーク２３は、ホイールセンタ部２１から放射状に延在しており、先端部がリム部２２の内周面に接続される。

ホイールシャッタ３０は、ホイールセンタ部２１に取付けられた第２アクチュエータ１７の作動によって、車両用ホイール２０に対して回動可能に構成される。具体的には、第２アクチュエータ１７によって、スポーク２３の間の開口部２４を開放する開状態となる開位置と、開口部２４を実質的に閉鎖する閉状態となる閉位置との間で移動可能に構成される。ホイールシャッタ３０と第２アクチュエータ１７とは、少なくとも左右の前輪に設けられており、本実施形態では、左右の前輪及び後輪のそれぞれに設けられている。ホイールシャッタ３０は、車両用ホイール２０の裏面側（車両内側）に設けられおり、ホイールセンタ部２１に装着される環状部３１と、環状部３１から放射状に延在する複数のシャッタ部３２とを有する。

環状部３１は、ホイールセンタ部２１の外周に装着される。シャッタ部３２は、車両用ホイール２０の開口部２４を閉鎖可能な大きさであって、開位置に移動した際に、スポーク２３の裏面に格納可能な大きさに形成される。このホイールシャッタ３０は、図示しないスプリングの付勢力によって、図４の時計回り方向へ回動し、図４（ｂ）に示す開位置に移動する。また、第２アクチュエータ１７の駆動力によって、スプリングの付勢力に抗して反時計回り方向へ回動し、図４（ａ）に示す閉位置に移動する。なお、ホイールシャッタ３０の形状や構成は、図示例のものに限られず、車両用ホイール２０の開口部２４を開閉可能なものであればよい。

水温センサ１１は、エンジンの冷却水の温度を検出する。車速センサ１２は車両の速度を検出する。開閉検知センサ１３は、可動シャッタ４５の開閉状態を検知する。加速度センサ１４は、車両の加速度を検出する。

コントロールユニット１５は、水温センサ１１及び車速センサ１２と接続されており、これらのセンサからの検出信号に基づいて、可動シャッタ４５が開状態又は閉状態となるように第１アクチュエータ１６を作動させる。例えば、水温センサ１１によって検出された冷却水の温度が低く、車速センサ１２により検出された車速が所定の車速よりも高い高速走行の場合には、走行安定性を向上させるために、可動シャッタ４５が閉状態となるように第１アクチュエータ１６を作動させる。また、水温センサ１１によって検出された冷却水の温度が高い場合には、可動シャッタ４５が開状態となるように第１アクチュエータ１６を作動させる。

また、コントロールユニット１５は、開閉検知センサ１３及び加速度センサ１４と接続されており、これらのセンサからの検出信号に基づいてホイールシャッタ３０を開位置又は閉位置に移動させるように第２アクチュエータ１７を作動させる。

次に、コントロールユニット１５によるホイールシャッタ３０の移動制御処理について説明する。図５は、コントロールユニット１５が行う処理を示すフローチャート図である。

まず、コントロールユニット１５は、開閉検知センサ１３からの検知信号に基づいて、可動シャッタ４５が閉状態であるか判別する（ステップＳ１０１）。

可動シャッタ４５を閉状態である場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、加速度センサ１４からの検出信号に基づいて、車両の走行状態が減速走行であるか判断する（ステップＳ１０２）。走行状態が減速走行である場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、コントロールユニット１５は、第２アクチュエータ１７を作動させて、ホイールシャッタ３０が開位置となるように移動させる（ステップＳ１０３）。その後、処理を終了（リターン）する。

走行状態が減速走行ではない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）には、走行状態が加速走行であるか判別する（ステップＳ１０４）。走行状態が加速走行である場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、コントロールユニット１５は、第２アクチュエータ１７を作動させて、ホイールシャッタ３０が閉位置となるように移動させる（ステップＳ１０５）。その後、処理を終了（リターン）する。

走行状態が加速走行ではない場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）には、走行状態が定速走行であるか判別する（ステップＳ１０６）。走行状態が定速走行である場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、コントロールユニット１５は、第２アクチュエータ１７を作動させて、ホイールシャッタ３０が閉位置となるように移動させる（ステップＳ１０５）。その後、処理を終了（リターン）する。

走行状態が定速走行ではない場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、コントロールユニット１５は処理を終了（リターン）する。

一方、ステップＳ１０１において、可動シャッタ４５が閉状態ではない、すなわち、開状態である場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、コントロールユニット１５は、第２アクチュエータ１７を作動させて、ホイールシャッタ３０が開位置となるように移動させる（ステップＳ１０３）。その後、処理を終了（リターン）する。

上述した車両用空気流制御装置１では、グリルシャッタ装置４０の開閉状態や車両の走行状態に応じて、図６〜図８に示す第１〜第３形態を採用することができる。なお、図６〜図８では、走行風（空気流）の流れを矢印で示しており、図６〜図８の側面図では、グリルシャッタ装置４０を実線で示している。

一例としてホイールシャッタ３０が閉位置にある状態において、第１アクチュエータ１６の作動により可動シャッタ４５が開状態とされたときには、図６に示す第１形態のように、車両用ホイール２０の開口部２４を開状態とすることができる。これにより、車両前端部のバンパグリル開口５３からエンジンルーム３内へ導入された空気を開口部２４から車両の側方へ排出して、車両に作用する揚力の上昇を抑制することができる。

また、可動シャッタ４５が閉状態となって、エンジンルーム３内への空気導入量が減少して、揚力上昇が抑えられている状態では、走行状態によってホイールシャッタ３０の移動を制御し、低燃費走行を行うことができる。

具体的には、図７に示す第２形態のように、車両の走行状態が加速走行又は定速走行の場合に、ホイールシャッタ３０を閉位置に移動させることで、開口部２４から流出する空気流が、車両側方を流れる空気流と干渉して走行風が乱れるのを防止することができる。これにより、空気抵抗を低減して燃費を向上させることができる。

また、図８に示す第３形態のように、車両の走行状態が減速走行の場合に、ホイールシャッタ３０を開位置に移動させることで、開口部２４を通過する空気によってブレーキの冷却作用を得ることができる。また、開口部２４から排出される空気流によって空気抵抗が高まるので、減速効果の向上が期待できる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、本実施形態では、シャッタ装置としてバンパグリル開口５３を開閉可能なグリルシャッタ装置４０を用いているが、ホイールシャッタ３０が連動するシャッタ装置は、エンジンルーム３内への空気の導入部に設けられて、空気を導入可能な開状態と、空気の導入を実質的に遮断する閉状態とに切り替え可能なものであればよい。例えば、シャッタ装置は、バンパ５０の上方に配置されたフロントグリルの開口を開閉可能なフロントグリルシャッタ装置であってもよい。また、車両前面に形成された開口から導入された空気をエンジンルーム３内へ導くダクトの内部にシャッタ装置を配設し、該シャッタ装置によって、空気の流通路を開閉可能な構成としてもよい。

また、上述した実施形態では、コントロールユニット１５が、開閉検知センサ１３からの検知信号に基づいて可動シャッタ４５の開閉状態を判別しているが、第１アクチュエータ１６を作動させる制御信号に基づいて、可動シャッタ４５の開閉状態を判別する構成であってもよい。

１ 車両用空気流制御装置
３ エンジンルーム
１１ 水温センサ
１２ 車速センサ
１３ 開閉検知スイッチ
１４ 加速度センサ
１５ コントロールユニット
１６ 第１アクチュエータ
１７ 第２アクチュエータ
２０ 車両用ホイール
２３ スポーク
２４ 開口部
３０ ホイールシャッタ
４０ シャッタ装置
４５ 可動シャッタ
５３ バンパグリル開口

Claims (4)

1. 車両用ホイールに設けられ、駆動手段によって該車両用ホイールのスポーク間の開口部を開状態にする開位置と、前記開口部を閉状態にする閉位置との間で移動可能なホイールシャッタと、
   エンジンルーム内への空気の導入部に設けられ、空気の導入を許容する開状態と、空気の導入を遮断する閉状態とに切替え可能なシャッタ装置と、
   該シャッタ装置の開閉状態に応じて、前記駆動手段を作動させて前記ホイールシャッタを開位置又は閉位置に移動させる制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記シャッタ装置が開状態の場合に、前記ホイールシャッタを開位置に移動させることを特徴とする車両用空気流制御装置。
2. 前記制御手段は、前記シャッタ装置が閉状態であって車両の走行状態が加速走行又は定速走行の場合に、前記ホイールシャッタを閉位置に移動させることを特徴とする請求項１に記載の車両用空気流制御装置。
3. 前記制御手段は、前記シャッタ装置が閉状態であって車両の走行状態が減速走行の場合に、前記ホイールシャッタを開位置に移動させることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用空気流制御装置。
4. 前記シャッタ装置は、車両の前面に形成された開口を開閉可能なグリルシャッタ装置であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用空気流制御装置。

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