JPH0658303B2 - 車両の空気流測定装置 - Google Patents

車両の空気流測定装置

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JPH0658303B2
JPH0658303B2 JP61162737A JP16273786A JPH0658303B2 JP H0658303 B2 JPH0658303 B2 JP H0658303B2 JP 61162737 A JP61162737 A JP 61162737A JP 16273786 A JP16273786 A JP 16273786A JP H0658303 B2 JPH0658303 B2 JP H0658303B2
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JP
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vehicle
pressure
air flow
flow
axis
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JP61162737A
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武司 宮本
尚之 向井
信男 金丸
清 池田
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Mazda Motor Corp
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Mazda Motor Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、車両の空気流測定装置に関するものである。
(従来技術) 従来より、車両、特に自動車の車体表面の空気流れの測
定は、例えば特開昭58−48830号公報に示されて
いるように、測定対象となる車両(供試車)をシャシダ
イナモメータを備えた風洞試験室内に設置し、車体フロ
ント部の前方側からファンダクトにより冷却風を吹き付
けることによって行なわれ、この場合、当該冷却風の流
れを可視化するための方法として例えば実開昭60−4
2939号公報に示されているように煙が使用されてい
る。
(発明が解決しようとする問題点) ところが、上記従来技術による場合、当該空気流が成層
状態で流れる車体表面部の空気流の測定には効果的であ
るが、例えば車体後方部のように通常の車体形状から見
て走行時に負圧が生じ易く、下方から上方への空気流の
巻き上げが生じるような部分では当該煙によって示され
る空気流線が流れ方向の複雑な変化によって3次元方向
に乱されてしまうので実質的に正確な空気流の測定がで
きなくなる問題がある。
特に、該部分での空気流の変化の正確な測定は上記事情
から見て3次元方向の気流方向の測定が不可欠であるに
も拘わらず上記従来技術では3次元的な観察方法自体を
取ることができないのでこれに対応し得ない。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、上記の問題を解決することを目的としてなさ
れたもので、車両走行時において当該車両の後方部に生
じる空気流を圧力測定手段により測定する車両の空気流
測定装置において、上記圧力測定手段が、複数の圧力セ
ンサを3次元方向に設置した球状プローブよりなり、所
定の移動装置により任意の方向に移動可能に構成されて
なるものである。
(作 用) 上記の手段によると、車両の空気流を測定する圧力測定
手段が、複数の圧力センサを3次元方向に設置した球状
プローブによって構成され、かつ移動手段によって任意
に移動可能となっているために車両後方部各位置の3次
元方向の空気流の流れを任意かつ正確に測定することが
できる。
(実施例) 第1図〜第3図は、本発明の実施例に係る車両の空気流
測定装置を示している。
先ず第1図において、符号1は風洞試験室A内に納入設
置された例えばハッチバックタイプの車両(自動車)で
あり、上記風洞試験室Aの当該車両1の前方には送風用
のファンダクト2が設置されている。このファンダクト
2からは、所定量の空気流が任意の流速で上記車両1に
対して吹き付けられる。
一方、符号5は上記風洞試験室A内の車両1後方部に位
置して当該車両1の前後方向および左右方向に移動可能
に設けられた圧力測定手段である。該圧力測定手段5
は、上下方向に車両1の車高よりも長い所定の支持部材
6に複数の球状プローブ7,7・・を上下並列に軸支し
てなり、当該球状プローブ7,7・・には第2図に示す
ようにその球面部全体に当該球面体の中心より放射方向
で、かつ当該球面の経線と緯線との交叉点に位置して例
えばピトー管よりなる複数の圧力センサ9,9・・が埋
設されている。そして、上記各圧力センサ9,9・・の
出力管10,10・・は上記球状プローブ7,7・・の
軸支部から支持部材6を抜けてスキャニングバルブ11
に連通せしめられ、該スキャニングバルブ11を介して
例えばマノメータ等の圧力計測器13によりその圧力値
を順次多点測定してその測定データを所定のメモリブー
ス12に多点記録する。このメモリブース12は、当該
データの記録機能の他に後述するトラバース装置20の
駆動制御機能並びに上記スキャニングバルブ11のスキ
ャニング制御機能をも同時に備えている。上記測定デー
タの記録には例えばフロッピーディスクが使用され、上
記測定データを基にした当該流れ場の(a)流速ベクトル
の分布図、(b)等総圧線図、(c)等静圧線図等が形成記録
される。これらの記録データは、最終的にグラフィック
ディスプレイ機能を備えたパーソナルコンピュータ16
に入力されて実線の車両走行形態をシミュレーションし
た画像表示(アニメーション表示)により空気流状態
(気流巻き上げ、負圧分布等)が3次元的に分析検討さ
れる。
上記圧力測定手段5は、移動装置としてのトラバース装
置20により車両前後又は左右方向に任意に移動するこ
とが可能となっており、上記車両後方部の全領域に亘る
空気流の3次元方向の空気流の測定が可能となってい
る。該トラバース装置20は、上記車両1の前後方向お
よび左右方向の各々の移動方向に対応して設けられた2
組のラック17,17およびピニオン18,18によっ
て上記圧力測定手段5の支持部材6を当該各ラック方向
に移動自在に支持することによって構成されており、そ
れらの各ピニオン18,18を各々パルスモータ(図示
省略)によって任意に回転駆動することによって上記圧
力測定手段5を当該車両1の前後方向又は左右方向に任
意に移動制御する。上記パルスモータの駆動は、上述の
ように上記メモリブース12からの測定プログラムに応
じた制御指令によってなされる。
次に、上記空気流測定装置を使用した車両の空気流測定
方法について第3図のフローチャートを参照して説明す
る。
先ず、上記球状プローブ7,7・・表面圧のピークの大
きさとピークの位置θo,ψoを推定するため、表面圧計
測値の最大値imaxを与える圧力センサ9,9・・付近の
表面圧分布をθとψの多項式で近似する(ステップ
)。圧力分布は、プローブ7,7・・の形状が球状
であることから、上記ピーク位置θo,ψoに関して、軸
対称分布となると考えられる。そこで、該圧力分布を表
わす関数式を次のようにおく。なお、θ,ψは、第4図
のプローブ基準座標で表される空気流に対する一般座標
角である。
Cp=Cpt-a{(θ−θo)2+(ψ−ψo)2} =Co+C1 θ・θ+C1 ψ・ψ+C2(θ2+ψ2) ・・・・・・・(1) ただし、Cpは、圧力係数、Cptは、総圧(動圧+静
圧)係数(圧力係数Cpのピーク値)、a,Co,C1θ,C
1 ψ,C2は、球状プローブ7,7・・の位置によって決
まる定数、θo,ψoはピークを与えるθ,ψの値であ
り、次のような関係がある。
したがって、上記圧力分布を上記式(1)のように近似し
て当該計測値の最大値を与える圧力センサ近似の圧力検
出データを用いて、上記定数Co,C1 θ,C1 ψ,C2
を決めれば、式(2)より表面圧のピーク、すなわち総圧
と、ピークを与える位置、すなわち、流れの方向(θ
o,ψo)を推定することができる(ステップS2)。
次に、上記のようにして決定された圧力のピーク位置
(θo,ψo)を原点とする座標系に上記圧力のピーク
値imaxとその縦横両隣りの点(ピーク点を含む5点)を
座標変換して局所流基準座標で表わす(ステップ
3)。これは、当該ピーク点への局所流に対して3次
元方向の流速ベルトを求めるためになされる。
すなわち、今例えば第4図に示すように先ず上記球状プ
ローブ7,7・・の基準座標の各軸Xp,Yp,Zpが
定義されているものとする。
一方、X,Y,Zは車両に対して与えられた空気流の車
体後方部流れ場における球状プローブ7,7・・位置の
空間座標を示しており、上記球状プローブ7,7・・の
位置は、この座標系に対して定義される。そして、上記
のごとくXp,Yp,Zpはそれぞれプローブ基準座標
であり、該Xp軸は上記X軸と、またYp軸はZ軸と、
Zp軸はY軸とそれぞれ平行であり、方向が逆である。
上記θ,ψは、Xp,Yp,Zp座標軸を基準にして定
義される。またZθψ軸は、局所流基準座標であるが、
球状プローブ7,7・・周りの局所流は、上記Zθψ
に関して軸対称となることが期待されるので、圧力分布
もZθψ軸に対称となることが予想される。
すなわち、球状プローブ7,7・・の表面圧力分布は、
球状プローブ7,7・・表面の淀み点Pを原点とする座
標系で考えれば、ある点Qの圧力分布は、Zθψ軸と線
分▲▼(Oは球状プローブの中心)となす角φのみ
の関数として表わすことができる。
そこで、上記Xp,Yp,Zp軸を回転させて、Zθψ
軸とZp軸が重なるように座標をつくり、Xp,Yp,
Zp軸系で定められているプローブ表面圧力センサの座
標系を新しい座標系で表現し、各圧力センサの座標がZ
θψ軸となす角φを求める。このときの回転による座標
変換は、Zp軸まわりにθo回転させる変換行列
{Aθ}と、{Aθ}による回転によってYp軸が移さ
れてできる軸Yp′軸まわりに当該Zp軸がZθψ軸と
重なるようにψ1=π/2−ψoだけ回転させる変換行
列{Aψ}によって行なわれる。
すなわち、 ただし、(Xpi,Ypi,Zpi)は、i番目の圧力センサの座
標である。このときφは、次のようにして得られる。
このような座標変換によって、ピーク値付近の圧力セン
サのφを求める。このφに関する圧力分布は、あらかじ
め行なっておいた予備実験により、例えば次のような実
験式で表わせることが判っているものとする。
Cp(φ)=Cpt−K(sin2φ+k1φ2+k2φ4 +k3φ6+・・・・) ・・・・(5) ここで、k1,k2,k3・・・は、予備実験より決められてい
る定数である。φ=φiのとき、Cp=Cpiとして、i
番目の圧力センサの圧力係数とφとが式(5)を満たすよ
うにKを求める。あるいは、式(2)より求められる圧力
係数Cptを無視して、式(4)より、KとCptを同時に求
めることも可能である(ステップS4)。
このようにして、Cp=Cp(φ)の式が完全に求まった
なら、次に静圧を与える角度φ=φsを式(4)に代入し
て、静圧Cps=Cp(φs)を求める。但しφsは予備実
験によって求められているものとする(ステップ
5)。
そして、次に静圧Cpsが求まると、結局その時の局所動
圧比は(Cpt−Cps)で表わせるから、局所流の流速V
として計算することができる(ステップS6)。なお、
は無次元化された局所流の主流速度を示す。
その結果、上記式(2)と式(6)とにより、局所流の方向
と、大きさが求まったことになる。従って、これを上記
流れ場の空間座標系のX,Y,Z成分に分解して書き直せば
上記局所流を中心とする3次元方向の速度ベクトルに
は、次のようになる(ステップS7)。
また、これは上記主流速度Vに対して次のように表わ
すことができる。
従って、本実施例の場合には以上の演算過程から明らか
なように、上記複数の球状プローブ7,7・・の各々の
圧力ピーク位置を中心として該流れ場の局所流の総圧、
静圧、流れ方向、流速ベクトル(速さ)のそれぞれを比
較的容易に3次元方向のデータとして測定することがで
きる。その結果、これらの各データを基に上記グラフィ
ックディスプレイ機能を有するパーソナルコンピュータ
16で3次元方向の各角度から実走状態をシミュレーシ
ョンすると、車両後方部の複雑な気流状態をもきわめて
容易に分析することができるようになる。
(発明の効果) 本発明は、以上に説明したように、車両走行時において
当該車両の後方部に生じる空気流を圧力測定手段により
測定する車両の空気流測定装置において、上記圧力測定
手段が、複数の圧力センサを3次元方向に設置した球状
プローブよりなり所定の移動装置により任意の方向に移
動可能に構成されていることを特徴とするものである。
従って、本発明によると、車両の空気流を測定する圧力
測定手段が、複数の圧力センサを3次元方向に設置した
球状プローブによって構成され、かつ移動手段によって
任意に移動可能となっているために車両後方部各位置の
3次元方向の空気流の流れを任意かつ正確に測定するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の実施例に係る車両の空気流測定装置
の側面図、第2図は、同装置における圧力測定手段の要
部の拡大斜視図、第3図は、同装置を使用した車両の空
気流測定方法の概要を示すフローチャート、第4図は、
同測定方法説明するための空気流の流れ場の空間座標図
である。 1……車両 2……ファンダクト 5……圧力測定手段 6……支持部材 7……球状プローブ 9……圧力センサ 11……スキャニングバルブ 12……メモリブース 13……圧力計測器 16……パーソナルコンピュータ 20……トラバース装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車両走行時において当該車両の後方部に生
    じる空気流を圧力測定手段により測定する車両の空気流
    測定装置であって、上記圧力測定手段が、複数の圧力セ
    ンサを3次元方向に設置した球状プローブよりなり所定
    の移動装置により任意の方向に移動可能に構成されてい
    ることを特徴とする車両の空気流測定装置。
JP61162737A 1986-07-09 1986-07-09 車両の空気流測定装置 Expired - Lifetime JPH0658303B2 (ja)

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