JPH10157658A - 自動車後部の空力構造とその設計方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 横風が変動する非定常時に横風による操縦安
定性の悪化を少なくする。 【解決手段】 車体Ｂの中央部から後端にかけて、車体
Ｂの左右の側面３と上面４または後面の隅角部に沿って
それぞれフィン５を設け、車体Ｂの各側面３と各フィン
５の外側面をそれぞれ滑らかに接続し、車体Ｂの側面３
に当たる横風が変動しても横風が車体の側面３からフィ
ン５の外側面の先端に至るまで途中で剥離せずに流れて
その流れがフィンの外側面の先端で剥離する構成にし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、横風を受ける自動
車の操縦安定性を向上させる車体後部の空力構造とその
設計方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】

第１従来技術（特開平４−８６８１号公報） 横風による自動車の操縦安定性の悪化を低減するため、
車体後部の空力構造は、ルーフエンドからリアデッキエ
ンドにかけて、車体の左右の側面と上面の境界部分に沿
ってそれぞれフィンをその上縁を斜め外向きに突出して
設け、車体の左右の側面におけるフィン外側面との接続
部をそれぞれ凹面に形成している。

【０００３】この空力構造においては、車体が横風を受
けている時に、フィンの作用により、車体後部の風上側
側面に正圧を、風下側側面に負圧を発生させて、車体に
作用する圧力を調整し、車体頭部を風下側に回動するヨ
ーイングモーメントを低減させる。

【０００４】第２従来技術（特開平６−１２７４３８号
公報） 上記の空力構造においては、フィンによる効果を高める
にはフィンが大型になる課題を解決するため、車体後部
の空力構造は、車体の中央部から後方にかけて、車体の
上面の左右位置にそれぞれフィンを略鉛直方向に突出し
て設けている。

【０００５】この空力構造においては、車体が横風を受
けている時に、フィンの作用により、車体後部の風下側
側面に渦流を発生させて、車体後部の風下側側面の負圧
を大きくし、車体に作用する圧力を調整して、車体頭部
を風下側に回動するヨーイングモーメントを低減させ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の従来
技術においては、横風による操縦安定性の悪化を低減す
るため、車体が一定の横風を受けている定常時のみを考
慮しているが、横風が一定している定常時には、ヨーイ
ングモーメントが変動しないので、車体のヨー角が一定
し、一定の操舵操作によって横風による一定のヨーイン
グモーメントを打ち消せば、車体の直進性が確保され、
操縦安定性が大きく損なわれることが少ない。

【０００７】一方、突風や風の揺らぎのように横風が変
動する非定常時には、横風によって車体が受ける外力が
変動し、ヨーイングモーメントが変動して車体のヨー角
が変動するので、変動するヨーイングモーメントを打ち
消すには頻繁な操舵操作が要求され、操縦安定性が大き
く損なわれる。

【０００８】ところが、上記の従来技術においては、横
風が変動する非定常時については考慮しておらず、非定
常時にはフィンによる効果が少なかったり、フィンが逆
効果になったりする懸念がある。

【０００９】

【課題を解決するための研究】

１）横風が変動する非定常時に、横風によって車体が受
ける外力が変動してヨーイングモーメントが変動する原
因は、車体の側面に当たった横風が車体の側面から車体
の上面または後面に沿って流れて形成される空気流の変
動であり、特に、その空気流が車体の上面または後面か
ら剥離する個所の変動である。

【００１０】従って、車体の側面に当たる横風が変動し
ても、横風による車体の側面から車体の上面または後面
に至る空気流の剥離個所が変動しない車体構造にすれ
ば、横風による操縦安定性の悪化が低減される。

【００１１】例えば、車体の側面と上面または後面の隅
角部に沿ってフィンを設け、車体の側面に当たる横風が
変動しても、横風による空気流を車体の側面からフィン
の外側面の先端まで剥離させずに流してフィンの外側面
の先端で剥離させる車体構造にすれば、空気流が車体か
ら剥離する個所がフィンの外側面の先端に限定され、空
気流の変動が減少し、ヨーイングモーメントの変動が減
少する。

【００１２】２）図９の（ａ）に示すように、車体Ｂに
当たる横風Ｗの角度βを最大値Ａと−Ａの間で正弦波状
に増減させて、車体Ｂに作用するヨーイングモーメント
係数Ｍを求めると、車体に対する横風の偏揺角βと車体
のヨーイングモーメント係数Ｍの関係は、ヒステリシス
環線になる。

【００１３】偏揺角βが増減する周波数ｆが１Ｈｚの場
合と２．５Ｈｚの場合について図９の（ｃ）（ｄ）に示
すように、偏揺角βの変化に対してヨーイングモーメン
ト係数Ｍの変化が遅れ、偏揺角βの増加時と減少時では
ヨーイングモーメント係数Ｍに差が生ずる。

【００１４】偏揺角βが増減する周波数ｆが０．５Ｈｚ
の場合について図９の（ｂ）に示すように、偏揺角βの
変化が非常に遅いまたは零であると、偏揺角βの変化に
対するヨーイングモーメント係数Ｍの変化の遅れが非常
に少ないまたは零であり、偏揺角βの増加時と減少時の
ヨーイングモーメント係数Ｍの差が非常に少ないまたは
零である。

【００１５】即ち、横風Ｗが変動する非定常時には、横
風の偏揺角βと車体のヨーイングモーメント係数Ｍは、
一次遅れの関係にあり、偏揺角βの変化とヨーイングモ
ーメント係数Ｍの変化の間に遅れがあり、その遅れが非
常に短いまたは零であると、横風Ｗが変動しない定常時
と同様になり、横風の変動による操縦安定性の悪化が低
減される。

【００１６】従って、車体Ｂに横風Ｗを当てて横風の角
度βを正弦波状に増減させ、車体に対する横風の偏揺角
βと車体のヨーイングモーメント係数Ｍの関係を求め、
横風の偏揺角βの変化と車体のヨーイングモーメント係
数Ｍの変化の間の遅れが短くなる構造を求めれば、横風
の変動による操縦安定性の悪化が少ない車体の空力構造
が得られる。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、車体の中央部
から後端にかけて、車体の左右の側面と上面または後面
の隅角部に沿ってそれぞれフィンを設け、車体の各側面
と各フィンの外側面をそれぞれ滑らかに接続し、車体の
側面に当たる横風が変動しても横風が車体の側面からフ
ィンの外側面の先端に至るまで途中で剥離せずに流れて
その流れがフィンの外側面の先端で剥離する構成にした
ことを特徴とする自動車後部の空力構造である。

【００１８】また、本発明は、車体の実物または模型に
横風を当て、車体に当たる横風の角度を周期的に増減さ
せ、車体に対する横風の偏揺角と車体のヨーイングモー
メント係数の関係を求め、横風の偏揺角の変化と車体の
ヨーイングモーメント係数の変化の間の遅れが短くなる
構造を求めることを特徴とする自動車後部の空力構造の
設計方法である。

【００１９】

【発明の効果】本発明の自動車後部の空力構造において
は、横風が変動する非定常時に、横風による操縦安定性
の悪化が少ない。

【００２０】また、本発明の設計方法においては、横風
が変動する非定常時に横風による操縦安定性の悪化が少
ない自動車後部の空力構造が得られる。

【００２１】

【発明の実施の形態】

［自動車後部の空力構造］ ＜第１例（図１〜図６参照）＞本例の空力構造を備えた
自動車は、図１に示すように、車体Ｂがエンジン室、客
室とトランク室からなる３ボックスタイプのセダン型乗
用車である。

【００２２】本例の空力構造は、図１〜図３に示すよう
に、客室１の中央部から客室１より低いトランク室２の
後端にかけて、車体Ｂの左右の側面３と車体の上面４の
隅角部に沿ってそれぞれフィン５を上向きに突出して設
けている。

【００２３】車体Ｂの各側面３と各フィン５の外側面
は、それぞれ、図４に示すように、段差を形成すること
なく滑らかに接続している。車体Ｂの側面３に当たる横
風が変動しても、横風による車体の側面３に沿う空気流
ｗは、車体の側面３からフィン５の外側面の先端に至る
まで途中で剥離せずに流れて、フィン５の外側面の先端
で剥離する構成にしている。フィン５の高さＨは、５〜
１５mm位である。

【００２４】風洞模型実験 風洞において、フィンのない上記の車体の模型と上記の
フィンのある上記の車体の模型にそれぞれ横風を当て、
車体に対する横風の偏揺角βを０度、２．５度と５度に
した場合について、それぞれ、車体の後流場の速度分布
を測定した。

【００２５】フィンのない車体においては、図５の左側
に示すように、横風の偏揺角βが変化すると、後流場の
速度の大きい個所が変動し、横風の偏揺角βの変化によ
る後流場の速度分布の変化が大きい。これに対し、フィ
ンのある車体においては、図５の右側に示すように、横
風の偏揺角βが変化しても、後流場の速度の大きい個所
がほとんど変動せず、横風の偏揺角βの変化による後流
場の速度分布の変化が小さい。

【００２６】自動車の車体のように非流線形状の鈍頭物
体は、その空力特性が物体の背後に形成される後流場に
よって特徴付けられるので、図５に示す後流場の速度分
布から、本例の自動車後部の空力構造においては、横風
が変動しても、車体の外面に沿って流れる空気流の変動
が小さいことが分かる。

【００２７】屋外実車実験 フィンのない上記の自動車と上記のフィンのある上記の
自動車を、それぞれ、自然に変動する横風を受けつつ高
速走行させて、車体の風上側の後側ピラー部に発生する
負圧の変動を測定した。自動車の走行速度は、２００km
/hであり、横風の平均速度は、２m/sである。

【００２８】車体の風上側の後側ピラー部には、上記の
風洞模型実験から明らかなように、空気流の速度分布の
変化が特徴的に現れる。

【００２９】車体の風上側の後側ピラー部の負圧変動
は、フィンのない車体においては、図６の上側に示すよ
うになり、最大値が３kgf位であった。これに対し、フ
ィンのある車体においては、図６の下側に示すようにな
り、最大値が３分の１に減少した。

【００３０】本例の自動車後部の空力構造においては、
横風が変動しても、車体の風上側の後側ピラー部外面に
沿って流れる空気流の変動が小さいことが分かる。

【００３１】結局、風洞模型実験と屋外実車実験から、
本例の自動車後部の空力構造においては、横風が変動す
る非定常時に横風による操縦安定性の悪化が少ないこと
が分かる。

【００３２】＜第２例と第３例（図７と図８参照）＞本
例の空力構造を備えた自動車は、図７または図８に示す
ように、車体Ｂの中央部と後端部の高さが同じである１
ボックスタイプまたは２ボックスタイプの乗用車であ
る。

【００３３】本例の空力構造は、図７または図８に示す
ように、車体Ｂの中央部から後端部にかけて、車体Ｂの
左右の側面３と車体の上面４または後面６の隅角部に沿
ってそれぞれフィン５を上向きまたは後向きに突出して
設けている。

【００３４】車体の各側面３と各フィン５の外側面は、
それぞれ、段差を形成することなく滑らかに接続してい
る。車体Ｂの側面３に当たる横風が変動しても、横風
は、車体の側面３からフィン５の外側面の先端に至るま
で途中で剥離せずに流れて、その流れがフィン５の外側
面の先端で剥離する構成にしている。

【００３５】［自動車後部の空力構造の設計方法］風洞
内に、図１０の（ａ）に示すように、一定の空力構造を
備えた第１試作車体の模型Ｂをその頭部が左右に揺動可
能に配置し、風Ｗを車体の模型Ｂに当てて風Ｗの向きを
固定し、車体の模型Ｂを一定の周波数ｆで左右に揺動し
て、車体の模型Ｂに当たる横風Ｗの角度βを正弦波状に
増減させ、車体の模型Ｂに対する横風Ｗの偏揺角βと車
体の模型Ｂのヨーイングモーメント係数Ｍの関係を求め
る。

【００３６】すると、「課題を解決するための研究」
２）において図９を参照して説明した通り、図１０の
（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、横風Ｗの偏揺角βと
車体の模型Ｂのヨーイングモーメント係数Ｍの関係を示
すヒステリシス環線が得られる。

【００３７】次に、第１試作車体とは空力構造を変えた
第２試作車体の模型について、同様に、偏揺角βとヨー
イングモーメント係数Ｍの関係を示すヒステリシス環線
を求める。

【００３８】そして、偏揺角βが増減する周波数ｆが同
一の場合について、第１試作車体のヒステリシス環線と
第２試作車体のヒステリシス環線を比較し、偏揺角βの
変化に対するヨーイングモーメント係数Ｍの変化の遅れ
が短い方、即ち、偏揺角βの増加時と減少時のヨーイン
グモーメント係数Ｍの差が少ない方を選択する。

【００３９】また、その選択したヒステリシス環線を示
す試作車体とは空力構造を変えた第３試作車体の模型に
ついて、同様に、ヒステリシス環線を求める。

【００４０】そして、同様に、ヒステリシス環線を比較
し、偏揺角βの増加時と減少時のヨーイングモーメント
係数Ｍの差が少ない方を選択する。

【００４１】以後、同様に、ヒステリシス環線の測定と
比較を繰り返して、偏揺角βの増加時と減少時のヨーイ
ングモーメント係数Ｍの差が少ない車体、即ち、横風が
変動する非定常時に横風による操縦安定性の悪化が少な
い車体を得る。

【００４２】上記の風洞実験では、風Ｗの向きを固定し
て、車体の模型Ｂを一定の周波数ｆで左右に揺動した
が、図１１の（ａ）に示すように、車体の模型Ｂの向き
を固定して、風Ｗの向きを一定の周波数ｆで左右に揺動
しても、図１１の（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すように、同
様に、偏揺角βとヨーイングモーメント係数Ｍの関係を
示すヒステリシス環線が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の第１例の空力構造を備えた
自動車の側面図。

【図２】同例の空力構造を備えた自動車の後方からの斜
視図。

【図３】同例の空力構造を備えた自動車の斜め後上方か
らの一部拡大斜視図。

【図４】同例の空力構造を備えた自動車のトランク室上
のフィンの拡大横断面図。

【図５】フィンのない車体と第１例の空力構造を備えた
車体の後流場の速度分布を示す図。

【図６】フィンのない車体と第１例の空力構造を備えた
車体の風上側の後側ピラー部に発生する負圧の変動を示
す図。

【図７】第２例の空力構造を備えた自動車の斜視図。

【図８】第３例の空力構造を備えた自動車の一部斜視
図。

【図９】車体に当たる横風の角度を周期的に増減させた
ときの横風の偏揺角と車体のヨーイングモーメント係数
の関係を示す説明図。

【図１０】本発明の実施形態の空力構造の設計方法にお
いて、車体に当てる風の向きを固定して車体を揺動した
ときの横風の偏揺角と車体のヨーイングモーメント係数
の関係を示す図。

【図１１】本発明の実施形態の空力構造の設計方法にお
いて、車体の向きを固定して車体に当てる風の向きを揺
動したときの横風の偏揺角と車体のヨーイングモーメン
ト係数の関係を示す図。

【符号の説明】

３ 車体の側面 ４ 車体の上面 ５ フィン ６ 車体の後面 Ｂ 車体，車体の模型 Ｗ 横風，風 β 横風の偏揺角 Ｍ 車体のヨーイングモーメント係数

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体の中央部から後端にかけて、車体の
   左右の側面と上面または後面の隅角部に沿ってそれぞれ
   フィンを設け、車体の各側面と各フィンの外側面をそれ
   ぞれ滑らかに接続し、車体の側面に当たる横風が変動し
   ても横風が車体の側面からフィンの外側面の先端に至る
   まで途中で剥離せずに流れてその流れがフィンの外側面
   の先端で剥離する構成にしたことを特徴とする自動車後
   部の空力構造。
2. 【請求項２】 車体の実物または模型に横風を当て、車
   体に当たる横風の角度を周期的に増減させ、車体に対す
   る横風の偏揺角と車体のヨーイングモーメント係数の関
   係を求め、横風の偏揺角の変化と車体のヨーイングモー
   メント係数の変化の間の遅れが短くなる構造を求めるこ
   とを特徴とする自動車後部の空力構造の設計方法。