JPWO2011126084A1 - 車両の前部床下構造 - Google Patents

Abstract

車両の前部床下面から下方に突出する突出部材を設け、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（EV）の前部床下構造において、前記突出部材を、フロントタイヤ（１Ｌ，１Ｒ）より車両前方位置であって、車両センターライン（ＣＬ）を跨ぐ前部床下中央部位置に配置した曲面突出部材（３１）とし、前記曲面突出部材（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。

Description

本発明は、前部床下の周りを流れる走行風の流れを突出部材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、車両前端部のフロントバンパーフェイシャーを設定する位置に、突出部材としてのチンスポイラー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、チンスポイラーを設けることにより、車両の前部床下に流入する走行風の風量を制限し、車速上昇にしたがって浮き上がろうとする車体前部に、浮き上がりを抑える下向きの力（ダウンフォース）を発生させることを目指している。

特開２００６−３２７２８１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、車両前端部の位置に揚力係数を下げるチンスポイラーを設ける構造としている。このため、チンスポイラーが、前部床下を流れる走行風にとって、スムーズな走行風の流れを阻害して空気抵抗係数を上げる抵抗突起となり、所望の空力性能向上を望めない、という問題があった。

すなわち、車両の床下における空気抵抗係数CD （Constant Drugの略）は、床下をどれぐらいスムーズに走行風が流れるかの指標である。これに対し、車両の床下における揚力係数CL（Constant Liftの略） は、床下を流れる走行風がどれぐらい車体を浮き上がらせるリフト力になるかの指標である。この空気抵抗係数CDと揚力係数CLの関係は、スムーズな流れにより床下に流入する走行風の流量を確保すると、空気抵抗係数CDは下がるが、揚力係数CLは上がる傾向になる。一方、床下に流入する走行風の流量を制限すると、揚力係数CLは下がるが、空気抵抗係数CDは上がる傾向になる。このように、空気抵抗係数CDと揚力係数CLは、相反する指標である。

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、車両の前部床下面から下方に突出する突出部材を設け、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、前記突出部材を、フロントタイヤより車両前方位置であって、車両センターラインを跨ぐ前部床下中央部位置に配置した曲面突出部材とした。前記曲面突出部材は、前記車両センターライン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。

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。

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曲面突出部３１（曲面突出部材）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。このフロントアンダーカバー３の傾斜部３ａには、左右一対のフロントディフレクタ８Ｌ，８Ｒの車両前方位置に、フロントアンダーカバー３に一体成形した曲面突出部３１を有する。以下、曲面突出部３１の構成を詳しく説明する。

前記曲面突出部３１は、左右一対のフロントタイヤ１Ｌ，１Ｒより車両前方位置であって、車両センターラインＣＬを跨ぐ前部床下中央部位置に配置した曲面突起出部材である。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。
曲面突出部材３１は、図９に示すように、外形形状を、車幅方向寸法WLを長径とし前後方向寸法SLを短径とする楕円形状としている。突出曲面形状を、図１０に示すように、車両センターラインＣＬの位置に突出高さPHによる最も長い円弧線素を設定する。そして、図９に示すように、車両センターラインＣＬから車幅方向の両側に向かって徐々に長さが短くなる相似形の円弧線素を集合させることで構成される球面立体形状とする。
つまり、曲面突出部材３１は、外観的に、ラグビーボールの一部を切り取ったような突出曲面形状としている。また、曲面突出部材３１は、機能的に、車両センターラインＣＬの位置で走行風の流速を最も速くし、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」、「曲面突出部による前部床下・フロントタイヤの空気抵抗低減作用」、「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^２×Ａ …(1)
ここで、CD：空気抵抗係数（無次元）
ρ：空気の密度（kg/m^３）
ｕ：空気と車両との相対速度(m/sec)
Ａ：全面投影面積(m^２)
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。

[曲面突出部による前部床下・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におけるフロントアンダーカバー３の曲面突出部３１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、フロントアンダーカバー３の曲面突出部３１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、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、曲面突出部３１を、フロントタイヤ１Ｌ，１Ｒより車両前方位置であって、車両センターラインＣＬを跨ぐ前部床下中央部位置に配置した。この曲面突出部３１は、車両センターラインＣＬの位置での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、曲面突出部３１の車両センターラインＣＬの位置での走行風の流速が最も速くなり、走行風の圧力が最も低くなる。そして、曲面突出部３１の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、走行風の流速が徐々に遅くなり、走行風の圧力が徐々に高くなる。この流速と圧力のコントロール作用により、曲面突出部３１の車幅方向両端部間の圧力分布が、車両センターラインＣＬの位置が最も低く、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高くなる分布となる。したがって、圧力分布の圧力差を小さく抑えるように、走行風の流れに、圧力が高い車幅方向両端部から圧力が最も低い車両センターラインＣＬへと流れ込む方向への偏向が加えられる。つまり、曲面突出部３１により、車両後方に向かって車幅方向に広がろうとする走行風の流れを、前部床下中央部下の領域に戻す方向への偏向を加えた流れに整え、走行風が車幅方向へ広がるのが抑えられる。

このように、曲面突出部３１は、前部床下位置において走行風の車幅方向の広がりを抑える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。すなわち、曲面突出部３１の後流の流線として、図１３に示すように、床下中央部下に流線が集まる主流線束 FMAINが形成され、主流線束 FMAINの両側に配置されるフロントタイヤ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、フロントタイヤ１Ｌ，１Ｒより車両前方位置であって、車両センターラインＣＬを跨ぐ前部床下中央部位置に、走行風が車幅方向へ広がるのを抑える曲面突出部３１を配置した。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。

[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、図１２に示す試験結果に基づき、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、上記 (A)，(B)を考慮する必要があることが解明された。

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。

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、走行風が車幅方向へ広がるのを抑える曲面突出部３１を配置した。このため、曲面突出部３１は、車両前方から流入した走行風を、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へスムーズに合流する。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、を組み合わせる整流構成を採用した。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) 車両の前部床下面から下方に突出する突出部材を設け、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、前記突出部材を、フロントタイヤ１Ｌ，１Ｒより車両前方位置であって、車両センターラインＣＬを跨ぐ前部床下中央部位置に配置した曲面突出部材（曲面突出部３１）とし、前記曲面突出部材（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、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) 前記曲面突出部材（曲面突出部３１）は、外形形状を、車幅方向寸法WLを長径とし前後方向寸法SLを短径とする楕円形状とし、突出曲面形状を、前記車両センターラインＣＬの位置に最も長い円弧線素を設定し、車両センターラインＣＬから車幅方向の両側に向かって徐々に長さが短くなる相似形の円弧線素を集合させることで構成される球面立体形状とした。
このため、楕円形状とすることで車両前後方向の設定長さを抑えながらも、滑らかな流線によりスムーズな走行風の流れを確保する球面立体形状の曲面突出部材（曲面突出部３１）により、走行風が車幅方向へ広がるのを抑えることができる。

(3) 前記左右一対のフロントタイヤ１Ｌ，１Ｒにより挟まれる前部床下領域を覆うようにフロントアンダーカバー３を設け、前記曲面突出部材は、前記フロントアンダーカバー３に一体成形した曲面突出部３１とした。
このため、フロントアンダーカバー３を予め備えた車両において、部品点数を増大させることなく、走行風が車幅方向へ広がるのを抑える整流機能を発揮する曲面突出部３１を設けることができる。

(4) 前記フロントアンダーカバー３は、車両前端部から車両後方に向かって下方向に傾斜する傾斜部３ａを有し、前記曲面突出部３１は、前記フロントアンダーカバー３の前記傾斜部３ａの位置に設けた。
このため、曲面突出部３１の前面投影面積が傾斜により拡大し、曲面突出部３１に沿って流れる走行風の流れに剥離が生じるのが抑えられることでの確実な流速コントロールにより、走行風が車幅方向へ広がるのを効果的に抑えることができる。

(5) 前記左右一対のフロントタイヤ１Ｌ，１Ｒの前方位置に、車両前方から受けた走行風を、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下の領域へ向かう流れに整える左右一対のフロントディフレクタ８Ｌ，８Ｒを設け、前記曲面突出部３１は、前記左右一対のフロントディフレクタ８Ｌ，８Ｒよりも車両前方位置に配置した。
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の組み合わせにより、前部床下中央部下へ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。

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、曲面突出部材を、フロントアンダーカバー３に一体成形した曲面突出部３１とする例を示した。しかし、フロントアンダーカバーの有無やフロントディフレクタの有無にかかわらず、独立した整流パーツとしての曲面突出部材により前部床下の周りの整流を行うような例としても良い。

実施例１において、曲面突出部３１の外形形状を楕円形状とし、突出曲面形状を球面立体形状とする例を示した。しかし、曲面突出部３１の外形形状や突出曲面形状は、実施例１の形状に限定されるものではなく、様々な形状の曲面突出部あるいは曲面突出部材を採用することができる。曲面突出部あるいは曲面突出部材を、例えば、飛行機の翼形状、等とするような例としても良い。

実施例１において、曲面突出部３１を、フロントアンダーカバー３の前記傾斜部３ａの位置に設けた例を示した。しかし、曲面突出部あるいは曲面突出部材を、前部床下の平面部分に設け、走行風の剥離を抑えるように曲面突出部あるいは曲面突出部材を傾斜状態で設定するような例としても良い。

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、フロントディフレクタが無く、曲面突出部を有するフロントアンダーカバーのみにより前部床下の周りの走行風を整流しても良い。また、フロントアンダーカバーとフロントディフレクタが無くて、独立した整流パーツとしての曲面突出部材のみにより前部床下の周りの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２０１０−８９３３９号に基づく優先権を主張しており、こ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、曲面突出部材を、フロントタイヤより車両前方位置であって、車両センターラインを跨ぐ前部床下中央部位置に配置した。この曲面突出部材は、車両センターラインの位置での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、曲面突出部材の車両センターラインの位置での走行風の流速が最も速くなり、走行風の圧力が最も低くなる。そして、曲面突出部材の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、走行風の流速が徐々に遅くなり、走行風の圧力が徐々に高くなる。この曲面突出部材による流速と圧力のコントロールにより、車両後方に向かって車幅方向に広がろうとする走行風の流れを、前部床下中央部下に戻す方向への偏向を加えた流れに整え、走行風が車幅方向へ広がるのが抑えられる。このように、曲面突出部材は、前部床下位置において走行風の車幅方向の広がりを抑える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左右一対の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
３ａ 傾斜部
３１ 曲面突出部（曲面突出部材）
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 (5)

1. 車両の前部床下面から下方に突出する突出部材を設け、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、
   前記突出部材を、フロントタイヤより車両前方位置であって、車両センターラインを跨ぐ前部床下中央部位置に配置した曲面突出部材とし、
   前記曲面突出部材は、前記車両センターライン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、
   前記曲面突出部材は、外形形状を、車幅方向寸法を長径とし前後方向寸法を短径とする楕円形状とし、突出曲面形状を、前記車両センターラインの位置に最も長い円弧線素を設定し、車両センターラインから車幅方向の両側に向かって徐々に長さが短くなる相似形の円弧線素を集合させることで構成される球面立体形状としたことを特徴とする車両の前部床下構造。
3. 請求項１または請求項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タイヤにより挟まれる前部床下領域を覆うようにフロントアンダーカバーを設け、
   前記曲面突出部材は、前記フロントアンダーカバーに一体成形した曲面突出部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、車両前端部から車両後方に向かって下方向に傾斜する傾斜部を有し、
   前記曲面突出部は、前記フロントアンダーカバーの前記傾斜部の位置に設けたことを特徴とする車両の前部床下構造。
5. 請求項４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タイヤの前方位置に、車両前方から受けた走行風を、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へ向かう流れに整える左右一対のフロントディフレクタを設け、
   前記曲面突出部は、前記左右一対のフロントディフレクタよりも車両前方位置に配置したことを特徴とする車両の前部床下構造。