JP2009208657A - 車両用揚力発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タイヤに付与される荷重を軽減して燃費を向上させることにある。
【解決手段】一対の支持部２２ａ、２２ｂによって回転可能に軸支された回転体２０を有する回転機構１６を自動車１２のトランクリッド１４の上部に設け、前記回転機構１６は、回転停止中に前記回転体２０の内部に収納され、駆動部２４の駆動作用によって前記回転体２０が回転駆動されたときに、その遠心力の作用によって前記回転体２０の外部に突出する突出部２８を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車体に対して揚力を発生させる車両用揚力発生装置に関する。

例えば、特許文献１には、航空機のプロペラ・固定翼・回転翼、船舶の水中翼・スクリュー、風車等において、翼のまわりに空気、水等の流体の循環流れを形成し、翼の上下面に大きな圧力差を生成することによって、高揚力を発生させるようにした翼構造が開示されている。

また、特許文献２には、高速走行時に駆動装置を介してエアスポイラを回転させることにより、自動車の最低地上高及びアプローチアングルを確保しつつ、自動車のフロント側の揚力を減少させてタイヤの接地性を向上させるようにした自動車用エアスポイラが開示されている。
特開２００２−２８４０９６号公報 実開昭６０−１０５５７８号公報

しかしながら、前記特許文献２に開示された自動車用エアスポイラでは、車幅方向に沿って延在する長尺な、単なる円筒体で構成されているため、大きな揚力が発生しづらいという問題がある。

本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであり、比較的大きな揚力を発生させることにより、タイヤに付与される荷重を軽減して燃費を向上させることが可能な車両用揚力発生装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、車体に設けられた車両用揚力発生装置において、回転可能に軸支された回転体を有する回転機構を車体外側部に備え、回転中は前記回転体の外部に突出する突出部を前記回転機構に設けたことを特徴とする。

本発明によれば、自動車の走行中において、例えば、前記自動車が高速安定走行状態となったとき、回転体が時計回り方向に沿って回転すると共に、前記回転体の外部に突出する突出部が前記回転体と一体的に回転する。

この場合、車体のフロント側からリア側に向かって回転体の上部側を流通するエア流れと、回転体の下部側を流通するエア流れとが発生し、前記下部側のエア流れは、流路中に存在する突出部が抵抗となって上部側のエア流れよりもより一層遅くなる。従って、下部側のエア流れの流速は、小さくなってその圧力が大きくなり、一方、上部側のエア流れの流速は、大きくなってその圧力が小さくなる。このような回転体の上部側と下部側との間の圧力差に起因し、公知のマグナス効果によって車体を上方に向かって押圧する力である揚力が発生する。

このように、本発明では、例えば、自動車が高速安定走行する際、回転体の外周面から外部に向かって突出する突出部を設けることにより、より大きな揚力を発生させることができ、走行面に対する鉛直下方向の荷重を軽減させることができる。この結果、本発明では、種々の走行状態において揚力が必要とされるときにのみ突出部を回転体の外部に露呈させ効率良く揚力を発生させて、タイヤの路面に対する接地荷重を軽減して燃費を向上させることができる。

なお、前記回転体は円柱に形成されることにより、回転運動する際の回転抵抗が抑制されて好ましい。

タイヤに付与される荷重を軽減して燃費を向上させることが可能な車両用揚力発生装置が得られる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る揚力発生装置が組み込まれた自動車のリヤ部の一部省略斜視図であり、図２は、図１の側面図である。

図１に示されるように、揚力発生装置１０は、自動車１２の車体外側部であって、例えば、車体後部のトランクリッド１４の上部に装着される。この揚力発生装置１０は回転機構１６を有し、前記回転機構１６は、シャフト１８を介して回転可能に軸支され車幅方向に沿って延在する円柱状（円筒状でもよい）の回転体２０と、図示しないベアリングを介して前記回転体２０が回転可能に軸着される一対の支持部２２ａ、２２ｂとを有する。

なお、前記回転体２０とトランクリッド１４との間には、車体のフロント側からリヤ側に向かうエア流れを流通させるための空間部２３（図１及び図２参照）が設けられている。また、本実施形態において、「揚力」とは、自動車１２の進行方向に対して垂直上向きに働く力をいう。

さらに、揚力発生装置１０は、前記回転体２０の軸方向に沿った一端部に設けられ、図示しないカップリング部材を介して前記シャフト１８と同軸に連結されたモータ軸を有し、前記回転体２０を正逆いずれか所望の方向に回転駆動させる駆動部２４と、前記回転体２０の回転停止中に前記回転体２０の凹部２６（図３（ｂ）参照）内に収容され、外部に向かって突出可能に設けられた複数の平板状の突出部２８と、前記突出部２８に付設され、ばね力によって前記突出部２８を半径内方向に向かって押圧するばね部材３０（図３（ａ）参照）とを備える。

なお、前記ばね部材３０は、例えば、コイルスプリング、板ばね、又はゴム等の弾性体のいずれを用いてもよい。また、図４の変形例に示されるように、駆動部２４のモータ軸に駆動プーリ３２を連結すると共に、シャフト１８に従動プーリ３４を連結し、前記駆動プーリ３２と前記従動プーリ３４とをベルト部材３６によって接続するようにしてもよい。

回転体２０の外周面には、軸方向に沿って延在する複数のスリット３８（図３（ａ）参照）が周方向に沿って所定角度離間して設けられ、ばね部材３０のばね力に抗して突出部２８が半径外方向に変位して前記スリット３８を挿通することにより、前記突出部２８の一部が外部に露呈するように設けられる。

また、突出部２８の半径内方向に沿った一端部には、前記スリット３８のスリット幅（軸方向と直交するスリット幅）よりも大きく膨出形成されたストッパ部４０が設けられ、前記ストッパ部４０が凹部２６内で圧縮されたばね部材３０に係合することにより突出部２８の外部への変位が規制される（図３（ｂ）参照）。

本発明の実施形態に係る揚力発生装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

図３（ａ）に示されるように、先ず、駆動部２４が駆動されておらず回転体２０の回転が停止した初期状態では、突出部２８がばね部材３０のばね力によって半径内方向に押圧されているため、前記突出部２８が回転体２０の凹部２６内に収納されて外部に露呈しない状態にある。

自動車１２の走行中において、例えば、前記自動車１２が高速安定走行状態（低速走行状態、加速走行状態等を除く）となったとき、図示しない制御装置（例えば、ＥＣＵ）は、駆動部２４に対して制御信号を出力し、前記駆動部２４を回転駆動させる。前記駆動部２４の回転運動は、モータ軸及びシャフト１８を介して回転体２０に伝達され、図１及び図２の矢印に示されるように、前記回転体２０が時計周り方向に沿って回転する。

図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、回転体２０が時計回り方向に沿って回転する際、その遠心力の作用によって突出部２８がばね部材３０の押圧力に打ち勝って半径外方向に変位し、前記突出部２８がスリット３８を挿通して外部に露呈する。

この場合、車体のフロント側からリア側に向かって回転体２０の上部側を流通するエア流れ（回転体２０及び突出部２８の回転方向と同方向のエア流れ）と、回転体２０の下部側（回転体２０とトランクリッド１４との間）を流通するエア流れ（回転体２０及び突出部２８の回転方向と逆方向のエア流れ）とが発生し、前記下部側のエア流れは、流路中に存在する突出部２８が抵抗となって上部側のエア流れよりもより一層遅くなる。

従って、下部側のエア流れの流速は、小さくなってその圧力が大きくなり、一方、上部側のエア流れの流速は、大きくなってその圧力が小さくなる。このような回転体２０の上部側と下部側との間の圧力差に起因し、公知のマグナス効果によって車体を上方に向かって押圧する力である揚力（図３（ｂ）の矢印参照）が発生する。

換言すると、回転体２０の外表面から外部に向かって突出する突出部２８が抵抗となり、回転体２０の上部側を流通するエア流れと前記回転体２０の下部側を流通するエア流れの流速差が大きくなる。従って、回転体２０の上部側と下部側との間の圧力差が大きくなり、この大きな圧力差に起因してより一層大きな揚力を発生させることができる。

このように、本実施形態では、例えば、自動車１２が高速安定走行する際、回転体２０の外周面から外部に向かって突出部２８を突出させることにより、より大きな揚力を発生させることができ、走行面に対する鉛直下方向の荷重を軽減させることができる。この結果、本実施形態では、種々の走行状態において揚力が必要とされるときにのみ突出部２８を回転体２０の外部に露呈させ効率良く揚力を発生させて、リヤタイヤの路面に対する接地荷重を軽減して燃費を向上させることができる。

なお、本実施形態では、回転体２０の回転停止中において、突出部２８を回転体２０の凹部２６内に収納する機構としてばね部材３０を用いた簡素な構造を採用しているが、これに限定されるものではなく、例えば、図示しない流体圧アクチュエータ（例えば、エアシリンダ、油圧シリンダ等）や電磁アクチュエータを作動させ、各アクチュエータに設けられた可動ロッド（テーパ面）の押圧作用によって突出部２８を変位させるように構成してもよい。

また、本実施形態では、回転体２０を時計回り方向に沿って回転駆動させることにより上方向の揚力を発生させているが、これに対して、前記回転体２０を反時計回り方向に沿って回転駆動させることにより、リヤタイヤの走行面に対する接地荷重を増大させる下方向の力であるダウンホースを発生させることができる。

さらに、本実施形態では、図示しない速度センサ（又は加速度センサ）からの検出信号に基づいて自動車１２の走行状態が高速安定走行状態にあると図示しない制御装置が判断したときに駆動部２４を回転駆動させるようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、運転者が手動操作によって図示しないスイッチをオン状態として駆動部２４を回転駆動させるようにしてもよい。

さらにまた、本実施形態では、回転体２０の遠心力の作用によって前記回転体２０の内部に収納されていた突出部２８が該回転体２０の外部に突出するように構成しているが、前記突出部２８が回転体２０の内部に収納されることがなく、前記突出部２８が、常時、回転体２０の外部に突出した状態に保持されていてもよい。

次に、他の実施形態に係る揚力発生装置５０を図５（ａ）、（ｂ）に示す。なお、以下に示す実施形態において、前記実施の形態と同一の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

この他の実施形態に係る揚力発生装置５０では、分割された複数の回転体及び突出部（図５（ａ）、（ｂ）中では第１〜第４回転体２０ａ〜２０ｄ及び第１〜第４突出部２８ａ〜２８ｄに分割している）をそれぞれ車幅方向に沿って直列状に配置し、各駆動部２４ａ〜２４ｄによって第１〜第４回転体２０ａ〜２０ｄをそれぞれ別個独立に回転駆動させ、自動車１２の走行状態に対応して、上方に向かう揚力と、下方に向かうダウンホースとをそれぞれ適宜切り換えて発生させている点で相違する。

この場合、第１〜第４回転体２０ａ〜２０ｄには、前記第１〜第４回転体２０ａ〜２０ｄを回転駆動させる第１〜第４駆動部２４ａ〜２４ｄ及び図示しないベアリングがそれぞれ設けられ、図示しない制御装置からの制御信号によって第１〜第４回転体２０ａ〜２０ｄ及び第１〜第４突出部２８ａ〜２８ｄの回転方向をそれぞれ、時計周り方向又は反時計回り方向に回転制御するように設けられる。

図５（ａ）に示されるように、例えば、自動車１２が道路の左カーブに沿って左旋回する場合、車体の中心線よりも左側に配設された第１回転体２０ａ及び第２回転体２０ｂ（第１突出部２８ａ及び第２突出部２８ｂ）をそれぞれ時計周り方向に回転させて上向きの揚力を発生させ、左側のリヤタイヤの走行面に対する接地荷重を軽減させると共に、車体の中心線よりも右側に配設された第３回転体２０ｃ及び第４回転体２０ｄ（第３突出部２８ｃ及び第４突出部２８ｄ）をそれぞれ反時計回り方向に回転させて下向きのダウンホースを発生させ、右側のリヤタイヤに対する接地荷重（接地圧力）を増大させることにより、自動車１２の走行安定性をより一層向上させることができる。

一方、図５（ｂ）に示されるように、前記とは反対に、自動車１２が道路の右カーブに沿って右旋回する場合、車体の中心線よりも左側に配設された第１回転体２０ａ及び第２回転体２０ｂ（第１突出部２８ａ及び第２突出部２８ｂ）をそれぞれ反時計周り方向に回転させて下向きのダウンホースを発生させ、左側のリヤタイヤの走行面に対する接地荷重（接地圧力）を増大させると共に、車体の中心線よりも右側に配設された第３回転体２０ｃ及び第４回転体２０ｄ（第３突出部２８ｃ及び第４突出部２８ｄ）をそれぞれ時計回り方向に回転させて上向きの揚力を発生させ、右側のリヤタイヤに対する接地荷重を軽減させることにより、自動車１２の走行安定性をより一層向上させることができる。このように、他の実施形態に係る揚力発生装置５０では、車幅方向に沿って分割された複数の回転体及び突出部を、それぞれ走行状態に対応させて適宜所望の回転方向に回転させることにより、上向きの揚力及び／又は下向きのダウンホースを発生させることができる。

次に、さらに他の実施形態に係る揚力発生装置６０を図６に示す。このさらに他の実施形態に係る揚力発生装置６０では、分割された第１〜第４回転体２０ａ〜２０ｄ間に複数のスペーサ６２を介在させ、前記複数のスペーサ６２によって隣接する第１〜第４回転体２０ａ〜２０ｄ間で発生する揚力又はダウンホースの影響をできるだけ抑制すると共に、フロント側からリヤ側に向かって流通するエア流れを複数のスペーサ６２によって分割することができる点に特徴がある。その他の作用効果は、前記他の実施形態と同一であるため、その詳細な説明を省略する。

本発明の実施形態に係る揚力発生装置が組み込まれた自動車のリヤ部の一部省略斜視図である。 図１の側面図である。 （ａ）は、図１の揚力発生装置を構成する回転体の回転が停止した状態を示す縦断面拡大図、（ｂ）は、前記回転体が回転して外部に突出部が突出したときのエア流れを示す縦断面拡大図である。 駆動部にベルト部材を用いた変形例を示す自動車のリヤ部の一部省略斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本発明の他の実施形態に係る揚力発生装置が組み込まれた自動車のリヤ部の一部省略斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る揚力発生装置が組み込まれた自動車のリヤ部の一部省略斜視図である。

符号の説明

１０、５０、６０ 揚力発生装置（車両用揚力発生装置）
１２ 自動車
１６ 回転機構
２０、２０ａ〜２０ｄ 回転体
２２ａ、２２ｂ 支持部
２４、２４ａ〜２４ｄ 駆動部
２８、２８ａ〜２８ｄ 突出部
３０ ばね部材
６２ スペーサ

Claims (2)

1. 車体に設けられた車両用揚力発生装置において、
   回転可能に軸支された回転体を有する回転機構を車体外側部に備え、
   回転中は前記回転体の外部に突出する突出部を前記回転機構に設けたことを特徴とする車両用揚力発生装置。
2. 前記回転体は、円柱であることを特徴とする請求項１記載の車両用揚力発生装置。

Images