JP7449740B2 - 空力特性を改善する車両 - Google Patents

Description

本発明は、空力特性を改善する車両に関する。

自動車といった車両は、車体を有する（特許文献１）。走行する車体の周囲には、気流が発生する。車体の進行方向にある空気は、車体の前面に当たった後、車体の側面や上面へ向かって分かれて車体の側面や上面に沿って流れ、車体の後方において合流する。この気流は、車両の走行を妨げる一因である。

特開２０１５－１８２４９６号公報

このため、自動車では、車体を、たとえば流線形にならった形状とすることが考えられる。流線形の車体では、車体の前面に当たる空気を止めることなくその向きを変えて車体の側面や上面へ向かって流し、車体の後方において気流の渦を形成しないように合流させることができる。これにより、車両のＣＤ値について一定の改善効果を得ることができる。

車体のＣＬ値を改善するためには、後部空力調整部材が、車体の後部上面の上に離間して、車体の車幅方向へ延在するように設け、後部空力調整部材をその後端が前端より上となるように立てる必要がある。しかしその結果、車両のＣＤ値は、後部空力調整部材を設けない場合より悪化する可能性がある。

このように車両では、その空力特性を総合的に改善することが求められている。

本発明に係る空力特性を改善する車両は、走行可能な車体を有する車両であって、走行する前記車体についての後部上面の上に離間して、前記車体の車幅方向へ延在するように設けられる後部空力調整部材と、前記後部空力調整部材の上面に形成される、複数の凹部を有する特殊加工面と、前記後部空力調整部材の下面に形成される平滑面と、を有し、前記後部空力調整部材は、下側の下凸曲面と、上側の上凸曲面と、により閉じられる断面を有し、前記特殊加工面は、前記上凸曲面に全面的に形成され、複数の前記凹部は、前記特殊加工面に全面的に形成され、前記平滑面は、前記下凸曲面に全面的に形成される。

好適には、各前記凹部は、前記特殊加工面に、正多角形の開口、または正円の開口を形成する、とよい。
好適には、前記後部空力調整部材は、前記車両の車幅方向へ延在するスポイラ本体を有するリアスポイラであり、前記スポイラ本体の後端は、前記スポイラ本体の前端より上側に位置し、前記特殊加工面が全面的に形成される前記スポイラ本体の前記上凸曲面についての前部分は、前記車体の前後方向に対して前下がりであり、前記上凸曲面の後部分は、前記車体の前後方向に対して後下がりである、とよい。

本発明の車両では、空力特性を改善するために、走行する車体についての後部上面の上に離間させて後部空力調整部材が設けられる。後部空力調整部材が、車体の後部上面の上において、車体の車幅方向へ延在するように離間して設けられることにより、ＣＬ値を改善できる。
しかも、本発明では、後部空力調整部材の上面には、複数の凹部を有する特殊加工面が形成され、下面には、平滑面が形成される。特殊加工面は、上凸曲面の全面に形成される。これにより、後部空力調整部材の上を後ろへ向かって流れる気流の一部は、特殊加工面に形成されている複数の凹部により微小な渦流を生成する。複数の凹部が形成されている特殊加工面の近くには、乱流境界層が形成される。その結果、後部空力調整部材の上面により上へ向かって流れようとする気流は、特殊加工面に近づいて、特殊加工面に沿って後部空力調整部材の後方へ流れるようになる。これに対し、後部空力調整部材の下を後ろへ向かって流れる気流は、その気流の流れのままに後部空力調整部材の後方へ流れるようになる。これらの気流は、後部空力調整部材の直後となる空間において、合流できる。
これに対し、仮にたとえば後部空力調整部材の上面が下面と同様に平滑面である場合、後部空力調整部材の上面により上へ押し上げられた気流は、後部空力調整部材の後上方へ流れようとする。この場合、後部空力調整部材の上側から後方へ流れる気流と、後部空力調整部材の下側から後方へ流れる気流とは、後部空力調整部材から後へ離れた空間において、合流する。後部空力調整部材の後端と合流位置との間には、死水域のような低圧領域が発生する。本発明では、後部空力調整部材の後側に、このような低圧領域が発生しにくい。
このように本発明では、後部空力調整部材によりＣＬ値を改善しつつ、後部空力調整部材の後側における低圧領域の発生を抑制して、車両の空力特性を改善できる。

図１は、本発明の実施形態に係る、後部空力調整部材を有する自動車の側面図である。 図２は、図１の自動車の上面図である。 図３は、図１の自動車の車体の後面図である。 図４は、図１の車体の後上部の模式的な拡大説明図である。 図５は、図１の後部空力調整部材としてのリアスポイラに形成される、複数の凹部を有する特殊加工面の説明図である。 図６は、図５の特殊加工面の変形例の説明図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る、後部空力調整部材を有する自動車１の側面図である。
図２は、図１の自動車１の上面図である。
図３は、図１の自動車１の車体２の後面図である。

図１から図３に示す自動車１は、車体２を有する。自動車１は、車両の一例である。自動車１は、乗員の手動操作または自動運転により、前方または後方へ進行するように走行可能である。また、操舵により、右前、左前、右後、または左後の方向へ進行するように走行可能である。
車体２は、乗員の乗員室３の前にエンジンや補器を収容するための前室４を突出させた、複数のボックスを組み合わせた基本形状を有する。

そして、走行する車体２の周囲には、気流が発生する。車体２の進行方向にある空気は、車体２の前面に当たった後、車体２の側面や上面へ向かって分かれて車体２の側面や上面に沿って流れ、車体２の後方において合流する。この気流は、自動車１の走行を妨げる一因である。
このため、自動車１では、車体２を、たとえば流線形にならった形状とすることが考えられる。流線形の車体２では、車体２の前面に当たる空気を止めることなくその向きを変えて車体２の側面や上面へ向かって流し、車体２の後方において気流の渦を形成しないように合流させることができる。これにより、自動車１のＣＤ値について一定の改善効果を得ることができる。

図４は、図１の車体２の後上部の模式的な拡大説明図である。
図４には、車体２の後上部として、乗員室３の後部のトランクカバー５が図示されている。トランクカバー５は、走行可能な車体２についての乗員室３より後側の外表面としての後部上面を構成する。

トランクカバー５の上には、トランクカバー５の外表面から上へ離間して、後部空力調整部材としてのリアスポイラ１０が設けられる。リアスポイラ１０は、図３に示すように、車体２の左右方向である車幅方向へ延在するスポイラ本体１１と、スポイラ本体１１の左右両端を車体２に固定する左右一対の脚部１２と、を有する。ここでは、左右一対の脚部１２は、トランクカバー５に固定されている。
車幅方向に長尺なスポイラ本体１１は、スポイラ本体１１の上側において上に凸となるように湾曲する上凸曲面１３と、スポイラ本体１１の下側において下に凸となるように湾曲する下凸曲面１４と、を有する。上凸曲面１３の前縁と、下凸曲面１４の前縁とが一致して、スポイラ本体１１の前縁となる。上凸曲面１３の後縁と、下凸曲面１４の後縁とが一致して、スポイラ本体１１の後縁となる。スポイラ本体１１の前後方向中央部分は厚さを有する。これにより、下凸曲面１４と、上凸曲面１３とにより閉じている断面を有する。
そして、上凸曲面１３と下凸曲面１４とにより閉じている断面を有するスポイラ本体１１は、上凸曲面１３の前部分が車体２の進行方向である前後方向に対して前下がりとなり、上凸曲面１３の後部分が後下がりとなるように、トランクカバー５の上に固定される。この場合、スポイラ本体１１の後端は、スポイラ本体１１の前端より少しだけ上側に位置している。スポイラ本体１１の後端は、スポイラ本体１１の前端より大きく上に位置してはいない。

また、本実施形態において、複数の凹部２１を有する特殊加工面２０は、スポイラ本体１１の上面である上凸曲面１３において全面に形成される。特殊加工面２０は、上凸曲面１３の前縁部分から後縁部分までにかけて全面的に形成される。
これに対し、スポイラ本体１１の下面である下凸曲面１４は、その全面が、凹凸のない平滑面に形成される。

図５は、図１の後部空力調整部材としてのリアスポイラ１０に形成される、複数の凹部２１を有する特殊加工面２０の説明図である。
図５（Ａ）は、特殊加工面２０を、その正面から見た図である。図５（Ｂ）は、特殊加工面２０が形成されているリアスポイラ１０のスポイラ本体１１の上部の拡大説明図である。特殊加工面２０は、スポイラ本体１１の上凸曲面１３の全面に形成される。

特殊加工面２０には、正六角形の開口を有する複数の凹部２１が、全面的に且つ密に並べて形成される。正六角形の凹部２１は、隣接する他の正六角形の凹部２１との間に、平面部分が残るように並べて形成される。

正六角形の凹部２１の内部は、開口と同様に正六角柱の形状に形成されてもよいが、好ましくは、凹湾曲面の形状、または図５（Ｂ）に示すように断面が台形となる形状に形成するとよい。これにより、凹部２１へ流れ込む気流は、凹部２１の内部においてスムースに流れ、凹部２１の開口の近くにおいて回り易くなる。スポイラ本体１１の上凸曲面１３の上を通過する気流の主な流れと、特殊加工面２０との間に、特殊加工面２０の上で回転する複数の気流を生成し易くなる。特殊加工面２０に複数の凹部２１が形成されることにより、特殊加工面２０の表面近くには、スポイラ本体１１の上凸曲面１３の上を通過する気流とは異なる流れの、乱流境界層３１が形成される。特殊加工面２０の表面近くには、特殊加工面２０と同等のサイズの面状の乱流境界層３１が形成される。特に、スポイラ本体１１の上凸曲面１３の全面に特殊加工面２０が形成されることにより、スポイラ本体１１の上凸曲面１３の表面近くには、スポイラ本体１１の上側の全体にわたる面状の乱流境界層３１が形成される。

このように、スポイラ本体１１の上凸曲面１３の上に乱流境界層３１が形成されることにより、スポイラ本体１１の上凸曲面１３の上を通過する気流は、図５（Ｂ）の破線の矢印に示すように、乱流境界層３１の近くを通過するように流れる。スポイラ本体１１の上凸曲面１３の上を通過する気流は、スポイラ本体１１の上凸曲面１３に沿って、上凸曲面１３の近くを通過するようになる。これに対し、図５（Ｂ）の実線の矢印は、スポイラ本体１１の上凸曲面１３に特殊加工面２０が形成されていない場合での、スポイラ本体１１の上凸曲面１３の上を通過する気流の流れである。

その結果、本実施形態では、図４に破線の矢印で示すように、スポイラ本体１１の上凸曲面１３の上を通過する気流は、スポイラ本体１１の上凸曲面１３の近くを流れ、上凸曲面１３の流れにそってスポイラ本体１１の後方へ流れるようになる。スポイラ本体１１の上凸曲面１３の上を通過する気流は、スポイラ本体１１の後側において、上凸曲面１３の曲面に沿って下向きに流れることが可能となる。スポイラ本体１１の上凸曲面１３の上を通過する気流は、スポイラ本体１１の直後となる位置において、スポイラ本体１１の下凸曲面１４の下を通過する気流と合流することができる。

以上のように、本実施形態の自動車１では、ＣＬ値を改善するために、走行する車体２についての乗員室３より後側の後部上面の上に離間させて、後部空力調整部材としてのリアスポイラ１０が設けられる。
しかも、本実施形態では、リアスポイラ１０の上面には、複数の凹部２１を有する特殊加工面２０が全面的に形成され、下面には、平滑面が全面的に形成される。特殊加工面２０は、上凸曲面１３の全面に形成される。これにより、リアスポイラ１０の上を後ろへ向かって流れる気流の一部は、特殊加工面２０に形成されている複数の凹部２１により微小な渦流を生成する。複数の凹部２１が形成されている特殊加工面２０の近くには、乱流境界層３１が形成される。その結果、リアスポイラ１０の上面により上へ向かって流れようとする気流は、特殊加工面２０に近づいて、特殊加工面２０に沿ってリアスポイラ１０の後方へ流れるようになる。これに対し、リアスポイラ１０の下を後ろへ向かって流れる気流は、その気流の流れのままにリアスポイラ１０の後方へ流れるようになる。これらの気流は、リアスポイラ１０の直後となる空間において、合流できる。
これに対し、仮にたとえばリアスポイラ１０の上面が下面と同様に平滑面である場合、リアスポイラ１０の上面により上へ押し上げられた気流は、図４に実線の矢印で示すように、リアスポイラ１０の後上方へ流れようとする。この場合、リアスポイラ１０の上側から後方へ流れる気流と、リアスポイラ１０の下側から後方へ流れる気流とは、リアスポイラ１０から後へ離れた空間において、合流する。リアスポイラ１０の後端と合流位置との間には、図４に破線枠で示すように、死水域のような低圧領域３２が発生する。本実施形態では、リアスポイラ１０の後側に、このような低圧領域３２が発生しにくい。

しかも、本実施形態では、リアスポイラ１０が、下側の下凸曲面１４と、上側の上凸曲面１３と、により閉じられる断面を有し、特殊加工面２０が、上凸曲面１３において全面的に形成され、平滑面が、下凸曲面１４において全面的に形成される。

このように本実施形態では、リアスポイラ１０によりＣＬ値を改善しつつ、リアスポイラ１０の後側における低圧領域３２の発生を抑制して、自動車１のＣＤ値を改善できる。
しかも、本実施形態では、ＣＬ値とＣＤ値とのバランスを改善でき、自動車１の空力特性を総合的に改善することができる。

なお、上述した実施形態では、特殊加工面２０には、複数の凹部２１を形成している。
これに対して、特殊加工面２０に複数の凸部を形成する場合、特殊加工面２０の表面近くに、乱流境界層３１が形成されない。この場合、リアスポイラ１０の上凸曲面１３の上を流れる気流は、上凸曲面１３の近くを、上凸曲面１３へ再付着するように流れない。リアスポイラ１０の上凸曲面１３の上を流れる気流は、図４に実線の矢印の例で示すように、リアスポイラ１０の後上方へ流れようとする。この場合、リアスポイラ１０の上側から後方へ流れる気流と、リアスポイラ１０の下側から後方へ流れる気流とは、リアスポイラ１０から後へ離れた空間において、合流する。リアスポイラ１０の後端と合流位置との間には、図４に破線枠で示すように、死水域のような低圧領域３２が発生する。本実施形態では、リアスポイラ１０の後側に、このような低圧領域３２が発生しにくい。

以上の実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明は、これに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または変更が可能である。

図６は、図５の特殊加工面２０の変形例の説明図である。図６において、特殊加工面２０には、正六角形の開口を有する複数の凹部２１が、全面的に且つ密に並べて形成される。正六角形の凹部２１は、隣接する他の正六角形の凹部２１と接する。この場合、互いに隣接する複数の正六角形の凹部２１の間には、平面部分が残らない。

本変形例の場合、各凹部２１の上で回転する気流は、上述した実施形態において回転する気流と比べて小さくなる。乱流境界層３１の厚さは、上述した実施形態と比べて薄くなる。その結果、リアスポイラ１０の上凸曲面１３の上を流れる気流は、上述した実施形態と比べて、特殊加工面２０に対してより近い位置を通過するように流れる。また、複数の凹部２１の上で複数の気流が密に回転するようになるため、乱流境界層３１が薄くとも、十分に有効に発生し得る。

上述した実施形態では、特殊加工面２０に形成される凹部２１は、正六角形の開口を有する。この他にもたとえば、特殊加工面２０に形成される凹部２１は、たとえば正八角形といった正多角形の開口、または正円の開口を形成してよい。このように凹部２１の開口を、正多角形の開口、または正円の開口とすることにより、凹部２１の開口の近くに形成される渦流を安定化できる。
ただし、互いに隣接する複数の凹部２１の間に、平面部分を残さないようにするためには、正六角形の開口、または正四角形の開口とするのがよい。平面部分を残さないようにすることで、乱流境界層３１の厚さを薄くできる。また、凹部２１の内部において気流がスムースに安定的に流れるようにするためには、凹部２１の内部を、凹湾曲面の形状、または図４（Ｂ）に示すように断面が台形となる形状に形成するとよい。

上述した実施形態では、特殊加工面２０は、スポイラ本体１１の上凸曲面１３について、その全面に形成される。
この他にもたとえば、特殊加工面２０は、スポイラ本体１１の上凸曲面１３についての一部、たとえば後側半分に形成されてよい。ただし、特殊加工面２０を形成する範囲を一部とした場合、特殊加工面２０を形成した範囲と、特殊加工面２０を形成していない範囲との境界部分において、気流の流れ方が変化し易くなる。気流の流れが変化すると、気流は、スポイラ本体１１の上凸曲面１３に沿って流れ難くなる。これに対し、特殊加工面２０を、スポイラ本体１１の上凸曲面１３についての全面に形成する場合、境界部分が無いため、気流は、スポイラ本体１１の上凸曲面１３に沿って、上凸曲面１３の近くをスムースに流れ易くなる。

上述した実施形態では、特殊加工面２０は、後部空力調整部材としてのリアスポイラ１０が設けられる。
この他にもたとえば、特殊加工面２０は、車体２の乗員室３のルーフの後端部分において、ルーフの外表面から上へ離間して設けられるルーフクロスバーに設けられてもよい。特殊加工面２０が形成されるルーフクロスバーは、上述したリアスポイラ１０と同様に、ＣＬ値とＣＤ値とのバランスを改善することができる。

１…自動車（車両）、２…車体、３…乗員室、４…前室、５…トランクカバー（後部上面）、１０…リアスポイラ（後部空力調整部材）、１１…スポイラ本体、１２…脚部、１３…上凸曲面、１４…下凸曲面（平滑面）、２０…特殊加工面、２１…凹部、３１…乱流境界層、３２…低圧領域

Claims (3)

1. 走行可能な車体を有する車両であって、
   走行する前記車体についての後部上面の上に離間して、前記車体の車幅方向へ延在するように設けられる後部空力調整部材と、
   前記後部空力調整部材の上面に形成される、複数の凹部を有する特殊加工面と、
   前記後部空力調整部材の下面に形成される平滑面と、
   を有し、
   前記後部空力調整部材は、下側の下凸曲面と、上側の上凸曲面と、により閉じられる断面を有し、
   前記特殊加工面は、前記上凸曲面に全面的に形成され、
   複数の前記凹部は、前記特殊加工面に全面的に形成され、
   前記平滑面は、前記下凸曲面に全面的に形成される、
   空力特性を改善する車両。
   
2. 各前記凹部は、前記特殊加工面に、正多角形の開口、または正円の開口を形成する、
   請求項１記載の空力特性を改善する車両。
   
3. 前記後部空力調整部材は、前記車両の車幅方向へ延在するスポイラ本体を有するリアスポイラであり、
   前記スポイラ本体の後端は、前記スポイラ本体の前端より上側に位置し、
   前記特殊加工面が全面的に形成される前記スポイラ本体の前記上凸曲面についての前部分は、前記車体の前後方向に対して前下がりであり、前記上凸曲面の後部分は、前記車体の前後方向に対して後下がりである、
   請求項２記載の空力特性を改善する車両。
   

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