WO2018163528A1 - 自動車用空力部品 - Google Patents

Abstract

自動車の車体後上部側面に配置されて車体後部の揚力係数を低減する空力部品（１１）が、板状のベース部（１４）と、ベース部（１４）の表面（１４ｄ）に突設されるフィン（１５，１６）とを備え、ベース部（１４）は前縁（１４ｂ）側から後縁（１４ｃ）側に向けて厚さが緩やかに増加するとともに、後縁（１４ｃ）において車体後上部側面に対して切り立った形状を有するので、空力部品（１１）により車体後上部を通過する気流に乱流渦を発生させ、車体後部の揚力係数（ＣＬｒ）を減少させて後輪の接地荷重を確保することで、操縦安定性の向上を図ることができる。しかもベース部（１４）に設けたフィン（１５，１６）により車体両側面の乱流渦を安定させることで、車体の横振れを低減して外乱感受性を向上できるだけでなく、車体側面から車体後面に巻き込む渦を減少させて死水領域の発生を最小限に抑え、圧力抵抗の低減に寄与することができる。

Description

自動車用空力部品

　本発明は、自動車の車体後上部側面に配置されて車体後部の揚力係数を低減する空力部品に関する。

　自動車の車体側部に所定形状の整流フィンを設け、整流フィンで周辺の空気の流れを整流して流速を増加させることで、車体の周囲を流れる主流を車体側部に接近させて安定性の向上および空気抵抗の低減を図るものが、下記特許文献１により公知である。

日本特許第５６８０６３０号公報

　ところで、自動車の走行中に車体表面に沿って流れる空気が剥離し、剥離した空気が車体後面で渦を巻いて低圧の死水領域が発生すると、高圧の車体前面と低圧の車体後面との圧力差による圧力抵抗が増加して燃費の悪化につながる問題がある。自動車の圧力抵抗を減少させるには、車体形状を流線形化して死水領域の発生を最小限に抑えることが有効である。しかしながら、車体形状を流線形化すると、車体に上向きの揚力が発生してしまい、この揚力により車輪の接地荷重が減少して車両の操縦安定性が低下する問題がある。

　車体に作用する揚力の大きさは揚力係数で表され、揚力係数が正値のときは車体が路面から持ち上げられて接地荷重が減少し、揚力係数が負値のときは車体が路面に押し付けられて接地荷重が増加する。図６のグラフは、横軸に車体前部の揚力係数ＣＬｆをとり、縦軸に車体後部の揚力係数ＣＬｒをとったものである。車体前部の揚力係数ＣＬｆは、車両の走行に伴う前輪の接地荷重の変化から算出可能であり、車体後部の揚力係数ＣＬｒは、車両の走行に伴う後輪の接地荷重の変化から算出可能である。一般に、車体後部の揚力係数ＣＬｒは車体前部の揚力係数ＣＬｆよりも大きくなり、前輪の接地荷重に対して後輪の接地荷重が不足する傾向があるが、車体前部の揚力係数ＣＬｆおよび車体後部の揚力係数ＣＬｒを略一致させることで車両の操縦安定性を高めることができる。

　図６のグラフにおける理想特性は、車体後部の揚力係数ＣＬｒ＝車体前部の揚力係数ＣＬｆの等価揚力ライン上であって、車体後部の揚力係数ＣＬｒおよび車体前部の揚力係数ＣＬｆが僅かに負値になって前輪および後輪が路面に押し付けられる状態である。比較例１は、車体後部の揚力係数ＣＬｒが過大であり、後輪の接地荷重が大幅に不足する問題がある。比較例２は、比較例１にリヤスポイラーを付加するとともにアンダーカバーの形状を改良したもので、車体後部の揚力係数ＣＬｒが減少している。比較例３は、バンパーの形状を改良したもので、車体後部の揚力係数ＣＬｒが更に減少している。しかしながら、何れの比較例も依然として理想特性に対して車体後部の揚力係数ＣＬｒが過大であり、更なる改善の余地がある。

　本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車体後部の揚力係数を効果的に低減可能な自動車用空力部品を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明によれば、自動車の車体後上部側面に配置されて車体後部の揚力係数を低減する空力部品が、板状のベース部と、前記ベース部の表面に突設されるフィンとを備え、前記ベース部は前縁側から後縁側に向けて厚さが緩やかに増加するとともに、後縁において前記車体後上部側面に対して切り立った形状を有することを第１の特徴とする自動車用空力部品が提案される。

　また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記空力部品は自動車のリヤピラーの表面に配置され、直線状に形成された前記ベース部の後縁は前下方から後上方に、あるいは前上方から後下方に傾斜していることを第２の特徴とする自動車用空力部品が提案される。

　また本発明によれば、前記第１または第２の特徴に加えて、前記フィンは前後方向に延びる複数の第１フィンを含み、前記複数の第１フィンは相互に平行になるように上下方向に並置されることを第３の特徴とする自動車用空力部品が提案される。

　また本発明によれば、前記第３の特徴に加えて、前記フィンは前後方向に延びる単一の第２フィンを含み、前記第２フィンは前記ベース部の上縁に沿って配置され、前記第２フィンの前後方向長さは前記第１フィンの前後方向長さよりも大きいことを第４の特徴とする自動車用空力部品が提案される。

　また本発明によれば、前記第１～第４の何れか１つの特徴に加えて、前記ベース部の表面および裏面が前縁において成す角度が約２０゜であることを第５の特徴とする自動車用空力部品が提案される。

　また本発明によれば、前記第１～第５の何れか１つの特徴に加えて、前記空力部品により低減した車体後部の揚力係数は、車体前部の揚力係数に略一致することを第６の特徴とする自動車用空力部品が提案される。

　また本発明によれば、前記第１～第６の何れか１つの特徴に加えて、前記空力部品は車体に着脱自在に固定されることを第７の特徴とする自動車用空力部品が提案される。

　また本発明によれば、前記第１～第６の何れか１つの特徴に加えて、前記空力部品は車体と一体に形成されることを第８の特徴とする自動車用空力部品が提案される。

　なお、実施の形態の第１フィン１５および第２フィン１６は本発明のフィンに対応する。

　本発明の第１の特徴によれば、自動車の車体後上部側面に配置されて車体後部の揚力係数を低減する空力部品が、板状のベース部と、ベース部の表面に突設されるフィンとを備え、ベース部は前縁側から後縁側に向けて厚さが緩やかに増加するとともに、後縁において車体後上部側面に対して切り立った形状を有するので、空力部品により車体後上部を通過する気流に乱流渦を発生させ、車体後部の揚力係数を減少させて後輪の接地荷重を確保することで、車両の操縦安定性を高めることができる。しかもベース部に設けたフィンにより車体両側面の乱流渦を安定させることで、車体の横振れを低減して外乱感受性を向上できるだけでなく、車体側面から車体後面に巻き込む渦を減少させて死水領域の発生を最小限に抑え、圧力抵抗の低減に寄与することができる。

　また本発明の第２の特徴によれば、空力部品は自動車のリヤピラーの表面に配置され、直線状に形成されたベース部の後縁は前下方から後上方に、あるいは前上方から後下方に傾斜しているので、空力部品をリヤピラーやリヤコンビネーションランプに対して体裁良く配置できるだけでなく、車体上部を通過する気流に効果的に乱流渦を発生させて車体後部の揚力係数を減少させることができる。

　また本発明の第３の特徴によれば、フィンは前後方向に延びる複数の第１フィンを含み、複数の第１フィンは相互に平行になるように上下方向に並置されるので、空力部品により発生する乱流渦を第１フィンで安定させて車体の横振れを一層低減することができる。

　また本発明の第４の特徴によれば、フィンは前後方向に延びる単一の第２フィンを含み、第２フィンはベース部の上縁に沿って配置され、第２フィンの前後方向長さは第１フィンの前後方向長さよりも大きいので、空力部品により発生する乱流渦を第２フィンで一層安定させて車体の直進性能を高めることができる。

　また本発明の第５の特徴によれば、ベース部の表面および裏面が前縁において成す角度が約２０゜であるので、車体後部の揚力係数および車体前部の揚力係数を良好にバランスさせることができる。

　また本発明の第６の特徴によれば、空力部品により低減した車体後部の揚力係数は、車体前部の揚力係数に略一致するので、車体後部の揚力係数および車体前部の揚力係数を最適にバランスさせて車両の操縦安定性を一層高めることができる。

　また本発明の第７の特徴によれば、空力部品は車体に着脱自在に固定されるので、既存の車体に空力部品を後付けして空力特性を容易に改善することができるだけでなく、不要になったときには車体から容易に取り外すことができる。

　また本発明の第８の特徴によれば、空力部品は車体と一体に形成されるので、部品点数を増加させることなく車両の空力特性を改善することができる。

図１は自動車の車体後部の側面図である。（第１の実施の形態） 図２は空力部品の側面図である。（第１の実施の形態） 図３は図２の３－３線断面図である。（第１の実施の形態） 図４は図２の４－４線断面図である。（第１の実施の形態） 図５はフィンの取付位置の候補を示す図である。（第１の実施の形態） 図６は車体前部の揚力係数ＣＬｆおよび車体後部の揚力係数ＣＬｒの配分を示すグラフである。（第１の実施の形態）

１１　　　　空力部品
１２　　　　リヤピラー
１４　　　　ベース部
１４ａ　　　上縁
１４ｂ　　　前縁
１４ｃ　　　後縁
１４ｄ　　　表面
１４ｅ　　　裏面
１５　　　　第１フィン（フィン）
１６　　　　第２フィン（フィン）
ＣＬｆ　　　車体前部の揚力係数
ＣＬｒ　　　車体後部の揚力係数

　以下、図１～図６に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、本明細書における前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向は運転席に着座した乗員を基準として定義される。

第１の実施の形態

　図１に示すように、本実施の形態の空力部品１１は、ハッチバック型の自動車の車体側面の最後部に設けられたリヤピラー１２の外面であって車高の半分よりも高い位置、具体的にはリヤコンビネーションランプ１３の前縁に沿う位置に取り付けられる。

　図２～図４に示すように、空力部品１１は可撓性を有する合成樹脂製の単一部品であって、上縁１４ａ、前縁１４ｂおよび後縁１４ｃを有する概略三角形の板状のベース部１４を備える。ベース部１４の略直線状の前縁１４ｂおよび後縁１４ｃは前下方から後上方に傾斜して配置されており、前縁１４ｂおよび後縁１４ｃの前後方向の間隔は下方から上方に向け次第に増加する。前縁１４ｂおよび後縁１４ｃの上端間を接続する上縁１４ａは、前後方向に配置される。

　ベース部１４は略平坦な表面１４ｄ、裏面１４ｅおよび後面１４ｆを有して断面楔状に形成されており、裏面１４ｅがリヤピラー１２の外面に両面粘着テープで取り付けられる。前縁１４ｂにおいて表面１４ｄおよび裏面１４ｅは角度２０゜で交差しており、後縁１４ｃにおいて後面１４ｆは裏面１４ｅから直角に切り立っている（図４参照）。裏面１４ｅには、必要に応じて軽量化のための肉抜きを施すことができる。

　ベース部１４の表面１４ｄには前後方向に延びる４個の第１フィン１５…が車幅方向外向きに突設される。４個の第１フィン１５…は、それらの後端がベース部１４の後縁１４ｃに近接するように配置されており、従って、上段の第１フィン１５は下段の第１フィン１５に対して約半ピッチ後方にずれている。またベース部１４の上縁１４ａに沿って前後方向に延びる単一の第２フィン１６が車幅方向外向きに突設される。第２フィン１６の長さは第１フィン１５…の長さよりも大きく、その後端は後縁１４ｃに一致するとともに、その前端は前縁１４ｂから前方に突出する。

　図５は、本発明の空力部品１１を開発する過程で行われたテストの手法を示すもので、車体の後部側面におけるＡ位置～Ｇ位置にそれぞれフィンを取り付けて走行テストを行い、その効果を評価するものである。

　Ａ位置、Ｂ位置、Ｄ位置、Ｅ位置に前後方向に延びるフィン状の空力部品を取り付けた場合は、車両の直進性への寄与が認められるものの、その効果は小さいことが判明した。Ｃ位置に前後方向に延びる空力部品を取り付けた場合は、車両の直進性が顕著に向上し、車両のヨー角速度が低下する効果が認められた。Ｆ位置に前上方から後下方に傾斜する空力部品を取り付けた場合は、車体後上部に乱流渦が発生して車体後部の揚力係数ＣＬｒが減少する効果が認められるが、乱流渦が不安定であるために車体の横振れが増加することが判明した。Ｇ位置に前下方から後上方に傾斜する空力部品を取り付けた場合は、車体後上部に乱流渦が発生して車体後部の揚力係数ＣＬｒが顕著に減少する効果が認められるが、乱流渦が不安定であるために車体の横振れが更に増加することが判明した。

　本実施の形態の空力部品１１は、Ｃ位置の空力部品およびＧ位置の空力部品を組み合わせたもので、Ｇ位置の空力部品に対応するベース部１４と、Ｃ位置の空力部品に対応する第２フィン１６とを備えるものである。空力部品１１は、Ｇ位置の空力部品に対応するベース部１４により車体後上部を通過する気流に乱流渦を発生させ、車体後部の揚力係数ＣＬｒを減少させて後輪の接地荷重を確保することで、操縦安定性能の向上を図ることができる。ただし、ベース部１４だけでは発生する乱流渦が不安定であるため、車体左右両側面の乱流渦のアンバランスによって車体の横振れが発生する問題がある。本実施の形態ではベース部１４に複数の第１フィン１５…を設けることで、車体左右両側面の乱流渦を安定させて左右のアンバランスを解消することで、車体の横振れを防止して外乱安定性、すなわち不整路面や横風等の悪条件に対する安定性を高めることができる。

　さらに本実施の形態の空力部品１１は、Ｃ位置の空力部品に対応する第２フィン１６を設けたことで、第１フィン１５…との協働により車体左右両側面の乱流渦を一層安定させ、車体の横振れを防止して外乱安定性を更に高めることができる。そして第１フィン１５…および第２フィン１６により車体左右両側面の乱流渦が安定することで、車体側面から車体後面に回り込む渦を低減して死水領域の発生を抑制し、圧力抵抗の増加による燃費の悪化を最小限に抑えることができる。

　また空力部品１１の前縁１４ｂにおいて表面１４ｄおよび裏面１４ｅが成す角度が大きすぎると、車体後上部の乱流渦が過大になって車体後部の揚力係数ＣＬｒが車体前部の揚力係数ＣＬｆよりも小さくなり、バランスの悪化により操縦安定性が低下する可能性があり、逆に前記角度が小さすぎると、車体後上部の乱流渦が過小になって車体後部の揚力係数ＣＬｒが車体前部の揚力係数ＣＬｆよりも大きくなり、バランスの悪化により操縦安定性が低下する可能性がある。しかしながら、本実施の形態によれば、前記角度を２０°に設定したことにより、車体後部の揚力係数ＣＬｒおよび車体前部の揚力係数ＣＬｆが略一致するようにバランスさせ（図６の理想特性参照）、操縦安定性の向上に最大限に寄与することができる。

　以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

　例えば、実施の形態では別部材で構成した空力部品１１を車体に取り付けるようになっているが、空力部品１１を車体と一体に形成することができる。具体的には、空力部品１１をリヤピラー１２に設ける場合には、リヤピラー１２をプレス成形するときに空力部品１１を一体に成形しても良い。

　また実施の形態のベース部１４は前下方から後上方に傾斜して配置されているが、ベース部１４を前上方から後下方に傾斜して配置しても同様の作用効果を達成することができる。

　また本発明が適用される自動車はハッチバック型の自動車に限定されず、セダン型等の任意のタイプの自動車に適用することができる。

Claims (8)

1. 　自動車の車体後上部側面に配置されて車体後部の揚力係数（ＣＬｒ）を低減する空力部品（１１）が、板状のベース部（１４）と、前記ベース部（１４）の表面（１４ｄ）に突設されるフィン（１５，１６）とを備え、前記ベース部（１４）は前縁（１４ｂ）側から後縁（１４ｃ）側に向けて厚さが緩やかに増加するとともに、後縁（１４ｃ）において前記車体後上部側面に対して切り立った形状を有することを特徴とする自動車用空力部品。
2. 　前記空力部品（１１）は自動車のリヤピラー（１２）の表面に配置され、直線状に形成された前記ベース部（１４）の後縁（１４ｃ）は前下方から後上方に、あるいは前上方から後下方に傾斜していることを特徴とする、請求項１に記載の自動車用空力部品。
3. 　前記フィン（１５，１６）は前後方向に延びる複数の第１フィン（１５）を含み、前記複数の第１フィン（１５）は相互に平行になるように上下方向に並置されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の自動車用空力部品。
4. 　前記フィン（１５，１６）は前後方向に延びる単一の第２フィン（１６）を含み、前記第２フィン（１６）は前記ベース部（１４）の上縁（１４ａ）に沿って配置され、前記第２フィン（１６）の前後方向長さは前記第１フィン（１５）の前後方向長さよりも大きいことを特徴とする、請求項３に記載の自動車用空力部品。
5. 　前記ベース部（１４）の表面（１４ｄ）および裏面（１４ｅ）が前縁（１４ｂ）において成す角度が約２０゜であることを特徴とする、請求項１～請求項４の何れか１項に記載の自動車用空力部品。
6. 　前記空力部品（１１）により低減した車体後部の揚力係数（ＣＬｒ）は、車体前部の揚力係数（ＣＬｆ）に略一致することを特徴とする、請求項１～請求項５の何れか１項に記載の自動車用空力部品。
7. 　前記空力部品（１１）は車体に着脱自在に固定されることを特徴とする、請求項１～請求項６の何れか１項に記載の自動車用空力部品。
8. 　前記空力部品（１１）は車体と一体に形成されることを特徴とする、請求項１～請求項６の何れか１項に記載の自動車用空力部品。

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