JP6002045B2 - 車両の走行安定装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両後部に設けたエアスポイラに垂直翼を設け、横風が発生した場合、この垂直翼に車幅方向内側へ向かう揚力を発生させて、横風により発生するヨーモーメントを低減させるようにした車両の走行安定装置に関する。

周知のように、車両の走行中において強い横風を受けると、車体の重心廻りにヨーモーメント（車体を回頭させようとする力）が発生し、走行安定性が損なわれる。例えば、車両に対して右側から横風を受けた場合、車体に対し平面視で反時計回り方向のヨーモーメントが発生し、車体前部を左方向へ回頭させようとしようとする。

この横風による回頭を防止する技術として、例えば特許文献１（特開平６−３０５４５２号公報）には、左右リヤフェンダの上部に、上方へ突出可能なサイドエアスポイラを設け、通常は収納状態とし、車速が設定車速（８０[Km/h]）を超えたとき上方へ突出させることで走行安定性を実現するようにした技術が開示されている。

特開平６３０５４５２号公報

しかし、上述した文献に開示されている技術では、横風を受けるサイドエアスポイラをリヤフェンダに収納する構造であるため、車体の形状、及び構造を大幅に変更しなければならず、汎用性に欠ける問題がある。更に、構造が複雑となり、製品コストがアップしてしまう問題もある。

本発明は、上記事情に鑑み、簡単な構造で、高い汎用性を得ることができると共に、横風により発生するヨーモーメントを低減させて、良好な走行安定性を確保することのできる車両の走行安定装置を提供することを目的とする。

本発明による車両の走行安定装置は、車両後部に設けられた車体パネルに固設されているエアスポイラは、水平翼と、該水平翼を前記車体パネルに固定する支柱と、前記水平翼の左右両側に配設されており、前縁の曲率半径を後縁の曲率半径よりも大きく形成した翼形断面を有すると共に、車幅方向の内面が内方へ膨らんだ流線形をなして、迎角が制御自在な一対の垂直翼と、前記各垂直翼を回動させて前記迎角を可変させる垂直翼アクチュエータと、前記垂直翼アクチュエータの駆動を制御する垂直翼制御手段とを有し、前記垂直翼制御手段は、風向検出手段で検出した前記各垂直翼が受ける風向とヨーレート検出手段で検出した前記車両に発生するヨーレートとに基づき目標迎角を設定する目標迎角演算手段と、迎角検出手段で検出した前記各垂直翼の現在の実迎角を前記目標迎角に収束させるための指示迎角を設定する指示迎角演算手段と、前記指示迎角に対応する駆動信号を前記垂直翼アクチュエータへ出力する迎角駆動手段とを備える。

本発明によれば、車両後部に設けたエアスポイラの水平翼の左右両側に一対の垂直翼を設け、この一対の垂直翼を前縁の曲率半径を後縁の曲率半径よりも大きく形成した翼形断面にすると共に、車幅方向の内面を内方へ膨らませた流線形としたので、横風が発生した場合、この垂直翼を通過する気流によって横風に面している側の垂直翼に、車幅方向内側へ向かう揚力が発生するので、横風により発生するヨーモーメントが低減され、良好な走行安定性を確保することができる。又、垂直翼を水平翼に設けただけの簡単な構造であるため、高い汎用性を得ることができる。

第１実施形態によるリヤスポイラを有する車両の後部詳細側面図 同、リヤスポイラを有する車両の背面図 同、（ａ）は走行安定装置を搭載する車両の平面図、（ｂ）は横風により発生するヨーモーメントと走行安定装置によって発生する揚力との関係を示す特性図 同、図１のIV-IV断面図 第２実施形態による車両の正面図 第３実施形態による走行安定装置の要部概略図 同、走行安定装置の機能ブロック図 同、指示迎角演算ルーチンを示すフローチャート 同、（ａ）は垂直翼に境界剥離が生じている状態の説明図、（ｂ）は垂直翼に揚力が発生している状態の説明図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。

［第１実施形態］
図１〜図４に本発明の第１実施形態を示す。図中の符号１はセタンタイプの車両であり、この車両１の後部（車体後部）２にトランクルームを開閉する車体パネルとしてのトランクリッド３が設けられており、このトランクリッド３の上面に、エアスポイラとしてのリヤスポイラ４が設けられている。尚、符号５は車両１の前部（車体前部）であり、内部にエンジンルームを有している。又、符号６は車体前部５の前端に設けられたフロントバンパである。

このリヤスポイラ４は、トランクリッド３の車幅方向両側端部に固設されているブラケット４ａと、このブラケット４ａ上に垂立状態で固定されている左右一対の垂直翼４Ｌ，４Ｒと、この両垂直翼４Ｌ，４Ｒの上端に、左右端部を固設する水平翼４ｂとを有している。尚、この両垂直翼４Ｌ，４Ｒは水平翼４ｂを支持する支柱を兼用している。

図４に示すように、一対の垂直尾翼４Ｌ，４Ｒは、前縁の曲率半径が後縁の曲率半径よりも大きく形成された翼形断面を有しており、前縁ＬＥと後縁ＴＥとを結ぶ翼弦線Ｃが車体前後方向に沿って延在されている。又、この各垂直翼４Ｌ，４Ｒは、車幅方向外面４ｃに対して内面４ｄが内方へ膨らんだ流線形をなしている。

次に、このような構成による本実施形態の作用について説明する。車両１が直進走行している場合、車両１の両サイドパネル、及びルーフパネルに沿って流れる気流が、リヤスポイラ４の左右に設けられている一対の垂直翼４Ｌ，４Ｒを通過する。この各垂直翼４Ｌ，４Ｒを通過する気流は層流となっており、一方、各垂直翼４Ｌ，４Ｒは、その内面４ｄが外面４ｃよりも内方に膨らんだ翼形断面をなしているため、外面４ｃよりも内面４ｄの流速が加速されるので車幅方向内側へ向かう揚力が発生する。

その結果、車両１の後部は左右の垂直翼４Ｌ，４Ｒによって、同時に内方への揚力が発生しているため、後部のふらつきが防止され、直進走行時の安定性を確保することができる。

次に、走行中の車両１が横風を受けた場合の挙動について説明する。尚、以下においては、車両１の右側に当たる横風を例に掲げて説明する。

図３（ａ）に示すように、車両１の右側が横風を受けた場合、この横風の一部は、矢印Ａで示ように、横風に面している側のサイドパネル（風上側サイドパネル）に沿い、このサイドパネルをガイド面として後方へ流れる。又、横風の他の一部は、車体前部５のフロントフードやフロントガラスを横切って、風上側サイドパネルと反対側のサイドパネル（風下側サイドパネル）に流れる。尚、以下においては、横風による風圧ＦＹが車両１かかる場合を説明し、車両１の左側からの横風については、右側の横風を左側の横風と読み替えて適用できるため説明を省略する。

風上側サイドパネル（以下、「右サイドパネル」と称する）を流れる気流は、この右サイドパネルをガイド面として、層流を維持した状態で車両１の後方へ流れる。一方、風下側サイドパネル（以下、「左サイドパネル」と称する）を流れる気流は、この左サイドパネルがガイド面として機能しないため、図３（ａ）に矢印Ｂで示すように乱流が発生する。そして、この乱流が車両１の後方へ流れる。

右サイドパネルをガイド面として車両１の後方へ層流のまま流れた気流は、図４に示すように、右垂直翼４Ｒを通過する際に、内面４ｄの流速が外面４ｃの流速より速くなるため、外面４ｃ側に正圧、内面４ｄ側に負圧が発生し、この右垂直翼４Ｒに車両１の車幅方向中央側へ向かう揚力ＦＬが発生する。一方、左垂直翼４Ｌを通過する気流は、乱流が発生しているため、外面４ｃと内面４ｄとに差圧は発生せず、従って、揚力も発生しない。

すると、図３（ａ）に示すように、車両１の車体前部５には、横風の風圧ＦＹを受けて重心を中心とする反時計回り方向の回頭モーメントが発生する。一方、車体後部２には右垂直翼４Ｒからの揚力ＦＬにより重心を中心とする時計回り方向のヨーモーメントが発生する。その結果、図３（ｂ）に示すように、車両の前後方向の長さを、重心を０として車体後部２側の車体長ＢＬをプラス（＋）、車体前部５側の車体長ＢＬをマイナス（−）とし、又、車体右側にかかる力Ｆをプラス（＋）、車体左側にかかる力Ｆをマイナス（−）とした場合、車体前部５には、横風の風圧ＦＹによりマイナスの回頭モーメントが発生する。一方、車体後部２には揚力ＦＬにより、同図にハッチングで示すようにプラス方向、すなわち、横風とは反対方向に作用するヨーモーメントが発生する。その結果、車両１に発生する回頭モーメントが抑制され、良好な横風安定性を得ることができる。

又、本実施形態では、リヤスポイラ４の水平翼４ｂを支持する部位を垂直翼４Ｌ，４Ｒとして利用しているため、構造が大型化せず、構造の簡素化が実現できる。更に、既存の車両に対しては、リヤスポイラを交換するだけで適用できるため、高い汎用性を得ることができる。

［第２実施形態］
図５に本発明の第２実視形態を示す。本実施形態は、上述した第１実視形態の構成に加え、フロントバンパ６にも、上述した左垂直翼４Ｌ，４Ｒと同等の機能を有する支柱６Ｌ，６Ｒを設けたものである。尚、車両１の側面図、背面図、平面図は、第１実施形態と同一であるため省略する。

フロントバンパ６の下部には、中央導風口６ａが開口されていると共に、その両側にサイド導風口６ｂが開口されている。この両導風口６ａ，６ｂは、外気をエンジンルーム内に導入させるものであり、この両導風口６ａ，６ｂの後方には空調装置のコンデンサ、及びラジエータが配設されている。

この中央導風口６ａと、左右のサイド導風口６ｂとの間が左右派バンパ支柱６Ｌ，６Ｒで仕切られており、この左右バンパ支柱６Ｌ，６Ｒが、上述した第１実施形態の左右垂直翼４Ｌ，４Ｒと同一の形状に形成されている。従って、以下においては、便宜的に、図４に示す左右垂直翼４Ｌ，４Ｒを左右バンパ支柱６Ｌ，６Ｒと読み替えて、同図を参照しながら説明する。

車両１前方からの走行風がバンパ支柱６Ｌ，６Ｒを通過すると、両バンパ支柱６Ｌ，６Ｒの外面４ｃの流速に比し、内面４ｄの流速が速くなるため、互いのバンパ支柱６Ｌ，６Ｒに車幅方向内方へ向かう揚力ＦＬが発生する。その結果、直進走行時の回頭モーメントが抑制され、良好な直進安定性を得ることができる。

ところで、車両１が横風を受けた場合、両バンパ支柱６Ｌ，６Ｒには斜め方向からの風圧となるため、各バンパ支柱６Ｌ，６Ｒの外面４ｃと内面４ｄとを通過する気流は乱流となり、揚力ＦＬは発生しない。従って、横風を受けた場合、リヤスポイラ４に設けられている左右垂直翼４Ｌ，４Ｒ（図２参照）の何れかに発生する揚力ＦＬにより、回頭モーメントは抑制される。

［第３実施形態］
図６〜図９に本発明の第３実施形態を示す。上述した第１実施形態に示す左右垂直翼４Ｌ，４Ｒは、ブラケット４ａ、及び水平翼４ｂに固定されているが、本実施形態では、垂直翼４Ｌ，４Ｒを回動自在にしたものである。尚、第１実施形態と同一の構成部分については、第１実施形態の図面を用いて説明する。

図６に示すように、左右垂直翼４Ｌ，４Ｒの空力中心、或いは空力中心付近に支持管８が挿通固定されており、この支持管８が支持軸９に挿通されて回動自在に支持されている。尚、水平翼４ｂは支持軸９を介してブラケット４ａに支持固定されている。

図７に示すように、左右垂直翼４Ｌ，４Ｒに挿通固定されている支持管８は左右垂直翼アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒに各々連設されている。この各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒの迎角は、直翼制御手段としての垂直翼制御ユニット２１で演算され、対応する制御信号が垂直翼駆動手段としての垂直翼駆動部２２に出力され、この垂直翼駆動部２２から各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒに駆動信号が出力される。その結果、この各アクチュエータ１１Ｌ，１１Ｒが各垂直翼４Ｌ，４Ｒを空力中心或いは空力中心付近で回動させて、各垂直翼４Ｌ，４Ｒの迎角を可変設定する。

この垂直翼制御ユニット２１は、ＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリ及びＣＰＵを有するマイクロコンピュータで構成されており、ＲＯＭには制御プログラムや各種固定データが記憶されている。この垂直翼制御ユニット２１は、各垂直翼４Ｌ，４Ｒの迎角を求める機能として迎角演算部２１ａを有している。

又、この垂直翼制御ユニット２１の入力側に、風向検出手段１２、ヨーレートを検出するヨーレート検出手段１３、車速を検出する車速検出手段１４、ハンドル角を検出するハンドル角検出手段１５、ロータリエンコーダやポテンショメータ等からなり、左右垂直翼４Ｌ，４Ｒの迎角を各々検出する左右垂直翼迎角検出手段１６Ｌ，１６Ｒ等が接続されている。ここで、風向検出手段１２は、左右垂直翼４Ｌ，４Ｒがそれぞれ受ける風向を検出するもので、各垂直翼４Ｌ，４Ｒの前方に配設されている。

垂直翼制御ユニット２１の迎角演算部２１ａでは、入力されたパラメータに基づいて、各垂直翼４Ｌ，４Ｒの迎角を指示する指示迎角を設定する。この迎角演算部２１ａでの指示迎角の演算は、具体的には、図８に示す指示迎角演算ルーチンに従って行われる。尚、このルーチンは、左右垂直翼４Ｌ，４Ｒに対して個別に行われる。

このルーチンでは、先ず、ステップＳ１で、システムがイニシャライズされ、続く、ステップＳ２で、上述した各検出手段１２〜１７で検出したパラメータを読込む。

次いで、ステップＳ３へ進み、目標迎角を求める。すなわち、このステップでは、先ず、風向検出手段１２で検出した、垂直翼４Ｌ（４Ｒ）が受ける風向を読込み、この風向に基づき基本迎角を設定する。この場合、例えば、図３（ａ）に示すように、走行中の車両１の右側が横風を受けている場合、上述したように、右垂直翼４Ｒを通過する気流は層流であるため、風向検出手段１２で、その風向を検出することができる。一方、左垂直翼４Ｌを通過する気流は乱流が発生しているため、風向は正面となり、従って、左垂直翼４Ｌの基本迎角は０[deg]、すなわち、翼弦線Ｃが車体前後方向沿って延在する方向に設定される。

次いで、車速検出手段１４で検出した車速とハンドル角検出手段１５で検出したハンドル角とに基づいて、車両１の旋回により発生する基本ヨーレートを設定する。そして、この基本ヨーレートにて基本迎角を補正し、車両１の旋回によって生じる風向の変化分を修正する。その結果、垂直翼４Ｌ（４Ｒ）の翼弦線Ｃを揚力ＦＬが効率良く発生する方向へ指向させる目標迎角が設定される。尚、このステップＳ３での処理が、本発明の目標迎角演算手段に対応している。

その後、ステップＳ４へ進み、垂直翼迎角検出手段１６Ｌ（１６Ｒ）で検出した垂直翼４Ｌ（４Ｒ）の現在の迎角である実迎角を目標迎角に収束させるための指示迎角を求める。尚、このステップＳ４での処理が本発明の指示迎角演算手段に対応している。

次いで、ステップＳ５へ進み、指示迎角に対応する駆動信号を垂直翼アクチュエータ１１Ｌ（１１Ｒ）に出力して、ルーチンを抜ける。

すると、この垂直翼アクチュエータ１１Ｌ（１１Ｒ）が垂直翼４Ｌ（４Ｒ）の翼弦線Ｃを目標迎角方向へ回動させる。その結果、例えば、図９（ａ）に示す第１実施形態では、右垂直翼４Ｒの翼弦線Ｃが、車体前後方向へ延在させた状態で固定されているため、気流の流れによっては、右垂直翼４Ｒの内面４ｄに境界剥離が生じてしまい、揚力ＦＬを発生させることができない領域が生じる。しかし、このような状況であっても、本実施形態では、同図（ｂ）に示すように、翼弦線Ｃを所定の迎角に傾斜させることで、風圧を層流のまま受けることができるので、第１実施形態に比し、揚力ＦＬを発生させる領域を大幅に拡大させることができる。

尚、例えば、図３（ａ）に示すように、車両１が右側から横風を受けている場合、左垂直翼４Ｌを通過する気流には乱流が発生しているため、上述したステップＳ４で、指示迎角が０[deg]以外に設定されて、左垂直翼４Ｌが回動したとしても、この左垂直翼４Ｌには揚力が発生しないので、右垂直翼４Ｒに発生する揚力が阻害されることはない。

このように、本実施形態では、左右垂直翼４Ｌ，４Ｒを可動構造とし、この左右垂直翼４Ｌ，４Ｒに対する気流の風向に応じて迎角を可変設定するようにしたので、境界剥離が発生せず、揚力を効率良く得ることができ、横風安定性をより一層確保することができる。

又、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えばエアスポイラは、リヤスポイラに限らずルーフスポイラであっても良い。

１…車両、
２…車体後部、
３…トランクリッド、
４…リヤスポイラ、
４Ｌ…左垂直翼、
４Ｒ…右垂直翼、
４ａ…ブラケット、
４ｂ…水平翼、
４ｃ…外面、
４ｄ…内面、
６…フロントバンパ、
６Ｌ…左バンパ支柱、
６Ｒ…右バンパ支柱、
９…支持軸、
１１Ｌ…左垂直翼アクチュエータ、
１１Ｒ…右垂直翼アクチュエータ、
１２…風向検出手段、
１３…ヨーレート検出手段、
１４…車速検出手段、
１５…ハンドル角検出手段、
１６Ｌ…左垂直翼迎角検出手段、
１６Ｒ…右垂直翼迎角検出手段、
２１…垂直翼制御ユニット、
２１ａ…迎角演算部、
Ｃ…翼弦線、
Ｆ…力、
ＦＬ…揚力、
ＬＥ…前縁、
ＴＥ…後縁

Claims (3)

1. 車両後部に設けられた車体パネルに固設されているエアスポイラは、
   水平翼と、該水平翼を前記車体パネルに固定する支柱と、
   前記水平翼の左右両側に配設されており、前縁の曲率半径を後縁の曲率半径よりも大きく形成した翼形断面を有すると共に、車幅方向の内面が内方へ膨らんだ流線形をなして、迎角が制御自在な一対の垂直翼と、
   前記各垂直翼を回動させて前記迎角を可変させる垂直翼アクチュエータと、
   前記垂直翼アクチュエータの駆動を制御する垂直翼制御手段と
   を有し、
   前記垂直翼制御手段は、
   風向検出手段で検出した前記各垂直翼が受ける風向とヨーレート検出手段で検出した前記車両に発生するヨーレートとに基づき目標迎角を設定する目標迎角演算手段と、
   迎角検出手段で検出した前記各垂直翼の現在の実迎角を前記目標迎角に収束させるための指示迎角を設定する指示迎角演算手段と、
   前記指示迎角に対応する駆動信号を前記垂直翼アクチュエータへ出力する迎角駆動手段と
   を備えることを特徴とする車両の走行安定装置。
2. 車両後部に設けられた車体パネルに固設されているエアスポイラは、水平翼と、該水平翼を前記車体パネルに固定する支柱と、前記水平翼の左右両側に配設されている一対の垂直翼とを有し、
   前記一対の垂直翼が前縁の曲率半径を後縁の曲率半径よりも小さく形成した翼形断面を有すると共に、車幅方向の内面が内方へ膨らんだ流線形をなしており、
   又前記車両のフロントバンパの車幅方向左右に一対のバンパ支柱が設けられ、
   前記一対のバンパ支柱が前縁の曲率半径を後縁の曲率半径よりも大きく形成した翼形断面を有すると共に、車幅方向の内面が内方へ膨らんだ流線形をなしている
   ことを特徴とする車両の走行安定装置。
3. 前記各垂直翼が前記支柱を兼用している
   ことを特徴とする請求項１或いは２記載の車両の走行安定装置。

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