车身构造
【专利摘要】本发明提供一种车身构造，在车辆行驶中，在存在横向风时，利用车身的底板下的空气流来减轻车身的提升。在本发明的车辆中，在车身的两侧的下方部分的前轮与后轮之间，从车身底板下延伸到车身侧面的外表面的空气流路被形成为：从其车身底板下侧向车身侧面侧的延伸方向为向车辆的后方倾斜的方向。优选地，风上游侧的空气流路可以封闭。由此，在存在横向风时，能够使车身的底板下的空气更可靠地向横向风的风下游侧流出，得到车身的提升的减轻的改善、相对于横向风的反横摆力矩的产生等作用。
【专利说明】
车身构造
技术领域
[0001]本发明涉及汽车等车辆的车身构造，更详细而言，涉及为了减轻行驶中的车辆的车身的提升(上升作用或者上升力)而设有用于在车身底板下形成空气流的空气流路的车身构造。
【背景技术】
[0002]汽车等车辆的车身一般而言被设计为增加车辆直行行驶中的车身底板下的空气流量来减轻车身的上升作用。然而，在仅考虑直行行驶中的车辆行进方向的底板下的空气流而设计的车身的情况下，车身承受横向风而偏摇角(横向风与前后方向风的合成风的相对于车身的朝向)增大时，底板下的空气流量会减少，提升CL(在车身上产生的无维度的力)会增大。特别是，在低阻力车辆中，设计为直行时底板下的空气难以在横向穿过时，底板下空气流量的减小变得显著，提升的增大程度也会增大。而且，车身的提升CL(即上升力)增大时，由于轮胎的侧偏刚度(cornering power)降低，因此转向性能下降，另外，在控制转向、制动力及驱动力等，而欲利用轮胎的侧偏刚度来控制车身的运动的情况下，其性能(作用效果)也会降低。
[0003]因此，以往提出了即使在车身承受横向风时，为了将提升减轻而用于在车身底板下以充分的程度使空气流流通的构造。例如，在专利文献I中提出了如下构成:在车身构造中，为了在车辆承受横向风时抑制底板下空气流量的减小所导致的提升的增大，在位于车身下方的侧部的前后轮之间的门槛面板上装载侧气坝，该侧气坝形成有从车身侧面向车身后方倾斜并向车身底板下延伸的多个横向风流通孔。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献I:日本实开平04-98689
【发明内容】
[0007]本发明欲解决的问题
[0008]如上所述，在将具有横向风流通孔的侧气坝装载在车身的门槛面板上的构成中，在车身的两侧分别配置从车身侧面向车身后方倾斜并向车身底板下延伸的横向风流通孔。在该情况下，由于横向风流通孔的延伸方向在风上游侧与横向风和行驶风的合成风的朝向大致一致，因此空气流容易从风上游侧的侧面向底板下通过横向风流通孔内而流入。然而，由于该空气流的流入侧的相反侧、即风下游侧的车身侧面处的横向风流通孔的延伸方向不同于流入到底板下的空气流的方向，因此流入到底板下的空气流会冲撞风下游侧的横向风流通孔的壁，并且，由于在该空气流之外，空气流从侧气坝的外侧(风上游侧的孔的下侧)或者从车辆的前方等多个方向流入，因此，在车身底板下，空气流容易产生紊乱，空气流难以从车身底板下向风下游侧的车外流出。其结果是，在车身底板下，从横向风的风上游侧向风下游侧的空气流的形成不充分，有的情况下不能充分实现利用空气流来减轻提升的作用效果O
[0009]关于这一点，根据本发明的发明人等的研究，发现了在车身的底板下的空气流的形成中，重要的是空气流能够从车身的底板下向风下游侧的车外充分流出。该知识被用于本发明。
[0010]这样，本发明的一个课题在于提供一种车身构造，该车身构造被构成为:在存在横向风时，提高利用行驶中的车辆车身的底板下的空气流来减轻车身的提升的效果。
[0011 ]另外，本发明的另一个课题在于提供一种车身构造，该车身构造被构成为:在存在横向风时，能够使车身的底板下的空气更可靠地向横向风的风下游侧流出。
[0012]用于解决问题的方案
[0013]根据本发明，上述目的由如下车辆实现:具有前轮和后轮，在该车辆的车身的两侧的下方部分的前轮与后轮之间，形成有从车身底板下延伸到车身侧面的外表面的空气流路，从车身底板下侧向车身侧面侧的该空气流路的延伸方向为向车辆的后方倾斜的方向。此外，所述空气流路具体而言，可以由管状构造形成，该管状构造从车身底板下到车身侧面的外表面在向车辆的后方倾斜的方向延伸并贯通，或者，可以通过在从车身底板下到车身侧面的外表面贯通且开口部在车辆的前后方向延伸的管状构造中，用翅片部件将该管状构造内的空间隔开，从而形成所述空气流路，所述翅片部件在车辆的大致上下方向直立并在从车身底板下侧向车身侧面侧向车辆的后方倾斜的方向延伸。无论在哪种情况下，都可以形成有多个空气流路。
[0014]在上述构成中，允许空气在车身底板下与车身侧面之间流通的空气流路被形成为:在从车身底板下朝向车身侧面的方向进行观察时，在向车辆的后方倾斜的方向延伸。在该空气流路的朝向的情况下，显而易见，在车辆行驶中承受横向风时，从横向风的风上游侧的车身的外表面向车身底板下流入的空气的流量(与空气流路沿着横向风的朝向的情况相比)被减小，但车身底板下的空气更容易从风下游侧的车身侧面向车外流出。这样一来，在存在横向风时，在车身底板下，空气流的紊乱被减轻，从车身底板下向风下游侧的空气流的流量增大，减轻车身的提升的作用增大。此外，如之后的实施方式部分所示，发现了:在车身侧面的空气流路的流出口被形成为朝向大致正上方、且在车辆侧面流出的空气流被形成为向上流动时，车身的提升的减轻作用进一步增大，在车身侧面的空气流路的流出口被形成为朝向斜后方、且在车辆侧面流出的空气流被形成为向车辆的后方流动时，对由于横向风而产生的掉头横摆力矩的反横摆力矩的产生作用增大。
[0015]另外，在上述构成中，可以设有在存在横向风时在车辆行驶中，将横向风的风上游侧的空气流路封闭的单元。在该构成的情况下，从横向风的风上游侧直接地流入车身底板下的空气的流量大幅减小，实际上不存在来自风上游侧的空气流路的空气流的流入，从而大幅减轻车身底板下的空气流的紊乱，因此，能够减少因空气流的紊乱而引起的能量损耗，并且能够使紊乱少的空气流从车身底板下向横向风的风下游侧的车身侧面的流出量增大。作为将横向风的风上游侧的空气流路封闭的单元，如之后的实施方式说明的那样，可以采用如下的构造:相对于产生的横向风，被动地在风上游侧封闭且在风下游侧开放的闸门构造;检测横向风的方向，与该检测的横向风的方向对应地，主动地在风上游侧封闭且在风下游侧开放的闸门构造。
[0016]进一步，所述空气流路更优选被形成为车身底板下的空气流的垂直于行进方向的截面积大于空气流路的开口面积。这样一来，由于从车身底板下的空间向空气流路流入的空气在流通过相对小的开口时流速变高地流出至车外，因此得到底板下的流量变得更大的作用(喷嘴效应)。
[0017]另外，进一步，在上述构成中，如果从车辆的前方流入的空气流被构成为从空气流路流出，该空气流路从车身底板下延伸到车身侧面的外表面，则增大车身底板下的空气的流量，能够进一步增大车身的提升的减轻作用，在这点上是有利的。
[0018]发明的效果
[0019]这样，在上述本发明中，提供了以下的构成，该构成着眼于:在行驶中的车辆承受横向风时，使空气流在车身的底板下流动来减轻车身的提升的情况下，不从横向风的风上游侧的车外向车身底板下吸入空气，能够更可靠地达成空气从车身底板下向横向风的风下游侧的车外的流出(空气的穿过)。根据该构成，显而易见，减轻车辆底板下的空气流的紊乱，从车身底板下向横向风的风下游侧的车身侧面的空气的流量增大，由此，增大车身的提升的减轻作用。
[0020]根据以下的本发明的优选实施方式的说明，本发明的其他目的和优点更清楚。
【附图说明】
[0021 ]图1 (A)、(B)是分别示意地表示设有本发明所涉及的由在车身底板下与车身侧面之间延伸的管状构造形成的空气流路的车辆的底面;及从车辆正面观察的截面的图。图1(C)、(D)是从与图1(A)同样的空气流路的车辆上方观察的示意图，示出在车身下方的侧部将在车身的前后方向形成的管状构造利用翅片隔开而划定空气流路的例子。(C)是从车身侧部流出的空气流的方向是向上的情况，(D)是从车身侧部流出的空气流的方向是向车身后方的情况。图1(E)是从图1(A)的车辆的侧面观察的示意图。图1(F)是说明从车身侧部流出的空气流的方向是向上的情况下的车身周围的空气的流动的、从车辆的正面观察的示意图，图1(G)是说明从车身侧部流出的空气流的方向是向车身后方的情况下的车身周围的空气流的、从车辆的上表面观察的示意图。
[0022]图2是在说明本发明的一个实施方式中，在车身底板下来自车身前方的空气流也流向车身侧方的情况下的空气流的、从车辆的上表面观察的示意图。
[0023]图3(A)是说明在本发明的一个实施方式中，被动地将横向风的风上游侧的空气流路封闭并将横向风的风下游侧的空气流路开放的构成的、从车身下部的正面观察的示意的剖视图。图3(B)、(C)是说明在本发明的一个实施方式中，主动地利用闸门的打开关闭来将横向风的风上游侧的空气流路封闭并将横向风的风下游侧的空气流路开放的构成的、空气流路的流出口(从车辆的侧方观察)的示意图。(B)是在横向风的风下游侧将空气流路开放的状态，(C)是在横向风的风上游侧将空气流路封闭的状态。图3(D)是进行空气流路的开放或者封闭的构成的另一实施方式，是说明通过翅片绕枢轴转动，从而调节空气流路的开放或者封闭和翅片朝向的构成的、从车身上方观察空气流路的流出口附近的示意图。
[0024]图4是验证本发明的效果的车辆的示意的侧视图，示出付与30°偏摇角的横向风时，从流出口流出的空气流的朝向。
[0025]标号的说明
[0026]10…车辆，10UF...车身底板下空间，1F…车身底板部，12FR、FL、RR、RL...车轮，14...车身侧部的空气流出入机构，16...空气流路，18...翅片，20...空气流出口，22r、l...被动式闸门，24...主动式闸门
【具体实施方式】
[0027]下面参照附图，详细说明本发明的几个优选的实施方式。图中，同一附图标记示出同一部位。
[0028]空气流路的基本构成和作用
[0029]在本发明中，如
【发明内容】
部分说明的那样，在存在横向风时在行驶中的车辆车身的底板下产生空气流来减轻车身提升的构成中，修正空气流路的构成，使得车身底板下的空气更容易从风下游侧的车身侧面向车外流出。具体而言，首先如图1(A)、(B)示意地描绘的那样，在适用有本发明的车辆的车身10中，在其左右两侧1sl、10sr的前轮12FL、FR与后轮12RL、RR之间分别设有包含空气流路16的空气流出入机构14，该空气流路16将车身的底板1F下的底板下空间1UF与车身侧部的下方部分之间连通。而且，特别是在本发明的情况下，空气流路16被设置为从车身底板下1UF向车身侧部1sl或者10sr，并向车辆的后方倾斜地延伸。这样在空气流路16的延伸方向向车辆的后方倾斜的情况下，在车辆行驶中承受横向风的情况下，在风上游侧(图中为上侧)，由于车身承受的风朝向与空气流路16的延伸方向不同，因此，从风上游侧向车身底板下1UF流入的空气流SA的量变少，但由于从车身底板下1UF向风下游侧(图中为下侧)的空气流路16的延伸方向与车身承受的风朝向大致相同，因此空气流SA容易从车身底板下1UF向风下游侧的车外流出，另外，横向风不会从风上游侧原样进入，因此，抑制从风上游侧进入的空气流强力冲撞风下游侧的空气流路16的壁，车身底板下1UF的空气流的紊乱减轻，因此，由此实现底板下的空气流的流量增大。
[0030]此外，如图1(B)示意地描绘的那样，优选的是从车身底板下1UF到车身侧部的外表面的空气流的通过的空间被形成为:垂直于车身底板下1UF的空气流SA的行进方向的截面积Af、大于空气流路16的开口面积As。根据该构成，在空气流通过空气流路16并排出时，流路截面积变小，另一方面，由于流速变高，因此利用喷嘴效应，底板下的空气流量进一步增大。
[0031]所述空气流路16在一个形态下，如图1(A)所示，是在车身的侧部的下方的多个管状构造，可以分别由以从车身底板下1UF向车身侧部10sr、1sl向车身后方倾斜的方式确定的构造形成。另外，在其他形态下，如图1(C)或者(D)例举的那样，空气流路16是通过利用多个在车身的大致上下方向延伸的翅片18，将管状构造内的空间隔开从而形成的，该管状构造的开口在车身侧部的下方沿车身的前后方向较宽地延伸。
[0032]流出的空气流的朝向
[0033]另外，关于流出的空气流的朝向，在车身1的侧部的空气流路16的空气流的流出口20中，如图1(E)示意地描绘的那样，发现了根据流出的空气流的朝向，作用在车身上的力的方向会变化。如后述的本发明所涉及的构成的作用效果的验证实验中所示，在流出口 20的空气流的朝向是大致正上方aU时，如图1(F)示意地描绘的那样，车身承受的横向风被分为车身的上侧的路径Aa和下侧的路径Ab地流动，其结果是，更有效得到抑制车身提升的下压力Fd ο另一方面，在流出口 20的空气流的朝向是车身的朝上、并且是向后方倾斜的朝向aR时，如图1(G)示意地描绘的那样，向风下游侧的车辆后方喷出的空气流SA在车辆的风下游侧的后部，将从车辆10的前方绕着风下游侧的侧部流动过来的空气流Ay从车身剥离，由此，在剥离区域产生负压。这样一来，能够在车辆后部产生对于(横向风所导致的)掉头横摆力矩Yg的反横摆力矩Ya。
[0034]所述流出口20中的空气流的朝向例如如图1(C)、(D)例示的那样，能够利用划定空气流路16的翅片18的朝向的设定来决定。如图1(C)所示，通过在流出口 20中将翅片配置为与车身的横向大致一致，从而流出流出口 20后的空气流大致朝向正上方aU。另外，如图1 (D)所示，通过在流出口 20中将翅片的外缘配置为向车身的后方倾斜，从而流出流出口 20后的空气流朝向向车身后方倾斜的朝向aR。翅片的朝向可以在车身的设计和制造时设定为以期望的朝向喷出空气流。另外，也可以设有用于适当变更翅片朝向的驱动器(参照图3(D))。
[0035]利用来自车辆前方的空气流
[0036]顺便提及，行驶中的车辆从车辆前方也会承受行驶风。因此，如图2示意地描绘的那样，也可以使来自车辆的前方的空气流向车身底板下流通，并与来自车辆侧部风上游侧的横向风的空气流合流，从风下游侧的空气流路16流出。根据该构成，期待增大车身底板下的空气流的流量和流速。
[0037]风上游侧的空气流路的封闭
[0038]进一步发现了:根据后述的本发明所涉及的构成的作用效果的验证实验，在包括所述本发明的空气流路的车身中，在车身承受横向风时，如果将风上游侧的空气流路16封闭，则车身的提升的减轻作用会增大。其原因在于，风上游侧的空气流路16被封闭时，空气流不会从其流入，因此从车身底板下向车身侧部的空气流路的流动的紊乱被进一步减轻，
空气流量增大。
[0039]这样，在本发明的构成中，可以优选设有用于将行驶中的车辆承受的横向风的风上游侧的空气流路封闭的单元。在空气流路的封闭单元的一个形态下，如图3(A)示意地描绘的那样，在车身10的左右两侧，分别设有将空气流路16的车身侧部侧的开口封闭的闸门221、22r。闸门221、22r被弹簧等施力，使得在不存在风或者空气流的状态下被按压到空气流路16的开口。而且，图中如左侧所示，在横向风的风下游侧，从车身底板下侧向空气流路16进入的空气流的压力高于弹簧的作用力时，闸门22r向车身外侧枢轴转动，空气流路16的开口开放。另一方面，在横向风的风上游侧(图中为右侧)，由于闸门221被横向风按压到车身侧部，因此，这样实现风上游侧的空气流路16被封闭、且风下游侧的空气流路16被开放的状态。
[0040]在空气流路的封闭单元的其他形态下，如图3(B)、(C)示意地描绘的那样，在空气流路16的开口部设有主动地例如由电动机等驱动器上下移动的闸门24。在该情况下，利用任意的单元来检测车辆承受的风的方向，根据检测到的风的方向，在风下游侧中，如图3(B)所示，闸门24移动到空气流路16开放的位置，在风上游侧，如图3(C)所示，闸门24移动到空气流路16封闭的位置(图中，虚线表示被闸门24的覆盖状态下的空气流路16和翅片18)。此夕卜，作为检测车辆承受的风的方向的单元，可以是风向传感器(未图示)、或者判定横摆角速度和侧倾角速度是否是相反相位的装置(未图示)等(在横摆角速度和侧倾角速度是相反相位时，判定为存在侧倾角速度的方向的横向风)。
[0041]进一步，作为主动的空气流路的封闭单元的例子，如图3(D)例示的那样，作为划定空气流路16的翅片，可以使用角度能够可变地调节的翅片18a。在该情况下，车辆承受的风的方向与图3(B)、(C)的情况同样地被检测，可变翅片18a通过电动马达等围绕枢轴18c转动。可变翅片18a在位于风上游侧时，在图中移动到水平位置，将空气流路16封闭，在位于风下游侧时，在图中移动到(虚线所示的)垂直位置与水平位置之间的任意角度位置移动。由于利用可变翅片18a的角度来变更流出的空气流的朝向，因此可以根据对上述说明的提升的减轻作用和反横摆力矩的产生之中的哪个要求更多来适当设定。
[0042]本发明的构成所带来的作用效果的验证
[0043]为了验证上述本发明的构成所导致的作用效果，探讨了在风洞中载放在负荷传感器上的某个试验车辆的空气动力特性。关于计测中对车辆付与前后方向的风(直行时)的情况、付与横向风(偏摇角30°)的情况，算出将车辆的两侧的空气流路封闭的状态、仅将车辆的风上游侧的空气流路的开放状态、仅将车辆的风下游侧的空气流路开放的状态、将车辆的两侧的空气流路开放的状态下的气动系数。从空气流路向车外流出的空气流的角度从车辆后方测量为30° (图4的-30deg)。
[0044]其结果是，在直行时的情况下，将车身侧方的空气流路开放时，后部的提升CLR略微增大，(由于少量的空气流从车身侧部流出)，但其他气动系数几乎观察不到影响。另一方面，参照横向风时的气动系数时，空气流路是否开放对拖拽(drag)(阻力)CD几乎没有影响，横向力CS由于空气流路的开放而减少，提升(上下方向的力)CL的值在仅风下游侧的空气流路开放的情况下都减小，确认了得到提升的减轻作用。但是，在本试验车辆的情况下，关于向风下游的掉头横摆力矩CY，在仅风上游侧的空气流路开放的情况下，观察到了减小作用。(仅风上游侧的空气流路开放的情况下，观察到提升CL的增大)
[0045]在其他形状的试验车辆中，利用与所述同样的风洞实验，计测的提升CL以下述顺序减轻。
[0046]形状A:(两侧封闭)> (两侧开放) >(风下游开放)
[0047]形状B:(两侧封闭) > (两侧开放) >(风下游开放)
[0048]形状C:(两侧封闭)>(两侧开放) >(风下游开放)
[0049]该结果都是在仅风下游侧的空气流路开放的情况下，确认了得到更大的提升的减轻作用。此外，在形状A的情况下，进一步吸入来自车身前方的空气流时，提升CL大幅减轻。
[0050]接下来，在与上述同样的风洞实验中，如图4所示，在存在偏摇角30°的空气流时，使从空气流路向车外喷出的空气流的角度变化，验证空气流的流出角度所导致的气动系数的变化。其结果是，在空气流的流出角度是90°时，即空气流向大致正上方流出时，提升的值最小，提升的减轻作用最大。另外，示出了在空气流的流出角度是-30°时，即在空气流向车辆后方流出时，向风下游的掉头横摆力矩的值最小，反横摆力矩的作用最大。
[0051]这样，根据上述构成，在行驶中的车辆承受横向风时，为了能够更可靠地实现空气从车身底板下向横向风的风下游侧的车外流出(空气穿过)，通过使从车身底板下侧向车身侧面侧的该空气流路的延伸方向为向车辆的后方倾斜的方向，从而得到的效果是:增大使车身的提升减轻的作用。该效果在风上游侧的空气流路封闭的情况下更显著。
[0052]以上的说明是与本发明的实施方式相关地进行的，但对于本领域技术人员而言能够容易进行很多修正和变更，本发明不限于上述例示的实施方式，显然，不脱离本发明概念地适用到各种装置。
【主权项】
1.一种车身构造，在车辆的车身的两侧的下方部分的前轮与后轮之间，形成从所述车身底板下延伸到所述车身侧面的外表面的空气流路，从所述车身底板下侧向所述车身侧面侧的该空气流路的延伸方向为向所述车辆的后方倾斜的方向，还设有在存在横向风时在所述车辆的行驶中，将所述横向风的风上游侧的空气流路封闭的单元。2.如权利要求1所述的车身构造，通过在从所述车身底板下贯通到所述车身侧面的外表面且开口部在所述车辆的前后方向延伸的管状构造中，用翅片部件将该管状构造内的空间隔开，从而形成所述空气流路，所述翅片部件在所述车辆的大致上下方向直立并在从所述车身底板下侧向所述车身侧面侧向所述车辆的后方倾斜的方向延伸。3.如权利要求1所述的车身构造，所述空气流路是管状构造，从所述车身底板下到所述车身侧面的外表面在向所述车辆的后方倾斜的方向延伸并贯通。4.如权利要求1至3的任一项所述的车身构造，所述车身底板下的空气流的垂直于行进方向的截面积大于所述空气流路的开口面积。5.如权利要求1至4的任一项所述的车身构造，所述空气流路的流出口被形成为朝向大致正上方。6.如权利要求1至4的任一项所述的车身构造，所述空气流路的流出口被形成为朝向斜后方。7.如权利要求1至6的任一项所述的车身构造，从所述车辆的前方流入的空气流从所述空气流路流出，所述空气流路从所述车身底板下延伸到所述车身侧面的外表面。8.如权利要求3所述的车身构造，还包括:检测单元，其检测车辆所承受的风的方向；以及驱动单元，其驱动所述翅片部件， 根据由所述检测单元检测到的风的方向调节所述翅片部件的角度位置，从而调节所述空气流路的流出口的朝向。9.如权利要求8所述的车身构造，所述翅片部件在角度位置被调整并达到沿着前后方向的情况下，作为将空气流路封闭的单元而发挥功能。
【文档编号】B62D37/02GK105905175SQ201610087824
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月16日
【发明人】弦田辽平, 下川真之介, 塚田太郎, 深川建
【申请人】丰田自动车株式会社