JP7631382B2 - 空力抵抗を低減するための底部構造を有する車両 - Google Patents

Description

本発明は、公道上における使用のための自動車などの車両の技術分野に関する。特に、本発明は、車両の後端部における空気力学、および車両のための底部構造に関する。

この出願につながるプロジェクトは、欧州連合のＨｏｒｉｚｏｎ２０２０研究およびイノベーションプログラムから助成金契約Ｎｏ．８４８６２０の下で資金提供を受けている。

気候変動および温室ガス効果の観点から、車両における燃料の消費が低減されることが望ましい。これは、例えば、車両の空力抵抗を低減することによって、例えば抗力係数を低減することによって、達成され得る。化石燃料を完全になくすことは、内燃機関の代わりに電気モータを有する電気車両を提供することによってなされ得る。現在のところ、電気車両における向上のための分野のうちの１つは、バッテリの再充電が必要とされる前の電気車両の運転距離範囲である。運転距離範囲も、車両の空力抵抗を低減することによって向上され得る。

空力抵抗を最小化するために、車両は涙滴のような形状を有するべきであることが知られている。しかしながら、実際上、これは、実際的な課題および設計上の制約のせいで、通常、完全には可能でない。例えば、自動車は、通常、十分な空間を持たざるを得ない後部トランクを有する。実際上の制約の別の例は、デパーチャ角度である。デパーチャ角度は、車両が平坦でない面上、例えば、丘、防止帯、地面の穴の上で運転されるのに十分な最低地上高が提供されることを確保するのに十分なくらい大きくなければならない。

本発明の目的は、向上された空気力学の車両を提供すること、例えば、空力抵抗および／または抗力係数を低減すること、または少なくとも知られた解決策に対する代替策を提供することである。

本発明の目的のうちの１つまたは複数は、車両であって、車両の底部後方側に配置された底部構造を備え、任意選択的に、車両は、例えば公道上における使用のための自動車である、車両によって達成される。本発明によれば、底部構造は、
車両の前端部から車両の後端部への方向において見た場合に上向きに傾斜する渦巻き部であって、渦巻き部は、任意選択的に、車両の幅を実質的に覆う、渦巻き部を少なくとも備え、
車両が前方に移動している場合に、渦巻き部の下方に底部空気渦を生成するように適合される。

故に、本発明は、車両に関する。車両は、例えば公道上における使用のための自動車であり得る。車両は、例えば、複数の人間、例えば、二人、四人、五人、七人、またはそれよりも多くの人間を運送するために適合された乗用車両であり得る。車両は、貨物を運送するために適合された貨物車両であり得る。車両は、自立車両、例えば、倉庫または屋外地形などの用途のために適合された自立自動車または自動誘導車両であり得る。車両は、推進力を提供するための内燃機関を備える。車両は、推進力を提供するための電気モータを備え得る。車両は、バッテリを充電するためおよび／または電気モータのためのエネルギーを提供するための１つまたは複数のソーラーパネルを備え得る。概して、車両は地表面上を移動する。

この文書の文脈において、「前」、「後」、「底」、「上側」、「上」、「傾斜された」などの用語は、水平面上において車両が前方に移動している場合および／または車両が水平に配置されている間の状況に従って定義される。

車両は底部構造を備える。底部構造は、車両の底部後方側に配置される。底部構造は、例えば、車両が前輪および後輪を備える場合、車両の後輪の後ろに配置される。底部構造は、例えば、後輪と車両の後端部との間に配置され得る。任意選択的に、車両の後端部まで渦巻き部が延在する。底部構造は、車両の底部の一部であり、このことは車両が水平な地表面に配置された場合、底部構造と地表面との間に配置される車両の部品は存在しないことを意味する。底部構造は、例えば、アンダートレーの一部であり得る。

底部構造は、少なくとも渦巻き部を備える。渦巻き部は、車両の前端部から車両の後端部への第１の方向において見た場合に上向きに傾斜する。すなわち、渦巻き部の前端部は、渦巻き部の後端部の下方に配置される。前端部と後端部との間で、渦巻き部の、例えば傾斜角度が変化し得、例えば、渦巻き部は湾曲している。任意選択的に、渦巻き部は、車両の幅を実質的に覆う。渦巻き部は、車両の後端部に向かってより近づいて見るに従い、車両の底部構造がより高くなることを保証する。特に、このことは、丘、地表面における穴または凸凹、交通防止帯などの平坦でない面上で車両が操縦される必要がある場合に有利になり得る。例えば、車両が後輪を備える場合、後輪と車両の後端部との間に配置された底面が平坦でない面の地表面と接触するおそれがある。このような接触は、損傷および／または不愉快なユーザ経験をもたらし得る。底部構造の渦巻き部が上向きに傾斜されているので、地表面との接触のおそれが低減される。

底部構造は、車両が前方に移動している場合に、渦巻き部の下方に底部空気渦を生成するように適合される。車両が前方に移動している場合に、車両の周りの空気が動かされる。空気は、車両に対して見た場合に車両の前端部から車両の後端部に流れる。例えば流れる空気に対して底部構造の形状が有する影響によって、底部空気渦が生成される。底部空気渦を生成することによって、車両の空力抵抗が低減される。これは、以下のように理解され得る。渦巻き部の傾斜は、概して、理論的に望ましい涙滴形状からのずれである。渦巻き部の下方に底部空気渦を生成することによって、底部空気流が渦巻き部に追随することが回避される。底部空気流は、車両が前方に移動している間に車両の下方で車両の後端部に向かって流れる周囲空気を伴う。底部空気流は、車両の後端部の前で底部構造から分離され、底部空気渦の下方に流れる。底部空気流は、車両の物理的な形状よりも涙滴形状に似通ったプロファイルに追随する。有利な空力的プロファイルが提供される。同時に、傾斜された渦巻き部によって有利な物理的プロファイルが提供され、車両が平坦でない面上で操縦されることを可能とする。

底部空気渦は、第１の方向に略垂直な方向に向けられた第２の方向において伝播するように適合され得る。例えば、底部空気渦は、第２の方向において車両の左および／または右側に向かって伝播するように適合される。例えば、空気渦は、車両に接するように伝播するように適合される。このことは車両の下方および後ろの空気流の残りの部分のために有利であることが分かっている。これは、例えば自動車の屋根または航空機の翼に配置されることが知られている、いわゆる「渦生成器」とは異なることに留意されたい。この渦生成器は、車両の運転方向または飛行方向、すなわち第１の方向に伝播する空気渦を生成する。

実施形態において、底部空気渦は、車両の左側から見ると反時計回り方向に向けられる。底部空気渦は、車両の右側から見ると時計回り方向に向けられる。底部空気渦の底部において、空気は車両の後端部に向かって流れており、それによって、後端部に向かう底部空気流における周囲空気の流れを向上させる。底部空気渦の上部において、空気は車両の前端部に向かって流れており、例えば、運転方向において渦巻き部の面に対して有利な摩擦力を提供し得る。

実施形態において、デパーチャラインは、地盤面から車両の後端部に向かうとともに後輪に接する車両の仮想的なラインとして定義される。底部構造はデパーチャラインの上方に配置され、底部空気渦はデパーチャラインを超える。底部空気渦の少なくとも一部はデパーチャラインの下方にある。デパーチャラインは底部空気渦を通過して延在する。このように、底部空気流は、デパーチャラインを超える空力的プロファイルに追随する。この実施形態において、底部構造の物理的プロファイルが、車両が平坦でない面上で操縦されるために有利である一方、底部空気流が有利な空力的プロファイルによって流れることが保証される。例えば、デパーチャラインは、地表面と車両の後方底部端部との間の仮想的なラインであり得る。

実施形態において、デパーチャ角度は、水平面とデパーチャラインとの間の角度として定義され、デパーチャ角度は少なくとも１０度である。例えば、デパーチャ角度は、少なくとも１５、１８、または２０度であり得る。このデパーチャ角度は、例えば、公道上での使用のための自動車のために適している。デパーチャ角度は、更に、車両の意図される用途に応じて決定され得る。オフロード用途が意図された車両のためには、デパーチャ角度は、例えば、主に公道上で運転されることが意図された車両のためのものよりも大きくなり得る。

実施形態において、底部構造は、空気誘導部を更に備え、車両の前端部から車両の後端部への方向において見ると空気誘導部は渦巻き部の前に配置される。空気誘導部は遷移ラインにおいて渦巻き部に隣接する。空気誘導部は、例えば、車両の後輪と渦巻き部との間に配置され得る。空気誘導部は、車両が前方に移動している場合に、底部空気流を渦巻き部に向かって誘導するように適合され得る。遷移ラインは、底部空気流を底部構造から分離させるように適合され得る。任意選択的に、空気誘導部は、所定の流れプロファイルに従って底部空気流を誘導するための誘導要素を備え得る。任意選択的に、空気誘導部は、底部構造と空気誘導部を超えて流れる底部空気流との間に低摩擦をもたらす材料および／または表面粗さを備え得る。

実施形態において、空気誘導部と渦巻き部との間の遷移角度は、遷移ラインにおいて少なくとも４５度である。例えば、遷移角度は、５０、６０、または７０度であり得る。発明者は、比較的大きな遷移角度を有することが、渦巻き部の下方の底部空気渦の生成、および底部構造からの底部空気流の分離を助けることを見出した。

実施形態において、空気誘導部および渦巻き部は、車両が前方に移動している場合に、遷移ラインに向かって、遷移ラインとの間の接近角度が６０～１２０度であるように、例えば遷移ラインとの間で７５～１０５度であるように、例えば遷移ラインに略垂直であるように、底部空気流を誘導するように適合される。例えば、空気誘導部は、そのように形作られ得、および／または誘導要素を有し得る。例えば、渦巻き部、例えば、遷移ラインに対応する渦巻き部の境界はそのように形作られ得る。発明者は、概して、接近角度が９０度に近いほど、生成される底部空気渦が大きいことを見出した。任意選択的に、接近角度は、車両の幅方向から見て、遷移ラインの左部分および／または右部分においてよりも遷移ラインの中央においてより９０度に近くてよい。このことは、渦巻き部の左部分および／または右部分の下方においてよりも中央の下方においてより大きい底部空気渦の生成を可能とし得る。この左部分および／または右部分は、車両の幅方向において見ると渦巻き部の外側端部であり得る。

実施形態において、渦巻き部は平均傾斜角度で配置され、空気誘導部は平均空気誘導部傾斜角度で傾斜して配置され、平均傾斜角度は平均空気誘導部傾斜角度よりも大きい。平均空気誘導部傾斜角度は、例えば、０度よりも大きくてよい。空気誘導部は、例えば、車両の前端部から車両の後端部への方向において見ると上向きに傾斜されて配置され得る。平均傾斜角度が平均空気誘導部傾斜角度よりも大きいということは、渦巻き部が空気誘導部よりも傾斜されていることを意味する。このことは、底部空気渦の生成および底部空気流の分離に有利であり得る。

実施形態において、渦巻き部は凹形状を有する。実施形態において、渦巻き部は双曲線形状の放物線形状を有する。発明者は、これらの形状は渦巻き部の下方の底部空気渦の生成を助けることを見出した。更に、底部空気渦は、側面から見た場合に、実質的に円形状であり得、これらの実施形態において、渦巻き部の形状は、底部空気渦が渦巻き部に少なくとも部分的にフィットすることを可能とする。このことは底部空気渦と渦巻き部との間の摩擦を低減する。

実施形態において、底部空気渦は、渦巻き部の左部分および／または右部分の下方においてよりも渦巻き部の中央の下方においてより大きい。この左部分および／または右部分は、例えば、車両の幅方向において見ると渦巻き部の外側端部であり得る。例えば、車両の側部に近いほど小さい底部空気渦を有することは、車両の側部において流れる周囲空気に対する底部空気渦の影響を低減し得、このことは、全体的な空力的プロファイルおよび空力抵抗のために有利であり得る。

実施形態において、底部構造および／または車両は、車両の前端部から車両の後端部への方向において見ると渦巻き部の前に配置された拡散体を更に備える。例えば、底部構造が空気誘導部も備える実施形態において、空気誘導部が拡散体を備え得る。拡散体は、底部空気流を減速および／または拡張させるように適合され得、例えば、車両の後端部の後ろにおけるこの空気流の他の空気との合流が向上される。拡散体は、好ましくは、渦巻き部の隣に配置される。このことは、底部構造から分離される直前の底部空気流に影響を与えることを可能とする。

実施形態において、車両は、車両が前方に移動している場合に、車両の後端部の後ろに少なくとも１つの後方空気渦を生成するように適合される。任意選択的に、車両は、例えば車両の左側から見た場合に時計回り方向に向けられた上後方渦、および例えば車両の左側から見た場合に反時計回り方向に向けられた下後方渦を生成するように適合される。例えば、車両の後端部の形状は、少なくとも１つの後方空気渦を生成するように適合され得る。少なくとも１つの後方空気渦は、車両の後端部の後ろで底部空気流および任意選択的に上側空気流を誘導するために有利であり得る。

実施形態において、車両は、推進力源として電気モータを備える自動車である。車両は、例えば、電気モータに電力を提供するバッテリを備え得る。車両に本発明の底部構造を備えることによって、バッテリの再充電が必要とされる前の運転距離範囲が増加され得る。更に、内燃機関の代わりに電気モータを使用することによって、車両の底部後端部における排気管の必要性がなくなる。この排気管が必要である場合、排気管は、空気力学の観点から見た場合に底部構造および／または渦巻き部の設計に悪影響を与える。加えて、この排気管を介して放出される排気ガスおよび／または熱エネルギーは、車両の後端部においてどのように周囲空気が流れるかについて悪影響を与えることもある。

実施形態において、車両は、車両の屋根および／または上後方側にソーラーパネルを備える。ソーラーパネルは、例えば、電気モータまたは電気モータのためのバッテリにエネルギーを提供するように適合され得る。車両がソーラーパネルを備える場合、ソーラーパネルによって補足されるソーラーエネルギーが最適化され得るように、ソーラーパネルが配置され得る比較的大きな表面を有することが望まれ得る。このことは、比較的長い後方長さを有する比較的長い車両をもたらし得る。長い後方長さは、車両が平坦でない面上で操縦されている場合に問題をもたらし得る。同時に、運転距離範囲を増加させるために空力摩擦をできるだけ低減することが望まれ得る。従って、本発明による底部構造は有利であり得る。

本発明は、更に、車両の底部後方側に配置されることによって車両の後方底部を形成するように適合された車両のための底部構造に関する。底部構造は、底部構造が車両に配置された場合に車両の前端部から車両の後端部への方向において見た場合に上向きに傾斜する渦巻き部を少なくとも備える。任意選択的に、渦巻き部は車両の幅を実質的に覆う。底部構造は、車両が前方に移動している場合に、渦巻き部の下方に底部空気渦を生成するように適合される。底部構造は、任意選択的に、本明細書において説明される特徴または実施形態のうちの任意のものを備え得ることは理解されよう。

本明細書において車両の底部構造を参照して説明されるが、本発明は他の用途にも適用され得ることは理解されよう。従って、本発明は、車両の外側に配置された外側構造を備える車両に関する。車両は、例えば、公道上での使用のための自動車であり得る。外側構造は、渦巻き部であって、渦巻き部は凹形状、放物線形状、または双曲線形状を有する、渦巻き部を少なくとも備える。外側構造は、空気誘導部であって、車両の前端部から車両の後端部への方向において見ると、空気誘導部は渦巻き部の前に配置されて、渦巻き部に隣接し、空気誘導部と渦巻き部との間の遷移角度は、空気誘導部と渦巻き部との間の遷移ラインにおいて少なくとも４５度、例えば少なくとも６０度である、空気誘導部を更に備える。外側構造は、車両が前方に移動している場合に、渦巻き部の隣に空気渦を生成するように適合される。

本発明は、車両の外側に配置されるように適合された車両のための外側構造にも関する。車両は、例えば、公道上での使用のための自動車であり得る。外側構造は、渦巻き部であって、渦巻き部は凹形状、放物線形状、または双曲線形状を有する、渦巻き部を少なくとも備える。外側構造は、空気誘導部であって、車両の前端部から車両の後端部への方向において見ると、空気誘導部は渦巻き部の前に配置されて、渦巻き部に隣接し、空気誘導部と渦巻き部との間の遷移角度は、空気誘導部と渦巻き部との間の遷移ラインにおいて少なくとも４５度、例えば少なくとも６０度である、空気誘導部を更に備える。外側構造は、車両が前方に移動している場合に、渦巻き部の隣に空気渦を生成するように適合される。

外側構造は、例えば、車両の上側、左側、または右側に配置され得る。渦巻き部の隣に生成される空気渦は、車両が動いている場合に、空力抵抗を低減させるために有利であり得る。本明細書において本発明による底部構造または底部構造を備える車両を参照して説明される特徴または実施形態のうちの任意のものは、本発明による外側構造または外側構造を備える車両にも同様に適用され得ることは理解されよう。

本発明は、更に、本発明の目的のうちの１つまたは複数を達成する方法に関する。方法は、本発明による車両または底部構造を使用して実施され得るが、それらに限定されない。しかしながら、本明細書において本発明による車両または底部構造に関して説明される特徴のうちの任意のものは、本発明による方法にも同様に適用され得、その逆もそうである。本発明による車両または底部構造に関して説明された特徴および定義は、そうでないことが明示的に述べられない限り、本発明による方法に関して同じように解釈されよう。

本発明は、車両を動作させるための方法であって、車両は、車両の前端部から車両の後端部への方向において見た場合に上向きに傾斜する渦巻き部であって、任意選択的に、渦巻き部は車両の幅を実質的に覆う、渦巻き部を少なくとも備える底部構造を備える、方法に関する。方法は、以下の、車両を前方に移動させるステップと、車両が前方に移動している間に、底部構造の渦巻き部の下方に底部空気渦を生成するステップとを有する。

以下において、図を参照して本発明が説明される。これらの図は、本発明を例示する例としての役割を果たすものであって、特許請求の範囲を限定するものとは解釈されない。異なる図において、似た特徴は似た参照番号によって示される。

デパーチャ角度に違反している車両を示す図である。 デパーチャ角度を守った場合のあり得る悪影響を示す車両を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示す図である。 本発明の第２の実施形態を概略的に示す図である。 本発明による車両を異なる視点から示す図である。 本発明による車両を異なる視点から示す図である。 本発明による車両を異なる視点から示す図である。

図１ａは、図示された状況においては水平面である地表面５上に配置された車両１の後部２１を示す。車両１は、公道上での使用のための自動車である。車両１は、上側構造２４と底部構造２５とを備える。底部構造２５は、車両１の底部後方側において後輪２３と後端部２２との間に配置される。

矢印１１、１２、１３、１４によって空力的プロファイルが示されている。空力的プロファイルは、車両１が前方に移動している場合に空気がどのように動いているかを示す。図において図示されている空力的プロファイルは明確化のために単純化されていることは理解されよう。空力的プロファイルは、上側空気流１１と底部空気流１４とを含み、周囲空気は、図１ａにおいてそれぞれ矢印１１、１４によって示される方向に流れる。上側空気流１１は、車両１の後端部２２まで車両１の上側構造２４に追随する。底部空気流１４は、車両１の後端部２２まで車両１の底部構造２５に追随する。車両１の後端部２２において、上側空気流１１および底部空気流１４は、車両１から分離される。

空力抵抗および抗力を最小化するために、空力的プロファイルが涙滴形状に似通うことが望ましい。このことは、車両１の後部２１において、上側空気流１１および底部空気流１４が互いに向かってできるだけスムースに収斂しなければならないことを意味する。上側構造２４および底部構造２５は、上側空気流１１および底部空気流１４を互いに向かってスムースに収斂するような向きに向けるように配置される。

空力的プロファイルは、車両１の後端部２２の後ろに、上後方渦１２と下後方渦１３とを更に含む。上および下後方渦１２、１３において、空気は、図１ａにおいてそれぞれ矢印１２、１３によって示される方向に流れる。上および下後方渦１２、１３は、例えば、車両１の後端部２２の形状によって形成され得る。上後方渦１２は、上側空気流１１を上後方渦１２の上方に流れさせることによって、上側空気流１１が上側構造２４の上方で追随していた方向に実質的に追随させる。下後方渦１３は、底部空気流１４を下後方渦１３の下方に流れさせることによって、底部空気流１４が底部構造２５の下方で追随していた方向に実質的に追随させる。図１ａにおいて図示される車両１の空力的プロファイルは比較的有利であり、比較的小さな空力摩擦および低い抗力係数を有する。

空力的プロファイルのほかに、車両１の後部２１の設計のための別の要件として、望ましいデパーチャ角度３２がある。望ましいデパーチャ角度３２は、望ましいデパーチャライン３１と水平面、この場合は地表面５、との間の角度である。望ましいデパーチャライン３１は、後輪２３に接するとともに車両１の後端部２２に向かって向けられた仮想的なラインである。望ましいデパーチャ角度３２および望ましいデパーチャライン３１は、車両１の想定される用途、特に、車両１がその上で操縦され得なければならない平坦でない面に応じて定められる。例えば、車両１は公道上での使用のための自動車であるので、車両１は、防止帯を超えて運転可能でなければならず、および、駐車ガレージを出入りして運転可能でなければならない。従って、望ましいデパーチャ角度３２は１０～２０度であり得る。車両１がオフロード面上で運転されると想定される場合は、望ましいデパーチャ角度３２はより大きいものが選択され得る。車両１がレースサーキット上で運転されるものと意図される場合には、望ましいデパーチャ角度３２はより小さいものが選択され得る。底部構造２５が平坦でない面と接触しないことを確実なものとするために、底部構造２５は望ましいデパーチャライン３１の上方に存在しなければならない。図に見られるように、図１ａに図示された車両１はそのようにはなっていない。

図１ｂは、望ましいデパーチャライン３１の上方に存在する底部構造２６を有する車両２を図示する。車両２の他の特徴は、図１ａにおいて図示される車両１のものに対応しているので、図１ｂにおいて同一の参照番号で示されている。底部構造２６が望ましいデパーチャライン３１の上方に存在することを確実なものとするために、底部構造２６は、図１ａにおける底部構造２５に比べて、より上向きに傾斜されている。図１ｂに見られるように、底部空気流１４は、やはり車両２の後端部２２まで底部構造２６に追随し、ここでは、この底部構造２６はより上向きに傾斜された方向にある。加えて、底部構造２６は後端部２２においてより高い位置にあるので、下後方渦１３は図１ａに比べてより高い位置に配置される。このことは、図１ｂにおいて、上後方渦１２および上側空気流１１に影響を与える。図に見られるように、図１ｂにおける空力的プロファイルは、図１ａにおける空力的プロファイルほど涙滴形状に似通っていない。特に、図１ｂにおける底部空気流１４は、底部構造２６が上向きに傾斜し始めた場所で上向きに傾斜し、上側空気流１１は車両２の後端部２２において上向きに傾斜する。このことは、車両のダウンフォースを増加させ、効力を増加させる。結果として、図１ｂにおいて図示される車両２の空力的プロファイルがもたらす車両の後ろの圧力回収は比較的小さくなり、その結果、車両の後ろにもたらされる空力的圧力は低くなり、抗力係数は高くなる。

上記の説明から明らかなように、空力抵抗およびデパーチャ角度は、車両のために相反する設計要件をもたらし得る。発明者は、相反する要件を満足する方法、または少なくとも代替策を提供する方法を見出した。図２は、本発明の第１の実施形態に従った車両１０１の後部１２１を図示する。車両１０１は、図示された状況においては水平面である地表面１０５上に配置されている。車両１０１は公道上での使用のための自動車である。車両１０１は、上側構造１２４と底部構造１２５とを備える。底部構造１２５は、車両１０１の底部後方側において後輪１２３と後端部１２２との間に配置される。

底部構造１２５は渦巻き部１２６を備える。渦巻き部１２６は、第１の方向ｄ１において見ると上向きに傾斜されている。第１の方向ｄ１は、車両１０１の前端部から車両１０１の後端部１２２への水平方向として定義される。図示されていないが、渦巻き部１２６は、車両１０１の幅を実質的に覆う。幅は、第２の方向ｄ２において定義され、これは、第１の方向ｄ１に垂直な水平方向である。底部構造１２５は、車両１０１の底部を形成し、このことは、垂直方向である第３の方向ｄ３から見ると地表面１０５と車両１０１との間に車両１０１のコンポーネントは存在しないことを意味する。

図２は、更に、デパーチャライン１３１を図示する。デパーチャライン１３１は、地盤面１０５から車両１０１の後端部１２２に向かうとともに後輪１２３に接する仮想的なラインとして定義される。デパーチャ角度１３２は、水平面とデパーチャライン１３１との間の角度として定義される。デパーチャ角度は少なくとも１０度である。底部構造１２５の渦巻き部１２６はデパーチャライン１３１の上方に配置される。故に、車両１０１はデパーチャ角度１３２を満たし、底部構造１２５は、車両１０１が意図された平坦でない面の上で操縦されている場合に地表面と接触しない。

底部構造１２５は、車両１０１が前方に移動している場合に、底部空気渦１１５を生成するように適合される。底部空気渦１１５は、底部構造１２５の渦巻き部１２６の下方に位置する。底部空気渦１１５において、空気は矢印１１５の方向に流れる。故に、車両１０１の空力的プロファイルは、上側空気流１１１と、底部空気流１１４と、上後方渦１１２と、下後方渦１１３と、底部空気渦１１５とを含む。底部空気流１１４は、渦巻き部１２６の前に配置された空気誘導部１２７に沿って底部構造１２５に追随する。渦巻き部１２６の下方では、底部空気渦１１５が、底部空気流１１４をもはや底部構造１２５に追随させない。代わりに、底部空気流１１４は、車両１０１の後端部１２２の前で底部構造１２５から分離される。底部空気流１１４は、底部空気渦１１５の下方に流れる。結果的な空力的プロファイルは図１ａにおいて図示された空力的プロファイルに似通っているが、図２において図示された車両１０１はデパーチャ角度１３２を満たしている。更に、図２において見られるように、底部空気渦１１５はデパーチャライン１３１を超え得る。デパーチャライン１３１は、底部空気渦１１５を通過して延在する。従って、底部空気流１１４は、あたかも底部構造１２５がデパーチャライン１３１を超えているかのように流れる。

図２における左側面図から見ると、底部空気渦１１５は反時計回り方向に向けられる。底部空気渦１１５における空気は、反時計回り方向に回転している。底部空気渦１１５の底部において、空気は底部空気流１１４と実質的に同一の方向に流れ、これは第１の方向ｄ１である。従って、底部空気流１１４と底部空気渦１１５との間の摩擦は比較的小さい。底部空気渦１１５の上部において、空気は実質的に車両１０１の推進方向に流れ、これは第１の方向ｄ１と反対向きの方向である。底部空気渦１１５の上部における底部空気渦１１５と渦巻き部１２６との間の任意の摩擦は、車両１０１に対して車両１０１の推進方向に向けられた摩擦力をもたらす。

底部空気渦１１５は、第１の方向ｄ１に垂直な水平方向である第２の方向ｄ２において伝播する。第２の方向ｄ２は、車両１０１の左側または右側に向かう。故に、底部空気渦１１５は、車両１０１に接する方向に向けられる。

図３は、本発明に従った第２の実施形態における車両２０１の概略的な図を図示する。車両２０１は地表面２０５上に配置され、上側構造２２４と底部構造２２５とを備える。底部構造２２５は、車両２０１の後輪２２３と後端部２２２との間に配置される。底部構造２２５は、渦巻き部２２６と空気誘導部２２７とを備える。底部構造２２５は、車両２０１が前方に移動している場合に、渦巻き部２２６の下方に底部空気渦（明確化のために図示されていない）を生成するように適合される。空気誘導部２２７は、車両２０１の前端部から車両２０１の後端部２２２への第１の方向ｄ１において見ると渦巻き部２２６の前に配置される。空気誘導部２２７および渦巻き部２２６は遷移ライン２２８において隣接し、この遷移ライン２２８は、図３の側面図において、紙面に垂直な方向に延在する。底部構造２２５の空気誘導部２２７から渦巻き部２２６への遷移を表す遷移角度２２９が定義され得る。遷移角度２２９は、遷移ライン２２８における仮想的な延長ライン２２７’と渦巻き部２２６との間の角度である。仮想的な延長ライン２２７’は、空気誘導部２２７が遷移ライン２２８まで延在する方向に延在する。遷移角度２２９は少なくとも４５度であり、好ましくは少なくとも６０度である。比較的大きな遷移角度２２９を有することは、渦巻き部２２６の下方の底部空気渦の生成を助け、および底部構造２２５からの底部空気流の分離を助ける。

渦巻き部２２６は凹形状を有する。このことは、底部空気渦が渦巻き部２２６下方に配置され、渦巻き部２２６の形状に少なくとも部分的に追随することを可能とする。このことは、底部空気渦の生成を助け、底部空気渦が存在する場合に空力摩擦を減少させる。渦巻き部は、例えば、双曲線形状の放物線形状を有し得る。

図３は、更に、渦巻き部２２６が平均傾斜角度２２６ａで上向きに傾斜されていることを図示する。仮想的な平均傾斜ライン２２６ｂが、遷移ライン２２８と渦巻き部２２６の後端部との間に定義され得る。図３において、渦巻き部２２６の後端部は、車両２０１の後端部２２２に配置される。平均傾斜角度２２６ａは、平均傾斜ライン２２６ｂと水平ライン２２６ｃとの間の角度として定義される。

図３において図示される実施形態において、空気誘導部２２７も上向きに傾斜されている。仮想的な平均空気誘導部傾斜ライン２２７ｂが、空気誘導部２２７の前端部と遷移ライン２２８との間に定義され得る。図３において図示される状況において、空気誘導部２２７は傾斜されて配置された平坦な構造であるので、図３における側面図において見ると平均空気誘導部傾斜ライン２２７ｂは空気誘導部２２７に対応する。他の実施形態において、空気誘導部２２７は凹形状または凸形状の構造であってよく、これは、例えば、所望のダウンフォースに応じて決定され得る。平均空気誘導部傾斜角度２２７ａが、平均空気誘導部傾斜ライン２２７ｂと水平ライン２２７ｃとの間に定義され得る。平均空気誘導部傾斜角度２２７ａは平均傾斜角度２２６ａよりも小さい。

図４ａ～図４ｃは、本発明に従った車両３０１の第３の実施形態における車両３０１を図示する。図４ａは後面図、図４ｂは後方透視図、および図４ｃは底部後方透視図を図示する。車両３０１は上側構造３２４と底部構造３２５とを備える。底部構造３２５は、車両３０１の後輪３２３（図４ａにおいて図示される）と後端部３２２との間に配置される。底部構造３２５は、渦巻き部３２６と空気誘導部３２７とを備える。車両３０１が前方に移動している場合に、渦巻き部３２６の下方には、底部空気渦（明確化のために図示されていない）が生成される。空気誘導部３２７は、遷移ライン３２８において渦巻き部３２６に隣接する。遷移ライン３２８における空気誘導部３２７と渦巻き部３２６との間の遷移角度は、少なくとも４５度であり、好ましくは少なくとも６０度である。

図４ｃにおいて、遷移ライン３２８は左部分３２８ａ、中央部分３２８ｂ、および右部分３２８ｃを備えることが示されている。中央部分３２８ｂは、実質的に車両３０１の左側から車両３０１の右側への方向に延在する。遷移ライン３２８の左部分３２８ａおよび右部分３２８ｃは、部分的に湾曲し、車両３０１の後端部３２２に向かって部分的に延在する。

遷移ライン３２８に至る底部空気流３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃの部分は、矢印３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃによって示される。底部空気流３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃは、車両３１０の下方で車両３０１の前端部から車両３０１の後端部３２２まで流れる空気を含む。底部構造３２５の下方で、底部空気流３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃは遷移ライン３２８まで空気誘導部３２７に実質的に追随する。渦巻き部３２６の下方に底部空気渦が生成される。底部空気流３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃは、遷移ライン３２８において底部構造３２５から分離され、底部空気渦の下方に流れる。

遷移ライン３２８において、接近角度が定義され得る。接近角度は、底部空気流３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃが遷移ライン３２８に接近する角度である。接近角度は、底部空気流３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃが空気誘導部３２７の下方でどのように誘導されるか、および遷移ライン３２８の形状に依存する。概して、接近角度が９０度に近いほど、渦巻き部３２６の下方に生成される底部空気渦が大きくなる。従って、空気誘導部３２７および渦巻き部３２６、よって遷移ライン３２８は、接近角度が６０～１２０度になるように設計される。

遷移ライン３２８の中央部分３２８ｂにおいて、底部空気流の中央部分３１４ｂは、遷移ライン３２８に略垂直に遷移ライン３２８に向かって誘導される。左部分３１４ａおよび右部分３１４ｃがそれぞれ遷移ライン３２８に接近する遷移ライン３２８の湾曲した左部分３２８ａおよび右部分３２８ｃにおいて、接近角度は９０度から更にずれていく。従って、底部空気渦は、渦巻き部３２６の左部分３２６ａおよび右部分３２６ｃの下方においてよりも渦巻き部３２６の中央部分３２６ｂの下方において大きい。従って、車両３０１の左側および右側に流れる空気を含む側部空気流に対する底部空気渦の影響が低減される。

図４ｃは、更に、底部構造３２５が拡散体３３０を備えることを図示する。拡散体３３０は、車両３０１の後端部３２２の後ろにおける底部空気流３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃと他の空気流との合流を向上させる。

図４ａ～図４ｃにおいて図示される車両３０１は、電気モータを推進源として備える電気自動車である。底部構造３２５のおかげで、車両３０１の運転距離範囲が向上される。加えて、車両３０１の後端部３２２には、内燃機関の排気ガスを放出するための排気管が必要とされない。底部構造３２５、特に渦巻き部３２６は、排気管を考慮する必要なしに設計され得る。更に、排気ガスは車両の後ろの空気流に悪影響を与えることもある。

車両の上側構造３２４は、屋根３５１と上後方側３５２とを備える。いくつかの実施形態において、上後方側３５２は窓であり得る。いくつかの実施形態において、ソーラーパネルが、屋根３５１および／または上後方側３５２の上に配置され得る。ソーラーパネルは、例えばバッテリに対して電気モータのためのエネルギーを提供するために使用され得る。

図３は、車両２０１の後方長さ２４１が、後輪２２３の軸２２３ａと車両２０１の後端部２２２との間の距離として定義され得ることを示す。後方長さ２４１は比較的長い。車両２０１の後方長さ２４１が増加するにつれて、デパーチャ角度が違反される可能性が高くなる。一方、より大きな後方長さ２４１は、空力的プロファイルのためには有利であり得、例えば、ソーラーパネルを配置するためにより大きな空間を提供し得る。本発明は、このような相反する要件を満たすために有用である。

必要に応じて、本発明の詳細な実施形態が本明細書において開示されたが、開示された実施形態は、様々な形態において具現化され得る本発明の単なる例示であることを理解されたい。従って、本明細書において開示された特定の構造的および機能的詳細は制限と解釈されるべきではなく、請求項のための単なる基礎、事実上任意の適切な詳細構造において様々なやり方で本発明を用いることを当業者に教示するための代表的な基礎として解釈されるべきである。更に、本明細書において使用される用語および語句は、限定を意図するものではなく、むしろ、本発明の理解可能な説明を提供することを意図する。

本明細書において使用される場合、「一（ａ）」または「１つ（ａｎ）」という用語は、１つ、または１つよりも多いものとして定義される。本明細書において使用されるとき、「含む」および／または「有する」という用語は、「備える」として定義される（すなわち、他の要素またはステップを除外しないオープンランゲージである）。特許請求の範囲における任意の参照符号は、特許請求の範囲または本発明を限定するものと解釈されるべきではない。

特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないことを示すものではない。

単一のプロセッサまたは他のユニットが、例えば制御ユニットの、説明および特許請求の範囲において記載された、いくつかのアイテムの機能を果たし得る。特徴の間の任意の通信は、知られた方法による有線または無線であり得る。

本発明による方法は、プログラム、コンピュータプログラム、またはソフトウェアアプリケーションなどとして実現され得る。プログラム、コンピュータプログラム、またはソフトウェアアプリケーションは、サブルーチン、関数、手順、オブジェクト方法、オブジェクト実装、実行可能アプリケーション、アプレット、サーブレット、ソースコード、オブジェクトコード、共有ライブラリ／動的ロードライブラリ、および／またはコンピュータシステム上での実行のために設計された命令の他のシーケンスを含み得る。

コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともにまたはその一部として供給される光学的記憶媒体または固体状態媒体などの適切な媒体上に記憶および／または分散され得るが、インターネットまたは他の有線もしくは無線遠隔通信システムを介してなど、他の形態で分散されてもよい。

１０１ 車両
１０５ 地表面、地盤面
１１１ 上側空気流
１１２ 上後方渦
１１３ 下後方渦
１１４ 底部空気流
１１５ 底部空気渦
１２１ 後部
１２２ 後端部
１２３ 後輪
１２４ 上側構造
１２５ 底部構造
１２６ 渦巻き部
１２７ 空気誘導部
１３１ デパーチャライン
１３２ デパーチャ角度
２０１ 車両
２０５ 地表面
２２２ 後端部
２２３ 後輪
２２４ 上側構造
２２５ 底部構造
２２６ 渦巻き部
２２６ａ 平均傾斜角度
２２６ｂ 平均傾斜ライン
２２６ｃ 水平ライン
２２７ 空気誘導部
２２７’ 延長ライン
２２７ａ 平均空気誘導部傾斜角度
２２７ｂ 平均空気誘導部傾斜ライン
２２７ｃ 水平ライン
２２８ 遷移ライン
２２９ 遷移角度
２４１ 後方長さ
３０１ 車両
３１４ａ 底部空気流の左部分
３１４ｂ 底部空気流の中央部分
３１４ｃ 底部空気流の右部分
３２２ 後端部
３２３ 後輪
３２４ 上側構造
３２５ 底部構造
３２６ 渦巻き部
３２７ 空気誘導部
３２８ 遷移ライン
３３０ 拡散体
３５１ 屋根
３５２ 上後方側

Claims (16)

1. 車両であって、前記車両の底部後方側に配置された底部構造を備え、前記車両は、公道上における使用のための自動車であり、前記底部構造は、
   前記車両の横方向から見た場合に前記車両の前端部から前記車両の後端部への第１の方向において上向きに傾斜する渦巻き部を少なくとも備え、
   前記車両が前方に移動している場合に、前記渦巻き部の下方に底部空気渦を生成するように適合され、
   デパーチャラインは、後輪に接しかつ地盤面から前記車両の後方底部端部に向かって延びる仮想的なラインとして定義され、
   前記底部構造は、前記デパーチャラインの上方に配置され、
   前記底部空気渦は、前記底部空気渦の少なくとも一部が前記デパーチャラインの下方にあるように、前記デパーチャラインを超える、車両。
2. 前記底部空気渦は、前記第１の方向に垂直な方向に向けられた第２の方向に伝播するよう適合され得る、請求項１に記載の車両。
3. 前記底部空気渦は、前記車両の左側から見た場合に反時計回り方向に向けられる、請求項１または２に記載の車両。
4. デパーチャ角度は、水平面と前記デパーチャラインとの間の角度として定義され、前記デパーチャ角度は、少なくとも１０度である、請求項１から３のいずれか一項に記載の車両。
5. 前記底部構造は、空気誘導部を更に備え、前記車両の横方向から見た場合、
   前記空気誘導部は、前記渦巻き部の前に配置されて、遷移ラインにおいて前記渦巻き部に隣接し、
   前記空気誘導部と前記渦巻き部との間の遷移角度は、前記遷移ラインにおいて少なくとも４５度である、請求項１から４のいずれか一項に記載の車両。
6. 前記空気誘導部および前記渦巻き部は、前記遷移ラインに向かって、前記遷移ラインとの間の接近角度が６０～１２０度であるように、底部空気流を誘導するように適合され、前記接近角度は、前記底部空気流が前記遷移ラインに接近する角度である、請求項５に記載の車両。
7. 前記渦巻き部は、平均傾斜角度で配置され、前記空気誘導部は、平均空気誘導部傾斜角度で傾斜して配置され、前記平均傾斜角度は、前記平均空気誘導部傾斜角度よりも大きく、前記平均傾斜角度は、前記遷移ラインと前記渦巻き部の後端部との間で定義される平均傾斜ラインと、水平ラインと、の間の角度として定義され、前記平均空気誘導部傾斜角度は、平均空気誘導部傾斜ラインと前記水平ラインとの間で定義される、請求項５または６に記載の車両。
8. 前記渦巻き部は、凹形状を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の車両。
9. 前記渦巻き部は、上方に凹む、双曲線形状の放物線形状を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の車両。
10. 前記底部空気渦は、前記車両の幅方向において見た場合に、前記渦巻き部の外側端部である前記渦巻き部の左部分および／または右部分の下方においてよりも前記渦巻き部の中央の下方において大きい、請求項１から９のいずれか一項に記載の車両。
11. 前記車両の横方向から見た場合に前記渦巻き部の前に配置された拡散体であって、底部空気流を減速および／または拡張させるように適合され、前記底部空気流の他の空気との合流が向上される、拡散体を更に備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の車両。
12. 前記車両は、推進力源として電気モータを備える自動車である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の車両。
13. 前記車両は、前記車両の屋根および／または上後方側にソーラーパネルを備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の車両。
14. 車両のための底部構造であって、前記車両の底部後方側に配置されることによって前記車両の後方底部を形成するように適合され、前記底部構造は、
    前記底部構造が前記車両に配置された場合に、前記車両の横方向から見た場合に前記車両の前端部から前記車両の後端部への方向において上向きに傾斜する渦巻き部を少なくとも備え、
    前記車両が前方に移動している場合に、前記渦巻き部の下方に底部空気渦を生成するように適合され、
    デパーチャラインは、後輪に接しかつ地盤面から前記車両の後方底部端部に向かって延びる仮想的なラインとして定義され、
    前記底部構造は、前記デパーチャラインの上方に配置されるように適合され、
    前記底部空気渦は、前記底部空気渦の少なくとも一部が前記デパーチャラインの下方にあるように、前記デパーチャラインを超える、底部構造。
15. 車両であって、前記車両の外側に配置された外側構造を備え、前記車両は、公道上における使用のための自動車であり、前記外側構造は、
    渦巻き部であって、前記渦巻き部は、凹形状、上方に凹む放物線形状、または上方に凹む双曲線形状を有する、渦巻き部を少なくとも備え、
    空気誘導部であって、前記車両の横方向から見た場合に、
    ｉ．前記空気誘導部は、前記渦巻き部の前に配置されて、前記渦巻き部に隣接し、
    ｉｉ．前記空気誘導部と前記渦巻き部との間の遷移角度は、前記空気誘導部と前記渦巻き部との間の遷移ラインにおいて少なくとも４５度である、
    空気誘導部を備え、
    前記車両が前方に移動している場合に、前記渦巻き部の隣に空気渦を生成するように適合され、
    デパーチャラインは、後輪に接しかつ地盤面から前記車両の後方底部端部に向かって延びる仮想的なラインとして定義され、
    前記外側構造は、前記デパーチャラインの上方に配置されるように適合され、
    前記空気渦は、前記空気渦の少なくとも一部が前記デパーチャラインの下方にあるように、前記デパーチャラインを超える、車両。
16. 車両を動作させるための方法であって、前記車両は、前記車両の横方向から見た場合に前記車両の前端部から前記車両の後端部への方向において上向きに傾斜する渦巻き部を少なくとも備える底部構造を備え、
    前記方法は、以下の
    前記車両を前方に移動させるステップと、
    前記車両が前方に移動している間に、前記底部構造の前記渦巻き部の下方に底部空気渦を生成するステップと
    を含み、
    デパーチャラインは、後輪に接しかつ地盤面から前記車両の後方底部端部に向かって延びる仮想的なラインとして定義され、
    前記底部構造は、前記デパーチャラインの上方に配置されるように適合され、
    前記底部空気渦は、前記底部空気渦の少なくとも一部が前記デパーチャラインの下方にあるように、前記デパーチャラインを超える、方法。

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