標識装置搭載車両における空気抵抗低減構造
【課題】普通自動車の屋根に標識装置を取り付けて構成される標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造を提供する。
【解決手段】標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造では、普通自動車の屋根に標識装置を取り付けて構成した標識装置搭載車両において、前記屋根の前記標識装置前方位置に、車両後方へ高さを増す傾斜部を設ける。そして、前方からの空気流発生時に、前記傾斜部と前記標識装置の間に渦流を形成し、前記渦流の上方に前記傾斜部の上端近傍及び前記標識装置の上端近傍を通る空気流を形成する。前記傾斜部は、前記屋根の上を幅方向に渡しその両端縁を前記屋根の縁に掛け止めて固定される基台と、前記基台に角度調節自在に取り付けた傾斜板とで構成してもよい。
【解決手段】標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造では、普通自動車の屋根に標識装置を取り付けて構成した標識装置搭載車両において、前記屋根の前記標識装置前方位置に、車両後方へ高さを増す傾斜部を設ける。そして、前方からの空気流発生時に、前記傾斜部と前記標識装置の間に渦流を形成し、前記渦流の上方に前記傾斜部の上端近傍及び前記標識装置の上端近傍を通る空気流を形成する。前記傾斜部は、前記屋根の上を幅方向に渡しその両端縁を前記屋根の縁に掛け止めて固定される基台と、前記基台に角度調節自在に取り付けた傾斜板とで構成してもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速道路の管理者が使用する巡回車など、周囲の走行車両に対する注意喚起や警告表示を行うための標識装置を、普通自動車の屋根に取り付けて構成した標識装置搭載車両における、空気抵抗低減構造に関するものである。なお、本発明において普通自動車とは、道路交通法における、車両総重量５０００ｋｇ未満、最大積載量３０００ｋｇ未満、乗車定員１０人以下の四輪車で、いわゆる乗用車に該当するものとする。
【背景技術】
【０００２】
貨物車両において、トラクタのキャビンより高い荷箱を備えたトレーラが連結された場合、トラクタとトレーラとの段差により空気抵抗が大きくなる。空気抵抗の増大は、燃費に悪影響を及ぼすなどの問題があるため、この空気抵抗を低減するためのデフレクタがトラクタの屋根に搭載される。このデフレクタは、車体後方に向かって高さを増す傾斜面を備え、貨物車両走行時にはトラクタ上方の空気が傾斜面に沿って流れることから、トラクタとトレーラの段差部分における空気の衝突を防ぎ、空気抵抗を低減することができる。
【０００３】
最近では、このデフレクタの性能や機能を向上させる手法も検討されており、例えば、特開平６−３２９０５３号公報には、走行中の空気抵抗を低減させる風案内姿勢と、キャビン外部への脱出空間を確保する脱出時姿勢とに変更可能なデフレクタが開示されている。また、特開２００２−１５４４６２号公報には、形状を規制する金属棒材からなるフレーム部材に帆布を被装し軽量化したデフレクタが開示されている。更に、特開２００７−１５４５号公報には、車幅方向に沿った回転軸を中心として回転自在に支持される前端部を中心としてルーフに対して傾動自在なパネル本体と、ルーフとパネル本体との間に配置され、ルーフの上面に対するパネル本体の傾斜角度を所定角度の範囲で調節する角度調節部とで構成され、トレーラを牽引した状態と牽引しない状態とのそれぞれにおいて空気抵抗の低減を図ることが可能なデフレクタが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３２９０５３号公報
【特許文献２】特開２００２−１５４４６２号公報
【特許文献３】特開２００７−１５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、トレーラ等を牽引することが想定されていない普通自動車（いわゆる乗用車）は、通常、デフレクタのような装置の取り付けを行わなくとも、車体形状の最適化を図ることで空気抵抗を低減できる。ところが、高速道路の巡回監視を行うには、高速道路を走行する普通車両と同程度の速度で走行しながら、周囲の走行車両に対する注意喚起や警告表示を行う必要性があり、その用途のために普通自動車の屋根に標識装置を取り付けた場合、その車体形状の設計段階では想定されなかった空気抵抗の増加が生じることになる。
【０００６】
そこで、本発明は、普通自動車の屋根に標識装置を取り付けて構成される標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造では、普通自動車の屋根に標識装置を取り付けて構成した標識装置搭載車両において、前記屋根の前記標識装置前方位置に、車両後方へ高さを増す傾斜部を設ける。そして、前方からの空気流発生時に、前記傾斜部と前記標識装置の間に渦流を形成し、前記渦流の上方に前記傾斜部の上端近傍及び前記標識装置の上端近傍を通る空気流を形成する。
【０００８】
前記傾斜部は、前記屋根に対し、４５度の傾斜角を有していることが好ましく、また、前記傾斜部の幅と、前記標識装置の幅の比が０．７５であること、或いは、前記傾斜部の高さと、前記標識装置の高さの比が０．５であることが好ましい。更に、透光性を有することが好ましい。
【０００９】
また、前記傾斜部は、前記屋根の上を幅方向に渡しその両端縁を前記屋根の縁に掛け止めて固定される基台と、前記基台に角度調節自在に取り付けた傾斜板とで構成してもよい。この場合、傾斜板は透光性を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造では、車両の走行により発生する前方からの空気流れの方向を傾斜部で変え、傾斜部と標識装置の間で渦流を形成することで、渦流の上方に、傾斜部の上端上方及び標識装置の上端上方を通る空気流を形成し、空気流が標識装置に直接当ることを防ぎ、空気抵抗を低減できる。また、前方からの空気流れの方向を傾斜部で変えることにより、屋根前縁近傍の空気抵抗も同時に低減できる。更に、標識装置の上端上方を通る空気流は乱れがなく流線が水平なものとなるため、標識装置後方における渦の発生を防止し、負圧による抵抗の発生を防止できる。
【００１１】
傾斜部は、傾斜部と標識装置の間で渦流を形成するよう、その配置や形状を適宜調整することができるが、標識装置搭載車両の走行速度が７０〜８０ｋｍと想定される場合は、屋根に対し４５度の傾斜角を有することが好ましい。また、傾斜部の幅と標識装置の幅の比が０．７５、傾斜部の高さと標識装置の高さの比が０．５であることが好ましい。更に、傾斜部が透光性を有するものであれば、標識装置搭載車両の前方からの、標識装置の視認性を高めることができる。
【００１２】
また、傾斜部が、屋根の上を幅方向に渡しその両端縁を屋根の縁に掛け止めて固定される基台と、貴台に角度調節自在に取り付けた傾斜板とで構成されたものであれば、既存の標識装置搭載車両に容易に適用でき、しかも、標識装置搭載車両の走行が想定される速度に最適な角度とする調整を容易に行うことができる。この場合において、傾斜板が透光性を有するものであれば、標識装置搭載車両の前方からの、標識装置の視認性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造が適用された標識装置搭載車両の概観を示す側面図である。
【図２】同標識装置搭載車両における空気抵抗低減構造を拡大して示す平面図である。
【図３】数値解析の領域を示す側面図である。
【図４】傾斜部と標識装置を取り付けた場合における３次元流速分布図である。
【図５】図４においてＺ座標が０となる縦断面の流速分布図である。
【図６】傾斜部と標識装置のどちらも取り付け無い場合における３次元流速分布図である。
【図７】図６においてＺ座標が０となる縦断面の流速分布図である。
【図８】傾斜部を取り付けず標識装置のみを取り付け無い場合における３次元流速分布図である。
【図９】図８においてＺ座標が０となる縦断面の流速分布図である。
【図１０】傾斜部の他の実施形態を示す側面図である。
【図１１】同実施形態の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造の実施形態を図に示す。この構造は、排気量２０００ｃｃ程度の四輪駆動乗用車、いわゆるレクリエーショナル・ビークル（ＲＶ）の屋根に標識装置を固定した標識装置搭載車両に適用されたものである。
標識装置搭載車両１０の屋根１１には、周囲の走行車両に対する注意喚起や警告表示を行うための標識装置１が取り付けられている。この標識装置１は、背面に「走行注意」など所定の文字列の複数を切り替えて表示する表示板２を備え、また、頂部には、回転点滅灯３を備えている。更に、前面には、前方からの空気流の方向を上方へ向けるための案内部４が設けられている。重量は約３００ｋｇ、幅は１０６０ｍｍ、屋根１１から回転点滅灯３の上端までの高さは１０００ｍｍである。
【００１５】
更に、屋根１１には、標識装置１前方位置に、車両後方へ高さを増す傾斜部５が設けられている。傾斜部５の材質は、十分な強度を有するものであればよいが、透光性を有するものであれば、標識装置搭載車両１０の前方からの、標識装置１の視認性を高めることができるという利点がある。なお、傾斜部５の幅は８００ｍｍ、屋根１１から先端部６までの高さは５００ｍｍ、前面７の屋根１１に対する傾斜角は４５度となっている。
【００１６】
この構造による空気抗力低減効果を、数値解析による結果を参照しながら、以下に説明する。数値計算は、ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ社の流体解析ソフトウェアＦｌｏｗ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎを用いて三次元形状（３Ｄモデル）を作成し、時間依存のナヴィエ-ストークス方程式を離散化し、計算メッシュ上で解く方法により行った。
【００１７】
また、より適切な解を得るために信頼できる条件の下で、流れ計算中に、計算メッシュの再構成を自動的に行った。そして、時間依存方程式を使って定常問題を解くため、あらかじめ設定した範囲に収束する定常解(すなわち収束解)を得た時に計算を終了するものとした。なお、本数値解析では、標識装置の進行方向に対する空気抵抗を求めることが必要なため、計算領域に対して、圧力・速度・力などのエンジニアリングゴールを設定する必要がある。ここで、エンジニアリングゴールとは、様々な結果を得ることのできる解析結果から最も重要なものを選択することである。この数値解析では、エンジニアリングゴールの設定より、標識装置の進行方向に作用する空気抗力を結果として求めている。なお、一般設定条件として、解析タイプは外部流れ、流体は空気、流れタイプは層流及び乱流とし、車両走行速度条件は、７０ｋｍ／ｈ、８０ｋｍ／ｈ、９０ｋｍ／ｈ、及び１００ｋｍ／ｈとした。
【００１８】
数値解析の範囲は、図３に示すように、標識装置搭載車両１０の上側半分を含む領域Ｒとした。そして、鉛直方向をＸ軸、水平方向をＹ軸、車体の幅方向をＺ軸とし、それらの座標値の範囲は、Ｘ軸については上方を正として−５００から４０００まで、Ｙ軸については後方を正として−５０から１６００まで、Ｚ軸については後方に向かって右手側（紙面手前側）を正として−１０００から１０００までとした。なお、以後の説明においては、領域Ｒ内において、フロントガラスと屋根の境界近傍をＡ領域、傾斜部５と標識装置１の案内部４の間をＢ領域、Ｂ領域の上方で傾斜部５の上端近傍及び標識装置１の上端近傍を含む連続領域をＣ領域、回転点滅灯３の直上をＤ領域、標識装置１の上端近傍から後ろで地面からの高さが標識装置１よりも高くなる領域をＥ領域、標識装置１の後ろで地面からの高さが標識１よりも低くなる領域をＦ領域、車体背後をＧ領域とする。
【００１９】
図４及び図５に、解析結果を示す。また、比較参考例として、傾斜部５及び標識装置１のどちらも取り付けられていない状態の解析結果を図６及び図７に、標識装置１のみを取り付けた状態の解析結果を図８及び図９に示す。なお、図４〜図９は、いずれも、車両走行時速７０ｋｍ／ｈとしたときの領域Ｒにおける空気の流れを速度として示したものであり、図５、図７及び図９は、Ｚ座標が０となる縦断面における流速分布である。
【００２０】
まず、図９が示すように、傾斜部５を設けず標識装置１のみを取り付けた場合、標識装置後方のＦ領域で空気の流れが乱れていることが分かる。このＦ領域では、速度が０ｋｍ／ｈに近づくため、圧力が低下し進行方向とは逆に力が作用してしまい、車両が後方に引っ張られる状態となる。一方、フロントガラスと屋根の境界領域であるＡ領域では、速度が高くなっている。これは、車体の形状自体の特性であり、そのことは、７が示すように、標識装置１が取り付けられていない状態においても、Ａ領域の速度が高くなっていることからも明らかである。そして、図７及び図９は、このＡ領域の抵抗が大きくなってしまうことを示している。また、回転点滅灯３の直上領域であるＤ領域では、空気の通り道が狭くなるために流速が早くなっている。更に、車体背後のＧ領域では、標識装置１が存在しない状態であれば空気が円滑に流れているが（図７）、標識装置１が存在する状態では、標識装置１後方で流速が急激に上昇し、部分的な渦の発生により抵抗が大きくなっている。なお、標識装置１は実際の製品形状を考慮し中空である場合を想定しているため、標識装置１の内部では渦を巻いている。
【００２１】
これに対し、図１及び図２に示す構造によれば、図５に示すように、傾斜部５と標識装置１の間のＢ領域に渦が形成され、このＢ領域の上方で傾斜部５の上端近傍及び標識装置１の上端近傍を含む連続領域をＣ領域に円滑な流れが形成されるため、前方からの空気は標識装置１の上方へ流れることとなり、標識装置１に直接あたることが無い。そのため、空気抵抗が減少することになる。また、Ｃ領域における円滑な流れは、標識装置１の後方におけるＥ領域でも乱れることがなく（図５において流線が水平に保たれている）、更に、Ｇ領域においても傾斜部５に遮られて空気が流れなくなり渦が発生せず、その結果として、標識装置後方における渦の発生を防ぎ、車両が後方に引っ張られることもなくなる。更にまた、傾斜部５により前方からの空気流れの方向が変わり、Ａ領域における空気抵抗も減少することがわかる。
【００２２】
なお、図４〜図９は、流速分布を示したものであるが、車両にかかる空気抵抗の数値として算出した結果を表１に示す。また、標識装置１は既述のように中空であるが、中空であることの影響を確認するため、傾斜部５を設けることなく中空を塞いだ場合についても同様の数値計算を行い算出した空気抵抗値を、「底板付き」の場合として表１に併せて示す。更に、図４及び図５は、傾斜部５の前面７の角度が４５度、車両走行速度が７０ｋｍ／ｈの場合に得られた結果であるが、角度を１５度又は３０度とし、車両走行速度を８０ｋｍ／ｈ、９０ｋｍ／ｈ、又は１００ｋｍ／ｈとした場合についても同様の数値計算を行い、算出された空気抵抗の数値を、表１に併せて示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
表１において、「現形状」は、標識装置１が実際の製品形状であることを想定したモデル、すなわち、図８及び図９に相当するモデルを意味する。この表１より、中空を塞ぐための底板のみを取り付けても全体の空気抗力はほとんど減少しないことが確認された。一方、傾斜部５を付けることにより空気抵抗が減少することが分かった。特に、傾斜部５の角度を４５度とすれば、車両走行速度が７０〜８０ｋｍ／ｈの場合、現形状の空気抵抗の７割もの抵抗減少が確認できた。ただし、走行車両速度が９０〜１００ｋｍ／ｈの場合、現形状の抵抗値と比べると３０〜４０％程度の減少を見込めるものの、車両走行速度が７０〜８０ｋｍ／ｈの場合よりも抵抗が大きくなることが確認された。従って、傾斜部５の角度は、標識装置搭載車両１０の走行が想定される速度を考慮して調節する必要があり、例えば、走行速度が７０〜８０ｋｍ／ｈとなることが想定される高速道路の巡回であれば、４５度が適した角度ということになる。
【００２５】
次に、この構造による空気抵抗低減の効果として燃費に与える影響を、以下に説明する。
燃費に与える影響は、標識装置１のみを備えた道路巡回車両と、この道路巡回車両と同じ車種で標識装置１を備えず総重量を同一とした（約３００ｋｇのブロックを搭載し重量を調整した）一般車両について、単位燃料当りの走行距離（以下、燃費という）を測定し、これら測定値に基づいて算出を行った。
【００２６】
燃費の測定に必要なデータは、日立製作所株式会社製のダイアグモニタＨＤＭ−３００００で採取し、そのデータから平均燃費を求めた。また、参考データとして、前記道路巡回車両と同じ車種で標識装置１を備えず総重量の調整も行わない一般車両のデータも採取した。ダイアグモニタで取得した主要なデータ項目を表２に、得られた結果を表３に示す。
【表２】
【表３】
【００２７】
道路巡回車両と重量調整を行った一般車両では、平均燃費で１．５０６ｋｍ／ｌの差があることが確認された。両車両の重量はほぼ同一で標識装置のみが車体形状の相違となることから、この状態で燃費を比べると標識装置１の空気抵抗により、燃費が１６．４５５％悪化したことになる。一方、図１及び図２に示す空気抵抗低減構造を採用すると、既述のように、標識装置１の空気抵抗が低減されるため、燃費が向上することになる。そして、この空気抵抗低減構造を採用した場合の燃費は以下の式で求められる。
【数１】
【００２８】
例えば、傾斜部５の前面７が屋根１１に対し４５度傾斜している場合の燃費は、９．１５２＋（（１４１．１１７−４３．６４４）／１４１．１１７）×（１０．６５８−９．１５２）より１０．１９２ｋｍ／ｌとなる。なお、参考までに、上記式（１）のＲ２を底板付標識装置の空気抵抗とした場合の燃費を求めると、９．１５２＋（（１４１．１１７−１３８．００７）／１４１．１１７）×（１０．６５８−９．１５２）より９．１８５ｋｍ／ｌとなり、道路巡回車両の平均燃費９．１５２ｋｍ／ｌとほとんど変わらない。表１に示す全ての場合について同様に算出した燃費を表４に、燃費の改善効果率を表５に示す。
【表４】
【表５】
【００２９】
図１及び図２に示す構造において、傾斜部５は、前面７が所定の角度をなすよう屋根１１に固定されている。しかしながら、上記のように、傾斜部５の角度は、標識装置搭載車両１０の走行が想定される速度に応じて調整することが好ましい。また、既に標識装置が搭載されている車両に対しては、容易に取り付けられることが好ましい。そのような場合は、傾斜部５は、図１０及び図１１に示すように、基台と、この基台に角度調節自在に取り付けた傾斜板とで構成してもよい。なお、図１０及び図１１において、図１及び図２に示す構造と実質的に同一の部分には同符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００３０】
図１０及び図１１に示す傾斜部１５を構成する基台１６は、屋根１１の上を幅方向に渡しその両端縁１６ａ、１６ｂにおいて、屋根１１の縁又はルーフバーに掛け止めて固定できるものとなっている。このような基台１６の構造としては、例えば、公知のルーフキャリアと同じものを採用することができる。傾斜板１７は、基台１６から起立した支持部材１８にねじ１９を使用して固定されている。ねじ１９の挿通孔２０は、傾斜板１７の長手方向に沿って所定の間隔を開けて複数穿設されており、ねじ１９を挿通させる挿通孔２０を選択的に使用することで角度調節を図ることができる。また、傾斜板１７の屋根１１に接する縁辺には弾性部材２１が取り付けられ、屋根１１に対し密着するようになっている。弾性部材２１の材質に制限は無く、ゴム、ウレタンなどを適宜使用することができる。
【００３１】
基台１６や傾斜板１７の材質にも制限は無く、十分な強度を有するものを適宜使用できるが、傾斜板１７が透光性を有するものであれば、標識装置搭載車両１０の前方からの、標識装置１の視認性を高めることができるという利点がある。
【符号の説明】
【００３２】
１ 標識装置
２ 表示板
３ 回転点滅灯
４ 案内部
５、１５ 傾斜部
６ 先端
７ 前面
１０ 標識装置搭載車両
１１ 屋根
１６ 基台
１７ 傾斜板
１８ 支持部材
１９ ねじ
２０ 挿通孔
２１ 弾性材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速道路の管理者が使用する巡回車など、周囲の走行車両に対する注意喚起や警告表示を行うための標識装置を、普通自動車の屋根に取り付けて構成した標識装置搭載車両における、空気抵抗低減構造に関するものである。なお、本発明において普通自動車とは、道路交通法における、車両総重量５０００ｋｇ未満、最大積載量３０００ｋｇ未満、乗車定員１０人以下の四輪車で、いわゆる乗用車に該当するものとする。
【背景技術】
【０００２】
貨物車両において、トラクタのキャビンより高い荷箱を備えたトレーラが連結された場合、トラクタとトレーラとの段差により空気抵抗が大きくなる。空気抵抗の増大は、燃費に悪影響を及ぼすなどの問題があるため、この空気抵抗を低減するためのデフレクタがトラクタの屋根に搭載される。このデフレクタは、車体後方に向かって高さを増す傾斜面を備え、貨物車両走行時にはトラクタ上方の空気が傾斜面に沿って流れることから、トラクタとトレーラの段差部分における空気の衝突を防ぎ、空気抵抗を低減することができる。
【０００３】
最近では、このデフレクタの性能や機能を向上させる手法も検討されており、例えば、特開平６−３２９０５３号公報には、走行中の空気抵抗を低減させる風案内姿勢と、キャビン外部への脱出空間を確保する脱出時姿勢とに変更可能なデフレクタが開示されている。また、特開２００２−１５４４６２号公報には、形状を規制する金属棒材からなるフレーム部材に帆布を被装し軽量化したデフレクタが開示されている。更に、特開２００７−１５４５号公報には、車幅方向に沿った回転軸を中心として回転自在に支持される前端部を中心としてルーフに対して傾動自在なパネル本体と、ルーフとパネル本体との間に配置され、ルーフの上面に対するパネル本体の傾斜角度を所定角度の範囲で調節する角度調節部とで構成され、トレーラを牽引した状態と牽引しない状態とのそれぞれにおいて空気抵抗の低減を図ることが可能なデフレクタが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３２９０５３号公報
【特許文献２】特開２００２−１５４４６２号公報
【特許文献３】特開２００７−１５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、トレーラ等を牽引することが想定されていない普通自動車（いわゆる乗用車）は、通常、デフレクタのような装置の取り付けを行わなくとも、車体形状の最適化を図ることで空気抵抗を低減できる。ところが、高速道路の巡回監視を行うには、高速道路を走行する普通車両と同程度の速度で走行しながら、周囲の走行車両に対する注意喚起や警告表示を行う必要性があり、その用途のために普通自動車の屋根に標識装置を取り付けた場合、その車体形状の設計段階では想定されなかった空気抵抗の増加が生じることになる。
【０００６】
そこで、本発明は、普通自動車の屋根に標識装置を取り付けて構成される標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造では、普通自動車の屋根に標識装置を取り付けて構成した標識装置搭載車両において、前記屋根の前記標識装置前方位置に、車両後方へ高さを増す傾斜部を設ける。そして、前方からの空気流発生時に、前記傾斜部と前記標識装置の間に渦流を形成し、前記渦流の上方に前記傾斜部の上端近傍及び前記標識装置の上端近傍を通る空気流を形成する。
【０００８】
前記傾斜部は、前記屋根に対し、４５度の傾斜角を有していることが好ましく、また、前記傾斜部の幅と、前記標識装置の幅の比が０．７５であること、或いは、前記傾斜部の高さと、前記標識装置の高さの比が０．５であることが好ましい。更に、透光性を有することが好ましい。
【０００９】
また、前記傾斜部は、前記屋根の上を幅方向に渡しその両端縁を前記屋根の縁に掛け止めて固定される基台と、前記基台に角度調節自在に取り付けた傾斜板とで構成してもよい。この場合、傾斜板は透光性を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造では、車両の走行により発生する前方からの空気流れの方向を傾斜部で変え、傾斜部と標識装置の間で渦流を形成することで、渦流の上方に、傾斜部の上端上方及び標識装置の上端上方を通る空気流を形成し、空気流が標識装置に直接当ることを防ぎ、空気抵抗を低減できる。また、前方からの空気流れの方向を傾斜部で変えることにより、屋根前縁近傍の空気抵抗も同時に低減できる。更に、標識装置の上端上方を通る空気流は乱れがなく流線が水平なものとなるため、標識装置後方における渦の発生を防止し、負圧による抵抗の発生を防止できる。
【００１１】
傾斜部は、傾斜部と標識装置の間で渦流を形成するよう、その配置や形状を適宜調整することができるが、標識装置搭載車両の走行速度が７０〜８０ｋｍと想定される場合は、屋根に対し４５度の傾斜角を有することが好ましい。また、傾斜部の幅と標識装置の幅の比が０．７５、傾斜部の高さと標識装置の高さの比が０．５であることが好ましい。更に、傾斜部が透光性を有するものであれば、標識装置搭載車両の前方からの、標識装置の視認性を高めることができる。
【００１２】
また、傾斜部が、屋根の上を幅方向に渡しその両端縁を屋根の縁に掛け止めて固定される基台と、貴台に角度調節自在に取り付けた傾斜板とで構成されたものであれば、既存の標識装置搭載車両に容易に適用でき、しかも、標識装置搭載車両の走行が想定される速度に最適な角度とする調整を容易に行うことができる。この場合において、傾斜板が透光性を有するものであれば、標識装置搭載車両の前方からの、標識装置の視認性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造が適用された標識装置搭載車両の概観を示す側面図である。
【図２】同標識装置搭載車両における空気抵抗低減構造を拡大して示す平面図である。
【図３】数値解析の領域を示す側面図である。
【図４】傾斜部と標識装置を取り付けた場合における３次元流速分布図である。
【図５】図４においてＺ座標が０となる縦断面の流速分布図である。
【図６】傾斜部と標識装置のどちらも取り付け無い場合における３次元流速分布図である。
【図７】図６においてＺ座標が０となる縦断面の流速分布図である。
【図８】傾斜部を取り付けず標識装置のみを取り付け無い場合における３次元流速分布図である。
【図９】図８においてＺ座標が０となる縦断面の流速分布図である。
【図１０】傾斜部の他の実施形態を示す側面図である。
【図１１】同実施形態の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造の実施形態を図に示す。この構造は、排気量２０００ｃｃ程度の四輪駆動乗用車、いわゆるレクリエーショナル・ビークル（ＲＶ）の屋根に標識装置を固定した標識装置搭載車両に適用されたものである。
標識装置搭載車両１０の屋根１１には、周囲の走行車両に対する注意喚起や警告表示を行うための標識装置１が取り付けられている。この標識装置１は、背面に「走行注意」など所定の文字列の複数を切り替えて表示する表示板２を備え、また、頂部には、回転点滅灯３を備えている。更に、前面には、前方からの空気流の方向を上方へ向けるための案内部４が設けられている。重量は約３００ｋｇ、幅は１０６０ｍｍ、屋根１１から回転点滅灯３の上端までの高さは１０００ｍｍである。
【００１５】
更に、屋根１１には、標識装置１前方位置に、車両後方へ高さを増す傾斜部５が設けられている。傾斜部５の材質は、十分な強度を有するものであればよいが、透光性を有するものであれば、標識装置搭載車両１０の前方からの、標識装置１の視認性を高めることができるという利点がある。なお、傾斜部５の幅は８００ｍｍ、屋根１１から先端部６までの高さは５００ｍｍ、前面７の屋根１１に対する傾斜角は４５度となっている。
【００１６】
この構造による空気抗力低減効果を、数値解析による結果を参照しながら、以下に説明する。数値計算は、ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ社の流体解析ソフトウェアＦｌｏｗ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎを用いて三次元形状（３Ｄモデル）を作成し、時間依存のナヴィエ-ストークス方程式を離散化し、計算メッシュ上で解く方法により行った。
【００１７】
また、より適切な解を得るために信頼できる条件の下で、流れ計算中に、計算メッシュの再構成を自動的に行った。そして、時間依存方程式を使って定常問題を解くため、あらかじめ設定した範囲に収束する定常解(すなわち収束解)を得た時に計算を終了するものとした。なお、本数値解析では、標識装置の進行方向に対する空気抵抗を求めることが必要なため、計算領域に対して、圧力・速度・力などのエンジニアリングゴールを設定する必要がある。ここで、エンジニアリングゴールとは、様々な結果を得ることのできる解析結果から最も重要なものを選択することである。この数値解析では、エンジニアリングゴールの設定より、標識装置の進行方向に作用する空気抗力を結果として求めている。なお、一般設定条件として、解析タイプは外部流れ、流体は空気、流れタイプは層流及び乱流とし、車両走行速度条件は、７０ｋｍ／ｈ、８０ｋｍ／ｈ、９０ｋｍ／ｈ、及び１００ｋｍ／ｈとした。
【００１８】
数値解析の範囲は、図３に示すように、標識装置搭載車両１０の上側半分を含む領域Ｒとした。そして、鉛直方向をＸ軸、水平方向をＹ軸、車体の幅方向をＺ軸とし、それらの座標値の範囲は、Ｘ軸については上方を正として−５００から４０００まで、Ｙ軸については後方を正として−５０から１６００まで、Ｚ軸については後方に向かって右手側（紙面手前側）を正として−１０００から１０００までとした。なお、以後の説明においては、領域Ｒ内において、フロントガラスと屋根の境界近傍をＡ領域、傾斜部５と標識装置１の案内部４の間をＢ領域、Ｂ領域の上方で傾斜部５の上端近傍及び標識装置１の上端近傍を含む連続領域をＣ領域、回転点滅灯３の直上をＤ領域、標識装置１の上端近傍から後ろで地面からの高さが標識装置１よりも高くなる領域をＥ領域、標識装置１の後ろで地面からの高さが標識１よりも低くなる領域をＦ領域、車体背後をＧ領域とする。
【００１９】
図４及び図５に、解析結果を示す。また、比較参考例として、傾斜部５及び標識装置１のどちらも取り付けられていない状態の解析結果を図６及び図７に、標識装置１のみを取り付けた状態の解析結果を図８及び図９に示す。なお、図４〜図９は、いずれも、車両走行時速７０ｋｍ／ｈとしたときの領域Ｒにおける空気の流れを速度として示したものであり、図５、図７及び図９は、Ｚ座標が０となる縦断面における流速分布である。
【００２０】
まず、図９が示すように、傾斜部５を設けず標識装置１のみを取り付けた場合、標識装置後方のＦ領域で空気の流れが乱れていることが分かる。このＦ領域では、速度が０ｋｍ／ｈに近づくため、圧力が低下し進行方向とは逆に力が作用してしまい、車両が後方に引っ張られる状態となる。一方、フロントガラスと屋根の境界領域であるＡ領域では、速度が高くなっている。これは、車体の形状自体の特性であり、そのことは、７が示すように、標識装置１が取り付けられていない状態においても、Ａ領域の速度が高くなっていることからも明らかである。そして、図７及び図９は、このＡ領域の抵抗が大きくなってしまうことを示している。また、回転点滅灯３の直上領域であるＤ領域では、空気の通り道が狭くなるために流速が早くなっている。更に、車体背後のＧ領域では、標識装置１が存在しない状態であれば空気が円滑に流れているが（図７）、標識装置１が存在する状態では、標識装置１後方で流速が急激に上昇し、部分的な渦の発生により抵抗が大きくなっている。なお、標識装置１は実際の製品形状を考慮し中空である場合を想定しているため、標識装置１の内部では渦を巻いている。
【００２１】
これに対し、図１及び図２に示す構造によれば、図５に示すように、傾斜部５と標識装置１の間のＢ領域に渦が形成され、このＢ領域の上方で傾斜部５の上端近傍及び標識装置１の上端近傍を含む連続領域をＣ領域に円滑な流れが形成されるため、前方からの空気は標識装置１の上方へ流れることとなり、標識装置１に直接あたることが無い。そのため、空気抵抗が減少することになる。また、Ｃ領域における円滑な流れは、標識装置１の後方におけるＥ領域でも乱れることがなく（図５において流線が水平に保たれている）、更に、Ｇ領域においても傾斜部５に遮られて空気が流れなくなり渦が発生せず、その結果として、標識装置後方における渦の発生を防ぎ、車両が後方に引っ張られることもなくなる。更にまた、傾斜部５により前方からの空気流れの方向が変わり、Ａ領域における空気抵抗も減少することがわかる。
【００２２】
なお、図４〜図９は、流速分布を示したものであるが、車両にかかる空気抵抗の数値として算出した結果を表１に示す。また、標識装置１は既述のように中空であるが、中空であることの影響を確認するため、傾斜部５を設けることなく中空を塞いだ場合についても同様の数値計算を行い算出した空気抵抗値を、「底板付き」の場合として表１に併せて示す。更に、図４及び図５は、傾斜部５の前面７の角度が４５度、車両走行速度が７０ｋｍ／ｈの場合に得られた結果であるが、角度を１５度又は３０度とし、車両走行速度を８０ｋｍ／ｈ、９０ｋｍ／ｈ、又は１００ｋｍ／ｈとした場合についても同様の数値計算を行い、算出された空気抵抗の数値を、表１に併せて示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】
表１において、「現形状」は、標識装置１が実際の製品形状であることを想定したモデル、すなわち、図８及び図９に相当するモデルを意味する。この表１より、中空を塞ぐための底板のみを取り付けても全体の空気抗力はほとんど減少しないことが確認された。一方、傾斜部５を付けることにより空気抵抗が減少することが分かった。特に、傾斜部５の角度を４５度とすれば、車両走行速度が７０〜８０ｋｍ／ｈの場合、現形状の空気抵抗の７割もの抵抗減少が確認できた。ただし、走行車両速度が９０〜１００ｋｍ／ｈの場合、現形状の抵抗値と比べると３０〜４０％程度の減少を見込めるものの、車両走行速度が７０〜８０ｋｍ／ｈの場合よりも抵抗が大きくなることが確認された。従って、傾斜部５の角度は、標識装置搭載車両１０の走行が想定される速度を考慮して調節する必要があり、例えば、走行速度が７０〜８０ｋｍ／ｈとなることが想定される高速道路の巡回であれば、４５度が適した角度ということになる。
【００２５】
次に、この構造による空気抵抗低減の効果として燃費に与える影響を、以下に説明する。
燃費に与える影響は、標識装置１のみを備えた道路巡回車両と、この道路巡回車両と同じ車種で標識装置１を備えず総重量を同一とした（約３００ｋｇのブロックを搭載し重量を調整した）一般車両について、単位燃料当りの走行距離（以下、燃費という）を測定し、これら測定値に基づいて算出を行った。
【００２６】
燃費の測定に必要なデータは、日立製作所株式会社製のダイアグモニタＨＤＭ−３００００で採取し、そのデータから平均燃費を求めた。また、参考データとして、前記道路巡回車両と同じ車種で標識装置１を備えず総重量の調整も行わない一般車両のデータも採取した。ダイアグモニタで取得した主要なデータ項目を表２に、得られた結果を表３に示す。
【表２】
【表３】
【００２７】
道路巡回車両と重量調整を行った一般車両では、平均燃費で１．５０６ｋｍ／ｌの差があることが確認された。両車両の重量はほぼ同一で標識装置のみが車体形状の相違となることから、この状態で燃費を比べると標識装置１の空気抵抗により、燃費が１６．４５５％悪化したことになる。一方、図１及び図２に示す空気抵抗低減構造を採用すると、既述のように、標識装置１の空気抵抗が低減されるため、燃費が向上することになる。そして、この空気抵抗低減構造を採用した場合の燃費は以下の式で求められる。
【数１】
【００２８】
例えば、傾斜部５の前面７が屋根１１に対し４５度傾斜している場合の燃費は、９．１５２＋（（１４１．１１７−４３．６４４）／１４１．１１７）×（１０．６５８−９．１５２）より１０．１９２ｋｍ／ｌとなる。なお、参考までに、上記式（１）のＲ２を底板付標識装置の空気抵抗とした場合の燃費を求めると、９．１５２＋（（１４１．１１７−１３８．００７）／１４１．１１７）×（１０．６５８−９．１５２）より９．１８５ｋｍ／ｌとなり、道路巡回車両の平均燃費９．１５２ｋｍ／ｌとほとんど変わらない。表１に示す全ての場合について同様に算出した燃費を表４に、燃費の改善効果率を表５に示す。
【表４】
【表５】
【００２９】
図１及び図２に示す構造において、傾斜部５は、前面７が所定の角度をなすよう屋根１１に固定されている。しかしながら、上記のように、傾斜部５の角度は、標識装置搭載車両１０の走行が想定される速度に応じて調整することが好ましい。また、既に標識装置が搭載されている車両に対しては、容易に取り付けられることが好ましい。そのような場合は、傾斜部５は、図１０及び図１１に示すように、基台と、この基台に角度調節自在に取り付けた傾斜板とで構成してもよい。なお、図１０及び図１１において、図１及び図２に示す構造と実質的に同一の部分には同符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００３０】
図１０及び図１１に示す傾斜部１５を構成する基台１６は、屋根１１の上を幅方向に渡しその両端縁１６ａ、１６ｂにおいて、屋根１１の縁又はルーフバーに掛け止めて固定できるものとなっている。このような基台１６の構造としては、例えば、公知のルーフキャリアと同じものを採用することができる。傾斜板１７は、基台１６から起立した支持部材１８にねじ１９を使用して固定されている。ねじ１９の挿通孔２０は、傾斜板１７の長手方向に沿って所定の間隔を開けて複数穿設されており、ねじ１９を挿通させる挿通孔２０を選択的に使用することで角度調節を図ることができる。また、傾斜板１７の屋根１１に接する縁辺には弾性部材２１が取り付けられ、屋根１１に対し密着するようになっている。弾性部材２１の材質に制限は無く、ゴム、ウレタンなどを適宜使用することができる。
【００３１】
基台１６や傾斜板１７の材質にも制限は無く、十分な強度を有するものを適宜使用できるが、傾斜板１７が透光性を有するものであれば、標識装置搭載車両１０の前方からの、標識装置１の視認性を高めることができるという利点がある。
【符号の説明】
【００３２】
１ 標識装置
２ 表示板
３ 回転点滅灯
４ 案内部
５、１５ 傾斜部
６ 先端
７ 前面
１０ 標識装置搭載車両
１１ 屋根
１６ 基台
１７ 傾斜板
１８ 支持部材
１９ ねじ
２０ 挿通孔
２１ 弾性材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
普通自動車の屋根に標識装置を取り付けて構成した標識装置搭載車両において、
前記屋根の前記標識装置前方位置に、車両後方へ高さを増す傾斜部を設け、前方からの空気流発生時に、前記傾斜部と前記標識装置の間に渦流を形成し、前記渦流の上方に前記傾斜部の上端上方及び前記標識装置の上端上方を通る空気流を形成することを特徴とする標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造。
【請求項２】
前記傾斜部は、前記屋根に対し、４５度の傾斜角を有している請求項１に記載の標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造。
【請求項３】
前記傾斜部の幅と、前記標識装置の幅の比が０．７５である請求項１又は２に記載の標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造。
【請求項４】
前記傾斜部の高さと、前記標識装置の高さの比が０．５である請求項１、２又は３に記載の標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造。
【請求項５】
前記傾斜部が透光性を有する請求項１、２、３又は４に記載の標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造。
【請求項６】
前記傾斜部は、前記屋根の上を幅方向に渡しその両端縁を前記屋根の縁又はルーフバーに掛け止めて固定される基台と、前記貴台に角度調節自在に取り付けた傾斜板とで構成されている請求項１、２、３又は４に記載の標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造。
【請求項７】
前記傾斜板が透光性を有する請求項６に記載の標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造。
【請求項１】
普通自動車の屋根に標識装置を取り付けて構成した標識装置搭載車両において、
前記屋根の前記標識装置前方位置に、車両後方へ高さを増す傾斜部を設け、前方からの空気流発生時に、前記傾斜部と前記標識装置の間に渦流を形成し、前記渦流の上方に前記傾斜部の上端上方及び前記標識装置の上端上方を通る空気流を形成することを特徴とする標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造。
【請求項２】
前記傾斜部は、前記屋根に対し、４５度の傾斜角を有している請求項１に記載の標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造。
【請求項３】
前記傾斜部の幅と、前記標識装置の幅の比が０．７５である請求項１又は２に記載の標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造。
【請求項４】
前記傾斜部の高さと、前記標識装置の高さの比が０．５である請求項１、２又は３に記載の標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造。
【請求項５】
前記傾斜部が透光性を有する請求項１、２、３又は４に記載の標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造。
【請求項６】
前記傾斜部は、前記屋根の上を幅方向に渡しその両端縁を前記屋根の縁又はルーフバーに掛け止めて固定される基台と、前記貴台に角度調節自在に取り付けた傾斜板とで構成されている請求項１、２、３又は４に記載の標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造。
【請求項７】
前記傾斜板が透光性を有する請求項６に記載の標識装置搭載車両の空気抵抗低減構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図１０】
【図１１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図１０】
【図１１】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１９５３０５（Ｐ２０１０−１９５３０５Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４４４７１（Ｐ２００９−４４４７１）
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【出願人】（５０５３９８９５２）中日本高速道路株式会社 (94)
【出願人】（５９３１６５４８７）学校法人金沢工業大学 (202)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２６日（２００９．２．２６）
【出願人】（５０５３９８９５２）中日本高速道路株式会社 (94)
【出願人】（５９３１６５４８７）学校法人金沢工業大学 (202)
【Ｆターム（参考）】
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