(57)【要約】  本発明は、車体底部板を具備したスポーツカーの安定性を増大させる装置を提供するものであって、車両の車体底部パネル（６）に対する能動的な境界層吸引によって該安定性を増大させるものである。本発明の該装置は、吸引デバイス（４）を有しており、該デバイスにはダクトが接続され、該ダクトは、車両の車体底部パネリングに取り付けられた圧力室９の構造から来ている。車両の車体底部パネリングは、底部板の下を流れる境界層から空気を吸引するための特別な多孔性プラスチック材料８を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用、とりわけスポーツカー用の、境界層吸引システムであって、
当該システムは、能動的な境界層の吸引を車両表面において加えるよう構成されており、かつ、
吸引デバイスを有すると共に、１以上の圧力室を有し、該圧力室は、１以上の吸引ダクトによって該吸引デバイスに接続されており、
その特徴は、
前記１以上の圧力室が、車両の下面側に配置され、該圧力室は壁構造によって境界が定められ、該壁構造は底部吸引板を有し、該底部吸引板は、プラスチック材料からなる１以上の多孔性パネルによって形成され、該多孔性パネルを通して、車両の下側の境界層から圧力室内へと空気が吸引されることである、
前記境界層吸引システム。
【請求項２】
底部吸引板のプラスチック材料が、疎水性、および／または、撥水性である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
底部吸引板のプラスチック材料が、帯電防止性である、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記材料が、実質的に、ポリマー材料、特に、ＰＥまたはＰＰを含むものである、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項５】
互いに異なる、厚さ、孔サイズ、および／または、材料を有する、複数の多孔性パネルが、吸引板上に適切な吸引分布が得られるように使用されている、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
圧力室の壁構造が、軽量の複合材で形成されている、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
当該境界層吸引システムが、モジュラー式のシステムである、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項８】
当該システムが、さらに、制御ユニットを有し、かつ、特定のパラメータ、即ち、駆動速度と空気密度を測定するために、該制御ユニットに連結された測定デバイスを有し、
吸引板を通した吸引量を測定された該パラメータに基づいて自動的に制御するためのものである、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
当該システムが制御手段を有し、該制御手段は、運転者によって操作されて、吸引板を通した吸引量を調整できるようになっている、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
当該システムが排気ダクトを有し、該排気ダクトは、吸引デバイスに接続されかつ排気開口部を持っており、該排気開口部は、取り付けられた状態では、車両底部において、進行方向における吸引板の後方に位置している、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項１１】
排気開口部が、空気を後方に向かって噴出すように、後方へ向けられており、好ましくは、車両の底部と実質的に平行になっている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１２】
当該システムが排気ダクトを有し、該排気ダクトは、吸引デバイスに接続されかつ排気開口部を持っており、該排気開口部は、取り付けられた状態では、車両底部の側縁部に位置している、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
当該システムが排気ダクトを有し、該排気ダクトは、吸引デバイスに接続されかつ排気開口部を持っており、該排気開口部は、取り付けられた状態では、エンジン室および／またはトランスミッションスペースといったアセンブリおよび／またはシャーシ部品へと向けられており、吹き出された空気によってそれらを冷却するようになっている、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項１４】
吸引デバイスと圧力室との間にあるダクトが、１以上の逆止弁を備えている、前記請求項のいずれかに記載のシステム。
【請求項１５】
閉鎖している底部板を有する車両であって、
前記請求項のいずれかに記載のシステムを１以上備えており、１以上のプラスチック製多孔性パネルが、閉鎖している底部板の一部を形成している、
前記車両。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
スポーツカーを設計する際、車の生産者は、空気力学をますます重視するようになっている。空気力学特性の優れた自動車は、より高い安定性とグリップが達成でき、従って、ずっと安全な自動車となる。
【０００２】
自動車の安全性とは、直線コースと曲がったコースの双方において、常に所望の加速および減速を実行できる自動車の能力と言い換えることができる。従って、自動車の車輪は、所望の動作を伝達するために地面に充分密着する必要がある。密着度は、自動車の車輪にかかる垂直方向の負荷によって直接決定される。この負荷は、負の揚力(negative lift)と呼ばれ、その大部分は自動車の底部と地面との間を流れる空気により生成される。自動車の下側の空気流の状態を最適化するため、生産者は、近年、自動車のシャーシの下側にある凹凸を覆うための車体底部板(underbody plate)を使用している。負の揚力は、車輪を常に地面に対して最大限に密着させるために、できるだけ大きくすべきであり、自動車の車体底部板と地面との間を流れる空気の速度を増加させることによって、増大させることが可能である。
【０００３】
しかしながら、自動車の車体底部板の外表面に隣接する空気の薄い層である境界層(boundary layer)の形成によって、負の揚力は制限を受け、前記外表面は摩擦力の影響を受ける。地上を這う車両（スポーツカー）の車体底部板上の境界層は、ほとんど乱流である。境界層の厚さが増すと、自動車の下側を流れる空気の速度が減少するので、自動車の負の揚力が減少する。その乱流境界層が車体底部板の表面から分離すると、負の揚力はさらに減少する。
【０００４】
従って、地上の車両の車体底部の表面から乱流境界層が分離することを回避し、かつ、存在する境界層の厚さをできる限り少なくすることにより、境界層に最大(full)の速度プロフィール(velocity profile)を実現するという課題が生じる。本発明は、境界層の吸引によって、境界層の制御をおこなうものである。
【０００５】
より詳しくは、本発明は、車両のための、特にスポーツカーのための、境界層吸引システムに関し、当該システムは、能動的(active)な境界層の吸引を車両表面において加えるように構成されており、かつ、吸引デバイスを有すると共に、１以上の圧力室（圧力チャンバー）を有し、該圧力室は、１以上の吸引ダクトによって該吸引デバイスに接続されている。
【０００６】
米国特許第６，０６８，３２８号によって、境界層吸引システムは公知である。この文献は、車両の境界層制御システムに関するものであり、主として車両にかかる摩擦抵抗(friction drag)を低減するためのものである。米国特許第６，０６８，３２８号に記載の該システムでは、車両の空力的表面(aerodynamic surface)が、該車両の表面に通した複数の穿孔を具備している。外側の穿孔された領域の背後には、吸引マニホールドを介して複数の吸引源に接続されたプレナムチャンバー(plenum chamber)が設けられている。この公知のシステムでは、吸い込んだ水分を減じる一連の水分分離器（モイスチャー・セパレーター）がプレナムに備えられている。該公知のシステムは、また、吸い込んだ埃や他の粒子がシステム外へ排出され得るようになっている設備を含んでいる。
【０００７】
本発明の目的は、改良された境界層吸引システムを提供することにある。
【発明の開示】
【０００８】
上記目的は、請求項１の序文部分によるシステムによって達成され、該システムでは、１以上の圧力室が車両の下面側(bottom side)に配置され、該圧力室は壁構造によって境界が定められ、該壁構造は底部吸引板を有し、該底部吸引板は、プラスチック材料からなる１以上の多孔性パネルによって形成され、該多孔性パネルを通して、車両の下側の境界層から圧力室内へと空気が吸引される。
【０００９】
本発明による、プラスチック材料からなる多孔性パネルは、吸引表面およびシステムに侵入しようとする水や湿気を防ぐ。特に、これによって、システム内部の水分分離器を省略することができるという利点があり、それゆえより簡素で、製造コストおよび管理コストの低い、より小型のシステムが実現できる。メンテナンスが必要な場合は、１以上の多孔性パネルは容易に、かつ低コストで新しいものと交換が可能である。
【００１０】
好適な実施の形態では、底部吸引板のプラスチック材料は、疎水性(hydrophobic)、および／または、撥水性(moisture repulsive)である。好ましくは、底部吸引板のプラスチック材料は、帯電防止性である。これにより、水、湿気、埃、またはその他の汚れが該多孔性吸引板を通過するのを、さらに効果的に防止できる。システム内には、追加的な水分分離器や、汚物や水分を除去するための他の手段を備える必要がないので、より簡素でより小型のシステムが、より低い製造コストと管理コストによって実現できる。
【００１１】
多孔性プラスチックは、比較的安価で、他にもいくつかの利点がある。プラスチック材料は、軽量でも厚みがあり、従って、強固で耐衝撃性に優れている。穿孔された板よりも、多孔性プラスチックは滑らかな表面を確保でき、このことは車体底部板に沿った空気の流れをよくするために重要である。
【００１２】
いくつかの企業がＶｙｏｎ（登録商標）と呼んでいる多孔性プラスチックは、任意の形状に成型できるので、車体底部板の全領域全面にわたって境界層を制御することが可能となる。車体底部板上の全面にわたって良好な吸引分布(suction distribution)を得るために、異なった多孔性プラスチックを、異なった吸引室に用いることができる。材料の厚さ（０．７５ｍｍから１０ｍｍまで）および孔のサイズ（５ミクロンから２００ミクロンまで）を選ぶことによって、多孔性プラスチックを通り抜けて流れる空気の速度を決定することができる。そうすることにより、該多孔性プラスチックは、内部の圧力オリフィスやバルブなどの複雑なシステムを必要とせず、車体底部板の全面にわたって異なる吸引量を達成する機能を得ることができる。その結果、本発明による吸引システムは、より小さく、より信頼でき、より安価なものとなるのである。
【００１３】
現存の多孔性プラスチックは、主として、ポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）から作られる。より具体的には、下記の材料の群を組み合わせたものが、本発明による吸引板のために使用される：
高密度(High Density)ポリエチレン（ＨＤＰＥ）
超高分子量(Ultrahigh Molecular Weight)ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）
ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）
フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）
エチルビニルアセテート（ＥＶＡ）
ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）
熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）
ナイロン６
ＰＥ／ＰＰ共重合体
【００１４】
圧力室の構造は、吸引デバイスから来るダクトと、自動車の車体底部板全体との間の接続を形成する。この構造は、吸引デバイスが発生する単一の低圧を、いくつかの異なる低圧へと変換する。この構造は、多孔性隔壁で仕切られたいくつかの体積部分(volume)からなり、その多孔性隔壁が、該体積部分同士の間に圧力差を生み出す。ダクトシステムと吸引デバイスとを接続するために、マニホールドが用いられており、該マニホールドは、乱流と圧力損失を最小化するような内部の形状とされている。
【００１５】
全体がモジュラー方式(modular)の境界層制御システムは、もとの自動車のデザインへの大きな変化を要することなしに、自動車に組み込まれるだろう。従って、圧力室の該構造は、非常に薄いものであり、かつ、軽量な複合材料を用いて作られる。該多孔性吸引材料もまた軽量であるが、しかし、良好な耐衝撃性を保持するように厚くなっている。
【００１６】
吸引デバイスによる吸引量の制御を可能とするため、当該装置には電子ユニットが備えられていてもよい。このユニットの機能は、自動車内の測定デバイスによって検知された量(magnitude)に依存する。測定される該量(magnitude)は、自動車の速度、および、空気密度である。
【００１７】
代替的に、または、前記のものと組み合わせて、吸引デバイスによる吸引量を、自動車の運転者が電子システムを通じて手動で制御するようにしてもよい。
【００１８】
外側の空気流と圧力室との間に圧力差を持たせることが好ましく、該圧力差は、吸引板の異なる位置によって異なるものである。好ましい実施の形態によれば、これは、多数の多孔性パネルで吸引板を形成することによって達成でき、該多孔性パネルは、吸引板上に好ましい吸引分布が獲得されるように、互いに異なる、厚さおよび／または孔サイズおよび／または材料を有することができる。
【００１９】
吸引デバイスによって、吸引され続いて吹き出される空気は、自動車の空力性能（エアロダイナミック・パフォーマンス）をより向上させるために用いることができる。空気流の方向に沿った（車体底部板に平行に）該吸引板の下流の、該車体底部板の一部において、空気が排出されるならば、車体底部と地面との間の空気の速度を増加させることができ、自動車の負の揚力を増大させることができる。
【００２０】
他の可能な方法は、自動車の車体底部板の側縁部(サイド・エッジ）において、吸引デバイスからの空気を排出することである。この方法によって、自動車の下側の低圧領域が、自動車の周囲の他の流れから隔離され、高圧の領域から自動車の下側の低圧の領域へと空気が流れるのを防ぐことができる。その結果、自動車の空力性能が向上する。
【００２１】
さらに他の可能な方法は、排出された空気を、自動車のアセンブリおよび／またはシャーシ部品を冷却するために用いることである。
【００２２】
本発明の更なる詳細を、添付した図面を参照して、以下の説明によってより明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、スポーツカー１によて構成された地上の車両を示し、その下側には、カバー部６が設けられている。この車体底部パネリング６は、１以上の、多孔性でかつ撥水性のプラスチックパネル８によって、部分的に置き換えられており、このプラスチックパネルを通して、空気が圧力室９の構造内へ吸引される。該多孔性プラスチックの厚さ（０．７５ｍｍから１０ｍｍまで）および孔のサイズ（５ミクロンから２００ミクロンまで）を選ぶことによって、該多孔性プラスチックを通過して流れる空気の速度を決定することができる。
【００２４】
圧力室の構造は、多孔性の隔壁１０によって分割された等しいまたは異なる体積を持った数個の部屋９からなり、この多孔性隔壁は、前記体積部分同士の間に圧力差を生じさせるものである。圧力室９のこの構造は、ダクトシステム２を通じて、吸引デバイス４（とりわけて言えば真空ポンプ）に連結されている。吸引デバイス４は、底部吸引板の多孔性材料を通し、圧力室９および圧力差隔壁１０を通し、ダクトシステム２を通し、そして最終的には、吸引デバイス４それ自体を通して、空気を吸引するための必要な圧力差を与える。
【００２５】
圧力室の構造は、吸引デバイス４によって生みだされた単一の低圧を、異なる圧力室９内において、別々の異なる低圧へと変換するように設計されている。
【００２６】
吸引デバイス４による吸引量は、電子デバイス３によって制御される。この電子デバイス３は、自動車内にある測定デバイスによって検知された量(magnitude)と関連して、あるいは、自動車の運転者による手動入力と関連して作動する。
【００２７】
ダクト内に１以上の逆止弁７を設けて、空気が吸引デバイス４から圧力室９に戻るのを防止し、かつ、１つの部屋９に吸引された空気が他の部屋に吹き出されるのを防止するのが好ましい。吸引デバイス４が停止（スイッチオフ）している場合、逆止弁７の存在に起因して、自動車の下側の空気流は、境界層制御システムの無いもとの空気流に近づく。逆止弁７が無いと、自動車の下側の空気流は、吸引システムから流れ出す空気によって逆(negatively)の影響を受け、自動車の負の揚力を減少させる。
【００２８】
図２は、同じスポーツカーを示しているが、下側から見た図である。該自動車の車体底部パネリング６は、１以上のパネル８を有しており、該パネルは、多孔性、疎水性でかつ撥水性の材料からなり、自動車の底板の一部を構成している。当該境界層システムは、自動車生産者において自動車に組み込むことができるが、後にモジュラーユニットとして取り付けることも可能であり、その場合は、もとの底板の一部が多孔性パネル８と入れ替えられる。
【００２９】
図２に示すプラスチック片の形状は任意である。実使用では、多孔性プラスチックは、自動車の下側の圧力に従って、いかなる好ましい形状をもとり得る。多孔性材料の前側の車体底部パネルの部分は、吸引システムに密着した境界層の流れをもたらす。この境界層からの少量の空気が、多孔性プラスチックを通して圧力室の構造内へと吸引される。この構造は、隔壁１０によって分割された個々の部屋９からなり、該隔壁が、一つの部屋９から隣接する部屋９への空気の通過を可能にする。この隔壁は、好ましくは多孔性であり、かつ、前記部屋９同士の間に圧力差を生じさせる。該圧力差隔壁１０は、（図２に示すように）横方向に配置するだけでなく、該多孔性パネル８の全面にわたる所望の吸引分布に応じて、あらゆる方向に配置することができる。
【００３０】
当該境界層吸引システムは、モジュラー方式（モジュール方式）であることが好ましく、既存の自動車に、その現状に大掛かりな変更を加える必要なく組み込めることが好ましい。従って、圧力室の構造は、非常に薄く、かつ、軽量な複合材を用いて作られる。一方、多孔性吸引材８は、良好な耐衝撃性を保持するように厚くされる。
【００３１】
図３は、圧力室の構造が、ダクトシステム２を通して吸引デバイス４と連通していることを示している。内部摩擦による圧力損失を最小限にするため、ダクト２は可能な限り短くするのがよい。これは、所望の最小の圧力を持って、吸引デバイス４が圧力室のできるだけ近傍に配置されることを意味する。圧力損失を最小限とするという同じ目的のため、圧力室９は、多孔性プラスチックパネル８が設けられている吸引側を除き、気密に形成される。吸引デバイス４は、多孔性パネル８を通し、圧力室９および圧力差隔壁１０を通し、ダクトシステム２を通しそして最終的には吸引デバイス４それ自体を通して、空気を吸引するために必要な圧力差を発生させる。何本かのダクト２を吸引デバイス４に接続するには、乱流と圧力損失を最小限にする内部形状とされたマニホールド１２が使用される。吸引デバイス４による吸引量は、電子デバイス３によって制御される。
【００３２】
図４は、図１および図２と同じスポーツカーを示す図であるが、車体底部板の一部において、流れの方向において（車体底部板に平行に）吸引板１１の下流側で、吸引デバイス４によって吹き出された空気を示した図である。こうすることにより、車体底部と地面５との間にある空気の速度は増加し、自動車の安定性および安全性を向上させるための、自動車の負の揚力が増大する。
【００３３】
他の可能性は、排出された空気を自動車内のアセンブリおよび／またはシャーシ部品の冷却に使用することであり、これは図示されていないが、図４に示すシステムと同様にして機能させることができる。吸引デバイス４によって吹き出された空気だけが、次いでエンジン室(engine compartment)および／またはトランスミッションスペースへと導かれる。
【００３４】
要約すれば、本発明では、既存の車体底部板が特別なプラスチック多孔性材料からなる片（ピース）によって部分的に置き換えられる。米国特許第６，０６８，３２８号における従来の空力的な車体底部板の穿孔とは対照的に、プラスチック多孔性材料は比較的安価で、またそれ以外にもいくつかの利点がある。プラスチック材料は、軽量ながら厚さがあり、それゆえ強く良好な耐衝撃性を有する。穿孔板よりももっと、多孔性プラスチックは、滑らかな表面を確保することができ、それは、車体底部板に沿った良好な空気流を得るためには重要である。
【００３５】
米国特許第６，０６８，３２８号の従来技術の車体板における穿孔を具備することは、労働集約的(labour-intensive)であり、従ってその生産コストは高くなる。車体底部パネルの全面にわたって連続する吸引分布を得るには、孔は非常に小さくなければならない（直径０．５ｍｍ未満）。充分な耐衝撃性を保持するには、車体底部パネルはまた、比較的厚くなければならない。比較的厚い材料に小さな穿孔を形成する場合、工具の破損率も高くなる。経験則に照らせば、材料の厚さと孔穴の直径との比率が１より高いと、工具の破損率が高くなるとされており、それによって製造プロセスはより高価となる。
【００３６】
上述したように、米国特許第６，０６８，３２８号によるシステムは、摩擦抵抗を低減するためのものである。しかしながら、摩擦抵抗は、車両の空力抵抗(aerodynamic drag)全体に対してごくわずかな割合を占めるに過ぎない。地上の車両の空力性能を制限する抵抗とは、圧力抵抗(pressure drag)である。圧力抵抗は、車両前面における高圧と、車両の背後の後流（伴流：wake）における低圧との結果として生じる。これらの圧力は、当該境界層制御システムによって回避できるものではなく、それゆえに、境界層吸引による、地上車両に対する圧力抵抗の低減の度合いは無視できるほど小さい。境界層制御システムは摩擦抵抗に対してのみ影響を及ぼすものなので、地上の車両の全体的な空力抵抗は、境界層制御をおこなってもわずかに低減できるに過ぎない。地上の車両全面における境界層がほぼ全体的に乱流であることを現実的な前提とすれば、吸引が摩擦を増大させることすらある。
【００３７】
境界層が層流であると仮定すれば、わずかな向上を実現するため、異なった大きな吸引面積を自動車全体に設ける必要がある。従って、米国特許第６，０６８，３２８号においては複数の吸引源によって吸引がおこなわれ、その結果多大なエネルギーが消費され、重量が増加し、複雑になっている。また、複数の吸引面に接続された複数の吸引源からなる複雑なアセンブリや、パラメータ情報を測定するため設置されたセンサー類、そして吸引を動的に制御する制御システムによって大幅な重量増加を招いており、そのことが比較的高い生産、メンテナンスおよび修理コストにつながっている。
【００３８】
本発明では、境界層制御を、地上の車両の安定性を向上させるために用いている。地上の車両の空力性能を大幅にかつ効果的に向上させるために、境界層吸引を、車両の車体底部パネルにおいてのみ適用している。車両に対する負の揚力を増大させるに足る吸引量は比較的少量である。従って、単一の吸引デバイスおよび簡素なダクトシステムを備えるだけで良好な結果が達成できる。当該システムは十分にシンプルで、かつ、明瞭で、複雑さ、重量およびコストを抑制するシステムである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明による吸引デバイスを備えた車体底部板を有するスポーツカーの全体概略図である。
【図２】図２は、本発明による吸引デバイスを備えた車体底部板を有するスポーツカーの概略下面図である。
【図３】図３は、基礎構造であるスポーツカーから分離された、吸引システム全体の概念図である。
【図４】図４は、図１のスポーツカーを示す図であるが、吸引デバイスによって車体底部板の一部において吸引板の下流側で空気を排出するシステムを付加的に表した図である。
【図１】
2009504472.tif 000003
【図２】
2009504472.tif 000004
【図３】
2009504472.tif 000005
【図４】
2009504472.tif 000006
【国際調査報告】
2009504472.tif 000007
2009504472.tif 000008
2009504472.tif 000009