自動車の抗力係数

エドマンド・ルンプラーの 1921 年型トロフェンワーゲンは、クライスラー・エアフローやタトラ 77に先駆けて初めて量産された空気力学的に設計された自動車でした。

抗力係数は、空気力学に関連する自動車設計で一般的な指標です。抗力は、空気の流れと平行かつ同じ方向に作用する力です。自動車の抗力係数は、自動車が周囲の空気を通過する方法を測定します。自動車会社が新しい車を設計する際は、他の性能特性に加えて自動車の抗力係数を考慮に入れます。空気抵抗は速度の2乗で増加するため、高速では非常に重要になります。自動車の抗力係数を減らすと、速度と燃費に関連する自動車の性能が向上します。[ 1 ]自動車の抗力を減らすにはさまざまな方法があります。自動車の抗力を測定する一般的な方法は、抗力面積を使用する方法です。

抗力低減の重要性

道路車両の抗力の減少は、車両の最高速度と車両の燃費の向上、および操縦性や加速など他の多くの性能特性の増加につながっています。[ 2 ]抗力に影響を与える主な2つの要因は、車両の前面面積と抗力係数です。抗力係数は、物体が水や空気などの流体中を移動する際にどの程度抵抗するかを示す単位のない値です。車両の空気力学を変更すると、車両が過大な揚力を得る可能性があることが潜在的な問題です。揚力は、車体周囲の気流に対して垂直に作用する空気力です。揚力が大きすぎると、車両が路面牽引力を失い、非常に危険な場合があります。[ 3 ]抗力係数を下げるには、車両の外装を流線型にします。車体を流線型にするには、周囲の対気速度と車両の特性的な使用法についての仮定が必要です。

抗力を減らすために、スポイラー、ウイング、ディフューザー、フィンなどの装置を採用した車では、抗力を減らして一方向の速度を上げています。[ 4 ]

ドラッグエリア

設計者は自動車の全体的な形状に注意を払う一方で、形状の前面面積を小さくすることで抗力を低減できることも念頭に置いています。抗力係数と面積の積、つまり抗力面積は、C d A（またはC x A ）と表され、 C d値と面積の積となります。

抗力面積という用語は空気力学に由来し、ある基準面積（断面積、総表面積など）と抗力係数の積として表されます。2003年、Car and Driver誌は、様々な自動車の空力効率をより直感的に比較する方法として、この指標を採用しました。

抗力を克服するために必要な力Fは、抗力方程式で計算されます。 したがって、 抗力係数と基準面積は抗力面積項に統合されています。これにより、抗力面積のみが既知の車両であれば、任意の速度における抗力を直接推定できるため、比較が容易になります。抗力面積C d Aは、所定の巡航速度に必要な出力を決定する基本値であるため、定常速度での燃費にとって重要なパラメータです。この関係式は、チューニングされたエンジンを搭載した車両の新しい最高速度を推定することも可能にします。 F＝12×空気密度×抗力係数×参照領域×スピード2{\displaystyle F={\tfrac {1}{2}}\times {\text{空気密度}}\times {\text{抗力係数}}\times {\text{基準面積}}\times {\text{速度}}^{2}}F＝12×空気密度×ドラッグエリア×スピード2{\displaystyle F={\tfrac {1}{2}}\times {\text{空気密度}}\times \mathbf {\text{抗力面積}} \times {\text{速度}}^{2}}

推定最高速度＝オリジナルの最高速度×新しい力本来の力3{\displaystyle {\text{推定最高速度}}={\text{元の最高速度}}\times {\sqrt[{3}]{\frac {\text{新しい出力}}{\text{元の出力}}}}}

または、目標の最高速度を達成するために必要なパワー:

必要な電力＝本来の力×（目標速度元の速度）3{\displaystyle {\text{必要な電力}}={\text{元の電力}}\times \left({\frac {\text{目標速度}}{\text{元の速度}}}\right)^{3}}

平均的なフルサイズ乗用車の抗力面積は約8平方フィート（0.74 m 2）です。報告されている抗力面積は、1999年式ホンダ・インサイトの5.1平方フィート（0.47 m 2）から、2003年式ハマーH2の26.5平方フィート（2.46 m 2 ）までの範囲です。自転車（およびライダー）の抗力面積も、6.5～7.5平方フィート（0.60～0.70 m 2 ）の範囲です。[ 5 ]

抗力係数の例

現代の平均的な自動車の抗力係数は0.25～0.3です。典型的な箱型の形状を持つスポーツ用多目的車（SUV）では、 C d は一般的に0.35～0.45です。車両の抗力係数は、車体の形状によって左右されます。また、その他の様々な特性も抗力係数に影響を与えるため、これらの例ではそれらも考慮されています。ダウンフォースは抗力を意味するため、多くのスポーツカーの抗力係数は驚くほど高いですが、速度と効率を追求するために高度な空力性能を備えた設計になっているため、抗力係数がはるかに低いスポーツカーもあります。

特定の車両のC d は、測定に使用した風洞によって異なることに注意してください。最大5%の変動が報告されており[ 6 ] 、試験技術や解析方法の違いによっても変動が生じる可能性があります。そのため、 C d =0.30の抗力係数を持つ同じ車両を 別の風洞で測定した場合、 C d =0.285からC d =0.315の範囲になる可能性があります。

生産車両
暦年自動車 CD​
1938フォルクスワーゲン ビートル0.48 [ 7 ] [ 8 ]
2018ジープ・ラングラー（JL）0.454 [ 9 ]
2012パガーニ・ウアイラ0.31 [ 10 ]
2019トヨタ カローラ（E210、英国）0.31 [ 11 ]
2001トヨタ プリウス0.29 [ 12 ]
2005シボレー コルベット C60.286 [ 13 ]
2019ポルシェ タイカン ターボ0.22 [ 14 ] [ a ]
2023テスラ モデル30.219 [ 15 ]
2023ヒュンダイ アイオニック 60.21 [ 16 ]
2016テスラ モデルS0.208 [ 17 ]
2021メルセデス・ベンツ EQS0.20 [ 18 ] [ b ]
2022ルシッドエア0.197 [ 19 ] [ c ]
2024小米科技SU70.195 [ 20 ]
1996ゼネラルモーターズ EV10.19 [ 21 ]
コンセプトカーと実験車両
暦年自動車 CD​
1952アルファロメオ ディスコ ヴォランテ0.26
1933ダイマクションカー0.25
1954アルファロメオ BAT 7コンセプト 0.19 [ 22 ]
2021アプテラSEV（2019年再発売） 0.13 [ 23 ]
2000ゼネラルモーターズのプリセプトコンセプト0.16 [ 24 ]
2022メルセデス・ベンツ ビジョン EQXX0.170 [ 25 ]
2013フォルクスワーゲン XL10.19 [ 26 ]
2018エコランナー8（シェルエコマラソン）プロトタイプ 0.045
2022サンスイフト7 0.095 [ 27 ] [ 28 ]
C d Aの自動車の例[ 29 ]
C d A 平方フィートC d A m2自動車モデル
3.00平方フィート 0.279 m 22011年式フォルクスワーゲンXL1
3.95平方フィート 0.367 m 21996年式GM EV1
5.52平方フィート 0.513 m 22019年式ポルシェ タイカン ターボ[ 14 ]
6.0平方フィート 0.56平方メートル2001年式ホンダインサイト[ 30 ]
6.05平方フィート 0.562 m 22012年式テスラ モデルS P85 [ 30 ]
6.20平方フィート 0.576 m 22014年式トヨタプリウス[ 30 ]
8.79平方フィート 0.817 m 21956シトロエン DSスペシャル[ 31 ]
13.0平方フィート 1.21平方メートル2019年式 ラム1500 [ 32 ]
17平方フィート 1.6平方メートル2013年メルセデス・ベンツGクラス[ 33 ]
コンセプトカー/実験車
C d A 平方フィートC d A m2自動車モデル
0.21平方フィート 0.020 m 2パックカーII [ 34 ]
2.04平方フィート 0.190 m 22011年式アプテラ2シリーズ[ 35 ]

参照

注記

  1. ^レンジモードでは、低レベルおよび閉じた吸気フラップと組み合わせて
  2. ^ 19インチAMGホイール/タイヤの組み合わせ、「スポーツ」運転モード
  3. ^ 19インチホイール/タイヤ付き

参考文献

  1. ^ Wang, Brian (2009-03-16). 「車とトラックの抵抗を15～18%削減」 . Next Big Future . 2018年1月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年1月28日閲覧。
  2. ^ターナー、マイク. 「エアロシビック - ホンダ・シビックの燃費向上のための改造 -」 .エアロシビック. 2018年1月28日閲覧。
  3. ^ Guinn, Wayne D. 「Camaro Spoiler Equipment」 . Camaro - Untold Secrets . US. 2000年5月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  4. ^ Nath, Devang S.; Pujari, Prashant Chandra; Jain, Amit; Rastogi, Vikas (2021-01-28). 「レースカーにおける空力デバイスの適用による抗力低減」 . Advances in Aerodynamics . 3 (1): 4. doi : 10.1186/s42774-020-00054-7 . ISSN 2524-6992 . 
  5. ^ 「（自転車の前面面積が小さいため、空気抵抗係数は高い）」 Lafn.org。2011年7月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年6月28日閲覧。
  6. ^ホイト、ウェイド（1985年10月）「明日のクルマを形づくる」『ポピュラーメカニクス』131ページ。
  7. ^ 「VWビートルのテクニック」 Maggiolinoweb.it . 2009年10月24日閲覧。
  8. ^ 「メイフィールドホームページ - 特定車両の抗力係数」 Mayfco.com 2009年10月24日閲覧。
  9. ^ Visnic, Bill (2017年12月18日). 「レベルゼロのヒーロー」 . SAE International. 2019年5月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2019年5月29日閲覧。
  10. ^ 「TG meets the Pagani Huayra - BBC Top Gear」 Topgear.com、2012年6月8日。2011年8月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年4月5日閲覧。
  11. ^ 「カローラ」（プレスリリース）英国：トヨタ、2019年2月。 2019年2月14日閲覧。
  12. ^ 「2001年トヨタ・プリウス プレスキット」（プレスリリース）オーストラリア：トヨタ。2001年10月4日。 2020年7月10日閲覧。
  13. ^ 「2006年式シボレー・コルベット」（プレスリリース）米国ゼネラルモーターズ、2005年。 2018年7月5日閲覧。
  14. ^ a b「エアロダイナミクス：現行ポルシェモデルの中で最高の価値」（プレスリリース）。2019年9月4日。 2019年10月14日閲覧。
  15. ^ 「新型モデル3はCd値が0.219で、テスラ車の中で最も低い絶対抵抗を実現」InsideEVs . 2024年9月28日閲覧。
  16. ^ 「ヒュンダイ IONIQ 6がワールド・カー・オブ・ザ・イヤー、ワールド・エレクトリック・ビークル、ワールド・カー・デザイン・オブ・ザ・イヤーを独占」。
  17. ^ 「モデルS | テスラ」。
  18. ^ 「新型EQS：電気自動車への情熱」（プレスリリース）シュトゥットガルト、2021年4月3日。 2021年4月6日閲覧。
  19. ^ 「Lucid Air TouringとAir Pureが市場をリードする航続距離と空力性能で公道走行準備完了。Air Sapphireは2023年の発売に向けてテストコースを席巻」（プレスリリース）。カリフォルニア州ニューアーク。2022年11月15日。 2022年11月15日閲覧。
  20. ^ Lye, Gerard (2023年12月28日). 「Xiaomi SU7が中国でデビュー – ブランド初のEV。最高出力673PS、最大トルク838Nm、航続距離800km、最高速度265km/h」 . Paul Tan's Automotive News . 2023年12月28日閲覧。
  21. ^ブラウン、アーロン (2016年3月16日). 「GMが90年代に発表した革新的な電気自動車の裏話」 . Business Insider . Insider Inc. 2018年11月28日閲覧。
  22. ^ 「1954 Alfa Romeo BAT 7」 . conceptcarz.com . 2019年11月15日閲覧。
  23. ^ 「Aptera Vehicle Features」 . 2024年5月1日閲覧。
  24. ^ 「GM、燃費108マイル/ガロンのコンセプトカーを発表」 Electrifying Times、米国、2000年1月11日。 2000年5月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  25. ^ 「VISION EQXX – 電気自動車の航続距離と効率性を全く新しいレベルへ」 group-media.mercedes-benz.com . 2022年4月21日閲覧。
  26. ^ ZOELLTER, JUERGEN (2013年6月14日). 「2014年式 Volkswagen XL1」 . Car and Driver . Hearst Communications, Inc. 2017年12月25日閲覧。
  27. ^ 「オーストラリアのソーラーパワーレースカー、ハラハラドキドキのフィニッシュでギネス世界記録を達成」 ABCニュース、2022年12月19日。 2023年4月29日閲覧。
  28. ^ Martin, Neil (2022年12月19日). 「EV記録破り！サンスイフト7、世界最速タイムで1回の充電で1000km走行」 . UNSW Newsroom . 2023年11月12日閲覧。
  29. ^ 「メイフィールド社のホームページ - 抗力係数表と曲線」 Mayfco.com 2010年12月7日閲覧。
  30. ^ a b cシャーマン、ドン. 「ドラァグクイーン：空気力学の比較」(PDF) .カー・アンド・ドライバー. 2014年6月号. ハースト・コミュニケーションズ. 2017年12月29日閲覧。
  31. ^ 「空気力学」ル・ダブル・シェブロン(#59) 1980年。
  32. ^ 「2019 Ram 1500 – より広いスペース、より広い収納スペース、より充実したテクノロジー」 www.ramtrucks.com 。 2018年1月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年2月24日閲覧。
  33. ^ 「空気抵抗をゼロに：ほぼ全ての車両クラスで空気力学の世界チャンピオン」（プレスリリース）。ダイムラー。2013年10月5日。 2021年3月2日閲覧。
  34. ^サンティン、JJ;オンダー、CH;バーナード、J.アイラー、D.コブラー、P.コルブ、F.ワイドマン、N.グッセラ、L. (2007)。世界で最も燃費の良い乗り物: Pac Car II の設計と開発。チューリッヒ: vdf、Hochschulverlag AG、および der ETH。 p. 113.ISBN​ 978-3-7281-3134-8。
  35. ^ 「電力消費 - IGSS'13」 。 2015年9月30日閲覧。
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