現在の車は空気抵抗を気にしすぎ？車の形と燃費の関係

長年多くの人に愛されてきた日産のロングセラー車種「キューブ」が生産を終了したには2019年。
この車は、当時どんどん自動車の形が丸くなりつつあった中、日本語の意味で立方体と名付けられ角がとれた四角を基調とされたそのデザインと室内の広さ、そして中のデザインまでも評価され、これまで20年以上も販売されていました。
そんな丸くない車の大成功例がある中、最近の車は少し丸というか空気抵抗を意識しすぎている気がします。
環境性能や燃費を意識するのはわかりますが、実際に空気抵抗は燃費にそこまで影響するのでしょうか？
そこで、今回は車の形と燃費の関係についてお話していきたいと思います。

丸くなり続ける最近の車

冒頭にもお話した通り最近の車はどんどん丸くなっています。
ここではそんな年々丸くなっていく車の様子を、時代の流れに乗ってきたロングセラー中のロングセラー車種カローラを代表として見ていきます。

歴代のカローラ

参照元：https://global.toyota/pages/corolla50th/history/evolution/images/evolution_005_pc.jpg

こちらは1983年に登場した5代目カローラ。
この頃は環境性能や燃費よりもパワーや加速が重視された時代ですから、その外観に空気抵抗を意識した丸みなどは一切作られておらず、基本的に直線を基調としてデザインされていました。
また、内装のハンドルなども外観同様角ばったデザインになっています。

参照元：https://global.toyota/pages/corolla50th/history/evolution/images/evolution_007_pc.jpg

次にこちらが1991年に登場した、先ほどのカローラから一つ飛ばして7代目のカローラ。
この頃から徐々に丸みを帯びたデザインになってきます。
90年代はちょうどバブルが崩壊してきた時期。
この頃から経済事情で燃費を気にするようになってきたということも、もしかしたら丸くなってきたデザインに現れてきているのかもしれません。

参照元：https://global.toyota/pages/corolla50th/history/evolution/images/evolution_011_pc.jpg

11代目となり5代目はもちろん、7代目と比べてもさらに丸みを帯びてきていることは一目でわかります。外観だけではなく内装に関してもハンドルやエアコンの通気口など丸を基調としたデザインになっており、全体的に柔らかい印象になっています。

参照元：https://toyota.jp/corolla/gallery/?padid=from_corolla_top_navi-menu_gallery

最後にこちらが2018年から今現在まで発売されている12代目に当たる最新のカローラです。
前代までのカローラと違い、また昔のような角ばったイメージを持ちます。
また、ヘッドライトもシャープな形となり、全体的にまとまったイメージです。

空気抵抗を表すcd値とは？

車の空気抵抗を説明するにあたって必ずcd値と言うものが出てきます。
一見とても難しい値のようですがそこまで難しいことをいっているのではありません。
ここではcd値について解説していきます。

cd値とは空気の流れやすさ

まず最初に結論から申しますとcd値とは空気の流れやすさを値にしたものです。
cd値は実際にカタログにも記載してあるもので、車の形が流線型に近ければ近いほどその値は小さくなります。
理想で言えばマグロのように先端が丸く後方が細くなっているものほどcd値が低くなると言えます。
その値は一般の乗用車で0.24〜0.48程度、バスやトラックでは0.5〜0.8程度となっています。
やはり乗用車に比べてトラックやバスなどは流線型に近い形を全くと言って良いほどしていないので、cd値は大きくなってしまいます。
実際に今現在、世に存在している車のcd値を見てみましょう。

プリウス

とことん燃費にこだわっているプリウスですので、もちろんcd値にも他の車に比べても並々ならぬ力を入れています。
それだけあってcd値は乗用車の中ではトップクラスの0.24。
燃費に対しての熱意を感じます。

セレナ

プリウスなどに比べるとミニバンやファミリーカーというカテゴリはエンジンのボンネット部分を前に出すことができなかったり移住性を重視するということもありどうしてもそのcd値は大きくなってしまいます。
ファミリーカーの定番中の定番であるセレナを見てみますとcd値は0.35となっています。

F1カー

いかにも空気抵抗を一番少なくするように設計していそうなF1カーですがそのcd値は1前後とプリウスやセレナと比べてもとても大きなものになっています。
その理由が実際に走る速さ。

F1カーは軽い重量で200km/hほどのスピードで走るため飛行機が飛ぶ際に使っている揚力が自然と発生してしまい、cd値が低いままだとそのまま浮き上がってひっくり返ってしまいます。
そのようなことがないようにわざとcd値を高くして空気抵抗を使い車体を地面に押さえつけているのです。

実際にcd値が燃費に与える影響

cd値は空気の流れやすさを表すとお話しましたが、実際にcd値は車の燃費にどのくらいの影響を与えるのでしょうか。
少し計算チックになってしまいますが、ここでは燃費に与える影響について調べていきたいと思います。

車の空気抵抗を表す公式

車の空気抵抗を表す公式は「抗力D＝1/2ρv^2SCd」で表すことができます。
英数字で書いてあるととても難しいと思うので言葉に変換しますと「走っている車が前から受ける力＝1/2×空気の密度(ρ)×速度の2乗(v^2)×前から見た面積(s)×cd値」です。
この式を見ると一番大きな数字は二乗されるので速度になってきます。
なので空気抵抗に一番影響を与えるのは速度というわけです。
ただ速度はもうどうしようもないので、問題のcd値が変化するとどのくらい燃費が変化するのかと言いますと、速度、空気の密度、前から見た面積がすべて同じで形だけがプリウスとセレナの二台を用意した場合、40km/hで計算するとプリウスの方がセレナに比べて10%燃費が良くなる計算になります。
10%と聞くととても良くなったように感じると思います。

しかしこれはセレナとプリウスというカテゴリの違いも超えた極端な例での10%です。
実際の同じようなカテゴリの中で燃費の差を計算すると1〜3%ほどの違いにしかなりません。

実はcd値よりも燃費に大きな影響を与える前方投影面積

先ほど紹介した式には前からみた面積というものも含まれていました。
空気抵抗に一番大きな影響を与えるのは速度だと言いましたが、実はその速度の次に大きな影響を与えるのが前方投影面積です。
これは前から見た車の面積で、これが小さければ小さいほど空気抵抗も少なくなります。
つまり全幅と車高が小さいほど燃費は良くなるというわけです。
ミニバンやコンパクトカーなどに現れる顕著な燃費の違いはこの前方投影面積に大きな差が生まれてしまうことも理由の一つでしょう。
また、前方投影面積は高速道路などでも大きく影響してきます。
高速道路は一般道に比べはるかに高速で動いていますからその分空気抵抗は大きくなります。
そのような状況の時、セダンのような背が低いタイプとミニバンのような背が高いタイプでは前に進むための力がセダンの方ははるかに少なくて良いので加速する際にミニバンほどアクセルを踏み込まなくてもスッと加速してくれますし、燃費にも一般道よりもはるかに大きな差がでます。
燃費を気にして車を選ぶという人はcd値だけを見比べるのではなく、車の大きさに制限がないならば前からみた面積で選んでみるというのも一つの選択でしょう。