KR100794035B1 - 자동차용 루프 랙 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 자동차용 루프 랙에 관한 것으로서, 루프 패널의 좌우 양측에 길이 방향으로 설치되는 사이드 바와; 상기 사이드 바의 가로 방향으로 복수개 마련되고, 단부가 상기 양 사이드 바에 결합된 크로스 바를 포함하며, 상기 크로스 바의 단면은 타원 유선형상으로 이루어지고, 상기 크로스 바의 단면 전체 길이(b)는 대략 55 ~ 75 mm인 것을 특징으로 한다.

이에 의하여, 루프 패널의 형상에 따라 NVH 성능을 만족시키는 크로스 바를 사양별로 제작할 필요가 없으므로 개발 비용 및 개발 시간을 최대한 단축할 수 있다.

Description

자동차용 루프 랙{ROOF RACK FOR VEHICLE}

도 1은 종래의 자동차용 루프 랙을 도시한 사시도이고,

도 2는 도 1의 A-A 선에 따른 크로스 바의 단면 형상으로서, 윈드 노이즈에 영향을 주는 주요 변수를 표시한 단면도이고,

도 3은 윈드 노이즈에 영향을 주는 도 2의 크로스 바 단면의 주요 변수의 수준 1~3 (L1~L3)을 나타낸 테이블이고,

도 4(a)는 루프 패널의 형상을 분류한 도면이고,

도 4(b)는 도 3의 수준 1~3(L1~L3) 조합에 따른 36케이스의 해석을 통해 윈드 노이즈의 해석 결과를 나타낸 표이고,

도 4(c)는 도 4(b)의 해석 결과를 통한 통계 분석표이고,

도 5는 본 발명에 따른 루프 랙의 크로스 바의 최적치를 나타낸 테이블이고,

도 6은 종래의 크로스 바와 도 5의 결과를 적용한 본 발명의 크로스 바의 실차 시험 결과를 나타낸 비교 그래프 및 테이블이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 루프 랙 10 : 사이드 바 20 : 크로스 바

본 발명은, 자동차용 루프 랙에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 루프 형상에 관계없이 윈드 노이즈(wind noise) 발생을 최소화할 수 있는 크로스 바 단면이 적용된 자동차용 루프 랙에 관한 것이다.

일반적으로, 승용차나 SUV 차량의 루프(roof)에는 스포츠용 물건 예를 들면, 스키, 요트, 자전거 등의 운동 용품을 실을 수 있는 루프 랙을 설치하고 있다. 이에, 탑승자는 크기 등의 제약으로 인해 트렁크룸에 수납할 수 없는 물건 등을 루프 랙에 장착하여 용이하게 이동시킬 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 자동차용 루프 랙(1)은 루프 패널(R)의 좌우 양측에 길이 방향으로 설치되는 사이드 바(side bar, 10)와, 사이드 바(10)의 가로 방향을 따라 전/후로 설치되는 크로스 바(cross-bar, 20)를 포함하여 이루어진다.

크로스 바(20)는 그 위에 얹어 지는 화물의 받침대 역할을 하는데, 사이드 바(10)에 대해 전/후로 이동 가능하게 각 단부에 슬라이더(30)가 구비된다. 이에, 화물의 크기에 맞게 한 쌍의 크로스 바(20)의 간격을 좁히거나 넓힘으로써, 화물의 크기 등에 제약받지 않고 화물을 효율적으로 지지할 수 있다.

여기서, 루프 랙(1)은 자동차 주행시 공기에 의해 발생하는 윈드 노이즈(wind noise)의 원인이 되는데, 특히 루프 랙(1)의 크로스 바(20)는 공기의 흐름을 방해하는 방향으로 배치되기 때문에 윈드 노이즈의 주요 원인이 되고 있다.

따라서, 개발자들은 공기 저항이 가장 적은 형상의 크로스 바(20)를 개발하 기 위해 주력하는데, 이 때 크로스 바(20)는 루프 패널(R) 형상에 따라 윈드 노이즈의 출력값이 달라지게 되므로 자동차 각 사양에 따라 크로스 바(20)를 달리 설계해야만 한다. 이에, 개발 비용이 상승될 뿐만 아니라, 개발 과정이 장기화되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 루프 형상(자동차 사양)과 무관하게 윈드 노이즈를 최소화할 수 있는 크로스 바 단면을 갖는 자동차용 루프 랙을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 자동차용 루프 랙에 있어서, 루프 패널의 좌우 양측에 길이 방향으로 설치되는 사이드 바와; 상기 사이드 바의 가로 방향으로 복수개 마련되고, 단부가 상기 양 사이드 바에 결합된 크로스 바를 포함하며, 상기 크로스 바의 단면은 타원 유선형상으로 이루어지고, 상기 크로스 바의 단면 전체 길이(b)는 대략 55 ~ 75 mm인 것에 의해 달성된다.

여기서, 상기 크로스 바의 단면 전체 길이(b) : 폭(a)의 비는 대략 3 ~ 3.3 : 1 인 것이 바람직하다.

상기 크로스 바의 단면 두께(t)는 대략 1.68 ~ 1.73 mm인 것이 바람직하다.

상기 크로스 바의 단면 전방 블런트 앵글(g)은 96.5도인 것이 바람직하다.

상기 루프 패널에서부터 상기 크로스 바의 전저점까지의 높이(h)는 50 ~ 60 mm인 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 설명에 앞서, 종래와 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하기로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 크로스 바의 단면을 결정짓는 주요 변수를 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 도 1의 A-A선에 따른 크로스 바의 단면을 나타내고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 크로스 바(20)의 단면은 타원 유선형으로 이루어지는데, 이와 같은 형상일 경우 자동차 주행시 크로스 바(20)가 공기의 저항을 최대한 적게 받기 때문이다. 한편, 크로스 바(20)의 형상 뿐만 아니라 단면이 적정 치수일 때 윈드 노이즈를 보다 효과적으로 저감시킬 수 있는데, 이 때 크로스 바(20)의 단면을 결정짓는 주요 변수는 도 3에 도시한 바와 같다.

즉, 도 3에 따르면, 크로스 바(20)의 주요 제어 인자는, 크로스 바(20)의 단면 두께(t), 크로스 바(20)의 단면 전체 길이(b) : 크로스 바(20)의 앞지점으로부터 상부면 최고점(전고점)까지의 길이(e)의 비, 크로스 바(20)의 단면 전체 길이(b) : 크로스 바(20)의 앞지점으로부터 하부면 최저점(전저점)까지의 길이(f)의 비, 크로스 바(20)의 단면 전체 길이(b), 크로스 바(20)의 단면 전체 길이(b) : 폭(a)의 비, 크로스 바(20)의 단면 어택 앵글(attack angle, c), 크로스 바(20)의 단면 전방 블런트 앵글(front blunt angle, g), 루프(roof)에서 크로스 바(20)까지의 높이(h)로 이루어진다.

여기서, 어택 앵글(attack angle)이란 유체(공기)와 맞서는 정도를 나타내는 척도로서, 도 2에 표시한 바와 같이 크로스 바(20)의 단면 앞지점과 뒤지점이 이루는 각도를 의미한다. 그리고, 전방 블런트 앵글(front blunt angle, g)은 전방 크로스 바(20) 단면의 무딘 정도를 나타내는데, 샤프(sharp)한 형상을 가질수록 윈드 노이즈가 많이 발생하므로 적당한 유선형을 이루는 각을 선정하는 것이 좋다. 한편, 도 3에서, 각 제어 인자별로 빗금친 부분은 종래에 크로스 바(20)에 적용된 치수를 의미한다.

상기 기술한 바와 같이, 크로스 바(20) 단면의 제어 인자를 분류한 후, 도 4(a)와 같이 구분되는 루프 패널(R)의 형상에 따라 각 제어 인자들을 다구치 직교표를 이용하여 36케이스의 해석을 통해 나온 결과가 도 4(b)와 같다. 여기서, 도 4(b)의 상단 그래프 3개는 아래 표에서 굵은 선으로 나타낸 부분에 대한 그래프로서, 대표로 나타냈음을 참고하기 바란다.

즉, 케이스 1(CASE 1)일 때, 루프 패널(R) 형상(N1, N2)에 따라 윈드 노이즈 측정치(dBA)는 각각 53.6dBA, 54.7dBA이고, 케이스 2(CASE 2)일 때에는 각각 51.7dBA, 55.4dBA이며, 케이스 3(CASE 3)일 때에는 각각 51.8dBA, 53.4dBA이다. 이 때, 루프 패널(R)의 대표적인 형상 N1, N2(N1과 N2는 전방 블런트 앵글에 의해 분류됨)에 따라 케이스 별로 윈드 노이즈를 측정한 이유는, 루프 패널(R) 형상에 따라 윈드 노이즈의 차이가 크므로 루프 패널(R)의 형상에 무관하게 윈드 노이즈를 최소화할 수 있는 크로스 바(20)의 최적 사양을 추출하기 위한 것이다. 한편, 각 케이스(1 ~ 18)는 8가지 제어 인자(A ~ H)의 수준별(L1 ~ L3) 조합으로 이루어지는데, 이와 같이 도 4(b)와 같은 과정에 의해 윈드 노이즈(dBA) 출력치에 대해 제어 인자의 기여도를 도 4(c)의 통계 결과로부터 알 수 있다.

즉, 도 4(c)에 따르면, 제어 인자 D 인 크로스 바(20) 단면 전체 길이(b)가 수준별(L1, L2, L3)에 대한 윈드 노이즈(dBA)의 차이가 크므로 윈드 노이즈(dBA)에 대한 기여도가 가장 크고, 다음으로 제어 인자 E 인 크로스 바(20)의 단면 전체 길이(b) : 폭(a)의 비의 기여도가 크다. 도 4(c)에서 각 제어 인자에 대한 윈드 노이즈(dBA)의 그래프에서 표시한 점은 수준(L1, L2, L3)을 나타낸 것이고, 본 발명에 적용된 크로스 바(20) 단면 최적치는 도 4(c)의 각 제어 인자마다 윈드 노이즈(dBA)가 작게 출력된 수준을 선정한 것이다.

따라서, A 제어 인자는 수준 1(L1)인 1.7 mm, B 제어 인자는 수준 3(L3)인 2.8 : 1, C 제어 인자는 수준 1(L1)인 2.3 : 1, D 제어 인자는 수준 1(L1)인 55.5 mm, E 제어 인자는 수준 3(L3)인 3.2 : 1, F 제어 인자는 수준 3(L3)인 - 2.5도, G 제어 인자는 수준 3(L3)인 96.5도, H 제어 인자는 수준 3(L3)인 55 mm로 선정하였다(도 5 굵은 선 참조).

다음, 상기 각 제어 인자의 최적치를 적용한 크로스 바(20)를 제작한 후, 실차 시험을 한 결과 도 6과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 도 6은 종래 치수(도 5의 도트 무늬로 표시한 부분)와 본 발명에 따른 최적 치수(굵은 선으로 표시한 부분)를 적용한 크로스 바(20)를 각각 장착하여 측정한 윈드 노이즈(dBA)의 근접음(크로스 바(20) 하부인 루프 패널(R)의 외표면에서 측정)을 비교한 그래프이다.

참고로, 도 6에 따르면, 크로스 바(20)를 탈거한 경우가 공기 저항을 제일 적게 받으므로 윈드 노이즈(dBA)가 가장 적고, 종래의 크로스 바(20)를 장착한 상 태에서의 최고치 근접음이 대략 78.1dBA 정도이고, 본 발명의 크로스 바(20)를 장착한 상태에서는 최고치 근접음이 대략 72.0dBA 정도 측정되었다(굵은선으로 표시). 이에, 본 발명에 따른 크로스 바(20)의 최적 치수를 적용하면 종래에 비해 최고치 근접음이 6.1dBA정도 작게 측정되므로 윈드 노이즈가 현저히 감소한 효과를 얻을 수 있다.

전술한 실시예에서, 도 4(c)에 따르면, 크로스 바(20) 단면 전체 길이(b)가 작을수록 윈드 노이즈를 저감시키기에 효과적이지만, 강성을 고려하여 대략 55 mm 이상이면 좋은데 55.5 mm에 한정되지 않고 대략 55 ~ 75 mm 범위인 것이 바람직하다.

또한, 도 4(c)에 따르면, 크로스 바(20) 단면 전체 길이(b) : 폭(a)의 비는 클수록 윈드 노이즈를 저감시키기에 효과적이므로 3.2 : 1에 한정되지 않고 대략 3 ~ 3.3 : 1 범위 내인 것이 바람직하다.

그리고, 도 4(c)에 따르면, H 제어 인자인 루프 패널(R)에서 크로스 바(20)의 하부면 최저점(전저점)까지의 높이(h)는 높을수록 윈드 노이즈를 줄이는 데에 유리하나, 불필요하게 높을 경우 차량 조향성 및 서스펜션 등의 성능을 저해하므로 대략 50 ~ 60 mm 정도이면 좋다.

전술한 실시예의 크로스 바(20)는 대략 밀도가 2.7 g/㎤ 정도인 알루미늄 재질로 제작되는데, 두께가 작을수록 최대응력이 커지므로 작은 두께일 수록 바람직하다. 그러나, 크로스 바(20)의 두께(t)가 너무 작으면 압출 성형이 어려우므로, 본 실시예에서 적용된 1.70 mm에 한정하지 않고 대략 1.68 ~ 1.73 mm 범위 내라면 가능할 것이다. 따라서, 대략 1.68 ~ 1.73 mm 정도의 크로스 바(20) 단면 두께(t)로 제작하는 경우, 종래 1.75mm의 크로스 바(20)에 비해 중량 및 원가가 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 자동차 루프 랙은 크로스 바(20) 단면의 최적치를 선정하는 과정에서 루프 패널(R)의 형상에 따라 출력되는 윈드 노이즈 값을 고려하여 출력값이 가장 최소화되는 방향으로 최적치를 도출했기 때문에, 종래와 달리 루프 패널(R)의 형상이 다른 차량 사양에 적용하더라도 윈드 노이즈가 줄어드는 이점이 있다. 따라서, 신차 개발시 루프 패널(R)의 형상에 따라 크로스 바(20)를 별도로 설계를 할 필요 없으므로, 개발 비용 및 개발 시간을 최대한 단축할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 변형될 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 수 있는 바, 그러한 변형예는 본 발명의 청구범위에 속한 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 루프 패널의 형상에 따라 NVH 성능을 만족시키는 크로스 바를 사양별로 제작할 필요가 없으므로 개발 비용 및 개발 시간을 최대한 단축할 수 있는 자동차용 루프 랙을 제공한다.

또한, 크로스 바의 강성을 고려하여 종래에 비해 크로스 바의 단면 두께를 줄임으로써 경량화될 뿐만 아니라 제조 원가를 줄일 수 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 루프 패널의 좌우 양측에 길이 방향으로 설치되는 사이드 바와;

   상기 사이드 바의 가로 방향으로 복수개 마련되고, 단부가 상기 양 사이드 바에 결합된 크로스 바를 포함하며,

   상기 크로스 바의 단면은 타원 유선형상으로 이루어지고, 상기 크로스 바의 단면 전체 길이(b)는 대략 55 ~ 75 mm이고,

   상기 크로스 바의 단면 전체 길이(b) : 폭(a)의 비는 대략 3 ~ 3.3 : 1 인 것을 특징으로 하는 자동차용 루프 랙.
3. 제2항에 있어서,

   상기 크로스 바의 단면 두께(t)는 대략 1.68 ~ 1.73 mm인 것을 특징으로 하는 자동차용 루프 랙.
4. 제2항에 있어서,

   상기 크로스 바의 단면 전방 블런트 앵글(g)은 96.5도인 것을 특징으로 하는 자동차용 루프 랙.
5. 제2항에 있어서,

   상기 루프 패널에서부터 상기 크로스 바의 전저점까지의 높이(h)는 50 ~ 60 mm인 것을 특징으로 하는 자동차용 루프 랙.

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