KR200314166Y1

KR200314166Y1 - 화물차용 루프훼어링 장치

Info

Publication number: KR200314166Y1
Application number: KR20-2003-0000167U
Authority: KR
Inventors: 이두원; 김철호
Original assignee: 이두원; 김철호
Priority date: 2003-01-03
Filing date: 2003-01-03
Publication date: 2003-05-23

Abstract

본 고안에 따르면, 화물차용 루프훼어링 장치가 개시된다. 상기 화물차용 루프훼어링 장치는, 화물차의 운전칸 상부에 회동 가능하게 설치된 루프훼어링과; 화물차와 주위 유동공기의 상대속도를 감지하는 상대속도 감지센서와; 이 상대속도 감지센서에 의해 감지된 상대속도에 대응하여 루프훼어링의 설치각도에 대한 제어신호를 출력하는 제어부와; 이 제어부의 제어신호를 입력받아 상기 루프훼어링의 회동각도를 조절하는 구동부;를 구비한다. 개시된 화물차용 루프훼어링 장치에 의하면, 최적의 설치각도를 갖는 루프훼어링을 제공함으로써 주행 연비를 최소화할 수 있고, 화물차의 주행 안전성도 확보할 수 있다.

Description

화물차용 루프훼어링 장치{Roof fairing apparatus for a heavy-duty truck}

본 고안은 화물차용 루프훼어링(roof fairing) 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화물차의 운행조건에 대응하여 최적의 설치각도를 갖는 루프훼어링을 구비함으로써 화물차의 주행 연비를 최소화하고 주행 안전성을 확보할 수 있는 화물차용 루프훼어링 장치에 관한 것이다.

차량은 주행중 공기에 의한 저항력(drag force)을 받게 된다. 이러한 공기 저항은 차량의 주행 연비를 악화시키는 것은 물론 주행 안정성에도 나쁜 영향을 미치게 된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 승용 자동차의 경우에는 차체를 가능한 유선형으로 구성하여 공기저항을 최소화함과 동시에 후방 에어 스포일러 등을 추가로 설치하여 주행 안정성을 개선하려는 노력을 하고 있다. 한편, 화물차의 경우에도 공기의 저항력이 차량의 연료 소비율에 매우 큰 영향을 미치게 되므로 공기의 저항력을 최소화하려는 노력을 하고 있는데, 화물차의 공기 저항력을 최소화하는 대표적인 방법으로는 운전칸의 상부에 루프훼어링 장치를 장착하는 방법이다.

도 1에는 종래 루프훼어링 장치가 장착된 화물차를 나타낸 측면도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 종래 루프훼어링 장치(4)는 화물차(1)의 운전칸(2) 상부에 고정적으로 설치되어 있다. 상기 루프훼어링 장치(4)는 운전칸(2) 쪽에서 화물칸(3) 쪽으로 갈수록 유선형으로 상향되도록 설치되어 화물칸(3)에 적재된 화물(20)이 공기저항을 유발하는 것을 최소화하도록 한다.

한편, 차량이 직선 운동을 하는 동안 외부로부터 받게되는 공기력은 항력(drag force)과 양력(lift force)으로 구분된다. 이 때 발생한 양력은 차량의 하중과 함께 타이어를 통해 도로 표면에서 발생하게 되는 차량의 굴림 마찰력의 증감으로 나타난다. 차량이 일정한 속도로 도로를 주행하기 위해서는 이와 같은 바퀴와 노면 상에 발생하게 되는 굴림 마찰력과 공기 저항력을 동시에 극복해야 한다. 그러나, 잘못 설계된 루프훼어링 장치가 장착될 경우, 화물차가 받게되는 공기의 저항력은 다소 줄일 수 있으나, 아래 방향으로 작용하는 양력인 다운포스(down force)가 오히려 증가하여 주행 연비와 주행 안정성을 악화시킬 수 있다. 특히 대형 화물차와 같이 뒤 쪽의 긴 화물칸에 다운포스가 작용하는 상태에서 잘못 설계된 루프훼어링에 의한 다운포스가 더해진다면 차량의 주행 연비 및 주행 안정성은 매우 심각하게 악화될 것이다.

그런데, 종래에는 화물의 위치, 공기에 대한 화물차의 상대 속도 등이 고려하지 않은, 최적화되지 않은 형상의 루프훼어링 장치를 화물차의 상부에 고정되게 장착함으로써, 차량의 공기 저항을 최소화하기 위한 루프훼어링 장치로서의 기능을 제대로 발휘할 수 없을 뿐만 아니라, 오히려 주행 연비와 주행 안정성을 악화시키는 경우가 자주 발생하고 있다.

본 고안은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 최적의 설치각도를 갖는 루프훼어링을 구비함으로써 주행 연비를 최소화 할 수 있고 화물차의 주행 안전성을 확보할 수 있는 화물차용 루프훼어링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 화물차와 주위 공기의 상대속도에 대응하여 루프훼어링의 설치각도가 가변 됨으로써 더욱 최적화된 화물차용 루프훼어링 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

도 1은 종래 루프훼어링 장치가 장착된 화물차를 나타낸 측면도,

도 2 는 본 고안의 일 실시예에 따른 루프훼어링 장치가 장착된 화물차를 나타낸 측면도,

도 3은 도 2에 도시된 루프훼어링의 최적 설치각도를 설명하기 위해 나타낸 φ-C_D선도,

도 4는 도 2에 도시된 루프훼어링 장치를 나타낸 부분 사시도,

도 5는 도 4에 도시된 루프훼어링 장치의 제어부를 나타낸 블록도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10...화물차 11...운전칸

12...화물칸 100...루프훼어링 장치

110...루프훼어링 120,130...하부 및 상부루프

121...안내부 131...전면부

131a...슬라이딩 홈 132,133...좌,우 측면부

134...힌지축 140...구동부

141...회전바 142...리프터

143...구동모터 150...상대속도 감지센서

160...제어부 161...중앙 처리부

162...메모리부 163...구동 제어부

170...회동위치 감지센서

본 고안의 일 측면에 따른 화물차용 루프훼어링 장치는, 화물차의 운전칸 상부에 회동 가능하게 설치된 루프훼어링과; 화물차와 주위 유동공기의 상대속도를 감지하는 상대속도 감지센서와; 상기 상대속도 감지센서에 의해 감지된 상대속도에 대응하여 상기 루프훼어링의 설치각도에 대한 제어신호를 출력하는 제어부와; 상기 제어부의 제어신호를 입력받아 상기 루프훼어링의 설치각도를 조절하는 구동부;를 구비한다.

여기서, 상기 루프훼어링은, 상기 운전칸 상부의 길이를 L_R이고, 운전칸과 화물 사이의 거리를 L_G이고, 운전칸 상면으로부터 화물 상면까지의 수직높이를 H_O이고, θ_O는이고, θ는 상기 루프훼어링의 선단으로부터 상기 루프훼어링의 후단 상부를 연결하는 가상선이 수평면에 대해 이루는 루프훼어링의 설치각도이고, 상대비(φ)는 θ/θ_O라 할 때, 상기 상대비(Φ)는 1.04 내지 1.27이 되도록 설치된 것이 바람직하다.

상기 루프훼어링은 화물차의 운전칸 상부에 고정 설치된 하부루프와, 상기 하부루프의 상부에 상기 하부루프의 선단과 힌지 결합된 상부루프를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 상부루프는 주위 공기의 흐름방향을 따라 유선형으로 형성된 전면부와, 상기 전면부의 양측부에 각각 결합된 좌,우측면부를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 하부루프는 상기 좌,우측면부의 내면 또는 외면 중 어느 일면과 슬라이딩 가능하게 접촉하여 상기 상부루프의 회동을 안내하는 안내부를 포함하는 것이 바람직하다.

더욱이, 상기 구동부는 화물차의 운전칸 상부에 회전 가능하게 설치된 회전바와, 일단부가 상기 회전바에 고정되고 타단부가 상기 루프훼어링의 회동방향으로 슬라이딩 가능하게 상기 루프훼어링과 결합된 리프터와, 상기 회전바를 구동시키는 구동수단을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제어부는 화물차와 주위 유동공기의 상대속도에 따른 상기 루프훼어링의 최적 설치각도에 대한 정보를 맵(map)으로 작성하여 저장한 메모리부와, 상기 상대속도 감지센서에 의해 감지된 상대속도와 상기 메보리부에 저장된 정보를 비교 연산하여 제어신호를 출력하는 중앙 처리부와, 상기 중앙 처리부의 제어신호에 따라 상기 구동부를 제어하는 구동 제어부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 화물차용루프훼어링 장치는 상기 루프훼어링의 회동된 위치를 감지하여 그 정보를 상기 중앙 처리부로 피드백(feedback)하는 회동위치 감지센서를 더 구비할 수 있다.

또한, 본 고안의 또 다른 측면에 의하면, 화물차의 운전칸 상부에 설치된 루프훼어링을 구비하는 것으로서, 상기 루프훼어링은, 상기 운전칸 상부의 길이를 L_R이고, 운전칸과 화물 사이의 거리를 L_G이고, 운전칸 상면으로부터 화물 상면까지의 높이를 H_O이고, θ_O는이고, θ는 상기 루프훼어링의 선단으로부터 상기 루프훼어링의 후단 상부를 연결하는 가상선이 수평면에 대해 이루는 루프훼어링의 설치각도이고, 상대비(φ)는 θ/θ_O라 할 때, 상기 상대비(Φ)는 1.04 내지 1.27이 되도록 설치된 것을 특징으로 하는 화물차용 루프훼어링 장치가 제공된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.

도 2 는 본 고안의 일 실시예에 따른 루프훼어링 장치가 장착된 화물차를 나타낸 측면도이다.

도면을 참조하면, 본 고안의 일 실시예에 따른 화물차(10)용 루프훼어링 장치(100)는, 운전칸(11)의 상부에 설치된 루프훼어링(110)을 구비한다.

한편, 도 3에는 도 2에 도시된 루프훼어링(110)의 최적 설치각도를 설명하기 위해 나타낸 φ- C_D선도가 도시되어 있다. 도 3은 루프훼어링(110)의 설계 제원 및 화물칸(12)에 적재된 화물(200)의 위치관계를 무차원화 한 상대비(relative ratio;φ)에 대한 항력계수(drag force coefficient;C_D)의 관계를 전산유체역학 기법을 이용한 컴퓨터 시뮬레이션(computer simulation)에 의해 나타낸 선도이다.

도 3에 도시된 선도를 최소 좌승법(least square method)을 이용하여 선형화된 수식으로 나타내면 하기의 수학식 1로 표현된다.

여기서, a = 0.97362378, b = -1.0976489, c = 0.63412599이고,

φ= θ/θ_O이고,

θ_O=이고,

θ는 상기 루프훼어링(110)의 선단으로부터 상기 루프훼어링(110)의 후단 상부를 연결하는 가상선이 수평면에 대해 이루는 루프훼어링(110)의 설치각도이고(도 2 참조),

L_R은 상기 운전칸(11) 상부의 길이이고(도 2 참조),

L_G는 운전칸(11)과 화물(200) 사이의 거리이며(도 2 참조),

H_O는 운전칸(11)의 상면으로부터 화물(200)의 상면까지의 수직 높이이다(도 2 참조).

상기 수학식 1로부터 항력계수(C_D)의 값이 최소가 되도록 하기 위하여, 미분값으로부터 기울기가 영(zero)인 점을 찾으면, φ= θ/θ_O= 1.1554 가 된다. 여기서, φ의 상한과 하한의 범위를 ±10%로 결정하면, 바람직한 상대비(φ)의 범위는 하기의 수학식 2로 표현된다.

1.04 ≤ φ ≤1.27

수학식 2로부터 바람직한 루프훼어링(110)의 설치각도(θ)는

1.04θ_O≤ θ≤1.27θ_O, 즉

1.04≤ θ≤1.27가 된다.

도 4에는 도 2에 도시된 루프훼어링 장치를 나타낸 부분 사시도가 도시되고, 도 5에는 도 4에 도시된 루프훼어링 장치의 제어부를 나타낸 블록도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 상기 루프훼어링(110)은 회동 가능하게 설치된다. 그리고, 상기 루프훼어링 장치(100)는 화물차(10)와 주위 유동공기의 상대속도를 감지하는 상대속도 감지센서(150)와, 이 상대속도 감지센서(150)에 의해 감지된 상대속도에 대응하여 상기 루프훼어링(110)의 설치각도(θ)에 대한 제어신호를 출력하는 제어부(160)와, 이 제어부(160)의 제어신호를 입력받아 상기 루프훼어링(110)의 설치각도(θ)를 조절하는 구동부(140)를 더 구비한다.

상기 루프훼어링(110)은 화물차(10)의 운전칸(11) 상부에 고정 설치된 하부루프(120)와, 이 하부루프(120)의 상부에 하부루프(120)의 선단에 설치된 힌지축(134)과 결합된 상부루프(130)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 상부루프(130)는 주위 공기의 흐름방향을 따라 유선형으로 형성된 전면부(131)와, 이 전면부(131)의 양측부에 각각 결합된 좌,우측면부(132)(133)를 포함할 수 있다. 더욱이, 상기 하부루프(120)는 상기 좌,우측면부(132)(133)의 내면 또는 외면 중 어느 일면과 슬라이딩 가능하게 접촉하여 상기 상부루프(130)의 회동을 안내하는 안내부(121)를 포함할 수 있다. 다만, 도 4에 도시된 루프훼어링(110)의 구성은 예시적인 것으로서, 본 고안의 범위를 한정하기 위한 것이 아님은 이해되어야 할 것이다.

상기 구동부(140)는 화물차(10)의 운전칸(11) 상부에 회전 가능하게 설치된 회전바(141)와, 일단부가 상기 회전바(141)에 고정되고 타단부가 상기 루프훼어링(110)의 회동방향으로 슬라이딩 가능하게 상기 루프훼어링(110)의 전면부(131)에 형성된 슬라이딩 홈(131a)에 삽입되도록 결합된 리프터(142)와, 상기 회전바(141)를 구동시키는 것으로서, 구동모터(143)와 같은 구동수단을 포함할 수 있다. 다만, 도 4에 도시된 구동부(140)의 구성도 예시적인 것으로서, 본 고안의 범위를 한정하기 위한 것이 아님은 이해되어야 할 것이다.

상기 제어부(160)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 화물차(10)와 주위 유동공기의 상대속도에 따른 상기 루프훼어링(110)의 최적 설치각도에 대한 정보를 맵으로 작성하여 저장한 메모리부(162)와, 상기 상대속도 감지센서(150)에 의해 감지된 상대속도와 상기 메보리부(162)에 저장된 정보를 비교 연산하여 제어신호를 출력하는 중앙 처리부(161)와, 이 중앙 처리부(161)의 제어신호에 따라 상기 구동부(140), 예를 들면 구동모터(143)와 같은 구동수단을 제어하는 구동 제어부(163)를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 상기 루프훼어링(110)의 회동된 위치를 감지하여 그 정보를 상기 중앙 처리부(161)로 피드백하는 회동위치 감지센서(170)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 여기서도 루프훼어링(110)의 바람직한 설치각도(θ)는, 1.04 ≤ φ ≤1.27로부터, 1.04θ_O내지 1.27θ_O가 되도록 한다. 즉, 루프훼어링(110)의 설치각도(θ)는 1.04내지1.27인 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 고안의 화물차용 루프훼어링 장치에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 화물차의 제원 및 화물의 위치에 따른 최적의 설치 각도를 갖는 루프훼어링 장치가 제공되므로 주행연비를 최소화하고 주행 안정성을 확보할 수 있다.

둘째, 화물차와 공기의 상대 속도에 대응하여 최적의 설치각도를 갖도록 가변하는 루프훼어링 장치가 제공되므로, 주행 연비 및 주행 안정성을 더욱 최적화 할 수 있다.

본 고안은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 고안의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 실용신안등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

화물차의 운전칸 상부에 회동 가능하게 설치된 루프훼어링과;

화물차와 주위 유동공기의 상대속도를 감지하는 상대속도 감지센서와;

상기 상대속도 감지센서에 의해 감지된 상대속도에 대응하여 상기 루프훼어링의 설치각도에 대한 제어신호를 출력하는 제어부와;

상기 제어부의 제어신호를 입력받아 상기 루프훼어링의 설치각도를 조절하는 구동부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 화물차용 루프훼어링 장치.
제1항에 있어서,

상기 루프훼어링은, 상기 운전칸 상부의 길이를 L_R이고, 운전칸과 화물 사이의 거리를 L_G이고, 운전칸 상면으로부터 화물 상면까지의 수직 높이를 H_O이고, θ_O는이고, θ는 상기 루프훼어링의 선단으로부터 상기 루프훼어링의 후단 상부를 연결하는 가상선이 수평면에 대해 이루는 루프훼어링의 설치각도이고, 상대비(φ)는 θ/θ_O라 할 때, 상기 상대비(Φ)가 1.04 내지 1.27이 되도록 설치된 것을 특징으로 하는 화물차용 루프훼어링 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 루프훼어링은 화물차의 운전칸 상부에 고정 설치된 하부루프와, 상기 하부루프의 상부에 상기 하부루프의 선단과 힌지 결합된 상부루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 화물차용 루프훼어링 장치.
제3항에 있어서,

상기 상부루프는 주위 공기의 흐름방향을 따라 유선형으로 형성된 전면부와, 상기 전면부의 양측부에 각각 결합된 좌,우측면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화물차용 루프훼어링 장치.
제4항에 있어서,

상기 하부루프는 상기 좌,우측면부의 내면 또는 외면 중 어느 일면과 각각 슬라이딩 가능하게 접촉하여 상기 상부루프의 회동을 안내하는 안내부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화물차용 루프훼어링 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 구동부는 화물차의 운전칸 상부에 회전 가능하게 설치된 회전바와, 일단부가 상기 회전바에 고정되고 타단부가 상기 루프훼어링의 회동방향으로 슬라이딩 가능하게 상기 루프훼어링과 결합된 리프터와, 상기 회전바를 구동시키는 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 화물차용 루프훼어링 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제어부는 화물차와 주위 유동공기의 상대속도에 따른 상기 루프훼어링의 최적 설치각도에 대한 정보를 맵으로 작성하여 저장한 메모리부와, 상기 상대속도 감지센서에 의해 감지된 상대속도와 상기 메모리부에 저장된 정보를 비교 연산하여 제어신호를 출력하는 중앙 처리부와, 상기 중앙 처리부의 제어신호에 따라 상기 구동부를 제어하는 구동 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화물차용 루프훼어링 장치.
제7항에 있어서,

상기 루프훼어링의 회동된 위치를 감지하여 그 정보를 상기 중앙 처리부로 피드백하는 회동위치 감지센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화물차용 루프훼어링 장치.
화물차의 운전칸 상부에 설치된 루프훼어링을 구비하는 화물차용 루프훼어링 장치에 있어서,

상기 루프훼어링은, 상기 운전칸 상부의 길이를 L_R이고, 운전칸과 화물 사이의 거리를 L_G이고, 운전칸 상면으로부터 화물 상면까지의 높이를 H_O이고, θ_O는이고, θ는 상기 루프훼어링의 선단으로부터 상기 루프훼어링의 후단 상부를 연결하는 가상선이 수평면에 대해 이루는 루프훼어링의 설치각도이고,상대비(φ)는 θ/θ_O라 할 때, 상기 상대비(φ)가 1.04 내지 1.27이 되도록 설치된 것을 특징으로 하는 화물차용 루프훼어링 장치.