KR20210149397A - 능동형 에어 가이드 시스템 및 이를 이용한 차량의 공력 개선 제어 방법 - Google Patents

능동형 에어 가이드 시스템 및 이를 이용한 차량의 공력 개선 제어 방법 Download PDF

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KR20210149397A
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김운태
신준식
김한준
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명의 차량(100)에 적용되어 공력 개선 제어를 구현하는 능동형 에어 가이드 시스템(1)은 외부 노출되지 않도록 범퍼(130)에 내장되고, 보조 플랩 가이더(50)의 회전각도 제한 시 경첩 구조(25-1,25-2,45-1,45-2,46)를 매개로 접혀지는 보조 플랩(40)을 갖추고 엑추에이터(31)를 동력원으로 하여 이동되는 플랩(20)을 구성요소로 하는 에어 가이더(10), 휠 아치-타이어 갭 간격을 플랩(20)과 보조 플랩(40)으로 좁혀 직진 플랩 모드(S70), 좌회전 플랩 모드(S90), 우회전 플랩 모드(S100) 중 어느 하나를 수행하는 컨트롤러(60)가 포함됨으로써 볼드하고 남성다운 디자인 구현을 위해 의도적으로 필요한 최소 갭보다 더 크게 설정한 휠 아치-타이어 전방 갭(gfront)의 간격이 플랩(20)으로 좁혀져 휠 아치-타이어 전방 갭(gfront)으로 흐르는 주행풍의 후류를 작게 하여 공력 개선 효과를 높여주고, 액추에이터(31)에 의한 즉각적인 플랩 전개량 조절로 조타 시 타이어(110-1,110-2)와 주변 휠가드 접촉 방지로 휠 아치-타이어 부위의 내구 성능 개선이 이루어지는 특징을 갖는다.

Description

능동형 에어 가이드 시스템 및 이를 이용한 차량의 공력 개선 제어 방법{Active Air Guide System and Method for controling Aerodynamic Force Improvement of Vehicle Thereof}
본 발명은 에어 가이드 시스템에 관한 것으로, 특히 휠 아치-타이어가 형성하는 상방/전방 갭(Gab) 중 전방 갭 조절을 통해 공력 성능과 내구 성능 개선의 엔지니어링 성능 충족과 함께 충분한 전방 갭 설정을 통해 디자인 측면도 만족 가능한 차량의 능동형 에어 가이드 시스템을 이용한 공력 개선 제어 방법에 관한 것이다.
최근 들어 자동차 산업에 요구하는 배기/환경규제 강화는 연비성능개선을 위해 공기역학적인 디자인 요소로 공력(Aerodynamic Force) 중 항력(Drag Force)을 저감하려는 기술이 접목되고 있다.
일례로 상방/전방 갭을 갖는 휠 아치-타이어 부위는 차량 주행 시 고속으로 회전하는 휠/타이어에 의한 공력 영향도를 갖는 차량의 전/후방 측면 부위로서 항력 저감 기술이 적용 가능하다.
구체적인 항력 저감 기술 적용의 예로 가변 서스펜션(Suspension)이 있다. 상기 가변 서스펜션은 차량의 고속 주행에서는 무게중심이 낮추어 지도록 서스펜션의 길이를 줄여줌으로써 타이어 상방 갭의 축소로 차량의 다운포스(Down Force)를 증대하고, 나아가 저속 주행에서는 범프(Bump) 스트로크 길이를 길게 하여 댐핑 효과의 극대화도 제공할 수 있다.
그러므로 상기 가변 서스펜션은 조타 시 타이어의 회전반경과 충격흡수를 위한 서스펜션의 댐핑 효과를 고려해 간섭이 되지 않도록 일정 간격을 주어야 하는 휠 아치-타이어 갭에 대한 설계 및 디자인 조건을 충족하면서도 연비 개선을 위한 항력 저감에 기여할 수 있다.
미국등록특허 US 8,162,380 B2
하지만, 상기 가변 서스펜션 적용 항력 저감 기술은 휠 아치-타이어의 상방 갭대비 전방 갭까지 가변 서스펜션으로 줄이는 데에는 근본적인 한계가 있을 수밖에 없다.
나아가 상기 가변 서스펜션 적용 항력 저감 기술은 차량 디자인 추세를 반영하기 어렵다는 한계를 가질 수밖에 없다. 이러한 이유는 휠아치-타이어 갭은 차량 디자인 측면에서 볼드하고 남성다운 디자인 구현을 위해 의도적으로 필요한 최소 갭보다 더 크게 설정되어야 하고, 이러한 휠 아치-타이어 갭의 확대 구조는 연비 개선에 필요한 항력 저감 기여도를 얻을 수 없게 하기 때문이다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 휠 아치-타이어 부위에 차속으로 전방 갭 조절이 가능한 능동형 에어 가이드 시스템을 적용함으로써 차량 디자인 추세를 적극 반영할 수 있고, 특히 차량의 직진과 선회 조건에 맞춘 플랩 전개 모드의 다양화로 휠 아치-타이어 전방 갭 부위에 범퍼 스킨 면 증대가 이루어짐으로써 층류(Laminar Flow)로 유동 박리점을 뒤로 연장하고 후류를 작게 만들어 주는 주행풍 유동으로 공력 개선 효과를 높여주면서도 액추에이터에 의한 즉각적인 플랩 전개량 조절로 조타 시 타이어와 주변 휠가드 접촉 방지로 휠 아치-타이어 부위의 내구 성능을 개선할 수 있는 능동형 에어 가이드 시스템 및 이를 이용한 차량의 공력 개선 제어 방법의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에어 가이드 시스템은 플랩, 상기 플랩을 이동시키는 플랩 구동 장치, 상기 플랩에 힌지 결합축으로 힌지 결합되어 상기 플랩과 함께 위치 이동되고, 상기 위치 이동 중 이동 정지 위치를 형성하여 상기 힌지 결합축에 대해 회전 가능한 보조 플랩, 및 상기 힌지 결합축에 대한 상기 보조 플랩의 회전각도를 제한해 주는 보조 플랩 가이더가 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 위치 이동은 상기 플랩과 상기 보조 플랩이 외부 노출되지 않는 플랩 미 전개 상태 ①, 상기 플랩과 상기 보조 플랩이 외부 노출되는 플랩 중간 전개 상태 ②, 및 상기 플랩의 외부 노출 상태에서 상기 보조 플랩이 상기 힌지 결합축에 대해 회전되는 플랩 풀 전개상태 ③로 구분된다.
바람직한 실시예로서, 상기 보조 플랩은 상기 플랩의 하부 구간에서 0~15°를 보조 플랩 회전각으로 하여 회전된다.
바람직한 실시예로서, 상기 힌지 결합축은 경첩 구조를 형성하여 상기 보조 플랩이 상기 플랩에서 회전되도록 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 보조 플랩은 리턴 스프링을 구비하고, 상기 리턴 스프링은 스프링 복원력으로 상기 보조 플랩의 회전 상태를 초기 상태로 복귀시켜 준다.
바람직한 실시예로서, 상기 플랩 구동 장치는 동력을 발생하는 액추에이터, 상기 플랩을 이동시키도록 상기 플랩과 고정된 무빙 로드, 및 상기 액추에이터와 상기 무빙 로드를 연결하여 상기 액추에이터의 움직임으로 상기 무빙 로드를 전후 이동시켜 주는 시이소우 링크로 구성된다.
바람직한 실시예로서, 상기 시이소우 링크는 상기 액추에이터와 상기 무빙 로드가 형성한 이격 거리로 시이소우 움직임을 형성하고, 상기 시이소우 움직임은 상기 액추에이터의 이동에 대해 상기 무빙 로드의 이동을 전후 방향으로 형성하여준다.
바람직한 실시예로서, 상기 플랩 구동 장치는 상기 플랩의 상단부와 하단부에 각각 위치된다.
바람직한 실시예로서, 상기 보조 플랩과 상기 보조 플랩 가이더의 회전각도 제한 구조는 상기 보조 플랩에서 돌출된 걸림 돌기와 상기 보조 플랩 가이더에서 “ㄷ"자 형상으로 트인 개구 공간으로 형성된다.
바람직한 실시예로서, 상기 개구 공간은 상기 걸림 돌기가 이동되는 보조 플랩 이동 길이를 형성하고, 상기 걸림 돌기는 상기 보조 플랩이 회전되도록 개구 공간 내벽과 접촉으로 이동 정지된다.
바람직한 실시예로서, 상기 보조 플랩은 상기 걸림 돌기에 회전 돌기를 구비하고, 상기 보조 플랩 가이더는 상기 개구 공간을 상하로 구획하여 단차 구간이 형성되는 스텝 가이드를 구비하며, 상기 걸림 돌기는 상기 스텝 가이드의 스텝 끝 위치에서 상기 단차 구간으로 이동되고, 상기 회전 돌기는 상기 보조 플랩의 회전 시 상기 단차 구간에서 상기 개구 공간의 접촉내벽과 접촉 상태를 유지하여 준다.
바람직한 실시예로서, 상기 단차 구간은 상기 스텝 가이드의 스텝 끝 위치에서 상기 접촉내벽쪽으로 하향 경사진다.
그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량은 플랩 구동 장치애 의해 이동되는 플랩, 경첩 구조로 상기 플랩과 결합된 상태에서 보조 플랩 가이더의 회전각도 제한으로 회전되는 보조 플랩으로 이루어지고, 휠 아치-타이어 전방 갭의 간격을 상기 플랩으로 좁혀 상기 휠 아치-타이어 전방 갭으로 흐르는 주행풍의 후류를 작게 형성해 주는 에어 가이더; 상기 플랩을 이동시켜주는 직진 플랩 모드와 함께 상기 플랩이 이동된 상태에서 상기 보조 플랩을 회전시켜주는 좌회전 플랩 모드 또는 우회전 플랩 모드로 상기 플랩 구동 장치를 제어해주는 컨트롤러; 상기 에어 가이더를 장착하는 내부 공간이 형성되고, 상기 에어 가이더가 가려져 외부 노출되지 않는 내부 공간으로 상기 에어 가이더를 장착하는 범퍼가 포함되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 에어 가이더는 좌측 타이어 쪽 휠 아치-타이어 갭으로 설치되는 좌측 에어 가이더, 우측 타이어 쪽 휠 아치-타이어 갭으로 설치되는 우측 에어 가이더로 구성된다.
바람직한 실시예로서, 상기 직진 플랩 모드에서 상기 좌측 에어 가이더와 상기 우측 에어 가이더는 상기 플랩을 이동시켜주며, 상기 좌회전 플랩 모드에서 상기 좌측 에어 가이더는 상기 플랩을 이동시켜주는 반면 상기 우측 에어 가이더는 상기 플랩의 이동 상태에서 상기 보조 플랩을 회전시켜주고, 상기 우회전 플랩 모드에서 상기 우측 에어 가이더는 상기 플랩을 이동시켜주는 반면 상기 좌측 에어 가이더는 상기 플랩의 이동 상태에서 상기 보조 플랩을 회전시켜준다.
바람직한 실시예로서, 상기 범퍼에는 에어 덕트가 구비되고, 상기 에어 덕트는 상기 플랩 구동 장치를 결합한다.
바람직한 실시예로서, 상기 컨트롤러는 정보 검출부와 연계되고, 상기 정보 검출부는 엔진 시동 후 차속, 엔진회전수, 조타각을 차량 정보로 상기 컨트롤러에 전송한다.
바람직한 실시예로서, 상기 컨트롤러는 차량 운전석의 경고등과 연계되고, 상기 경고등은 상기 플랩 구동 장치의 액추에이터 고장을 표시해 준다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 공력 개선 제어 방법은 엔진 시동 후 컨트롤러에 의해 플랩 작동 정보로 범퍼에 내장된 에어 가이드 시스템의 작동 여부가 판단되는 단계; 플랩 모드 선택 정보로 직진과 선회를 구분하고, 직진 주행 시 상기 에어 가이드 시스템의 플랩이 이동되어 휠 아치-타이어 전방 갭의 간격이 좁아지는 직진 플랩 모드 수행 단계; 선회 주행 시 상기 플랩이 이동되어 상기 휠 아치-타이어 전방 갭의 간격이 좁아진 상태에서 상기 플랩에 경첩 구조로 결합된 보조 플랩이 보조 플랩 가이더의 회전각도 제한으로 상기 휠 아치-타이어 전방 갭의 안쪽 공간을 향해 회전되어지는 선회 플랩 모드 수행 단계;로 이루어진다.
바람직한 실시예로서, 상기 플랩 작동 정보는 차속이고, 상기 에어 가이드 시스템의 작동은 차속 임계값 이상에서 판단된다.
바람직한 실시예로서, 상기 플랩 모드 선택 정보는 조타각이고, 상기 직진 주행과 상기 선회 주행은 조타각 임계값으로 구분된다.
바람직한 실시예로서, 상기 조타각 임계값 미만은 상기 직진 플랩 모드에 적용되고, 상기 조타각 임계값 이상은 상기 선회 플랩 모드에 적용된다.
바람직한 실시예로서, 상기 선회 플랩 모드는 조타각 네가티브 부호(-)에 의한 좌회전 플랩 모드, 조타각 포지티브 부호(+)에 의한 우회전 플랩 모드로 구분된다.
이러한 본 발명의 차량에 적용된 능동형 에어 가이드 시스템 및 그 제어 방법을 통해 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.
첫째 공력 성능 개선으로, 이는 능동형 에어 가이드 시스템의 플랩이 휠 아치-타이어의 전방 갭에 대한 범퍼 스킨면을 증대해 줌으로써 주행풍의 유동 박리점을 뒤쪽으로 연장하고 후류를 작게 만들어 줌에 기인한다. 둘째 내구 성능 개선으로, 이는 능동형 에어 가이드 시스템의 플랩이 전기적인 신호를 받아 구동되는 액추에이터로 동작됨으로써 플랩이 조타 시 즉각적인 플랩의 전개량 조절로 타이어와 주변 휠가드 접촉 방지가 가능함 기인한다. 셋째, 능동형 에어 가이드 시스템의 플랩을 보조 플랩과 조합해 선회 시 플랩 전개 효과를 강화함으로써 플랩 기반(Flap Base) 대비 약 4 count 항력 개선이 이루어진다. 넷째, 능동형 에어 가이드 시스템이 이중 플랩과 액추에이터로 휠아치-타이어의 전방갭을 능동적으로 조절함으로써 기존의 공기압 이용 방식 대비 미세 제어 어려움을 해소하면서 범퍼 스킨면 증대로 인한 유동 박리 지연 효과가 가능하다. 다섯째, 능동형 에어 가이드 시스템의 플랩에 의한 휠아치-타이어의 전방 갭 제어에 더하여 가변 서스펜션을 이용한 휠아치-타이어의 상단 갭을 조함함으로써 기존의 가변 서스펜션이 갖는 구조적 한계를 극복하면서 디자인 및 엔지니어링 성능을 동시에 만족시켜 차량 상품성이 크게 높아질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 능동형 에어 가이드 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 능동형 에어 가이드 시스템의 보조 플랩에 적용된 보조 플랩 가이더 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 능동형 에어 가이드 시스템의 플랩 레이아웃 예이며, 도 4는 본 발명에 따른 능동형 에어 가이드 시스템이 플랩 미 전개 상태 ①-> 플랩 중간 전개 상태 ②-> 플랩 풀 전개(보조플랩 각도 변경)상태 ③로 진행하는 과정을 보조 플랩을 중심으로 예시한 상태이고, 도 5는 본 발명에 따른 능동형 에어 가이드 시스템이 적용된 차량의 예이며, 도 6은 본 발명에 따른 차량의 운행 중 능동형 에어 가이드 시스템을 작동시키는 차량 공력 개선 제어 방법의 순서도이고, 도 7은 본 발명에 따른 능동형 에어 가이드 시스템이 차량의 저속 주행 시 작동되지 않는 상태이며, 도 8은 본 발명에 따른 능동형 에어 가이드 시스템이 차량의 고속 직진 주행 시 직진 플랩 모드로 동작되는 상태이고, 도 9는 본 발명에 따른 능동형 에어 가이드 시스템이 차량의 고속 좌회전 시 좌회전 플랩 모드로 동작되는 상태이며, 도 10은 본 발명에 따른 능동형 에어 가이드 시스템이 차량의 고속 우회전 시 우회전 플랩 모드로 동작되는 상태이다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 에어 가이드 시스템(1)은 에어 가이더(10), 컨트롤러(60) 및 마운팅 브래킷(80)을 포함한다. 특히 상기 에어 가이더(10)는 전기적 신호로 동작하는 액추에이터에 의한 즉각적인 플랩 전개량 조절이 이루어지는 플랩(20)을 갖춤으로써 상기 에어 가이드 시스템(1)을 능동형 에어 가이드 시스템으로 특징하여 준다.
구체적으로 상기 에어 가이더(10)는 플랩(20), 플랩 구동 장치(30), 보조 플랩(40) 및 보조 플랩 가이더(50)를 포함한다.
일례로 상기 플랩(20)은 플랩 길이에 의한 소정 폭 크기와 바디 라인(20-1)에 의한 만곡진 곡선 형상 또는 호 형상을 형성하는 플랩 바디로 이루어진다. 특히 상기 플랩(20)은 플랩 구동 장치(30)와 연계되어 액추에이터(31)의 로드 축 길이 변화로 플랩 이동이 이루어지고, 플랩 바디의 일부 구간에서 보조 플랩(40)이 회전(또는 접혀)지도록 결합됨으로써 비행기 날개와 같이 플랩(20)을 지나가는 주행풍의 유동 흐름에 변화를 줄 수 있다.
이를 위해 상기 플랩(20)은 플랩 바디의 한쪽 면에 고정 돌기(23)를 형성하여 플랩 구동 장치(30)의 무빙 로드(33)와 연결되고, 상기 고정 돌기(23)는 상기 무빙 로드(33)의 한쪽을 이루는 고정 엔드(33-1)와 접촉된다.
또한, 상기 플랩(20)은 플랩 바디의 고정 돌기(23)를 기준으로 플랩 바디의 아래쪽 하부 영역에 “ㄷ"자 구조의 보조 플랩 공간(21)을 형성하고, 상기 보조 플랩 공간(21)의 상/하부위에서 플랩 바디에 상측 피메일(25-1)과 하측 피메일(25-2)을 구비한다. 특히 상/하측 피메일(25-1,25-2)은 보조 플랩(40)의 상/하측 메일(45-1,45-2)과 힌지 결합축(46)을 매개로 연결되어 리프트 오프 경첩을 구성한다.
일례로 상기 플랩 구동 장치(30)는 상단 플랩 구동 장치(30-1)와 하단 플랩 구동 장치(30-2)로 구성되고, 상기 상/하단 플랩 구동 장치(30-1.30-2)는 액추에이터(31), 시이소우 링크(32) 및 무빙 로드(33)를 동일한 구성요소로 한다. 이 경우 상기 상/하단 플랩 구동 장치(30-1.30-2)의 각각은 외부 노출되지 않도록 내측 방향으로 위치된다.
이를 위해 상기 액추에이터(31)는 플랩(20)을 이동시켜 주는 움직임을 갖는 로드 축을 구비하고, 전기적 신호로 동작함으로써 로드 축의 움직임이 액추에이터로 신속하게 인출(예, 액추에이터 ON)되거나 인입(예, 액추에이터 OFF)된다. 상기 시이소우 링크(32)는 액추에이터(31)와 무빙 로드(33)에 대해 수직하게 배열됨으로써 수직 간격의 모멘트 거리로 액추에이터(31)의 로드 축과 무빙 로드(33)의 한쪽 엔드 부위를 함께 연결한다. 상기 무빙 로드(33)는 한쪽 엔드 부위가 시이소우 링크(32)에 연결된 상태에서 반대쪽 부위인 고정 엔드(33-1)가 플랩(20)의 플랩 바디에 돌출된 고정 돌기(23)와 접촉된다.
그러므로 상기 액추에이터(31)와 상기 무빙 로드(33)는 연결 링크(32)를 매개로 액추에이터(31)의 이동을 무빙 로드(33)의 전후 이동(또는 반대 방향 움직임의 방향 전환 이동)이 형성되는 시이소우 운동으로 플랩(20)을 전/후방 이동시켜 준다. 즉, 상기 액추에이터(31)의 로드 축이 빠져 나오는 인출 이동은 시이소우 링크(32)의 모우멘트 거리에 의해 무빙 로드(33)를 로드 축과 반대 방향으로 밀어내주고, 상기 무빙 로드(33)의 밀림 이동은 플랩(20)을 우측 방향으로 이동시켜 빠져나가도록 한다.
반면 상기 액추에이터(31)의 로드 축이 들어가는 인입 이동은 시이소우 링크(32)의 모우멘트 거리에 의해 무빙 로드(33)를 로드 축과 반대 방향으로 당겨줌으로써 무빙 로드(33)에 의해 플랩(20)이 좌측 방향으로 이동되어 초기 위치로 복귀되도록 한다.
일례로 상기 보조 플랩(40)은 플랩(20)의 바디 라인(20-1)과 일치하는 만곡진 곡선 형상 또는 호 형상의 바디 라인(40-1)을 형성하는 플랩 바디로 이루어지고, 걸림 돌기(41)와 힌지 부재(45-1,45-2,46) 및 리턴 스프링(47)을 포함한다.
이를 위해 상기 걸림 돌기(41)는 소정크기로 보조 플랩(40)의 플랩 바디에 직각으로 형성되어 보조 플랩 가이더(50)와 연계된다. 상기 힌지 부재(45-1,45-2,46)는 상/하측 메일(45-1,45-2)로 플랩(20)의 상/하측 피메일(25-1,25-2)과 각각 결합되고, 힌지 결합축(46)을 회전 중심으로 하여 상측 피메일(25-1)과 상측 메일(45-1) 및 하측 피메일(25-2)과 하측 메일(45-2)의 각각을 결합한다. 상기 리턴 스프링(47)은 플랩(20)과 보조 플랩(40)의 플랩 바디에 양단이 고정되어 보조 플랩(40)의 회전(또는 접힘)으로 스프링 탄성 복원력을 발생한다. 이 경우 상기 리턴 스프링(47)은 토셔널 스프링을 적용한다.
그러므로 상기 플랩(20)과 상기 보조 플랩(40)은 상/하측 피메일/메일(25-1,25-2,45-1,45-2) 및 힌지 결합축(46)을 매개로 경첩 구조로 결합됨으로써 플랩(20)의 보조 플랩 공간(21)에 대해 소정각도로 회전(또는 접혀)지도록 보조 플랩(40)의 각운동이 가능하다. 이 경우 상기 경첩 구조는 리프트 오프 경첩으로 특징된다.
일례로 상기 보조 플랩 가이더(50)는 보조 플랩(40)의 걸림 돌기(41)가 수용되고, 보조 플랩(40)의 이동 거리를 제한한다.
구체적으로 상기 컨트롤러(60)는 상/하단 플랩 구동 장치(30-1.30-2)의 액추에이터(31)를 제어하고, 액추에이터 제어로직이 프로그래밍되어 저장된 메모리를 구비한 중앙처리장치로 동작함으로써 플랩(20)과 보조 플랩(40)의 움직임을 플랩 미 전개 상태 ①/플랩 중간 전개 상태 ②/플랩 풀 전개(보조플랩 각도 변경) 상태 ③(도 3 참조)로 만들어 준다.
이를 위해 상기 컨트롤러(60)는 정보 검출부(70)를 포함하고, 상기 정보 검출부(70)는 외부 정보를 검출하여 컨트롤러(60)에 제공한다. 이 경우 상기 외부 정보는 도 4의 차량(100)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 에어 가이드 시스템(1)은 마운팅 브래킷(80)을 포함하고, 상기 마운팅 브래킷(80)은 플랩 브래킷(80-1)과 보조 플랩 가이더 브래킷(80-2)으로 구성된다. 특히 상기 플랩 브래킷(80-1)과 상기 보조 플랩 가이더 브래킷(80-2)은 플랩(20)과 보조 플랩(40)의 바다 라인(20-1,40-)과 동일한 바다 라인을 형성한다. 이 경우 상기 플랩 브래킷(80-1)은 도 4의 에어 덕트(140)로 대체되고, 상기 보조 플랩 가이더 브래킷(80-2)은 도 4의 범퍼(130)로 대체될 수 있다.
일례로 상기 플랩 브래킷(80-1)은 플랩(20)과 보조 플랩(40)이 미 전개 상태에서 외부 노출되지 않도록 가져주고, 상/하단 플랩 구동 장치(30-1.30-2)가 각각 결합되도록 상/하단 고정부(81A,81B)를 형성한다.
특히 상기 상/하단 고정부(81A,81B)는 수용 박스를 형성하여 상/하단 플랩 구동 장치(30-1.30-2)의 액추에이터(31)가 삽입되는 공간으로 제공하고, 홀이 뚫려진 다수의 리브 구조를 형성하여 무빙 로드(33)가 관통되는 부위로 제공한다.
일례로 상기 보조 플랩 가이더 브래킷(80-2)은 보조 플랩 가이더(50)가 결합되는 보조 플랩 가이더 고정부(83)를 형성하여 플랩 브래킷(80-1)의 하부부위로 위치된다. 특히 상기 보조 플랩 가이더 고정부(83)는 보조 플랩 가이더(50)의 한쪽 측면부가 고정되도록 수직한 측벽으로 돌출되고, 플랩(20)이 수직 측벽을 지나가도록 플랩(20)이 관통되는 개구 채널을 형성한다.
한편, 도 2는 상기 보조 플랩 가이더(50)의 구조로서, 상기 보조 플랩 가이더(50)는 보조 플랩(40)의 걸림 돌기(41)가 수용되는 개구 공간(51)을 형성한 “ㄷ"자 박스 형상으로 이루어진다.
특히 상기 보조 플랩 가이더(50)의 개구 공간(51)은 보조 플랩 이동 길이(Ls)를 형성하고, 상기 보조 플랩 이동 길이(Ls)는 걸림 돌기(41)를 구속하지 않음으로써 보조 플랩(40)이 플랩(20)과 함께 이동될 수 있는 길이를 형성하여 준다.
그러므로 상기 보조 플랩 가이더(50)는 보조 플랩 이동 길이(Ls)의 끝에서 그 내벽으로 걸림 돌기(41)를 구속함으로써 플랩(20)의 추가 이동 시 보조 플랩 가이더(50)의 내벽에 의한 걸림 돌기(41)의 구속으로 보조 플랩(40)이 플랩(20)에 대해 회전(또는 접혀)질 수 있도록 한다. 이 경우 상기 보조 플랩(40)의 회전(또는 접힘)은 보조 플랩 회전각(W)(도 3 참조)를 형성하여 준다.
나아가 상기 보조 플랩(40)은 걸림 돌기(41)의 면에 반구형상으로 돌출된 회전 돌기(41-1)을 더 구비하고, 상기 보조 플랩 가이더(50)는 개구 공간(51)의 내부에 길이방향으로 스텝 가이드(53)를 더 포함한다.
또한, 상기 보조 플랩 가이더(50)의 스텝 가이드(53)는 개구공간(51)을 상하로 구획하도록 개구공간(51)의 중간부위에서 돌출되어 보조 플랩(40)은 걸림 돌기(41)를 지지하여 준다. 특히 상기 보조 플랩 가이더(50)의 스텝 가이드(53)는 스텝 엔드부(53-1)로 개구 공간(51)의 한쪽끝부를 이루는 접촉내벽(55)로 경사지게 이어지도록 한다.
하지만, 상기 스텝 가이드(53)는 개구공간(51)에 단차를 형성하고, 상기 단차는 보조 플랩(40)의 걸림 돌기(41)를 밑으로 내리고 복귀시 위로 올려줌으로써 보조 플랩(40)의 상하 이동을 가져올 수 있으나 플랩(20)과 보조 플랩(40)의 상호 윰직임을 위한 유격으로 작용되는 효과가 있다.
그러므로 상기 보조 플랩 가이더(50)의 스텝 가이드(53)는 개구 공간(51)에서 보조 플랩(40)의 걸림 돌기(41)를 안정적으로 지지한 상태에서 개구 공간(51)의 지지내벽(55)쪽으로 이동될 수 있도록 하고, 스텝 엔드부(53-1)는 경사 구간을 이용함으로써 걸림 돌기(41)의 회전 돌기(41-1)이 개구 공간(51)의 접촉내벽(55)과 접촉으로 보조 플랩(40)을 보조 플랩 회전각(W)로 회전시킨 후 리턴 스프링(47)의 복원력으로 초기 위치로 복귀될 때 걸림 돌기(41)가 매끄럽게 스텝 엔드부(53-1)의 경사를 타고 올라갈 수 있도록 한다.
한편, 도 3은 상기 플랩(20)과 상기 보조 플랩(40)에 대한 작동 상태를 나타낸다.
일례로 플랩 미 전개 상태 ①을 참조하면, 상/하단 플랩 구동 장치(30-1.30-2)의 액추에이터(31)가 미 작동 상태로 됨으로써 플랩(20)은 보조 플랩 가이더 브래킷(80-2)의 보조 플랩 가이더 고정부(83)로 들어가는 좌측 이동으로 초기 상태를 형성한다. 이 경우 컨트롤러(60)는 액추에이터(31)의 전원 공급을 차단한다.
이로 인해 상기 플랩(20)은 좌측 이동 방향으로 플랩 히든 간격(G)만큼 움직임으로써 플랩 길이(L)가 플랩 브래킷(80-1)과 보조 플랩 가이더 브래킷(80-2)으로 완전하게 가려져 외부 노출되지 않는 상태로 된다.
계속해서 플랩 중간 전개 상태 ②를 참조하면, 상기 상/하단 플랩 구동 장치(30-1.30-2)의 액추에이터(31)는 컨트롤러(60)의 제어로 전원 공급 상태에서 작동됨으로써 액추에이터(31)의 로드 축이 좌측 이동 방향으로 빠져나오면서 시이소우 링크(32)의 하단부를 밀어내게 된다. 이어 상기 시이소우 링크(32)는 시이소우 거동을 형성하고, 상기 시이소우 거동은 하단부와 상단부를 반대방향으로 움직여 줌으로써 시이소우 링크(32)가 무빙 로드(33)를 우측 이동 방향으로 밀어내게 된다.
그러면 상기 무빙 로드(33)는 고정 엔드(33-1)와 고정 돌기(23)로 결합된 플랩(20)을 우측 이동 방향으로 밀어내고, 상기 플랩(20)은 플랩 히든 간격(G)을 지나 플랩 브래킷(80-1)과 보조 플랩 가이더 브래킷(80-2)에서 빠져 나오게 된다. 이때 보조 플랩(40)은 걸림 돌기(41)가 보조 플랩 가이더(50)의 개구 공간에서 보조 플랩 가이더(50)의 제약 없이 플랩(20)과 함께 이동된다.
그 결과 상기 플랩(20)은 플랩 중간 전개 길이(La)를 형성함으로써 플랩 브래킷(80-1)과 보조 플랩 가이더 브래킷(80-2)이 유동 가이드 길이(Ka)만큼 플랩(20)으로 연장 되어진다.
최종적으로 플랩 풀 전개(보조플랩 각도 변경)상태 ③을 참조하면, 상기 상/하단 플랩 구동 장치(30-1.30-2)의 액추에이터(31)는 컨트롤러(60)의 제어로 전원 공급 상태에서 작동 지속됨으로써 액추에이터(31)의 로드 축이 좌측 이동 방향으로 더 빠져나오면서 시이소우 링크(32)의 하단부를 더 밀어내게 된다. 이어 상기 시이소우 링크(32)는 시이소우 거동으로 상단부를 반대방향으로 더 움직여 줌으로써 시이소우 링크(32)가 무빙 로드(33)를 우측 이동 방향으로 더 밀어내게 된다.
그러면 상기 플랩(20)은 무빙 로드(33)에 의해 우측 이동 방향으로 더 밀려나는 반면 보조 플랩 가이더(50)의 한쪽 내벽에 걸림 돌기(41)가 걸린 보조 플랩(40)은 경첩 구조(25-1,25-2, 45-1,45-2,46)를 회전 중심으로 하여 회전(또는 접혀)된다.
그 결과 상기 플랩(20)은 플랩 풀 전개 길이(Lb)를 형성함으로써 플랩 브래킷(80-1)과 보조 플랩 가이더 브래킷(80-2)이 유동 안쪽 유도 길이(Kb)만큼 플랩(20)으로 연장되어진다. 반면 상기 보조 플랩(40)은 안쪽 공간으로 회전되어(또는 젖혀져) 플랩 회전각(W)을 형성한다.
그러므로 상기 플랩 길이(L), 상기 보조 플랩 이동 길이(Ls), 상기 플랩 히든 간격(G), 상기 플랩 중간 전개 길이(La), 상기 플랩 풀 전개 길이(Lb), 상기 유동 가이드 길이(Ka), 상기 유동 안쪽 유도 길이(Kb) 및 상기 보조 플랩 회전각(W)의 관계는 하기와 같다.
La = L + G + Ka
Lb = L + G + Kb
Ls = G + Ka
Ka < Kb
그러므로 상기 플랩(20)은 “L + G"를 좌측 방향 이동거리로 하면서 ”L + G + Kb"를 우측 방향 이동거리로 하며, 상기 보조 플랩(40)은 ”Ls + Ka"를 우측 방향 이동거리로 한다.
특히 상기 보조 플랩(40)은 “Kb-Ka”의 플랩 이동 거리 차로 보조 플랩 회전각(W)을 형성하는데, 이는 플랩(20)은 플랩 이동 거리 차(Kb-Ka) 만큼 이동되는데 반해 보조 플랩(40)은 플랩(20)이 이동하는 동안 보조 플랩 가이더(50)로 구속된 걸림 돌기(41)에 의해 경첩 구조(25-1,25-2, 45-1,45-2,46)를 회전 중심으로 하여 회전(또는 접혀)되기 때문이다.
이 경우 상기 보조 플랩 회전각(W)의 각도는 유동 박리 현상이 일어나지 않도록 0~15°사이로 제한되고, 상기 플랩 이동 거리 차(Kb-Ka)의 길이도 힘과 거리의 모우멘트 관계식을 이용하여 최대 15° 보조 플랩 회전각(W)이 형성되는 크기로 설정된다.
한편 도 4는 능동형 에어 가이드 시스템(1)이 플랩 미 전개 상태 ①-> 플랩 중간 전개 상태 ②-> 플랩 풀 전개(보조플랩 각도 변경)상태 ③로 진행하는 과정을 보조 플랩을 중심으로 예시한 상태를 나타낸다.
먼저, 상기 플랩 미 전개 상태 ①에서 보조 플랩(40)의 작동을 참조하면, 상기 보조 플랩(40)의 걸림 돌기(41)는 보조 플랩 가이더(50)의 개구공간(51) 내부에서 스텝 가이드(53)의 위에 얹어진 상태이고, 상기 걸림 돌기(41)의 회전 돌기(41-1)도 스텝 가이드(53)의 위에 얹어진 상태이다.
그러므로 상기 플랩 미 전개 상태 ①은 플랩(20)과 보조 플랩(40)이 외부로 노출되지 않은 상태이다.
이어 플랩 중간 전개 상태 ② 에서 보조 플랩(40)의 작동을 참조하면, 상기 보조 플랩(40)이 플랩(20)과 함께 이동됨으로써 보조 플랩(40)의 걸림 돌기(41)는 보조 플랩 가이더(50)의 개구공간(51) 내부에서 스텝 가이드(53)를 따라 이동하여 스텝 끝 위치에 도달된다. 이 경우 상기 걸림 돌기(41)의 회전 돌기(41-1)은 스텝 끝 위치에서 돌출되나 개구 공간(51)의 한쪽끝부를 이루는 접촉내벽(55)과는 간격을 유지하는 상태이다.
그러므로 상기 플랩 중간 전개 상태 ②은 플랩(20)과 보조 플랩(40)이 유동 가이드 길이(Ka)만큼 외부로 노출된 상태이다.
최종적으로 플랩 풀 전개(보조플랩 각도 변경)상태 ③에서 보조 플랩(40)의 작동을 참조하면, 상기 보조 플랩(40)이 플랩(20)과 함께 더 이동됨으로써 보조 플랩(40)의 걸림 돌기(41)는 보조 플랩 가이더(50)의 개구공간(51) 내부에서 스텝 가이드(53)의 스텝 끝 위치를 벗어나 스텝 엔드부(53-1)의 경사를 타고 단차 구간을 따라 내려가서, 단차 아래 구간에 위치한다.
이어 상기 보조 플랩(40)이 플랩(20)과 함께 계속 이동됨으로써 상기 걸림 돌기(41)의 회전 돌기(41-1)이 보조 플랩 가이더(50)의 접촉내벽(55)에 접촉된다.
그러면 상기 보조 플랩(40)은 회전 돌기(41-1)은 보조 플랩 가이더(50)의 접촉내벽(55)과 접촉된 상태를 유지하고, 걸림 돌기(41)는 보조 플랩(40)과 플랩(20)의 힌지 결합축(46)을 회전 중심으로 하여 회전 돌기(41-1)과 접촉내벽(55)의 접촉 상태에서 회전을 하게 된다.
그러므로 상기 보조 플랩(40)은 걸림 돌기(41)의 회전 돌기(41-1)이 접촉내벽(55)과 안정적인 접촉 상태를 유지함으로써 보조 플랩(40)과 플랩(20)의 힌지 결합축(46)을 회전 중심으로 회전하여 최대 15°까지 보조 플랩 회전각(W)을 형성하여 준다.
한편, 도 5는 능동형 에어 가이드 시스템(1)이 적용된 차량(100)을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 상기 차량(100)은 전방에 장착된 범퍼(130)의 좌/우측 부위와 휠 아치 패널(110)의 좌/우측 펜더 부위로 휠 아치-타이어 갭을 형성함으로써 좌/우측 타이어(110-1,110-2)의 각각에 대해 상방 갭(gtop)과 전방 갭(gfront)을 형성하고, 범퍼(130)의 좌/우측 부위로 에어 덕트(140)와 연계한 에어 가이드 시스템(1)을 내장하여 상기 전방 갭(gfront)에 대한 간격 조절이 이루어진다.
구체적으로 상기 에어 가이드 시스템(1)은 도 1 내지 도 3을 통해 기술된 에어 가이더(10), 플랩(20), 보조 플랩 공간(21), 고정 돌기(23), 플랩 구동 장치(30), 상/하단 플랩 구동 장치(30-1.30-2), 액추에이터(31), 시이소우 링크(32), 무빙 로드(33), 보조 플랩(40), 고정 돌기(41), 경첩 구조(25-1,25-2, 45-1,45-2,46), 스프링(47) 및 보조 플랩 가이더(50)를 동일한 구성요소로 포함한다.
다만, 상기 에어 가이드 시스템(1)은 도 1 내지 도 3을 통해 기술된 에어 가이더(10)를 좌측 에어 가이더(10-1)와 우측 에어 가이더(10-2)의 한 쌍으로 구성하고, 상기 좌측 에어 가이더(10-1)를 좌측 타이어(110-1) 쪽 휠 아치-타이어 갭으로 설치하며, 상기 우측 에어 가이더(10-2)를 우측 타이어(110-2) 쪽 휠 아치-타이어 갭으로 설치하는 차이가 있다.
또한, 상기 에어 가이드 시스템(1)은 도 1 내지 도 3을 통해 기술된 컨트롤러(60)는 차량(100)의 운전석에 구비된 경고등(150)을 제어하고, 정보 검출부(70)는 외부 정보를 차량(100)의 검출 정보로 대체하여 IG ON/OFF 신호, 차속, 엔진회전수, 조타각, 액추에이터 신호 등을 검출하여 컨트롤러(60)에 전송하는 차이가 있다. 특히 상기 컨트롤러(60)는 도 3에서 기술된 플랩(20)과 보조 플랩(40)의 움직임을 플랩 미 전개 상태 ①/플랩 중간 전개 상태 ②/플랩 풀 전개(보조플랩 각도 변경) 상태 ③을 구현하도록 도 5의 차량 공력 개선 제어 로직이 구현되는 차이가 있다.
그러므로 상기 컨트롤러(60)는 차량(100)의 엔진 ECU(Engine Electronic Control Unit)일 수 있다.
나아가 상기 에어 가이드 시스템(1)은 도 1 내지 도 3을 통해 기술된 보조 플랩 가이더 브래킷(80-2)을 범퍼(130)로 대체하고 플랩 브래킷(80-1)을 에어 덕트(140)로 대체하는 차이가 있다.
이를 위해 상기 범퍼(130)는 보조 플랩 가이더(50)를 고정하도록 수직한 측벽으로 돌출된 보조 플랩 가이더 고정부(131)를 형성하고, 상기 보조 플랩 가이더 고정부(131)는 플랩(20)의 움직임이 이루어지도록 개구 채널을 형성한다. 또한 상기 에어 덕트(140)는 상/하단 고정부(141,142)를 이용하여 액추에이터(31)를 수용하면서 무빙 로드(33)를 지지하여 준다.
그러므로 상기 에어 가이드 시스템(1)은 미 작동 상태에서 플랩 미 전개 상태 ①(도 3 참조)를 형성함으로써 플랩(20)과 보조 플랩(40)이 범퍼(130)로 가려져 외부 노출이 이루어지지 않는다.
한편, 도 6은 차량(100)의 운행 중 능동형 에어 가이드 시스템(1)을 작동시키는 차량 공력 개선 제어 방법의 순서도로서, 이를 도 6 내지 도 9를 참조로 상세하 설명한다. 이 경우 제어 주체는 컨트롤러(60)이고, 제어 대상은 액추에이터(31)이다
먼저 컨트롤러(60)는 S10의 시동 ON에 의한 엔진 운전 상태에서 S20의 에어가이드 시스템 정상을 확인한다. 이 경우 컨트롤러(60)는 정보 검출부(70)의 차량 정보 중 액추에이터 신호, 전류, 전압 등을 CAN 신호로 검출하여 에어 가이드 시스템(1)이 정상인지 확인한다.
그 결과 컨트롤러(60)는 에어 가이드 시스템(1)이 고장(Fail 또는 Error)인 경우 S20-1의 경고 단계로 전환함으로써 경고등(150)(도 4 참조)을 점등하여 운전자에게 시스템 고장을 알려 준 후 차량 공력 개선 제어 로직을 중단한다.
반면 컨트롤러(60)는 에어 가이드 시스템(1)이 정상인 경우 S30의 플랩 작동 정보 검출 단계로 진입한다.
이어 컨트롤러(60)는 상기 플랩 작동 정보 검출(S30)을 위해 정보 검출부(70)의 차량 정보 중 엔진 회전수와 차속을 검출하고, S40의 차속 판정 단계에서 차속 판정식을 이용하여 플랩 작동 필요성을 판단하여 준다.
차속 판정식 : V > X
여기서 “V"는 차량(100)의 차속 검출값인 현재 차속이고, ”X"는 차속 임계값(Threshold)으로 약 80Kph로 설정된다.
그 결과 컨트롤러(60)는 현재 차속(V)이 차속 임계값(X)보다 작은 약 80Kph미만이 경우 S40-1로 전환하여 에어가이드 시스템 OFF(즉, 에어가이드 시스템(10)의 미 작동)를 유지하고, S30의 플랩 작동 정보 검출 단계로 피드백 한다.
도 7을 참조하면, 상기 에어가이드 시스템 OFF(S40-1)은 좌측 타이어(110-1) 쪽 좌측 에어 가이더(10-1) 및 우측 타이어(110-2) 쪽 우측 에어 가이더(10-2)가 모두 작동 중지 상태임을 나타낸다. 그러므로 보조 플랩(40)은 보조 플랩 이동 길이(Ls)만큼 보조 플랩 가이더(50) 쪽으로 들어간 상태이고 동시에 플랩(20)은 플랩 히든 간격(G)만큼 범퍼(130)의 안쪽으로 들어감으로써 플랩(20)과 보조 플랩(40)은 휠 아치-타이어 전방 갭(gfront) 쪽으로 나오지 않고 범퍼(130)로 가려진 상태로 된다.
그러면 차량(100)의 전방에서 범퍼(100)의 좌/우측 부위로 지나가는 주행풍의 유동은 휠 아치-타이어 전방 갭(gfront)이 갖는 넓은 설정 간격으로 인해 일부 유동의 벌어짐을 발생함으로써 휠/타이어를 타고 매끄럽게 지나지 못하고 후류를 크게 형성할 수 있으나, 80Kph 미만의 저속 운행에서 후류가 크더라도 차량(100)의 공력 성능에 미치는 악영향이 미비하여 무시될 수 있다.
반면 컨트롤러(60)는 현재 차속(V)이 차속 임계값(X)보다 큰 약 80Kph 이상인 경우 S50의 플랩 모드 선택 정보 검출 단계로 진입한다.
계속해서 컨트롤러(60)는 상기 플랩 모드 선택 정보 검출(S50)을 위해 정보 검출부(70)의 차량 정보 중 조타각을 검출하고, S60의 조타각 판정 단계에서 조타각 판정식을 이용하여 플랩 작동이 플랩 모드를 구분하여 준다.
조타각 판정식 : S > Sa
여기서 “S"는 차량(100)의 조타각 검출값인 현재 조타각이고, ”Sa"는 조타각 임계값(Threshold)으로 약 +/- 3°로 설정된다.
그 결과 컨트롤러(60)는 현재 조타각(S)이 약 - 3°~ + 3°영역으로 - 3°또는 + 3°미만인 경우 차량(100)이 직진 상태임을 고려하여 S70의 직진 플랩 모드 동작 단계로 전환한다.
도 8을 참조하면, 상기 직진 플랩 모드(S70)는 좌측 타이어(110-1) 쪽 좌측 에어 가이더(10-1) 및 우측 타이어(110-2) 쪽 우측 에어 가이더(10-2)가 모두 작동 상태임을 나타낸다.
그러므로 상/하단 플랩 구동 장치(30-1.30-2)의 액추에이터(31)는 컨트롤러(60)의 제어로 전원 공급 상태에서 로드 축이 차량 전방 이동 방향으로 빠져나오면서 시이소우 링크(32)의 하단부를 밀어내게 된다. 이어 상기 시이소우 링크(32)는 시이소우 거동으로 상단부를 하단부의 반대방향으로 움직임으로써 무빙 로드(33)가 차량 후방 이동 방향으로 밀려 난다.
그러면 상기 무빙 로드(33)는 고정부(33-1,23)로 연결된 플랩(20)을 밀어냄으로써 걸림 돌기(41)가 보조 플랩 가이더(50)의 개구공간에서 보조 플랩 이동 길이(Ls)까지 이동되고, 플랩(20)은 보조 플랩(40)과 함께 차량 후방 이동 방향으로 진행하여 플랩 히든 간격(G)을 지나 플랩 중간 전개 길이(La) 까지 이동된다.
그 결과 상기 플랩(20)과 상기 보조 플랩(40)의 유동 가이드 길이(Ka)는 범퍼(130)와 에어 덕트(140)를 연장시켜 휠 아치-타이어 전방 갭(gfront)을 줄여줌으로써 차량(100)의 전방에서 범퍼(100)의 좌/우측 부위로 지나가는 주행풍의 유동은 휠 아치-타이어 전방 갭(gfront)의 초기 설정 간격 대비 좁은 간격을 지나므로 휠/타이어를 타고 매끄럽게 흐르고, 이러한 매끄러운 주행풍의 유동은 후류를 작게 함으로써 80Kph 이상의 고속 운행에서 차량(100)의 공력 성능에 미치는 악영향을 제거하여 줄 수 있다.
반면 컨트롤러(60)는 현재 조타각(S)이 약 - 3°~ + 3°영역을 벗어나 +/- 3°이상인 경우 차량(100)이 선회 상태임을 고려하여 S780의 조타각 네가티브 부호(- degree) 확인 단계로 진입하여 좌회전과 우회전을 구분하는 선회 플랩 모드(S90,S100)를 수행한다.
최종적으로 컨트롤러(60)는 상기 조타각 네가티브 부호 확인(S80)을 통해 현재 조타각(S)이 네가티브 부호(Negative Sign)의 - 3°이상인 경우 선회 플랩 모드(S90,S100) 중 S90의 좌회전 플랩 모드 동작 단계로 진입하는 반면 현재 조타각(S)이 포지티브 부호(Positive Sign)의 + 3°이상인 경우 선회 플랩 모드(S90,S100) 중 S100의 우회전 플랩 모드 동작 단계로 전환한다.
도 9를 참조하면, 상기 좌회전 플랩 모드(S90)는 좌측 타이어(110-1) 쪽 좌측 에어 가이더(10-1)는 정지되어 초기 상태(즉, 도 6 상태)를 유지하는 반면 우측 타이어(110-2) 쪽 우측 에어 가이더(10-2)는 작동 상태임을 나타낸다.
그러므로 상기 우측 에어 가이더(10-2)를 구성하는 상/하단 플랩 구동 장치(30-1.30-2)의 액추에이터(31)는 컨트롤러(60)의 제어로 전원 공급 상태에서 로드 축이 차량 전방 이동 방향으로 더 빠져나오면서 시이소우 링크(32)의 하단부를 더 밀어내게 된다.
이로 인해 상기 플랩(20)은 차량 후방 이동 방향으로 더 이동함으로써 유동 가이드 길이(Ka)에서 유동 안쪽 유도 길이(Kb)를 형성하고 반면 상기 보조 플랩(40)은 보조 플랩 가이더(50)에 의한 걸림 돌기(41)의 구속으로 이동 불가 상태에서 경첩 구조(25-1,25-2, 45-1,45-2,46)를 회전 중심으로 하여 회전(또는 접혀)된다.
그 결과 상기 플랩(20)이 휠 아치-타이어 전방 갭(gfront)을 플랩 풀 전개 길이(Lb)만큼 더 줄여줌으로써 차량(100)의 전방에서 범퍼(100)의 좌/우측 부위로 지나가는 주행풍의 유동은 휠 아치-타이어 전방 갭(gfront)의 초기 설정 간격 대비 더욱 좁은 간격을 지나므로 휠/타이어를 타고 매끄럽게 흐르게 된다.
더불어 상기 보조 플랩(40)이 보조 플랩 회전각(W)으로 회전(또는 접혀)됨으로써 휠/타이어를 타고 매끄럽게 흐르는 주행풍의 유동을 차량 안쪽으로 유인하고, 이러한 차량 안쪽으로 유인되는 주행풍의 유동은 후류를 더욱 작게 함으로써 80Kph 이상의 고속 운행 중 좌회전 시 차량(100)의 공력 성능에 미치는 악영향을 제거하여 줄 수 있다.
또한, 도 10을 참조하면, 상기 우회전 플랩 모드(S100)는 우측 타이어(110-2) 쪽 우측 에어 가이더(10-2)는 정지되어 초기 상태(즉, 도 6 상태)를 유지하는 반면 좌측 타이어(110-1) 쪽 좌측 에어 가이더(10-1)는 작동 상태임을 나타낸다.
그러므로 상기 좌측 에어 가이더(10-1)를 구성하는 상/하단 플랩 구동 장치(30-1.30-2)의 액추에이터(31)는 컨트롤러(60)의 제어로 전원 공급 상태에서 로드 축이 차량 전방 이동 방향으로 더 빠져나오면서 시이소우 링크(32)의 하단부를 더 밀어내게 된다.
이로 인해 상기 플랩(20)은 차량 후방 이동 방향으로 더 이동함으로써 유동 가이드 길이(Ka)에서 유동 안쪽 유도 길이(Kb)를 형성하고 반면 상기 보조 플랩(40)은 보조 플랩 가이더(50)에 의한 걸림 돌기(41)의 구속으로 이동 불가 상태에서 경첩 구조(25-1,25-2, 45-1,45-2,46)를 회전 중심으로 하여 회전(또는 접혀)된다.
그 결과 상기 플랩(20)이 휠 아치-타이어 전방 갭(gfront)을 플랩 풀 전개 길이(Lb) 만큼 더 줄여줌으로써 차량(100)의 전방에서 범퍼(100)의 좌/우측 부위로 지나가는 주행풍의 유동은 휠 아치-타이어 전방 갭(gfront)의 초기 설정 간격 대비 더욱 좁은 간격을 지나므로 휠/타이어를 타고 매끄럽게 흐르게 된다.
더불어 상기 보조 플랩(40)이 보조 플랩 회전각(W)으로 접혀짐으로써 휠/타이어를 타고 매끄럽게 흐르는 주행풍의 유동을 차량 안쪽으로 유인하고, 이러한 차량 안쪽으로 유인되는 주행풍의 유동은 후류를 더욱 작게 함으로써 80Kph 이상의 고속 운행 중 우회전 시 차량(100)의 공력 성능에 미치는 악영향을 제거하여 줄 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량(100)에 적용되어 공력 개선 제어를 구현하는 능동형 에어 가이드 시스템(1)은 외부 노출되지 않도록 범퍼(130)에 내장되고, 보조 플랩 가이더(50)의 회전각도 제한 시 경첩 구조(25-1,25-2,45-1,45-2,46)를 매개로 접혀지는 보조 플랩(40)을 갖추고 엑추에이터(31)를 동력원으로 하여 이동되는 플랩(20)을 구성요소로 하는 에어 가이더(10), 휠 아치-타이어 갭 간격을 플랩(20)과 보조 플랩(40)으로 좁혀 직진 플랩 모드(S70), 좌회전 플랩 모드(S90), 우회전 플랩 모드(S100) 중 어느 하나를 수행하는 컨트롤러(60)가 포함됨으로써 볼드하고 남성다운 디자인 구현을 위해 의도적으로 필요한 최소 갭보다 더 크게 설정한 휠 아치-타이어 전방 갭(gfront)의 간격이 플랩(20)으로 좁혀져 휠 아치-타이어 전방 갭(gfront)으로 흐르는 주행풍의 후류를 작게 하여 공력 개선 효과를 높여주고, 액추에이터(31)에 의한 즉각적인 플랩 전개량 조절로 조타 시 타이어(110-1,110-2)와 주변 휠가드 접촉 방지로 휠 아치-타이어 부위의 내구 성능 개선이 이루어진다.
1 : 에어 가이드 시스템
10 : 에어 가이더 10-1,10-2 : 좌/우측 에어 가이더
20 : 플랩 20-1,40-1 : 바디 라인
21 : 보조 플랩 공간 23 : 고정 돌기
25-1,25-2 : 상/하측 피메일
30 : 플랩 구동 장치 30-1.30-2 : 상/하단 플랩 구동 장치
31 : 액추에이터 32 : 시이소우 링크
33 : 무빙 로드 33-1 : 고정 엔드
40 : 보조 플랩 41 : 걸림 돌기
41-1 : 회전 돌기
45-1,45-2 : 상/하측 메일 46 : 힌지 결합축
47 : 리턴 스프링 50 : 보조 플랩 가이더
51 : 개구 공간 53 : 스텝 가이드
53-1 : 스텝 엔드부 55 : 접촉내벽
60 : 컨트롤러 70 : 정보 검출부
80 : 마운팅 브래킷 80-1 : 플랩 브래킷
80-2 : 보조 플랩 가이더 브래킷
81A,81B : 상/하단 고정부
83 : 보조 플랩 가이더 고정부
100 : 차량 110 : 휠 아치 패널
110-1,110-2 : 좌/우측 타이어
130 : 범퍼 131 : 보조 플랩 가이더 고정부
140 : 에어 덕트 141,142 : 상/하단 고정부
150 : 경고등

Claims (25)

  1. 플랩,
    상기 플랩을 이동시키는 플랩 구동 장치,
    상기 플랩에 힌지 결합축으로 힌지 결합되어 상기 플랩과 함께 위치 이동되고, 상기 위치 이동 중 이동 정지 위치를 형성하여 상기 힌지 결합축에 대해 회전 가능한 보조 플랩, 및
    상기 힌지 결합축에 대한 상기 보조 플랩의 회전각도를 제한해 주는 보조 플랩 가이더
    가 포함되는 것을 특징으로 하는 에어 가이드 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 위치 이동은 상기 플랩과 상기 보조 플랩이 외부 노출되지 않는 플랩 미 전개 상태 ①, 상기 플랩과 상기 보조 플랩이 외부 노출되는 플랩 중간 전개 상태 ②, 및 상기 플랩의 외부 노출 상태에서 상기 보조 플랩이 상기 힌지 결합축에 대해 회전되는 플랩 풀 전개상태 ③으로 구분되는 것을 특징으로 하는 에어 가이드 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 보조 플랩은 상기 플랩의 하부 구간에서 회전되는 것을 특징으로 하는 에어 가이드 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 보조 플랩은 0~15°를 보조 플랩 회전각으로 하여 회전되는 것을 특징으로 하는 에어 가이드 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 보조 플랩은 리턴 스프링을 구비하고, 상기 리턴 스프링은 스프링 복원력으로 상기 보조 플랩의 회전 상태를 초기 상태로 복귀시켜 주는 것을 특징으로 하는 에어 가이드 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 플랩 구동 장치는 동력을 발생하는 액추에이터, 상기 플랩을 이동시키도록 상기 플랩과 고정된 무빙 로드, 및 상기 액추에이터와 상기 무빙 로드를 연결하여 상기 액추에이터의 이동으로 상기 무빙 로드를 전후 이동시켜 주는 시이소우 링크로 구성되는 것을 특징으로 하는 에어 가이드 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 시이소우 링크는 상기 액추에이터와 상기 무빙 로드가 형성한 이격 거리로 시이소우 움직임을 형성하고, 상기 시이소우 움직임은 상기 액추에이터의 이동에 대해 상기 무빙 로드의 이동을 전후 방향으로 형성하여 주는 것을 특징으로 하는 에어 가이드 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 플랩 구동 장치는 상기 플랩의 상단부와 하단부에 각각 위치되는 것을 특징으로 하는 에어 가이드 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 보조 플랩과 상기 보조 플랩 가이더의 회전각도 제한 구조는 상기 보조 플랩에서 돌출된 걸림 돌기와 상기 보조 플랩 가이더에서 “ㄷ"자 형상으로 트인 개구 공간으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에어 가이드 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 개구 공간은 상기 걸림 돌기가 이동되는 보조 플랩 이동 길이를 형성하고, 상기 걸림 돌기는 상기 보조 플랩이 회전되도록 개구 공간 내벽과 접촉으로 이동 정지되는 것을 특징으로 하는 에어 가이드 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 보조 플랩 가이더는 상기 개구 공간을 상하로 구획하는 단차 구간이 형성되는 스텝 가이드를 구비하며, 상기 단차 구간은 상기 스텝 가이드의 스텝 끝 위치에서 상기 접촉내벽쪽으로 하향 경사지는 것을 특징으로 하는 에어 가이드 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 단차 구간을 경과한 구간에서, 상기 보조 플랩이 상기 개구 공간의 접촉내벽과 접촉한 뒤, 회전돌기를 중심으로 보조 플랩 회전각만큼 회전 가능한 것을 특징으로 하는 에어 가이드 시스템.
  13. 플랩 구동 장치에 의해 이동되는 플랩, 경첩 구조로 상기 플랩과 결합된 상태에서 보조 플랩 가이더의 회전각도 제한으로 회전되는 보조 플랩으로 이루어지고, 휠 아치-타이어 전방 갭의 간격을 상기 플랩으로 좁혀 상기 휠 아치-타이어 전방 갭으로 흐르는 주행풍의 후류를 작게 형성해 주는 에어 가이더;
    상기 플랩을 이동시켜주는 직진 플랩 모드와 함께 상기 플랩이 이동된 상태에서 상기 보조 플랩을 회전시켜주는 좌회전 플랩 모드 또는 우회전 플랩 모드로 상기 플랩 구동 장치를 제어해주는 컨트롤러; 및
    상기 에어 가이더를 장착하는 내부 공간이 형성되고, 상기 에어 가이더가 가려져 외부 노출되지 않는 내부 공간으로 상기 에어 가이더를 장착하는 범퍼;
    가 포함되는 것을 특징으로 하는 차량.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 에어 가이더는 좌측 타이어 쪽 휠 아치-타이어 갭으로 설치되는 좌측 에어 가이더, 및 우측 타이어 쪽 휠 아치-타이어 갭으로 설치되는 우측 에어 가이더로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 직진 플랩 모드에서 상기 좌측 에어 가이더와 상기 우측 에어 가이더는 상기 플랩을 이동시켜주는 것을 특징으로 하는 차량.
  16. 청구항 13에 있어서, 상기 좌회전 플랩 모드에서 상기 좌측 에어 가이더는 상기 플랩을 이동시켜주는 반면 상기 우측 에어 가이더는 상기 플랩의 이동 상태에서 상기 보조 플랩을 회전시켜주는 것을 특징으로 하는 차량.
  17. 청구항 13에 있어서, 상기 우회전 플랩 모드에서 상기 우측 에어 가이더는 상기 플랩을 이동시켜주는 반면 상기 좌측 에어 가이더는 상기 플랩의 이동 상태에서 상기 보조 플랩을 회전시켜주는 것을 특징으로 하는 차량.
  18. 청구항 13에 있어서, 상기 범퍼에는 에어 덕트가 구비되고, 상기 에어 덕트는 상기 플랩 구동 장치를 결합하는 것을 특징으로 하는 차량.
  19. 청구항 13에 있어서, 상기 컨트롤러는 정보 검출부와 연계되고, 상기 정보 검출부는 엔진 시동 후 차속, 엔진회전수, 조타각을 차량 정보로 상기 컨트롤러에 전송하는 것을 특징으로 하는 차량.
  20. 청구항 13에 있어서, 상기 컨트롤러는 차량 운전석의 경고등과 연계되고, 상기 경고등은 상기 플랩 구동 장치의 액추에이터 고장을 표시해 주는 것을 특징으로 하는 차량.
  21. 엔진 시동 후 컨트롤러에 의해 플랩 작동 정보로 범퍼에 내장된 에어 가이드 시스템의 작동 여부가 판단되는 단계;
    플랩 모드 선택 정보로 직진과 선회를 구분하고, 직진 주행 시 상기 에어 가이드 시스템의 플랩이 이동되어 휠 아치-타이어 전방 갭의 간격이 좁아지는 직진 플랩 모드 수행 단계; 및
    선회 주행 시 상기 플랩이 이동되어 상기 휠 아치-타이어 전방 갭의 간격이 좁아진 상태에서 상기 플랩에 경첩 구조로 결합된 보조 플랩이 보조 플랩 가이더의 회전각도 제한으로 상기 휠 아치-타이어 전방 갭의 안쪽 공간을 향해 회전되는 선회 플랩 모드 수행 단계;
    로 수행되는 것을 특징으로 하는 차량 공력 개선 제어 방법.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 플랩 작동 정보는 차속이고, 상기 에어 가이드 시스템의 작동은 차속 임계값 이상에서 판단되는 것을 특징으로 하는 차량 공력 개선 제어 방법.
  23. 청구항 21에 있어서, 상기 플랩 모드 선택 정보는 조타각이고, 상기 직진 주행과 상기 선회 주행은 조타각 임계값으로 구분되는 것을 특징으로 하는 차량 공력 개선 제어 방법.
  24. 청구항 23에 있어서, 상기 조타각 임계값 미만은 상기 직진 플랩 모드에 적용되고, 상기 조타각 임계값 이상은 상기 선회 플랩 모드에 적용되는 것을 특징으로 하는 차량 공력 개선 제어 방법.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 선회 플랩 모드는 조타각 네가티브 부호(-)에 의한 좌회전 플랩 모드, 조타각 포지티브 부호(+)에 의한 우회전 플랩 모드로 구분되는 것을 특징으로 하는 차량 공력 개선 제어 방법.
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