KR20230026042A - 차량용 리어 스포일러 시스템 - Google Patents

차량용 리어 스포일러 시스템 Download PDF

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KR20230026042A
KR20230026042A KR1020210107935A KR20210107935A KR20230026042A KR 20230026042 A KR20230026042 A KR 20230026042A KR 1020210107935 A KR1020210107935 A KR 1020210107935A KR 20210107935 A KR20210107935 A KR 20210107935A KR 20230026042 A KR20230026042 A KR 20230026042A
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rear spoiler
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shutter
vehicle
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KR1020210107935A
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정민식
박용민
정지민
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 리어 스포일러 시스템은 차체의 상부 프레임을 형성하는 루프부, 차체의 후방에 구비되며 상기 루프부와 연결되고, 공기가 통과할 수 있는 개구부가 형성된 리어 스포일러, 상기 리어 스포일러에 구비되어 상기 개구부의 개도량 및 개도 위치를 조절하는 가변 셔터 및 상기 가변 셔터를 작동시키는 액츄에이터를 포함한다.

Description

차량용 리어 스포일러 시스템{Rear spoiler system for vehicle}
본 발명은 차량용 리어 스포일러 시스템에 관한 것으로 더욱 자세하게는 차량의 주행속도에 따라 공기의 유동을 제어하여 고속주행 안정성을 확보하도록 하는 차량용 리어 스포일러 시스템에 관한 것이다.
차량의 리어 스포일러(rear spoiler)는 차량 뒤쪽에서 일어나는 공기의 와류현상을 없애기 위해 자동차의 지붕 끝이나 트렁크 위에 장착하는 장식 겸용 장치를 의미하며, 테일 스포일러(tail spoiler), 리어 윙(rear wing)이라고도 한다.
차량이 주행 중인 경우, 차량 전방의 공기가 상하좌우로 밀리고, 이때 밀려난 공기는 차량의 후방으로 이동하면서 원래의 위치로 돌아가게 된다. 그러나 공기가 원래의 위치로 돌아가는 데는 시간이 소요되고, 오랜 시간이 소요될수록 차량의 후방에는 진공 부분이 형성된다. 여기서 형성된 진공 부분이 차량의 후방에서 차량을 잡아당기게 되어 차량이 공기의 저항을 받게 되고, 이때 와류현상이 발생한다.
차량이 고속 주행을 하게 될 경우, 상기 와류 현상으로 인하여 차체가 뜨는 양력현상이 일어난다. 이를 막기 위하여 상리 리어 스포일러에 의해 차량의 후면을 지면방향으로 누르는 힘(down force)을 발생시켜 고속으로 달릴 때 차량의 안정성을 확보할 수 있다. 다만 리어 스포일러는 리어 스포일러 하부에 개구부를 형성하여 개방감을 극대화하는 경우가 있고, 상기 개구부가 형성되는 경우 고속으로 주행 중인 상태에서는, 차량의 안정성이 저하되는 문제가 발생하곤 했다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 차량이 저속 주행 중인 경우, 리어 스포일러의 개구부가 개방되어 차량의 개방감을 확보하고, 고속 주행인 경우, 리어 스포일러의 개구부를 닫아 주행의 안정성을 확보할 수 있고, 또한 리어 글래스의 오염을 방지하고자 하는 리어 스포일러 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 리어 스포일러 시스템은 차체의 상부 프레임을 형성하는 루프부, 차체의 후방에 구비되며 상기 루프부와 연결되고, 공기가 통과할 수 있는 개구부가 형성된 리어 스포일러, 상기 리어 스포일러에 구비되어 상기 개구부의 개도량 및 개도 위치를 조절하는 가변 셔터 및 상기 가변 셔터를 작동시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 리어 스포일러 시스템은 상기 개구부 하부에 구비되는 리어 글라스를 더 포함하고, 상기 리어 글라스는 상기 개구부를 통과하는 공기에 의해 세척될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 리어 스포일러 시스템은 차량의 작동 상태를 측정하여 해당 신호를 출력하는 차량 작동 감지부 및 상기 차량 작동 감지부의 출력 신호에 따라 상기 액츄에이터의 작동을 제어하여 상기 가변 셔터의 개도량 및/또는 개도 위치를 조절하는 제어기를 포함할 수 있다.
상기에서, 액츄에이터는 상기 가변셔터를 구동하는 작동 모터를 포함하되, 상기 작동 모터의 구동에 의해 상기 가변 셔터의 위치가 이동될 수 있다.
상기에서, 리어 스포일러는 상기 셔터의 이동방향과 나란한 방향의 양 측면에 상기 가변 셔터의 움직임을 가이드 하도록 구비된 가이드 바를 포함할 수 있다.
상기에서, 가변 셔터는 상기 차체의 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 리어 스포일러 전방부에 장착된 제1 셔터 및 상기 차체의 길이 방향으로 이동 가능하게 상기 리어 스포일러 후방부에 장착된 제2 셔터를 포함하고, 상기 작동 모터는 상기 제1 셔터를 구동하도록 구비된 제1 모터 및 상기 제2 가변 셔터를 구동하도록 구비된 제2 모터를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 셔터는 상기 가이드 바를 따라 각각 이동하되, 상기 제1 셔터의 일단에는 돌출부 및 상기 돌출부와 접촉하여 상기 개구부를 차단하는 홈부 중 어느 하나가 장착되고, 상기 제2 셔터의 일단에는 상기 돌출부와 상기 홈부 중 다른 하나가 장착될 수 있다.
상기 제1, 2 모터는 제어기에 의해 각각 독립적으로 구동될 수 있다.
상기 차량 작동 감지부는 속도 센서를 포함하고, 감지된 차량의 속도가 설정된 제1 속도 미만인 경우, 상기 제어기는 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 작동을 제어하여 상기 가변 셔터가 설정된 제1 개도량만큼 열리도록 할 수 있다.
상기에서, 제1 셔터의 위치는 상기 리어 스포일러 전방부에 위치할 수 있다.
상기에서, 차량의 속도가 설정된 제1 속도 이상 및 제2 속도 미만인 경우, 상기 제어기는 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 작동을 제어하여 상기 가변 셔터가 설정된 제2 개도량 만큼 열리도록 할 수 있다.
상기에서, 가변 셔터의 개도 위치는 상기 리어 스포일러 중심에 인접할 수 있다.
상기에서, 차량의 속도가 설정된 제2 속도 이상인 경우, 상기 제어기는 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 작동을 제어하여 상기 가변 셔터가 닫힘 상태를 유지하도록 할 수 있다.
상기와 같은 과제의 해결 수단을 통해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 리어 스포일러 시스템은 차량의 주행 속도에 따라 리어 스포일러에 형성된 개구부의 개도량 및 형성 위치를 조절함으로써, 공기의 유동흐름을 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 리어 스포일러 시스템은 고속 주행 시 양력 증가를 방지하도록 리어 스포일러의 개구부를 완전 폐쇄하여 차량의 주행 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 설정된 주행 속도 내에서, 리어 스포일러의 개구부를 일부분 개방하여 차량의 개방감을 확보할 수 있으며, 개방된 리어 스포일러의 개구부로 유동되는 공기에 의해 리어 글라스에 부착된 먼지 및 오염물을 효율적으로 제거할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리어 스포일러 시스템 중 리어 스포일러가 형성된 차체의 루프부를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리어 스포일러 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리어 스포일러 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 작동 모터의 구동에 따른 가변 셔터의 움직임을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가변 셔터의 결합원리를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가이드 바가 형성된 리어 스포일러 시스템을 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 A-A' 단면에 따른가이드 바 내부를 도시한 도면이다.
도 8은 도 6의 B-B' 단면에 따른 가이드 바 내부를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리어 글라스 오염방지 모드의 경우, 개구부의 개도 위치를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리어 글라스 오염방지 모드에서 리어 글라스의 세척 정도를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연비 모드의 경우, 개구부의 개도 위치를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 개구부의 개도 위치에 따라 변화된 항력계수를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고속 안정성 확보 모드에서 가변 셔터상태를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 속도에 따라 변화된 항력계수를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
또한, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다. 이하, 하기와 같은 도면의 자세한 설명을 바탕으로 본 발명에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리어 스포일러 시스템 중 리어 스포일러가 형성된 차체의 루프부를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리어 스포일러 시스템을 도시한 도면이다.
도 1 내지 2를 참고하면, 리어 스포일러(100)는 차체(1)의 후방에 구비되며, 차체(1)의 상부 프레임을 형성하는 루프부(10)와 연결된다. 리어 스포일러(100)는 차체(1)의 전방을 기준으로 상기 루프부(10)와 맞닿아 있는 일 단에 해당하는 리어 스포일러 전방부(111)와 이로부터 상기 차체(1) 후방으로 연장되어 나머지 일 단을 형성하는 리어 스포일러 후방부(112)를 포함한다.
하나의 예로, 리어 스포일러(100) 하부에는 차량의 리어 글라스(11)가 구비될 수 있다. 상기 리어 글라스(11)를 통해 차량 운전자는 차량의 후방을 주시 할 수 있다.
리어 스포일러(100)에는 유동하는 공기의 양을 조절할 수 있는 가변 셔터(110)가 구비될 수 있다. 하나의 예로, 상기 가변 셔터(110)은 굽힘이나 휘어짐이 가능한 탄성 소재로 제작될 수 있으며, 복수의 판넬이 이어진 형태로서 해당하여 복수의 마디 또는 관절을 형성하며 자유롭게 굽히거나 휘어질 수 있다.
상기 가변 셔터(100)는 공기가 통과할 수 있도록 개구부(101; 도 4 참조)를 형성한다. 상기 가변 셔터(110)의 작동을 위해 리어 스포일러 시스템은 액츄에이터(30)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 리어 스포일러 시스템은 제어기(2) 및 차량 작동 감지부(20)를 더 포함할 수도 있다.
상기 차량 작동 감지부(20)는 상기 제어기(2)와 전기적으로 상호 연결되고, 제어기는 액츄에이터(30)와 전기적으로 상호 연결되며, 상기 액츄에이터(30)가 리어 스포일러(100)와 전기적으로 상호 연결된 리어 스포일러 시스템이 구현된다.
먼저, 차량에 구비된 차량 작동 감지부(20)가 차량의 주행에 따른 상태 값을 측정하여 상기 상태 값에 대한 신호를 출력한다. 하나의 예로 상기 상태 값은 차량의 속도를 포함한다. 따라서, 차량 작동 감지부(20)는 차량의 속도를 감지할 수 있는 속도 센서(21)를 포함할 수 있다.
속도 센서(21)에 따른 주행 속도가 출력 신호로 제어기에게 전달되는 경우 상기 출력 신호에 따라 제어기(2)가 상기 액츄에이터(30)에 구동 명령을 전달하며 액츄에이터(30)의 구동을 제어하게 되고, 상기 액츄에이터(30)에 의해 상기 가변 셔터(110)가 작동하며, 이에 따라 리어 스포일러(100)의 개구부(101; 도 5 참조)의 위치 및 크기가 결정된다. 본 발명의 설명에서는 상기 위치를 개도 위치, 상기 크기를 개도량으로 정의한다. 이에 대해서는 추후 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리어 스포일러 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1 내지 3을 참고하면, 상기 액츄에이터(30)는 상기 가변 셔터(110)를 구동하는 작동 모터(31)를 포함할 수 있다. 상기 작동 모터(31)의 구동에 의해 상기 작동 모터(31)와 연결된 상기 가변 셔터(110)가 이동할 수 있다. 작동 모터(31)의 경우, 특별히 모터의 종류를 제한하지는 않는다.
하나의 예로, 상기 리어 스포일러 시스템의 메모리에 차량의 속도별 개도 위치 및 개도량이 맵핑(Mapping) 되어 있으며, 속도센서(21)에서 측정된 속도가 상기 제어기(2)에 전달되는 경우, 상기 제어기(2)는 맵핑(Mapping)된 개도 위치 및 개도량에 대한 정보를 액츄에이터(30)에 포함된 작동 모터(31)에 전달하고, 상기 작동 모터(31)가 가변 셔터(110)를 이동시키며 상기 개도위치 및 개도량을 제어한다.
특히, 도 3을 참고하면, 상기 작동 모터(31)는 가변 셔터(110)와 연결된 구동축(120)과 연결될 수 있다. 상기 구동축(120)이 작동 모터(31)에 의해 회전하며 가변 셔터(110)를 이동 시킬 수 있다. 하나의 예로, 리어 스포일러(100)의 구성 중 하나인, 리어 스포일러 전방부(111)는 내부가 비어 있는 하우징 형상을 갖는다. 이 경우, 상기 구동축(120)의 리어 스포일러 전방부(111) 내부에 삽입될 수 있다. 또한, 상기 리어 스포일러 전방부(111)에 상기 구동축(120)과 함께 가변 셔터(110) 가 삽입될 수 있다.
하나의 예로, 상기 작동 모터(31)는 구동축의 회전수를 제어할 수 있다. 상기 제어기(2)가 상기 속도 센서(21)를 통해 측정된 차량의 속도에 해당하는 맵핑(Mapping)된 개도 위치 및 개도량에 대한 정보를 작동 모터(31)에 전달하고, 상기 작동 모터(31)에 의해 상기 구동축(120)이 설정된 회전수만큼 회전하며, 구동축(120)과 연결된 가변 셔터(110)의 움직임을 조절할 수 있다.
더욱 자세하게는, 상기 구동축(120)이 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전하는 경우, 상기 구동축(120)의 외주에 가변 셔터(110)가 감기면서 리어 스포일러 전방부(111) 내부로 인입될 수 있다. 상기 구동축(120)의 외주에서 가변 셔터(110)가 풀리는 경우, 상기 가변 셔터(110)는 리어 스포일러 전방부(111)의 외부로 밀려날 수 있다. 이 처럼, 상기 가변 셔터(110)는 작동 모터(120)의 구동에 의해 리어 스포일러 전방부(111)의 내부로 삽입되거나, 외부로 돌출되어 차량의 전방 및 후방으로의 이동이 제어된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 작동 모터의 구동에 따른 가변 셔터의 움직임을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가변 셔터의 결합원리를 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 상기 리어 스포일러(100)에는 차량 운행 시, 차량의 주행방향과 마주보는 방향으로 불어오는 공기의 흐름을 통과시키는 개구부(101)가 형성될 수 있다. 개구부(101)는 리어 스포일러 전방부(111)와 리어 스포일러 후방부(112) 사이에 형성될 수 있고, 상기 개구부(101)의 형상은 도면에 도시된 형상에 한정되지 않는다.
상기 가변 셔터(110)의 이동에 따라 리어 스포일러(100)에 형성된 개구부(101)의 개도량 및 개도 위치가 조절될 수 있다. 개구부(101)의 크기 및 위치에 따라 차량 주행에 따라 발생하는 항력 및 양력의 크기가 달라진다. 또한, 개구부(101) 하부에 위치한 리어 글라스(11)의 오염 제거 효율도 달라질 수 있다.
하나의 예로, 차량의 속도가 60km/h 미만인 경우, 작동 모터(31)가 리어 스포일러(100) 내부에 위치한 구동축(120)을 회전 시키며 상기 구동축(120)과 연결된 가변 셔터(110)가 구동축(120)의 외주면을 따라 감기며 리어 스포일러(100) 내부로 인입될 수 있다. 반대로, 차량의 속도가 60km/h 이상인 경우, 상기 작동 모터(31)에 의해 구동축(120)이 회전하며 상기 가변 셔터(110)를 리어 스포일러(100) 내부에서 외부로 밀어낸다. 특히, 상기 가변 셔터(110)의 제어는 차량 운행 시 특정 속도 구간에서 효과가 크다. 상기 특정 속도 구간에서의 효과에 대해서는 추후 자세히 설명하도록 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 해당하는 상기 가변 셔터(110)는 상기 차체의 길이 방향으로 이동 가능하도록 상기 리어 스포일러 전방부(111)에 장착된 제1 셔터(110a) 및 상기 차체의 길이 방향으로 이동 가능하도록 상기 리어 스포일러 후방부(112)에 장착된 제2 셔터(110b)를 포함한다., 상기 작동 모터(31)는 상기 제 1 셔터(110a)를 구동하는 제1 모터(31a) 및 상기 제2 셔터(110b)를 구동하는 제2 모터(31b)를 포함할 수 있다.
상기 제1 모터(31a) 및 제2 모터(31b)는 , 각각 리어 스포일러 전방부(111)와 리어 스포일러 후방부(112) 내부에 인입된 제1 구동축(121) 및 제2 구동축(122)과 각각 연결될 수 있다. 리어 스포일러 후방부(112)의 내부 또한 하우징을 형성할 수 있다. 상기 제1 및 제2 모터(31a,31b)에 의해 구동되는 제1 및 제2 구동축(121,122)은 각각 제1 셔터(110a)와 제2 셔터(110b)를 리어 스포일러(100) 내부로 인입시키거나, 외부로 밀어낼 수 있다.
더욱 자세하게는, 상기 제어기(2)에 의해 액츄에이터(30)에 구동신호가 전달되고, 상기 제1 및 제2 모터(121, 122)가 구동된다. 하나의 예로, 상기 제1 및 제2 모터(31a,31b)는 상기 제어기(2)에 의해 동시 제어가 이루어질 수 있으며, 다른 하나의 예로 상기 제1 및 제2 모터(31a,31b)는 독립적으로 제어가 이루어질 수 있다.
상기 제1 및 제2 모터(31a,31b)의 구동에 따라 제1 구동축(121) 및 제2 구동축(122)의 독립 제어가 가능하며, 이로 인해 제1 및 제2 셔터(110a,110b)를 동시에 이동시키거나, 제1 및 제2 셔터(110a,110b)를 독립적으로 이동시키면서 개구부(101)의 개도 위치 및 개도량을 조절 할 수 있다.
상기 제1 및 제2 셔터(110a,110b)는 서로 마주보는 방향으로 이동하거나, 서로 멀어지는 방향으로 이동할 수 있다. 제1 셔터(110a)와 제2 셔터(110b)가 서로 마주보는 방향으로 이동하여 접하게 되는 경우 리어 스포일러(100)에 형성된 개구부(101)의 개도량은 '0'이 된다. 즉 개구부(101)가 폐쇄된다.
도 5를 참고하면, 상기 제1 셔터(110a)의 일단에는 돌출부(1101) 및 상기 돌출부(1101)와 접촉하여 상기 개구부(101)를 차단하는 홈부(1102) 중 어느 하나가 형성될 수 있으며, 상기 제2 셔터(110b)의 일단에는 상기 돌출부(1101)와 상기 홈부(1102) 중 다른 하나가 형성될 수 있다. 상기 돌출부(1101)와 홈부(1102)가 결합하여, 개구부(101)가 폐쇄된다. 하나의 예로 상기 돌출부(1101)와 상기 홈부(1102)는 치결합을 통해 제1 셔터(110a)와 제2 셔터(110b)를 결합시키며, 개구부(101)를 폐쇄할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 가이드 바가 형성된 리어 스포일러 시스템을 도시한 도면이고, 도 7은 도 6의 A-A' 단면에 따른가이드 바 내부를 도시한 도면이며, 도 8은 도 6의 B-B' 단면에 따른 가이드 바 내부를 도시한 도면이다.
도 6 내지 도8을 참고하면, 상기 리어 스포일러(100)는 상기 가변 셔터(110)의 이동방향과 나란한 방향의 양 측면에 상기 가변 셔터(110)의 움직임을 가이드 하도록 형성된 가이드 바(130)를 더 포함할 수 있다. 가이드 바(103)는 가변 셔터(110)의 원할한 이동 및 가변 셔터(110)의 리어 스포일러(100)로부터의 이탈을 방지한다. 가이드 바(130) 내부에 가변 셔터(110)의 일부분이 삽입되어 상기 가이드 바(130)를 따라 차량의 전방 및/또는 후방으로 이동 가능하다.
하나의 예로, 상기 제1 및 제2 셔터(110a,110b)는 상기 가이드 바(130)를 따라 각각 이동 할 수 있다. 따라서 상기 제1 및 제2 모터(121,122)의 구동에 의해 밀려나온 제1 및 제2 셔터(110a,110b)는 상기 리어 스포일러(100)의 양 측면에 구비된 가이드 바(130)를 따라 차량의 전방 및/또는 후방으로의 안정적인 이동이 가능하다. 반대로, 상기 제1 및 제2 모터(121,122)의 회전에 의해 리어 스포일러(100) 내부로 인입되는 경우에도, 가이드 바(103)를 따라 안정적인 이동이 가능하다.
도 7을 참조하면, 가이드 바(130) 내부에서 가변 셔터(110)의 결합이 이루어질 수 있다. 하나의 예로 제1 및 제2 셔터(110a,110b)의 끝단 일부가 상기 가이드 바(130) 내에서 서로 접하며, 상호간의 결합이 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제1 셔터(110a)와 제2 셔터(110b)가 결합되어 고정될 수 있다. 즉, 가이드 바 (130) 내부에 위치하는 제1 및 제2 셔터(110a,110b)의 끝단 일부의 결합만으로 제1 셔터(100a) 및 제2 셔터(100b)가 결합될 수 있다.
도 8을 참고하면 가이드 바(130) 내부에 위치한 가변 셔터(110)의 일부분은 가이드 바(130) 외부에 위치한 가변 셔터(100)의 타부분과 차체(1)의 높이방향을 기준으로 위 아래 양 방향으로 단차를 형성한다. 상기 단차가 형성된 부분을 가이드 바(130)가 감싸기 때문에, B-B' 방향에 대한 가변 셔터(100)의 가이드 바로(130)부터의 이탈을 방지할 수 있다.
이하, 하기의 도 9 내지 도14의 설명을 통해, 차량 주행 속도에 따른 개구부(101)의 개도량 및 개도 위치에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 9 내지 도14를 참고하면 차량 속도에 따라 리어 스포일러(100)의 개구부(101) 형성 위치가 각각 다름을 알 수 있다. 본 발명의 설명에서는 하나의 예로, 1500kg의 중량에 해당하는 차량을 0km/h 이상 200km/h 이하의 속도 범위 내에서 주행하며 실험 값을 도출하였다.
차량 운행시 차량에 발생하는 항력은 항력계수(Cd)에 비례하며, 본 발명의 일 실시예의 경우, 항력계수(Cd)에 영향을 미치는 요인이 아닌 항력에 영향을 주는 다른 외적 요인들은 모두 동일한 값으로 설정하였다. 따라서 항력계수(Cd)의 크기를 가지고 항력의 변화를 확인할 수 있다.
개구부(101)가 완전히 열려있을 때(개도량 100%)와, 완전히 닫혀있을 때(개도량 0%)의 항력계수(Cd)를 각각 기준 값으로 설정한다. 개구부(101)가 완전히 열려있을 때의 개도량을 기준 개도량으로 정의한다.
기준 값과 현재 주행상태의 항력계수 값과의 차이를 항력계수 변화율(ΔC)이라 정의한다. 항력계수 변화율(ΔC)의 계산식은 "기준 값 - 현재 주행상태의 항력 계수 값"으로 정의한다. 항력계수 변화율(ΔC)이 클수록 기존 항력과 현재상태의 항력 간의 차이가 크다는 뜻이며, 항력계수 변화율(ΔC)이 양수인 경우 항력이 감소한 것이며, 음수인 경우 항력이 증가한 것이다. 이에 따라 리어 스포일러(100)의 개구부(101) 개도량 및 개도 위치에 따라 항력 발생의 감소 여부를 알 수 있다.
또한, 항력계수(Cd) 측정을 위해 전술한 것처럼 제어기(2)에 개구부(101)의 개도 위치 개도량을 제어하기 위해 기준이 되는 속도를 사전에 맵핑(Mapping) 한다. 이하, 사전에 설정된 속도를 제1 속도와 제2 속도라 정의한다. 마찬가지로, 제1 속도 미만의 경우에 개도되는 개구부(101)의 크기를 제1 열림량, 제1속도 이상 제2속도 미만의 경우, 개도되는 개구부(101)의 크기를 제2 열림량으로 정의한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 리어 글라스 오염방지 모드의 경우, 개구부의 개도 위치를 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 리어 글라스 오염방지 모드에서 리어 글라스의 세척 정도를 나타낸 도면이다.
차량 작동 감지부(20)에 포함된 속도 센서(21)에서 차량의 주행 속도를 감지한다. 감지된 차량의 주행속도가 설정된 제1 속도 미만인 경우, 상기 제어기(2)는 상기 작동 모터(31), 구체적으로는 제1 모터(31a)와 제2 모터(31b)의 작동을 제어하여, 상기 가변 셔터(110)가 설정된 제1 열림량 만큼 열리도록 한다.
하나의 예로, 상기 설정된 제1 속도는 100km/h에 해당할 수 있으며, 편의상 상기 주행 속도 구간에 해당하는 차량의 주행 상태를 "리어 글라스 오염방지 모드"라 명한다.
물론 리어 스포일러(100)는 항력의 발생을 감소시키는 것이 기본적인 역할에 해당하나, 상대적으로 저속 주행 모드에 해당하는 상기 "리어 글라스 오염방지 모드"에서 리어 스포일러(100)의 주된 역할은 리어 글라스(110)를 세척하는데에 있다. 따라서, 상기 세척 효과를 극대화하기 위해 설정된 제1 열림량은 1/3 기준 개도량에 해당하거나 이와 근사값에 해당할 수 있다.
다른 하나의 예로, "리어 글라스 오염 방지 모드"에서 상기 제1 셔터(110a)의 위치는 상기 리어 스포일러 전방부(111)에 위치할 수 있다. 개구부(101)의 개도 위치가 리어 스포일러 전방부(111) 근처에 형성되는 것이다. 즉, 리어 스포일러 전방부(111)부터 상기 제2 셔터(110b)의 위치까지 형성된 개구부(101)의 크기가 1/3 기준 열림량에 해당하거나 이와 근사 값에 해당할 수 있다.
도 10을 참고하면, 상기 위치에 개구부(101)가 형성되는 경우, 상기 개구부(101)를 통해 이동되는 공기의 흐름에 의해 리어 글라스(11)의 닦임량이 최대가 될 수 있다. 도 10의 점선 원형으로 표시된 부분은 리어 글라스(11)가 세척된 면적을 표시한 것이다. 가변셔터(110) 하부에 위치한 리어글라스(11) 면적의 대부분이 세척 되었음을 알 수 있다. 따라서 별도의 리어 글라스(11)의 와이퍼가 구비돠어있지 않더라도, 리어 글라스(11)의 청결 상태를 유지할 수 있게 된다. 물론 상기 리어 글라스(11)의 오염 위치에 따라 가변 셔터(110)의 열림량 및 위치를 조절할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연비 모드의 경우, 개구부의 개도 위치를 도시한 도면이고, 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 개구부의 개도 위치에 따라 변화된 항력계수를 도시한 도면이다.
차량의 속도가 설정된 제1 속도 이상 그리고 미리 설정된 제2 속도 미만인 경우, 상기 제어기(2)는 상기 제1 모터(31a) 및 제2 모터(31b)의 작동을 제어하여 상기 가변 셔터(110)가 설정된 제2 개도량 만큼 열리도록 한다.
하나의 예로, 상기 설정된 제1 속도는 100km/h이고, 설정된 제2 속도는 160km/h에 해당할 수 있다. 편의상 상기 주행 속도 구간에 해당하는 차량의 주행상태를 "연비 모드"라 명한다. 상기 "연비 모드"의 경우 리어 스포일러(100)의 주된 역할은 항력 감소에 있다. 따라서 이를 극대화하기 위해 실험 값에 의해 설정된 제2 개도량은 1/3 기준 개도량에 해당하거나 이와 근사 값에 해당할 수 있다.
마찬가지로 항력 감소를 극대화하기 위한 가변 셔터(110)의 개도 위치를 설정하면, "연비 모드"에서 가변 셔터(110)의 개도 위치, 즉 제 1 셔터(110a) 및 제2 셔터(110b)의 개도 위치는 상기 리어 스포일러 중심부(113)에 인접하여 형성될 수 있다.
도 12를 참고하면, 개구부(101)의 개도 위치가 리어 스포일러 전방부(111) 측(Front) 및 리어 스포일러 후방부(112) 측(Rear)에 형성되는 것 보다 중심부(113) 측(Mid)에 형성될 때 항력계수(Cd)의 감소율이 가장 높은 것을 확인할 수 있다. 즉, 리어 스포일러 중심부(113)부터 상기 제1 셔터(110a) 및 제2 셔터(110b) 위치까지 형성된 개구부(101)의 크기가 1/3 기준 개도량에 해당하거나 이와 근사 값에 해당할 수 있다.
상대적으로 고속 주행 상태에 해당하는 "연비 모드"의 경우, 상대적으로 저속 주행상태에 해당하는 "리어 글라스 오염 방지 모드"보다 더욱 크게 형성되는 공기의 저항에 대응하는 개선책을 더욱 필요로 한다., 상기 제2 개도량 및 리어 스포일러 중심부(113)에 인접한 개도 위치에 개구부(101)가 형성되는 경우 측정된 항력계수(Cd)는 0.298이며 개구부의 전부 열림 상태와 전부 닫힘 상태의 기준 값(약 0.302, 0.301)과 비교했을 때, 항력계수 변화율(ΔC)의 값은 약 0.003 에서 0.004 사이의 값을 갖는다. 즉 기준 항력과 대비하여 변화된 항력이 감소하였음을 알 수 있다.
차량의 속도가 빠를수록 공기에 의한 저항값이 커지기 때문에 결과적으로 차량에 부하되는 저항의 절대 값이 크게 감소 한것으로 볼 수 있으며, 이에 따라 차량의 연비가 개선될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고속 안정성 확보 모드에서 가변 셔터상태를 도시한 도면이고, 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량 속도에 따라 변화된 항력계수를 도시한 도면이다.
차량의 속도가 미리 설정된 제2 속도 이상인 경우, 상기 제어기(2)는 상기 제1 모터(121) 및 제2 모터(122)의 작동을 제어하여, 상기 가변 셔터(110)가 닫힘 상태를 유지하도록 할 수 있다.
하나의 예로, 상기 미리 설정된 제2 속도는 160km/h에 해당할 수 있으며, 편의상 상기 주행 속도 구간에 해당하는 차량의 주행 상태를 "고속 안정성 확보 모드"라 명한다. 이 때, 가변 셔터(110)가 개구부(101) 전체를 폐쇄하기 때문에 차량 주행 중, 유동하는 공기가 리어 스포일러(100)를 관통할 수 없게 된다. 이하, 닫힘 상태를 유지하는 이유에 대해 구체적으로 설명한다.
도 14를 참고하면, 하나의 예로 180km/h의 주행 속도에해당하는 "고속 안정성 확보 모드"에서 개구부(101)가 열려있는 경우, 동일 열림량을 기준으로 한 연비모드(100km/h,140km/h)에 비해 항력계수(Cd)의 감소가 기준 값 대비 크지 않은 것을 알 수 있다. 즉, 상기와 같은 초고속으로 차량을 주행하는 경우에는 개구부(101)를 개방하더라도 상대적으로 항력 개선 효과가 크지 않다.
또한, 상기 "고속 안정성 확보 모드"에서 개구부(101)가 개방된 경우, 개구부(101)를 통과하는 공기의 흐름 및 와류현상 등에 의해 전술한 복수의 주행 모드에 비해 상대적으로 훨씬 강한 양력이 발생할 수 있으며, 상기 양력이 클수록 차체(1)를 위로 들어올리기에 지면과의 접착력이 감소하여, 초고속 주행 모드에서의 주행 안정성이 저하된다. 따라서, "고속 안정성 확보 모드"에서는 오히려 개구부(101)를 전면폐쇄하며 차량 주행의 안정성을 도모할 수 있다.
종합적으로 본 발명의 경우, 차량의 주행 속도에 따라 리어 스포일러(100)에 형성된 개구부(101)의 개도량 및 개도 위치를 조절함으로써, 공기의 유동흐름을 제어할 수 있다. 이를 통해 공기의 저항을 제어하며 차량의 연비를 높일 수 있는 한편, 공기의 흐름에 따라 발생하는 양력을 제어하여 차량의 주행 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명은 설정된 주행 속도 내에서, 리어 스포일러(100)의 개구부(101)를 일부분 개방하여 차량의 개방감을 확보할 수 있으며, 개방된 리어 스포일러(100)의 개구부(101)로 유동되는 공기에 의해 리어 글라스(11)에 부착된 먼지 및 오염물을 효율적으로 제거할 수 있다. 따라서 리어 글라스(11)에 별도로 와이퍼를 설치할 필요가 없게되어 원가절감의 효과가 추가적으로 발현된다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
1: 차체 2: 제어기
10: 루프부 11: 리어 글라스
20: 차량 작동 감지부 21: 속도 센서
30: 액츄에이터 31: 작동 모터
31a: 제1 모터 31b: 제2 모터
100: 리어 스포일러
101: 개구부 110: 가변 셔터
110a: 제1 셔터 110b: 제2 셔터
1101: 돌출부 1102: 홈부
111: 리어 스포일러 전방부 112: 리어 스포일러 후방부
113: 리어 스포일러 중심부 120: 구동축
121: 제1 구동축 122: 제2 구동축
130: 가이드 바 Cd: 항력계수

Claims (13)

  1. 차체의 상부 프레임을 형성하는 루프부;
    차체의 후방에 구비되며 상기 루프부와 연결되고, 공기가 통과할 수 있는 개구부가 형성된 리어 스포일러;
    상기 리어 스포일러에 구비되어 상기 개구부의 개도량 및 개도 위치를 조절하는 가변 셔터; 및
    상기 가변 셔터를 작동시키는 액츄에이터;
    를 포함하는 리어 스포일러 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개구부 하부에 구비되는 리어 글라스;
    를 더 포함하고,
    상기 리어 글라스는 상기 개구부를 통과하는 공기에 의해 세척되는 리어 스포일러 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    차량의 작동 상태를 측정하여 해당 신호를 출력하는 차량 작동 감지부; 및
    상기 차량 작동 감지부의 출력 신호에 따라 상기 액츄에이터의 작동을 제어하여 상기 가변 셔터의 개도량 및/또는 개도 위치를 조절하는 제어기;
    를 더 포함하는 리어 스포일러 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 액츄에이터는
    상기 가변 셔터를 구동하는 작동 모터;
    를 포함하되,
    상기 작동 모터의 회전에 의해 상기 가변 셔터가 이동하는 리어 스포일러 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 리어 스포일러는;
    상기 가변 셔터의 이동방향과 나란한 방향의 양 측면에 상기 가변 셔터의 움직임을 가이드 하도록 구비된 가이드 바;
    를 포함하는 리어 스포일러 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가변 셔터는;
    상기 차체의 길이 방향으로 이동 가능하도록 상기 리어 스포일러 전방부에 장착된 제1 셔터; 및
    상기 차체의 길이 방향으로 이동 가능하도록 상기 리어 스포일러 후방부에 장착된 제2 셔터를 포함하고,
    상기 작동 모터는;
    상기 제1 셔터를 구동하도록 구비된 제1 모터; 및
    상기 제2 셔터를 구동하도록 구비된 제2 모터;
    를 포함하는 리어 스포일러 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 셔터는 상기 가이드 바를 따라 각각 이동하되,
    상기 제1 셔터의 일단에는 돌출부 및 상기 돌출부와 접촉하여 상기 개구부를 차단하는 홈부 중 어느 하나가 형성되고,
    상기 제2 셔터의 일단에는 상기 돌출부와 상기 홈부 중 다른 하나가 형성되는 리어 스포일러 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1, 2 모터는 상기 제어기에 의해 각각 독립적으로 구동되는 리어 스포일러 시스템.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 차량 작동 감지부는 속도 센서를 포함하고,
    감지된 차량의 속도가 설정된 제1 속도 미만인 경우,
    상기 제어기는 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 작동을 제어하여 상기 가변 셔터가 설정된 제1 개도량만큼 열리도록 하는 리어 스포일러 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 셔터의 위치는 상기 리어 스포일러 전방부에 위치하는 리어 스포일러 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 차량의 속도가 설정된 제1 속도 이상 및 제2 속도 미만인 경우,
    상기 제어기는 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 작동을 제어하여 상기 가변 셔터가 설정된 제2 개도량 만큼 열리도록 하는 리어 스포일러 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가변 셔터의 개도 위치는 상기 리어 스포일러 중심부에 인접한 리어 스포일러 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 차량의 속도가 설정된 제2 속도 이상인 경우,
    상기 제어기는 상기 제1 모터 및 상기 제2 모터의 작동을 제어하여 상기 가변 셔터가 닫힘 상태를 유지하도록 하는 리어 스포일러 시스템.
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