WO2012138082A2 - 접이식 사이드 스포일러 및 이를 이용한 차륜의 접지하중 회복장치 - Google Patents

Abstract

본 접이식 사이드 스포일러는 복수의 접이식 날개(10)와 구동장치(20) 그리고 수납부(21) 등으로 구성되며 접이식 날개(10)는 길이(11)가 폭(12)보다 3배 이상 큰 매우 좁고 긴 날개형상으로 형성되어 차량의 양 측면에 각각 선택적으로 접히거나 펼쳐지도록 설치되며, 펼쳐졌을 때 지면 쪽으로 다운포스를 발생하도록 형성된다. 접이식 날개(10)는 차량의 한쪽 측면 당 적어도 두 개 이상 설치되고 각 접이식 날개의 부착위치가 차량 뒤로 점점 후퇴하면서 날개면적은 점점 작아지고, 날개받음각은 점점 커지도록 설정될 수 있다. 본 차륜 접지하중 회복장치는, 사이드 스포일러 장치와, 차량의 가속도 또는 각 차륜의 차륜속도를 측정하는 감지장치(30), 및 상기 감지장치의 감지정보로부터 상기 접이식 날개에 인가될 구동정보를 생성하여 상기 구동장치(20)에 전송하는 제어장치(31)를 포함하여 구성되며, 구동정보는 감지정보가 전달한 차륜의 접지하중 불균형을 접이식 날개(10)가 해소하는 쪽으로 생성될 수 있다.

Description

접이식 사이드 스포일러 및 이를 이용한 차륜의 접지하중 회복장치

본 발명은 차량의 측면에 부착되는 선택적 제어방식의 공기역학장치와 이를 이용한 주행안정장치에 관한 것이다.

자동차는 달릴 때 차량 전방의 공기를 상하좌우로 밀어낸다. 이때 옆으로 밀려난 공기 중 자동차 상면의 후드와 루프, 그리고 트렁크를 지나는 공기는 같은 시간 동안 자동차의 평평한 하면을 지나는 공기보다 더 긴 경로로 흐르게 된다. 이러한 차량 상하면의 공기경로 차이는 상하면 공기의 속도차, 그리고 압력차를 유발하며 마치 비행기의 날개와 같은 양력현상을 발생시켜 고속에서 차체가 떠오르는 현상을 일으킨다.

자동차분야에서 스포일러(spoiler)는 거꾸로 된 비행기 날개 모양의 공력장치를 말하며 주로 다운포스(Down force=양력의 반대되는 힘)을 발생시켜 위에서 설명한 바와 같이 차량 상면을 지나는 더 빠른 공기의 흐름에 의해 발생되는 양력을 일부 해소하기 위한 장치이다.

주로 테일스포일러(tail spoiler), 리어윙(rear wing), 리어스포일러(rear spoiler) 등으로 불려지며 차량 뒤쪽에서 일어나는 공기의 양력흐름을 차단시키기 위해 주로 자동차의 루프 뒤쪽 끝이나 트렁크 위에 떨어져서 장착되거나 차량 동체 끝단에 일체형으로 형성되어 차량 끝단을 따라 내려오는 공기의 흐름을 억제하는 역할을 한다.

한편, 주행안정장치란 자동차가 주행 중에 균형을 잃거나 원하지 않는 방향으로 나아갈 때 이를 바로 잡아주는 역할을 하는 데에 관련된 모든 장치를 말한다. 보통은 널리 쓰이고 있는 ESP(Electronic stability program), TCS(Traction control system) VDC(vehicle dynamic control)등을 지칭하는 것이며, 차량의 운동상태가 운전자의 핸들조작 만으로 막아내기 어려운 상황에 처했을 때, 가속도센서, 휠스피드센서 등에 의해 차의 현재 운동정보를 수신한 컴퓨터가 각각의 바퀴에 걸리는 구동력과 제동력들을 독립적으로 제어하여 차량의 불안정한 움직임을 보정하고, 궁극적으로 운전자의 의도대로 차량이 진행할 수 있도록 도와주는 장치이다.

최근 일부 차량에서는 단지 멋으로 스포일러를 장착하는 경우도 많지만 원래 스포일러의 목적은 위에서 언급한 바와 같이 차량 뒤쪽을 눌러주는 힘(down force)을 발생시켜 고속으로 달릴 때 차량의 안정성을 확보하는 것이다. 그러나 스포일러를 항상 달고 있게 되면 차량에 일정량 이상의 공기저항(항력)이 항상 발생하고, 그에 따라 주행성능과 연료효율도 함께 떨어지므로 일상적인 주행을 목적으로 하는 승용차에서는 고정식 스포일러의 장착이 오히려 바람직하지 않으며 주로 과격한 운전이나 초고속운전과 같이, 공기저항의 증가에도 불구하고 차량의 접지력을 더욱 증가시킬 필요가 있는 상황에서만 장착되는 경우가 대부분이다.

즉, 내장식, 돌출식 등이 아닌 일반적인 고정식 스포일러는 불필요한 Drag-force(이하 항력)을 주행 내내 발생시키는 것은 물론 거기에 더해 일정 속도범위에서는 안전에 불필요한 Down force(이하 다운포스)를 주행 내내 발생시키기도 한다. 그러나 차량이 애초 극히 불안정한 설계로 제작된 것이 아니라면 저속의 연비주행에서는 항력이 최소화 되어야 할 뿐 아니라, 안정적 상태를 유지하는 중고속 주행에서도 불필요한 다운포스가 최소화 되어야 한다.

위와 같은 전통적인 스포일러의 단점을 극복하고자 가변익 타입의 스포일러, 트렁크 내장식 스포일러 등 다양한 스포일러가 시도되고 있지만 장착위치와 전체 장착요구공간 등에서 불리한 점이 많아 여전히 널리 사용되지는 못하고 있다.

한편 주행안정장치는 대부분의 위급한 상황에서 차량과 운전자를 보호하는 데에 큰 역할을 담당하나 그것 만으로 모든 위급한 상황을 해결할 수 있는 것은 아니다. 주행안정장치는 차량의 네바퀴 접지력이 어느 정도 남아 있어야 그 효과를 발휘할 수 있는데, 특정 한 두 바퀴가 완전히 접지력을 잃는 등 극한의 불안정한 상황에서는 설사 주행안정장치가 작동한다 하여도 접지력이 살아있는 나머지 바퀴들 만으로 원하는 움직임을 차량에 부여하기란 어렵다.

예컨대 차량이 주행 중 좌우로 선회하면서 선회방향 반대쪽으로 작용하는 관성이나 원심력이 어느 한계이상을 초과하여 선회궤도 안쪽 바퀴들의 접지력이 완전히 상실되거나(바퀴가 뜨거나 거의 뜨기 직전의 상태를 말한다) 차량의 양력이 최대로 커진 초고속 주행 중 급제동으로 뒷바퀴의 접지력이 완전히 상실된다면 나머지 두 개 또는 세 개의 바퀴들 만으로 주행안정장치가 제대로 동작할 수는 없다.

즉 주행안정장치를 통한 차량의 안정화란 기본적으로 차량의 모든 바퀴의 접지력이 일정량 이상 비교적 고르게 살아있는 상태에서 추가적으로 차량의 구동력과 조향력 및 제동력을 운전자가 의도한 대로 조절해 주는 것을 의미하며 특정 바퀴에서 완전히 상실된 접지력을 되살려 주는 것은 아니다.

본 발명의 목적은 위와 같이 종래의 스포일러와 종래의 주행안정장치들이 각각 고유하게 가진 한계점, 그리고 서로 결합되었을 때 나타나는 한계점들을 효과적으로 극복하기 위한 기술적 사상과 그 구현 예를 제시하는 것이다.

이를 위해서 본 발명은 스포일러를 장착하되 다운포스가 필요없는 평상 주행시에는 접혀져 있어 차량의 공기저항에 영향을 주지 않는 종래의 기술에 더하여, 한정된 면적의 접이식 날개를 익렬 형태로 연속 배열하여 날개폭 대비 최대의 다운포스를 최적의 위치에서 원하는 시점에 원하는 만큼만 발생시킬 수 있는 구조를 창안하였다.

대표적으로, 차량의 각 차륜에 가해지는 접지하중의 불균형 정도에 따라 최적의 접지하중분포로 되돌리기 위해서 차량의 측면 특정지점에서 다운포스를 선택적으로 발생 또는 해제시킬 수 있는 접이식 사이드 스포일러와,

상기 사이드 스포일러를 차량의 각 바퀴별 접지하중과 차량의 현재 가속도 상태에 따라 선택적으로 제어하는 특정 차륜의 접지하중 회복장치를 주된 해결수단으로 제시한다.

본 발명의 사이드 스포일러가 종래의 리어스포일러에 비해 차별화되는 가장 큰 장점은 차량의 차폭을 확대하지 않고도 동일한 날개면적의 대형 리어스포일러와 동등 이상의 공력특성을 발휘할 수 있다는 점이다.

본 발명과 유사한 선행기술 중, 한국공개특허 10-1998-0073747호에 기재된 측면 가동식 사이드 스포일러를 살펴보면, 차량측면에서 1장의 날개가 슬라이딩 방식으로 돌출되었다가 삽입되는 구성을 볼 수 있다. 이는 본 발명의 기술사상과 기본적 개념이 동일하나, 이러한 방식으로 의미 있는 다운포스를 발생하려면 날개가 상당히 커야 한다. 즉 슬라이딩 수납식 날개가 차량의 측면에서 상당히 많이 돌출되어야 하며, 실제로 승용차 측면, 특히 여닫이 형태로 두께가 얇은 도어부분에 이 정도의 공간을 두어서 차를 설계하기란 불가능하다. 결국 본 발명과 같이 접이식으로 도어에 붙이는 방식으로 설계할 수 밖에 없는데, 이는 본 발명과 같이 길이가 폭보다 적어도 4배 이상 긴 비늘형 날개를 달지 않고는 안된다. 상기 선행기술은 이와 같은 얇은 폭의 날개로는 의도하는 다운포스를 전혀 발생시킬 수가 없는 것이다.

본 발명의 일 실시예로 제시하는 도면 상의 사이드 스포일러는 날개의 길이(Code length)가 날개의 폭(Wing span)보다 현저히 긴 형상을 취하고 있는데, 후석 도어 좌우 양쪽에 각각 두장씩 총 4장의 날개가 접이식으로 달려 있다. 이 중, 급브레이킹시 펼쳐지는 위쪽 두장을 제외한 아래쪽 두장의 날개 면적은 대략 통상의 리어스포일러 한 장의 날개 면적과 거의 동등하다. 즉 본 발명은 폭이 좁고 코드길이가 긴 날개이고, 종래 기술은 폭이 넓고 코드길이가 짧거나 소개한 선행기술의 날개는 대략 삼각형 후퇴익의 날개이다. 양자의 차이를 순수 항공역학적 관점에서 이해해 보면 종래의 리어스포일러는 동등한 다운포스(Down force = Minus Lift force)를 발생하되, 항력(Drag force)이 상대적으로 적은 장점이 있다.(양항비가 높다) 따라서 본 발명과 종래 발명 모두 고정식 날개로 되어 있다면 실제 차에 가해지는 공기저항은 본 발명이 더욱 커서(양항비가 낮아) 전체적인 공력특성은 더 열등할 수 있다. 그러나 본 발명은 접이식 날개로 구성되므로 특정 속도/가속도 조건에서만 작동할 수 있는 구성이다. 따라서 위쪽 익렬의 고받음각 날개들은 선택적으로 작동할 수 있다는 전제조건하에 받음각과 캠버를 적절히 조절하여 설치함으로써 상대적으로 떨어지는 공력특성을 극복한 것이다.

짧은 날개길이(코드길이)로 된 종래 리어스포일러에 비해 기하학적으로 판이한 익형을 갖는 본 발명의 사이드 스포일러가 월등한 이점을 갖는 부분은 다음과 같다. 본 발명의 사이드 스포일러는 날개길이가 길어 짧은 날개길이의 스포일러에 비해 익형의 받음각(Angle of attack=공기와 날개가 부딪히는 각도)을 더욱 크게 할 수 있다.(정확히 말하자면 날개의 평균캠버선을 상당히 구부러진 형상으로 설계할 수 있다는 의미이다.) 날개길이가 짧은 종래의 스포일러들은 평균캠버선을 크게 구부리기 어렵고 이 상태에서 받음각을 지나치게 크게 설정하면 공기가 익형 표면을 따라 흐르기가 힘들어서 쉽게 실속(Stall)이 발생되는 단점이 있다. 그러나 본 발명과 같이 날개길이가 현저히 긴 경우에는 동일한 익면적을 갖는 통상적 형태의 날개보다 실질적인 받음각을 월등히 크게 할 수 있다. 따라서 비록 차량 후석도어의 일부분에만 제한적으로 탑재되고 적은 익면적을 가진다 하더라도, 날개의 캠버를 키워서 탑재하면 매우 뚜렷한 다운포스 효과가 발생되며, 더욱이 본 발명의 일 실시예와 같이 날개를 익렬(Cascade)형태로 배치하되 위쪽 익렬의 날개를 아래쪽 날개보다 약간 뒤쪽에 배치하면 아래쪽 날개에 의해 고받음각으로 흐름이 변화된 공기유동에 걸맞게 더욱 큰 받음각으로 위쪽 날개를 배치할 수 있다. 이러한 익렬식 스포일러는 단지 차량 측면을 따라 흐르는 제한된 공기만 가지고도 극히 효율적인 다운포스를 발생시킬 수 있는 것이다.

본 발명을 구현한 장치에 의해서 네 바퀴 이상의 바퀴를 가진 차량의 전체 접지력이 크게 증가하며 더욱이 다양한 운동상태에서 각 차륜 별로 형성되는 접지하중의 분포가 크게 개선되므로 주행안정감과 승차감을 해치지 않고도 차량의 안전최고속도와 코너링 한계속도가 월등히 향상된다.

또한 본 발명과 결합되는 차량의 주행안정장치는 종래의 동일한 위급상황에서 각 바퀴에 부여할 수 있었던 한계를 훨씬 능가하는 구동력과 제동력 부여범위를 갖게 된다.

또한 본 발명은 대부분의 차량 전후무게배분 설계에 있어서 큰 유연성을 부여하며, 애초 전후 무게배분이 불균형하고 무게중심이 높게 설계된 차라 하더라도 실 주행시에는 자신의 설계한계 이상의 운동성을 발휘할 수 있도록 도움을 준다.

예를 들어 저렴한 양산차 설계에 도입할 경우에는 차량의 동적 안정성 대비 차량무게배분과 차체구조설계에 있어 설계여유가 증가하므로 차량의 원래 설계목적인 경제성과 실용성에 더 많은 비중을 할애할 수 있게 된다.

그리고, 고가의 프리미엄 승용차 설계에 도입할 경우에는 차량의 동적 안정성 대비 차량의 내부공간 및 외형 공기역학설계에 있어 설계여유가 증가하므로 차량의 원래 설계목적인 승차감과 안락함에 보다 많은 비중을 할애할 수 있게 된다.

또한 고성능의 스포츠세단이나 스포츠카 설계에 도입할 경우에는 차량의 한계를 뛰어넘는 동적 안정성을 제공하여 주므로 등급이상의 성능을 달성하게 해준다.

추가로, 본 발명의 장치 중 구동장치와 수납부 등은 뒷좌석 도어 하부 등에 장착되었을 경우, 그 자체로 뒷좌석 도어의 보강부재 역할을 하므로 장착부위에 원래 필요한 보강용 프레임 등을 축소하거나 생략함으로써 차량 전체의 중량증가나 특정부위의 강도저하를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

마지막으로 본 발명을 탑재한 차량은 주행 시 뒤따르는 차량의 운전자에게 날개가 접히고 펼쳐지는 역동적이고 멋진 모습을 보여주므로 구매의욕을 강력하게 유발시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 사이드 스포일러(펼침상태)를 장착한 차량의 정면도.

도 2는 본 발명 사이드 스포일러(펼침상태)를 장착한 차량의 측면도.

도 3은 본 발명 사이드 스포일러(펼침상태)를 장착한 차량의 평면도.

도 4는 본 발명 사이드 스포일러를 장착한 차량의 도어 부분 확대정면도.

도 5는 본 발명 사이드 스포일러를 장착한 차량의 도어 부분 확대측면도.

도 6은 본 발명 사이드 스포일러를 장착한 차량의 도어 부분 확대평면도.

도 7은 본 발명 장착 차량의 (초)고속 직진 주행시 각 접이식 날개의 작동상태를 나타낸 그림.

도 8은 본 발명 장착 차량의 좌측 급선회 주행시 각 접이식 날개의 작동상태를 나타낸 그림.

도 9는 본 발명 장착 차량의 (초)고속 우선회 주행시 각 접이식 날개의 작동상태를 나타낸 그림.

도 10은 본 발명 장착 차량의 급제동시 각 접이식 날개의 작동상태를 나타낸 그림.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 차륜의 접지하중 회복장치 시스템을 개념적으로 나타낸 평면도.

<부호의 설명>

10: 접이식 날개

10-R1: 우측주날개 (우측아래쪽 접이식 날개)

10-R2: 우측보조날개 (우측위쪽 접이식 날개)

10-L1: 좌측주날개 (좌측아래쪽 접이식 날개)

10-L2: 좌측보조날개 (좌측위쪽 접이식 날개)

11: 접이식 날개 길이(Code length)

11-1: 아래쪽 접이식 날개 길이

11-2: 위쪽 접이식 날개 길이

12: 접이식 날개 폭(Wing span)

12-1: 접이식 날개 최소폭

12-2: 접이식 날개 최대폭

13: 접이식 날개 받음각(Angle of attack)

13-1: 아래쪽 접이식 날개 받음각

13-2: 위쪽 접이식 날개 받음각

20: 구동장치

21: 수납부

30: (차량가속도 또는 차륜속도) 감지장치

30-sensing: 감지정보

31: 제어장치

31-control: 구동정보

상술한 본 발명의 기술적 특징을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도면에 포함된 본 발명의 일 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

다만 아래의 실시예에서 특정 전문용어를 포함한 구성요소들과 이들의 결합구조가 본 발명에 포괄적으로 내재된 기술적 사상을 제한하는 것은 아니다.

먼저 본 발명 중 기계요소 발명인 사이드 스포일러를 이루는 주요 구성요소와 그 기술적 특징은 다음과 같다.

도 1~6에 도시된 사이드 스포일러는 크게 나누어서 복수의 접이식 날개(10)와 구동장치(20) 그리고 수납부(21) 등으로 구성되는데, 이때 접이식 날개(10)는 차량의 양 측면에 부착되어 각각 선택적으로 세로로 접히거나 가로로 펼쳐지도록 설치되며, 가로로 펼쳐졌을 때 지면 쪽으로 다운포스를 발생하도록 형성된다.

차량의 주행상태에서 접이식 날개(10)가 완전히 펼쳐졌을 때의 펼쳐진 날개를 포함한 차량의 차폭은 상기 차량의 도어가 완전히 열렸을 때의 상기 차폭보다 같거나 작은 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 접이식 날개(10)는 길이(11)가 폭(12)보다 적어도 3배 이상 큰 매우 좁고 긴 날개로 형성되고, 차량의 한쪽 측면 당 적어도 두 개 이상 설치되며, 각 접이식 날개의 날개면적과, 날개받음각은 측면 아래쪽 접이식 날개에서 측면 위쪽 접이식 날개로 갈수록 점점 커지도록(점점 아래로 많이 기울도록) 설정될 수 있다.

참고로 한국의 자동차안전기준에서 자동차의 너비는 2.5미터 이하로 규정되어 있고, 후사경, 환기장치 또는 밖으로 열리는 창의 경우 이들 장치의 너비는 승용자동차에 있어서는 25센티미터, 기타의 자동차에 있어서는 30센티미터를 초과할 수 없다. 본 발명이 예컨대 한국에서 적용된다면 위 기준에 맞게 제작될 필요가 있으며 접이식 날개의 폭은 25㎝, 접이식 날개의 길이는 뒷좌석 도어의 폭에 근접한 크기가 될 것이다.

달리 표현하면, 상기 접이식 날개의 최대폭(12-2)은 상기 차량의 사이드 미러 펼침상태를 포함한 가장 넓은 차폭에서 상기 차량의 사이드 미러 접힘상태를 포함한 가장 좁은 차폭을 뺀 값의 절반보다 같거나 작게 설정될 수 있다는 것을 의미한다.

사이드 미러의 폭과 유사하게 접이식 날개의 폭을 유지한다는 뜻은 접이식 날개를 펼쳤을 때의 차량의 차폭 증가를 최소화하는 것을 말하며, 일견 생각하기에는 스포일러 고유의 다운포스 생성능력이 저하될 것 같으나, 상기 설명한 각 접이식날개의 총 배열수에 따른 전체 날개면적 증가, 익렬식 부착으로 인한 위쪽 날개들의 받음각 증가량 등을 종합적으로 고려해서 판단해 보면 전혀 그렇지 않다.

다시말해서 본 발명의 전제 조건이 되는 비늘형 날개, 즉 접이식 날개(10)의 길이(11)에 비해 폭(12)을 극도로 줄여서 설계할 수록 차량 측면에는 더 많은 접이식 날개들이 아래에서부터 위로 익렬형태로 많이 배치될 수 있으며, 이것은 아래쪽 접이식 날개에서 위쪽 접이식 날개로 갈수록 점점 받음각(13-1<13-2)이 크게 배치될 수 있다는 것을 의미한다. (주: 본 발명에서의 큰 받음각의 개념은 큰 양력을 낼수 있는 받음각이 아니라 큰 다운포스(마이너스 양력)을 낼수 있는 절대치 개념의 받음각을 말한다)

즉, 아래쪽 날개보다 약간씩 뒤로 후퇴한 지점에 위쪽 날개를 설치하고 대신 위쪽 날개로 갈수록 점점 받음각을 크게 설정한다면 위쪽의 날개들은 실속(stall)이 발생하지 않고 점점 큰 다운포스를 발생시킬 수 있거나 또는 동등한 다운포스를 내더라도 날개면적을 더 작게 설계할 수 있는 것이다.

이것은 1장의 날개를 매우 큰 받음각으로 설치하는 것은 단지 실속발생확률과 공기저항만을 키울 뿐이나, 아래쪽 날개의 윗면을 타고 흐르는 차체 측면의 공기는 점점 방향이 위로 바뀌어 진다는 것을 절묘하게 이용한 것이며, 더 나아가서는 본 발명과 같이 점점 후퇴하는 익렬형태로 배열된 여러 장의 좁은 폭 날개는 큰 면적을 가진 1장의 날개 보다 더 뛰어난 공력특성을 발휘할 수 있다는 것을 의미하고 있다. 이것은 받음각 변화측면으로만 고찰해본다면, 마치 다열로 배열된 터빈블레이드에서 후열에 위치한 터빈블레이드가 점점 더 큰 받음각으로 배열되는 것과 유사한 원리이며 본 발명의 기술적 고도함을 나타내는 가장 핵심적인 메커니즘이기도 하다.

한편 접이식 날개(10)의 설치부위는 차량의 측면부 중 상기 차량의 앞차륜과 뒷차륜 사이에 설치되거나 또는 지면에 가까운 사이드스탭 부위 또는 도어 부위에 설치되는 것이 바람직하다. 구체적으로는 접지하중이 적은 차륜에 최대한 가깝게 배치되는 것이 가장 효과적이다.

상기 접이식 날개(10)를 선택적으로 구동시키는 구동장치(20)는 각 접이식 날개에 연결되어 날개를 가로-세로로 선택적으로 회전 구동시키면서 접었다 폈다 할 수 있는 회전축을 가지고, 상기 회전축을 정, 역회전 시키는 모터를 적절히 설치해 주면 된다. 무엇보다 한 장의 접이식날개(10)가 받는 부하가 무척 작으므로, 설계에 있어서 제약이 없고 좁은 공간에도 얼마든지 소형의 구동장치를 배치할 수 있으며, 펼쳐졌을 때 아래쪽 단턱에 의해 각 날개의 정교한 받음각은 자연스럽게 고정이 되므로 구동장치의 고정에 필요한 동력을 적게 설정해도 된다. 또한 상기 접이식 날개(10)가 접혔을 때 상기 차량의 측면 내부로 수납될 수 있는 수납부(21)는 도어의 외피를 절개하여 도어 유리가 오르내리는 공간을 제외한 도어 외측 내부공간을 약간 움푹 파게 설계하면 된다. 물론 상기 구동장치에서 모터는 유리승강용 모터의 회전력을 끌어당겨 사용할 수 있으며, 모터와 회전축을 연결하는 기어메커니즘은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 따른다. 마찬가지로 도어에 마련되는 수납부 역시 통상의 금형설계에 따르며, 수납부(21)가 반드시 있어야할 필요는 없고 단지 도어 내측으로 공기가 유입되지 않도록 하면 족하다. 한편 본 발명에서 구동장치(20)나, 수납부(21), 그리고 접이식 날개(10)가 결합 장착되는 위치는 반드시 후석도어 하부일 필요는 없다. 예컨대 후방 휀더나 필요에 따라 앞좌석 도어 또는 전방 휀더에도 충분히 탑재 가능할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상을 가장 잘 실현하는 위치는 도 1~3에 도시된 바와 같이 차량의 무게 불균형을 효과적으로 해소하면서, 차륜의 지지영역 내측에 위치하여 불필요한 마이너스 작용력을 발생하지 않는 위치이다.

도면에 실시예로 제시한 통상의 전륜구동형 중형 승용차의 경우, 앞이 매우 무겁고 뒤가 상대적으로 가볍다. 이때 차의 서스펜션에 무리를 주지 않는 최적의 다운포스 발생위치는 앞차륜과 뒷차륜 사이에서 최대한 뒷차륜에 근접한 위치이며(트렁크에서 발생할 경우 모멘트효과로 앞차륜 하중이 오히려 감소한다), 마찬가지로 차의 서스펜션에 무리를 주지 않는 최적의 공기저항력(항력) 발생위치는 지면과 최대한 가까운 위치이다(트렁크에서 발생할 경우 모멘트효과로 차량 상부가 더 많이 뒤로 당겨진다). 이를 결합하면 최적의 위치는 뒷좌석 도어 아래쪽 부분인 것이다.

도 7~10은 본 발명의 일 실시예에 따른 4장의 접이식 날개(10)를 장착한 사이드 스포일러 탑재차량의 구체적인 작동실시예를 나타낸 그림이다.

설명의 편의를 위해 도면에서 각 접이식날개(10)는 그 장착위치에 따라 적절히 구분된 명칭(도면부호)로 부르기로 한다. 본 실시예에서는, 좌핸들 차량을 기준으로 우측 뒷좌석 도어의 아래쪽에 설치되는 면적이 크고 받음각이 작은 접이식날개(10-R1)를 우측주날개, 우측 뒷좌석 도어의 위쪽 약간 뒷부분 절반 영역에 설치되는 면적이 작고 받음각이 큰 접이식날개(10-R2)를 우측보조날개, 좌측 뒷좌석 도어의 아래쪽에 설치되는 면적이 크고 받음각이 작은 접이식날개(10-L1)를 좌측주날개, 좌측 뒷좌석 도어의 위쪽 약간 뒷부분 절반 영역에 설치되는 면적이 작고 받음각이 큰 접이식날개(10-L2)를 좌측보조날개로 정의하자.

그리고, 도면에 도시된 승용차는 전통적인 앞엔진-전륜구동(FF) 방식의 승용 중대형 차라고 가정하자. 그렇다면 이러한 차는 상대적으로 앞바퀴에 많은 하중(대략 60%를 약간 상회하는 하중)이 가해진다. 이러한 FF방식의 승용차들은 전형적인 패밀리카 이거나 고급승용차, 다시 말해서 승차감을 중요시하는 부드러운 서스펜션으로 설계된다. 따라서 원심력에 의한 롤링(Rolling), 급제동, 급출발에 의한 피칭(Pitching)이 심한 편이며, 이는 그렇지 않아도 불균등한 4개 차륜의 접지하중을 더욱 불균등하게 만드는 요소이다.

특히 고속 주행시 양력이 많이 발생되는 부분은 차량 뒷부분 동체인데, 결과적으로 바람의 영향없이 직진 주행중이라 하더라도 앞바퀴 보다 뒷바퀴의 접지하중 감소량이 더 높다. 즉 평상시 6대4 정도이던 차량 앞뒤 무게 배분이 고속주행시는 7대3, 또는 8대2 정도로 극단적으로 불균형 해질 우려가 있다. 이때 강한 돌풍이 측면에서 불거나, 운전자가 과도한 코너링을 시도하면 접지하중이 적은 뒷바퀴부터 슬립(slip)이 발생하고 결과적으로 차는 스핀(spin)한다.

이를 막기 위해 실시예에서는 4장의 접이식 날개가 적절히 작동하고 있다. 도 7은 초고속 직진 주행 시 접이식 날개의 작동상태를 나타낸 그림인데, 접이식날개 중 좌우측주날개(10-R1, 10-L1) 2장만 펼쳐져 있다. 주날개는 날개길이(11-1)가 긴 대신 받음각(13-1)이 상대적으로 작다. 따라서 공기저항이 적으며 적은 소음으로 적절한 다운포스를 발생하여 차량을 안정시킨다. 구체적으로는 FF방식 차량 특유의 승차감 저해 현상인 피쉬테일 현상을 크게 개선할 수 있다.

도 8은 중고속 상태에서 좌측 급선회 주행 시 접이식 날개의 작동상태를 나타낸 그림이다. 좌측 접이식날개(10-L1, L2)는 2장 모두 펼쳐져 있고, 우측 접이식날개는 접혀 있다. 차량이 우측으로 심하게 쏠리기 때문에 우측 뒷바퀴의 접지하중은 증가하고, 좌측 뒷바퀴의 접지하중은 감소하기 때문에 이를 보정하기 위한 작동인 것이다. 이렇게 되면 본 발명 사이드 스포일러는 좌측 뒷바퀴와 좌측 앞바퀴 사이(구체적으로는 좌측 뒷바퀴 근접지점)를 집중적으로 눌러주게 되며, 대각선에 위치한 바퀴들의 시소효과에 의해 과도한 부하가 가해지던 우측 앞바퀴의 접지하중은 약간 감소한다. 따라서 전체적으로 타이어의 능력에 알맞은 접지하중 분포를 유도해 낼 수 있어 차량의 고속안정성이 크게 높아진다. 또한 덤으로 차량의 롤링(종축기준 회전)도 크게 감소할 수 있다. 단지 약점이라면 보조날개까지 가동한 상태에서 좌측면 풍절음은 크게 증가하나 계속 펼치고 있는 것은 아니므로 이 정도의 단점은 충분히 수긍할 수 있다.

도 9는 초고속 우선회 주행 시 접이식 날개의 작동상태를 나타낸 그림으로써 도 8보다 속도는 더욱 빠르고 커브는 더욱 완만한 경우이다. 이 경우 우측면 2장의 접이식 날개를 모두 펼칠 필요가 없으므로 1장의 우측주날개(10-R1)만을 펼치고 있다. 0장의 날개에서 1장의 날개 펼침으로 해석할 수도 있겠지만 다른 각도로 얘기하면 도 7의 초고속 직진주행 상태에서 우선회할 때 한장의 좌측주날개(10-L1)를 접는 동작이 될 수도 있다. 우회전이 끝나면 좌측주날개는 다시 펼쳐질 것이다.

도 10은 차량의 급제동시 접이식 날개들의 작동상태를 나타낸 그림이다. 고속주행중 차량의 급제동은 극단적으로 무게중심을 앞바퀴 쪽에 쏠리게 하며 차가 감당해야 할 제동력을 앞바퀴 2개 차륜이 다 부담해야 하는 부작용을 일으킨다. 구체적인 현상으로는 차 앞머리가 지면으로 처박히는 노즈다이빙 현상을 들 수 있으며 제동력을 발휘하는 접지면적이 50%감소하므로 제동거리가 길어진다. 이때 일시적으로 4장의 접이식 날개를 모두 펼치는 방법이 있다. 물론 이때 2장이 미리 펼쳐져 있었는지의 여부는 중요하지 않다. 중요한 점은 노즈다이빙 현상이 심할수록 접이식날개들의 받음각, 특히 보조날개들의 받음각(13-2)은 더욱 급격히 증가하며 다운포스의 증가와 더불어 항력도 급격히 증가한다는 점이다. 이는 공기저항을 고려하여 받음각을 키울 수 없는 상시 부착식 스포일러, 공력특성 때문에 적절한 받음각 이상으로 설치되기 어려운 1장의 수납식 스포일러에서는 결코 찾아볼 수 없는 본 발명만의 고유한 공력특성에 해당하며, 접이식 날개의 배열(익렬)을 3열, 4열로 확대할수록 이와 같은 공력특성(노즈다이빙시 항력이 급속 증가하는 특성)은 더 뚜렷해진다.

도 11은 또 다른 본 발명으로써 위에서 설명한 사이드 스포일러의 작동패턴을 구현하는 차륜의 접지하중 회복장치를 개념적으로 설명한 것이다. 도 11에서 빨간색 요소는 감지장치와 감지정보를 개념적으로 나타내고, 파란색 요소는 구동장치 및 구동정보를 개념적으로 나타낸다. 사각형 상자는 차량의 통합 동적안정장치로써 ABS장치와 결합하여 각 바퀴의 트랙션 제어를 수행하는 기존 장치와 통합될 수 있다.

도시된 바와 같이 본 발명 중 시스템장치 및 방법 발명인 차륜의 접지하중 회복장치는, 크게 나누어서 접이식날개(10)를 핵심으로 하는 사이드 스포일러 장치와, 상기 차량의 가속도 또는 각 차륜의 차륜속도를 측정하는 감지장치(30), 및 상기 감지장치의 감지정보(30-sensing)로부터 상기 접이식 날개에 인가될 구동정보(31-control)를 생성하여 상기 구동장치(20)에 전송하는 제어장치(31)를 포함하여 구성된다.

감지정보로는 각 차륜의 현재 각속도 차이를 비롯하여, 차량의 앞쪽과 뒤쪽에서 측정되는 가속도 차이 등에 의해 현재 차량이 어느 방향으로 미끄러지고 있는지, 차량 앞뒤의 진행방향차이는 어느 정도인지, 차량 앞뒤의 높이 차는 얼마인지 등이다. 이것은 전형적인 동적 차량 자세제어장치나 차량 안정화 프로그램(ESP, VDC 등)을 담당하는 시스템에서 수집하는 정보를 그대로 이용할 수 있음은 물론이다. 한편 상기 구동정보(31-control)는 상기 감지정보(30-sensing)가 전달한 상기 각 차륜의 접지하중 불균형을 상기 접이식 날개(10)가 해소하는 쪽으로 생성될 수 있다. 다시 말해서 특정 접이식 날개의 펼침 여부, 펼침 지속시간 등이 될 것이다. 물론 이때도 위에서 설명한 바와 마찬가지로 접이식 날개(10)는 상기 차량의 한쪽 측면 당 적어도 2열 이상 설치되고, 상기 접이식 날개들의 부착위치는 측면 아래쪽 날개에서 측면 위쪽 날개로 갈수록 차량 뒤로 점점 후퇴되고, 상기 접이식 날개들의 받음각(13)은 측면 아래쪽 날개에서 측면 위쪽 날개로 갈수록 점점 커도록 구성될 수 있음은 물론이다. (받음각이 커지는 위쪽 날개들의 날개면적은 줄일 수 있음을 위에서 설명한 바 있다.)

*한쪽 측면에 복수의 날개가 접이식으로 배치된 경우에, 구동장치(20)는 측면 아래쪽과 측면 위쪽에서 각각 독립적으로 상기 접이식 날개를 작동하도록 구성될 수 있다. 이것은 모터를 개별적으로 배치하거나 또는 하나의 모터로 2개 이상의 날개를 개별 구동하는 기어박스를 설치함으로써 가능하다. 구체적으로는 약한 다운포스와 약한 항력이 필요할 때 측면 아래쪽 일부분의 접이식 날개 만을 구동하고, 점점 더 강한 다운포스와 더 큰 항력이 필요할 때(급브레이킹이나 고속선회시) 측면 위쪽으로 점점 더 많은 접이식 날개를 구동하도록 설정될 수 있다.

그리고 제어장치(31)가 구동장치(20)에 부여하는 구동정보(31-control)는 접이식 날개의 개별 펼침 회전량(=펼침각도)로도 변환되어 전송될 수 있다. 이것은 감지정보(30-sensing)가 전달한 각 차륜의 접지하중 불균형 량에 비례하여 그 불균형 해소량(하나의 날개에서 발생하는 다운포스 발생량)도 조절할 수 있다는 것을 의미하는데 이를 위해서는 구동모터나 기어박스가 특정 회전각에서 고정될 수 있는 추가적인 장치를 필요로 한다. 물론 익렬이 3열 이상인 다수 익렬식 사이드 스포일러라면 굳이 특정 접이식 날개의 펼침각도를 조절하기 보다는 완전히 펼쳐진 접이식 날개들의 총 개수를 조절하는 것이 더 효과적일 것이다.

이상 본 발명이 구체화된 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예에만 국한되지 않는다.

다시 말해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 명세서 및 도면이 내포하고 있는 기술적 사상을 활용하여 필요에 따라 본 발명의 명세서 및 도면에 미처 포함되지 않은 단순 변경 및 간단 확장 사례를 구현할 수도 있으나, 이 또한 이하의 청구범위로 표현되는 본 발명 기술적 사상의 범위에 자명하게 포함된다.

본 발명은 설치 위치에 따라 기존 차량의 차체를 개조하지 않고도 쉽게 추가장착 가능하며, 도어에 설치되는 경우에 쉽게 선택 옵션화 할 수 있는 가능성이 있다. 즉 전체 설계비용이나 전체 제조비용에서 차지하는 비중이 적으므로 저가의 차량이나 애프터 마켓에서도 충분히 시장확대가 가능하며, 이는 상업적 실패의 가능성을 크게 감소시킨다. 다시 말해 차량제조메이커가 도어와 주행안정장치를 애프터 마켓용으로 대체 또는 개조 가능하도록 설계한다면 이미 제조/판매된 차량에도 쉽게 장착할 수 있으므로 신차와 중고차시장 전체에 걸쳐 높은 상업적 성공가능성을 지니고 있다.

Claims (7)

1. 차량의 양 측면에 부착되어 각각 선택적으로 세로로 접히거나 가로로 펼쳐지도록 설치되며, 가로로 펼쳐졌을 때 지면 쪽으로 다운포스를 발생하도록 형성되는 복수의 접이식 날개(10)와;

   상기 접이식 날개들을 선택적으로 가로-세로 회전 구동시키는 구동장치(20);를 포함하여 구성되고,

   상기 차량의 주행상태에서 상기 접이식 날개들이 완전히 펼쳐졌을 때의 상기 차량의 차폭은 상기 차량의 사이드 미러가 완전히 펼쳐졌을 때의 상기 차폭보다 같거나 작은 것을 특징으로 하는 접이식 사이드 스포일러 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 접이식 날개(10)들은 각각 길이(11)가 폭(12)보다 3배 이상 큰 좁고 긴 날개로 형성된 것을 특징으로 하는 접이식 사이드 스포일러 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 접이식 날개(10)들은 한쪽 측면 당 적어도 2개 이상의 접이식 날개가 상기 차량의 측면아래에서 측면위로 배열되는 익렬식 배열로 구성되며, 상기 접이식 날개들의 부착위치는 측면 아래쪽 날개에서 측면 위쪽 날개로 갈수록 차량 뒤로 점점 후퇴되고, 상기 접이식 날개들의 받음각(13)은 측면 아래쪽 날개에서 측면 위쪽 날개로 갈수록 점점 커지는 것을 특징으로 하는 접이식 사이드 스포일러 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 차량의 양 측면에 형성되며, 상기 접이식 날개(10)들이 세로로 접혔을 때 상기 차량의 측면 내부로 수납될 수 있는 수납부(21)를 더 포함하여 구성되고,

   상기 접이식 날개의 부착위치는 아래쪽 접이식 날개에서 위쪽 접이식 날개로 갈수록 차량 뒤쪽으로 점점 후퇴되는 것을 특징으로 하는 접이식 사이드 스포일러 장치.
5. 제1항에 기재된 접이식 사이드 스포일러 장치와;

   상기 차량의 가속도 또는 각 차륜의 차륜속도를 측정하는 감지장치(30); 및

   상기 감지장치의 감지정보(30-sensing)로부터 상기 접이식 날개에 인가될 구동정보(31-control)를 생성하여 상기 구동장치(20)에 전송하는 제어장치(31)를 포함하여 구성되는 차륜의 접지하중 회복장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 구동정보(31-control)는 상기 감지정보(30-sensing)가 전달한 상기 각 차륜의 접지하중 불균형을 상기 접이식 날개(10)가 해소하는 쪽으로 생성되는 것을 특징으로 하는 차륜의 접지하중 회복장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 접이식 날개(10)들은 한쪽 측면 당 적어도 2개 이상의 접이식 날개가 상기 차량의 측면아래에서 측면위로 배열되는 익렬식 배열로 구성되고, 상기 접이식 날개들의 부착위치는 측면 아래쪽 날개에서 측면 위쪽 날개로 갈수록 차량 뒤로 점점 후퇴되고, 상기 접이식 날개들의 받음각(13)은 측면 아래쪽 날개에서 측면 위쪽 날개로 갈수록 점점 커지도록 구성되며,

   상기 구동장치(20)는 상기 측면 아래쪽 접이식 날개와 상기 측면 위쪽 접이식 날개를 각각 독립적으로 회전 구동시키도록 구성되고,

   상기 구동정보(31-control)는 상기 감지정보(30-sensing)가 전달한 상기 각 차륜의 접지하중 불균형 량에 비례하여 그 불균형 해소량도 조절할 수 있도록 생성되는 것을 특징으로 하는 차륜의 접지하중 회복장치.

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