KR20170022282A - 차량의 공력 제어 장치 - Google Patents

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cylinder
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김학림
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 차량의 공력 제어 장치에 관한 것으로서, 차량 하부 보임량 및 차량 디자인의 악화 없이 주행하는 차량의 공력 성능을 효과적으로 향상시키고, 차량 연비 및 주행안정성을 개선할 수 있는 차량의 공력 제어 장치를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 차량의 리어 범퍼와 이격되도록 완전 분리되거나 조합될 수 있는 패널 형상의 부재로서, 상승한 위치에서는 리어 범퍼에 범퍼 면의 일부를 구성하도록 조합되고, 하강한 위치에서는 리어 범퍼로부터 분리되어 차량 하부에서 차량 후방으로 배출되는 공기를 상, 하면을 따라 통과시키는 디퓨저; 및 상기 리어 범퍼 전방의 차체 패널과 디퓨저 사이를 연결하도록 구비되어 차체 패널에서 디퓨저를 지지하면서 디퓨저를 상하 이동 및 각도 조절하는 디퓨저 구동부를 포함하는 차량의 공력 제어 장치가 개시된다.

Description

차량의 공력 제어 장치{Aerodynamic control system for vehicle}
본 발명은 차량의 공력 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주행하는 차량의 공력 성능을 향상시키고 차량 연비 및 주행안정성을 개선할 수 있는 공력 제어 장치에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 자동차가 주행할 때 차체 앞 부분은 공기를 상하좌우 방향으로 밀어내고, 이때 밀린 공기는 차체 뒤쪽으로 가면서 원래 위치로 돌아가게 된다.
또한, 이러한 공기가 원래 위치로 돌아가는 데에는 시간이 걸리게 되는데, 시간이 오래 걸리면 걸릴수록 차체 뒤쪽에서 많은 진공 부분이 발생한다.
이때 형성된 진공이 차체를 뒤에서 잡아당겨 차량은 공기의 저항을 받게 되고, 더불어 진공에 의해 발생하는 와류 현상으로 인해 차량이 고속으로 달리면 차체가 뜨는 양력 현상이 나타난다.
이를 막기 위해 차량 뒤쪽에서의 와류 제어 및 공력 성능 개선을 위한 후류 제어를 통하여 차량이 고속으로 주행할 때 주행안정성을 확보하는 것이 필요하다.
차량의 공력 성능을 개선함에 있어서 후류(wake) 제어는 매우 중요하며, 차량 주행시 공력 성능에 유리한 후류 상태를 만들어주기 위해서는 차량 하부로 유입된 공기가 리어 범퍼(rear bumper) 하측 또는 리어 범퍼 하단부를 통해 차량 후방으로 원활히 배출되도록 해야 한다.
차량의 후류 제어를 위해 리어 범퍼 하단의 지상고를 높이거나, 리어 범퍼 하단부에 슬릿홀을 적용하기도 하고, 차체 후단에 디퓨저를 적용하여 유동 확산각을 개선하기도 한다.
도 1은 차량의 공력 성능 개선을 위한 차량 하부 공기 유동 상태를 설명하기 위한 도면으로, 예시한 바와 같이 리어 범퍼 하단의 지상고를 높여 차량 하부로 유입된 공기의 후방 배출을 원활히 해줄 수 있으며, 지상고 상향을 통해 차체 후단에서의 공기 유동 확산각을 크게 하여 후류를 개선하고 있다.
그러나, 리어 범퍼 하단의 지상고 상향은 차량 후방에서 차체 하부가 많이 드러나 보이게 되면서 차량 하부 보임량에서 불리함이 있다.
따라서, 자동차 제조사에서는 도 2에 나타낸 바와 같이 일정 거리(D) 떨어진 후방 차량의 운전자 눈 높이(H)에서 차량 하부 보임량을 최소화하는 기준을 마련하여 적용하고 있으며, 리어 범퍼 하단의 지상고 상향으로는 차량 하부 보임량 악화 및 디자인 제약으로 인해 차량의 공력 성능을 개선하는데 한계가 있다.
도 3은 리어 범퍼 하단부에 슬릿 형태의 홀(2)을 적용한 예를 나타낸 도면으로, 도시된 바와 같이 리어 범퍼(1) 하단부에 슬릿 형태의 홀(2)을 형성할 경우 차량 하부로 유입된 공기를 상기 홀(2)을 통해 차량 후방으로 원활히 배출할 수 있다.
하지만, 이러한 홀의 적용은 하부 보임량 측면에서 유리할 뿐만 아니라 디퓨저를 설치하는 경우에 비해 원가 측면에서 유리하나, 홀이 외관상 항상 보이게 되므로 차량 디자인 측면에서 불리함이 있고, 공력 개선의 효과 또한 그리 크지 않다.
또한, 플랩(flap) 타입의 능동형 리어 디퓨저의 경우, 고속 주행시 리어 범퍼 하단부의 디퓨저 플랩이 작동함에 따라 유동 확산각을 제어할 수 있으나, 디퓨저 플랩이 기존 범퍼 하단면을 기준으로 움직이므로 유동 확산각 증대가 제한적이다.
일본 실용신안공보 제1996-005111에는 플랩이 차체와의 힌지 마운트부를 회전축으로 하여 차체와의 사이에 연결된 액츄에이터의 작동에 의해 회전되면서 유동 확산각을 제어하는 플랩 회전 제어 타입의 차량 공력 제어 장치가 개시되어 있다.
그러나, 이는 플랩이 차체에 힌지 마운트 됨에 따라 플랩 및 액츄에이터를 포함하여 구성되는 디퓨저의 모듈화 및 조립이 어렵고, 차체 후단부 하측에 플랩을 상하 회전 가능하게 마운트 해야 하므로 머플러, 스페어 타이어 웰(well), 리어 범퍼 등이 조밀하게 구성되어 있는 일반적인 양산 차량에는 적합하지 않다.
또한, 일본 특허공보 제3952063호에는 차체 하면에 장착된 언더 커버를 제어하는 방식의 차체 하면 공기류 제어 장치가 개시되어 있으며, 여기서는 차체 하면과 언더 커버 사이에 장착된 액츄에이터가 구동함에 따라 언더 커버의 각도를 제어하도록 되어 있다.
그러나, 이는 리어 범퍼 하단의 지상고 이상의 넓은 범위로는 언더 커버의 각도를 제어하는 것이 불가능하고, 차체 하면(스페어 타이어 웰 패널 하면)에 장착된 액츄에이터 구동부의 상하 작동 공간을 확보하기 위해 언더 커버의 장착 위치가 매우 낮아져야 하는 구조적 한계를 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 차량 하부 보임량 및 차량 디자인의 악화 없이 차량의 공력 성능을 효과적으로 향상시키고, 차량 연비 및 주행안정성을 개선할 수 있는 차량의 공력 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 리어 범퍼 하단부에 구성되어 공기 배출의 유동 확산각 및 공기 유동 배출량을 차량의 주행 상태에 따라 제어할 수 있도록 구성됨으로써, 차량 하부로 유입된 공기가 차량 후방으로 원활히 배출되도록 하고, 주행하는 차량의 후류를 최적으로 제어할 수 있는 공력 제어 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 차량의 리어 범퍼와 이격되도록 완전 분리되거나 조합될 수 있는 패널 형상의 부재로서, 상승한 위치에서는 리어 범퍼에 범퍼 면의 일부를 구성하도록 조합되고, 하강한 위치에서는 리어 범퍼로부터 분리되어 차량 하부에서 차량 후방으로 배출되는 공기를 상, 하면을 따라 통과시키는 디퓨저; 및 상기 리어 범퍼 전방의 차체 패널과 디퓨저 사이를 연결하도록 구비되어 차체 패널에서 디퓨저를 지지하면서 디퓨저를 상하 이동 및 각도 조절하는 디퓨저 구동부를 포함하는 차량의 공력 제어 장치를 제공한다.
이로써, 본 발명에 따른 차량의 공력 제어 장치에서는 작동 전 디퓨저가 리어 범퍼의 범퍼 면을 이루고 있게 되므로 디퓨저로 인한 차량 디자인 및 외관 성능의 저하가 발생하지 않으며, 리어 범퍼 하단의 지상고를 불필요하게 높이지 않아도 되므로 차량 하부 보임량 저하 및 그로 인한 차량 상품성 저하의 문제가 발생하지 않는다.
또한, 디퓨저가 리어 범퍼의 범퍼 면 일부를 구성하는 범퍼 부재로 사용되는 동시에 후류 제어를 위한 장치로 사용되므로 후류 제어를 위한 별도의 언더 커버류를 사용하는 경우에 비해 중량 저감 및 원가 절감의 이점이 있다.
또한, 리어 범퍼의 범퍼 면 일부를 형성하는 디퓨저가, 리어 범퍼나 차체 패널에 회전 가능하도록 직접 힌지 결합되는 것이 아닌, 리어 범퍼 및 차체 패널과는 독립적인 작동 부재로서 상하 이동 및 각도 제어 가능하게 설치되므로, 디퓨저의 위치 및 각도 제어 범위가 넓게 확보될 수 있고, 차체 하부로 유입된 공기가 디퓨저의 상, 하면으로 통과하므로 디퓨저 통과 유량에 대한 유동 확산이 용이하다는 이점이 있다(공력 개선 효과가 큼).
또한, 본 발명에 따른 차량의 공력 제어 장치는 차량의 항력 및 양력을 동시에 개선하는 공력 향상의 효과를 제공한다.
도 1은 차량의 공력 성능 개선을 위한 차량 하부 공기 유동 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 차량 하부 보임량에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 리어 범퍼 하단부에 슬릿 형태의 홀을 적용한 종래기술의 예를 나타내는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 공력 제어 장치에서 디퓨저의 작동 전 및 후 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공력 제어 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 공력 제어 장치에서 이중 실린더 기구의 구성 및 작동 상태를 나타내는 사시도이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 공력 제어 장치의 작동 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
본 발명은 주행하는 차량의 공력 성능을 향상시키고 차량 연비 및 주행안정성을 개선할 수 있는 공력 제어 장치를 제공하고자 하는 것이다.
이를 위해, 본 발명에서는 리어 범퍼에 일체화되어 범퍼 면을 형성하는 리어 디퓨저를 포함하며, 정차 및 일반(저속 및 중속) 주행시 상승 위치에서 범퍼 면을 형성하고 있던 리어 디퓨저가 공기저항이 커지는 고속 주행시에 하강하여 다양한 각도로 제어될 수 있도록 구성된다.
또한, 본 발명에서는 차량의 주행 상태에 따라 디퓨저 구동부(후술하는 이중 실린더 기구를 포함하는 구성임)가 구동하여 리어 디퓨저의 하강량과 각도가 제어될 수 있도록 구성됨으로써, 차량 후방에서의 공기 유동 확산각 및 유동 배출량을 최적화하고, 차량의 공력 성능을 향상시키게 된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 공력 제어 장치에서 디퓨저(10)의 작동 전 및 후 상태를 나타내는 도면으로, (a)는 디퓨저(10)와 리어 범퍼(1)를 정면에서 도시한 도면이고, (b)는 사시도이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 공력 제어 장치는 작동 전 상태의 위치에서 리어 범퍼(1)에 일체화되어 리어 범퍼의 일부로서 범퍼 면을 형성하고 있다가 차량의 주행 상태에 따라 하강하여 상하 높이 및 각도가 제어되는 리어 범퍼 일체형 능동 디퓨저(10)를 포함한다.
여기서, 리어 범퍼 일체형이라 함은 디퓨저(10)가 리어 범퍼(1)에 기계적으로, 그리고 물리적으로 결합되어 있는 것을 의미하는 것은 아니며, 상승한 위치에서 디퓨저(10)가 리어 범퍼(1)의 범퍼 면 위치에 놓이게 되면서 범퍼 면의 일부를 형성하는 것을 의미한다.
즉, 본 발명에서 디퓨저(10)는 리어 범퍼(1)의 일부, 보다 명확히는 범퍼 커버의 일부가 될 수 있는 것으로서, 디퓨저가 작동 전 상태(최대 상승한 상태)에서 범퍼 커버의 일부가 되어 범퍼 면을 형성하며, 이때 리어 범퍼(1)의 범퍼 커버 외측면과 디퓨저(10) 외측면이 차체 후방에서 하나의 범퍼 면을 형성하게 되는 것이다.
또한 이렇게 상승한 위치에서 디퓨저(10)는 리어 범퍼의 범퍼 면 일부를 형성하지만 하강한 상태에서는 리어 범퍼와 구조적으로 이격되어 완전히 분리될 수 있는 패널 부재이다.
상기 디퓨저(10)는 리어 범퍼(1)의 길이방향을 따라 좌우로 긴 패널 형상을 가지며, 최대로 상승한 위치에서는 리어 범퍼(1)에 조합된 상태로 리어 범퍼(1)의 하부면을 형성하도록 되어 있다.
상기 디퓨저(10)는, 리어 범퍼(1)나 차체에 직접 마운트 되는 것이 아닌, 리어 범퍼 내측의 차체 패널(도 5에서 도면부호 3임), 즉 리어 범퍼(1)가 후방으로 배치되어 있는 차체 후단의 패널에 디퓨저 구동부(도 5에서 도면부호 20임)의 이중 실린더 기구(도 5에서 도면부호 21임)를 매개로 하여 지지됨과 더불어, 상기 이중 실린더 기구의 작동에 의해 그 상하 위치 및 각도가 제어된다.
예컨대, 차량이 정차하고 있거나 기준속도 이하의 저속 및 중속으로 주행하고 있을 때에는 디퓨저(10)가 도 4a의 작동 전 상태와 같이 상승한 위치에서 범퍼 면을 이루고 있다가, 기준속도를 초과하는 고속 주행시에는 디퓨저(10)가 디퓨저 구동부에 의해 도 4b와 같이 하강하여 차량 하부로 유입된 공기가 차량 후방으로 원활히 배출될 수 있는 최적의 유동 확산각 및 유동 배출량이 확보되도록 하고 차량의 공력 성능을 최적화한다.
이와 같이 작동 전에는 디퓨저가 리어 범퍼의 범퍼 면을 이루고 있게 되므로 디퓨저로 인한 차량 디자인 및 외관 성능의 저하가 발생하지 않으며, 차량 후류의 최적화 및 공력 성능의 최적화를 위해 리어 범퍼 하단의 지상고를 불필요하게 높이지 않아도 되므로 차량 하부 보임량 저하 및 그로 인한 차량 상품성 저하의 문제가 발생하지 않는다.
또한, 디퓨저가 리어 범퍼의 범퍼 면 일부를 구성하는 범퍼 부재로 사용되는 동시에 후류 제어를 위한 장치로 사용되므로 후류 제어를 위한 별도의 언더 커버류를 사용하는 경우에 비해 중량 저감 및 원가 절감의 이점이 있다.
또한, 리어 범퍼의 범퍼면 일부를 형성하는 디퓨저가, 리어 범퍼나 차체 패널에 회전 가능하도록 직접 힌지 결합되는 것이 아닌, 리어 범퍼 및 차체 패널과는 독립적인 작동 부재로서 상하 이동 및 각도 제어 가능하게 설치되므로, 디퓨저의 위치 및 각도 제어 범위가 넓게 확보될 수 있고, 차체 하부로 유입된 공기가 디퓨저의 상, 하면으로 통과하므로 디퓨저 통과 유량에 대한 유동 확산이 잘 되는 이점이 있다(공력 개선 효과가 큼).
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 공력 제어 장치의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 6은 이중 실린더 기구의 구성 및 작동 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6에서 (a)는 디퓨저의 작동 전 상태를, (b)는 디퓨저의 작동 후 상태를 나타낸다.
또한, 도 7과 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 공력 제어 장치의 작동 상태를 나타내는 도면으로, 도 7은 차량의 정차시나 일반 주행시(기준속도 이하의 저속 및 중속 주행시)의 디퓨저 작동 전 상태를 나타내고, 도 8은 차량의 고속 주행시(기준속도를 초과하는 주행시)의 디퓨저 작동 후 상태를 나타낸다.
도면에서 디퓨저 작동 전 상태는 디퓨저(10)가 최대로 상승하여 리어 범퍼(1)의 범퍼 면 일부를 형성하고 있는 상태를 말하며, 이 상태에서는 범퍼 커버 외측면과 디퓨저 외측면이 하나의 범퍼 면을 이루고 있게 된다.
또한, 도면에서 디퓨저 작동 후 상태는 디퓨저 구동부(20)의 이중 실린더 기구(21a,21b)가 동작하여 디퓨저(10)가 정해진 높이로 하강하고 정해진 각도로 제어된 상태를 말하며, 디퓨저가 작동되는 고속 조건에서도 차속에 따라 미도시된 제어부에 의해 디퓨저의 높이(즉, 상하 위치 및 하강량) 및 각도가 차등 제어되도록 구성하는 것이 가능하다.
도 5에서는 전방의 차체 패널(3)과 후방의 디퓨저(10) 사이를 연결하면서 차체 패널에서 디퓨저를 지지하고 작동시키는 이중 실린더 기구(21a,21b)가 도시되어 있지만, 리어 범퍼에 대해서는 도시를 생략하였다.
리어 범퍼는, 도 5와 같이 이중 실린더 기구(21a,21b)가 차체 패널(3)에 조립된 상태일 때, 범퍼 백빔을 이중 실린더 기구(21a,21b)의 후방에 위치하도록 차체 패널(3)에 장착하고, 이어 범퍼 백빔에 범퍼 커버를 조립하여서 구성될 수 있다.
상기 이중 실린더 기구(21a,21b)는 2개의 실린더 기구, 즉 디퓨저(10)의 승, 하강을 위한 제1실린더 기구(23)와, 디퓨저(10)의 각도 조절을 위한 제2실린더 기구(25)를 포함한다.
좀더 상세히 설명하면, 디퓨저 구동부(20)는 차체 패널(3)과 디퓨저(10) 사이에 구성되어 디퓨저(10)를 차체 패널(3)에서 지지함과 더불어 상승 및 하강시키고 각도 제어를 위해 회전시키는 단수 또는 복수 개의 이중 실린더 기구(21a,21b)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 디퓨저(10)의 승, 하강 및 각도 제어를 위해 좌, 우측에 하나씩의 이중 실린더 기구(21a,21b)가 장착됨을 볼 수 있으며, 디퓨저 구동부(20)는 리어 범퍼(1)의 길이방향을 따라, 즉 디퓨저(10)의 길이방향을 따라 배치되는 복수 개의 이중 실린더 기구(21a,21b)를 포함할 수 있다.
상기 디퓨저 구동부(20)를 구성하는 이중 실린더 기구(21a,21b)의 개수는 디퓨저(10)의 안정적인 지지, 디퓨저의 원활한 상승 및 하강, 그리고 그 각도 조절이 가능하다면 다양하게 변경 가능하다.
바람직하게는 디퓨저(10)의 형상을 고려하여 디퓨저의 길이방향을 따라 배치되는 복수 개의 이중 실린더 기구(21a,21b), 예컨대 2개의 이중 실린더 기구를 설치할 수 있다.
상기 이중 실린더 기구(21a,21b)는 차체 패널(3)에 고정되는 마운팅부(22), 마운팅부(22)에 설치되어 디퓨저(10)의 상승, 하강을 제어하는 디퓨저 승강용 제1실린더 기구(23), 상기 디퓨저(10)의 각도를 제어하는 디퓨저 회전용 제2실린더 기구(25), 및 상기 제1실린더 기구(23)의 피스톤 로드(23b)와 제2실린더 기구(25)를 연결하는 실린더 스트럿(24)을 포함한다.
상기 마운팅부(22)는 차체 패널(3)에 볼트 체결 또는 용접의 방식으로 고정 설치될 수 있으며, 각 이중 실린더 기구(21a,21b)에 대해 하나씩 설치될 수 있다.
상기 제1실린더 기구(23)와 제2실린더 기구(25)는 모두 실린더 본체(23a,25a)에서 전후진 동작하는 피스톤 로드(23b,25b)를 가지는 것으로, 유압 또는 공압 실린더가 될 수 있다.
상기 제1실린더 기구(23)는 차체 패널(3)에 마운팅부(22)를 매개로 하여 상하로 길게 배치되도록 설치되고, 이에 제1실린더 기구(23)의 피스톤 로드(23b)는 실린더 본체(23a)에서 상하로 전후진 동작하도록 되어 있다.
이때, 제1실린더 기구(23)의 실린더 본체(23a)는 마운팅부(22)에 고정 결합되어 마운팅되고, 제1실린더 기구(23)의 피스톤 로드(23b) 선단부에는 실린더 스트럿(24)이 고정 결합된다.
상기 실린더 스트럿(24)의 상단부에는 제2실린더 기구(25)의 실린더 본체(25a)가 힌지 결합된다.
상기 제2실린더 기구(25)는 실린더 스트럿(24)에 상하로 길게 배치되도록 설치되는데, 실린더 본체(25a)의 상단부가 실린더 스트럿(24)의 상단부에 힌지 결합되고, 피스톤 로드(25b)의 선단부가 디퓨저(10)에 힌지 결합된다.
이때, 제2실린더 기구(25)의 피스톤 로드(25b) 또한 실린더 본체(25a)에서 대략 상하로 전후진 동작하도록 되어 있다.
그리고, 실린더 스트럿(24)의 하단부 또한 디퓨저(10)에 힌지 결합된다.
상기 제2실린더 기구(25)는 제1실린더 기구(23)에 비해 좀더 경사진 방향으로 설치될 수 있으며, 실린더 스트럿(24)과 디퓨저(10) 간의 힌지결합부(J1)에 비해 제2실린더 기구(25)의 피스톤 로드(25b)와 디퓨저(10) 간의 힌지결합부(J2)가 좀더 후방에 위치하도록 설정된다.
결국, 도 6 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 제1실린더 기구(23)가 제어부의 제어신호에 따라 동작하게 되면, 피스톤 로드(23b)의 전후진 동작이 이루어짐에 따라, 제1실린더 기구(23)의 피스톤 로드(23b) 선단부에 실린더 스트럿(24)을 매개로 연결되어 있는 디퓨저(10)가 상하로 이동하게 된다.
즉, 디퓨저(10)가 상승 또는 하강하여 상하 위치(높이)가 제어되는 것이다.
이때, 피스톤 로드(23b)가 전진할 경우 디퓨저(10)는 리어 범퍼로부터 하강하게 되고, 피스톤 로드(23b)가 후진할 경우 디퓨저(10)는 리어 범퍼 쪽으로 상승하게 된다.
작동 전 상태에서는 디퓨저(10)가 리어 범퍼의 범퍼 커버와 함께 범퍼 면을 이루도록 상승해 있다가(도 6의 (a) 및 도 7의 상태), 작동시에는 제1실린더 기구(23)가 동작하여 디퓨저(10)가 하강하게 된다(도 6의 (b) 및 도 8의 상태).
또한, 제1실린더 기구(23)와 함께 제2실린더 기구(25)가 제어부의 제어신호에 따라 동작하게 되면, 피스톤 로드(25b)의 전후진 동작이 이루어짐에 따라, 제2실린더 기구(25)의 실린더 본체(25a)가 실린더 스트럿(24)에서 힌지결합부(J1)를 중심으로 회전됨과 동시에, 제2실린더 기구(25)의 피스톤 로드(25b)에서 힌지결합부(J2)를 중심으로 디퓨저(10)가 회전되어 디퓨저의 각도 조절이 이루어지게 된다.
상기 제2실린더 기구(25)의 피스톤 로드(25b)가 전진할 경우 디퓨저(10)는 후방으로 눕혀지는 방향으로 회전되어 각도 조절되고(도 8 참조), 이후 제2실린더 기구(25)의 피스톤 로드(25b)가 다시 후진할 경우 디퓨저(10)가 세워지는 방향으로 회전되어 각도 조절된다(도 7 참조).
또한, 작동 전 상태에서 디퓨저(10)가 범퍼 커버와 함께 범퍼 면을 이루도록 세워져 있다가(도 6의 (a) 및 도 7의 상태), 디퓨저(10)가 제1실린더 기구(23)에 의해 하강한 후 각도 조절을 위해 제2실린더 기구(25)가 동작하면 디퓨저(10)가 후방으로 눕혀지도록 회전되어 각도 조절된다(도 6의 (b) 및 도 8의 상태).
이러한 제1실린더 기구(23)와 제2실린더 기구(25)는 제어부에 의해 순차적으로 동작하도록 제어될 수 있는데, 예를 들면 제어부가 제1실린더 기구(23)를 먼저 동작시킨 후 제2실린더 기구(25)를 동작시키도록 설정될 수 있다.
또한, 제어부는 차속검출부로부터 현재의 주행 차속을 입력받게 되면, 전술한 바와 같이 차속에 따라 이중 실린더 기구(21a,21b)를 포함하는 디퓨저 구동부(20)의 작동을 제어하여 디퓨저(10)의 상하 위치 및 각도를 조절하게 된다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 공력 제어 장치에 의하면, 차량의 주행 상태에 따라 리어 범퍼와 일체화되어 범퍼 면을 이루고 있는 디퓨저를 작동시켜, 차량 후방으로의 공기 유동 확산각과 유동 배출량을 최적으로 제어할 수 있게 된다.
결국, 차량의 공기저항을 감소시킬 수 있고, 공기저항 감소 및 항력계수 저감에 따른 차량 연비 향상을 달성할 수 있게 된다.
또한, 디퓨저 작동시 양력 밸런스가 개선되는 효과를 얻을 수 있는바, 전륜 양력에 비해 후륜 양력이 큰 네가티브 밸런스(negative balance) 상태(불안정 주행 상태가 됨) 대신, 전륜 양력에 비해 후륜 양력을 낮추어 더욱 안정적인 주행이 가능해지는 포지티브 밸런스 상태로 개선될 수 있게 된다.
후륜의 양력계수가 저감되고 후륜 다운포스가 증가되어 공력 밸런스가 개선되는 효과를 얻을 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 공력 제어 장치를 적용하는 경우 미적용 차량에 비해 동일 횡풍 조건에서 양력을 낮출 수 있고(양력계수 저감), 전후륜 밸런스 및 피칭 모멘트 개선이 가능해지면서 차량의 주행안정성을 향상시킬 수 있게 된다.
요컨대, 본 발명에 따르면, 차량의 항력 및 양력이 동시에 개선되는 공력 향상의 효과를 얻을 수 있는 것이다.
또한, 구성에 있어서도 이중 실린더 기구를 차체 패널에 간단히 볼트 체결하여 조립할 수 있으므로 조립이 용이하고 모듈화가 가능한 이점이 있고, 이때 차체 패널과 범퍼 백빔 사이의 공간에 장착 가능하므로 별도의 구성 공간을 확보할 필요가 없다.
또한, 실린더 기구를 이용하여 디퓨저를 병진 이동시키는 방식으로 디퓨저의 위치를 제어하고 공기 유동 각도 및 유량을 조절하므로, 차체나 리어 범퍼에 디퓨저가 직접 힌지 마운트 되어 디퓨저의 회동만으로 공기 유동 각도 및 유량이 제어되는 종래의 구성에 비해 내구성 및 강건성이 우수하다는 이점이 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
1 : 리어 범퍼 2 : 홀
3 : 차체 패널 10 : 디퓨저
20 : 디퓨저 구동부 21a, 21b : 이중 실린더 기구
22 : 마운팅부 23 : 제1실린더 기구
23a : 실린더 본체 23b : 피스톤 로드
24 : 실린더 스트럿 25 : 제2실린더 기구
25a : 실린더 본체 25b: 피스톤 로드
J1, J2 : 힌지결합부

Claims (12)

  1. 차량의 리어 범퍼와 이격되도록 완전 분리되거나 조합될 수 있는 패널 형상의 부재로서, 상승한 위치에서는 리어 범퍼에 범퍼 면의 일부를 구성하도록 조합되고, 하강한 위치에서는 리어 범퍼로부터 분리되어 차량 하부에서 차량 후방으로 배출되는 공기를 상, 하면을 따라 통과시키는 디퓨저; 및
    상기 리어 범퍼 전방의 차체 패널과 디퓨저 사이를 연결하도록 구비되어 차체 패널에서 디퓨저를 지지하면서 디퓨저를 상하 이동 및 각도 조절하는 디퓨저 구동부를 포함하는 차량의 공력 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 디퓨저는 리어 범퍼의 길이방향을 따라 좌우로 긴 패널 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 차량의 공력 제어 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 디퓨저는 상승한 위치에서 리어 범퍼의 하부면을 형성하도록 조합될 수 있는 패널 형상의 부재인 것을 특징으로 하는 차량의 공력 제어 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 디퓨저 구동부는 디퓨저를 상하 이동시키는 제1실린더 기구와, 디퓨저를 각도 조절을 위해 회전시키는 제2실린더 기구가 결합된 구성을 가지면서 차체 패널과 디퓨저 사이에 배치되는 이중 실린더 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 공력 제어 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 이중 실린더 기구는,
    실린더 본체가 차체 패널에 마운팅되어 고정되고 상하로 전후진 동작하는 피스톤 로드를 가지는 상기 제1실린더 기구,
    상기 제1실린더 기구의 피스톤 로드에 결합되고 디퓨저에 힌지 결합되는 실린더 스트럿;
    상기 실린더 스트럿에 실린더 본체가 힌지 결합되고 전후진 동작하는 피스톤 로드가 디퓨저에 힌지 결합되는 상기 제2실린더 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 공력 제어 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 이중 실린더 기구는 차체 패널에 고정되고 상기 제1실린더 기구의 실린더 본체가 고정되는 마운팅부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 공력 제어 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2실린더 기구는 실린더 본체에서 피스톤 로드가 상하로 전후진 동작하는 실린더 기구이고, 상기 디퓨저에서 제2실린더 기구의 피스톤 로드와 디퓨저 간 힌지결합부가 실린더 스트럿과 디퓨저 간 힌지결합부에 비해 후방에 위치하는 것을 특징으로 하는 차량의 공력 제어 장치.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 디퓨저가 리어 범퍼의 길이방향을 따르는 긴 패널 형상을 가지며,
    상기 디퓨저 구동부는 디퓨저의 길이방향을 따라 배치되는 복수 개의 이중 실린더 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 공력 제어 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 디퓨저의 길이방향을 따라 2개의 이중 실린더 기구가 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 공력 제어 장치.
  10. 청구항 4에 있어서,
    상기 이중 실린더 기구는 차체 패널과 리어 범퍼의 백빔 사이의 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량의 공력 제어 장치.
  11. 청구항 4에 있어서,
    상기 디퓨저는 세워지는 방향으로 회전되거나 차량 후방으로 눕혀지는 방향으로 회전되어 각도 조절되는 것을 특징으로 하는 차량의 공력 제어 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    차량 속도에 따라 디퓨저 구동부의 작동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    차량 속도가 기준속도 이하인 경우 디퓨저를 리어 범퍼의 범퍼 면 일부를 형성하도록 상승시키기 위한 제어신호를 출력하고,
    차량 속도가 기준속도를 초과하는 경우 디퓨저를 하강 및 각도 조절하기 위한 제어신호를 출력하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 차량의 공력 제어 장치.
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