졸업호소인

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 자동차 트렁크 경사로 시스템

영문 : Car Trunk Slope System

과제 팀명

졸업호소인

지도교수

홍완식 교수님, 박아영 교수님

개발기간

2025년 9월 ~ 2025년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 신소재공학과 20194500** 전*현(팀장)

서울시립대학교 신소재공학과 20194500** 김*진

서울시립대학교 신소재공학과 20194500** 창*진

서울시립대학교 국사학과 20206300** 김*은

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

자동차 트렁크는 적재 공간이 깊고 입구에 단차(둔덕)가 존재하여 무거운 짐을 꺼낼 때 허리와 팔에 큰 부담이 발생한다. 특히 여행용 캐리어, 캠핑 장비, 공구함 등 대형·중량물 적재 시 이러한 불편은 반복적인 신체 피로와 부상 위험으로 이어질 수 있다.

본 과제는 트렁크 내부 바닥이 버튼 조작을 통해 경사로 형태로 전환되는 시스템을 개발하여, 사용자가 짐을 들어 올리지 않고 끌어내리는 방식으로 쉽게 인출할 수 있도록 하는 것을 목표로 한다.

개발 과제의 배경

자동차 트렁크는 일상생활에서 빈번히 사용되는 적재 공간이지만, 구조적으로 입구에 단차(둔덕)가 존재하여 무거운 짐을 꺼낼 때 상당한 신체적 부담을 유발한다. 특히 노약자, 여성 운전자, 근력이 약한 사용자의 경우 팔 힘만으로 적재물을 들어 올리는 동작은 어려움과 안전상의 위험을 동반한다. 이러한 불편은 단순한 사용성 문제를 넘어 반복적인 신체 피로 및 사고 위험으로 이어질 수 있으며, 트렁크 구조의 특성상 사용자 개인의 주의만으로는 해결하기 어렵다.

트렁크 구조로 인한 사용자 불편은 다음과 같은 문제를 가진다.

첫째, 입구 단차로 인해 무거운 적재물을 인출할 때 허리와 팔에 과도한 하중이 집중된다.

둘째, 단차 구조는 주행 중 적재물 이동 방지 및 충돌 안전을 위한 필수 요소이므로 단순한 구조 변경이나 제거가 현실적으로 어렵다.

셋째, 기존 트렁크 구조의 안전성을 유지하면서도 사용 편의성을 동시에 향상시킬 수 있는 보조 메커니즘이 부족한 실정이다.

따라서 기존 구조의 안정성을 유지하면서도 사용자가 적재물을 들어 올리지 않고 보다 쉽게 꺼낼 수 있는 새로운 방식의 접근이 필요하며, 본 과제는 트렁크 바닥을 경사로 형태로 전환하는 시스템을 통해 이러한 문제를 해결하고자 한다.

개발 과제의 목표 및 내용

본 과제의 목표는 트렁크 문이 열린 상태에서 버튼 조작을 통해 트렁크 바닥 일부가 일정 각도의 경사로 형태로 자동 전환되는 시스템을 구현하는 것이다.

경사로 전개 시 트렁크 둔덕과의 단차를 해소하기 위해 자동 전개형 롤러 구조를 적용하여, 적재물이 틈에 걸리거나 떨어지지 않고 연속적으로 이동할 수 있도록 한다. 또한 경사로 구조는 약 100 kg 이내의 하중을 안정적으로 지지할 수 있도록 설계하며, 경량 고강도 소재와 하중 분산 구조를 적용해 내구성과 반복 사용에서의 안정성을 확보한다.

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황

내용

• 특허조사 및 특허 전략 분석

내용

• 기술 로드맵

1단계: 경사로 매커니즘 구현

• 버튼 조작 기반 경사로 전개 및 복귀 구조의 구현

• 롤러 구조를 통해 둔턱과 경사로 사이의 단차를 제거

2단계: 구동 시스템 설계

• 전동 액추에이터 기반 구동 구조 설계

• 경사로 전개 및 복귀 동작에 대한 기본 제어 로직 구현

3단계: 구조 강도 및 하중 검증

• 실제 트렁크 내부 치수 기준 구조 설계

• 약 100 kg 하중에 대한 반복 하중 테스트

4단계: 구조 최적화 및 시스템 완성

• 내부 부품 배치 최적화

• 경사각 조건에 따른 작업성 및 안정성 개선

시장상황에 대한 분석

• SWOT 분석

• 경쟁제품 조사 비교

내용

• 마케팅 전략 제시

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

경사로와 롤러 구조를 활용함으로써 짐을 들어 올리는 동작 없이 이동시킬 수 있어, 사용자 편의성을 실질적으로 향상시킬 수 있다. 또한 단순한 기계 구조 기반으로 구현 가능하여 시스템 복잡도가 낮고, 반복 사용 환경에서도 안정적인 동작이 기대되며, 기존 트렁크 구조를 크게 변경하지 않고 적용할 수 있다는 점에서 기술적 실현 가능성이 높다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

기회 요인 측면에서는 고령자 및 근력 약자 운전자의 증가와 함께, 차량 이용 과정에서의 편의성을 중시하는 소비자 요구가 지속적으로 확대되고 있다. 특히 반복적인 적재, 인출이 이루어지는 복지 차량이나 상용 차량 분야에서는 본 기술의 활용 가치가 높을 것으로 예상된다. 더 나아가 차량 제조사의 선택 사양이나 애프터마켓용 편의 장치로 확장될 가능성도 존재하며, 기존 전동 트렁크 기능과 차별화되는 내부 적재 편의 기술로서의 경쟁력을 가질 수 있다. 반면, 차량 경량화 및 원가 절감을 중시하는 산업 전반의 흐름과 자동 적재 시스템 등 대체 기술의 존재는 본 과제가 고려해야 할 외부 환경 요인으로 작용한다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

전재현: 산관학 업체 컨택, 예산 관련 증빙 서류 작성

김형진: 부품 제작 업체 선택, 이론적 구조 계산, 제품 제작

창규진: 아두이노 코드 설계 및 알고리즘 구현, 전체적 설계 총괄, 제품 제작

김지은: 아이디어 제시, 제품 설계안 및 3D 모델링 디자인, 제품 제작

설계

설계사양

제품의 요구사항

개념설계안

• 구성요소

① 액추에이터 구동부

경사로 시스템의 구동을 담당하는 핵심 구동 장치로, 버튼 입력 시 직선 운동을 발생시켜 지지 막대를 밀어주는 역할을 한다. 액추에이터의 신장 및 수축에 따라 전체 구조가 연동되어 경사로 전개 및 복귀 동작이 이루어진다. 하중 조건을 고려하여 충분한 추력을 확보하도록 선정된다.

② 지지 막대

액추에이터 구동부와 롤러 부분을 연결하는 지지 막대로, 액추에이터의 직선 운동을 롤러에 전달하는 역할을 한다. 액추에이터가 늘어나면 지지 막대가 전방으로 이동하며 롤러를 밀어 올려 경사로 하단부를 지지하고, 구조 전체의 안정성을 확보한다.

③ 롤러 구조

경사로와 트렁크 둔덕 사이의 단차를 완화하기 위한 회전형 롤러 구조로, 적재물이 이동할 때 마찰을 줄이고 걸림 현상을 방지한다. 지지 막대(②)에 의해 위치가 제어되며, 경사로 전개 시 자동으로 연동되어 단차 구간을 연속적인 이동 경로로 변환한다.

④ 트렁크 밑면(차체 고정 구조물)

차량 차체에 고정된 트렁크 하부 구조물로, 본 시스템의 설치 기준면이 되는 요소이다. 기존 차량 구조를 변경하지 않고, 액추에이터 및 롤러 연동 메커니즘이 이 밑면을 기준으로 배치되도록 설계된다.

이론적 계산 및 시뮬레이션

• 시뮬레이션

1. 작동 전 모습 및 동작 순서

<그림 1>은 액추에이터 작동 전의 초기 상태를 나타낸다. 해당 상태에서 모든 구성 요소는 트렁크 밑면에 위치해 있으며, 트렁크 바닥은 평면 상태를 유지한다. 본 시스템의 작동 순서는 다음과 같다.

<그림 1> 작동 전

(1) 트렁크 개방 후 사용자가 버튼을 누른다.

(2) 구동부가 작동하여 경사로 패널이 상방으로 회전하며 경사면이 형성된다.

(3) 경사로 패널이 일정 각도 이상 상승하는 구간에서 롤러 구조가 연동되어 자동 전개된다.

(4) 롤러가 경사로 하단부와 둔덕 사이 간극을 메우며 연속 경로를 형성한다.

(5) 사용자는 적재물을 들어 올리지 않고 경사면을 따라 끌어내려 인출한다.

(6) 사용 종료 후 버튼(또는 복귀 동작)으로 경사로와 롤러 모듈이 원위치로 복귀한다.

2. 작동 후 모습 및 동작 순서

<그림 2>는 액추에이터 작동이 완료된 후 시스템이 완전히 전개된 상태를 나타낸다. 액추에이터의 스트로크가 늘어남에 따라 지지 막대와 롤러 구조가 전개되며, 롤러의 상승 궤적을 따라 트렁크 바닥면이 함께 상승하여 경사면이 형성된다. 이 상태에서 경사로 하단부와 트렁크 둔덕 사이의 단차가 해소되어 연속적인 이동 경로가 확보된다. 사용자는 형성된 경사면을 따라 적재물을 안전하고 원활하게 인출할 수 있다.

<그림2> 작동 후

• 액추에이터 구동 회로 설계

• 액추에이터 구동 회로도(Arduino 기반)

본 시스템의 구동 회로는 Arduino를 제어기로 사용하고, 12 V 선형 액추에이터 2개를 DC 모터 드라이버(L298N)로 구동하는 방식을 사용한다. 사용자는 버튼 입력을 통해 전개 및 복귀를 조절하며, Arduino는 모터 드라이버의 방향 제어 핀과 속도 제어 핀을 제어하여 액추에이터를 동작시킨다.

① 전원부

• 액추에이터 전원: 12 V DC 전원

• Arduino 전원: 9 V 전원 사용

GND 공통 접지: 12 V 전원 GND–모터 드라이버 GND–Arduino GND 공통으로 연결

② Arduino–모터 드라이버 연결

• 방향 제어: IN1, IN2(액추에이터 1), IN3, IN4(액추에이터 2) → Arduino 디지털 핀 연결

• 속도 제어: ENA, ENB → Arduino PWM 핀 연결

③ 입력부(버튼)

• 전개 버튼, 복귀 버튼 → Arduino 입력 핀 연결

• 입력은 INPUT_PULLUP을 사용하여 버튼 한쪽을 GND로 연결하는 방식으로 구성

<그림 3> 배선도

상세설계 내용

1. 조립도

• 전체 조립도 이등각 투상

• 전체 조립도 정면

• 전체 조립도 측면

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

관련사업비 내역서

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용