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

1. Movable Loading Floor for a Motor Vehicle Trunk (US10017212B2)

본 특허는 차량 트렁크 내부에 설치된 적재 바닥(panel)의 높이를 조절할 수 있는 구조를 제안한다. 적재 바닥은 하부 바닥과 인접한 낮은 위치부터 상대적으로 높은 위치까지 이동 가능하며, 이를 통해 트렁크 내부 공간을 상·하로 분리하여 사용할 수 있도록 설계되어 있다.

해당 기술의 목적은 적재 공간의 활용도를 높이는 데 있으며, 바닥을 들어 올려 둔턱을 극복하거나 무거운 짐을 경사 이동시키는 기능보다는 적재 공간 분할 및 수납 방식 변경에 초점이 맞춰져 있다.

2.Height-adjustable Loading Space Floor System for Vehicle (DE10261392A1)

본 특허는 차량 적재 공간 바닥을 복수의 높이(level)로 구성할 수 있는 구조를 제안한다. 적재 바닥은 슬라이드 가이드 또는 지지 구조를 통해 서로 다른 높이에 배치될 수 있으며, 필요에 따라 상부 또는 하부 바닥으로 이동 가능하다.

해당 기술 역시 적재 공간의 구성 변경 및 수납 편의성 향상을 목적으로 하며, 적재 바닥이 트렁크 전면 둔턱 높이까지 상승하여 단차를 제거하거나 경사로를 형성하는 구조는 포함하지 않는다. 즉, 적재면의 “위치 조절”에 국한된 기술로서, 무거운 짐의 인출 시 요구되는 물리적 하중 감소를 직접적으로 해결하지는 않는다.

특허조사 및 특허 전략 분석

기존의 트렁크 적재 바닥 가변 구조 기술들은 적재 공간의 분할 또는 높이 조절을 통해 수납 효율을 개선하는 데 주된 목적이 있다. US10017212B2 및 DE10261392A1과 같은 선행 기술들은 적재 바닥의 위치를 변경함으로써 공간 활용성을 높일 수 있으나, 트렁크 전면부에 존재하는 둔턱 구조로 인해 발생하는 단차 문제를 근본적으로 해결하지는 못한다.

이로 인해 무거운 짐을 인출하는 과정에서는 여전히 사용자가 짐을 들어 올려야 하며, 이는 사용자의 근력에 직접적으로 의존하는 구조적 한계를 가진다. 즉, 기존 기술은 적재 공간의 ‘구성 변화’에 집중하였으나, 적재·인출 과정에서 발생하는 사용자의 피로도 문제에 대해서는 직접적인 해결책을 제시하지 못한다는 공백(gap)이 존재한다.

본 과제는 이러한 기술적 공백에 주목하여, 트렁크 바닥을 경사화하고 둔턱과 트렁크 바닥면 사이의 단차를 롤러를 통해 해결하는 구조를 제안한다. 이를 통해 사용자는 짐을 들어 올리는 동작 없이 바닥을 따라 이동시키는 방식으로 적재물을 꺼낼 수 있으며, 이는 기존 기술과 달리 사용자의 작업 행위 자체를 개선하는 방향의 구조적 차별성을 가진다. 따라서 본 과제는 기존의 단순 높이 조절형 적재 바닥 기술에서 한 단계 발전하여, 트렁크 적재 편의성을 실질적으로 향상시키는 기술적 위치를 차지한다.

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

마케팅 전략 제시

본 과제는 트렁크 입구의 둔덕으로 인해 발생하는 적재 단차 문제를 경사로 및 롤러 기반의 기계적 구조로 완화함으로써, 적재물 인출 시 사용자가 부담하는 물리적 하중을 효과적으로 감소시킬 수 있다는 강점을 가진다. 짐을 들어 올리지 않고 이동시킬 수 있어 사용자 편의성이 높으며, 비교적 단순한 기계 구조로 구현 가능해 기술적 실현 가능성 또한 높다.

기회 요인으로는 고령자 및 근력 약자 운전자의 증가와 차량 편의 기능에 대한 소비자 요구 확대를 들 수 있으며, 복지 차량이나 상용 차량 분야에서 활용 가능성이 높다. 반면, 차량 경량화 및 원가 절감을 중시하는 산업 흐름과 자동 적재 시스템과 같은 대체 기술의 존재는 외부 위협 요인으로 작용한다.

반면, 추가적인 기구 및 구동부 도입으로 인한 원가 상승과 트렁크 내부 유효 적재 공간 감소 가능성은 한계 요인으로 작용한다. 또한 차량 모델별 트렁크 형상 차이로 인해 범용 적용에 제약이 있을 수 있다.

종합적으로 본 과제는 사용자 편의성 향상이라는 명확한 목적성을 가지며, 향후 구조 단순화와 경량화 설계를 통해 비용 효율성을 확보할 경우 실제 적용 및 상용화 가능성이 충분한 기술로 판단된다.

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

경사로와 롤러 구조를 활용함으로써 적재물을 들어 올리는 동작 없이 이동시킬 수 있어, 트렁크 사용 시 발생하는 사용자의 신체적 부담을 효과적으로 감소시킬 수 있다. 이는 기존 트렁크 구조에서 발생하는 단차 문제를 기계적 방식으로 완화하는 접근으로, 사용자 편의성을 실질적으로 향상시킨다.

또한 본 시스템은 비교적 단순한 기계 구조를 기반으로 구현이 가능하여 시스템 복잡도가 낮고, 반복 사용 환경에서도 안정적인 동작이 기대된다. 기존 차량 트렁크 구조를 크게 변경하지 않고 적용할 수 있다는 점에서 기술적 실현 가능성이 높으며, 다양한 차량 플랫폼에의 확장 가능성도 가진다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

고령자 및 근력 약자 운전자의 증가와 함께 차량 이용 과정에서의 편의성을 중시하는 소비자 요구는 지속적으로 확대되고 있다. 이러한 흐름 속에서 본 기술은 복지 차량이나 상용 차량과 같이 반복적인 적재·인출이 이루어지는 분야에서 높은 활용 가치를 가질 것으로 예상된다.

더 나아가 본 시스템은 차량 제조사의 선택 사양 또는 애프터마켓용 편의 장치로 확장될 가능성이 있으며, 기존 전동 트렁크 기능과 차별화되는 내부 적재 편의 기술로서 경쟁력을 확보할 수 있다. 다만 차량 경량화 및 원가 절감을 중시하는 산업 전반의 흐름과 자동 적재 시스템과 같은 대체 기술의 존재는 외부 환경 요인으로 고려될 필요가 있다.

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

트렁크 내부 구조 및 사용 환경 분석

본 개념설계에서는 실제 차량 적용 가능성을 검토하기 위해 2024년형 하이브리드 그랜저 차량의 트렁크 내부 구조를 실측하였다. 트렁크 입구 둔덕은 폭 약 13 cm, 길이 20 cm, 높이 19.3 cm로 형성되어 있으며, 트렁크 바닥과 약 105°의 둔각을 이루는 구조를 가진다. 이는 차체 강성 및 적재물 거동을 고려한 구조적 요소로, 설계 시 제거 또는 변형이 어려운 제약 조건으로 판단된다.

트렁크 바닥은 전면부와 후면부의 폭이 각각 약 70 cm와 40 cm로 비대칭적인 형태를 가지며, 전체 내부 높이는 약 55 cm로 측정되었다. 이러한 내부 구조를 고려할 때, 트렁크 바닥 전면부를 활용한 경사 구조 적용이 가능하며, 추가 구조가 도입되더라도 적재 공간 감소는 제한적일 것으로 판단된다.

적재 하중 및 안전 조건

본 경사로 시스템은 트렁크 내부에 적재되는 짐의 하중을 안전하게 지지할 수 있어야 한다. 실제 차량 사용 환경을 고려할 때, 트렁크에는 최대 약 100 kg 수준의 적재 하중이 발생할 수 있으므로, 본 시스템은 이를 최종 적용 목표 하중으로 설정한다.

다만 본 개념설계 단계에서는 구조 구현 가능성 검토를 목적으로, 실제 트렁크 면적의 약 1/4 규모를 기준으로 설계를 진행한다. 이에 따라 설계 검증 하중은 약 30 kg으로 설정하며, 해당 조건에서 구조적 안정성과 작동 가능성을 검토한다. 이러한 하중 조건은 이후 실제 제작 시 하중 확장을 고려한 개념설계 기준으로 활용된다.

설계 제약 조건

본 개념설계는 기존 차량 트렁크 구조를 변경하지 않는 것을 전제로 한다. 따라서 트렁크 입구 둔덕은 제거하거나 변형하지 않으며, 차체 및 하부 프레임과의 구조적 간섭이 발생하지 않도록 설계되어야 한다. 또한 트렁크 내부에 추가 구조물이 설치되더라도, 유효 적재 공간의 감소는 최소화되어야 하며, 사용자가 일반적인 적재 및 수납을 수행하는 데 불편이 없어야 한다.

설계 요구사항 정리

버튼 조작 시 경사로가 전개되어 트렁크 입구 둔덕과 동일한 높이에 도달하도록 설계한다. 경사로는 트렁크 내부에 적재된 짐의 하중을 지지해야 하므로, 실제 트렁크 면적의 1/4 규모로 제작된 설계 모델을 기준으로 약 30 kg 이상의 하중을 견딜 수 있도록 요구사항을 설정하였다.

이때 경사로 전개 시 둔덕과 경사로 사이에 발생할 수 있는 간극으로 인해 적재물 이동이 방해되지 않도록, 전개 후 연속적인 이동면이 형성되어야 한다. 또한 사용자 편의를 고려하여 경사로 전개에 소요되는 시간과 작동 시 발생하는 소음은 최소화하는 것을 설계 목표로 설정하였다.

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