KR101757380B1 - 자전거의 최적 기어변속 유도시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거의 최적 기어변속 유도시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자전거 운전자에 의해 페달에 가해지는 힘과 속도를 고려하여 운전자의 주행편의를 도모할 수 있도록 최적의 기어변속을 유도하기 위한 자전거의 최적 기어변속 유도시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템은, 자전거 페달에 내장되어 운전자의 힘에 의해 작동되는 페달의 페달축에 대한 각도를 감지하는 각도센서와; 상기 각도센서의 감지신호에 따라 운전자의 힘에 의해 페달의 변형량에 따른 신호를 출력하는 힘센서와; 상기 힘센서로부터 출력되는 데이터를 입력받아 미리 설정된 프로그램에 의하여 힘을 계산하고, 계산된 힘에 대응하는 최적의 기어변속비를 산출하기 위한 기어변속비 산출프로그램이 구비된 제어부와; 상기 제어부에 의해 산출된 최적의 기어변속비를 운전자가 확인할 수 있도록 표시해주는 디스플레이부를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자전거의 최적 기어변속 유도시스템{Guidance system for optimum gear shift of bicycle}

본 발명은 자전거의 최적 기어변속 유도시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자전거 운전자에 의해 페달에 가해지는 힘과 속도를 고려하여 운전자의 주행편의를 도모할 수 있도록 최적의 기어변속을 유도하기 위한 자전거의 최적 기어변속 유도시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자전거의 기어는 앞쪽의 체인링과 뒤쪽의 스프라켓으로 이루어져 있으며 기어변속은 프론트 드레일러(derailleur)와 리어 드레일러(derailleur)에 의하여 이루어진다. 앞쪽 기어인 체인링과 뒤쪽기어인 스프라켓의 톱니 수에 의해 정해지는 기어 비는 동일 페달링 조건에서는 자전거의 주행속도의 차이로 나타난다.

그러나 기어 변속을 할 경우 체인링의 기어 단과 스프라켓의 기어 단에 따라 동일한 기어 비율이 반복적으로 나타날 수 있다 . 이런 상황에서는 체인과 톱니가 맞닿는 부분이 넓은 경우 체인에 더 작은 힘을 가하게 되는데 이 힘을 체인텐션이라 하고 체인텐션이 클수록 같은 기어비율 상황 하에서 더 적은 힘으로 같은 주행속도를 얻을 수 있다.

기존의 자전거는 사용자가 자전거의 기어를 수동으로 조작하기 때문에 운전자에 맞는 최적의 기어비율을 찾아 변속하며 자전거를 타는 것이 쉽지 않다.

대부분의 기어 변속 자전거는 주행 시 변속의 시기와 정도를 인위적으로 결정하게 되는데, 특히 기어 변속기에 익숙하지 아니한 초보자나 어린이, 노인의 경우에는 기어를 고단으로 올려야할지 또는 저단으로 내려야할지를 정확하게 판단하기 어려우므로 사용이 불편하다는 단점이 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위한 기술의 일예가 하기 문헌 1에 개시되어 있다.

하기 특허문헌 1에는 페달과 결합되어 페달의 회전력으로 회전되며 지름이 각각 다른 복수의 체인링이 조합된 체인링체와; 뒷바퀴에 장착되며 지름이 각각 다른 복수의 스프로킷이 조합된 스프로킷체와; 상기 체인링체의 어느 한 체인링과 상기 스프로킷체의 어느 한 스프로킷에 양 단이 각각 감아 걸리는 체인과; 자전거의 앞바퀴 측에 구비되어 상기 체인을 체인링체의 어느 한 체인링으로 이동시키는 프론트 드레일러와; 자전거의 뒷바퀴 측에 구비되어 상기 체인을 스프로킷체의 어느 한 스프로킷에 감기도록 이동시키는 리어 드레일러와; 상기 체인에 걸쳐져 상기 체인의 장력에 의해 승하강 작동되는 메인 작동기기와; 상기 메인 작동기기에서 동력을 전달받아 프론트 드레일러를 작동시키는 제 1 변속기기와; 상기 메인 작동기기에서 동력을 전달받아 리어 드레일러를 작동시키는 제 2 변속기기를 포함하는 것으로서, 상기 메인 작동기기는 피스톤 로드가 체인에 걸쳐져 체인의 장력에 의해 유압을 발생시키는 제 1 유압실린더를 포함하며, 상기 제 1 변속기기는 상기 제 1 유압실린더로부터 유압을 공급받아 작동하는 제 2 유압실린더를 포함하며, 상기 제 2 변속기기는 상기 제 1 유압실린더로부터 유압을 공급받아 작동하는 제 3 유압실린더를 포함하고, 상기 제 2 유압실린더 및 상기 제 3 유압실린더는 피스톤로드가 서로 반대 방향으로 작동되게 상기 제 1 유압실린더로 유압을 공급받는 것을 특징으로 하는 자전거용 자동 변속 장치에 대해 개시되어 있다.

그러나, 상술한 바와 같은 종래의 기술은 체인의 장력의 변위에 의한 자전거의 자동 변속 장치는 체인 장력이 일정하게 구동되기 어렵고 부품의 내구성도 신뢰하기 어려울 뿐만 아니라 유압실린더 및 호스 등의 부품이 노출되어 있어 외관이 복잡해보이고 안전사고에 취약하다는 문제점이 있었다. 또한, 운전자의 신체여건에 따라 기어변속을 조절할 수 없는 등의 단점을 내포하고 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-0923627호(2009.10.19 등록)

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 자전거 운전자에 의해 페달에 가해지는 힘과 속도를 고려하여 최적의 기어변속 단계를 판단하고 이를 디스플레이 해주어 운전자에 맞는 최적의 기어변속을 유도함으로써 운전자의 주행편의를 도모하고 잘못된 기어변속으로 인한 변속 라인의 마모를 방지할 수 있는 자전거의 최적 기어변속 유도시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템은, 자전거 페달에 내장되어 운전자의 힘에 의해 작동되는 페달의 페달축에 대한 각도를 감지하는 각도센서와; 상기 각도센서의 감지신호에 따라 운전자의 힘에 의해 페달의 변형량에 따른 신호를 출력하는 힘센서와; 상기 힘센서로부터 출력되는 데이터를 입력받아 미리 설정된 프로그램에 의하여 힘을 계산하고, 계산된 힘에 대응하는 최적의 기어변속비를 산출하기 위한 기어변속비 산출프로그램이 구비된 제어부와; 상기 제어부에 의해 산출된 최적의 기어변속비를 운전자가 확인할 수 있도록 표시해주는 디스플레이부를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템은 자전거 운전자에 의해 페달에 가해지는 힘과 속도를 고려하여 운전자에 맞는 최적의 기어변속을 유도함으로써 운전자의 주행편의를 도모하고 잘못된 기어변속으로 인한 변속 라인의 마모를 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템의 제어부를 도시한 흐름도.
도 3은 본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템의 디스플레이부에 표시되는 초급자 모드의 일예를 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템의 디스플레이부에 표시되는 중급자 모드의 일예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템의 디스플레이부에 표시되는 고급자 모드의 일예를 도시한 도면.

본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템은, 자전거 페달에 내장되어 운전자의 힘에 의해 작동되는 페달의 페달축에 대한 각도를 감지하는 각도센서와; 상기 각도센서의 감지신호에 따라 운전자의 힘에 의해 페달의 변형량에 따른 신호를 출력하는 힘센서와; 상기 힘센서로부터 출력되는 데이터를 입력받아 미리 설정된 프로그램에 의하여 힘을 계산하고, 계산된 힘에 대응하는 최적의 기어변속비를 산출하기 위한 기어변속비 산출프로그램이 구비된 제어부와; 상기 제어부에 의해 산출된 최적의 기어변속비를 운전자가 확인할 수 있도록 표시해주는 디스플레이부를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 페달에 가하는 힘의 세기를 단계별로 설정하며, 페달에 가하는 힘이 커지면 기어단계는 낮은 단계로 설정되고, 페달에 가하는 힘이 작아지면 기어단계는 높은 단계로 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 디스플레이부는 페달에 가하는 힘의 세기에 따라 초급자 모드, 중급자 모드, 고급자 모드 중 어느 하나의 모드가 표시되고, 상기 표시된 모드와 연관된 앞기어와 뒷기어의 기어변속비를 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부, 디스플레이부에 전원을 공급하기 위한 배터리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템을 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템의 제어부를 도시한 흐름도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템의 디스플레이부에 표시되는 초급자 모드의 일예를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템의 디스플레이부에 표시되는 중급자 모드의 일예를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템의 디스플레이부에 표시되는 고급자 모드의 일예를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템은 각도센서(10), 힘센서(20), 제어부(30) 및 디스플레이부(40)를 포함한다.

상기 각도센서(10)는 자전거 페달에 내장되어 운전자의 힘에 의해 작동되는 페달의 페달축에 대한 각도를 감지하게 된다.

상기 각도센서(10)는 자전거 페달의 페달축에 대한 조작 각도를 감지하고, 이런 감지된 정보를 제어부(30)에 전송하는 역할을 한다.

상기 각도센서(10)에 의해 감지된 자전거 페달의 회전운동 상태를 제어부(30)에 의해 데이터화할 수 있게 된다.

상기 힘센서(20)는 상기 각도센서(10)의 감지신호에 따라 운전자의 힘에 의해 페달의 변형량에 따른 신호를 출력하게 된다.

즉, 상기 힘센서(20)는 상기 각도센서(10)가 작동하면 그 지점에 들어가는 힘을 계산하도록 제어부(30)에 신호를 출력하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(30)는 상기 힘센서(20)로부터 출력되는 데이터를 입력받아(S10) 미리 설정된 프로그램에 의하여 힘을 계산하고(S20), 계산된 힘에 대응하는 최적의 기어변속비를 산출(S30)하기 위한 기어변속비 산출프로그램이 구비된다.

상기 제어부(30)는 상기 페달에 가하는 힘의 세기를 단계별로 설정하며, 페달에 가하는 힘이 커지면 기어단계는 낮은 단계로 설정되고, 페달에 가하는 힘이 작아지면 기어단계는 높은 단계로 설정된다. 즉, 운전자에 의해 페달을 돌리는 빠르기가 빨라지고 페달에 가하는 힘이 커지면 기어단계는 낮아지고, 페달을 돌리는 빠르기가 느려지고 페달에 가하는 힘이 작아지면 기어단계는 높아진다.

속도와 기어단계는 비례관계이기 때문에 속도가 빨라지면 기어단계는 똑같은 비율로 늘어나고 속도가 느려지면 기어단계는 똑같은 비율로 줄어들게 된다.

상기 제어부(30)의 산출프로그램에서는 입력되는 페달에 가하는 힘 데이터를 연산하여 자동으로 최적의 기어변속비를 산출하게 된다.

예를 들면, 페달에 가하는 힘의 값을 1~100으로 하고, 1~20은 기어 1단, 20~40은 기어 2단, 40~60은 기어 3단, 60~80은 기어 4단, 80~100은 기어 5단으로 설정된다. 보통 시중에 판매되고 있는 자전거 기어단계는 앞기어(체인링) 3단계와 뒷기어(스프라켓) 9단계로 구성되어 경우의 수로 따지면 기어단계가 27단 정도 되는데, 본 발명에서는 계산을 편리하게 하기 위해서 기어단계를 5단으로 구성되고, 페달에 가하는 힘의 세기에 따라 초급자 모드(기어 1단, 기어 2단), 중급자 모드(기어 3단, 기어 4단), 고급자 모드(기어 5단)로 설정된다.

특히, 기어변속비를 설정하기에 앞서 초급자 모드에서는 운전 대상자인 어린이에 의해 페달에 가하는 최소의 힘과 최대의 힘을 조사하고, 중급자 모드에서는 중,고등학생 및 일반인을 대상으로 최소의 힘과 최대의 힘을 조사하며, 고급자 모드에서는 선수를 대상으로 최소의 힘과 최대의 힘을 조사하여 각 모드별로 평균값을 계산하여 기어변속비 설정 시 이를 반영한다.

즉, 초급자 모드는 대상이 어린이기 때문에 페달에 가하는 힘의 세기가 비교적 작으므로 기어 1단과 기어 2단의 비율이 높도록 설정하고, 중급자 모드는 대상이 중,고등학생 및 일반인이기 때문에 기어 3단과 기어 4단의 비율이 높도록 설정하며, 고급자 모드는 대상이 선수이기 때문에 페달에 가하는 힘의 세기가 비교적 크므로 기어 5단의 비율이 높도록 설정한다.

한편, 상기 제어부는 상기 초급자 모드, 중급자 모드, 고급자 모드의 설정으로는 운전자가 앞기어와 뒷기어의 최적 기어변속비를 인지하지 못하기 때문에 각 모드별로 앞기어와 뒷기어의 기어변속비를 미리 설정해놓는 것이 바람직하다.

예를 들면, 초급자 모드인 기어 1단과 기어 2단은 힘이 적게 들어가는 기어비율로서 앞기어(체인링)와 뒷기어(스프라켓)의 곱한 값이 저단(예 : 앞 1단×뒤 1단=1단, 앞 1단×뒤 2단=2단, 앞 1단×뒤 3단=3단 등)으로 이루어지고, 고급자 모드인 기어 5단은 힘이 많이 들어가는 기어비율로서 앞기어(체인링)와 뒷기어(스프라켓)의 곱한 값이 고단(예 : 앞 3단×뒤 5단=15단, 앞 3단×뒤 6단=18단, 앞 3단×뒤 7단=21단 등)으로 이루어지며, 중급자 모드인 기어 3단과 기어 4단은 상기 기어 1단 및 2단과 기어 5단의 중간 정도의 힘(예 : 앞 2단×뒤 3단=6단, 앞 2단×뒤 4단=8단, 앞 2단×뒤 5단=10단 등)이 들어가는 기어비율로 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 앞기어(체인링)와 뒷기어(스프라켓)의 곱한 값이 5단 미만이면 초보자 모드(기어 1단, 기어 2단)로 설정되고, 앞기어(체인링)와 뒷기어(스프라켓)의 곱한 값이 5~10이면 중급자 모드(기어 3단, 기어 4단)로 설정되며, 앞기어(체인링)와 뒷기어(스프라켓)의 곱한 값이 15단 이상이면 고급자 모드(기어 5단)로 설정되는 것이 바람직하다.

상기 모드별 기어변속비는 본 발명을 설명하기 위한 하나의 일예로서 기어 변속 여부를 결정하는 기준 내지 방식은 다양할 수 있다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 디스플레이부(40)는 상기 제어부(30)에 의해 산출된 최적의 기어변속비를 운전자가 확인할 수 있도록 표시해준다.

특히, 상기 디스플레이부(40)는 페달에 가하는 힘의 세기에 따라 초급자 모드, 중급자 모드, 고급자 모드 중 어느 하나의 모드가 표시되고, 상기 표시된 모드와 연관된 앞기어와 뒷기어의 기어변속비를 제공하게 된다.

상기 앞기어와 뒷기어의 기어변속비 표시는 각각 숫자(예 : 앞 1단, 뒤 2단)로 표시되거나 또는 앞기어 형상의 3단 도형과 뒷기어 형상의 9단 도형이 표시되고 해당 기어에 불이 들어오는 방식으로 표시될 수 있다.

따라서, 상기 디스플레이부(40)를 통해 운전자는 최적의 기어변속비를 확인할 수 있고 그에 따라 변속레버(쉬프터)를 조작하여 기어를 변속함으로써 편안한 주행을 할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템은 배터리부(50)를 포함하며, 상기 배터리부(50)는 상기 제어부(30), 디스플레이부(40)에 전원을 공급하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템은, 자전거 운전자가 쉽게 확인할 수 있고 조작이 편리하도록 상기 제어부(30), 디스플레이부(40) 및 배터리부(50) 등이 포함된 단말기 형태로 구성되어 자전거의 핸들에 장착할 수 있도록 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 자전거의 최적 기어변속 유도시스템에 의하면, 운전자가 페달을 통해 가하는 힘의 세기에 따라 최적의 기어변속비를 운전자에게 디스플레이해주고 이를 통해 수동으로 기어를 변속함으로써, 운전자의 주행편의를 도모하고 잘못된 기어변속으로 인한 변속 라인의 마모를 방지할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

10 : 각도센서
20 : 힘센서
30 : 제어부
40 : 디스플레이부
50 : 배터리부

Claims (4)

1. 자전거 페달에 내장되어 운전자의 힘에 의해 작동되는 페달의 페달축에 대한 각도를 감지하는 각도센서와;
   상기 각도센서의 감지신호에 따라 운전자의 힘에 의해 페달의 변형량에 따른 신호를 출력하는 힘센서와;
   상기 힘센서로부터 출력되는 데이터를 입력받아 미리 설정된 프로그램에 의하여 힘을 계산하고, 계산된 힘에 대응하는 최적의 기어변속비를 산출하기 위한 기어변속비 산출프로그램이 구비된 제어부와;
   상기 제어부에 의해 산출된 최적의 기어변속비를 운전자가 확인할 수 있도록 표시해주는 디스플레이부를 포함하여 이루어지며,
   상기 디스플레이부는 페달에 가하는 힘의 세기에 따라 초급자 모드, 중급자 모드, 고급자 모드 중 어느 하나의 모드가 표시되고, 상기 표시된 모드와 연관된 앞기어와 뒷기어의 기어변속비를 제공하는 것을 특징으로 하는 자전거의 최적 기어변속 유도시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 페달에 가하는 힘의 세기를 단계별로 설정하며, 페달에 가하는 힘이 커지면 기어단계는 낮은 단계로 설정되고, 페달에 가하는 힘이 작아지면 기어단계는 높은 단계로 설정되는 것을 특징으로 하는 자전거의 최적 기어변속 유도시스템.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부, 디스플레이부에 전원을 공급하기 위한 배터리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거의 최적 기어변속 유도시스템.

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