KR101901442B1 - 전기 자전거 및 그 제어 방법 - Google Patents

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KR101901442B1 KR1020170044137A KR20170044137A KR101901442B1 KR 101901442 B1 KR101901442 B1 KR 101901442B1 KR 1020170044137 A KR1020170044137 A KR 1020170044137A KR 20170044137 A KR20170044137 A KR 20170044137A KR 101901442 B1 KR101901442 B1 KR 101901442B1
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Abstract

본 발명의 전기 자전거는 노면의 기울기를 검출하는 기울기 검출부; 주행 속도를 검출하는 속도 검출부; 페달부에 마련된 프론트 기어부와, 후륜에 마련된 리어 기어부를 갖는 변속부; 검출된 노면의 기울기와 검출된 주행속도에 기초하여 프론트 기어부와 리어 기어부 간의 기어비를 조정하는 제어부를 포함한다.

Description

전기 자전거 및 그 제어 방법 {ELETRIC BICYCLE AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}
본 발명은 속도에 기초하여 동력을 회전력으로 변환하는 변속 기능을 가진 전기 자전거 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기 자전거는 자전거의 뼈대를 이루는 프레임과, 이 프레임에 장착되는 바퀴와, 이 바퀴를 회전시키는 모터와, 이 모터에 전원을 공급하는 배터리를 포함한다.
전기 자전거는 동력원인 배터리에서 구동원인 모터로 전원이 인가되면, 모터의 회전력이 전기자전거의 구동 축으로 전달되어 운전이 실시된다.
전기 자전거는 가속 수단인 스로틀(throttle)이 사용자에 의해 조작되면 모터를 회전시키고 이 모터의 회전에 의해 바퀴가 돌아가면서 앞으로 이동한다.
전기 자전거는 여러 가지 운전상황에 따라 전기 자전거의 속도를 수동 또는 자동으로 가변시킨다.
전기자전거는 주행 중 오르막길을 운행하거나, 과도한 중량의 화물을 탑재한 상태로 주행하는 경우 수동 조작에 의해 속도가 조절되도록 하거나, 또는 페달을 밟는 힘에 기초하여 자동으로 속도를 조절한다.
일 측면은 주행 속도와 노면의 기울기에 기초하여 변속부의 기어비를 조정하는 전기 자전거 및 그 제어 방법을 제공한다.
다른 측면은 가속 정보에 기초하여 목표 기어비를 조정하는 전기 자전거 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 측면에 따른 전기 자전거는 노면의 기울기를 검출하는 기울기 검출부; 주행 속도를 검출하는 속도 검출부; 페달부에 마련된 프론트 기어부와, 후륜에 마련된 리어 기어부를 갖는 변속부; 핸들부에 마련된 가속 레버; 가속 크기별 목표 기어비의 조정 정보를 저장하는 저장부; 가속 레버의 조작 정보에 대응하는 가속 크기를 확인하고 확인된 가속 크기, 검출된 노면의 기울기 및 검출된 주행속도에 기초하여 프론트 기어부와 리어 기어부 간의 기어비를 조정하는 제어부를 포함하한다.
목표 기어비는, 복수의 노면의 기울기 크기와 복수의 속도 크기에 매칭된 기어비 정보를 포함하고, 제어부는 검출된 노면의 기울기와 검출된 주행속도에 대응하는 목표 기어비를 확인하고, 확인된 목표 기어비로 조정하고, 확인된 가속 크기에 기초하여 목표 기어비를 조정하는 것을 포함한다.
일 측면에 따른 전기 자전거는 복수의 노면의 기울기 크기와 복수의 속도 크기에 매칭된 목표 기어비를 저장하는 저장부를 더 포함하고, 제어부는 검출된 노면의 기울기와 검출된 주행속도에 대응하는 목표 기어비를 확인하고, 확인된 목표 기어비로 조정하는 것을 포함한다.
일 측면에 따른 전기 자전거는 동작 정보를 표시하는 표시부를 더 포함하고, 제어부는 목표 기어비와 현재 기어비가 상이하면 변속 정보의 표시를 제어하는 것을 포함한다.
일 측면에 따른 전기 자전거는 페달부에 인가되는 페달 토크를 검출하는 힘 검출부를 더 포함하고, 저장부는 가속 크기별 목표 기어비의 조정 정보를 저장하고, 제어부는 검출된 페달 토크에 대응하는 가속 크기를 확인하고 확인된 가속 크기에 기초하여 확인된 목표 기어비를 조정하는 것을 포함한다.
일 측면에 따른 전기 자전거의 프론트 기어부는 반경이 서로 다른 복수 개의 프론트 기어 부재를 포함하고, 리어 기어부는 반경이 서로 다른 복수 개의 리어 기어 부재를 포함하고, 변속부는 복수 개의 프론트 기어 부재 중 어느 하나의 프론트 기어 부재와 복수 개의 리어 기어 부재 중 어느 하나의 리어 기어 부재를 연결하는 체인부와, 체인부가 어느 하나의 프론트 기어 부재에 연결되도록 하는 프론트 기어 시프터와, 체인부가 어느 하나의 리어 기어 부재에 연결되도록 하는 리어 기어 시프터를 더 포함한다.
일 측면에 따른 전기 자전거는 자동 모드를 입력받는 입력부를 더 포함하고, 제어부는 자동 모드가 입력되면 확인된 목표 기어비에 기초하여 프론트 기어 시프터와 리어 기어 시프터 중 적어도 하나의 동작을 제어하는 것을 포함한다.
일 측면에 따른 전기 자전거는 동작 정보를 표시하는 표시부를 더 포함하고, 입력부는 수동 모드를 더 입력받고, 제어부는 수동 모드가 입력되면 확인된 목표 기어비에 대응하는 프론트 기어부의 기어 정보와 리어 기어부의 기어 정보의 표시를 제어하는 것을 포함한다.
일 측면에 따른 전기 자전거는 프론트 기어부의 기어 정보를 입력받는 프론트 기어 레버와, 리어 기어부의 기어 정보를 입력받는 리어 기어 레버를 더 포함하고, 제어부는 프론트 기어 레버에 입력된 기어 정보에 기초하여 프론트 기어 시프터의 동작을 제어하고, 리어 기어 레버에 입력된 기어 정보에 기초하여 리어 기어 시프터의 동작을 제어하는 것을 포함한다.
일 측면에 따른 전기 자전거는 후륜에 회전력을 인가하는 모터와, 페달부에 인가되는 페달 토크를 검출하는 힘 검출부를 더 포함하고, 제어부는 페달 토크에 기초하여 모터의 회전력을 증가 제어하는 것을 포함한다.
일 측면에 따른 전기 자전거는 후륜에 회전력을 인가하는 모터와, 핸들부에 마련된 가속 레버를 더 포함하고, 제어부는 가속 레버의 조작 정보에 기초하여 모터의 회전력을 증가 제어하는 것을 포함한다.
다른 측면에 따른 전기 자전거의 제어 방법은, 배터리와, 배터리로부터 전력을 공급받는 모터를 포함하는 전기 자전거의 제어 방법에 있어서, 주행 중 기울기 검출부에서 검출된 정보에 대응하는 노면의 기울기를 확인하고, 속도 검출부에서 검출된 정보에 대응하는 주행 속도를 확인하고, 확인된 노면의 기울기와 확인된 주행속도에 대응하는 변속부의 목표 기어비를 확인하고, 확인된 목표 기어비와 현재 기어비가 상이하면 변속 모드를 확인하고, 변속 모드가 수동 모드이면 변속부의 기어비 변경에 대한 변속정보를 표시부에 표시하고, 변속 모드가 자동 모드이면 현재 기어비가 확인된 목표 기어비로 변경되도록 변속부를 제어한다.
다른 측면에 따른 전기 자전거의 제어 방법은, 변속 모드가 자동 모드이면 표시부에 변속부의 기어비 변경에 대한 변속정보를 표시하는 것을 더 포함한다.
다른 측면에 따른 전기 자전거의 제어 방법은, 페달부에 인가되는 페달 토크를 검출하고, 검출된 페달 토크에 대응하는 가속 크기를 확인하고, 확인된 가속 크기에 기초하여 확인된 목표 기어비를 조정하는 것을 더 포함한다.
다른 측면에 따른 전기 자전거의 제어 방법은, 핸들부에 마련된 가속 레버가 조작되면 가속 레버의 조작 정보에 대응하는 가속 크기를 확인하고, 확인된 가속 크기에 기초하여 확인된 목표 기어비를 조정하는 것을 더 포함한다.
변속부를 제어하는 것은, 체인부가 복수의 프론트 기어 부재 중 어느 하나의 프론트 기어 부재에 연결되도록 프론트 기어 시프터의 동작을 제어하고, 체인부가 복수의 리어 기어 부재 중 어느 하나의 리어 기어 부재에 연결되도록 리어 기어 시프터의 동작을 제어하는 것을 포함한다.
변속 정보를 표시하는 것은, 확인된 목표 기어비에 대응하는 프론트 기어부의 기어 정보와 리어 기어부의 기어 정보를 표시하는 것을 포함한다.
다른 측면에 따른 전기 자전거의 제어 방법은, 페달부에 인가되는 페달 토크를 검출하고, 페달 토크에 기초하여 모터의 회전력을 증가 제어하는 것을 더 포함한다.
다른 측면에 따른 전기 자전거의 제어 방법은, 핸들부에 마련된 가속 레버의 조작 정보가 수신되면 수신된 조작 정보에 기초하여 모터의 회전력을 증가 제어하는 것을 더 포함한다.
본 발명은 노면의 기울기에 기초하여 기어비를 변경함으로써 주행 노면이 오르막인 경우에는 충분한 토크를 얻을 수 있어 언덕을 힘 있게 올라갈 수 있고, 주행노면이 평지 혹은 내리막인 경우에는 충분한 회전력을 얻을 수 있어 전기 자전거의 속도를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 전기 자전거를 탄 사용자가 변속에 신경을 쓰지 않고도 항상 최적의 상태에서 전기 자전거를 타도록 할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 주행 상황에 따라 기어비가 자동으로 변경됨으로 전기 자전거를 탄 사람이 힘을 적게 들이면서 빠르게 전기 자전거를 타는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 주행 시 가속에 따라 자동적으로 변속된 회전력을 바퀴에 전달함으로써 변속을 위해 사용자가 수동으로 조작하는 불편함을 방지할 수 있다.
본 발명은 사용자의 선택에 따라 수동으로 변속할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 수동 또는 자동으로 변속이 가능한 전기 자전거의 품질 및 상품성을 향상시킬 수 있고 나아가 사용자의 만족도를 높일 수 있으며 사용자의 편리성, 신뢰성 및 전기 자전거의 안전성을 향상시킬 수 있고 제품의 경쟁력을 확보할 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 전기 자전거의 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 실시 예에 따른 전기 자전거의 변속부의 예시도이다.
도 3a 및 도 3b는 실시 예에 따른 전기 자전거의 기어비 설정 예시도이다.
도 4는 실시 예에 따른 전기 자전거의 제어 구성도이다.
도 5는 실시 예에 따른 전기 자전거의 전원부의 구성도이다.
도 6a 및 도6b는 실시 예에 따른 전기 자전거에 마련된 저장부의 테이블 예시도이다.
도 7은 실시 예에 따른 전기 자전거의 자동 모드 시의 제어 순서도이다.
도 8은 실시 예에 따른 전기 자전거의 수동 모드 시의 제어 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 전기 자전거의 사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 실시 예에 따른 전기 자전거의 변속부의 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 전기 자전거(1)는 전륜(110)과, 후륜(120)과, 주행 중 전륜(110)과 후륜(120) 사이의 거리가 일정하게 유지되도록 전륜(110)과 후륜(120)을 연결하되, 전륜(110)과 후륜(120)을 회전 가능하게 연결하는 프레임부(130)를 포함한다.
프레임부(130)는 전륜(110)이 회전 가능하게 연결되고 내부 공간을 가지며 바 형태로 마련되는 프론트 프레임(131)과, 후륜(120)이 회전 가능하게 연결되고 프론트 프레임(131)에 수평하게 연결되며 내부 공간을 가지고 바 형태로 마련되는 리어 프레임(132)과, 내부 공간을 가지며 바 형태로 마련되고 프론트 프레임(131)과 리어 프레임(132) 중 적어도 하나에 수직하게 연결되는 센터 프레임(133)을 포함한다.
리어 프레임(132)에는 사용자가 앉을 수 있는 안장(134)이 마련될 수 있다.
안장(134)은 지지부재(135)에 의해 리어 프레임에 마련될 수 있다.
이러한 지지부재(135)에는 안장(134)의 높이를 조절할 수 있는 새들봉이 마련될 수 있다
아울러 안장(134)은 프론트 프레임(131)에 마련되는 것도 가능하다.
센터 프레임(133)은 프론트 프레임(131)과 리어 프레임(132)의 접속 부분에 연결되는 것도 가능하다.
아울러 각 프레임(131, 132, 133)은 힌지부(140)에 의해 서로 회동 가능하게 결합될 수 있다.
힌지부(140)는 프론트 프레임(131)에 마련되고 프론트 프레임(131)이 센터 프레임(133)에 회전 가능하게 결합되도록 하는 제1힌지(141)와, 리어 프레임(132)에 마련되고 리어 프레임(132)이 센터 프레임(133)에 회전 가능하게 결합되도록 하는 제2힌지(142)와, 센터 프레임(133)에 마련되고 프론트 프레임(131)과 리어 프레임(132)이 회전 가능하게 결합되도록 하는 제3힌지(143)를 포함한다.
본 실시 예는 센터 프레임을 중심으로 프론트 프레임과 리어 프레임을 회전시킴으로써 전기 자전거를 접을 수 있다. 이에 따라 노약자나 여성의 경우에도 전기 자전거를 용이하게 사용할 수 있고 편리하게 관리할 수 있으며 좁은 공간 내에서도 보관이 가능하다.
전기 자전거(1)는 핸들부(150), 조작부(160), 페달부(170), 변속부(180) 및 전원부(190)를 더 포함한다.
핸들부(150)는 프론트 프레임(131)의 일단에 마련되고 중공 형태로 마련된 핸들튜브(151)와, 핸들튜브(151)의 일측에 회전 가능하게 결합되는 핸들스템(152)과 핸들 튜브의 다른 측에 연결되고 전륜의 회전축이 고정되는 제1고정 프레임(153)과, 핸들 스템(152)에 연결되는 제2고정프레임(154)과, 조향을 위해 사용자에 의해 파지되는 핸들바(155)를 포함할 수 있다.
핸들 스템(152)은 클램프(152a)에 의해 전륜(110) 측으로 접힐 수 있다.
제1고정프레임(153)은 전륜(110)과 후륜(120)이 동일선 상에 위치할 수 있도록 핸들스템(152)을 중심으로부터 측면으로 밴딩될 수 있다.
제2고정프레임(154)은 핸들바(155)의 중심을 지지한다.
핸들바(155)의 양 단에는 그립부재(156)가 마련될 수 있다.
조작부(160)는 핸들바(155)에 마련되고 전륜(110) 및 후륜(120)의 제동을 위한 브레이크 레버(161)와, 변속을 위한 기어 레버(162)를 포함한다.
기어 레버(162)는 리어 기어 레버를 포함하고, 프론트 기어 레버를 더 포함하는 것도 가능하다.
프론트 기어 레버는 복수개의 프론트 기어 중 어느 하나의 프론트 기어를 선택하기 위한 레버이다.
리어 기어 레버는 복수 개의 리어 기어 중 어느 하나의 리어 기어를 선택하기 위한 레버이다.
아울러 조작부는 가속을 위한 가속 레버(미도시)을 더 포함할 수 있다.
가속 레버는 사용자에 의해 회전 조작 가능한 회전 스로틀로 마련될 수도 있다.
이 스로틀은 회전 정도에 대응하는 신호를 출력할 수 있다.
조작부(160)는 수동 모드와 자동 모드 중 어느 하나의 변속 모드를 입력받는 입력부(163, 도3 참조)를 더 포함할 수 있다.
아울러 조작부(160)의 입력부는 기어 레버의 조작없이 기어비에 대응하는 변속 정보를 직접 입력받는 것도 가능하다.
즉 변속 모드는 사용자에 의해 기어비가 선택되는 수동 모드와, 주행 환경 상태에 대응하여 기어비가 조정되는 자동 모드를 포함할 수 있다.
변속 정보는, 복수 개의 리어 기어와 복수개의 프론트 기어의 조합에 대응하는 개수의 기어 비 정보를 포함할 수 있다.
입력부(163)는 버튼, 레버, 키 또는 터치 패널로 마련될 수 있다. 아울러 터치 패널은 표시부와 일체로 마련될 수 있다.
전기 자전거는 핸들바(155)에 마련되고 기어비에 대응하는 변속 정보와, 배터리의 상태 정보를 표시하는 표시부(164)를 더 포함할 수 있다.
표시부(164)는 핸들바(155)에 착탈 가능하게 마련될 수 있다.
이러한 표시부(164)는 터치 패널을 가진 터치 스크린으로 구현될 수 있다.
페달부(170)는 센터 프레임에 장착된 결합부재(171)와, 결합부재(171)의 양측에 회전 가능하게 마련된 한 쌍의 회전 부재(172)와, 한 쌍의 회전 부재(172)에 각각 마련되고 사용자에 의해 가압되는 한 쌍의 페달 부재(173)를 포함한다.
한 쌍의 페달부재(173)는 결합부재(171)를 중심으로 회전하되, 한 쌍의 회전 부재(172)가 함께 회전되도록 한다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 변속부(180)는 체인부(181), 프론트 기어부(182) 및 리어 기어부(183)를 포함한다.
체인부(181)는 프론트 기어부(182)의 어느 하나의 기어 부재와 리어 기어부(183)의 어느 하나의 기어 부재를 연결한다.
프론트 기어부(182)는 페달부의 결합부재(171)에 마련될 수 있고 복수개의 톱니가 형성된 원형의 프론트 기어 부재를 포함한다.
프론트 기어부(182)는 적어도 하나의 프론트 기어 또는 복수 개의 프론트 기어 부재를 포함할 수 있다.
복수 개의 프론트 기어 부재가 마련된 경우, 복수 개의 프론트 기어 부재는 축을 기준으로 적층 형성될 수 있다.
복수 개의 프론트 기어 부재는 사용자의 페달력을 제공받아 회전한다.
리어 기어부(183)는 후륜(120)에 마련될 수 있고 복수 개의 톱니가 형성된 원형의 리어 기어 부재를 포함한다.
리어 기어부(183)의 리어 기어 부재는 체인부를 통해 전달된 회전력에 의해 사용자의 답력으로 주행할 수 있도록 한다.
프론트 기어부(182)는 적어도 하나의 리어 기어 부재 또는 복수 개의 리어 기어 부재를 포함할 수 있다.
복수 개의 리어 기어 부재가 마련된 경우, 복수 개의 리어 기어 부재는 축을 기준으로 적층 형성될 수 있다.
변속부(180)는 센터 프레임에 결합되고 복수 개의 프론트 기어 부재 사이를 이동하는 프론트 기어 시프터(184, 도 4참조)와, 리어 프레임에 결합되고 복수 개의 리어 기어 부재 사이를 이동하는 리어 기어 시프터(185, 도 4참조)를 더 포함한다.
프론트 기어 시프터는 복수 개의 프론트 기어 부재 중 어느 하나의 프론트 기어 부재와 체인부가 결합되도록 하는 하고, 리어 기어 시프터는 복수 개의 리어 기어 부재 중 어느 하나의 리어 기어 부재와 체인부가 결합되도록 한다.
아울러 프론트 기어 부재가 하나이면 프론트 기어 부재는 생략될 수 있고, 리어 기어 부재가 하나이면 리어 기어 부재 역시 생략될 수 있다.
즉 변속부(180)는 프론트 기어부(182)의 어느 하나의 프론트 기어 부재와 리어 기어부(183)의 어느 하나의 리어 기어 부재를 체인부(181)를 이용하여 연결함으로써 어느 하나의 기어비로 프론트 기어부와 리어 기어부가 서로 연동하도록 한다.
도 3a 및 도 3b을 참조하여 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 프론트 기어부와 리어 기어부의 기어비 설정 예시도이다.
프론트 기어부의 프론트 기어 부재가 2개이고, 리어 기어부의 리어 기어부재가 5개라고 가정한다.
프론트 기어부(182)는 결합부재(171)에 마련되고, 결합부재의 축(171a)을 중심으로 하는 원형의 제1단의 프론트 기어 부재(182a)와, 제1단의 프론트 기어 부재(182a)보다 더 큰 반지름을 갖는 제2단의 프론트 기어 부재(182b)를 포함한다.
리어 기어부(183)는 후륜(120)에 마련되고, 후륜의 축(121a)을 중심으로 하는 원형의 제1단의 리어 기어 부재(183a)와, 제1단의 리어 기어 부재(183a)보다 더 작은 반지름을 갖는 제2단의 리어 기어 부재(183b)와, 제2단의 리어 기어 부재(183b)보다 더 작은 반지름을 갖는 제3단의 리어 기어 부재(183c)와, 제3단의 리어 기어 부재(183c)보다 더 작은 반지름을 갖는 제4단의 리어 기어 부재(183d)와, 제4단의 리어 기어 부재(183d)보다 더 작은 반지름을 갖는 제5단의 리어 기어 부재(183e)를 포함한다.
도 3a 에 도시된 바와 같이, 변속부는 제1단의 프론트 기어 부재(182a)와 제1단의 리어 기어 부재(183a)의 조합에 의한 제1기어비(R1), 제1단의 프론트 기어 부재(182a)와 제2단의 리어 기어 부재(183b)의 조합에 의한 제2기어비(R2), 제1단의 프론트 기어 부재(182a)와 제3단의 리어 기어 부재(183c)의 조합에 의한 제3기어비(R3), 제1단의 프론트 기어 부재(182a)와 제4단의 리어 기어 부재(183d)의 조합에 의한 제4기어비(R4), 제1단의 프론트 기어 부재(182a)와 제5단의 리어 기어 부재(183e)의 조합에 의한 제5기어비(R5)를 설정할 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 변속부는 제2단의 프론트 기어 부재(182b)와 제1단의 리어 기어 부재(183a)의 조합에 의한 제6기어비(R6), 제2단의 프론트 기어 부재(182b)와 제2단의 리어 기어 부재(183b)의 조합에 의한 제7기어비(R7), 제2단의 프론트 기어 부재(182b)와 제3단의 리어 기어 부재(183c)의 조합에 의한 제8기어비(R8), 제2단의 프론트 기어 부재(182b)와 제4단의 리어 기어 부재(183d)의 조합에 의한 제9기어비(R9), 제2단의 프론트 기어 부재(182b)와 제5단의 리어 기어 부재(183e)의 조합에 의한 제10기어비(R10)를 설정할 수 있다.
여기서 제1기어비(R1)는 가장 작은 비율을 갖는 기어비이고, 제10기어비(R10)는 가장 높은 비율을 갖는 기어비이다.
전원부(190)는 재 충전 가능한 배터리(191, 도 5참조)를 포함할 수 있다.
전기 자전거는 결합부재(171)의 내부에 마련된 발전기(193, 도 5참조)를 더 포함할 수 있다.
배터리(191)는 리어 프레임의 내부공간에 마련될 수 있다.
아울러 배터리(191)는 프론트 프레임의 내부 공간 또는 센터 프레임의 내부 공간에 마련되는 것도 가능하다.
즉 배터리(191)는 발전기(193)로부터 전기 에너지가 공급되면 충전을 수행하고, 충전된 전기 에너지를 각종 전기 부하에 전달한다.
여기서 전기 부하는 조작부(160), 입력부(163), 표시부(164), 검출부(210), 제어부(220), 구동부(230) 등을 포함할 수 있다.
아울러 배터리(191)는 리어 프레임으로부터 분리 가능하게 장착될 수 있다.
전원부는 배터리의 상태를 모니터링하기 위한 모니터링부를 더 포함할 수 있다.
여기서 배터리의 상태는 배터리의 충전량, 배터리의 온도 등을 포함할 수 있다
전기 자전거(1)는 사용자의 동작 명령 및 주행 환경에 기초하여 주행을 제어하기 위한 검출부(210), 제어부(220) 및 구동부(230)를 더 포함한다.
검출부(210)는 후륜(120)에 마련되는 속도 검출부(211)와, 페달부의 결합부재(171)에 마련되는 기울기 검출부(212)와, 페달부의 회전 부재에 마련되는 힘 검출부(213)를 포함한다.
속도 검출부(211)는 홀 센서 또는 가속도 센서를 포함할 수 있다.
기울기 검출부(212)는 프레임부(130)에 마련되는 것도 가능하고, 핸들부(150)에 마련되는 것도 가능하다.
기울기 검출부(212)는 가속도 센서, 중력 센서, 지자기 센서, 자이로 센서, 기울임 센서, 고도 센서, 압력 센서, 자이로스코프 센서, 근접 센서, 각속도 센서, 근접 센서, GPS(Global Positioning System) 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
힘 검출부(213)는 페달부의 회전 부재의 회전 축 상에 마련되는 토크 센서를 포함할 수 있다.
토크센서는 사용자가 페달 부재를 돌리는 힘, 즉 페달토크를 검출한다.
토크 센서는 감지된 페달 토크에 대응하는 신호를 제어부(220)에 전달한다.
제어부(220)는 센터 프레임(133) 내부 공간에 마련될 수 있다.
아울러 제어부(220)는 프론트 프레임의 내부 공간 또는 리어 프레임의 내부 공간에 마련되는 것도 가능하다.
제어부(220)는 발전기와 배터리를 포함한 전체 전기 부하 간의 전기적 연결 및 제어를 수행한다.
구동부(230)는 후륜(120)에 마련되고 후륜(120)에 회전력을 인가한다.
이러한 구동부(230)는 후륜(120)의 축과 연결된 모터(231)를 포함할 수 있다.
도 4는 실시 예에 따른 전기 자전거의 제어 구성도로, 전기 자전거는 조작부(160), 표시부(164), 변속부(180), 검출부(210), 제어부(220), 구동부(230) 및 통신부(240)를 포함하고 각종 구성부에 구동 전력을 공급하는 전원부(190)를 더 포함한다.
조작부(160)는 제동 및 감속을 위한 브레이크 레버(161)와, 변속을 위한 두 개의 기어 레버(162)와, 수동 모드와 자동 모드 중 어느 하나의 변속 모드를 입력받는 입력부(163)를 포함하고, 가속을 위한 가속 레버(165)를 더 포함한다.
즉 변속 모드는 사용자에 의해 기어비가 선택되는 수동 모드와, 주행 환경 상태에 대응하여 기어비가 조정되는 자동 모드를 포함할 수 있다.
입력부(163)는 수동 모드 선택 시 기어비를 직접 입력받는 것도 가능하다.
표시부(164)는 프론트 기어 부재와 리어 기어 부재의 기어비에 대응하는 변속 정보와, 변속의 변경 정보와, 배터리의 상태 정보를 표시한다.
표시부(164)는 현재의 변속 모드를 표시하고, 주행 거리, 주행 시간 등을 더 표시하는 것도 가능하다.
조작부(160)와 표시부(164)는 통신부(240)를 통해 제어부(220)와 통신을 수행할 수 있다.
여기서 통신부(240)는 유선 통신 및 무선 통신 중 적어도 하나의 통신을 포함할 수 있다.
즉 조작부(160)는 사용자에 의해 입력된 정보를 통신부(240)를 통해 제어부(220)에 전송하고, 표시부(164)는 통신부(240)를 통해 수신된 정보를 표시할 수 있다.
이러한 통신부(240)는 핸들부(150)에 마련될 수 있다.
변속부(180)는 프론트 기어 시프터(184)와 리어 기어 시프터(185)를 포함한다.
변속부(180)의 프론트 기어 시프터(184)와 리어 기어 시프터(185)는 제어부(220)의 명령에 기초하여 동작할 수 있다.
좀 더 구체적으로 변속부(180)의 프론트 기어 시프터(184)는 자동 모드 시 제어부(220)에서 전송된 변속 정보에 기초하여 복수 개의 프론트 기어 부재 중 어느 하나의 프론트 기어 부재에 체인부가 결합되도록 하고, 리어 기어 시프터(185)는 자동 모드 시 제어부(220)에서 전송된 변속 정보에 기초하여 복수 개의 리어 기어 부재 중 어느 하나의 리어 기어 부재에 체인부가 결합되도록 한다.
변속부(180)의 프론트 기어 시프터(184)는 수동 모드 시 프론트 기어 레버에 입력된 프론트 기어 정보에 기초하여 복수 개의 프론트 기어 부재 중 어느 하나의 프론트 기어 부재에 체인부가 결합되도록 하고, 리어 기어 시프터(185)는 리어 기어 레버에 입력된 리어 기어 정보에 기초하여 복수 개의 리어 기어 부재 중 어느 하나의 리어 기어 부재에 체인부가 결합되도록 한다.
변속부(180)의 프론트 기어 시프터(184)는 수동 모드 시 입력부(163)에 입력된 변속 정보에 기초하여 복수 개의 프론트 기어 부재 중 어느 하나의 프론트 기어 부재에 체인부가 결합되도록 하고, 리어 기어 시프터(184)는 수동 모드 시 입력부(163)에 입력된 변속 정보에 기초하여 복수 개의 리어 기어 부재 중 어느 하나의 리어 기어 부재에 체인부가 결합되도록 한다.
이러한 변속부(180)는 수동 모드 시 프론트 기어 레버와 리어 기어 레버의 입력 정보나, 입력부(163)의 변속 정보를 제어부(220)로부터 수신한다.
전원부(190)는 조작부(160), 표시부(164), 변속부(180), 검출부(210), 제어부(220), 구동부(230) 및 통신부(240)에 구동 전력을 공급한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전원부(190)는 재 충전 가능한 배터리(191)와, 배터리(191)의 전력의 전압 또는 전류를 전기 부하에 필요한 전압 또는 전류로 변환하는 변환부(192)를 포함한다.
전기 자전거는 페달부재(173)의 회전에 의해 발생된 회전력을 전기 에너지로 변환시키고, 변환된 전기 에너지를 전원부(190) 내의 배터리(191)에 전달하는 발전기(193)를 더 포함할 수 있다.
검출부(210)는 주행 환경에 대응하는 주행 정보를 검출하는 것으로, 속도 검출부와 기울기 검출부를 포함하고, 사용자의 주행 의도에 대한 정보를 검출하는 힘 검출부를 포함한다.
속도 검출부(211)는 전기 자전거의 주행 속도를 검출하고, 기울기 검출부(212)는 전기 자전거가 주행하는 노면의 기울기(즉 경사도)를 검출한다.
힘 검출부(213)는 페달 부재(173)에 인가되는 사용자의 힘을 검출한다.
여기서 페달 부재(173)에 인가되는 사용자의 힘은, 페달부재의 가압에 의해 회전하는 회전 부재의 회전력과 대응한다. 즉 페달 부재(173)에 인가되는 사용자의 힘은, 페달 토크일 수 있다.
아울러 페달 부재에 인가되는 사용자의 힘은, 사용자의 가속 의지와 대응하는 정보일 수 있다.
제어부(220)는 통신부(240)와 통신을 수행하는 통신모듈을 포함할 수 있다.
여기서 통신모듈은 유선 통신 및 무선 통신 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.
무선 통신은 와이파이 통신, 블루투스 통신, RF 통신, 적외선 통신, 지그비 통신 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 안테나를 이용한 통신을 포함할 수 있다.
제어부(220)는 조작부(160)에 입력된 정보와 검출부(210)에서 검출된 정보를 수시하고, 수신된 조작부(160)의 정보와 검출부(210)의 정보에 기초하여 변속부(180)의 동작을 제어함으로써 프론트 기어부와 리어 기어부의 기어비가 변경되도록 한다.
여기서 조작부(160)에 입력된 정보는 프론트 기어 레버의 기어 정보, 리어 기어 레버의 기어 정보, 가속 레버의 가속 정보, 변속 모드의 모드 정보를 포함할 수 있다.
검출부(210)에서 검출된 정보는 전기 자전거의 주행 속도에 대응하는 정보, 노면의 기울기에 대응하는 정보, 페달 토크에 대응하는 가속 정보를 포함할 수 있다.
제어부(220)는 수신된 조작부의 정보, 즉 프론트 기어 부재에 입력된 프론트 기어 정보와 리어 기어 부재에 입력된 리어 기어 정보를 저장하는 것도 가능하다.
제어부(220)는 수신된 프론트 기어 정보와 리어 기어 정보에 대응하는 현재 기어비를 저장하는 것도 가능하다.
좀 더 구체적으로 제어부(220)는 속도 검출부(211)에서 검출된 정보에 기초하여 전기 자전거의 주행 속도를 판단하고, 기울기 검출부(212)에서 검출된 정보에 기초하여 노면의 기울기를 판단한다.
제어부(220)는 주행 속도와 노면의 기울기에 기초하여 전기 자전거의 주행 상태를 판단하고, 판단된 주행 상태에 대응하는 목표 기어비를 확인하며 현재 기어비를 확인한다.
제어부(220)는 저장된 프론트 기어 정보와 저장된 리어 기어 정보에 대응하는 현재 기어비를 확인하는 것도 가능하다.
또한 제어부(220)는 저장된 현재 기어비를 확인하는 것도 가능하다.
또한 제어부(220)는 프론트 기어 시프터의 위치와 리어 기어 시프터의 위치에 기초하여 현재 기어비를 판단하는 것도 가능하다.
제어부(220)는 확인된 현재 기어비와 목표 기어비를 비교하고 확인된 현재 기어비와 목표 기어비가 상이하면 기어비 변경에 대한 정보를 출력한다.
즉 제어부(220)는 변속 모드가 수동 모드이면 표시부(164)를 통해 기어비의 변경 정보의 표시를 제어하고, 변속 모드가 자동 모드이면 프론트 기어부와 리어 기어부의 기어비가 목표 기어비로 되도록 변속부의 프론트 기어 시프터(184)와 리어 기어 시프터(185) 중 적어도 하나의 동작을 제어한다.
기어비의 변경 정보는, 변경할 프론트 기어 정보 및 변경할 리어 기어 정보 중 적어도 하나를 포함한다.
기어비의 변경 정보는, 기어비에 대응하는 변속 정보를 포함할 수 있다.
제어부(220)는 노면의 기울기가 클수록 기어비가 작아지도록 변속부를 제어하고, 주행 속도가 높을수록 기어비가 커지도록 변속부를 제어한다.
제어부(220)는 가속 정보를 확인하고 확인된 가속 정보에 기초하여 목표 기어비를 조정한다.
제어부(220)는 확인된 가속 정보와 목표 기어비에 대응하는 목표 기어비의 조정 정보를 확인하는 것도 가능하다. 아울러 가속 정보에 대응하는 목표 기어비의 조정 정보는 미리 저장된 정보일 수 있다.
제어부(220)는 가속 정보 확인 시, 힘 검출부(213)에서 검출된 정보에 대응하는 페달 토크를 확인하는 것을 포함한다.
또한 제어부(220)는 가속 정보 확인 시 가속 레버(165)의 조작 정보에 대응하는 가속 정보를 확인하는 것도 가능하다.
제어부(220)는 가속 정보가 입력되면 입력된 가속 정보의 가속 크기가 클수록 기어비가 더 커지도록 프론트 기어부와 리어 기어부의 목표 기어비를 조정한다.
즉 제어부(220)는 모터의 회전 속도를 유지시킨 상태에서 기어비를 조정함으로써 주행 속도를 높일 수 있다.
아울러 제어부(220)는 입력부(163)에 입력된 변속 정보에 대응하는 기어비를 확인하고, 확인된 기어비에 대응하는 프론트 기어 정보와 리어 기어 정보를 확인하는 것도 가능하다.
제어부(220)는 확인된 프론트 기어 정보에 기초하여 프론트 기어 시프터(184)의 동작을 제어하고, 확인된 리어 기어 정보에 기초하여 리어 기어 시트터(185)의 동작을 제어한다.
제어부(220)는 노면의 기울기에 대응하는 목표 기어비를 확인하고 확인된 목표 기어비와 현재 기어비를 비교하여 목표 기어비와 현재 기어비가 상이하면 기어비의 변경 정보를 출력하는 것도 가능하다.
제어부(220)는 가속 정보에 기초하여 기어비의 증가를 제어하고 동시에 모터(231)의 속도를 증가 제어하는 것도 가능하다.
아울러 제어부(220)는 가속 정보에 기초하여 모터(231)의 속도를 증가 제어하는 것도 가능하다.
즉 제어부(220)는 가속 정보의 가속 크기가 클수록 모터의 속도를 더 증가시킬 수 있다.
제어부(220)는 브레이크 레버의 입력 신호가 수신되면 모터(231)의 회전 속도를 감속시키거나, 모터(231)의 동작을 정지 제어한다.
제어부(200)는 제동 시 모터(231)의 전원 입력단을 단락(Short)시킴으로써 모터(231)의 회생 제동을 제어하는 것도 가능하다.
이를 위해 전기 자전거는 모터(231)의 전원 입력단에 병렬 연결되고 제어부(220)의 제어신호에 따라 온 또는 오프되는 스위치를 더 포함할 수 있다.
즉 제어부(220)는 제동 시 모터(231)의 회생 제동을 통해 배터리(191)가 충전되도록 할 수 있다.
제어부(220)는 체인부에 연결된 리어 기어부재의 회전 속도에 기초하여 모터의 회전속도를 제어함으로써 사용자가 페달에 가하는 답력이 발생되도록 할 수 있다.
이에 따라, 운전자는 적은 힘으로 페달 부재를 밟더라도 전기 자전거는 상대적으로 고속으로 전진하게 된다.
제어부(220)는 수동 모드 시에 변속 정보를 출력하고, 출력된 변속 정보에 대응하여 프론트 기어 레어와 리어 기어 레버 중 적어도 하나로부터 기어 정보가 수신되면 수신된 기어 정보에 기초하여 프론트 기어 시프터와 리어 기어 시프터 중 적어도 하나의 동작을 제어한다.
저장부(221)는 주행 상태에 대응하는 목표 기어비를 저장하고, 목표 기어비와 가속 정보에 대응하는 목표 기어비의 조정 정보를 저장한다.
여기서 주행 상태는 노면의 기울기와 주행 속도에 따라 정해질 수 있다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 저장부(221)는 복수의 노면의 기울기의 크기 범위(G1, G2, G3, G4)와 복수의 주행 속도 범위(V1, V2, V3)를 입력 정보로 하고, 목표 기어비(R1-R10)를 출력 정보로 하는 제1테이블을 저장한다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 저장부(221)는 복수의 목표 기어비(R1-R10)와 복수의 가속 크기의 범위(A0, A1, A2)를 입력 정보로 하고, 조정 기어비(R1-R10)를 출력 정보로 하는 제2테이블을 저장한다.
저장부(221)는 목표 기어비 또는 조정 기어비에 대응하는 프론트 기어 부재와 리어 기어 부재의 조합 정보를 저장할 수 있다(도 3a와 도 3b 참조).
저장부(221)는 페달 토크 정보에 대응하는 가속 크기의 정보를 저장할 수 있다.
저장부(221)는 가속 레버의 조작 정보에 대응하는 가속 크기의 정보를 저장하는 것도 가능하다.
저장부(221)는 노면의 기울기에 대응하는 목표 기어비를 저장하는 것도 가능하고, 가속 크기에 대응하는 모터의 회전속도의 증가량을 저장하는 것도 가능하다.
이러한 저장부(221)는 제어부(220)와 일체로 마련될 수도 있고, 제어부(220)와 분리되어 마련될 수도 있다.
구동부(230)는 제어부(220)의 명령에 기초하여 모터(231)를 회전시킨다.
즉 모터(231)는 배터리(191)로부터 전력을 전달받아 후륜(120)을 회전시킨다.
구동부(230)는 모터를 회전시키기 위해 모터(231)의 극수를 변환하거나 모터(231)에 공급되는 전원의 주파수를 가변시킨다.
구동부(230)는 제어부(220)의 제어신호에 따라 스위칭되는 스위칭소자를 포함하고, 이 스위칭소자를 PWM 제어함에 따라 모터(231)의 회전속도를 조절하는 인버터를 포함할 수 있다.
즉 인버터는 배터리의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고 변환된 교류 전력을 모터에 공급함으로써 모터가 구동되도록 한다.
아울러 전기 자전거는 브레이크 레버(161)의 동작 시 전류과 후륜의 회전력이 제한될 수 있도록 하는 제동부재로서 전류과 후륜에 각각 마련된 디스크 및 마찰 패드를 포함할 수 있다.
도 7은 실시 예에 따른 전기 자전거의 제어 순서도로, 변속 모드가 자동 모드일 때 변속 제어 순서도이다.
전기 자전거는 주행 명령이 수신되면 프론트 기어부와 리어 기어부의 현재 기어비에 기초하여 주행을 제어하되 미리 설정된 회전속도로 모터를 구동시켜 기준 주행 속도로 주행을 제어한다.
전기 자전거는 페달 부재의 가압에 의해 페달 토크가 검출되거나 가속 레버의 조작에 의해 가속 정보가 수신되면 주행 명령이 수신되었다고 판단할 수 있다.
또한 전기 자전거는 주행 버튼이 입력되면 주행 명령이 수신되었다고 판단하는 것도 가능하다.
아울러 전기 자전거는 출발 시의 정해진 회전 속도로 모터를 제어하는 것도 가능하다.
전기 자전거는 속도 검출부(211)에서 검출된 정보에 대응하는 전기 자전거의 주행 속도를 확인하고, 기울기 검출부(212)에서 검출된 정보에 대응하는 노면의 기울기를 확인(301)한다.
전기 자전거는 확인된 주행 속도와 노면의 기울기에 대응하는 목표 기어비를 확인(302)한다.
목표 기어비는 주행 속도가 일정할 때 노면의 기울기가 G1->G2->G3->G4 로 커질수록 작아지고, 노면의 기울기가 일정할 때 주행 속도가 V1->V2->V3로 커질수록 커진다.
여기서 주행 속도 V1, V2, V3는 주행 속도의 범위일 수 있다.
즉, 제1주행 속도 범위 V1 내의 주행 속도의 크기가 제2주행속도범위 V2의 주행 속도 크기보다 작고, 제2주행 속도 범위 V2 내의 주행 속도의 크기가 제3주행속도범위 V3의 주행 속도 크기보다 작다.
전기 자전거는 확인된 목표 기어비와 현재 기어비를 비교(303)하고 확인된 현재 기어비와 목표 기어비가 상이(304)하면 기어비 변경에 대한 변속 정보를 표시부(164)에 출력(305)한다.
기어비 변경에 대한 변속 정보는, 프론트 기어부와 리어 기어부 간 목표 기어비를 설정하기 위한 프론트 기어 부재의 정보와 리어 기어 부재의 정보를 포함한다.
그리고 전기 자전거는 기어비 변경에 대응하는 변속 정보에 기초하여 프론트 기어 시프터(184)와 리어 기어 시프터(185) 중 적어도 하나의 동작을 자동으로 제어(306)함으로써 프론트 기어부와 리어 기어부 간 목표 기어비가 설정되도록 한다.
예를 들어, 전기 자전거는 현재 기어비가 R1이고 목표 기어비가 R4이면 리어 기어 시프터를 동작시켜 체인부가 제1단 리어 기어 부재에서 제4단 리어 기어 부재로 이동되도록 한다.
전기 자전거는 현재 기어비가 R1이고 목표 기어비가 R6이면 프론트 기어 시프터를 동작시켜 체인부가 제1단 프론트 기어 부재에서 제2단 프론트 기어 부재로 이동되도록 한다.
전기 자전거는 현재 기어비가 R1이고 목표 기어비가 R7이면 프론트 기어 시프터를 동작시켜 체인부가 제1단 프론트 기어 부재에서 제2단 프론트 기어 부재로 이동되도록 하고 리어 기어 시프터를 동작시켜 체인부가 제1단 리어 기어 부재에서 제2단 리어 기어 부재로 이동되도록 한다.
전기 자전거는 목표 기어비로 주행 중 가속 정보가 수신(307)되면 수신된 가속 정보에 대응하는 가속의 크기를 확인하고, 확인된 가속의 크기에 기초하여 목표 기어비를 조정하고, 기어비 조정에 대한 변속 정보를 표시부(164)에 출력(308)한다.
기어비 조정에 대한 변속 정보는, 프론트 기어부와 리어 기어부 간 조정된 기어비를 설정하기 위한 프론트 기어 부재의 정보와 리어 기어 부재의 정보를 포함한다.
그리고 전기 자전거는 기어비 조정에 대응하는 변속 정보에 기초하여 프론트 기어 시프터(184)와 리어 기어 시프터(185) 중 적어도 하나의 동작을 자동으로 제어(310)함으로써 프론트 기어부와 리어 기어부 간 조정된 기어비가 설정되도록 한다.
예를 들어, 전기 자전거는 목표 기어비가 R1인 상태에서 가속의 크기가 기준 가속 범위(A0) 이내이면 현재 기어비로 유지시키고, 가속의 크기가 제1 가속 범위(A1) 이내이면 기어비 R2로 조정하고, 가속의 크기가 제2 가속 범위(A2) 이내이면 기어비 R3으로 조정한다.
이때 전기 자전거는 목표 기어비가 R1이고 조정된 기어비가 R2이면 리어 기어 시프터를 동작시켜 체인부가 제1단 리어 기어 부재에서 제2단 리어 기어 부재로 이동되도록 하고, 목표 기어비가 R1이고 조정된 기어비가 R3이면 리어 기어 시프터를 동작시켜 체인부가 제1단 리어 기어 부재에서 제3단 리어 기어 부재로 이동되도록 한다.
아울러 전기 자전거는 목표 기어비로 주행 중 가속 정보가 수신되면 수신된 가속 정보에 대응하는 가속의 크기를 확인하고, 확인된 가속의 크기에 기초하여 목표 기어비를 조정할 뿐만 아니라 모터의 회전 속도를 증가시키는 것도 가능하다.
즉 전기 자전거는 가속의 크기에 대응하는 증가량을 확인하고 확인된 증가량에 기초하여 모터의 회전속도를 증가시킬 수 있다.
아울러 전기 자전거는 목표 기어비의 조정없이 모터의 회전 속도만을 증가시키는 것도 가능하다.
전기 자전거는 확인된 현재 기어비와 목표 기어비가 동일하면 기어비 유지에 대한 변속 정보를 표시부(164)에 출력할 수 있다.
전기 자전거는 현재 기어비로 주행 중 가속 정보가 수신(311)되면 수신된 가속 정보에 대응하는 가속의 크기를 확인하고, 확인된 가속의 크기에 기초하여 현재 기어비를 조정(312)하고, 기어비 조정에 대한 변속 정보를 표시부(164)에 출력(313)한다.
그리고 전기 자전거는 기어비 조정에 대응하는 변속 정보에 기초하여 프론트 기어 시프터(184)와 리어 기어 시프터(185) 중 적어도 하나의 동작을 자동으로 제어(314)함으로써 프론트 기어부와 리어 기어부 간 조정된 기어비가 설정되도록 한다.
예를 들어, 전기 자전거는 현재 기어비가 R2인 상태에서 가속의 크기가 기준 가속 범위(A0) 이내이면 현재 기어비로 유지시키고, 가속의 크기가 제1 가속 범위(A1) 이내이면 기어비 R3으로 조정하고, 가속의 크기가 제2 가속 범위(A2) 이내이면 기어비 R4으로 조정한다.
이때 전기 자전거는 현재 기어비가 R2이고 조정된 기어비가 R3이면 리어 기어 시프터를 동작시켜 체인부가 제2단 리어 기어 부재에서 제3단 리어 기어 부재로 이동되도록 하고, 현재 기어비가 R2이고 조정된 기어비가 R4이면 리어 기어 시프터를 동작시켜 체인부가 제2단 리어 기어 부재에서 제4단 리어 기어 부재로 이동되도록 한다.
이와 같이 전기 자전거는 모터의 회전 속도를 유지시킨 상태에서 기어비를 높게 조정함으로써 주행 속도를 높일 수 있다.
아울러 전기 자전거는 현재 기어비로 주행 중 가속 정보가 수신되면 수신된 가속 정보에 대응하는 가속의 크기를 확인하고, 확인된 가속의 크기에 기초하여 현재 기어비를 조정할 뿐만 아니라 모터의 회전 속도를 증가시키는 것도 가능하다.
즉 전기 자전거는 가속의 크기에 대응하는 증가량을 확인하고 확인된 증가량에 기초하여 모터의 회전속도를 증가시킬 수 있다.
아울러 전기 자전거는 현재 기어비의 조정없이 모터의 회전 속도만을 증가시키는 것도 가능하다.
도 8은 실시 예에 따른 전기 자전거의 제어 순서도로, 변속 모드가 수동 모드일 때 변속 제어 순서도이다.
전기 자전거는 주행 명령이 수신되면 프론트 기어부와 리어 기어부의 현재 기어비에 기초하여 주행을 제어하되 미리 설정된 회전속도로 모터를 구동시켜 기준 주행 속도로 주행을 제어한다.
전기 자전거는 페달 부재의 가압에 의해 페달 토크가 검출되거나 가속 레버의 조작에 의해 가속 정보가 수신되면 주행 명령이 수신되었다고 판단할 수 있다.
또한 전기 자전거는 주행 버튼이 입력되면 주행 명령이 수신되었다고 판단하는 것도 가능하다.
아울러 전기 자전거는 출발 시의 정해진 회전 속도로 모터를 제어하는 것도 가능하다.
전기 자전거는 속도 검출부(211)에서 검출된 정보에 대응하는 전기 자전거의 주행 속도를 확인하고, 기울기 검출부(212)에서 검출된 정보에 대응하는 노면의 기울기를 확인(321)한다.
전기 자전거는 확인된 주행 속도와 노면의 기울기에 대응하는 목표 기어비를 확인(322)한다.
목표 기어비는 주행 속도가 일정할 때 노면의 기울기가 G1->G2->G3->G4 로 커질수록 작아지고, 노면의 기울기가 일정할 때 주행 속도가 V1->V2->V3로 커질수록 커진다.
여기서 주행 속도 V1, V2, V3는 주행 속도의 범위일 수 있다.
즉, 제1주행 속도 범위 V1 내의 주행 속도의 크기가 제2주행속도범위 V2의 주행 속도 크기보다 작고, 제2주행 속도 범위 V2 내의 주행 속도의 크기가 제3주행속도범위 V3의 주행 속도 크기보다 작다.
전기 자전거는 확인된 목표 기어비와 현재 기어비를 비교(323)하고 확인된 현재 기어비와 목표 기어비가 상이(324)하면 기어비 변경에 대한 변속 정보를 표시부(164)에 출력(325)하고 확인된 현재 기어비와 목표 기어비가 동일하면 기어비 유지에 대한 변속 정보를 표시부(164)에 출력(326)한다.
기어비 변경에 대한 변속 정보는, 프론트 기어부와 리어 기어부 간 목표 기어비를 설정하기 위한 프론트 기어 부재의 정보와 리어 기어 부재의 정보를 포함한다.
예를 들어, 전기 자전거는 현재 기어비가 R1일 때 변경할 기어비가 R4이면 리어 기어 부재를 이용하여 4단 기어 정보를 입력할 것을 요청한다.
즉 표시부(164)는 리어 기어 부재의 기어 정보로 4단을 표시할 수 있다.
또한 전기 자전거는 현재 기어비가 R1일 때 변경할 기어비가 R6이면 프론트 기어 부재를 이용하여 2단 기어 정보를 입력할 것을 요청한다.
즉 표시부(164)는 프론트 기어 부재의 기어 정보로 2단을 표시할 수 있다.
또한 전기 자전거는 현재 기어비가 R1일 때 변경할 기어비가 R7이면 프론트 기어 부재를 이용하여 2단 기어 정보를 입력하고 리어 기어 부재를 이용하여 2단 기어 정보를 입력할 것을 요청한다.
즉 표시부(164)는 프론트 기어 부재의 기어 정보로 2단, 리어 기재 부재의 기어 정보로 2단을 표시할 수 있다.
전기 자전거는 프론트 기어 부재 및 리어 기어 부재 중 적어도 하나에 기어 정보가 입력(327)되면 입력된 기어 정보에 기초하여 프론트 기어 시프터(184)와 리어 기어 시프터(185) 중 적어도 하나의 동작을 제어(328)함으로써 프론트 기어부와 리어 기어부 간 목표 기어비가 설정되도록 한다.
예를 들어, 전기 자전거는 현재 기어비가 R1이고 목표 기어비가 R4이면 리어 기어 시프터를 동작시켜 체인부가 제1단 리어 기어 부재에서 제4단 리어 기어 부재로 이동되도록 한다.
전기 자전거는 현재 기어비가 R1이고 목표 기어비가 R6이면 프론트 기어 시프터를 동작시켜 체인부가 제1단 프론트 기어 부재에서 제2단 프론트 기어 부재로 이동되도록 한다.
전기 자전거는 현재 기어비가 R1이고 목표 기어비가 R7이면 프론트 기어 시프터를 동작시켜 체인부가 제1단 프론트 기어 부재에서 제2단 프론트 기어 부재로 이동되도록 하고 리어 기어 시프터를 동작시켜 체인부가 제1단 리어 기어 부재에서 제2단 리어 기어 부재로 이동되도록 한다.
전기 자전거는 사용자에 의해 입력된 기어 정보가 목표 기어비에 대응하는 정보가 아니면 표시부를 통해 기어의 재조작을 요청하는 정보를 표시하는 것도 가능하다.
전기 자전거는 목표 기어비로 주행 중 가속 정보가 수신(329)되면 수신된 가속 정보에 대응하는 가속의 크기를 확인하고, 확인된 가속의 크기에 기초하여 목표 기어비를 조정하고, 기어비 조정에 대한 변속 정보를 표시부(164)에 출력(330)한다.
기어비 조정에 대한 변속 정보는, 프론트 기어부와 리어 기어부 간 조정된 기어비를 설정하기 위한 프론트 기어 부재의 정보와 리어 기어 부재의 정보를 포함한다.
아울러 전기 자전거는 입력부를 통해 기어 정보를 입력받는 것도 가능하다.
전기 자전거는 프론트 기어 부재 및 리어 기어 부재 중 적어도 하나에 기어 정보가 입력(331)되면 입력된 기어 정보에 기초하여 프론트 기어 시프터(184)와 리어 기어 시프터(185) 중 적어도 하나의 동작을 제어(332)함으로써 프론트 기어부와 리어 기어부 간 목표 기어비가 설정되도록 한다.
예를 들어, 전기 자전거는 목표 기어비가 R1인 상태에서 가속의 크기가 기준 가속 범위(A0) 이내이면 현재 기어비로 유지시키고, 가속의 크기가 제1 가속 범위(A1) 이내이면 기어비 R2로 조정하고, 가속의 크기가 제2 가속 범위(A2) 이내이면 기어비 R3으로 조정한다.
이때 전기 자전거는 목표 기어비가 R1이고 조정된 기어비가 R2이면 리어 기어 시프터를 동작시켜 체인부가 제1단 리어 기어 부재에서 제2단 리어 기어 부재로 이동되도록 하고, 목표 기어비가 R1이고 조정된 기어비가 R3이면 리어 기어 시프터를 동작시켜 체인부가 제1단 리어 기어 부재에서 제3단 리어 기어 부재로 이동되도록 한다.
아울러 전기 자전거는 목표 기어비로 주행 중 가속 정보가 수신되면 수신된 가속 정보에 대응하는 가속의 크기를 확인하고, 확인된 가속의 크기에 기초하여 목표 기어비를 조정할 뿐만 아니라 모터의 회전 속도를 증가시키는 것도 가능하다.
즉 전기 자전거는 가속의 크기에 대응하는 증가량을 확인하고 확인된 증가량에 기초하여 모터의 회전속도를 증가시킬 수 있다.
아울러 전기 자전거는 목표 기어비의 조정없이 모터의 회전 속도만을 증가시키는 것도 가능하다.
전기 자전거는 확인된 현재 기어비와 목표 기어비가 동일하면 기어비 유지에 대한 변속 정보를 표시부(164)에 출력할 수 있다.
전기 자전거는 현재 기어비로 주행 중 가속 정보가 수신(329)되면 수신된 가속 정보에 대응하는 가속의 크기를 확인하고, 확인된 가속의 크기에 기초하여 현재 기어비를 조정하고, 기어비 조정에 대한 변속 정보를 표시부(164)에 출력한다.
그리고 전기 자전거는 프론트 기어 부재 및 리어 기어 부재 중 적어도 하나에 기어 정보가 입력(331)되면 입력된 기어 정보에 기초하여 프론트 기어 시프터(184)와 리어 기어 시프터(185) 중 적어도 하나의 동작을 제어(332)함으로써 프론트 기어부와 리어 기어부 간 목표 기어비가 설정되도록 한다.
이와 같이 전기 자전거는 모터의 회전 속도를 유지시킨 상태에서 기어비를 높게 조정함으로써 주행 속도를 높일 수 있다.
아울러 전기 자전거는 현재 기어비로 주행 중 가속 정보가 수신되면 수신된 가속 정보에 대응하는 가속의 크기를 확인하고, 확인된 가속의 크기에 기초하여 현재 기어비를 조정할 뿐만 아니라 모터의 회전 속도를 증가시키는 것도 가능하다.
즉 전기 자전거는 가속의 크기에 대응하는 증가량을 확인하고 확인된 증가량에 기초하여 모터의 회전속도를 증가시킬 수 있다.
아울러 전기 자전거는 현재 기어비의 조정없이 모터의 회전 속도만을 증가시키는 것도 가능하다.
1: 자전거 110: 전륜
120: 후륜130: 프레임부
140: 힌지부150: 핸들부
160: 조작부170: 페달부
180: 변속부190: 전원부

Claims (18)

  1. 노면의 기울기를 검출하는 기울기 검출부;
    주행 속도를 검출하는 속도 검출부;
    페달부에 마련된 프론트 기어부와, 후륜에 마련된 리어 기어부를 갖는 변속부;
    핸들부에 마련된 가속 레버;
    복수의 노면의 기울기와 복수의 주행 속도에 매칭된 복수 개의 목표 기어비를 저장하고, 상기 복수 개의 목표 기어비의 조정 정보를 상기 가속 레버의 조작에 의한 가속 크기별로 저장하는 저장부;
    상기 검출된 노면의 기울기 및 상기 검출된 주행 속도에 대응하는 목표 기어비를 확인하고, 상기 가속 레버의 조작 정보에 대응하는 가속 크기를 확인하고, 상기 확인된 가속 크기와 상기 확인된 목표 기어비에 대응하는 목표 기어비의 조정 정보를 확인하고, 상기 확인된 목표 기어비의 조정 정보에 기초하여 목표 기어비가 조정되도록 상기 프론트 기어부와 상기 리어 기어부 간의 기어비를 조정하고 상기 조정된 목표 기어비와 현재 기어비가 상이하면 변속 정보의 표시를 제어하는 제어부; 및
    상기 변속 정보 및 동작 정보를 표시하는 표시부를 포함하는 전기 자전거.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 페달부에 인가되는 페달 토크를 검출하는 힘 검출부를 더 포함하고,
    상기 저장부는, 상기 복수 개의 목표 기어비의 조정 정보를 상기 페달부의 조작에 의한 가속 크기별로 더 저장하고,
    상기 제어부는, 상기 검출된 페달 토크에 대응하는 가속 크기를 확인하고 확인된 가속 크기에 기초하여 상기 확인된 목표 기어비를 조정하는 것을 포함하는 전기 자전거.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 프론트 기어부는, 반경이 서로 다른 복수 개의 프론트 기어 부재를 포함하고,
    상기 리어 기어부는, 반경이 서로 다른 복수 개의 리어 기어 부재를 포함하고,
    상기 변속부는, 상기 복수 개의 프론트 기어 부재 중 어느 하나의 프론트 기어 부재와 상기 복수 개의 리어 기어 부재 중 어느 하나의 리어 기어 부재를 연결하는 체인부와, 상기 체인부가 상기 어느 하나의 프론트 기어 부재에 연결되도록 하는 프론트 기어 시프터와, 상기 체인부가 상기 어느 하나의 리어 기어 부재에 연결되도록 하는 리어 기어 시프터를 더 포함하는 전기 자전거.
  6. 제 5 항에 있어서,
    자동 모드를 입력받는 입력부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 자동 모드가 입력되면 상기 확인된 목표 기어비에 기초하여 상기 프론트 기어 시프터와 리어 기어 시프터 중 적어도 하나의 동작을 제어하는 것을 포함하는 전기 자전거.
  7. 제 6 항에 있어서,
    동작 정보를 표시하는 표시부를 더 포함하고,
    상기 입력부는, 수동 모드를 더 입력받고,
    상기 제어부는, 상기 수동 모드가 입력되면 상기 확인된 목표 기어비에 대응하는 상기 프론트 기어부의 기어 정보와 상기 리어 기어부의 기어 정보의 표시를 제어하는 것을 포함하는 전기 자전거.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 프론트 기어부의 기어 정보를 입력받는 프론트 기어 레버와,
    상기 리어 기어부의 기어 정보를 입력받는 리어 기어 레버를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 프론트 기어 레버에 입력된 기어 정보에 기초하여 상기 프론트 기어 시프터의 동작을 제어하고, 상기 리어 기어 레버에 입력된 기어 정보에 기초하여 상기 리어 기어 시프터의 동작을 제어하는 것을 포함하는 전기 자전거.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 후륜에 회전력을 인가하는 모터와,
    상기 페달부에 인가되는 페달 토크를 검출하는 힘 검출부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 페달 토크에 기초하여 상기 모터의 회전력을 증가 제어하는 것을 포함하는 전기 자전거.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 후륜에 회전력을 인가하는 모터를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 가속 레버의 조작 정보에 기초하여 상기 모터의 회전력을 증가 제어하는 것을 포함하는 전기 자전거.
  11. 배터리와, 배터리로부터 전력을 공급받는 모터를 포함하는 전기 자전거의 제어 방법에 있어서,
    주행 중 기울기 검출부에서 검출된 정보에 대응하는 노면의 기울기를 확인하고,
    속도 검출부에서 검출된 정보에 대응하는 주행 속도를 확인하고,
    상기 확인된 노면의 기울기와 상기 확인된 주행속도에 대응하는 변속부의 목표 기어비를 확인하고,
    상기 확인된 목표 기어비와 현재 기어비가 상이하면 변속 모드를 확인하고,
    상기 변속 모드가 수동 모드이면 상기 변속부의 기어비 변경에 대한 변속정보를 표시부에 표시하고,
    상기 변속 모드가 자동 모드이면 상기 현재 기어비가 상기 확인된 목표 기어비로 변경되도록 변속부를 제어하는 전기 자전거의 제어 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 변속 모드가 자동 모드이면 상기 표시부에 상기 변속부의 기어비 변경에 대한 변속정보를 표시하는 것을 더 포함하는 전기 자전거의 제어 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    페달부에 인가되는 페달 토크를 검출하고,
    상기 검출된 페달 토크에 대응하는 가속 크기를 확인하고,
    상기 확인된 가속 크기에 기초하여 상기 확인된 목표 기어비를 조정하는 것을 더 포함하는 전기 자전거의 제어 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    핸들부에 마련된 가속 레버가 조작되면 상기 가속 레버의 조작 정보에 대응하는 가속 크기를 확인하고,
    상기 확인된 가속 크기에 기초하여 상기 확인된 목표 기어비를 조정하는 것을 더 포함하는 전기 자전거의 제어 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 변속부를 제어하는 것은,
    체인부가 복수의 프론트 기어 부재 중 어느 하나의 프론트 기어 부재에 연결되도록 프론트 기어 시프터의 동작을 제어하고, 상기 체인부가 복수의 리어 기어 부재 중 어느 하나의 리어 기어 부재에 연결되도록 리어 기어 시프터의 동작을 제어하는 것을 더 포함하는 전기 자전거의 제어 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 변속 정보를 표시하는 것은,
    상기 확인된 목표 기어비에 대응하는 상기 프론트 기어부의 기어 정보와 상기 리어 기어부의 기어 정보를 표시하는 것을 포함하는 전기 자전거의 제어 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    페달부에 인가되는 페달 토크를 검출하고,
    상기 페달 토크에 기초하여 상기 모터의 회전력을 증가 제어하는 것을 더 포함하는 전기 자전거의 제어 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    핸들부에 마련된 가속 레버의 조작 정보가 수신되면 수신된 조작 정보에 기초하여 상기 모터의 회전력을 증가 제어하는 것을 더 포함하는 전기 자전거의 제어 방법.
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