KR102024765B1 - 운행 거리 예측 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 예측 장치는 전기 자전거의 안장에 올라탄 사용자의 몸무게를 측정하는 측정부; 상기 전기 자전거를 움직이는 모터에 구동 전력을 제공하는 배터리의 잔존 전력과 상기 측정부에서 측정된 몸무게를 이용해서 상기 모터에 의해 이동 가능한 예상 거리를 산출하는 산출부; 상기 전기 자전거의 핸들에 설치되고, 상기 예상 거리를 표시하는 표시부;를 포함할 수 있다.

Description

운행 거리 예측 장치{APPARATUS FOR PREDICTING MOVING DISTANCE}
본 발명은 전기 자전거가 운행할 수 있는 거리를 예측하는 장치에 관한 것이다.
전기자동차의 잔존 주행 거리를 예측하는 기술이 존재한다.
전기자동차에 장착된 모터의 출력은 전기자동차에 탑승한 사용자의 몸무게를 무시할 정도로 강하기 때문에, 사용자의 몸무게는 전기자동차의 잔존 주행 거리 산출에 이용되지 않는 것이 일반적이다.
반면, 전기 자전거의 경우 모터의 출력 한계, 모터에 구동 전력을 제공하는 배터리의 용량 한계로 인해, 전기 자전거의 잔존 주행 거리는 사용자의 몸무게에 큰 영향을 받을 수밖에 없다. 또한, 사용자가 인지하는 잔존 주행 거리와 전기 자전거가 실제로 주행할 수 있는 실제 잔존 주행 거리 간의 괴리로 인해, 사용자에게 부정확한 잔존 주행 거리를 제공하기 쉬운 문제가 있다.
사용자의 몸무게를 측정하는 문제, 정확한 잔존 주행 거리의 산출 곤란 문제 등으로 인해 전기 자전거의 잔존 주행 거리를 산출해서 사용자에게 제공하는 현실적인 방안이 없는 상태이다.
한국공개특허공보 제10-2014-0026068호에는 배터리의 상태를 측정해서 전기자동차의 잔존 주행 거리를 예측하는 기술이 개시되고 있으나, 사용자의 몸무게가 잔존 주행 거리에 큰 영향을 미치는 전기 자전거에는 적용하기 어려운 문제가 있다.
한국공개특허공보 제10-2014-0026068호
본 발명은 전기 자전거의 운행 거리를 예측하는 전기 자전거용 예측 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 예측 장치는 전기 자전거의 안장에 올라탄 사용자의 몸무게를 측정하는 측정부; 상기 전기 자전거를 움직이는 모터에 구동 전력을 제공하는 배터리의 잔존 전력과 상기 측정부에서 측정된 몸무게를 이용해서 상기 모터에 의해 이동 가능한 예상 거리를 산출하는 산출부; 상기 전기 자전거의 핸들에 설치되고, 상기 예상 거리를 표시하는 표시부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 예측 장치는 안장에 올라탄 사용자의 몸무게와 배터리의 잔존 전력을 이용해서 현재 전기 자전거가 운행할 수 있는 거리를 예측할 수 있다.
본 발명의 예측 장치는 안장의 서로 다른 위치에 설치되는 복수의 압력 센서를 포함함으로써, 사용자의 몸무게를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 예측 장치는 복수의 압력 센서를 이용해서 전기 자전거가 지그재그로 운행하는 상태를 파악하고, 지그재그 운행 상태를 이용해서 운행 가능한 예상 거리를 수정할 수 있다.
그 결과, 본 발명의 예측 장치는 사용자가 인지하는 예상 거리를 현실적이고 정확하게 제공할 수 있다. 따라서, 사용자는 목적지에 맞는 전기 자전거 라이딩 계획을 용이하게 수립할 수 있다.
도 1은 본 발명의 운행 거리 예측 장치가 설치된 전기 자전거를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 운행 거리 예측 장치를 나타낸 회로도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 운행 거리 예측 장치가 설치된 전기 자전거를 나타낸 개략도이다. 도 2는 본 발명의 운행 거리 예측 장치를 나타낸 회로도이다.
전기 자전거는 안장(11)이 구비된 프레임(10), 프레임(10)의 선단부에 방향전환 가능하게 장착된 전륜포크(20), 전륜포크(20)의 하단에 회전가능하게 장착된 전륜(30), 전륜포크(20)의 상측에 장착된 핸들(40), 프레임(10)의 후단에 회전가능하게 장착된 후륜(50), 프레임(10)에 장착된 구동축(12)에 구비된 페달(60), 구동축(12)에 연결된 구동스프로킷(70), 후륜(50)에 구비된 종동스프로킷(80), 구동스프로킷(70)과 종동스프로킷(80)을 경유하도록 설치되어 페달(60)의 구동력을 후륜(50)에 전달하는 체인(90), 후륜(50)을 구동하는 모터(100), 모터(100)에 연결된 제어장치(미도시) 및 배터리(120)를 포함할 수 있다.
제어장치(110)에는 모터(100)를 on-off제어하는 제어스위치가 구비되며, 사용자가 제어스위치를 on 시키면 모터(100)가 구동될 수 있다.
또한, 종동스프로킷(80)은 사이즈가 서로 다른 다수개의 스프로킷을 동일한 회전축에 결합하여 이루어질 수 있다. 프레임(10)에는 체인(90)에 연결되어 종동스프로킷(80)에 결합되는 체인(90)의 위치를 조절하는 변속용 제어기구(81)가 구비되어, 사용자가 변속용 제어기구(81)에 연결된 변속조절기를 제어하여, 변속을 할 수 있도록 구성될 수 있다. 이때, 종동스프로킷(80)은 원웨이클러치에 의해 후륜(50)의 회전축(51)에 연결되어, 종동스프로킷(80)이 자전거의 전진방향으로 회전될 때만, 후륜(50)에 동력을 전달하도록 구성될 수 있다.
구동스프로킷(70)은 원웨이클러치를 통해 구동축(12)에 연결될 수 있다.
모터(100)는 프레임(10)에 장착되어 체인(90)에 연결될 수 있다.
모터(100)는 프레임(10)에 설치된 케이스(103)의 내부에 설치될 수 있다.
감속기(104)를 통해 체인(90)의 중간부에 맞물리는 보조스프로킷(102)이 모터에 연결될 수 있다. 사용자가 제어스위치를 on시키면 모터(100)가 구동되고 보조스프로킷(102)이 회전되므로, 체인(90), 체인(90)에 연결된 종동스프로킷(80) 및 후륜(50)이 움직일 수 있다.
원웨이클러치는 구동축(12)과 구동스프로킷(70)의 사이에 구비되어, 구동축(12)과 구동스프로킷(70)의 상대회전방향에 따라 구동축(12)의 구동력을 구동스프로킷(70)에 전달하거나, 구동축(12)과 구동스프로킷(70)의 연결을 차단하여 구동스프로킷(70)이 공회전되도록 할 수 있다.
이와 같이 구성된 전기 자전거는 모터(100)가 프레임(10)에 장착되므로, 모터(100)가 전륜(30) 또는 후륜(50)의 회전축(31,51)에 장착되는 전기 자전거와 달리, 전용의 모터를 사용하지 않아서 코스트가 저렴하고, 모터(100)만을 별도로 분리할 수 있어서, 전륜(30) 또는 후륜(50) 전체를 분리하여야 하는 전기 자전거에 비해 유지 보수가 용이한 장점이 있다.
도면에 도시된 운행 거리 예측 장치는 측정부(203), 산출부(200), 표시부(300), 통신부를 포함할 수 있다.
측정부(203)는 전기 자전거의 안장에 올라탄 사용자의 몸무게를 측정할 수 있다.
일 예로, 측정부(203)는 안장에 설치되는 압력 센서를 포함할 수 있다. 압력 센서는 사용자에 대면되는 안장의 일면, 안장의 내면, 안장과 프레임(10)을 연결하는 축 등에 설치될 수 있다.
산출부(200)는 전기 자전거가 운행할 수 있는 예상 거리를 산출할 수 있다. 구체적으로, 산출부(200)는 전기 자전거를 움직이는 모터(100)에 구동 전력을 제공하는 배터리(120)의 잔존 전력과 측정부(203)에서 측정된 몸무게를 이용해서 모터(100)에 의해 이동 가능한 예상 거리를 산출할 수 있다.
표시부(300)는 전기 자전거의 핸들에 설치되고, 산출부(200)에서 산출된 예상 거리를 표시할 수 있다.
안장에 올라탄 사용자의 몸무게는 안장의 여러 부위에 분산될 수 있다. 이때, 각 부위에 인가된 사용자의 몸무게는 사용자의 자세에 따라 달라질 수 있다.
일 예로, 페달을 디딘 사용자가 왼발을 내리고 오른발을 위로 든 상태에서는 안장 좌측에 많은 무게가 실리고 안장 우측에 상대적으로 적은 무게가 실릴 수 있다. 물론, 이와 반대의 경우도 가능하다.
부위에 따라 실리는 무게가 차이나는 사용자의 몸무게를 정확하게 측정하기 위해, 측정부(203)는 안장의 서로 다른 위치에 설치되는 제1 압력 센서(201)와 제2 압력 센서(202)를 포함할 수 있다.
일 예로, 제1 압력 센서(201)는 사용자의 좌측 엉덩이에 대면되는 안장의 좌측 부분에 설치될 수 있다. 제2 압력 센서(202)는 사용자의 우측 엉덩이에 대면되는 안장의 우측 부분에 설치될 수 있다.
산출부(200)는 제1 압력 센서(201)의 제1 측정값과 제2 압력 센서(202)의 제2 측정값의 합산값을 사용자의 몸무게로 산출할 수 있다. 압력 센서의 개수는 추가로 증가될 수 있으며, 산출부(200)는 모든 압력 센서의 출력값을 합해서 사용자의 몸무게를 산출할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 사용자의 몸무게가 안장 좌측에 주로 실리거나, 안장 우측에 주로 실리더라도 정확하게 사용자의 몸무게를 측정할 수 있다.
산출부(200)에는 몸무게별로 단위 전력당 운행 가능한 거리 정보가 포함된 룩업 테이블이 마련될 수 있다.
일 예로, 표 1에 룩업 테이블의 일 예를 나타내었다.
몸무게
(kg)		 40 50 60 70 80 90 100
단위전력(1W)당 운행 가능 거리(m) 50 40 30 21 15 12 10
모터(100)의 출력이 낮은 전기 자전거의 경우, 전기 자전거에 탑승한 사용자의 몸무게에 따라 이동할 수 있는 운행 거리에서 큰 차이를 갖는다.
산출부(200)는 측정부(203)에서 측정된 몸무게에 매칭되는 단위 전력당 거리 정보를 룩업 테이블로부터 추출할 수 있다.
일 예로, 측정부(203)에서 측정된 사용자의 몸무게가 60kg인 경우, 산출부(200)는 룩업 테이블을 검색하여, 단위전력당 운행 가능 거리 30m/W를 추출할 수 있다.
산출부(200)는 룩업 테이블로부터 추출된 단위 전력당 거리 정보와 배터리(120)의 잔존 전력을 이용해서 현재 이동 가능한 예상 거리를 산출할 수 있다.
일 예로, 배터리(120)의 잔존 전력이 100w이며, 산출부(200)는 단위 전력당 거리 정보 30m/W와 잔존 전력 100W를 곱한 3000m를 현재 이동 가능한 예상 거리로 산출할 수 있다.
산출부(200)에서 산출된 예상 거리는 표시부(300)에 '3000m' 또는 '3km' 등으로 표시될 수 있다. 사용자는 표시부(300)에 표시된 예상 거리에 해당하는 잔존 주행 거리 또는 운행 가능 거리를 확인함으로써, 전기 자전거의 라이딩 계획을 용이하게 수립할 수 있다.
한편, 산출부(200)는 측정부(203)가 설치된 안장 또는 프레임에 설치된 배터리(120) 근처에 설치되는 것이 좋다. 왜냐하면, 측정부(203)와 산출부(200)를 전기적으로 연결하는 도선 또는 산출부(200)와 배터리(120)를 전기적으로 연결하는 도선이 짧을수록 좋기 때문이다.
결과적으로, 산출부(200)는 안장 주변에 설치되는 것이 좋은데, 이 경우, 산출부(200)로부터 핸들에 설치된 표시부(300)까지의 거리가 멀어지는 문제가 발생된다.
또한, 표시부(300)의 설치 위치가 산출부(200)와 표시부(300)를 연결하는 도선의 길이에 의해 제한되므로, 사용자가 원하는 위치로 표시부(300)를 옮길 수 없는 문제가 있다.
표시부(300)의 설치 위치를 자유롭게 조절할 수 있고, 도선을 배제하기 위해 통신부가 이용될 수 있다.
통신부는 산출부(200)에서 산출된 예상 거리를 표시부(300)로 무선 송신할 수 있다. 일 예로, 통신부는 블루투스, 와이파이 등의 근거리 통신을 이용해서 표시부(300)와 통신할 수 있다. 통신부는 산출부(200)에 일체로 형성될 수도 있다.
산출부(200)에는 산출 모듈(210), 레귤레이터(290), 측정 모듈(230)이 마련될 수 있다.
산출 모듈(210)은 측정부(203)에서 측정된 몸무게를 이용해서 예산 거리를 산출할 수 있다. 이때, 산출 모듈(210)은 블루투스 등의 통신부와 일체로 형성될 수 있다.
일 예로, 산출 모듈(210)은 'JARDUINO-UNO-BTmini'등과 같이 블루투스 통신이 가능한 아두이노를 포함할 수 있다.
레귤레이터(290)는 배터리(120)의 잔존 전력을 적절하게 변환해서 산출 모듈(210)에 제공할 수 있다.
측정 모듈(230)은 배터리(120)의 잔존 전력을 측정할 수 있다.
일 예로, 측정 모듈(230)은 배터리(120)에 직렬 연결된 제1 저항(231)과 제2 저항(232)을 포함할 수 있다. 배터리(120)와 접지(GND) 사이에 제1 저항(231)과 제2 저항(232)이 순서대로 배치될 때, 제1 저항(231)은 10kΩ이고, 제2 저항(232)은 1kΩ일 수 있다. 이때, 측정 모듈(230)은 제2 저항(232)에 걸린 전압을 측정함으로써, 배터리(120)의 잔존 전력을 파악할 수 있다.
표시부(300)에는 통신부와 무선 통신하는 통신 모듈(350), 통신 모듈(350)을 통해 획득된 예상 거리가 표시되는 디스플레이(310)가 마련될 수 있다.
표시부(300)에는 핸들에 착탈되는 착탈 수단(미도시)이 마련될 수 있다. 통신 모듈(350)과 착탈 수단을 갖는 표시부(300)는 도선에 제한받지 않으시면서 핸들의 다양한 위치에 설치될 수 있다.
핸들로부터 착탈 가능한 표시부(300)의 정상적인 동작을 위해 표시부(300)에는 디스플레이(310) 및 통신 모듈(350)의 구동 전력을 제공하는 충전지(320), 충전지(320)의 전력을 디스플레이(310) 또는 통신 모듈(350)에 맞게 변환하는 전력 변환기(330)가 마련될 수 있다.
한편, 표시부(300)를 통해 표시되는 예상 거리는 사용자가 인지하는 주행 가능 거리와 차이가 있을 수 있다.
표시부(300)에 표시된 예상 거리는 산출부(200)에 의해 산출된 것으로서, 실제 전기 자전거가 주행할 수 있는 운행 거리로, 일 예로, 표시부(300)에 2km로 표시될 수 있다.
A 위치에서 2km를 확인한 사용자는 A 위치로부터 2km 떨어진 B 위치까지 갈 수 있을 것으로 기대할 수 있다. 이때, A 위치로부터 출발한 전기 자전거가 실제로 2km를 운행하였음에도 불구하고 B 위치에 도달하지 못할 수 있다.
왜냐하면, 중심을 잡기 위한 조작에 의해 전기 자전거는 A 위치로부터 B 위치까지 직선 주행하지 못하고, 왼쪽으로 갔다 오른쪽으로 갔다하는 식으로 지그재그 주행하였기 때문이다.
지그재그 주행으로 인해, 산출부(200)에 의해 산출된 예상 거리는 표시부(300)를 통해 예상 거리를 확인한 사용자의 감각적인 거리와 차이를 갖게 된다. 예상 거리와 감각 거리 간의 괴리를 해소하기 위해 산출부(200)는 지그재그 운행이 이루어지면 예상 거리를 줄일 수 있다.
산출부(200)는 제1 압력 센서(201)의 제1 측정값이 제2 압력 센서(202)의 제2 측정값보다 높은 제1 상태, 제2 측정값이 제1 측정값보다 높은 제2 상태가 설정 시간동안 교번하여 반복되면 예상 거리를 줄일 수 있다.
제1 압력 센서(201)가 안장의 좌측에 설치되고 제2 압력 센서(202)가 안장의 우측에 설치될 때, 제1 상태는 사용자의 몸무게가 좌측으로 쏠린 상태를 나타낼 수 있다. 사용자의 몸무게가 좌측으로 쏠린 상태는 전기 자전거가 좌회전할 때 나타날 수 있다. 제2 상태는 사용자의 몸무게가 우측으로 쏠린 상태를 나타낼 수 있다. 사용자의 몸무게가 좌측으로 쏠린 상태는 전기 자전거가 우회전할 때 나타날 수 있다.
사용자가 구부러진 길을 돌기 위해 커브를 트는 경우와 지그재그 주행을 구별하기 위해, 산출부(200)는 설정 시간, 예를 들어 3초 내에 제1 상태와 제2 상태가 반복되는 경우에 한해 지그재그 운행으로 판단할 수 있다.
산출부(200)는 지그재그 주행과 직선 주행 간의 관계값이 나타난 별도의 룩업 테이블 등을 이용해서 예상 거리에서 기설정된 값을 감산할 수 있다. 감산 결과는 표시부(300)를 통해 표시되며, 해당 표시부(300)를 통해 표시된 예상 거리는 사용자가 인지하는 감각 거리에 부합될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100...모터 120...배터리
200...산출부 201...제1 압력 센서
202...제2 압력 센서 203...측정부
200...산출부 210...산출 모듈
230...측정 모듈 231...제1 저항
232...제2 저항 290...레귤레이터
300...표시부 310...디스플레이
320...충전지 330...전력 변환기
350...통신 모듈

Claims (6)

  1. 전기 자전거의 안장에 올라탄 사용자의 몸무게를 측정하는 측정부;
    상기 전기 자전거를 움직이는 모터에 구동 전력을 제공하는 배터리의 잔존 전력과 상기 측정부에서 측정된 몸무게를 이용해서 상기 모터에 의해 이동 가능한 예상 거리를 산출하는 산출부;
    상기 전기 자전거의 핸들에 설치되고, 상기 예상 거리를 표시하는 표시부;
    를 포함하고,
    상기 측정부는 상기 안장의 서로 다른 위치에 설치되는 제1 압력 센서와 제2 압력 센서를 포함하며,
    상기 산출부는 상기 제1 압력 센서의 제1 측정값과 상기 제2 압력 센서의 제2 측정값의 합산값을 상기 몸무게로 산출하고,
    상기 제1 압력 센서는 상기 사용자의 좌측 엉덩이에 대면되는 상기 안장의 좌측 부분에 설치되며, 상기 제2 압력 센서는 상기 사용자의 우측 엉덩이에 대면되는 상기 안장의 우측 부분에 설치되며,
    상기 산출부는 상기 제1 압력 센서의 제1 측정값이 상기 제2 압력 센서의 제2 측정값보다 높은 제1 상태, 상기 제2 측정값이 상기 제1 측정값보다 높은 제2 상태가 설정 시간 이내에 교번하여 반복되는 지그재그 주행이면 상기 예상 거리를 줄이는 예측 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산출부에는 몸무게별로 단위 전력당 운행 가능한 거리 정보가 포함된 룩업 테이블이 마련되고,
    상기 산출부는 상기 측정부에서 측정된 몸무게에 매칭되는 단위 전력당 거리 정보를 상기 룩업 테이블로부터 추출하며,
    상기 산출부는 상기 룩업 테이블로부터 추출된 상기 단위 전력당 거리 정보와 상기 배터리의 잔존 전력을 이용해서 현재 이동 가능한 예상 거리를 산출하는 예측 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산출부에서 산출된 상기 예상 거리를 상기 표시부로 무선 송신하는 통신부;를 포함하고,
    상기 표시부에는 상기 통신부와 무선 통신하는 통신 모듈, 상기 통신 모듈을 통해 획득된 상기 예상 거리가 표시되는 디스플레이가 마련된 예측 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 표시부에는 상기 핸들에 착탈되는 착탈 수단이 마련된 예측 장치.
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