KR102475083B1 - 모노코크 하우징 배터리를 가지는 전기 모터사이클 - Google Patents

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Abstract

전기 모터사이클의 코어는 모터와 기어박스를 위한 하우징을 부분적으로 둘러싸는 모노코크를 포함할 수 있다. 별도의 서스펜션 마운트가 코어에 부착되어, 다른 서스펜션 형상을 제공하기 위하여 다른 마운트로 교체될 수 있도록 한다. 전원 전자 유닛은 모노코크의 전면에 부착된다. 모노코크의 형상은 균형잡힌 시승을 제공하기 위하여 모터사이클의 무게 중심을 적절하게 포지셔닝할 수 있다.

Description

모노코크 하우징 배터리를 가지는 전기 모터사이클
본 발명은 전기 모터사이클에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 모노코크 섀시(monocoque chassis)를 가지는 전기 모터사이클에 관한 것이다.
모터사이클은 일반적으로 프레임 구조로 제작되며, 이는 비용이 많이 들고 과도하게 복잡하거나 원하는 것보다 무거울 수 있다. 기존의 모터사이클은 프레임의 앞쪽 상부 부분(the upper front part)에 스티어링 헤드(steering head)가 연결되어 있고 프레임의 뒤쪽 아래 부분(the lower, rear portion)에 스윙암(swingarm)이 연결되어 있다. 기존 프레임은 헤드스톡(a headstock), 스윙암 및 모터 보스(motor bosses) 사이에 걸쳐 있는 구조로 정의할 수 있다. 일부 전기 모터사이클에서는, 배터리와 모터가 프레임 대신 사용되는 일체형 서스펜션 보스가 있는 유닛에 기계적으로 연결된다. 일부 모터사이클은 예컨대 1.5mm 두께의 판금 알루미늄을 사용하여 모노코크 섀시(a monocoque chassis)로 만들어졌다. 다른 전기 모터사이클은 배터리를 고정하기 위해 프레임과 클램쉘 팩(a clamshell pack)을 사용한다.
본 명세서 내에 기재되어 있음.
본 명세서에는, 마우스를 정의하는 모노코크 - 상기 모노코크는 배터리 팩을 둘러싸는 치수임 -; 모터와 기어를 위한 하우징 - 상기 하우징은 상기 마우스 내의 상기 모노코크와 연결됨 -; 및 적어도 하나 이상의 서스펜션 마운트를 제거 가능하도록 부착하기 위하여 상기 코어 내에 정의된 고정 포인트; 를 포함하는 전기 모터사이클을 위한 코어가 개시된다.
본 발명은 모터사이클의 모터에 동력을 공급하는 배터리 팩을 수용하는 모노코크 구조를 가지는 전기 모터사이클에 관한 것이다. 전기 모터사이클 섀시(chassis)는 배터리 팩을 위한 하우징과 모터 및 기어를 위한 하우징을 구조적 요소로 사용함으로써 단순화되었다. 배터리 팩 하우징은 모터사이클의 무결성(integrity)과 강성(rigidity)을 유지하는 데 필요한 하중을 견디기 때문에 스트레스를 받는다.
실시예에 따라, 본 발명은 프레임이 있는 전기 모터사이클과 비교하여 감소된 질량, 감소된 비용 및 감소된 복잡성의 하나 이상의 이점을 제공한다. 추가적인 가능한 이점으로는 개선된 균형, 및 배터리 하우징 또는 모터사이클 프레임과 같은 주요 부품을 변경할 필요 없이 서스펜션 형상(suspension geometries)의 근본적인 변경 또는 구성 요소의 변경이 가능하다는 것이다.
다음 도면들은 본 발명의 실시예를 도시하며, 어떤 방식으로든 본 발명의 권리범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 모터사이클의 중앙 구성요소의 개략적인 측면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 모터사이클의 중앙 구성요소의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 모터사이클의 전원 전자 유닛, 배터리 팩 하우징, 모터 및 기어 하우징의 개략적인 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 모터사이클을 위한 대안적인 모노코크 구조의 개략적인 측면도이다.
A. 예시적인 실시예
도 1을 참조하면, 전기 모터사이클(an electric motorcycle)의 중앙 구성요소(central components)의 어셈블리(10)가 도시되어 있다. 어셈블리(10)는 모터 및 기어를 위한 하우징(14)(기어박스(gearbox)) 및 모노코크(a monocoque)(12)를 포함한다. 모노코크(12)와 모터 및 기어 하우징(14)은 함께 전기 모터사이클의 코어(core)(15)를 형성한다. 모노코크(12)는 모터에 동력을 공급하는 배터리 팩(battery pack)의 하우징이며, 또한 전기 모터사이클의 구조적 강성(structural rigidity)을 제공한다. 모터 및 기어 하우징(14)은 모노코크(12)에 나사로 고정되거나 달리 부착되며, 수리 또는 교체가 필요한 경우 제거할 수 있다.
전기 모터사이클의 중앙 구성요소의 어셈블리(10)의 후면에는 충격 흡수기 마운트(a shock absorber mount)(16) 및 스윙암 마운트(swingarm mount)(18)가 포함된다. 종합적으로, 충격 흡수기 마운트(16) 및 스윙암 마운트(18)는 서스펜션 마운트(suspension mounts)로 지칭될 수 있다.
충격 흡수기 마운트(16)는 나사(screws)(22)에 의해 코어(15)에 연결된다. 이 실시예에서, 충격 흡수기 마운트(16)는 나사(22)에 의해 모노코크에 연결된다. 일부 실시예에서, 충격 흡수기 마운트(16)는 나사에 의해 모노코크(12)와 모터 및 기어 하우징(14) 모두에 연결된다. 다른 실시예에서, 충격 흡수기 마운트(16)는 모터 및 기어 하우징(14)에만 연결된다. 도시된 충격 흡수기 마운트(16)의 예에서, 충격 흡수기(shock absorber)의 상부를 부착하기 위한 홀(hole)(24)이 도시되어 있다.
스윙암 마운트(18)는 나사(screws)(26)에 의해 코어(15)에 연결된다. 이 실시예에서, 스윙암 마운트(18)는 볼트(26)에 의해 모터 및 기어 하우징(14)에 연결된다. 일부 실시예에서, 스윙암 마운트(18)는 나사에 의해 모노코크(12)와 모터 및 기어 하우징(14) 모두에 연결된다. 다른 실시예에서, 스윙암 마운트(18)는 모노코크(12)에만 연결된다. 도시된 스윙암 마운트(18)의 예에서, 구멍(28)은 스윙암(swingarm)을 부착하기 위한 것으로 도시되어 있고, 충격 흡수기 링크(shock absorber link)(30)는 충격 흡수기의 하단부에 직접 또는 간접적으로 그리고 스윙암에 간접적으로 부착하기 위해 도시되어 있다. 점진적 서스펜션(progressive suspension)이 사용될 수 있는 충격 흡수기 링크(30)는 포인트(32)를 중심으로 피봇(pivots)한다.
서스펜션 마운트(16, 18)를 모노코크(12)로부터 분리가능하게 만듦으로써, 코어(15)는 상이한 서스펜션 형상 및 상이한 서스펜션 구성요소에 적응될 수 있다.
예를 들어, 서스펜션 마운트(16, 18) 중 하나 또는 둘 모두는 모노코크(12)를 교체하거나 수정할 필요 없이 제거되거나 다른 형상을 가진 다른 것으로 교체될 수 있다. 서스펜션 형상을 유연하게 변경할 수 있으므로, 동일한 코어(15)를 사용하여 다양한 성능 요구 사항을 충족할 수 있다.
모노코크(12)는 토션 박스(torsion box)로 지칭될 수 있으며, 여기서 받는 하중의 대부분은 그 구조의 외피(the skin of its structure)에 의해 지탱된다. 모노코크(12)가 만들어지는 재료는 구조적, 성능, 비용 및 제조상의 이유로 선택된다.
모노코크(12)용으로는 다이캐스트(die cast) 알루미늄 또는 마그네슘, 그래비티 캐스트(gravity cast) 알루미늄, 샌드 캐스트(sand cast) 알루미늄 등의 소재를 선택할 수 있다. 가공된 빌렛(billet) 알루미늄, 단조(forged) 알루미늄, 성형(formed) 알루미늄, 성형 및 용접(formed and welded) 알루미늄도 가능하다.
모노코크(12)는 모터와 기어 하우징(14)을 연결하기 위한 고정 포인트 포함한다. 형상에 따라, 모터 및 기어 하우징(14)은 모노코크(12)의 일 측에서만 제거 가능할 수 있다. 모노코크(12)는 또한, 예컨대 나사(42)를 사용하여, 헤드스톡(a headstock)(40)을 부착하기 위한 탭 홀(tapped holes)과 같은 고정 포인트를 포함한다. 전원 전자 유닛(a power electronics unit)(44) 또한 모노코크(12)에 연결된다. 하우징(46)은 모노코크(12)에도 연결되며, AC 충전기용일 수 있다. 하우징(46)은 전원 전자 유닛(44)과 별개의 하우징일 수도 있고 아닐 수도 있다. 분리된 경우라면, 이점은 더 쉽게 서비스되는 유닛이 될 것이라는 점이다.
모노코크(12) 내부의 배터리 팩(battery pack)은 하나의 큰 팩, 즉 단일 모듈 또는 여러 개의 작은 배터리 팩 또는 모듈일 수 있다. 배터리 팩 내부의 셀(cells)은 임의의 적절한 방향으로 배열될 수 있다. 모노코크(12)는 배터리 팩의 고전압 회로(high voltage circuit)가 전기 충격(electric shock)으로부터 안전을 보장하는 것을 돕기 위해 모노코크로부터 전기적으로 절연되는 것을 지속적으로 모니터링하는 절연 모니터링 회로를 위한 접지 연결(grounding connection for an isolation monitoring circuit)을 포함할 수 있다. 절연 오류가 감지되면 모터사이클은 작동 불가 상태가 되며, 메인 컨택터(the main contactors)를 열고 오류가 해결될 때까지 전원이 켜지거나 닫히지 않도록 하여 충전을 허용하지 않을 수 있다.
또한, 코어(15)에는 라디에이터, 페어링(fairings), 헤드라이트, 테일 섹션(tail section), 펌프 및 바디 패널(pump and body panels), 브래킷(brackets), 전자 장치, 센서, 풋페그(footpegs), 가드(guards) 및 옵션 구성요소 등과 같은 보조 시스템의 장착을 수용하기 위한 마운팅 포인트(mounting points), 예를 들어 주조 특징부(cast features) 및 탭 홀(tapped holes)이 포함될 수 있다. 이러한 추가적인 마운팅 포인트는 모노코크(12), 모터 및 기어 하우징(14), 또는 둘 다에 있을 수 있다.
도 2는 배터리 팩, 모터 및 기어 하우징(62), 및 헤드스톡(63)을 수용하는 모노코크(61)를 포함하는 전기 모터사이클의 중앙 구성요소의 또 다른 어셈블리(60)이다. 모노코크(61)와 모터 및 기어 하우징(62)에는 충격 흡수기를 위한 마운팅 홀(mounting holes)(66)이 있는 충격 흡수기 마운트(64)가 부착되어 있다. 충격 흡수기 마운트(64)는 나사(69)로 베이스 플레이트(baseplate)(68)를 통해 부착된다. 또한 모노코크(61)와 모터 및 기어 하우징(62)을 포함하는 코어에는 스윙암 마운팅 볼트(swingarm mounting bolt)(72)가 나타난 스윙암 마운트(swingarm mount)(70)가 부착되어 있다. 마운팅 홀(76)이 있는 충격 흡수기 링크(74)는 피봇 포인트(pivot point)(78)에 부착된 스윙암 마운트(70)의 일부로 도시되어 있다. 스윙암 마운트(70)는 나사(82)를 사용하여 베이스 플레이트(80)를 통해 모터 및 기어 하우징(62)에 부착된다.
모노코크(61)의 쉘(shell)에는 오토바이의 구조적 요구와 관련하여 모노코크의 재료 및 제조 공정과 호환되는 형태의 채널(channels) 또는 리브(ribs)(84)가 있다. 모노코크(61)는 함께 부착된 2개의 클램쉘(clamshells)로 제조될 수 있다. 대안적으로, 모노코크(61)는 중앙 벽에 연결된 2개의 사이드 플레이트(side plates)를 가질 수 있다. 모노코크(61)의 사이드 플레이트는 부착된 경우 모토사이클에 상당한 구조적 강도를 제공하고 구조적 하중의 많은 부분을 지탱할 수 있다. 모노코크(61)의 중앙 벽(central wall)은 고정된 모터사이클을 지탱할 수 있을 만큼 충분히 강할 필요는 없지만, 가능할 수도 있다. 그러나 충분히 강하지 않은 경우 모터사이클이 완전히 조립된 경우 안전상의 이유로 두 측면 플레이트를 동시에 제거하는 것은 방지되어야 한다.
형성된 중앙 구조에 볼트로 고정되는 측면 플레이트를 사용하면 측면 플레이트 중 하나 또는 둘 모두를 제거한 후 배터리 팩을 조립하거나 유지 관리할 수 있다. 모노코크의 2개 클램쉘 배열에서, 클램쉘 중 하나는 유지보수 또는 교환을 위해 배터리 팩에 접근할 수 있도록 제거될 수 있다.
모노코크(61)는 변형 방지 나사(tamper-proof screws) 또는 모노코크를 닫기 위한 다른 보안 수단(security measures)을 사용하여 닫힐 수 있다.
도 3은 서스펜션 마운트(16, 18)가 없는 전기 오토바이용 중앙 어셈블리(90)이다. 중앙 어셈블리(90)는 코어(15) 및 전력 전자 유닛(44)을 포함한다. 코어(15)는 모노코크(12)와 모터 및 기어 하우징(14)을 포함하고, 특히, 모노코크(12)는 C-형상(C-shaped)이고, 모터 및 기어 하우징(14)은 C의 마우스(mouth)(92)에 위치된다. 따라서 배터리는 3개의 면, 즉 상면, 전면 및 바닥면에서 모터 및 기어 하우징(14)을 둘러싼다. 모노코크는 모터 및 기어를 위한 하우징(14)의 전면의 대부분, 상면의 대부분 및 바닥면의 대부분을 덮는다.
배터리 팩보다 밀도가 낮은 전원 전자 유닛(44)은 모노코크(12)의 전방에 위치한다. 모노코크(12), 모터 및 기어 하우징(14) 및 전력 전자 유닛(44)의 이러한 배열은 어셈블리(90)의 무게 중심의 포지션(94)이 모터사이클의 정확한 균형을 위해 위치될 수 있도록 한다. 즉, 모터사이클의 바퀴 사이의 무게 중심 포지션(94)은 수평 및 수직 모두에 올바르게 위치된다.
모노코크(12)의 형태에 C의 입구를 이루는 이러한 뚜렷한 오목부(concave portion)가 없었다면, 동일한 크기의 배터리 팩을 유지하면서 무게 중심을 정확하게 찾을 수 없었을 것이다. 예를 들어, 배터리 팩과 모터 및 기어 하우징이 선형으로 정렬(aligned linearly)된 경우(즉, 블록처럼 나란히), 생성된 모터사이클은 무게 중심의 부적절한 위치로 인해 고속에서 잘 다루어지지 않을 수 있다. 더욱이, 중앙 어셈블리(90)의 배열은 그것이 라이더의 방해가 되지 않도록(out of the way of the rider) 배터리의 부피를 유지하도록 되어 있다.
도4는 모노코크(102)가 함께 볼트로 결합된 일련의 레이어(layers) 또는 케이스(cases)(110, 111, 112, 113, 114)로 만들어진 코어(100)의 다른 예이다. 볼트는 인접한 레이어 또는 케이스만 결합하는 볼트(예: 116)일 수 있다. 대안적으로, 볼트는 2개 이상의 적층된 레이어 또는 케이스를 통과하는 긴 볼트(예: 118)일 수 있다. 긴 볼트가 더 짧은 볼트에 비해 조인트 장력(joint tension)을 더 쉽게 유지할 수 있기 때문에, 이것은 구조적으로 더 우수할 수 있다. 볼트는 표시된 예와 다르게 위치하거나 각도가 다를 수 있으며, 두 가지 다른 유형의 볼트가 조합될 수 있다.
모터 및 기어 하우징(120)은 여러 레이어(112, 113, 114)에 부착된다. 모노코크(102)의 각 레이어(110-114)는 자체 배터리 팩을 수용할 수 있다. 레이어(11, 112, 113)는 상부 및 하부에서 개방될 수 있고, 레이어(110)는 하부에서 개방될 수 있고, 레이어(114)는 상부에서 개방될 수 있다. 대안적으로, 모든 레이어(110-114)는 상부 및 하부 모두에서 폐쇄될 수 있다. 따레이어(110-114)의 스택(stack of the layers)은 결과적으로 부하(loads)의 일부를 지지할 수 있다. 레이어는 모두 함께 조이는 긴 볼트 또는 기타 적절한 수단으로 함께 고정될 수 있다. 일부 실시예에서, 헤드스톡은 최상 레이어(110)를 위한 커버 또는 부분 커버(partial cover)를 형성할 수 있다.
B. 변형례
본 명세서에 개시되고 청구된 주제를 수행하기 위한 특정 실시예가 설명되었지만, 다른 변형례 또한 가능하다.
예를 들어, 충격 흡수기 마운트(16)와 스윙암 마운트(18)가 결합될 수 있고, 코어(15)에 볼트로 고정되는 단일 구성요소로 만들어질 수 있다. 탭 홀(tapped holes)에 삽입되는 나사 대신 관통 홀(through-holes)에 삽입되는 볼트를 사용하는 경우가 있을 수 있다. 일부 위치에서는 너트와 볼트 대신 나사와 탭 홀을 사용할 수 있다.
모노코크 내부의 배터리 팩은 함께 스택되는(stack together) 모듈로 만들어질 수 있으며, 그 결과 그 스택(stack)은 일부 부하를 지지할 수 있다. 예를 들어, 스택은 샌드위치 구조일 수 있거나, 모듈에는 모노코크의 측면과 다른 평면에 있는 외부 플레이트가 있을 수 있다.
모노코크의 모양은, 그것이 모터와 기어 하우징을 위한 마우스 또는 다른 적절한 홈(recess)을 정의하는 한, C-형상이 아닐 수 있다.
본 발명은 주로 이륜 모터사이클과 관련하여 설명되었지만, 삼륜 모터사이클 및 사륜 모터사이클에도 적용할 수 있다.
일반적으로, 달리 명시되지 않는 한, 단수 요소는 일반성을 잃지 않고 복수일 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지이다. "모듈(module)"이라는 용어는 제한 없이 본 발명의 임의의 구성요소 및 본 발명의 특징 중 일부 또는 전부를 지칭할 수 있다. 모듈에는 소프트웨어, 펌웨어(firmware) 또는 하드웨어가 포함될 수 있다.
설명 전반에 걸쳐, 본 발명의 보다 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 세부사항이 제시되었다. 그러나, 본 발명은 이러한 세부사항 없이 실시될 수 있다. 다른 예에서, 잘 알려진 요소는 상세하게 도시되거나 설명되지 않았으며 본 발명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 특징의 반복이 생략되었다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미가 아니라 예시적인 의미로 간주되어야 한다.
본 명세서에 개시된 특정 세부사항에 대한 추가 변형이 이루어질 수 있고, 그 결과 개시된 본 발명의 범위 내에 있는 다른 실시양태가 생성될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 모듈은 구성 모듈(constituent modules)로 분할되거나 더 큰 모듈로 결합될 수 있다. 여기에 설명된 모든 비율, 재료 및 구성(proportions, materials, and configurations)은 예시일 뿐이며 실제적인 것은 특정 실시예에 따라 다를 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해 정의된 실체에 따라 해석되어야 한다.
본 명세서 내에 기재되어 있음.

Claims (20)

  1. 전기 모터사이클을 위한 코어에 있어서,
    모노코크의 후방으로 개구되는 마우스를 정의하는 C-형상을 가지는 상기 모노코크 - 상기 모노코크는 배터리 팩을 둘러싸는 치수임-;
    상기 모노코크의 전면에 부착되는 전원 전자 유닛;
    모터와 기어를 위한 하우징 - 상기 하우징은 상기 마우스 내의 상기 모노코크와 연결되고, 상기 모노코크는 상기 하우징의 전면, 상면, 및 바닥면을 둘러쌈- ;
    및
    적어도 하나 이상의 서스펜션 마운트를 제거 가능하도록 부착하기 위하여 상기 코어 내에 정의된 고정 포인트;
    를 포함하는, 전기 모터사이클을 위한 코어.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코어에 제거 가능하도록 부착되는 적어도 하나 이상의 상기 서스펜션 마운트를 더 포함하는,
    전기 모터사이클을 위한 코어.
  3. 제2항에 있어서, 상기 서스펜션 마운트는 충격 흡수기 및 스윙암 마운트를 포함하는,
    전기 모터사이클을 위한 코어.
  4. 제2항에 있어서, 상기 서스펜션 마운트는 충격 흡수기 마운트와 결합된 스윙암과 충격 흡수기 링크 미운트를 포함하는,
    전기 모터사이클을 위한 코어.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고정 포인트는 상기 모노코크에 있는,
    전기 모터사이클을 위한 코어.
  6. 제1항에 있어서, 상기 고정 포인트는 상기 모터와 기어를 위한 상기 하우징에 있는,
    전기 모터사이클을 위한 코어.
  7. 제1항에 있어서, 상기 고정 포인트는 상기 모노코크 및 상기 모터와 기어를 위한 상기 하우징에 있는,
    전기 모터사이클을 위한 코어.
  8. 제1항에 있어서, 상기 모노코크는 두개의 클램쉘을 포함하는,
    전기 모터사이클을 위한 코어.
  9. 제1항에 있어서, 상기 모노코크는 두개의 사이드 플레이트 및 상기 사이드 플레이트 사이의 벽을 포함하는,
    전기 모터사이클을 위한 코어.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 모노코크는 상기 모터와 기어를 위한 상기 하우징의 전면의 대부분, 상면의 대부분, 및 바닥면의 대부분을 덮는,
    전기 모터사이클을 위한 코어.
  12. 제1항에 있어서, 상기 모노코크는 서로 제거 가능하도록 연결되는 다중 레이어를 포함하는,
    전기 모터사이클을 위한 코어.
  13. 제1항에 있어서, 헤드스톡을 위한 추가적인 고정 포인트를 포함하는,
    전기 모터사이클을 위한 코어.
  14. 제1항에 있어서, 적어도 하나 이상의 액세서리를 위한 추가적인 고정 포인트를 포함하는,
    전기 모터사이클을 위한 코어.
  15. 삭제
  16. 코어를 포함하는 모터사이클에 있어서,
    상기 코어는,
    모노코크의 후방으로 개구되는 마우스를 정의하는 C-형상을 가지는 상기 모노코크 - 상기 모노코크는 배터리 팩을 둘러싸는 치수임-;
    상기 모노코크의 전면에 부착되는 전원 전자 유닛;
    모터와 기어를 위한 하우징 - 상기 하우징은 상기 마우스 내의 상기 모노코크와 연결되고, 상기 모노코크는 상기 하우징의 전면, 상면, 및 바닥면을 둘러쌈- ;
    및
    적어도 하나 이상의 서스펜션 마운트를 제거 가능하도록 부착하기 위하여 상기 코어 내에 정의된 고정 포인트;
    를 포함하는,
    모터사이클.
  17. 제16항에 있어서, 상기 고정 포인트는 상기 모노코크에 있는,
    모터사이클.
  18. 제16항에 있어서, 상기 고정 포인트는 상기 모터와 기어를 위한 상기 하우징에 있는,
    모터사이클.
  19. 제16항에 있어서, 상기 고정 포인트는 상기 모노코크 및 상기 모터와 기어를 위한 상기 하우징에 있는,
    모터사이클.
  20. 제16항에 있어서, 상기 모노코크는 상기 모터와 기어를 위한 상기 하우징의 전면의 대부분, 상면의 대부분, 및 바닥면의 대부분을 덮는,
    모터사이클.


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