KR20120030870A - 충격 흡수 장치 및 이를 이용한 자전거 - Google Patents

충격 흡수 장치 및 이를 이용한 자전거 Download PDF

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박진배
김경주
노선영
송승관
윤영훈
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 충격 흡수 장치 및 이를 이용한 자전거에 관한 것으로서, 구체적으로는 본 발명의 충격 흡수 장치는 일단에 전달되는 외부 충격의 일부 또는 전부를 흡수하여 타단으로 전달하는 충격 흡수부, 상기 충격 흡수부의 타단에 전달되는 충격을 측정하는 센서부, 상기 충격 흡수부의 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 시간을 조절하는 조절부 및 상기 센서부에서 측정된 충격을 분석하여 상기 조절부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

충격 흡수 장치 및 이를 이용한 자전거{shock absorption apparatus and bicycle using the same}
본 발명은 충격 흡수 장치 및 이를 이용한 자전거에 관한 것으로서, 특히 외부 충격의 경향을 분석하여 충격 흡수 기능을 제어할 수 있는 충격 흡수 장치 및 이를 이용한 자전거에 대한 것이다.
종래의 자전거용 완충 장치는 자전거가 운행하는 지면의 충격을 효과적으로 흡수하기 위해서 스프링 탄성과 댐퍼를 노면에 맞게 설정할 필요가 있다. 특히, 자전거용 완충 장치는 자전거가 운행하는 노면의 상태, 즉 요철의 크기 및 요철의 빈도에 따라서 사용자가 오일 댐퍼의 오일 밸브의 개도를 조절하여 리바운드와 컴프레션 댐핑을 조절해야 한다. 그런데 자전거용 완충 장치의 경우 리바운드 및 컴프레션을 조절하기 위해서는 수동으로 밸브를 조절해야 하기 때문에 운행중에는 이를 조절하기 힘든 단점이 있다. 한편, 한번 완충 장치가 설정되면, 이는 특정 노면 상태에만 최적화된 것이므로 노면의 상태가 변하는 구간을 주행할 때는 노면의 요철에 의해 자전거에 가해지는 충격을 적절히 감소시키기 힘들다.
따라서, 노면의 상태에 따라서 완충 장치의 충격 흡수 정도와 충격 재흡수 간격을 자동으로 또는 간편히 조절할 수 있는 완충 장치가 필요하다.
상기 문제를 해결하기 위한 본 발명의 충격 흡수 장치 및 이를 이용한 자전거는 노면의 상태를 완충 장치를 통해 전달된 충격을 분석하여 추정하고 추정된 노면 상태에 따라서 완충 장치의 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 자동 제어하는 충격 흡수 장치 및 이를 이용한 자전거를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 충격 흡수 장치는 일단에 전달되는 외부 충격의 일부 또는 전부를 흡수하여 타단으로 전달하는 충격 흡수부, 상기 충격 흡수부의 타단에 전달되는 충격을 측정하는 센서부, 상기 충격 흡수부의 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 시간을 조절하는 조절부 및 상기 센서부에서 측정된 충격을 분석하여 상기 조절부의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 센서부는 충격의 강도 및 빈도를 측정하며, 상기 제어부는 상기 센서부에서 측정한 충격의 강도 및 빈도를 분석하여, 충격의 강도가 상승하면 충격 흡수 정도가 높아지도록 제어하고, 충격의 빈도가 상승하면 충격 재흡수 시간이 단축되도록 제어한다.
상기 센서부는 상기 충격 흡수 장치가 배치된 기울기를 더 측정하며, 상기 제어부는 상기 센서부에서 측정한 기울기, 충격의 강도 및 빈도를 분석하여 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 조절한다.
상기 제어부는 상기 충격의 흡수 정도와 충격 재흡수 시간의 길이가 반비례하도록 제어한다.
상기 제어부는 일정 범위의 충격의 강도 및 빈도에 대응하는 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 시간에 대한 테이블을 저장하고, 상기 센서부에서 측정한 충격의 강도 및 빈도를 상기 테이블과 비교하여 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 시간을 산정한다.
상기 충격 흡수부는 소정의 내부 공간을 제공하는 실린더, 상기 실린더의 내부 공간에 압입되어 상기 외부 충격에 의해 내부 공간에서 이동 가능한 압축 피스톤 및 상기 압축 피스톤 전면에 위치하고 상기 압축 피스톤과 상기 실린더 사이의 공간을 실링하는 플로팅 피스톤을 포함하며, 상기 압축 피스톤의 지지대는 상기 충격 흡수부의 일단 방향으로 형성되고, 상기 조절부는 상기 압축 피스톤 및 플로팅 피스톤 사이의 공간에 위치하며, 상기 압축 피스톤 및 플로팅 피스톤 사이의 공간을 채우는 유체의 흐름을 제어한다.
상기 조절부는 상기 압축 피스톤 및 플로팅 피스톤 사이의 공간에 형성되는 격벽, 상기 격벽에 형성되고, 충격 흡수부의 충격 흡수 정도를 조절하는 홀 및 상기 충격 흡수부의 충격 재흡수 시간을 조절하는 홀을 포함하여 구성되는 다수의 홀, 상기 홀의 일측 개구부 전면에 위치하고 상기 홀의 일부 또는 전부를 막을 수 있으며, 전후 또는 좌우로 이동이 가능한 마개 및 홀의 타측 개구부에 형성되며 상기 유체가 상기 홀의 일측에서 타측으로만 이동하도록 하는 역류 방지 밸브를 포함하며, 상기 마개를 전후 또는 좌우로 이동시켜 상기 마개와 홀 사이의 거리 또는 홀의 개구 면적을 조절하여 상기 유체의 흐름을 제어한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 자전거는 일단에 전달되는 외부 충격의 일부 또는 전부를 흡수하여 타단으로 전달하는 충격 흡수부, 상기 충격 흡수부의 타단에 전달되는 충격을 측정하는 센서부, 상기 충격 흡수부의 충격 흡수의 정도 및 충격 재흡수 간격을 조절하는 조절부 및 상기 센서부에서 측정된 충격을 분석하여 상기 조절부의 동작을 제어하는 조절제어부를 갖는 충격 흡수 장치를 포함하고, 상기 충격 흡수부의 일단은 전륜 또는 후륜의 축이나 프레임과 연결되며, 상기 충격 흡수부의 타단은 프레임에 연결된다.
상기 센서부는 충격의 강도 및 빈도를 측정하며, 상기 제어부는 상기 센서부에서 측정한 충격의 강도 및 빈도를 분석하여, 충격의 강도가 상승하면 충격 흡수 정도가 높아지도록 제어하고, 충격의 빈도가 상승하면 충격 재흡수 간격이 단축되도록 제어한다.
상기 제어부는 상기 충격의 흡수 정도와 충격 재흡수 간격의 길이가 반비례하도록 제어한다.
일정 범위의 충격의 강도 및 빈도에 대응하는 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격에 대한 테이블을 저장하고, 상기 센서부에서 측정한 충격의 강도 및 빈도를 상기 테이블과 비교하여 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 산정한다.
, 상기 센서부는 상기 충격 흡수 장치가 배치된 기울기를 더 측정하며, 상기 제어부는 상기 센서부에서 측정한 기울기, 충격의 강도 및 빈도를 분석하여 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 조절한다.
상기 프레임은 연결이 단절된 부분이 있으며, 상기 충격 흡수부의 일단은 상기 단절된 부분의 일단에 연결되고, 상기 충격 흡수부의 타단은 상기 단절된 부분의 타단에 연결된다.
상기 제어부는 상기 센서부에서 측정된 충격의 잡음 및 오차를 제거하는 필터를 더 구비한다.
조향 핸들 또는 프레임에 위치하고 상기 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 표시하는 표시 장치 및 조향 핸들 또는 프레임에 위치하고, 상기 충격 흡수 장치의 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 재조정하기 위한 정보를 입력받는 입력 장치를 포함한다.
상기 입력 장치는 햅틱 신호를 감지하여 상기 재조정 정보를 입력받는다.
상기 충격 흡수 장치는 둘 이상 구비될 수 있으며, 제1 충격 흡수 장치의 충격 흡수부의 일단은 전륜 축과 연결되며, 상기 충격 흡수부의 타단은 프레임에 연결되고, 제2 충격 흡수 장치의 충격 흡수부의 일단은 후륜의 축 또는 프레임과 연결되며, 상기 충격 흡수부의 타단은 프레임에 연결된다.
상기 프레임은 연결이 단절된 부분이 있으며, 상기 제2 충격 흡수 장치의 충격 흡수부의 일단은 상기 단절된 부분의 일단에 연결되고, 상기 제2 충격 흡수 장치의 충격 흡수부의 타단은 상기 단절된 부분의 타단에 연결된다.
상기 해결 수단에 의한 본 발명의 일 실시예에 의한 충격 흡수 장치는 외부 충격에 적응적으로 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 변경할 수 있어, 외부 충격에 즉각적인 대응이 가능하고 사용자의 편의를 증진시킬 수 있다.
상기 해결 수단에 의한 본 발명의 일 실시예에 의한 자전거는 외부 충격에 적응적으로 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 변경할 수 있고 필요에 따라서 사용자가 이를 재조정할 수도 있는 장점이 있으며, 자전거 운전자의 페달링 에너지가 불필요하게 충격 흡수 장치에 의해서 흡수되는 것을 방지할 수 있어 페달링 에너지손실도 막을 수 있다.
도 1은 본 발명의 충격 흡수 장치를 이용한 완충 제어 시스템의 기능 블록을 도시한 기능 블록도이다.
도 2는 본 발명의 충격 흡수 장치의 상세 기능 블록을 도시한 기능 블록도이다.
도 3은 본 발명의 충격 흡수 장치의 충격 흡수부(110)의 일부 및 조절부(130)의 구조를 개괄적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 충격 흡수 장치의 제어부의 기능 블록을 도시한 기능 블록도이다.
도 5는 본 발명의 충격 흡수 장치를 이용한 자전거의 개략적인 모습을 도시한 개략도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 충격 흡수 장치를 이용한 완충 제어 시스템의 기능 블록을 도시한 기능 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 완충 제어 시스템은 충격 흡수 장치(100), 입력 장치(200) 및 표시 장치(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 도 1을 참조하면, 본 발명의 충격 흡수 장치(100)는 충격 흡수부(110), 센서부(120), 조절부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
충격 흡수 장치(100)는 외부 충격을 일부 또는 전부 흡수하며, 외부 충격의 강도 및 빈도에 따라 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 제어한다. 외부 충격의 크기가 큰 경우에는 충격 흡수 정도를 높이고, 충격의 빈도가 상승하면 충격 재흡수 간격을 단축하도록 제어할 수 있다. 즉, 본 발명의 충격 흡수 장치(100)는 외부 충격에 적응적으로 충격을 흡수한다.
또한, 상기의 적응적 충격 흡수 기능은 전자적 자동 제어를 통해서 구현되므로 사용자가 외부 충격의 변화에 일일이 대응하지 않아도 된다.
나아가, 충격 흡수 장치(100)는 동작 모드에 따른 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격에 대한 정보를 저장하고 외부 충격의 경향을 분석하여 상기 동작 모드 중 하나를 선택하여 충격 흡수 장치(100)의 충격 흡수 기능을 적응적으로 변경할 수 있다.
입력 장치(200)는 충격 흡수 장치(100)의 기능을 재조정하기 위한 정보를 입력받는다. 충격 흡수 장치(100)는 충격 흡수 기능을 자동 제어하는데 사용자가 필요에 따라서 충격 흡수 기능을 재조정할 수 있도록 정보 및 명령을 입력할 수 있는 인터페이스를 제공한다.
사용자가 충격 흡수 기능을 재조정할 필요가 있는 일 예로서, 자전거에서 락아웃(lockout) 기능 구현이 있다. 운전자가 페달링을 할 때 충격 흡수 기능이 동작하게 되면 운전자가 페달을 밟아서 전달하는 에너지가 충격 흡수 장치에 의해서 손실되어 자전거 추진력이 떨어지게 된다. 따라서 이러한 현상을 제거하기 위해서 페달링 에너지의 전달이 중요한 상황에서는 충격 흡수 장치를 락아웃시켜 페달링 에너지 손실을 막는다. 그런데 자동 제어에서는 페달링 에너지 전달이 중요한 상황인 것을 인식하기 힘들므로 사용자가 상기와 같은 상황 정보를 수동으로 입력할 필요가 있다.
이외에도 사용자가 운전의 편의를 위해서 자동 제어 상태를 조정할 필요가 발생할 수 있으므로, 자동 제어 기능을 변경하기 위한 정보 및 명령을 입력하기 위한 인터페이스를 제공하는 입력 장치(200)가 포함된 완충 제어 시스템을 구현할 필요가 있다. 또한, 입력 장치(200)는 충격 흡수 장치(100)가 외부 충격 상황에 따른 다수의 동작 모드를 기저장하고 있는 경우에는 운전자가 동작 모드를 설정할 수 있는 기능을 제공할 수 있다.
표시 장치(300)는 충격 흡수 장치(100)의 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격 등의 충격 흡수 장치(100)의 동작 상태를 표시할 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 충격 흡수 장치(100)에서 측정한 충격의 강도 및 빈도에 대한 정보도 표시할 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 충격 흡수 장치(100)의 동작 모드를 표시할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 충격 흡수 장치의 상세 기능 블록을 도시한 기능 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 충격 흡수 장치(100)는 충격 흡수부(110), 센서부(120), 조절부(130) 및 제어부(140)을 포함하여 구성될 수 있다.
충격 흡수부(110)는 일단에 전달되는 외부 충격의 일부 또는 전부를 흡수하여 타단으로 전달한다. 이를 통해서 타단은 일단에 전달된 것보다 미약한 충격을 전달받게 되고, 충격 흡수 기능이 발휘되는 것이다.
충격 흡수부(110)는 스프링 장치, 에어 댐퍼 및 오일 댐퍼등 다양한 장치들로 구현될 수 있다.
도 2는 그 중 오일 댐퍼의 기능 블록을 개략적으로 도시하고 있다.
상기 충격 흡수부(110)는 소정의 내부 공간을 제공하는 실린더(111), 실린더의 내부 공간에 압입되어 외부 충격에 의해 내부 공간에서 이동 가능한 압축 피스톤(112) 및 상기 압축 피스톤 전면에 위치하고 상기 압축 피스톤과 상기 실린더 사이의 공간을 실링하는 플로팅 피스톤(113)을 포함하여 구성될 수 있다. 이와 같은 오일 댐퍼는 외부 충격에 의해서 공기 챔버 및 오일 챔버가 압축되었다가 원상회복되는 과정을 통해서 외부 충격을 흡수할 수 있다.
오일 댐퍼를 이용한 충격 흡수부의 상세한 기능 설명은 후술한다.
또한, 본 발명의 충격 흡수 장치(100)의 충격 흡수부(110)는 오일 댐퍼만으로 한정되는 것은 아니며, 충격 흡수를 수행할 수 있는 다른 충격 흡수 또는 감쇄 장치들을 이용하여 구현될 수 있다.
센서부(120)는 충격 흡수부(110)의 타단에 전달되는 충격을 측정한다. 타단에 전달되는 충격을 센싱하여 충격 흡수부(110)에 의해서 흡수되지 못한 외부 충격에 대한 정보를 수집할 수 있으며 이를 제어부(140)로 전달한다.
센서부(120)에 적용될 수 있는 충격을 측정하는 센싱 소자들로는 가속도 센서 및 압력 센서 등이 사용될 수 있다. 센서부(120)는 외부 충격의 강도 및 빈도를 측정할 수 있다.
또한, 센서부(120)는 충격 흡수부(110)의 실린더(111) 내부에 위치할 수도 있고 외부에 위치할 수도 있다. 충격 측정의 정확성을 높이기 위해서 충격 흡수부(110)의 일단 및 타단 모두에서 충격에 대한 정보를 측정할 수도 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 센서부(120)는 기울기를 측정하는 기울기 센서를 더 구비할 수 있다. 이를 이용하여 충격 흡수 장치(100) 또는 충격 흡수 장치(100)가 구비된 시스템이 배치 또는 운영되는 장소의 경사 또는 경사의 변화 등을 측정할 수 있다.
조절부(130)는 충격 흡수부(110)의 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 조절할 수 있다. 충격 흡수부(110)의 구조에 따라서 조절부(130)도 구조를 달리할 수 있다.
조절부(130)에서 제어 신호를 전달받아 충격 흡수부(110)의 기능을 조절한다. 일반적으로 조절부(130)는 전기적 신호를 기계적 동작으로 변환하여 충격 흡수부(110)의 기계적 기능을 제어하는 구성을 가진다.
도 2를 참조하면, 조절부(130)는 압축 피스톤(112) 및 플로팅 피스톤(113) 사이의 공간에 위치하며, 압축 피스톤(112) 및 플로팅 피스톤(113) 사이의 공간을 채우는 유체(오일)의 흐름을 제어한다. 특히, 오일 댐퍼에 적용될 수 있는 조절부(130)는 유체 흐름을 저해시킬 수 있는 격벽(131)을 설치하고 격벽에 유체가 통과될 수 있는 홀(132)를 형성시킨다. 상기 홀(132)을 통과하는 유체의 양 또는 속도는 마개(133)의 위치를 조절하여 제어할 수 있다.
제어부(140)는 센서부(120)에서 측정한 충격을 분석하여 조절부(130)의 동작을 제어한다. 센서부에서 측정한 충격의 강도 및 빈도를 분석하여 충격의 강도가 상승하면 충격 흡수 정도를 높이고, 충격의 빈도가 상승하면 충격 재흡수 시간을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 충격 흡수 정도와 충격 재흡수 시간이 동시에 상승할 경우 충격 흡수부(110)이 정상적으로 동작하기 어려우므로, 충격 흡수 정도와 충격 재흡수 간격이 반비례하도록 제어할 수 있다.
제어부(140)의 구체적인 기능에 대해서는 후술한다.
상기와 같은 구성을 가지는 충격 흡수 장치(100)는 외부 충격이 전달되는 정도를 센서부(120)을 통해서 측정하여 충격 흡수부(110)를 적응적으로 기능하도록 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 충격 흡수 장치의 충격 흡수부(110)의 일부 및 조절부(130)의 구조를 개괄적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 조절부(130)는 압축 피스톤(112) 및 플로팅 피스톤(113) 사이의 공간에 형성되는 격벽(131), 격벽(131)에 형성되고, 충격 흡수부(110)의 충격 흡수 정도를 조절하는 홀(132) 및 충격 흡수부(110)의 충격 재흡수 간격을 조절하는 홀(132)을 포함하여 구성되는 다수의 홀(132), 홀(132)의 일측 개구부 전면에 위치하고 홀(132)의 일부 또는 전부를 막을 수 있으며, 전후로 이동이 가능한 마개(133) 및 홀(132)의 타측 개구부에 형성되며 유체가 홀(132)의 일측에서 타측으로만 이동하도록 하는 역류 방지 밸브(134)를 포함한다. 상기 구성을 통해 조절부(130)는 상기 마개(133)를 전후로 이동시켜 상기 마개(133)와 홀(132) 사이의 거리를 조절하여 유체의 흐름을 제어하고, 충격 흡수부(110)의 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 조절할 수 있다.
또한, 전자식 작동기(135)를 구비하여 상기 마개(133)의 위치를 변경할 수 있다. 상기 전자식 작동기(135)는 제어부(140)에서 입력받은 제어 신호에 따라서 마개(133)의 위치를 이동시킬 수 있다.
도 3을 참조하면, 우측에 위치하는 홀(132) 및 마개(133)는 충격 흡수 정도를 조절할 수 있다. 압축 피스톤(112)에 의해서 유체가 압력을 받으면 홀(132)의 일측에서 타측으로 유체가 이동하면서 충격을 흡수하는데, 유체가 빠르게 이동할수록 충격을 빠르게 흡수할 수 있어 충격 흡수 정도가 증가된다. 따라서, 조절부(130)는 충격 흡수 정도를 높일 때는 마개(133)를 많이 개방하고 충격 흡수 정도를 낮출 때는 마개(133)를 적게 개방한다.
도 3을 참조하면, 좌측에 위치하는 홀(132) 및 마개(133)는 충격 재흡수 간격을 조절할 수 있다. 압축 피스톤(112)에 의해서 유체가 압력을 받으면 홀(132)의 일측에서 타측으로 유체가 이동하면서 충격 흡수부(110)가 충격을 재흡수할 수 있는 상태로 회복된다. 따라서, 유체가 빠르게 이동할수록 충격을 빠르게 흡수할 수 있어 충격 재흡수 간격이 단축된다. 따라서, 조절부(130)는 충격 재흡수 간격을 단축할 때는 마개(133)를 많이 개방하고 충격 재흡수 간격을 신장할 때는 마개(133)를 적게 개방한다.
도 4는 본 발명의 충격 흡수 장치의 제어부의 기능 블록을 도시한 기능 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제어부(140)는 충격 흡수 정도 조절 모듈(141) 및 출격 재흡수 간격 조절 모듈(142)를 포함하여 구성될 수 있으며, 테이블(143)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
충격 흡수 정도 조절 모듈(141)은 센서부(120)에서 측정한 충격의 강도에 대한 정보를 분석하여 충격 흡수부(110)의 충격 흡수 정도을 변경하도록 조절부(130)에 제어 신호를 전달한다.
충격 재흡수 간격 조절 모듈(142)은 센서부(120)에서 측정한 충격의 빈도에 대한 정보를 분석하여 충격 흡수부(110)의 충격 재흡수 간격을 변경하도록 조절부(130)에 제어 신호를 전달한다.
또한, 필요에 따라서는 충격 흡수 정도 조절 모듈(141) 및 충격 재흡수 간격 조절 모듈(142)은 서로가 분석한 충격 강도 및 빈도에 대한 정보를 공유하고 이를 종합하여 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 변경하도록 조절부(130)에 제어 신호를 전달한다.
센서부(120)는 압력센서나 가속도 센서등을 이용하여 충격에 대한 정보를 측정할 수 있으며, 기울기에 대한 정보는 가속도 센서나 틸트(tilt) 센서등을 이용하여 측정할 수 있다. 센서부(120)는 자전거 마다 프레임의 기하학적 구조가 다르기 때문에 제어부(140)에서 오프셋(offset)값을 설정 할 수 있다.
센서부(120)의 출력은 전압이나 전류 또는 저항값으로 출력될 수 있으며, 출력값을 제어부(140)으로 전달되어 충격에 대한 정보 및 운행 위치의 기울기 값을 계산할 수 있다.
센서부(120)는 노면에서 오는 충격의 빈도 및 강도를 제어부(140)에 제공하며 제어부(140)는 제공된 데이터를 기반으로 노면의 상태를 추정한다. 또한 기존에 미리 측정된 데이터 테이블과 비교하여 노면의 상태를 추정할 수 있다.
센서부(120)의 측정 신뢰도를 높이기 위해 필터를 이용하여 제어부(140)는 센싱 노이즈나 센싱 오차를 제거할 수 있다.
제어부(140)의 충격 흡수부(110) 기능 제어에 대한 예시를 들면 아래와 같다.
충격 흡수 정도 조절 모듈(141)은 충격의 강도가 증가하면 충격 흡수부(110)가 충격을 더 잘 흡수할 수 있도록 충격 흡수 정도를 높일 수 있게 조절부(130)의 해당 홀(132)에 대한 마개(133)가 더 열리도록 제어 신호를 전달한다.
충격 재흡수 간격 조절 모듈(142)은 충격의 빈도가 증가하면 충격 흡수부(110)이 더 빠르게 다음 충격을 흡수할 수 있는 상태로 회복되게 충격 재흡수 간격이 단축되게 조절부(130)의 해당 홀(132)에 대한 마개(133)가 더 열리도록 제어 신호를 전달한다.
또한, 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 동시에 증가시킬 경우 과도한 탄력으로 충격 흡수부(110)에 무리를 줄 가능성이 높으며 충격 흡수부(110)의 타단에 전달되는 충격도 증가할 우려가 있다. 따라서, 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격의 길이가 반비례 관계가 되도록 충격 흡수 정도 조절 모듈(141) 및 충격 재흡수 간격 조절 모듈(142)이 조절부(130)을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 일정 범위의 충격의 강도 및 빈도에 대응하는 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 시간에 대한 테이블(143)을 저장하고, 센서부에서 측정한 충격의 강도 및 빈도를 상기 테이블(143)에 저장된 데이터와 비교하여 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 산정할 수 있다. 특히, 제어부(140)는 다수의 동작 모드에 대한 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 테이블(143)로 저장하여 두고 사용자가 동작 모드를 지정하면 해당 동작 모드에 대응하는 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격이 되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 충격 흡수 장치(100)의 동작을 자전거에 적용한 경우의 실시예를 들어 설명하겠다.
제어부(140)는 센서부(120)에서 측정된 충격의 강도 및 빈도에 대한 정보를 이용하여 자전거를 운행하는 도로가 포장 도로인지 비포장 도로인지를 파악한다. 충격 빈도가 충격의 빈도가 높으면 비포장 도로이고 충격의 빈도가 낮으면 포장 도로로 파악한다. 또한, 가속도 센서를 이용하여 운행 도로가 경사로인지 및 경사의 방향을 파악한다. 이를 종합하면 표 1과 같다.
기울기: + or 0 기울기: -
충격 빈도 높음 비포장 오르막 또는 평지 비포장 내리막
충격 빈도 낮음 포장 오르막 또는 평지 포장 내리막
제어부(140)는 상기 파악된 도로의 상황을 이용하여 충격 흡수부의 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 조절한다.
먼저, 충격 흡수 정도를 조절하는 방법을 설명한다.
비포장 오르막 또는 평지인 경우에는 페달 바빙 문제가 발생한다. 즉, 충격 흡수 장치(100)에 의해서 페달링 에너지 손실이 발생한다.
이를 해결하기 위해서, 제어부(140)는 페달링에 의한 충격은 흡수하지 않고 요철에 의한 충격에만 충격 흡수부(110)가 충격을 흡수하도록 충격 흡수부(110)를 조절해야한다. 즉, 제어부(140)는 충격 흡수 정도를 줄이거나 페달링 주기에 따라서 충격 흡수 정도를 주기적으로 줄일 수 있다.
오일 밸브를 이용한 충격 흡수인 경우 충격 흡수 정도를 조절하는 마개(133)를 이용하여 홀(132)의 개구부를 거의 막아버리거나 패달링 주기에 따라 개구부를 열었다 닫았다 할 수 있다.
비포장 내리막인 경우에는 노면에 의해 발생하는 충격이 가장 큰 경우이므로 사용자의 안전 및 편의를 중시해야 한다.
이를 해결하기 위해서, 제어부(140)는 충격 흡수부(110)의 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 시간을 충격 흡수에 최적화한다. 예를 들어, 제어부(140)는 충격의 강도에 비례하여 충격 흡수 정도를 높이고, 충격 빈도에 비례하여 충격 재흡수 시간을 줄인다.
포장 오르막, 내리막 또는 평지인 경우에는 페달 바빙 문제가 발생할 수 있고 충격 흡수 정도가 높은 경우 고속 주행 중 급브레이크에 의한 전복 우려가 있다.
이를 해결하기 위해서는 제어부(140)는 충격 흡수부(110)의 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 시간이 외부 충격에 의해서 변동되지 않도록 고정시킨다(lock out 기능). 예를 들어서 조절부의 마개(133)가 홀(132)를 완전히 막는 방법이 있을 수 있다.
충격의 정도에 따른 충격 재흡수 시간을 조절하는 방법을 설명한다.
충격의 강도가 큰 경우 충격 흡수부(110)의 충격 흡수 정도가 크므로 너무 빠르게 상태회복을 할 경우 사용자에게 충격의 대부분이 전달될 우려가 있다. 따라서, 충격 재흡수 시간을 늘려서 충격 흡수부(110)에서 충분히 충격을 흡수할 수 있도록 한다.
충격의 강도가 작은 경우에는 빠르게 상태 회복할 수 있도록 충격 재흡수 시간을 줄인다.
상기에서 언급한 락아웃 기능에 대해서 설명한다.
일반적으로 락아웃 기능은 페달 바빙에 의해서 페달링 에너지가 손실되는 것을 최소화하기 위해서 충격 흡수부(110)의 동작을 제한하는 기능이다. 다만, 락아웃 기능 작동 중 일정 강도 이상의 충격이 갑작스럽게 가해지면 락아웃 기능을 순간적으로 자동 해제할 수 있다.
도 5는 본 발명의 충격 흡수 장치를 이용한 자전거의 개략적인 모습을 도시한 개략도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 자전거는 하나 이상의 충격 흡수 장치(100), 본체 프레임(400), 전륜(500) 및 후륜(600)을 포함하여 구성될 수 있다.
충격 흡수 장치(100)는 전륜(500) 또는 후륜(600)을 본체 프레임(400)과 연결하면서 자전거 운전시 노면의 요철에 의해서 발생하는 충격을 전륜(500) 또는 후륜(600)에서 전달받아 일부 또는 전부를 흡수하여 본체 프레임(400)으로 전달한다.
또한, 필요에 따라서는 본체 프레임(400) 또는 조향 핸들에 입력 장치(200) 및 표시 장치(300)을 더 부착시킬 수 있다.
충격 흡수 장치(100), 표시 장치(300) 및 입력 장치(200)에 대한 자세한 기능은 상기한 바 생략한다.
본 발명의 충격 흡수 장치(100)가 자전거에 적용되어 동작하는 예를 설명한다.
자전거에 지속적인 작은 충격을 주는 비포장도로를 주행할 때에는 짧은 충격 재흡수 간격 및 작은 충격 흡수 정도를 가지도록 충격 흡수 장치(100)를 설정하는 것이 유리하고, 큰 충격이 간헐적으로 가해지는 바위길을 주행할 때에는 긴 충격 재흡수 간격 및 큰 충격 흡수 정도를 가지도록 충격 흡수 장치(100)를 설정하는 것이 유리하다. 따라서 종래의 자전거는 노면의 성향이 크게 바뀔 때마다 자전거를 정지시키고 수동으로 충격 흡수 장치의 특성을 조절하였으나, 본 발명의 충격 흡수 장치(100)는 자동적으로 노면의 상태를 감지하고 충격 흡수 장치의 특성을 적응적으로 변경한다.
또한, 필요에 따라서는 입력 장치(200)를 이용하여 충격 흡수 장치(100)의 특성을 변경할 수도 있다. 특히, 페달링 에너지의 손실을 피하는 것이 유리한 상황일 때는 입력 장치(200)를 통해서 사용자가 락아웃 기능이 수행되도록 할 수 있다.
자전거의 경우 사용자가 정보 및 명령을 입력하기 쉽게 하기 위해서 햅틱 정보를 수집할 수 있는 햅틱 감지 장치를 이용하여 입력 장치(200)를 구현할 수 있다.
도시하지는 않았으나, 자전거는 상기 충격 흡수 장치는 둘 이상 구비할 수 있다. 제1 충격 흡수 장치의 충격 흡수부의 일단은 전륜 축과 연결되며, 상기 충격 흡수부의 타단은 상기 프레임에 연결된다. 제2 충격 흡수 장치의 충격 흡수부의 일단은 후륜의 축과 연결되며, 상기 충격 흡수부의 타단은 상기 프레임에 연결된다.
또한, 자전거의 프레임은 연결이 단절된 부분을 가질 수 있다. 이 경우에는 상기 충격 흡수 장치의 충격 흡수부의 일단은 상기 단절된 부분의 일단에 연결된다. 상기 충격 흡수 장치의 충격 흡수부의 타단은 상기 단절된 부분의 타단에 연결된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다.
100: 충격 흡수 장치 200: 입력 장치
300: 출력 장치
110: 충격 흡수부 120: 센서부
130: 조절부 140: 제어부
111: 실린더 112: 압축 피스톤
113: 플로팅 피스톤
131: 격벽 132: 홀
133: 마개 134; 역류 방지 밸브
135: 전자식 작동기
141: 충격 흡수 정도 조절 모듈
142: 충격 재흡수 간격 조절 모듈
400: 본체 프레임 500: 전륜 600; 후륜

Claims (19)

  1. 일단에 전달되는 외부 충격의 일부 또는 전부를 흡수하여 타단으로 전달하는 충격 흡수부;
    상기 충격 흡수부의 타단에 전달되는 충격을 측정하는 센서부;
    상기 충격 흡수부의 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 조절하는 조절부; 및
    상기 센서부에서 측정된 충격을 분석하여 상기 조절부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는 충격의 강도 및 빈도를 측정하며,
    상기 제어부는 상기 센서부에서 측정한 충격의 강도 및 빈도를 분석하여, 충격의 강도가 상승하면 충격 흡수 정도가 높아지도록 제어하고, 충격의 빈도가 상승하면 충격 재흡수 간격이 단축되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 센서부는 상기 충격 흡수 장치가 배치된 기울기를 측정하며,
    상기 제어부는 상기 센서부에서 측정한 기울기, 충격의 강도 및 빈도를 분석하여 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 조절하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 충격의 흡수 정도와 충격 재흡수 간격의 길이가 반비례하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제어부는
    일정 범위의 충격의 강도 및 빈도에 대응하는 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격에 대한 테이블을 저장하고,
    상기 센서부에서 측정한 충격의 강도 및 빈도를 상기 테이블과 비교하여 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 산정하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 센서부에서 측정된 충격의 잡음 및 오차를 제거하는 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 충격 흡수부는
    소정의 내부 공간을 제공하는 실린더, 상기 실린더의 내부 공간에 압입되어 상기 외부 충격에 의해 내부 공간에서 이동 가능한 압축 피스톤 및 상기 압축 피스톤 전면에 위치하고 상기 압축 피스톤과 상기 실린더 사이의 공간을 실링하는 플로팅 피스톤을 포함하며, 상기 압축 피스톤의 지지대는 상기 충격 흡수부의 일단 방향으로 형성되고,
    상기 조절부는
    상기 압축 피스톤 및 플로팅 피스톤 사이의 공간에 위치하며, 상기 압축 피스톤 및 플로팅 피스톤 사이의 공간을 채우는 유체의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 조절부는
    상기 압축 피스톤 및 플로팅 피스톤 사이의 공간에 형성되는 격벽;
    상기 격벽에 형성되고, 충격 흡수부의 충격 흡수 정도를 조절하는 홀 및 상기 충격 흡수부의 충격 재흡수 간격을 조절하는 홀을 포함하여 구성되는 다수의 홀;
    상기 홀의 일측 개구부 전면에 위치하고 상기 홀의 일부 또는 전부를 막을 수 있으며, 전후 또는 좌우로 이동이 가능한 마개; 및
    홀의 타측 개구부에 형성되며 상기 유체가 상기 홀의 일측에서 타측으로만 이동하도록 하는 역류 방지 밸브를 포함하며,
    상기 마개를 전후 또는 좌우로 이동시켜 상기 마개와 홀 사이의 거리 또는 홀의 개구 면적을 조절하여 상기 유체의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수 장치.
  9. 일단에 전달되는 외부 충격의 일부 또는 전부를 흡수하여 타단으로 전달하는 충격 흡수부, 상기 충격 흡수부의 타단에 전달되는 충격을 측정하는 센서부, 상기 충격 흡수부의 충격 흡수의 정도 및 충격 재흡수 간격을 조절하는 조절부 및 상기 센서부에서 측정된 충격을 분석하여 상기 조절부의 동작을 제어하는 조절제어부를 갖는 충격 흡수 장치를 포함하고,
    상기 충격 흡수부의 일단은 전륜 또는 후륜의 축과 연결되며, 상기 충격 흡수부의 타단은 프레임에 연결되는 것을 특징으로 하는 자전거.
  10. 제9항에 있어서, 상기 센서부는 충격의 강도 및 빈도를 측정하며,
    상기 제어부는 상기 센서부에서 측정한 충격의 강도 및 빈도를 분석하여, 충격의 강도가 상승하면 충격 흡수 정도가 높아지도록 제어하고, 충격의 빈도가 상승하면 충격 재흡수 간격이 단축되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자전거.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어부는 상기 충격의 흡수 정도와 충격 재흡수 간격의 길이가 반비례하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 자전거.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제어부는
    일정 범위의 충격의 강도 및 빈도에 대응하는 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격에 대한 테이블을 저장하고,
    상기 센서부에서 측정한 충격의 강도 및 빈도를 상기 테이블과 비교하여 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 산정하는 것을 특징으로 하는 자전거.
  13. 제10항에 있어서, 상기 센서부는 상기 충격 흡수 장치가 배치된 기울기를 더 측정하며,
    상기 제어부는 상기 센서부에서 측정한 기울기, 충격의 강도 및 빈도를 분석하여 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 조절하는 것을 특징으로 하는 자전거.
  14. 제9항에 있어서, 상기 프레임은 연결이 단절된 부분이 있으며,
    상기 충격 흡수부의 일단은 상기 단절된 부분의 일단에 연결되고, 상기 충격 흡수부의 타단은 상기 단절된 부분의 타단에 연결되는 것을 특징으로 하는 자전거.
  15. 제9항에 있어서, 상기 제어부는 상기 센서부에서 측정된 충격의 잡음 및 오차를 제거하는 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자전거.
  16. 제9항에 있어서,
    조향 핸들 또는 상기 프레임에 위치하고 상기 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 표시하는 표시 장치; 및
    상기 조향 핸들 또는 상기 프레임에 위치하고, 상기 충격 흡수 장치의 충격 흡수 정도 및 충격 재흡수 간격을 재조정하기 위한 정보를 입력받는 입력 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거.
  17. 제16항에 있어서, 상기 입력 장치는 햅틱 신호를 감지하여 상기 재조정 정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 자전거.
  18. 제9항에 있어서, 상기 충격 흡수 장치는 둘 이상 구비될 수 있으며,
    제1 충격 흡수 장치의 충격 흡수부의 일단은 전륜 축과 연결되며, 상기 충격 흡수부의 타단은 상기 프레임에 연결되고,
    제2 충격 흡수 장치의 충격 흡수부의 일단은 후륜의 축과 연결되며, 상기 충격 흡수부의 타단은 상기 프레임에 연결되는 것을 특징으로 하는 자전거.
  19. 제18항에 있어서, 상기 프레임은 연결이 단절된 부분이 있으며,
    상기 제2 충격 흡수 장치의 충격 흡수부의 일단은 상기 단절된 부분의 일단에 연결되고, 상기 제2 충격 흡수 장치의 충격 흡수부의 타단은 상기 단절된 부분의 타단에 연결되는 것을 특징으로 하는 자전거.
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