KR20150089997A - 센서를 이용한 자전거 자동기어 변속장치와 안장 내리기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자전거 주행속도, 지형지물 ,타는 사람의 생각 등 모든 상황을 고려하여 적절히 자동으로 기어를 설정 변속하게 하는데 목적이 있다.
자동변속으로 인하여 고속주행 시 돌발 상황에서의 급정거 및 급선회 시 타는 사람의 안전을 보완해줄 수 있게 순간적으로 안장(309)을 자동으로 내려주어 발로 제동 및 중심을 잡을 수 있는 시스템을 가진다.
본 발명은 기어변속 상황을 판단하기 위한 기준 데이터를 얻기 위한 로드셀(100)을 이용한 페달 압력 측정센서, 페달링 회전수를 측정하는 센서, 지형의 경사도를 확인하는 경사도 측정센서(130)를 가지며 이들 데이터로부터 자전거 주행 상황을 판단 기어변속을 결정하는 마이콤(150)이 있다.
또한 마이콤(150) 신호의 제어를 받는 감속 기어(201)가 들어가 있는 모터(209)와 이 모터(209)의 회전수를 확인하는 센서가 있으며 드레일러(204)와 연결된 와이어(203)를 당기고 풀어주기 위하여 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 바꾸기 위한 기계적 시스템 , 안장(309)을 자동으로 내리기 위한 압축공기를 이용한 에어 시스템(300). 그리고 이 모든 시스템에 전기를 가해주기 위한 전원 공급 장치 그리고 태양열 충전모듈로 이루어진다.

Description

센서를 이용한 자전거 자동기어 변속장치와 안장 내리기 장치{Automatic gear shifting and dropping saddle with sensor data for bicycle}

본 발명은 자전거의 기어 변속을 자전거 주행속도, 지형지물 ,자전거 탄 사람의 생각 등에 적합하게 자동 변속하기 위한 것이다. 도 100에 도시한 것과 같이 자전거에 설치된 로드셀(100), 경사도센서(130), 송신코일(104)로부터 전송된 전력을 수신코일(105)로 받는 무선충전 시스템(120)으로부터 측정한 페달링 횟수 등과 같은 수집된 센서 데이터와 제어박스(160) 안에 있는 마이콤(150)이 가지고 있는 데이터 베이스를 기준하여서 판단하여 가장 적절한 상태로 자전거를 자동 변속하게 하는 자동 변속기와 자동변속으로 인하여 고속주행 시 돌발 상황에서의 급제동시 등 갑자기 출현한 장애물로 인하여 브레이크가 잡히면서 핸들이 주행이 불가할 정도로 꺾일 경우 핸들꺽임센서(140)로 부터 전기적 신호를 받아 마이콤(150)에서 주행속도 등을 근거로 주행 상황을 판단하여 자동으로 자전거를 탄 사람의 안전을 보완해줄 수 있게 순간적으로 안장(309)을 자동으로 내려주어 발로 제동 및 중심을 잡을 수 있도록 하는 안전장치와 자전거 자동변속기에 관한 것이다.

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.

수동기어의 경우 상황에 맞는 최적의 기어비율을 찾아 변속하며 자전거를 타는 것이 쉽지 않다. 자전거의 페달링의 횟수가 커지면 탄 사람이 더 빨리 가기를 원하는 상황임으로 기어의 단수를 높여 가속이 가능하게 하고 페달링의 횟수가 줄어들면 페달링에 힘이 들거나 천천히 가기를 원함으로 자전거 탄 사람의 의도를 읽어 기어 단수를 낮추어 감속하게 한다. 감속과 가속 시 기어를 변속할 때 자전거의 규격으로 부터 계산한 기어비율과 체인텐션으로 기어단의 조합테이블을 만들어 이 테이블를 마이콤(150)에 데이터베이스로 저장하여 이 테이블에 준하여 기어를 설정하게 된다.

예를 들면 체인링이 3단이고 스프라켓이 9단인 경우 27단 변속이 가능하다고 생각하나 실제의 기어 변속에서는 동일한 기어비율과 사용 시 자전거에 무리가 가는 최저 체인링과 최대 스프라켓, 최대 체인링과 최저 스프라켓과 같은 기어조합을 제외하면 27단의 50%정도인 14단 변속이 가능함으로 이 14단의 체인링과 스프라켓을 조정하는 프론터 디레일러와 리어 디레일러를 조정하는 모터(209)의 회전수를 순서대로 정의하고 이 순서에 맞추어 자동 기어변속을 하게 된다.

기어의 변속 시 기어비율과 체인텐션을 고려하며 한 단계식 증감하는 기어변속을 하는 것은 수동의 경우 어려움이 있음으로 자전거에 부착된 각종 센서로부터 주행 사항에 대한 데이터를 받아 자동으로 단계적 기어변속을 제공하게 하는데 본 발명의 목적이 있다.

기어 변속은 페달링 동력이 바퀴에 걸리지 않은 회전상태에서 하여야 하므로 페달에 부착된 로드셀(100)의 출력이 높거나 캐이던스(1분당 페달링 횟수)가 지정숫자 아래이면 자동기어 변속을 시행하지 않는 것이 좋다.

기어 변경이 필요한 시점은 여러 가지로 정의 할 수 있다.

예를 들면 페달링을 하기에 힘이 들고 숨이 차다면 기어를 낮춰야 하고 반대로 페달이 헛도는 느낌이 들면 기어를 좀 더 높여야 한다. 페달링이 힘이 드는 경우는 페달에 있는 로드셀(100)의 출력전압이 급속히 높아지는 현상으로 나타나고 페달이 헛도는 느낌이 있는 경우에는 로드셀(100)의 출력 전압이 임계값 이하로 떨어지는 현상으로 나타난다.

로드셀(100)의 출력 값과 페달링 횟수를 같이 보면 자전거 주행상황을 판단할 수 있다. 페달링 횟수가 유지되면서 로드셀(100)의 출력이 올라가면 페달링이 어려워지는 상황임으로 기어의 단수를 낮추어 주고 로드셀(100)의 출력이 떨어지면 기어를 올려 준다. 로드셀 출력이 유지되는 상황에서 페달링 횟수의 증가는 기어를 올려주는 기준이 되고 페달링 횟수의 감소는 기어를 내려주는 기준이 된다.

그 밖에 경사도센서(130)에서 지형을 판단하고 오르막의 경우에는 기어를 낮추어 주고 내리막의 경우에는 로드셀의 출력이 작아지고 페달링 횟수가 적어져도 자동 기어변속을 하지 않게 하고 기어변속을 원할 경우 수동으로 변속을 하게 한다. 도 107은 자전거 기어 자동제어에 대한 FLOW CHART 예이며 기어 수동제어는 자동으로 변경하지 않으며 자전거를 탄 사람이 입력하는 외부 키에 의하여 기어를 변속하는 것을 말한다.

자전거를 탈 때 분당 페달링 횟수를 케이던스라고 하며. 이 케이던스는 보통 일반인들의 경우 65-85 정도이고 가장 이상적인 것은 80에서 100정도를 유지하는 것이다. 자전거를 타는 목적에 따라 이상적인 캐이던스는 달라지며 캐이던스는 자동기어 변속을 결정하는 기준요소 중 하나이다. 이런 요소와 현 주행속도, 페달링 횟수, 페달의 압력, 지형지물 등 수집된 데이터를 마이콤(150)에서 판단하여 기어를 자동으로 제어해 주게 된다.

도 108은 자동 안장내림 장치인 에어시스템 자동제어 FLOW CHATR 예이다. 자동변속으로 인하여 고속주행 시 돌발 상황에서의 급 정제동시 갑자기 출현한 장애물로 인하여 브레이크가 잡히면서 핸들이 주행이 불가할 정도로 꺾일 경우 핸들꺽임센서(140)로 부터 전기적 신호를 받으면 마이콤(150)에서 신호를 받기 전 주행속도 등 상황을 판단하여 필요하다면 자전거 탄 사람의 안전을 보완해줄 수 있게 순간적으로 판단하여 마이콤(150)이 안장(309)을 내려주어 발로 제동 및 중심을 잡을 수 있도록 한다. 급브레이크를 잡을 경우라도 핸들이 주행이 불가능할 정도로 꺾기지 않는다면 자전거 탄 사람이 자전거의 통제가 가능한 상황으로 판단하여 에어시스템의 동작시키지 않는다. 이 장치의 동작은 여러 가지 수집된 데이터의 조합으로 결정하여 시행 할 수 있다.

1.특허출원번호 1020090113053 : 자전거용 자동 변속 장치. 2.특허출원번호 A13319132 : Automatic gear shifting controller for bicycle and method of the same. 3.특허출원번호 PCT/KR2010/009347 : Automatic transmission for bicycle.

드레일러(204)에 의한 자전거의 변속 시스템이 보편화 되면서 기어의 단수가 점점 올라가고 기어변속은 쉬워졌으나 올바른 기어변속에는 기어비율과 체인텐션, 지형지물 ,풍향 등 많은 변수가 있어 이것들을 고려하면서 기어변속을 하는 것은 사실적으로 어려움이 있다. 체인링을 고정할 경우 스프라켓의 기어를 바꿈으로서 비교적 쉽게 원하는 쪽으로 기어 변속을 할 수 있다.

그러나 체인링까지 변경할 경우에는 기어비율 계산이 복잡해진다. 거기에 체인텐션까지 확인하여 기어비율을 셋팅을 하는 것은 용이하지 않다. 또한 느낌만으로 기어변속을 하다 보면 자전거에 무리가 가기도 하고 제때에 변속을 하지 못하여 자전거 타기에 힘이 들고 기어변속에 신경이 쓰여 예상하지 못한 사고로 이어질 수도 있다.

이런 문제점을 해결하기 위하여 자전거 주행 상황에 최적화된 기어비율을 자동설정 해주는 시스템을 발명하게 되었다. 또한, 고속주행으로 인한 사고방지를 위하여 급제동 등 유사시 안장(309)을 자동으로 내려 발로 중심을 잡고 자전거를 제어 할 수 있게 하는 안전장치도 발명하게 되었다.

타이베이쇼에서 나타난 전자식 전동변속기는 전용 자전거로 기존의 자전거에는 설치하지 할 수가 없고 국내업체에서 개발한 제품은 바퀴에 달린 마그네틱에 의해 스피드 센서가 회전속도를 감지하고 이 값을 내장마이크로칩에 전달, 중앙제어장치의 명령으로 모터를 구동해 변속기의 와이어을 풀거나 당겨 최적의 기어비율을 자동으로 제어하는 제품으로 이들 제품은 자동변속의 가능성은 보여주었지만 넓게 사용되지는 않고 있다. 자동변속은 자전거를 탄 사람의 생각, 지형지물 등에 따라 최적의 기어비율을 설정해 줄 수 있어야 자전거를 탄 사람에게 편리성과 안전상의 제공할 수 있다.

그리고 변속을 할 경우 드레일러는 뒷 변속의 경우는 5mm내외의 간격을 움직이고, 앞 변속은 8mm 내외의 간격을 움직인다. 그러므로 뒷 변속의 경우 약 0.5mm 정도의 간격만 잘 못 움직여도 전체의 10% 정도가 오류가 나 체인이 빠지는 문제를 야기할 수 있다. 자동변속은 수시로 기어의 변속이 일어남으로 주행 시 체인 빠짐 현상이 발생 할 수 있음으로 변속 시 드레일러의 위치를 정확하게 잡아 주어야 한다. 또한 운행 속도만으로 기어변속을 하면 운전자의 생각과 다른 방향으로 기어 변속이 일어날 수 있다. 그러므로 반드시 자전거를 탄 사람의 생각을 고려하는 것이 필수적이라 할 수 있다. 그러므로 본 발명은 자전거에 설치된 센서를 이용 페달을 밟는 힘과 페달링 횟수, 지형지물의 경사도 및 자전거를 탄 사람의 생각을 고려하여 가속을 할 것인지 감속을 할 것인지를 판단하게 된다.

연속적인 기어 변속은 체인 결합에 문제를 초래 할 수 있음으로 본 발명에 있어서 변속 후 일정시간 동안은 변속을 하지 않도록 하고 그 사이 변속을 원할 경우 자전거를 탄 사람이 입력하는 외부 키에 의하여 변속이 가능하게 할 수 있다.

안전상의 문제로 가속 시 장애물이 있어 급제동을 할 경우 안장이 높아 발이 지면에 닿지 않아 넘어져 다칠 수 있음으로 안전 보조장치도 필요하다. 또한 기어의 변속이 속도를 올리려는 욕구로부터 시작되었지만 자전거 전용도로에서도 사람들이 함께 걸어 다니는 상황이 일반적이고 항상 자전거를 탈 때 유사시 상황을 고려하면서 타야 함으로 급제동과 같은 비상 상황에서의 자전거를 탄 사람을 보호 할 수 있는 장치가 필요하다.

본 발명에 있어서, 자전거를 탄 사람의 페달링 횟수, 페달이 받는 압력, 자전거의 주행 속도 등의 데이터를 전기적 신호로 받아 자전거를 탄 사람의 생각, 지형지물을 판단하여 상황에 합당한 기어상태를 자동으로 결정해 주는 장치와 고속주행에서 급제동 시 안장(309)을 자동으로 내려주는 안전장치를 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 도100에 도시한 것과 같이 제어에 필요한 데이터를 모으는 센서 와 모아진 데이터로부터 상황을 판단하는 마이콤(150), 그리고 마이콤(150)에 의하여 제어 받는 모터(209)와 안장을 내리는 에어시스템(300)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

데이터를 모으는 센서는 페달에 위치하여 밟히는 압력을 측정하는 로드셀(100)과 체인링 부분에 위치하여 페달이 돌아갈 때 일회전에 한 번씩 전자기 결합을 통하여 전기를 전달받고 전달 받은 펄스 주기에서 페달링 횟수를 측정하게하면서 페달의 MCU에 전원을 공급하는 무선충전 시스템(120), 자전거의 축에 위치하여 지형의 경사도를 확인하는 경사도센서(130)와 핸들 돌아가는 부분에 에 위치하여 핸들의 꺾임을 확인하는 핸들꺾임센스(140) 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

데이터를 받아 판단하고 제어하는 마이콤(150)은 핸들 중앙 제어박스(160) 안에 위치하고 마이콤(150)의 제어를 받아 기어설정을 하는 모터(209)은 마이콤(150)과 같이 핸들 중앙 제어박스(160) 안에 위치하며 안장을 내리기 위한 에어시스템(300)은 안장(309) 아래에 위치한다.

본 발명은 자전거를 탄 사람이 기어변속에 신경을 쓰지 않고도 항상 최적의 상태에서 자전거를 탈 수 있게 만들어졌으며 자전거를 빠르게 탈 경우 급제동의 경우와 같이 위험한 상태에서 안장이 자동으로 내려와 발로 중심을 잡을 수 있게 하여 만약의 경우 발생 할 수 있는 부상의 위험을 줄일 수 있는 구조로 되어 있다. 이와 같이 본 발명에 따르면 지형지물과 주행 상황에 따라 기어변속이 자동으로 일어남으로 자전거를 탄 사람이 힘을 적게 들이면서 빠르게 자전거를 타는 것을 가능하게 한다.

도 100 : 자전거 자동기어 변속 시스템
도 101 : 페달상의 로드셀 배치 및 구조
도 102 : 핸들꺽임센서의 구조
도 103 : 무선충전시스템과 페달링 횟수 측정구조
도 104 : 경사도센스 구조
도 105 : 감속기어모터와 회전운동을 직선운동으로 바꾸는 구조
도 106 : 안장을 내리기 위한 에어시스템 구조
도 107 : 자전거기어 자동제어 FLOW CHART
도 108 : 에어시스템의 자동제어 FLOW CHATR
도 109 : 모터 회전방향제어 시스템

본 발명은 자전거를 탈 때 페달링 횟수, 페달에 가하는 압력, 자전거의 주행속도 등의 데이터를 전기적 신호로 받아 자전거를 탄 사람의 생각, 지형지물의 상태를 고려하여 기어상태를 자동으로 설정해 줄 수 있는 장치와 고속주행에서 급제동시 안장을 자동으로 내려주는 안전보조 장치에 관한 것이다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 하기의 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술 분야의 당업자에 의한 다양한 변형이 가능함을 이해 할 것이다.

본 발명은 기어변속의 기준 데이터를 수집하는 센서 중에서 도 101에 도시한 것과 같이 로드셀(100)은 페달(101) 아래, 윗 양쪽에 위치하며 페달 압력 측정에 사용된다. 로드셀 위쪽에 보조발판(102)이 있어 페달을 밟을 때 보조발판(102)이 로드셀을 눌러 압력이 나타나게 하는 것을 특징으로 한다.

그리고 페달은 페달 축에서 회전을 함으로 로드셀의 데이터를 MCU(106)에 전달하기 위해서는 도 101에 도시한 바와 같이 회전축상의 접점(110)과 페달위의 접점(107)은 베어링(108)과 용수철(109)로 이루어지는 구조에 의해서 페달 회전 시 지속적으로 접점 연결을 유지하도록 하는 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

페달링 횟수(캐이던스)를 측정하는 센서는 도 103에서 도시한 것과 같이 제어박스(160)로부터 무선충전시스템을 통해 송신코일(104)에서 전송된 파워를 이용하며 페달이 회전하면서 페달 축에 부착된 수신코일(105)와 송신코일(104)이 마주 볼 때 전력 전송이 일어나며 페달이 회전하면서 펄스 형태로 파워를 전달하게 된다. 이 펄스를 받아 평활하여 전원으로 사용하고 일부는 콘덴서를 통과시켜 페달에 위치한 MCU(106)에서 카운터 하여 페달링 횟수를 측정 할 수 있게 되어 있는 것을 특징으로 한다. 여기서 콘덴스(121,122)는 전원 디커플링용으로 데이터만을 마이콤(150)에 보내기 위하여 사용한다.

지형의 경사도를 확인하는 경사도 측정센서는 도 104에 도시한 바와 같이 중심축(131)과 평행판(132), 접점(133,134), 액체충전물 (135)로 이루어지며 평행판(132)에 RF신호를 인가된다. 자전거가 기울어지면 평행판(132)이 기울어지면서 평행판(132)이 접점(133,134)에 가까워진 접점(133,134)과 평행판(132)사이의 캐패시턴스가 증가하여 접점(133,134)에 출력되는 RF신호의 크기가 커지게 된다. 접점(132,134)에서 출력된 RF신호를 숏터키 다이오드로 검파 정류한 포터의 출력(DN1, UP1)을 마이콤(150)에 입력시켜 마이콤(150)에 입력된 기 저장된 기준 테이블 값과 비교하여 경사도를 확인한다. 접점(134,135)이 자전거의 앞바퀴로 향하게 경사도 센서를 설치했을 때 접점1(133)에서 검출된 신호가 커지면 내리막을 나타내고 접점(134)에서 검출된 신호가 커지면 오르막을 나타낸다. 충전액체는(135)는 평행판이 쉽게 요동하는 것을 막아주며 검출되는 RF신호의 크기에서 경사도를 예측 할 수 있는 구조를 가진다.

자전거 주행 상황을 판단 기어변속을 결정하고 제어하는 마이콤(150)과 마이콤(150)신호의 제어를 받는 감속 기어(201)가 들어가 있는 모터(209)가 있으며 도 105에 도시한 바와 같이 광 트랜스미터(210)와 광 리시버(211)로 이루어져 모터(209)의 회전수를 확인하는 RPM 센서(202), 드레일러(204)와 연결된 와이어(203)를 당기고 풀어주기 위하여 모터의 회전운동을 직선운동으로 바꾸기 위한 기계적 시스템으로 이루어진다. 모터의 회전운동을 직선운동으로 바꾸기 위해서는 감속기어(201)가 들어간 감속기어 회전축(213)에 만들어진 나사산(206)에 결합된 각진 넛트(207)에 연결된 와이어(203)와 각진 넛트(207)를 회전 못하게 잡아주는 넛트 통로(208)로 이루어지며 이 넛트 통로(208)을 통하여 각진 넛트(207)가 직선 운동을 하면서 와이어(203)를 당기거나 풀어주는 구조로 구성됨을 특징으로 한다.

유사시 안장(309)을 자동으로 내리기 위한 압축공기를 이용한 실린더 시스템을 동작시키는 핸들 꺽임센서는 도 102와 같은 구조를 가지며 자전거의 핸들연결봉(146)과 핸들연결봉 삽입봉(145)에 고정되어 설치되며 자전거 탄 사람의 조작에 의하여 핸들이 임계각도 이상으로 꺾일 경우 핸들연결봉(146)에 고정된 모듈에 위치한 전기접점A(141)가 핸들연결봉 삽입봉(145)에 고정된 모듈의 전기접접B(142)에 붙게 된다. 전기접접B(142)는 전원 Vcc와 연결되어 있으며 핸들을 꺾을 경우 지정된 좌측 임계회전각(143)과 우측임계회전각(144)을 넘을 경우 전기접점A(141)와 전기접점B(142)가 붙음으로 전기접점A(141)가 Vcc의 전위를 가지게 되고 이 값을 마이콤(150)에서 읽어 핸들꺾임 상태을 판단하게 된다.

도 106에 도시한 바와 같이 압축공기로 안장(309)을 밀어 올리는 피스톤(310)와 피스톤(310)이 밖으로 빠지지 않게 하는 실린더 캡(302) 실린더(301)에 공기를 주입하기 위한 공기 흡입구(303) 실린더(301)와 연결되어 마이콤(150)의 제어에 따라 전기적 신호로 공기를 밀폐시키거나 빼내기 위하여 밸브를 열거나 닫는 역할을 하는 에어솔레노이드(304)와 공기 토출구(305), 솔레노이드 제어선(306)로 이루어진다. 안장이 내려앉는 길이는 실린더의 길이로 정해지는 구조를 가짐을 특징으로 한다.

또한, 솔레노이드(304) 밑에는 안장(309) 높이를 조정하기 위하여 자전거의 안장고정봉(308)에 착, 탈할 수 있는 안장높이 조정용조정봉(307)이 붙어 있음을 특징으로 한다.. 그리고 이 모든 시스템에 전기를 가해주기 위한 전원 공급 장치 그리고 태양열 충전모듈로 이루어진다.

이밖에 초기 프론터 드레일러로 체인링의 각 기어 단을 정렬시키기 위한 각단의 모터의 누적 회전수와 리어 드레일러로 스프라켓의 각 기어 단을 정렬시키기 위한 각단의 모터의 누적 회전수를 마이콤(150)에 수동 설정 할 수 있어야 한다.

자전거를 탄 사람이 페달링 회전수와 페달에 가하는 힘과 경사도센서의 출력 값을 보면서 기어변속을 결정 할 수 있다. 페달링 회전수가 적고 페달에 가하는 힘이 커고 경사진 곳을 올라가고 있다 면 기어를 내려야 하고 페달링 속도가 높으며 페달이 헛도는 기분이 들면 기어가 낮은 상황으로 페달에 가하는 힘이 적으므로 기어를 올려 주어야 한다. 페달압력 센서는 압전소자 또는 로드셀(100)로 이루어지며 이들 소자가 힘을 받을 때 발생되는 전압의 크기를 읽어 마이콤(150)에 무선 전송한다. 마이콤(150)에서는 전송된 전압 값을 압력과 매칭 테이블에 적용시켜 페달에 가해지는 압력을 확인한다.

이들 소자는 페달의 발이 닿는 곳에 위치하고 페달의 어느 곳을 밟아도 힘이 로드셀(100)에 전달되는 페달구조를 가져야 한다.

페달은 회전을 하는 부분임으로 자전거 본체로부터 유선을 통하여 전기를 공급할 수 없다. 그러므로 전기를 무선 전송한다. 무선전송은 두 개의 안테나가 서로 마주할 때 만 전기가 전송되며 페달에서는 이렇게 펄스 모양으로 공급되는 전기를 받아 정류 평활하여 내부 전원으로 사용한다. 이때 전송된 전기의 펄스 주기로서 페달의 회전수를 확인 할 수 있다. 전기가 무선 전송되는 시점 이전의 단위 시간동안 측정하여 처리한 압력 데이터와 페달링 횟수가 마이콤(150)에 보내어지게 한다.

경사도 센서(130)를 이용하여 자전거가 위치한 곳의 지형의 경사도를 확인 할 수 있다 . 오르막, 내리막, 평지. 울퉁불퉁한 곳 등 지형 상황을 확인하여 마이콤(150)에서 로드셀(100) 출력, 페달링 횟수 등의 데이터와 함께 판단하여 기어를 조정한다.

마이콤(150)에 의하여 제어되는 체인링과 스프라켓의 기어 단수는 프론터와 리어 드레일러에 연결된 와이어를 당기거나 풀어주는 길이에 의하여 설정이 됨으로 감속기어가 들어가 있는 DC모터에서 회전수로 당겨지는 거리를 판단하여 와이어를 감거나 푼다. 예를 들면 회전축의 나사산의 피치가 0.5mm이고 감속기어의 비율이 1000: 1이면 5mm를 당기거나 풀기 위해서는 모터는 10,000회전을 하여야 한다. 드레일러는 뒷 변속의 경우는 5mm내외의 간격을 움직이고, 앞 변속은 8mm 내외의 간격을 움직임으로 조금의 오차로도 기어 이탈하는 경우가 발생할 수 있음으로 매우 정밀한 제어가 필요하다. 감속 모터 회전축(213)에 만들어진 나사산(206)에 각진 너트(207)를 조립하고 각진 넛트(207)에는 와이어를 고정하고 각진 넛트(207)를 통로에 꼽아두면 모터(209)의 회전운동이 각진 넛트(207)의 직선운동을 만들어 모터(209)의 회전 방향에 따라 각진 넛트(207)을 밀거나 당겨 정확한 와이어(203)의 길이를 조정한다. 모터(209)의 회전 방향에 따라 와이어(203)를 감을 수도 풀 수도 있다. 도 109는 모터(209)의 회전방향 제어도로 MOSFET을 스위치로 하여 모터에 가하는 전극을 바꾸어 주어 회전방향을 전해주며 모터(209)를 회전시키거나 세울 수 있다. 만약 S1,S4 가 ON이 될 때 모터 회전축(205)이 시계방향으로 돌면서 와이어(203)를 당기게 되면 S2,S3가 ON이 되면 모터 회전축(205)이 반시계 방향으로 돌면서 와이어(203)을 풀게 된다. 만약 S1,S2, 또는 S3,S4 가 OFF가 되면 모터(209)는 정지하게 된다.

모터 회전수의 카운터 오차가 100개가 있어도 드레일러(204)의 위치는 1%의 오차를 갖게 되어 설정에 문제를 야기하지 않는다. 모터(209)의 RPM측정은 광 트랜스미터(210)과 광 리시버(211)로 이루어지며 모터 회전축(205)에 연결된 원판에 뚫려진 한 개의 광통과구멍(214)을 통해 광 트랜스미터(210)로부터 나온 신호를 광 리시버(211)에서 받아들이는 주기로서 RPM을 측정한다. .

스프라켓 이나 체인링의 경우 1단에서 끝단까지 설정을 하되 각 기어 단수에서의 회전수는 1단을 기준으로 하여 모터의 회전수를 누진시켜 데이터를 가진다. 만약 이렇게 하지 않으면 에러가 누적되어 체인 이탈이 생길 수 있다. 1단에서는 항상 체인이 결합된 상황에서 마이콤(150) 상의 모터 회전수 누적분을 0으로 리셋 시키고 카운터를 시작한다.

모터와 센서를 구동하기 위한 전압은 착탈식 충전전지를 사용 하거나 보조 시스템으로 태양열 충전시스템을 사용할 수 있다.

유사시 안장을 내리기 위한 시스템은 자전거 바퀴에 바람을 넣는 압축기로 공기를 넣어서 평상시 높이를 유지하다 유사시 에어 솔레노이드(306) 밸브를 열어 공기를 빼내 안장(309)과 연결된 피스톤(310)을 내리는 구조로 되어 있다. 에어시스템(300)의 흡입밸브(303)를 판막구조로 하여 안장(309)을 들어 뺄 때 공기가 실린더 내부로 주입되게 하여 안장내리기를 실시한 후 공기 압축기가 없을 경우에 보완 할 수 있게 한다.

안장의 높이 조정은 자전거의 안장(309)이 조립되는 안고정봉(308)와 에어시스템이 연결되는 안장높 조정봉(307)의 결합부분의 길이를 조정 높이를 결정한다.

100: 로드셀 101: 페달
102: 보조발판 103: 메인파워
104: 송신코일 105: 수신코일
106: MCU 107: 페달의 접점
108: 베어링 109: 용수철
110: 회전축상의 접점 120: 무선충전시스템
121: 콘덴스 122: 콘덴스
123 충전전지 130: 경사도센서
131: 중심축 132: 평행판
133: 접점 1 134: 접접 2
135: 액체충전물 140: 핸들꺾임센서
141: 전기접점 A 142: 전기접점 B
143: 좌측꺽임 임계각도 144: 우측꺽임 임계각도
145: 핸들연결봉 삽입봉 146: 핸들연결봉
147: 핸들연결봉 모듈고정구멍 148: 핸들 연결봉 삽입봉 모듈고정구멍
150: 마이콤 153: 무선충전 RX
160: 제어박스
200: 모터시스템 201: 감속기어
202: RPM센서 203: 와이어
204: 드레일러 205: 모터 회전축
206: 나사산 207: 각진넛트
208: 넛트 통로 209: 모터
210: 광 트랜스미터 211: 광 리시버
213: 감속기어회전축 214: 광통과구멍
300: 에어시스템 301: 실린더
302: 실린더 캡 303: 공기흡입구
304: 에어솔레노이드 305: 공기토출구
306:솔레노이드 제어선 307: 안장높이 조정봉
308: 안장 고정봉 309: 안장
310: 피스톤

Claims (11)

1. 자전거를 타는 사람의 자전거에 설치된 페달을 밟는 압력을 측정하기 위한 로드셀(100)과 같은 센스와 자전거가 위치한 지형의 경사도를 측정하기 위한 경사도센서(130), 페달링 횟수를 측정하기 위한 RPM센스 등으로 측정한 페달이 받는 압력, 경사도 , 페달링 횟수(자전거의 주행 속도) 와 같은 데이터를 전기적 신호로 받아 마이콤(150)에서 자전거를 타는 사람의 생각, 지형지물을 고려하여 자전거의 규격으로부터 기어비와 체인텐션을 계산하여 마이콤(150)에 입력한 기준 테이블에 준하여 합당한 기어를 자동으로 설정해 줄 수 있는 장치를 가진 것을 특징으로 하는 자전거
2. 주행 시 돌발 상황에서의 급정거 , 돌발적으로 핸들을 꺾는 행위 등의 데이터를 핸들꺽임센서(140)로 부터 마이콤(150)이 받아 마이콤(150)에 설정된 상황에 맞는 경우 자전거를 타는 사람의 안전을 보완해줄 수 있도록 안장(309)을 자동으로 내려주는 에어시스템(300)을 동작 시켜 발로 자전거를 세울 수 있게 해주는 안전장치를 가지는 것을 특징으로 하는 자전거
3. 제1항에 있어서
   자전거를 타는 사람이 페달을 밟는 압력을 로드셀(100)과 같은 측정 센서로 측정할 수 있는 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 자전거
4. 제1항에 있어서
   도 103과 같이 무선충전방식을 겸하여 페달이 회전하면서 두 개의 코일이 일치할 때 결합을 통하여 전원을 공급받고 그 펄스 주기로 페달링 횟수를 측정할 수 있게 하는 기능을 가진 것을 특징으로하는 자전거
5. 제1항에 있어서
   도 102와 같이 자전거 앞바퀴와 핸들이 물리는 부분에 설치되어 핸들의 꺾임을 전기적 접점으로 바꾸는 핸들꺽임센서(140)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 자전거
6. 제1에 있어서
   도103과 같이 무선충전(120)과 겸하여 페달이 회전하면서 TX, RX두 개의 코일이 마주 볼 때 전자기 결합을 통하여 전원을 공급받고 전송된 전원의 펄스 주기로부터 측정, 계산한 페달링 횟수와 페달에 위치한 로드셀(100)의 출력 데이터를 동시에 무선충전 코일을 통해 제어박스의 마이콤(150)에 무선 전송하는 특징을 가지는 자전거
7. 제1항에 있어서
   도 104에 도시한 바와 같이 센서 내부에 액체충전물(135)로 채워지고 중심축(131)에 RF신호를 입력하고 접점(133, 134)에서 출력된 신호를 검출하여 그 크기로서 경사도를 측정하는 센서를 가지는 것을 특징으로 하는 자전거
8. 제1항에 있어서
   마이콤(150)에서 제3항, 제4항으로 부터 수집한 데이터로 자전거 주행 상황을 판단 마이콤(150)에 저장된 기준 데이터를 이용하여 기어변속을 결정하고 제어하는 특징을 가지는 자전거,
9. 제1항에 있어서
   마이콤(150)신호의 제어를 받는 감속 기어를 가진 모터에 있어서 모터의 회전운동을 직선운동으로 변화시키기 위하여 도 105와 같이 모터의 축(205)에 나사산(206)을 내고 각진 너트(207)를 결합시켜 통로(208)에 넣어 넛트(207)가 돌지 못하고 직선으로 움직이게 하여 드레일러(204)에 연결된 와이어(203)의 길이를 조정하는 특징을 가지는 자전거
10. 제2항에 있어서
    안장(309)을 자동으로 내리기 위해 도 106와 같이 압축공기를 이용한 실린더 시스템을 가지는 자전거로 에어 솔레노이드를 제어하여 필요한 경우 언제든지 솔레노이드의 공기 토출구(305) 밸브를 열어 순간적으로 실린더(301) 내부의 공기를 밖으로 내보내 안장(309)과 연결된 피스톤(310)을 내리게 하는 것을 특징으로 하는 자전거
11. 제11항에 있어서
    실린더에 압축공기를 넣는 것을 자전거 타이어 펌프와 공용으로 사용하게 만든 자전거로 흡입밸브를 판막구조로 하여 안장(309)을 빼는 행위만으로 실린더에 공기를 채울 수 있는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 자전거
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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