KR20170033780A - 자전거 시뮬레이터 - Google Patents

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KR20170033780A
KR20170033780A KR1020160117167A KR20160117167A KR20170033780A KR 20170033780 A KR20170033780 A KR 20170033780A KR 1020160117167 A KR1020160117167 A KR 1020160117167A KR 20160117167 A KR20160117167 A KR 20160117167A KR 20170033780 A KR20170033780 A KR 20170033780A
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KR
South Korea
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bicycle
frame
slope
rear wheel
load
Prior art date
Application number
KR1020160117167A
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English (en)
Inventor
류성무
박재준
문정환
Original Assignee
(주)케이엔알시스템
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Filing date
Publication date
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Abstract

본 발명은, 베이스 프레임, 안착된 자전거에 전후방향의 기울기를 적용시킬 수 있도록 베이스 프레임에 회전가능하게 연결되는 슬로프 프레임, 슬로프 프레임에 안착된 자전거의 프레임을 고정하며, 자전거에 좌우방향의 기울기를 적용시킬 수 있도록 슬로프 프레임에 회전가능하게 연결되는 롤 프레임, 슬로프 프레임에 구비되며, 안착된 자전거의 뒷바퀴를 지지하며, 뒷바퀴에 전달되는 회전력을 조절할 수 있도록 구성되는 부하발생부를 포함하는 뒷바퀴 지지부를 포함하는 자전거 시뮬레이터가 에 관한 것이다.
본 발명에 따른 자전거 시뮬레이터는 실제 사용자가 소유한 자전거를 고정하여 적용할 수 있어 극사실적인 주행감을 느낄 수 있는 효과가 있다.

Description

자전거 시뮬레이터{THE BIKE SIMULATOR}
본 발명은 자전거 시뮬레이터에 관한 것이며, 보다 상세하게는 다양한 지형에서 주행을 모사할 수 있는 자전거 시뮬레이터에 관한 것이다.
최근 가상체험에 대한 다양한 기술이 개발되고 있으며, 이를 이용한 실내 운동 관련기술이 급속도로 발전하고 있다.
이러한 운동과 관련하여 자전거 운동은 성별, 나이 불문하고 쉽게 즐길수 있으며, 지형에 따른 다양한 주행감을 느낄 수 있어 인기가 높은 스포츠이다. 한편, 이러한 자전거 운동과 가상현실 기술을 접목하여 실내에서도 실제 주행시와 유사한 느낌을 전달하기 위한 기술의 개발이 제안되고 있다.
이과 관련된 종래기술로서 미국등록특허 US7,224,326, US5,364,271, 대한민국 등록특허 KR1,094,858이 공개되어 있다. 그러나 종래의 기술은 단순한 회전 저항만을 조절하여 실제 주행감을 전달하는데 제한적이었다. 또한 종래기술에는 자전거의 형상을 모사하여 다양한 각도를 적용할 수 있는 기술들이 개발되었으나, 실제 자전거의 주행감을 모사하는데는 한계가 있었다.
대한민국 등록특허 제1,094,858호
본 발명의 목적은 종래의 자전거 시뮬레이터에서 실제의 주행감을 모사하기 어려운 문제점을 해결하여 사용자가 극사실적인 주행감을 느낄 수 있는 자전거 시뮬레이터를 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결 수단으로서, 베이스 프레임, 안착된 자전거에 전후방향의 기울기를 적용시킬 수 있도록 베이스 프레임에 회전가능하게 연결되는 슬로프 프레임, 슬로프 프레임에 안착된 자전거의 프레임을 고정하며, 자전거에 좌우방향의 기울기를 적용시킬 수 있도록 슬로프 프레임에 회전가능하게 연결되는 롤 프레임, 슬로프 프레임에 구비되며, 안착된 자전거의 뒷바퀴를 지지하며, 뒷바퀴에 전달되는 회전력을 조절할 수 있도록 구성되는 부하발생부를 포함하는 뒷바퀴 지지부를 포함하는 자전거 시뮬레이터가 제공될 수 있다.
이때, 슬로프 프레임에 구비되며, 다양한 크기의 자전거 안착시 앞바퀴를 지지할 수 있도록 전후방향으로 소정길이 이동가능한 앞바퀴 지지부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
그리고 슬로프 프레임은 베이스 프레임과 연결되는 힌지가 구비되며, 슬로프 프레임과 베이스 프레임간의 상대적인 각도를 조절할 수 있도록 구성되는 슬로프 조절 유닛을 더 포함할 수 있다.
한편, 슬로프 조절 유닛은 일단이 슬로프 프레임과 연결되며, 타단이 베이스 프레임과 연결되는 리니어 액추에이터로 구성될 수 있다.
한편, 롤 프레임은 회전중심축이 실제주행시 자전거의 좌우방향의 기울어짐을 모사할 수 있도록 앞바퀴 지지부 및 부하발생부와 나란한 방향으로 위치하도록 구성될 수 있다.
나아가 롤 프레임은, 사용자가 자전거를 사용할 때 간섭을 방지할 수 있도록 자전거의 후방에서부터 연장된 고정링크를 포함할 수 있다.
이때, 고정링크는 크기가 다른 자전거를 고정할 수 있도록 높이 및 길이 조절이 가능하도록 구성될 수 있다.
또한, 롤 프레임은 회전중심축과 동축인 로터리 액추에이터를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 부하발생부는 부하 휠 및 부하 모터를 포함하며, 부하 휠은 뒷바퀴와 접촉되어 뒷바퀴의 회전시 함께 회전하며, 부하 모터는 부하 휠에 전달되는 회전력을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.
그리고, 뒷바퀴 지지부는 자전거의 안착시 부하 휠과 소정거리 이격된 지점에서 뒷바퀴를 지지하며, 뒷바퀴의 회전에 따라 함께 회전하는 롤링 가이드를 더 포함할 수 있다.
한편, 부하발생부는 롤 프레임의 회전에 따라 롤 프레임에 고정된 자전거가 좌우방향으로 기울어지는 경우에도 뒷바퀴를 지지할 수 있는 폭으로 구성될 수 있다.
그리고 앞바퀴 지지부는 사용자의 조작(steering)에 따른 앞바퀴의 방향전환시에도 앞바퀴를 지지할 수 있도록 회전조인트를 포함하여 구성될 수 있다.
한편 슬로프 프레임 및 롤 프레임은 유압에 의해 구동될 수 있다.
그리고 뒷바퀴 지지부 및 앞바퀴 지지부는,
실제주행의 노면에 따른 느낌을 모사할 수 있도록 구성되는 진동발생부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
추가로, 베이스 프레임, 안착된 자전거에 전후방향의 기울기를 적용시킬 수 있도록 구성되는 슬로프 프레임, 슬로프 프레임에 구비되며, 자전거의 후방에서 슬로프 프레임에 안착된 자전거의 프레임을 고정하며, 자전거에 좌우방향의 기울기를 적용시킬 수 있도록 구성되는 롤 프레임, 슬로프 프레임에 구비되며, 안착된 자전거의 뒷바퀴를 지지하며, 자전거의 사용자가 페달링시 저항 부하를 조절할 수 있도록 구성되는 뒷바퀴 지지부, 슬로프 프레임과 베이스 프레임이 상대적으로 회전가능하도록 구성되며, 슬로프 프레임의 회전중심은 슬로프 프레임에 작용하는 하중을 포함한 무게중심에 인접할 수 있도록 롤 프레임 측으로 치우친 위치에 구비되는 힌지를 포함하는 자전거 시뮬레이터가 제공될 수 있다.
여기서 베이스 프레임은 좌우 대칭형상으로 구성되며, 슬로프 프레임은 베이스 프레임의 중심부분에 위치하며, 힌지는 슬로프 프레임의 양측을 베이스 프레임과 연결될 수 있다.
또한, 힌지는 자전거가 안착된 경우 자전거의 앞바퀴보다 뒷바퀴에 더 인접한 위치에 구비될 수 있다.
그리고 실제주행의 노면에 따른 느낌을 모사할 수 있도록 구성되며, 자전거의 안착시 앞바퀴 및 뒷바퀴에 인접하여 구비되는 진동발생부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
추가로, 다양한 종류의 자전거가 안착 및 고정될 수 있도록 구성되며, 고정된 상태의 자전거에 제1 방향의 기울기를 독립적으로 적용시킬 수 있도록 구성되는 슬로프 프레임, 자전거에 제1 방향의 기울기에 종속되며, 제1 방향의 기울기와 수직인 제2 방향의 기울기를 적용시킬 수 있도록 구성되는 롤 프레임, 기울기와 독립적으로 자전거 바퀴의 회전에 저항을 발생시킬 수 있도록 구성되는 부하발생부를 포함하는 자전거 시뮬레이터가 제공될 수 있다.
여기서, 제1 방향의 기울기는 자전거가 고정된 상태에서 전후방향의 기울기이며, 제2 방향의 기울기는 자전거가 고정된 상태에서 좌우방향의 기울기가 될 수 있다.
본 발명에 따른 자전거 시뮬레이터는 2축 이상의 기울기를 적용할 수 있으며, 실제 사용자가 소유한 자전거를 고정하여 적용할 수 있어 극사실적인 주행감을 느낄 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예의 사시도이다.
도 2는 도 1 의 자전거를 제외한 자전거 시뮬레이터의 사시도이다.
도 3은 도 2 의 측면도이다.
도 4는 도 2 의 배면도이다.
도 5 는 슬로프 프레임의 사시도이다.
도 6 은 고정링크의 부분 사시도이다.
도 7 은 앞/뒷바퀴 지지부의 사시도이다.
도 8 은 유압계통의 개념도이다.
도 9 내지 도10은 실시예의 사용상태도이다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예의 사시도이고, 도 2는 도 1 의 자전거(10)를 제외한 자전거 시뮬레이터(20)의 사시도며, 도 3은 도 2 의 측면도이고, 도 4는 도 2 의 배면도이다.
본 발명에 따른 자전거 시뮬레이터(20)는 베이스 프레임(100), 슬로프 프레임(200), 롤 프레임(300), 앞바퀴 지지부(400), 뒷바퀴 지지부(500), 유압 파워 유닛(610) 및 센서부(미도시)를 포함하여 구성되며, 다양한 종류의 자전거(10)가 거치하여 사용하도록 구성될 수 있다. 한편, 설명의 편의를 위하여 자전거의 프레임과 바퀴만을 나타내었으며, 나머지 자전거의 구성요소에 대하여는 생략되어 있다.
베이스 프레임(100)은 자전거 시뮬레이터(20)를 전체적으로 지지하며, 다른 구성요소들이 체결될 수 있도록 구성된다. 베이스 프레임(100)은 자전거(10)가 고정되었을 때 자전거(10)의 두 바퀴가 안착되는 면인 안착면이 지면으로부터 소정거리 이격될 수 있는 높이로 구성될 수 있다. 구체적으로 후술할 슬로프 프레임(200)이 한계각도로 기울어진 경우에도 바닥에 접촉하여 충격을 받지 않도록 적절한 높이로 형성될 수 있다. 베이스 프레임(100)은 자전거(10)가 거치(setting)된 상태에서 전후방향 및 좌우방향으로 기울어 졌을 때의 무게중심 및 관성력 등을 고려하여 안정적으로 지지할 수 있는 형상으로 구성될 수 있다. 베이스 프레임(100)은 자전거(10)가 거치된 경우 양방향으로 기울기 적용시 안정적으로 지지할 수 있도록 좌우 대칭형상으로 구성될 수 있다. 따라서 자전거(10)가 거치되어 있을 때, 좌우측이 대칭적으로 구성될 수 있다. 한편, 베이스 프레임(100)은 사용자가 소정높이에 안착되어 있는 자전거(10)에 용이하게 탑승할 수 있도록 복수개의 계단(110)을 포함하여 구성될 수 있다. 한편 도시된 베이스 프레임(100)의 형상은 일 예이며, 자전거 시뮬레이터(20)를 안정적으로 지지하는 다양한 형상으로 구성될 수 있다.
슬로프 프레임(200)은 자전거(10)가 거치되며, 거치된 상태로 자전거(10)의 길이방향의 기울기를 적용시킬 수 있도록 구성된다. 슬로프 프레임(200)의 상면은 지면을 모사할 수 있도록 대체로 평평하게 구성될 수 있으며, 슬로프 프레임(200)의 내측에는 후술할 진동발생부, 슬로프 조절 유닛(120) 등의 구성요소가 구비되는 공간이 형성될 수 있다. 또한 시뮬레이터의 신속한 반응을 위하여 회전관성모멘트를 최소화하는 것이 바람직하며, 또한 경량화 하는 것이 바람직하다.
슬로프 프레임(200)은 상면에 자전거(10)가 안착되는 안착면이 구비되며, 안착된 상태에서 자전거(10)의 프레임을 고정할 수 있도록 구성된다. 따라서 슬로프 프레임(200) 자체가 길이방향으로 기울어지면 자전거(10)도 함께 기울어지게 된다. 즉 슬로프 프레임(200)은 베이스 프레임(100)과 상대적인 회전각도가 변화되어 거치된 자전거(10)의 피치(pitch)를 조절할 수 있게 된다.
슬로프 프레임(200)은 베이스 프레임(100)에 회전가능하도록 연결될 수 있다. 슬로프 프레임(200)은 베이스 프레임(100)의 중앙부분에 위치하며, 후술할 롤 프레임(300)이 폭방향으로 기울어지는 경우에도 베이스 프레임(100)이 안정적으로 지지할 수 있게 된다. 이때, 슬로프 프레임(200)은 양측에 힌지(250)가 구비되어 베이스 프레임(100)과 연결될 수 있다. 힌지(250)의 위치는 롤 프레임(300) 자체, 앞바퀴 지지부(400), 뒷바퀴 지지부(500), 자전거(10) 및 사용자 등을 포함하여 슬로프 프레임(200)에 작용하는 하중을 고려하여 원활하게 회전가능하도록 무게중심에 인접한 위치로 결정될 수 있다. 구체적으로 길이방향의 위치는 자전거(10)가 거치된 경우에 슬로프 프레임(200)의 후방에 구비된 롤 프레임(300) 등과 같은 구성요소의 무게를 고려하여 앞바퀴보다 뒷바퀴에 인접한 위치가 될 수 있다. 따라서 원활한 회전이 가능하며, 후술할 슬로프 조절 유닛(120)에 과도한 부하를 피할 수 있게 된다. 힌지(250)의 높이는 안착면의 높이와 같거나 인접하게 결정되어 실제 주행시 지면의 경사에 따른 기울기의 변화를 유사하게 모사할 수 있게 된다.
슬로프 프레임(200)의 기울기는 슬로프 조절 유닛(120)이 구동하여 변화될 수 있게 된다. 이때 슬로프 조절 유닛(120)은 일측은 슬로프 프레임(200)에, 타측은 베이스 프레임(100)에 연결된다. 따라서 슬로프 조절 유닛(120)의 스트로크에 따라 슬로프 프레임(200)이 힌지(250)부를 중심으로 전방으로 기울어지거나 후방으로 기울어질 수 있게 된다. 이때 슬로프 조절 유닛(120)은 리니어 액추에이터로 구성되며, 슬로프 프레임(200)이 평평한 상태에서 스트로크의 중간지점이 되는 위치에 연결될 수 있다. 따라서 슬로프 조절 유닛(120)의 스트로크는 중간지점을 중심으로 구동함에 따라 슬로프 조절 유닛(120)의 기울어지는 방향 및 각도가 달라질 수 있게 된다. 다만 이와같은 슬로프 조절 유닛(120)의 구성은 일 예이며, 로터리 액추에이터 등 슬로프 프레임(200)에 기울기를 적용할 수 있는 다양한 구성으로 변형되어 적용될 수 있다.
도 5 는 슬로프 프레임(200)의 사시도이며, 도 6 은 고정링크(310)의 부분 사시도이다.
슬로프 프레임(200)에는 롤 프레임(300), 앞바퀴 지지부(400), 뒷바퀴 지지부(500)가 구비될 수 있다.
롤 프레임(300)은 슬로프 프레임(200)에 안착된 자전거(10)에 좌우방향의 기울기를 적용할 수 있도록 구성된다. 롤 프레임(300)은 자전거(10)의 프레임을 고정하는 고정 링크를 포함하여 구성될 수 있다.
고정링크(310)의 일측은 자전거(10)가 슬로프 프레임(200)에 안착된 상태에서 자전거(10)를 견고하게 고정할 수 있도록 구성되며, 타측은 롤 프레임(300)과 연결된다. 고정링크(310)는 사용자가 자전거(10)에 탑승하여 시뮬레이터를 이용할 때 간섭을 방지할 수 있도록 자전거(10)의 후방으로 연장되어 자전거(10) 프레임을 고정할 수 있도록 구성될 수 있다. 한편, 고정링크(310)는 타이어 및 사용자의 간섭을 방지할 수 있도록 안장 근처의 프레임에 고정되는 것이 바람직하다.
고정링크(310)는 다양한 크기 및 종류에 따른 자전거(10) 프레임을 고정할 수 있도록 길이조절부 및 높이조절부를 포함하여 구성될 수 있다. 고정링크(310)는 시뮬레이션의 수행 전 준비단계로서 안착된 자전거(10)를 고정할 때 이용하게 된다.
롤 프레임(300)의 일측은 전술한 바와 같이 자전거(10) 프레임과 연결된 고정링크(310)가 구비되며, 타측은 슬로프 프레임(200)의 후방에 연결되어 슬로프 프레임(200)과 상대적으로 회전할 수 있도록 구성된다. 즉 자전거(10)의 롤(roll)이 조절되며, 상세하게는 회전축을 중심으로 롤이 조절될 수 있도록 구성된다.
롤 프레임(300)은 자전거(10)에 좌우방향의 기울기가 적용될 수 있도록 슬로프 프레임(200)과 연결된 지점을 회전중심축으로 하여 자전거(10)와 함께 소정각도로 회전하도록 구성될 수 있다. 이때 회전중심은 실제주행에서 자전거(10)의 좌우방향의 움직임을 유사하게 모사할 수 있도록 안착면 상의 앞바퀴 접점 및 윗바퀴 접점을 포함하는 축이 될 수 있다. 이 경우 실제 타이어의 접점을 기준으로 좌, 우로 기울어지는 움직임을 모사할 수 있게 된다. 이때 좌우방향의 기울기를 발생시킬 수 있도록 로터리 액추에이터(350)가 구비될 수 있다. 로터리 액추에이터(350)는 전술한 롤 프레임(300)과 회전중심이 동축이 되는 위치에 구비될 수 있다. 한편, 롤 프레임(300)을 회전시키기 위한 로터리 액추에이터(350)는 일 예일 뿐, 회전을 가능하게 하는 다양한 구성이 적용될 수 있다.
도 7 은 앞바퀴 지지부(400) 및 뒷바퀴 지지부(500)의 사시도이다.
앞바퀴 지지부(400)는 슬로프 프레임(200) 상에 안착되는 자전거(10)의 앞바퀴를 지지할 수 있도록 구성된다. 자전거(10)의 고정시 후술할 뒷바퀴 지지부(500)에 구비된 부하발생부(510)에 자전거(10)의 뒷바퀴를 밀착시킨 상태에서 자전거의 프레임을 고정하게 된다. 이때, 자전거(10)의 휠베이스는 자전거(10)의 종류 및 크기에 따라 다르게 되며, 앞바퀴 지지부(400)는 휠베이스가 다르더라도 앞바퀴가 안정적으로 안착되도록 길이방향으로 수동적(passive)으로 이동가능하게 구성될 수 있다.
앞바퀴 지지부(400)는 회전 조인트(410), 앞바퀴 진동발생부(420)를 포함하여 구성될 수 있다.
회전조인트는 자전거(10)가 고정된 상태에서 사용자의 핸들 조향이 이루어 질 때에도 안정적으로 앞바퀴를 지지할 수 있도록 구성된다. 앞바퀴 지지부(400)는 자전거(10)의 바퀴가 안착되는 중심부분에는 오목하게 파여있으며, 앞바퀴의 좌우 방향으로 앞바퀴가 이탈하는 것을 방지할 수 있도록 소정 높이로 돌출되어 있는 가이드가 형성될 수 있다.
앞바퀴 진동발생부(420)는 앞바퀴 지지부(400)와 연결되어 진동을 발생시킬 수 있도록 구성된다. 진동발생부는 아스팔트, 자갈, 모래 등에서 주행할 때 느낄 수 있는 주행감 또는 가속, 제동, 충격 등의 동적 느낌을 모사할 수 있도록 구성된다. 앞바퀴 진동발생부(420)는 시뮬레이터의 이용시 앞바퀴의 방향전환에 따른 간섭을 방지할 수 있도록 앞바퀴 지지부(400)의 하측에 구비될 수 있다. 이때 진동발생부는 유압을 이용하여 구동될 수 있도록 서보밸브 및 액추에이터를 포함하여 구성될 수 있다.
뒷바퀴 지지부(500)는 안착된 자전거(10)의 뒷바퀴를 지지할 수 있도록 구성된다. 뒷바퀴 지지부(500)는 부하발생부(510), 롤링 가이드(530), 뒷바퀴 진동발생부(520)를 포함하여 구성될 수 있다.
부하발생부(510)는 뒷바퀴와 밀착되어 회전력을 전달할 수 있도록 구성된다. 부하발생부(510)는 부하 휠(511)과 부하 모터(512)를 포함하여 구성될 수 있다. 부하 휠(511)은 뒷바퀴와 밀착되어 뒷바퀴가 회전함에 따라 함께 회전하게 되며, 부하 모터(512)는 부하 휠(511)로부터 회전력이 전달될 수 있도록 기어 또는 축으로 연결된다.
부하 휠(511)은 롤 프레임(300)의 회전에 따라 자전거(10)가 좌우방향으로 기울어지는 경우에도 지속적으로 회전력을 전달할 수 있도록 적절한 폭으로 형성될 수 있다. 이때 좌우방향으로 최대로 기울어졌을 때에도 회전력이 전달될 수 있는 폭으로 구성되는 것이 바람직하다.
부하발생부(510)는 시뮬레이터의 이용시 뒷바퀴에 가속 또는 감속이 될 수 있도록 제어될 수 있다. 이때 전달되는 토크는 슬로프 프레임(200)의 기울기와 연동되어 적용될 수 있다. 즉 오르막길을 모사하는 경우, 슬로 프레임은 후방측으로 기울어지게 되고, 부하발생부(510)는 역방향 토크를 발생시켜 주행에 필요한 힘이 더 커지도록 제어된다. 반대로 내리막길을 모사하는 경우 실제 자전거(10)는 중력에 의해 속도가 증가하게 되므로 주행에 필요한 토크가 작아지게 되므로 슬로프 프레임(200)이 전방측으로 기울어지게 되고 부하발생부(510)는 순방향 토크를 발생시키게 된다.
롤링 가이드(530)는 부하 휠(511)과 함께 뒷바퀴를 지지하며, 뒷바퀴의 회전시 원활한 회전이 이루어질 수 있도록 뒷바퀴와 접촉하여 함께 회전하도록 구성된다.
뒷바퀴 진동발생부(520)는 앞바퀴 진동발생부(420)에 대응하여 뒷바퀴에 지면의 상태를 모사하여 진동을 발생시킬 수 있도록 구성된다. 뒷바퀴 진동발생부(520) 또한 유압을 이용하여 진동을 발생시킬 수 있도록 서보밸브 및 액추에이터를 포함하여 구성될 수 있다.
도 8 은 유압계통의 개념도이다.
유압계통에는 파워 유닛(610) 및 유압호스(600)를 포함하여 구성될 수 있다. 파워 유닛(610)은 슬로프 조절 유닛(120), 로터리 액추에이터(350), 진동발생부에 사용되는 동력을 발생시키도록 구성될 수 있다. 유압 파워 유닛(610)은 시뮬레이터의 일측에 구비될 수 있으며, 각 유압 요소가지 유압을 전달하기 위한 유합호스(600)가 구비될 수 있다. 이때, 유압호스는 간섭 등에 파손이 되지 않기 위해 hard 배관으로 구성될 수 있다. 한편, 구동부가 유압을 동력으로 이용하는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 모터 등 전기식으로 구성된 경우 전원부로 변경되어 적용될 수 있다.
센서부(미도시)는 시뮬레이션 수행 중 자전거(10)의 상태 등을 측정하여 제어에 활용될 수 있도록 구성된다. 센서부는 각각의 구동요소 또는 상대적인 움직임을 측정할 수 있도록 구성될 수 있다.
센서부는 자전거(10)의 기울기를 측정할 수 있도록 위치센서를 포함할 수 있으며, 힌지(250)부 또는 로터리 액추에이터(350)에 구비되어 전후방향의 기울기 및 좌우방향의 기울기를 측정할 수 있도록 구성될 수 있다. 그리고 부하발생부(510)에 구비된 센서를 포함하며, 회전속도를 측정하여 현재 주행속도를 계산할 수 있으며, 현재 뒷바퀴에 작용하는 토크를 센싱할 수 있다. 그리고 진동발생부에서 발생되는 진동을 측정할 수 있도록 LVDT 등으로 구성된 센서를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 센서부는 자전거(10)의 핸들 등의 조향각을 측정할 수 있도록 앞바퀴 지지부(400)에 구비된 위치센서가 구비될 수 있다. 다만, 이러한 자세 및 상태에 따른 다양한 값들을 측정하기 위한 센서의 구성은 널리 사용되고 있으므로 설명을 생략하도록 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예의 사용상태에 대하여 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.
도 9 내지 도 10은 실시예의 사용상태도이다. 도시된 바와 같이, 전후방향인 제1 방향의 기울기가 적용될 수 있으며, 좌우방향인 제2 방향의 기울기가 적용될 수 있다. 제1 방향과 제2 방향은 수직한 방향이 될 수 있도록 롤 프레임(300)은 슬로프 프레임(200)에 연결될 수 있다.
이때, 슬로프 프레임(200)이 제1 방향으로 기울어지는 경우 롤 프레임(300)도 함께 기울어지게 된다. 즉 제2 방향은 제1 방향에 종속되어, 슬로프 프레임(200)과 롤 프레임(300)이 제1 방향으로 θ만큼 기울어지게 된다. 이때 기울어진 슬로프 프레임(200)상에서 롤 프레임(300)이 제2 방향으로 φ만큼 기울어지게 된다. 이러한 각도는 지형 및 속도에 따라 다양한 조합으로 이루어 질 수 있다.
실제 자전거(10)의 주행을 모사하기 위해 적용되는 기울기는 언덕이나 내리막에 따른 전후방향의 기울기가 가장 중요한 요소가 된다. 따라서 제1 방향의 기울기인 전후 방향을 독립적으로 먼저 제어하며, 제1 방향의 기울기가 적용된 상태에서 제2 방향으로의 기울기를 적용하게 된다. 이때, 디스플레이와 함께 연동하여 사용자에게 실제 자전거(10)의 주행과 유사한 극사질적인 주행감을 전달할 수 있게 된다.
10: 자전거 20: 자전거 시뮬레이터
100: 베이스 프레임 110: 계단
120: 슬로프 액추에이터 200: 슬로프 프레임
250: 힌지 350: 로터리 액추에이터
300: 롤 프레임 310: 고정 프레임
400:앞바퀴 고정부 410: 회전조인트
420: 앞바퀴 진동발생부 500：뒷바퀴 지지부
510: 부하발생부 511: 부하 휠
512: 부하 모터 520: 뒷바퀴 진동발생부
530: 롤링 가이드
600: 유압 라인 610: 파워유닛

Claims (20)

  1. 베이스 프레임;
    안착된 자전거에 전후방향의 기울기를 적용시킬 수 있도록 상기 베이스 프레임에 회전가능하게 연결되는 슬로프 프레임;
    상기 슬로프 프레임에 안착된 상기 자전거의 프레임을 고정하며, 상기 자전거에 좌우방향의 기울기를 적용시킬 수 있도록 상기 슬로프 프레임에 회전가능하게 연결되는 롤 프레임; 및
    상기 슬로프 프레임에 구비되며, 상기 안착된 자전거의 뒷바퀴를 지지하며, 상기 뒷바퀴에 전달되는 회전력을 조절할 수 있도록 구성되는 부하발생부를 포함하는 뒷바퀴 지지부를 포함하는 자전거 시뮬레이터.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 슬로프 프레임에 구비되며,
    다양한 크기의 자전거 안착시 앞바퀴를 지지할 수 있도록 전후방향으로 이동가능한 앞바퀴 지지부를 더 포함하는 자전거 시뮬레이터.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 슬로프 프레임은 상기 베이스 프레임과 연결되는 힌지가 구비되며,
    상기 슬로프 프레임과 상기 베이스 프레임간의 상대적인 각도를 조절할 수 있도록 구성되는 슬로프 조절 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 시뮬레이터.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 슬로프 조절 유닛은,
    일단이 상기 슬로프 프레임과 연결되며, 타단이 상기 베이스 프레임과 연결되는 리니어 액추에이터로 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거 시뮬레이터.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 롤 프레임은,
    회전중심축이 실제주행시 상기 자전거의 좌우방향의 기울어짐을 모사할 수 있도록 상기 앞바퀴 지지부 및 상기 부하발생부와 일렬로 위치하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거 시뮬레이터.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 롤 프레임은,
    상기 사용자가 상기 자전거 시뮬레이터를 사용할 때 간섭을 방지할 수 있도록 상기 자전거의 프레임측으로 연장된 고정링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 자전거 시뮬레이터.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 고정링크는, 크기가 다른 자전거를 고정할 수 있도록 높이 및 길이 조절이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거 시뮬레이터.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 롤 프레임은 상기 회전중심축과 동축인 로터리 액추에이터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거 시뮬레이터.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 부하발생부는 부하 휠 및 부하 모터를 포함하며,
    상기 부하 휠은 상기 뒷바퀴와 접촉되어 상기 뒷바퀴의 회전시 함께 회전하며,
    상기 부하 모터는 상기 부하 휠에 전달되는 회전력을 조절할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거 시뮬레이터.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 뒷바퀴 지지부는 상기 자전거의 안착시 상기 부하 휠과 이격되어 상기 뒷바퀴를 지지하며, 상기 뒷바퀴의 회전에 따라 함께 회전하는 롤링 가이드를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거 시뮬레이터.
  11. 제2 항에 있어서,
    상기 부하발생부는, 상기 롤 프레임의 회전에 따라 상기 롤 프레임에 고정된 상기 자전거가 좌우방향으로 기울어지는 경우 상기 뒷바퀴를 지지할 수 있는 폭으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거 시뮬레이터.
  12. 제2 항에 있어서,
    상기 앞바퀴 지지부는,
    상기 사용자의 조작(steering)에 따른 상기 앞바퀴의 각도변환시 상기 앞바퀴를 지지할 수 있도록 회전조인트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거 시뮬레이터.
  13. 제2 항에 있어서,
    상기 슬로프 프레임 및 상기 롤 프레임은 유압에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 자전거 시뮬레이터.
  14. 제2 항에 있어서,
    상기 뒷바퀴 지지부 및 상기 앞바퀴 지지부는,
    실제주행의 노면에 따른 느낌을 모사할 수 있도록 구성되는 진동발생부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거 시뮬레이터.
  15. 베이스 프레임;
    안착된 자전거에 전후방향의 기울기를 적용시킬 수 있도록 구성되는 슬로프 프레임;
    상기 슬로프 프레임에 구비되며, 상기 자전거의 후방에서 상기 슬로프 프레임에 안착된 상기 자전거의 프레임을 고정하며, 상기 자전거에 좌우방향의 기울기를 적용시킬 수 있도록 구성되는 롤 프레임;
    상기 슬로프 프레임에 구비되며, 상기 안착된 자전거의 뒷바퀴를 지지하며, 상기 자전거의 사용자가 페달링시 저항 부하를 조절할 수 있도록 구성되는 뒷바퀴 지지부; 및
    상기 슬로프 프레임과 상기 베이스 프레임이 상대적으로 회전가능하도록 구성되며, 슬로프 프레임의 회전중심은 상기 슬로프 프레임에 작용하는 하중을 포함한 무게중심에 인접할 수 있도록 상기 롤 프레임 측으로 치우친 위치에 구비되는 힌지를 포함하는 자전거 시뮬레이터.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 베이스 프레임은 좌우 대칭형상으로 구성되며,
    상기 슬로프 프레임은 상기 베이스 프레임의 중심부분에 위치하며,
    상기 힌지는 상기 슬로프 프레임의 양측을 상기 베이스 프레임과 연결되는 것을 특징으로 하는 자전거 시뮬레이터.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 힌지는 상기 자전거가 안착된 경우 자전거의 앞바퀴보다 상기 뒷바퀴에 더 인접한 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 자전거 시뮬레이터.
  18. 제15 항에 있어서,
    실제주행의 노면에 따른 느낌을 모사할 수 있도록 구성되며, 상기 자전거의 안착시 앞바퀴 및 상기 뒷바퀴에 인접하여 구비되는 진동발생부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자전거 시뮬레이터.
  19. 다양한 종류의 자전거가 안착 및 고정될 수 있도록 구성되며, 고정된 상태의 자전거에 제1 방향의 기울기를 독립적으로 적용시킬 수 있도록 구성되는 슬로프 프레임;
    상기 자전거에 상기 제1 방향의 기울기에 종속되며, 상기 제1 방향의 기울기와 수직인 제2 방향의 기울기를 적용시킬 수 있도록 구성되는 롤 프레임;
    상기 기울기와 독립적으로 상기 자전거 바퀴의 회전에 저항을 발생시킬 수 있도록 구성되는 부하발생부를 포함하는 자전거 시뮬레이터.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 방향의 기울기는 상기 자전거가 고정된 상태에서 전후방향의 기울기이며,
    상기 제2 방향의 기울기는 상기 자전거가 고정된 상태에서 좌우방향의 기울기 인 것을 특징으로 하는 자전거 시뮬레이터.
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