KR20230052723A

KR20230052723A - 자전거용 전동 모듈, 자전거 타이어 관리 시스템, 및 자전거의 타이어 상태 진단 방법

Info

Publication number: KR20230052723A
Application number: KR1020210136086A
Authority: KR
Inventors: 노은정; 조범래
Original assignee: 주식회사 에이치엘클레무브
Priority date: 2021-10-13
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2023-04-20
Also published as: US20230116010A1; CN115959238A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 자전거용 전동 모듈은 회전 에너지를 발생시키는 페달과 동력을 전달받아 회전하는 구동륜을 포함하는 자전거에 장착되며, 자전거용 전동 모듈은 상기 페달의 회전 속도를 측정하는 페달 회전 속도 검출부와, 상기 구동륜을 회전시키는 모터와, 상기 구동륜의 회전 속도를 측정하는 구동륜 회전 속도 검출부와, 상기 페달의 회전 속도, 상기 모터의 토크, 및 상기 구동륜의 회전 속도에 기초하여 타이어의 이상 여부를 판단하는 제어 장치, 그리고 상기 제어 장치가 제공하는 상기 타이어의 상태 정보를 표시하는 사용자 인터페이스 장치를 포함한다.

Description

자전거용 전동 모듈, 자전거 타이어 관리 시스템, 및 자전거의 타이어 상태 진단 방법{ELECTRIC MODULE FOR BICYCLE AND BICYCLE TIRE MANAGEMENT SYSTEM AND TIRE CONDITION DIAGNOSIS METHOD OF BICYCLE}

본 발명은 자전거용 전동 모듈, 자전거용 전동 모듈의 장착된 자전거의 타이어 관리 시스템, 및 자전거의 타이어 상태 진단 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자전거는 근거리 이동수단의 하나로서, 최근에는 건강 등의 목적으로 운동 또는 취미용으로 널리 이용되고 있다. 최근에는 장거리를 이동하거나 사용자의 체력 소모를 줄이고자 모터의 구동력으로 주행할 수 있도록 전동 모듈이 장착된 자전거가 보급되고 있다.

이와 같이 전동 모듈이 장착된 자전거는 기존 인력으로만 움직일 수 있는 자전거에 배터리와 모터가 포함된 전동 모듈을 장착하여 운전자가 페달을 돌릴 때 이를 감지하여 모터의 힘으로 주행을 돕도록 구성된다. 이를 위해 자전거용 전동 모듈은 모터 및 배터리 외에도 모터의 회전력을 감소시키는 감속기와, 감속기로부터 출력된 회전력을 바퀴에 전달하는 동력 전달 장치, 그리고 이들을 제어하기 위한 제어 장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 자전거용 전동 모듈은 제어 장치를 통해 모터의 회전력을 사용자가 조작 및 제어할 수 있으나, 오르막이나 내리막 등의 경사로 주행 시에는 사용자의 페달력을 감지하여 모터의 구동을 보다 세밀하게 제어하기 위해 페달의 회전 속도를 감지하기 위해 설치된 속도 센서나 모터에 설치된 토크 센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 자전거용 전동 모듈은 주행 방식에 따라 파스(Pedal Assist System, PAS) 방식과 스로틀(throttle) 방식으로 구분될 수 있다.

파스 방식은 페달 등에 센서가 있어 사용자가 페달을 밟으면 이를 감지해 모터가 작동하는 방식이다. 파스 방식은 대부분 낮은 동력 지원부터 높은 동력 지원까지 단계설정이 가능하도록 설계되어 있으며, 페달을 돌리는 회전을 감지해 동력을 전달하는 스피드 센서 방식과, 페달의 압력과 페달의 회전 그리고 회전수를 감지하는 토크 센서 방식이 있다. 스피드 센서 방식은 가격이 낮으나 주행감의 이질감이 있고, 토크 센서 방식은 사용자의 페달 토크를 인식하기 때문에 상대적으로 자전거로서의 이질감이 적다.

스로틀 방식은 핸들바에 버튼이나 레버 형태로 장착되어 이를 작동시키면 페달을 구를 필요 없이 오토바이처럼 주행하는 방식이다.

또한, 장착되는 전동 모듈의 종류에 따라 체인이 없는 자전거도 등장할 수 있는데, 이와 같이 체인이 없는 자전거는 사용자가 페달을 밟는 힘을 페달과 연결된 발전기에 의해 전기로 변환하여 배터리에 저장하고, 배터리에 저장된 전기로 모터를 돌려 움직이게 된다. 이러한 방식의 전동 모듈이 장착된 자전거는 주행 환경에 적합하게 모터를 제어하여 자전거의 가속 성능을 향상시킬 수 있으며, 페달의 회전 속도와 구동륜의 회전 속도의 기어비를 조절하여 자동 변속 기능을 구현할 수 있고, 사용자가 페달에 전달하는 힘을 직관적인 비율에 따라 증폭할 수 있다.

그런데, 자전거의 주행 중 타이어의 손상, 마모, 또는 공기압 부족이 발생하면 전동 모듈의 제어에 오작동을 야기할 수 있다. 즉, 자전거가 정상적으로 동작하지 못하는 상황이 발생할 수 있다. 이러한 상황에서는 모터를 제어하기 위한 입력값인 속도 지령값 만큼 모터의 실제 토크가 발생하지 않아 자전거가 제 성능을 효과적으로 내기 어려울 뿐만 아니라 전동 모듈에 무리를 줄 수 있다.

본 발명의 실시예는 타이어의 상태를 진단할 수 있는 자전거용 전동 모듈 및 자전거 타이어 관리 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예는 타이어의 상태를 진단할 수 있는 자전거의 타이어 상태 진단 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 회전 에너지를 발생시키는 페달과 동력을 전달받아 회전하는 구동륜을 포함하는 자전거에 장착되는 자전거용 전동 모듈은 상기 페달의 회전 속도를 측정하는 페달 회전 속도 검출부와, 상기 구동륜을 회전시키는 모터와, 상기 구동륜의 회전 속도를 측정하는 구동륜 회전 속도 검출부와, 상기 페달의 회전 속도, 상기 모터의 토크, 및 상기 구동륜의 회전 속도에 기초하여 타이어의 이상 여부를 판단하는 제어 장치, 그리고 상기 제어 장치가 제공하는 상기 타이어의 상태 정보를 표시하는 사용자 인터페이스 장치를 포함한다.

상기 제어 장치는 상기 페달의 회전 속도에 따른 상기 모터의 토크 대비 상기 구동륜의 회전 속도를 분석하여 상기 타이어의 공기압을 추정할 수 있다.

상기 제어 장치는 추정된 상기 타이어의 공기압이 미리 설정된 허용 압력을 벗어나면 상기 타이어에 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다.

상기 제어 장치는 추정된 상기 타이어의 공기압 변화에 따라 상기 모터의 토크를 보정할 수 있다.

또한, 상기 제어 장치는 상기 모터의 토크 최대값이 미리 설정된 제1 기준 시간동안 유지된 상태에서 상기 페달의 회전 속도에서 상기 구동륜의 회전 속도를 뺀 값이 미리 설정된 기준 속도를 초과하면, 상기 타이어에 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다.

그리고 상기 제어 장치는 상기 타이어에 이상이 발생된 상태로 미리 설정된 제2 기준 시간이 경과하면, 상기 사용자 인터페이스가 상기 타이어에 이상이 발생된 사실을 알리도록 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 자전거 타이어 관리 시스템은 회전 에너지를 발생시키는 페달과 동력을 전달받아 회전하는 구동륜을 포함하는 자전거에 장착되며, 상기 페달의 회전 속도를 측정하는 페달 회전 속도 검출부와 상기 구동륜을 회전시키는 모터와 상기 구동륜의 회전 속도를 측정하는 구동륜 회전 속도 검출부와 상기 페달의 회전 속도, 상기 모터의 토크, 및 상기 구동륜의 회전 속도에 기초하여 타이어의 이상 여부를 판단하는 제어 장치 그리고 상기 제어 장치가 제공하는 상기 타이어의 상태 정보를 송신하는 모뎀 단말을 포함하는 자전거용 전동 모듈과, 상기 자전거용 전동 모듈이 장착된 자전거를 관리하고 상기 타이어의 상태 정보를 표시하기 위한 어플리케이션이 설치된 모바일 단말기, 그리고 상기 모뎀 단말이 송신한 정보를 수신하여 저장된 정보를 업데이트하고, 상기 모바일 단말기로 업데이트된 정보를 송신하는 클라우드 서비스를 포함한다.

상기 클라우드 서비스는 상기 모뎀 단말과 통신하는 웹 어플리케이션 서버와, 상기 웹 어플리케이션 서버가 수집한 정보를 통합하여 저장하는 데이터 베이스 서버, 그리고 상기 데이터 베이스 서버에 저장된 정보를 상기 모바일 단말기로 전송하기 위한 응용 프로그래밍 인터페이스 게이트웨이(application programming interface gateway)를 포함할 수 있다.

상기 제어 장치는 상기 타이어에 이상이 발생된 상태로 미리 설정된 제2 기준 시간이 경과하면, 상기 모뎀 단말을 통해 상기 타이어가 이상 상태임을 알리는 정보를 상기 클라우드 서비스로 송신할 수 있다.

상기 자전거용 전동 모듈은 상기 제어 장치가 제공하는 상기 타이어의 상태 정보를 표시하는 사용자 인터페이스 장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 자전거의 타이어 상태 진단 방법은 페달의 회전 속도를 측정하는 단계와, 구동륜의 회전 속도를 측정하는 단계와, 상기 구동륜을 회전시키는 모터의 토크를 측정하는 단계와, 상기 페달의 회전 속도, 상기 구동륜의 회전 속도, 및 상기 모터의 토크에 기초하여 타이어의 이상 여부를 판단하는 단계, 그리고 상기 타이어에 이상이 발생되면 사용자에게 경고하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 페달의 회전 속도에 따른 상기 모터의 토크 대비 상기 구동륜의 회전 속도를 분석하여 상기 타이어의 공기압을 추정하고, 추정된 상기 타이어의 공기압이 미리 설정된 허용 압력을 벗어나면 상기 타이어에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 타이어의 이상 여부를 판단하는 단계에서는, 상기 모터의 토크 최대값이 미리 설정된 제1 기준 시간동안 유지된 상태에서 상기 페달의 회전 속도에서 상기 구동륜의 회전 속도를 뺀 값이 미리 설정된 기준 속도를 초과하면, 상기 타이어에 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다.

상기 사용자에게 경고하는 단계에서는, 상기 타이어에 이상이 발생된 것으로 판단된 이후 미리 설정된 제2 기준 시간이 경과하면, 상기 타이어에 이상이 발생된 사실을 사용자에게 경고할 수 있다.

상기 사용자에게 경고하는 단계는 상기 타이어가 이상 상태임을 알리는 정보를 클라우드 서비스로 송신하는 단계와, 상기 클라우드 서비스가 수신한 상기 타이어의 상태 정보를 모바일 단말기로 송신하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 자전거용 전동 모듈 및 자전거 타이어 관리 시스템은 타이어의 상태를 효과적으로 진단할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 자전거의 타이어 상태 진단 방법은 타이어의 상태를 효과적으로 진단할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자전거용 전동 모듈이 장착된 자전거의 사시도이다.
도 2는 도 1의 자전거용 전동 모듈이 타이어의 상태를 진단하기 위한 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자전거용 전동 모듈을 이용하여 자전거의 타이어를 진단하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 도 3에서 자전거의 타이어를 진단하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자전거용 전동 모듈을 이용하여 자전거의 타이어를 상태에 따라 모터를 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자전거 타이어 진단 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자전거 타이어 진단 시스템을 이용하여 자전거의 타이어를 진단하는 방법을 나타낸 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 제2 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

도면들은 개략적이고 축척에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 축소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 자전거용 전동 모듈(201)을 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자전거용 전동 모듈(201)이 적용된 자전거(100)를 예시적으로 나타낸다. 도 1은 체인이 없는 자전거(100)를 일례로 예시하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 체인으로 구동되는 다른 자전거에도 통상의 기술자가 적절한 수정 및 변형을 통해 본 발명의 제1 실시예에 따른 자전거용 전동 모듈(201)을 적용할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 자전거용 전동 모듈(201)이 적용된 자전거(100)는 프런트 프레임(10), 미들 프레임(20), 및 리어 프레임(30)을 포함할 수 있다.

프런트 프레임(10)은 전륜(12)과, 핸들부(13)가 연결되는 핸들 스테이(14)를 포함할 수 있다.

핸들부(13)는 핸들스테이(14)의 하단에 결합되는 핸들 스템(15)과, 이 핸들스테이(14)에 결합되는 핸들바(16)와, 이 핸들바(16)에 설치되는 핸들 그립(17)을 포함할 수 있다.

핸들 스템(15)은 핸들부(13)의 높이 조절을 위해 마련되며, 핸들바(16)는 자전거의 조향을 결정하기 위해 마련될 수 있다.

또한, 핸들 그립(17)에는 자전거(100)에 장착된 후술할 자전거용 전동 모듈(201)의 상태를 사용자에게 표시해주고 사용자의 요구 사항을 버튼 또는 디스플레이를 통하여 제어 장치(270)로 전달하는 사용자 인터페이스 장치(210)가 마련된다. 이러한 사용자 인터페이스 장치(210)는 제어 장치(270)와 유선 또는 무선을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 사용자 인터페이스 장치(210)가 표시하는 정보에는 타이어(80)의 상태 정보가 포함될 수 있다.

미들 프레임(20)의 일단에는 발전기(280)가 마련되고, 이 발전기(280)의 양 측에는 페달(22)이 회전 가능하게 장착될 수 있다. 사용자가 페달(22)을 회전시키면, 즉 페달(22)이 회전 에너지를 발생시키면, 페달(22)의 회전 에너지를 발전기(280)에서 전기 에너지로 변환하고, 발전기(280)의 전기 에너지는 미들 프레임(20)에 마련되는 배터리(285)에 축전될 수 있다.

또한, 미들 프레임(20)은 안장(24)을 설치하기 위한 새들 튜브(25)를 더 포함할 수 있다. 새들 튜브(25)는 미들 프레임(20)의 후방에 돌출 마련되는 시트 튜브(26)에 높이 조절 가능하게 결합된다.

리어 프레임(30)의 단부에는 후륜(34)이 회전 가능하게 장착된다. 후륜(34)의 중심에는 이 후륜(34)을 회전 구동시켜 자전거(100)를 전진시키기 위한 모터(250)가 장착된다. 즉, 후륜(34)이 구동륜이 된다. 하지만, 후륜(34)이 반드시 구동륜이 되는 것은 아니며, 전륜(12)에 모터가 장착되면 전륜(12)이 구동륜이 될 수도 있다. 이와 같이, 전륜(12)과 후륜(34) 중 동력을 전달받아 회전하는 바퀴가 구동륜이 될 수 있다. 이하, 본 명세서에서는 후륜(34)을 구동륜이라 한다.

또한, 전륜(12)과 구동륜(34)인 후륜은 각각 타이어(80)를 포함한다.

한편, 배터리(285)와 제어 장치(270)의 위치는 전술한 바에 한정되는 것은 아니며, 미들 프레임(20)이 아닌 리어 프레임(30)에 내장될 수도 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 자전거용 전동 모듈(201)은 전술한 제어 장치(270), 사용자 인터페이스 장치(210), 발전기(280), 및 배터리(285)를 포함한다. 또한, 자전거용 전동 모듈(201)은 페달 회전 속도 검출부(230), 모터(250), 및 구동륜 회전 속도 검출부(260)를 더 포함한다. 이러한 자전거용 전동 모듈(201)은 자전거(100)에 장착되어 자전거를 전기 에너지로 구동시키게 된다.

페달 회전 속도 검출부(230)는 페달의 회전 속도를 측정할 수 있다. 일례로, 페달 회전 속도 검출부(230)는 페달(22)의 회전축에 설치될 수 있다.

구동륜 회전 속도 검출부(260)는 구동륜(34)의 회전 속도를 측정할 수 있다. 일례로, 구동륜 회전 속도 검출부(260)는 구동륜(34)의 회전축에 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서 모터(250)의 토크는 모터(250)에 장착된 토크 센서로 측정하거나 모터(250)에 인가되는 전류를 측정하여 간접적으로 산출할 수 있다.

제어 장치(270)는 페달(22)의 회전 속도, 모터(250)의 토크, 및 구동륜(34)의 회전 속도에 기초하여 타이어(80)의 이상 여부를 판단할 수 있다.

구체적으로, 제어 장치(270)는 페달(22)의 회전 속도에 따른 모터(250)의 토크 대비 구동륜(34)의 회전 속도를 분석하여 타이어(80)의 공기압을 추정할 수 있다. 그리고 제어 장치(270)는 추정된 타이어(80)의 공기압이 미리 설정된 허용 압력을 벗어나면 타이어(80)에 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다.

그리고 제어 장치(270)가 자전거(100)의 타이어(80) 이상을 감지하고 모터(250)의 토크 전달 효율이 떨어지게 되면 자전거용 전동 모듈(201)의 시스템에 과전류가 흐르지 않도록 제어할 수 있다.

또한, 제어 장치(270)는 자전거(100)의 타이어(80)가 완전히 퍼진 것을 감지하여 오동작을 방지하고 더 이상의 정상 동작이 불가능함을 사용자에게 알릴 수 있다.

사용자 인터페이스 장치(210)는 제어 장치(270)가 제공하는 타이어(80)의 상태 정보를 전술한 바와 같이 표시할 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스 장치(210)는 디스플레이를 통해 사용자에게 경고 표시를 하거나 타이어(80)의 공기압이 허용 범위를 벗어났음을 사용자가 인식할 수 있도록 다양한 형태로 신호를 발생시킬 수 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 자전거용 전동 모듈(201)은 기본적으로 자전거(100)를 구동시킬 수 있을 뿐만 아니라 타이어(80)의 상태를 효과적으로 진단할 수 있다.

특히, 자전거(100)의 타이어(80)의 상태를 타이어(80)의 압력을 측정하기 위한 별도의 압력 센서 없이도 효과적으로 진단할 수 있다. 그리고 사용자에 이를 경고함으로써, 사용자가 적절하게 대처케 하여 안전을 확보할 수 있다.

구체적으로, 자전거(100)의 타이어(80)의 공기압이 낮아지면 타이어(80)의 마모가 심해지고 접지 저항이 증가하여 주행 시 더 큰 토크를 필요로 하게 된다. 또한, 타이어(80)의 공기압 부족은 자전거용 전동 모듈(201)의 파워 손실 뿐만 아니라 튜브의 파손으로도 이어지기 때문에 주행 중인 운전자에게 큰 위험이 발생할 수 있다. 따라서 자전거(100)의 타이어(80)의 상태를 감지하여 고장에 대처하는 것이 중요하다.

이에, 본 발명의 제1 실시예에서는, 자전거(100)의 타이어(80)의 파손이 일어나기 전 사용자에게 공기압 저하로 인한 위험을 인지시켜주고 사전에 고장 진단이 가능하도록 유도하여 위험 사고를 예방할 수 있게 된다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 자전거용 전동 모듈(201)이 장착된 자전거(100)의 타이어(80) 상태 진단 방법을 상세히 설명한다.

먼저, 페달(22)의 회전 속도와, 구동륜(34)의 회전 속도, 그리고 모터(250)의 토크를 측정할 수 있다. 여기서, 모터(250)의 토크는 토크 센서를 이용하여 측정하거나 인가되는 전류를 이용하여 산출할 수 있다.

다음, 페달(22)의 회전 속도, 구동륜(34)의 회전 속도, 및 모터(250)의 토크에 기초하여 타이어(80)의 이상 여부를 판단할 수 있다. 이러한 판단은 제어 장치(270)가 하게 된다.

구체적으로, 타이어(80)의 이상 여부를 판단하는 단계에서는, 모터(250)의 토크 최대값이 미리 설정된 제1 기준 시간동안 유지된 상태에서 페달(22)의 회전 속도에서 구동륜(34)의 회전 속도를 뺀 값이 미리 설정된 기준 속도를 초과하면, 타이어(80)에 이상이 발생된 것으로 판단하게 된다. 이때, 타이어(80)의 이상 발생은 타이어(80)에 단순히 공기압이 부족한 것일 수 있고, 타이어(80)가 마모되거나 파손된 것일 수도 있다. 여기서, 제1 기준 시간 및 기준 속도는 자전거(100)에 장착된 타이어(80) 및 모터(250)의 사양과 성능에 따라 결정될 수 있다.

다음, 타이어(80)에 이상이 발생된 것으로 판단하면 사용자에게 경고할 수 있다. 이와 같은 사용자에게 경고는 제어 장치(270)의 제어에 따라 사용자 인터페이스 장치(210)가 수행할 수 있다.

구체적으로, 사용자에게 경고하는 단계에서는, 타이어(80)에 이상이 발생된 것으로 판단된 이후 미리 설정된 제2 기준 시간이 경과하면, 타이어(80)에 이상이 발생된 사실을 사용자에게 경고할 수 있다. 여기서, 제2 기준 시간은 자전거(100)에 장착된 타이어(80) 및 모터(250)의 사양과 성능에 따라 결정될 수 있다.

이와 같이, 타이어(80)의 이상 발생 사실을 판단한 이후 사용자에게 경고하기 전까지 지연 시간을 두는 이유는 자전거(100)의 주행 상황에 따라 측정된 페달(22)의 회전 속도와 구동륜(34)의 회전 속도 그리고 모터(250)의 토크에 일시적인 오류 발생할 수 있으므로, 이러한 측정 오류에 따른 노이즈를 필터링하기 위함이다. 이에, 불필요한 상황에서 사용자에게 빈번하게 경고하는 것을 방지할 수 있다.

전술한 바와 같이, 자전거(100)의 타이어 상태 진단 방법은 페달(22)의 회전 속도에 따른 모터(250)의 토크 대비 구동륜(34)의 회전 속도를 분석하여 타이어(80)의 공기압을 추정하고, 추정된 타이어(80)의 공기압이 미리 설정된 허용 압력을 벗어나면 타이어(80)에 이상이 발생한 것으로 판단함으로써, 자전거(100)의 타이어(80)의 상태를 효과적으로 진단할 수 있다.

타이어(80)의 상태를 진단한 결과, 타이어(80)의 공기압이 정상인 경우에는, 모터(250)의 토크에 따라 일정한 속도로 구동륜(34)이 회전하게 되지만, 타이어(80)의 공기압이 낮아질 경우, 부족한 타이어(80)의 공기압에 비례하여 모터(250)의 토크 대비 구동륜 회전 속도가 정상적으로 유지되지 못하게 된다. 그리고 구동륜 회전 속도가 낮아지면, 페달 회전 속도와 차이가 발생하면서 에러(error)값이 증가하게 되고, 에러값을 줄이기 위해 모터(250)에 인가되는 전류값이 증가하면서 저전거용 전동 모듈(201)의 시스템 부하가 높아지게 된다.

하지만, 본 발명의 제1 실시예에 따른 자전거용 전동 모듈(201) 및 이를 사용한 자전거(100)의 타이어 상태 진단 방법을 통해 타이어(80)의 압력을 측정하기 위한 별도의 압력 센서 없이도 사용자는 타이어(80)의 상태를 진단하여 적절하게 대응할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 자전거용 전동 모듈(201)은 단순히 타이어(80)의 상태를 진단하여 사용자에게 경고하는 것에 그치지 않고, 타이어(80)의 공기압에 따라 모터(250)의 토크를 보정하여 사용자에게 주행 이질감을 줄여줄 수 있다.

구체적으로, 도 5에 도시한 바와 같이, 제어 장치(270)는 페달(22)의 회전 속도와, 구동륜(34)의 회전 속도, 그리고 모터(250)의 토크를 측정하고, 페달(22)의 회전 속도, 구동륜(34)의 회전 속도, 및 모터(250)의 토크에 기초하여 타이어(80)의 공기압을 추정할 수 있다. 그리고 제어 장치(270)는 추정된 타이어(80)의 공기압 변화에 따라 모터(250)의 토크를 보정할 수 있다. 즉, 추정된 타이어(80)의 공기압이 미리 설정된 허용 범위를 벗어나면, 모터(250)의 토크를 보정할 수 있다. 여기서, 미리 설정된 허용 범위는 타이어(80)의 사양과 성능에 따라 결정될 수 있다.

이와 같이, 타이어(80)의 공기압 변화에 따라 모터(250)의 토크를 보정함으로써, 타이어(80)의 현재 공기압에 따라 모터(250)가 적정 토크를 제공하여 사용자에게 주행 이질감을 줄여줄 수 있는 파스(power assistor system, PAS) 제어 기법을 구현할 수도 있다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 자전거 타이어 관리 시스템(102)을 설명한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 자전거 타이어 관리 시스템(101)은 자전거용 전동 모듈(202)와, 클라우드 서비스(400), 그리고 모바일 단말기(500)를 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 자전거 타이어 관리 시스템(101)에 사용된 자전거용 전동 모듈(202)은 앞서 설명한 제1 실시예의 전동 모듈(201)과 마찬가지로 자전거(100)에 장착되어 자전거(100)를 전기 에너지로 구동시킬 수 있다. 여기서, 자전거(100)는 회전 에너지를 발생시키는 페달(22)과, 동력을 전달받아 회전하는 구동륜(34)를 포함할 수 있다.

자전거용 전동 모듈(202)은 페달(22)의 회전 속도를 측정하는 페달 회전 속도 검출부(230)와, 구동륜(34)을 회전시키는 모터(250)와, 구동륜(34)의 회전 속도를 측정하는 구동륜 회전 속도 검출부(260)와, 페달(22)의 회전 속도, 모터(250)의 토크, 및 구동륜(34)의 회전 속도에 기초하여 타이어(80)(도 1에 도시)의 이상 여부를 판단하는 제어 장치(270), 그리고 제어 장치(270)가 제공하는 타이어(80)의 상태 정보를 송신하는 모뎀 단말(290)을 포함한다.

그리고 자전거용 전동 모듈(202)는 사용자 인터페이스 장치(210)를 더 포함할 수 있다.

모바일 단말기(500)는 자전거(100) 및 자전거용 전동 모듈(202)을 관리하고 타이어(80)의 상태 정보를 표시하기 위한 어플리케이션이 설치될 수 있다. 즉, 사용자가 자전거(100)를 이용하고 있지 않은 상태에서도 모바일 단말기(500)를 통해 자전거(100)의 타이어(80)의 상태 정보를 확인할 수 있다.

클라우드 서비스(400)는 자전거용 전동 모듈(202)의 모뎀 단말(290)이 송신한 정보를 수신하여 저장된 정보를 업데이트하고, 모바일 단말기(500)로 업데이트된 정보를 송신할 수 있다.

구체적으로, 클라우드 서비스(400)는 자전거용 전동 모듈(202)의 모뎀 단말(290)과 통신하는 웹 어플리케이션 서버(420)와, 웹 어플리케이션 서버(420)가 수집한 정보를 통합하여 저장하는 데이터 베이스 서버(430), 그리고 데이터 베이스 서버(430)에 저장된 정보를 모바일 단말기(500)로 전송하기 위한 응용 프로그래밍 인터페이스(application programming interface, API) 게이트웨이(gateway)(450)를 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에서, 자전거용 전동 모듈(202)의 제어 장치(270)는 페달(22)의 회전 속도에 따른 모터(250)의 토크 대비 구동륜(34)의 회전 속도를 분석하여 타이어(80)의 공기압을 추정할 수 있다. 그리고 제어 장치(270)는 추정된 타이어(80)의 공기압이 미리 설정된 허용 압력을 벗어나면 타이어(80)에 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 제어 장치(270)는 추정된 타이어(80)의 공기압 변화에 따라 모터(250)의 토크를 보정할 수도 있다.

구체적으로, 자전거용 전동 모듈(202)의 제어 장치(270)는 모터(250)의 토크 최대값이 기설정된 제1 기준 시간동안 유지된 상태에서 페달(22)의 회전 속도에서 구동륜(34)의 회전 속도를 뺀 값이 미리 설정된 기준 속도를 초과하면, 타이어(80)에 이상이 발생된 것으로 판단할 수 있다. 그리고 제어 장치(270)는 타이어(80)에 이상이 발생된 상태로 미리 설정된 제2 기준 시간이 경과하면, 모뎀 단말(290)을 통해 타이어(80)가 이상 상태임을 알리는 정보를 클라우드 서비스(400)로 송신할 수 있다. 그리고 클라우드 서비스(400)는 타이어(80)의 상태 정보를 모바일 단말기(500)로 송신하여 사용자에게 정보를 알리거나 경고할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에서, 자전거용 전동 모듈(202)의 사용자 인터페이스 장치(210)는 제어 장치(270)가 제공하는 타이어(80)의 상태 정보를 표시할 수도 있다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 자전거 타이어 관리 시스템(101)은 타이어(80)의 상태를 효과적으로 진단할 수 있다. 그리고 타이어(80)에 이상 발생 시 사용자에 이를 경고함으로써, 사용자가 적절하게 대처케 하여 안전을 확보할 수 있다.

특히, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 사용자는 자전거(100)에 탑승한 상태에서 사용자 인터페이스 장치(210)를 통해 타이어의 상태를 확인할 수 있을 뿐만 아니라 자전거(100)와 멀리 떨어진 상태에서도 원격으로 모바일 단말기(500)를 통해 타이어(80)의 상태를 확인할 수 있다.

이하, 도 7을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 자전거 타이어 관리 시스템(101)를 사용한 자전거(100)의 타이어(80) 상태 진단 방법을 상세히 설명한다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에서는, 사용자에게 경고하는 단계가 타이어(80)가 이상 상태임을 알리는 정보를 클라우드 서비스(400)로 송신하는 단계와 클라우드 서비스(400)가 수신한 타이어(80)의 상태 정보를 모바일 단말기(500)로 송신하는 단계를 포함할 수 있다.

이에, 사용자는 자전거(100)와 멀리 떨어진 상태에서도 원격으로 모바일 단말기(500)를 통해 타이어(80)의 상태를 확인할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 프런트 프레임 20: 미들 프레임
30: 리어 프레임 12: 전륜
14: 핸들 스테이 16: 핸들바
17: 핸들 그립 22: 페달
24: 안장 25: 새들 튜브
26: 시트 튜브 34: 후륜, 구동륜
80: 타이어
100: 자전거
101: 자전거 타이어 관리 시스템
201, 202: 자전거용 전동 모듈
210: 사용자 인터페이스 장치
230: 페달 회전 속도 검출부
250: 모터
260: 구동륜 회전 속도 검출부
270: 제어 장치
280: 발전기
285: 배터리
290: 모뎀 단말
400: 클라우드 서비스
420 웹 어플리케이션 서버
430: 데이터 베이스 서버
450: 응용 프로그래밍 인터페이스 게이트웨이
500: 모바일 단말기

Claims

회전 에너지를 발생시키는 페달과 동력을 전달받아 회전하는 구동륜을 포함하는 자전거에 장착되는 자전거용 전동 모듈에 있어서,
상기 페달의 회전 속도를 측정하는 페달 회전 속도 검출부;
상기 구동륜을 회전시키는 모터;
상기 구동륜의 회전 속도를 측정하는 구동륜 회전 속도 검출부;
상기 페달의 회전 속도, 상기 모터의 토크, 및 상기 구동륜의 회전 속도에 기초하여 타이어의 이상 여부를 판단하는 제어 장치; 및
상기 제어 장치가 제공하는 상기 타이어의 상태 정보를 표시하는 사용자 인터페이스 장치
를 포함하는 자전거용 전동 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 페달의 회전 속도에 따른 상기 모터의 토크 대비 상기 구동륜의 회전 속도를 분석하여 상기 타이어의 공기압을 추정하는 자전거용 전동 모듈.
제2항에 있어서,
상기 제어 장치는 추정된 상기 타이어의 공기압이 미리 설정된 허용 압력을 벗어나면 상기 타이어에 이상이 발생된 것으로 판단하는 자전거용 전동 모듈.
제2항에 있어서,
상기 제어 장치는 추정된 상기 타이어의 공기압 변화에 따라 상기 모터의 토크를 보정하는 자전거용 전동 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 모터의 토크 최대값이 미리 설정된 제1 기준 시간동안 유지된 상태에서 상기 페달의 회전 속도에서 상기 구동륜의 회전 속도를 뺀 값이 미리 설정된 기준 속도를 초과하면, 상기 타이어에 이상이 발생된 것으로 판단하는 자전거용 전동 모듈.
제5항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 타이어에 이상이 발생된 상태로 미리 설정된 제2 기준 시간이 경과하면, 상기 사용자 인터페이스가 상기 타이어에 이상이 발생된 사실을 알리도록 제어하는 자전거용 전동 모듈.
회전 에너지를 발생시키는 페달과 동력을 전달받아 회전하는 구동륜을 포함하는 자전거에 장착되며, 상기 페달의 회전 속도를 측정하는 페달 회전 속도 검출부와 상기 구동륜을 회전시키는 모터와 상기 구동륜의 회전 속도를 측정하는 구동륜 회전 속도 검출부와 상기 페달의 회전 속도, 상기 모터의 토크, 및 상기 구동륜의 회전 속도에 기초하여 타이어의 이상 여부를 판단하는 제어 장치 그리고 상기 제어 장치가 제공하는 상기 타이어의 상태 정보를 송신하는 모뎀 단말을 포함하는 자전거용 전동 모듈;
상기 자전거용 전동 모듈이 장착된 자전거를 관리하고 상기 타이어의 상태 정보를 표시하기 위한 어플리케이션이 설치된 모바일 단말기; 및
상기 모뎀 단말이 송신한 정보를 수신하여 저장된 정보를 업데이트하고, 상기 모바일 단말기로 업데이트된 정보를 송신하는 클라우드 서비스
를 포함하는 자전거 타이어 관리 시스템.
제7항에 있어서,
상기 클라우드 서비스는,
상기 모뎀 단말과 통신하는 웹 어플리케이션 서버;
상기 웹 어플리케이션 서버가 수집한 정보를 통합하여 저장하는 데이터 베이스 서버; 및
상기 데이터 베이스 서버에 저장된 정보를 상기 모바일 단말기로 전송하기 위한 응용 프로그래밍 인터페이스 게이트웨이(application programming interface gateway)
를 포함하는 자전거 타이어 관리 시스템.
제7항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 페달의 회전 속도에 따른 상기 모터의 토크 대비 상기 구동륜의 회전 속도를 분석하여 상기 타이어의 공기압을 추정하는 자전거 타이어 관리 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제어 장치는 추정된 상기 타이어의 공기압이 미리 설정된 허용 압력을 벗어나면 상기 타이어에 이상이 발생된 것으로 판단하는 자전거 타이어 관리 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제어 장치는 추정된 상기 타이어의 공기압 변화에 따라 상기 모터의 토크를 보정하는 자전거 타이어 관리 시스템.
제7항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 모터의 토크 최대값이 미리 설정된 제1 기준 시간동안 유지된 상태에서 상기 페달의 회전 속도에서 상기 구동륜의 회전 속도를 뺀 값이 미리 설정된 기준 속도를 초과하면, 상기 타이어에 이상이 발생된 것으로 판단하는 자전거 타이어 관리 시스템.
제12항에 있어서,
상기 제어 장치는 상기 타이어에 이상이 발생된 상태로 미리 설정된 제2 기준 시간이 경과하면, 상기 모뎀 단말을 통해 상기 타이어가 이상 상태임을 알리는 정보를 상기 클라우드 서비스로 송신하는 자전거 타이어 관리 시스템.
제7항에 있어서,
상기 자전거는 상기 제어 장치가 제공하는 상기 타이어의 상태 정보를 표시하는 사용자 인터페이스 장치를 더 포함하는 자전거 타이어 관리 시스템.
페달의 회전 속도를 측정하는 단계;
구동륜의 회전 속도를 측정하는 단계;
상기 구동륜을 회전시키는 모터의 토크를 측정하는 단계;
상기 페달의 회전 속도, 상기 구동륜의 회전 속도, 및 상기 모터의 토크에 기초하여 타이어의 이상 여부를 판단하는 단계; 및
상기 타이어에 이상이 발생되면 사용자에게 경고하는 단계
를 포함하는 자전거의 타이어 상태 진단 방법.
제15항에 있어서,
상기 페달의 회전 속도에 따른 상기 모터의 토크 대비 상기 구동륜의 회전 속도를 분석하여 상기 타이어의 공기압을 추정하고,
추정된 상기 타이어의 공기압이 미리 설정된 허용 압력을 벗어나면 상기 타이어에 이상이 발생한 것으로 판단하는 자전거의 타이어 상태 진단 방법.
제15항에 있어서,
상기 타이어의 이상 여부를 판단하는 단계에서는,
상기 모터의 토크 최대값이 미리 설정된 제1 기준 시간동안 유지된 상태에서 상기 페달의 회전 속도에서 상기 구동륜의 회전 속도를 뺀 값이 미리 설정된 기준 속도를 초과하면, 상기 타이어에 이상이 발생된 것으로 판단하는 자전거의 타이어 상태 진단 방법.
제17항에 있어서,
상기 사용자에게 경고하는 단계에서는,
상기 타이어에 이상이 발생된 것으로 판단된 이후 미리 설정된 제2 기준 시간이 경과하면, 상기 타이어에 이상이 발생된 사실을 사용자에게 경고하는 자전거의 타이어 상태 진단 방법.
제15항에 있어서,
상기 사용자에게 경고하는 단계는,
상기 타이어가 이상 상태임을 알리는 정보를 클라우드 서비스로 송신하는 단계와;
상기 클라우드 서비스가 수신한 상기 타이어의 상태 정보를 모바일 단말기로 송신하는 단계
를 포함하는 자전거의 타이어 상태 진단 방법.