1조 - 그냥책

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 자전거를 위한 자동변속기

영문 : Auto Transmission for Bicycle

과제 팀명

그냥 책

지도교수

성민영 교수님

개발기간

2018년 9월 ~ 2018년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 기계정보공학과 20124300** 오**(팀장)

서울시립대학교 기계정보공학과 20124300** 안**

서울시립대학교 기계정보공학과 20124300** 박**

서울시립대학교 기계정보공학과 20124300** 최**

서울시립대학교 기계정보공학과 20134300** 조**

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

자동으로 자전거의 기어를 변속하는 자동 변속기를 개발한다. 사람이 직접 제어하던 종래의 자동 변속기와는 다르게 이 변속기는 자전거의 상태를 기반으로 변속을 자동으로 수행하며, 여기에는 운전자가 가속을 원하는 상황인지 파악하기 위한 페달 압력 측정 기능 노면의 오르막 및 내리막을 파악하기 위한 경사 파악 기능, 자전거의 속도를 파악하기 위한 속도 감지 기능이 필요하며 이러한 기능은 각 센서를 자전거의 적절한 위치에 부착함으로써 구현된다. 변속의 경우 측정된 센서 값들을 이용하여 일련의 알고리즘을 거쳐 목적 기어비를 도출할 수 있으며, 모터를 이용하여 기어를 조작하게 된다. 이러한 메커니즘은 일반적인 자전거 변속기에 쉽게 적용될 수 있는 구조로 제작하여 대부분의 자전거에 쉽게 적용할 수 있게 하는 것을 목적으로 하며, 이 장치를 통해 운전자는 변속에 대해 신경을 쓸 필요가 없으므로 운행 내내 전방을 주시할 수 있어 안전에 대한 효과를 얻을 수 있게 된다.

개발 과제의 배경 및 효과

자전거는 가볍고 다루기 쉬운 운송수단으로써 다양한 노면에서 주행할 수 있으며, 크기가 작기 때문에 넓은 도로를 필요로 하지 않는다. 운전자가 페달을 밟아 크랭크에 토크를 부여하면 이 힘이 기어와 체인을 통해 전달되어 바퀴에 힘을 전달함으로써 주행하는 인력을 사용하는 장치로 속도 또한 빠르기 때문에 현재 각광받는 운송 수단으로 부상하고 있다. 전국에 상당히 많은 무인 자전거 대여소가 존재하여, 각 대여소에서 자전거를 대여하여 다른 대여소에 반납하는 방식으로 인프라가 구축되어 상당히 많은 사용자들이 이용하고 있다. 대부분의 자전거 변속기는 와이어가 부착된 수동 조작 장치를 운전자가 직접 조작하는 방식으로, 변속 장치를 조작하면 와이어에 장력이 부여되고, 이 장력이 자전거의 체인을 감싸고 있는 가이드를 조작하여 체인이 걸려있는 기어를 바꾸는 방식으로 작동된다. 이 가이드는 페달 축과 뒷바퀴 축에 존재하기 때문에 두 기어의 조합에 따라 기어비가 결정되며, 사람이 가하는 토크가 이 회전비에 반비례하여 전달된다. 자전거가 주행하기 위한 힘은 기어비에 반비례하며 사람이 가하하는 힘에 비례하므로, 경사를 올라가는 경우 기어비를 낮추어 운전자에게 요구하는 힘을 줄일 수 있다. 반대로 내려가는 경우, 운전자가 자전거에 속도를 증가시키기 위해서는 바퀴의 회전 속도보다 빠른 속도로 페달을 밟아야 하는데, 기어비를 높여 회전비를 증가시킨다면 쉽게 이를 달성할 수 있게 된다. 각 상황에 따른 기어비 판단은 개인에 따라 편차가 있으나 공통적으로 힘이 드는 노면에서는 기어를 낮추고 속도가 빠른 상황에서는 기어비를 높이는 방식을 사용하기 때문에 사용자에 대한 특성을 정의하는 상수를 도입하여 구현하는 것은 가능하다고 판단된다. 이러한 장치를 적용하게 된다면 안전 측면에서 긍정적인 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 초보적인 자전거 운전자는 기어 조작을 능숙하게 하지 못하며, 대부분의 자전거 변속 장치는 손을 이용한 조작을 요구하기 때문에 조작에 집중하다 운전 부주의로 인해 사고를 당할 수 있다. 자동 변속기를 이용한다면 운전자는 변속에 대해 신경 쓸 필요가 없으므로 안전한 주행이 가능할 것이다. 전자장치를 자전거에 부착한다는 점에서도 장점이 존재하는데, 사용자의 변속 패턴을 인식하여 개인에게 최적화 된 패턴을 도출할 수 있을 것이다. 또한 플랫폼이 부착되었기 때문에 여기에 응용 프로그램을 추가하여 주행 상태 모니터링 등의 편의 기능을 구현할 수 있으며 건강을 위한 정보 등도 저장할 수 있을 것이다. 나아가 통신을 이용한 멀티 플랫폼 환경을 구축할 수도 있으므로 Smart 한 자전거가 되는 인프라를 구축하는 첫걸음이 될 것이다.

개발 과제의 목표와 내용

◇ 자전거 동체와 페달 및 바퀴에 센서들을 부착하고, 각 측정값을 이용하여 자전거의 상태를 도출하는 관계식 개발 ◇ CPU와 통신 가능한 애플리케이션을 제작하여 사용하기 간편한 인터페이스 구축 ◇ 자전거 상태에 대한 기어비 도출 알고리즘 수립 ◇ (추가목표) 자전거 상태에 대한 변속 데이터를 수집 및 학습하여 자전거 상태에 대한 목적 기어비를 계산하는 변속 관계식 수립 ◇ 널리 사용할 수 있도록 종래의 변속 장치에 쉽게 적용할 수 있는 구조로 변속기 개발 ◇ 내구성을 보장하기 위한 응력 분산 설계 적용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적 및 사회적 파급효과

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

조립도

내용

조립순서

내용

부품도

내용

제어부 및 회로설계

내용

소프트웨어 설계

내용

자재소요서

내용

결과 및 평가

완료작품 소개

프로토타입 사진

내용

포스터

내용

특허출원번호 통지서

내용

개발사업비 내역서

내용

완료 작품의 평가

내용

향후평가

내용

부록

참고문헌 및 참고사이트

내용

소프트웨어 프로그램 소스

내용

개발 과제의 요약