KR20120129064A - 전기 자전거 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파워제어와 속도제어를 복합적으로 적용하여 주행 노면의 특성을 반영한 주행 성능, 특히 가속 성능이 향상된 전기 자전거를 제공한다.
이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거는, 페달 구동부와 구동륜을 연결하는 동력전달장치가 없는 전기 자전거에 있어서 페달의 회전 속도를 검출하는 페달 회전 속도 검출부; 구동륜의 회전 속도를 검출하는 구동륜 회전 속도 검출부; 구동륜을 구동시키는 모터; 페달 회전 속도 검출부를 통해 검출한 페달의 회전 속도를 기초로 모터의 토크를 제어하는 파워 제어 신호와, 페달 회전 속도 검출부를 통해 검출한 페달의 회전 속도와 구동륜 회전 속도 검출부를 통해 검출한 구동륜의 회전 속도의 차이에 따라 모터의 토크를 제어하는 속도 제어 신호를 중첩(superposition)시킨 후 중첩되어 생성된 제어 신호로 모터를 제어하는 제어부;를 포함한다.
이를 통해, 주행 환경에 적합하게 모터를 제어하여 전기 자전거의 가속 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 페달의 회전 속도와 구동륜의 회전 속도의 기어비를 조절하여 자동변속기능을 구현할 수 있다. 또한, 사용자가 페달에 전달하는 파워(POWER)를 직관적인 비율에 따라 증폭할 수 있다.

Description

전기 자전거 및 그 제어방법{ELECTRIC VEHICLE AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 전기 자전거 및 그 제어방법에 관한 것으로, 속도 제어와 파워 제어를 복합적으로 적용하는 전기 자전거 및 그 제어방법에 관한 것이다.

자전거는 조향륜인 전륜과 구동륜인 후륜이 프레임의 전후방에 일직선으로 배치되고, 탑승자가 후륜과 연동되는 페달을 밟아 후륜을 회전시킴으로써 앞으로 전진하도록 구성되어 있다. 이러한 자전거에는 페달에서 발생되는 동력을 후륜까지 전달하는 체인이나 베벨기어 등의 동력전달장치가 설치된다.

특히 체인방식의 동력전달장치는 페달의 일측에 설치되는 구동 스프로킷 휠과, 이 구동 스프로킷 휠 보다 직경이 작으면서 구동륜인 후륜에 설치되는 종동 스프로킷 휠과, 구동 스프로킷 휠과 종동 스프로킷 휠을 연결하는 체인으로 이루어져 있다. 따라서, 이와 같은 구성에 의해 탑승자가 페달을 밟으면, 이 페달과 일체로 설치된 구동 스프로킷 휠이 회전하고, 동시에 체인에 의해 종동 스프로킷 휠과 연결되는 후륜도 회전하게 되어 자전거를 앞으로 전진시키는 것이다.

한편, 이와 같은 동력전달장치는 그 구조가 복잡하고, 자전거의 점유면적이 크며, 탑승자의 옷자락이 구동 스프로킷 휠과 체인의 사이에 끼이거나 오염되는 등의 문제가 있었다. 특히, 종동 스프로킷 휠에 다단식 변속장치가 설치된 경우에는 변속중 체인이 스프로킷 휠에서 자주 이탈하는 문제도 있었다.

최근에는 이러한 문제를 감안하여 동력전달장치가 없는 전기 자전거가 개발되어 사용되고 있다. 이러한 전기 자전거는 구동륜을 회전시키는 모터와 이 모터에 전원을 공급하는 배터리를 구비하고, 모터에 의해 구동륜을 회전시키는 방식으로 전기 자전거를 주행시킨다. 이때, 배터리의 충전은 페달과 연결된 발전기를 페달을 회전시키는 동작에 의해 작동시킴으로써 이루어진다.

일반적으로 전기 자전거를 주행시키기 위해 모터를 제어하는 방법으로, 파워제어와 속도제어가 있다.

파워제어의 경우에는 제어가 직관적이기 때문에 평지인 주행 노면에서는 좋은 승차감을 유지할 수 있으나, 경사가 있는 언덕 등의 주행 노면에서는 높은 페달 스피드가 요구되므로 승차감이 현저히 저하된다는 문제점이 있다.

또한, 속도제어의 경우에는 속도 차이에 의한 제어로서, 경사가 있는 언덕 등의 주행 노면에서는 빠른 속도 차이의 생성으로 좋은 승차감을 유지할 수 있으나, 평지인 주행 노면에서는 가속 시 반응이 느려서 승차감이 현저히 저하된다는 문제점이 있다.

본 발명은 파워제어와 속도제어를 복합적으로 적용하여 주행 노면의 특성을 반영한 주행 성능, 특히 가속 성능이 향상된 전기 자전거 및 그 제어방법을 제공한다.

이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거는, 페달 구동부와 구동륜을 연결하는 동력전달장치가 없는 전기 자전거에 있어서 페달의 회전 속도를 검출하는 페달 회전 속도 검출부; 구동륜의 회전 속도를 검출하는 구동륜 회전 속도 검출부; 구동륜을 구동시키는 모터; 페달 회전 속도 검출부를 통해 검출한 페달의 회전 속도를 기초로 모터의 토크를 제어하는 파워 제어 신호와, 페달 회전 속도 검출부를 통해 검출한 페달의 회전 속도와 구동륜 회전 속도 검출부를 통해 검출한 구동륜의 회전 속도의 차이에 따라 모터의 토크를 제어하는 속도 제어 신호를 중첩(superposition)시킨 후 중첩되어 생성된 제어 신호로 모터를 제어하는 제어부;를 포함한다.

또한, 제어부의 파워 제어 신호는, 페달 회전 속도 검출부를 통해 검출한 페달의 회전 속도를 기초로 페달감 듀티를 산출하여 모터의 토크를 제어하는 신호이다.

또한, 제어부의 속도 제어 신호는, 페달 회전 속도 검출부를 통해 검출한 페달의 회전 속도와 구동륜 회전 속도 검출부를 통해 검출한 구동륜의 회전 속도의 차이에 따라 페달과 모터의 기어비를 산출하여 산출된 기어비로 모터의 토크를 제어하는 신호이다.

또한, 제어부의 중첩되어 생성된 제어 신호는, 파워 제어 신호와 속도 제어 신호를 비교하여 각 신호 중에서 신호의 크기가 큰 신호 부분을 결합하여 생성된 제어 신호이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전기 자전거 제어방법은, 페달 구동부와 구동륜을 연결하는 동력전달장치가 없는 전기 자전거 제어방법에 있어서 페달의 회전 속도를 검출하고; 구동륜의 회전 속도를 검출하고; 검출한 페달의 회전 속도를 기초로 구동륜을 구동시키는 모터의 토크를 제어하는 파워 제어 신호와, 검출한 페달의 회전 속도와 검출한 구동륜의 회전 속도의 차이에 따라 모터의 토크를 제어하는 속도 제어 신호를 중첩(superposition)시킨 후 중첩되어 생성된 제어 신호로 모터를 제어한다.

또한, 파워 제어 신호는, 검출한 페달의 회전 속도를 기초로 페달감 듀티를 산출하여 모터의 토크를 제어하는 신호이다.

또한, 속도 제어 신호는, 검출한 페달의 회전 속도와 검출한 구동륜의 회전 속도의 차이에 따라 페달과 모터의 기어비를 산출하여 산출된 기어비로 모터의 토크를 제어하는 신호이다.

또한, 중첩되어 생성된 제어 신호는, 파워 제어 신호와 속도 제어 신호를 비교하여 각 신호 중에서 신호의 크기가 큰 신호 부분을 결합하여 생성된 제어 신호이다.

또한, 주행 노면이 평지인지 여부를 판단하는 것을 더 포함한다.

또한, 중첩되어 생성된 제어 신호는, 판단된 주행 노면이 평지인 경우에는 파워 제어 신호를 포함하고, 판단된 주행 노면이 경사가 있는 경우에는 속도 제어 신호를 포함한다.

위에서 설명한 본 발명에 따르면, 주행 환경에 적합하게 모터를 제어하여 전기 자전거의 가속 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 페달의 회전 속도와 구동륜의 회전 속도의 기어비를 조절하여 자동변속기능을 구현할 수 있다. 또한, 사용자가 페달에 전달하는 파워(POWER)를 직관적인 비율에 따라 증폭할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 개략적인 제어블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 제어부를 상세하게 도시한 제어블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 제어 과정을 도시한 개념블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 구성을 도시한 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거는 페달(23)의 구동부와 구동륜인 뒤바퀴(41)를 연결하는 동력전달장치가 존재하지 않는다. 전기 자전거는 프런트프레임(10)과, 센터 프레임(20)과, 새들 프레임(30) 및 리어 프레임(40)을 포함한다.

이러한 프레임들(10,20,30,40)은 힌지 축에 의해 순차적으로 축 결합되어 힌지 축을 중심으로 전후로 회동 가능하게 마련되는 힌지플레이트(60)와 결합된다.

프런트 프레임(10)의 일단은 앞바퀴(11)와 핸들부(17)가 연결되는 핸들스테이(12)가 결합되는 헤드튜브(13)의 후방에 결합된다. 이때, 프런트 프레임(10)과 헤드튜브(13)은 일체형으로 이루어질 수도 있다.

핸들부(17)는 핸들스테이(12)의 상단에 결합되는 핸들 스템(14)과, 이 핸들 스템(14)에 결합되는 핸들바(15)와, 이 핸들바(15)에 설치되는 핸들 그립(16)을 포함한다.

여기서, 핸들 스템(14)은 핸들부(17)의 높이 조절을 위해 마련된다. 핸들바(15)는 자전거의 조향을 결정하기 위해 마련된다. 핸들 그립(16)에는 후술할 센터 프레임(20)의 발전기(21)를 통한 답력을 조절하는 동시에 리어 프레임(40)의 모터(400)의 구동속도를 조절할 수 있도록 조절유닛이 마련된다. 이러한 조절유닛은 제어부(300)와 전기적으로 연결된다.

핸들스테이(12)의 하단 일측에는 앞바퀴(11)가 회전 가능하게 결합된다. 이때, 본 발명의 일실시예에서 앞바퀴(11)는 전기 자전거를 후방에서 바라볼 때를 기준으로 핸들스테이(12)의 하단 우측에 결합될 수 있으며, 앞바퀴(11)는 통상적인 자전거처럼 포크형상으로 이루어진 핸들스테이에 결합될 수도 있다.

센터 프레임(20)의 일단에는 발전기(21)가 마련되고, 이 발전기(21)의 양 측에는 페달(23)이 회전 가능하게 장착된다. 즉, 사용자가 페달(23)을 회전시키면 이 페달(23)의 회전력을 발전기(21)에서 전기적 에너지로 변환되고, 이러한 발전기(21)의 전기적 에너지는 후술할 메인배터리(45)에 축전될 수 있다.

또한, 발전기(21) 내부에는 페달(23)의 회전 중심 축에 인접하여 위치하는 페달 회전 속도 검출부(100)가 설치될 수 있다. 페달 회전 속도 검출부(100)는 사용자의 페달 의지를 나타내는 페달의 회전 속도를 검출한다.

새들 프레임(30)의 일단에는 사용자가 안착되는 안장(31)이 장착된다. 이러한 새들 프레임(30)은 사용자의 체격에 따라 힌지축을 중심으로 회전폭을 조정할 수 있다.

리어 프레임(40)의 일단 좌측에는 뒷바퀴(41)가 회전 가능하게 장착된다.

또, 뒷바퀴(41)는 도시되지는 않았지만 통상적인 자전거와 같이 포크 형상으로 마련되는 리어 프레임(40)에 장착될 수도 있다.

이러한 뒷바퀴(41)에는 이 뒷바퀴(41)를 회전시켜 자전거를 전진시키기 위한 모터(500)가 장착된다. 또한, 구동륜인 뒷바퀴(41)에는 구동륜의 회전 속도를 검출하는 구동륜 회전 속도 검출부(200)가 장착된다. 모터(500)에는 사용자가 조절유닛의 조작으로 인해 뒷바퀴(41)의 회전 속도를 변화시킬 수 있도록 변속기(미도시)가 장착될 수 있다.

이와 같이 리어 프레임(40)의 일단 좌측에 장착되는 뒷바퀴(41)에는 접이식 자전거를 펼칠 경우 프런트 프레임(10)에 결합되는 핸들스테이(12)의 하단 우측에 결합되는 앞바퀴(11)와 일직선상에 배치되도록 마련된다.

이를 위해 리어 프레임(40)은 뒷바퀴(41)와 앞바퀴(11)가 일직선상에 배치될 수 있도록 리어 프레임(40)의 타단에서 외측으로 굽은 형상을 가진다.

또, 센터 프레임(20)에 장착되는 발전기(21)의 중심 즉, 발전기(21)의 양 측에 장착되는 페달(23)의 중심과, 새들 프레임(30)에 장착되는 안장(31)의 중심 및 핸들스테이(12)에 연결되는 핸들바(15)의 중심은 앞바퀴(11)와 뒷바퀴(41)를 연장하는 일직선상에 배치된다. 이를 위해 센터 프레임(20) 역시 리어 프레임(40)과 같이 외측으로 굽은 형상을 가질 수 있다.

또, 리어 프레임(40)에는 발전기(21)를 통해 변환된 전기적 에너지를 축전시키는 메인배터리(45)와 제어부(300)가 내장될 수 있다.

이때, 메인배터리(45)는 상술한 바와 같이 리어 프레임(40)에 내장될 뿐만 아니라 센터 프레임(20)에 내장될 수도 있다.

제어부(300)는 발전기(21), 메인배터리(45), 모터(500) 및 보조배터리(47)를 전기적으로 제어하는 역할을 한다.

또, 본 발명의 실시예에서는 메인배터리(45) 뿐만 아니라 외부로부터 착탈

가능하게 마련되는 외장형 보조배터리(47)와, 메인배터리(45)와 보조배터리(47) 사이의 전원을 연결 및 차단하는 커넥터(46)를 포함할 수 있다. 이때, 커넥터(46)는 메인배터리(45)의 일측에 배치되어 보조배터리(47)가 장착되지 않은 경우 제어부(300)가 모터(500)를 구동시킬 수 있도록 메인배터리(45)와 모터(500)를 연결하게 한다.

또, 본 발명의 실시예에서는 프런트 프레임(10)과 센터 프레임(20)의 사이에 와이어부재(71)가 설치된다. 와이어부재(71)는 각 프레임(10,20,30,40)이 사용자의 체중으로 인해 발생되는 하중을 견딜 수 있도록 하는 역할을 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 개략적인 제어블록도이다.

본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거는 페달 회전 속도 검출부(100), 구동륜 회전 속도 검출부(200), 제어부(300), 구동부(400), 모터(500)를 포함한다.

페달 회전 속도 검출부(100)는 사용자의 페달 의지에 따라 회전하는 페달의 회전 속도를 검출한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 페달 회전 속도 검출부(100)는 페달 회전축 중심이 위치하는 발전기(21) 내부에 설치될 수 있다. 또한, 도 1에 도시한 바와 달리 발전기(21) 외부에 설치될 수도 있다(미도시).

구동륜 회전 속도 검출부(200)는 구동륜인 뒷바퀴(41)의 회전 속도를 검출한다. 위의 페달 회전 속도 검출부(100)와 마찬가지로 뒷바퀴(41)의 회전축 중심을 기준으로 내부 또는 외부에 설치될 수 있다.

제어부(300)는 페달 회전 속도 검출부(100)를 통해 검출한 페달의 회전 속도를 기초로 모터(500)의 토크를 제어하는 파워 제어 신호와, 페달 회전 속도 검출부(100)를 통해 검출한 페달의 회전 속도와 구동륜 회전 속도 검출부(200)를 통해 검출한 구동륜의 회전 속도의 차이에 따라 모터(500)의 토크를 제어하는 속도 제어 신호를 중첩(superposition)시킨 후, 중첩되어 생성된 제어 신호로 모터(500)를 제어한다.

구동부(400)는 제어부(300)로부터 입력되는 전기적 신호를 모터(500)를 제어하기 위한 기계적 신호로 변환하여 모터(500)를 구동시킨다.

모터(500)는 제어부(300)로부터 입력되는 제어 신호를 구동부(400)를 통해 수신하여, 구동륜인 뒷바퀴(41)를 회전 구동시킨다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 제어부를 상세하게 도시한 제어블록도이다.

도 2에서 도시한 제어부(300)는 도 3에 도시된 바와 같이, 세부 구성을 포함할 수 있다.

제어부(300)는 페달감 듀티(Pedal Feel Duty) 산출부 (310), 기어비 산출부(315), 파워 제어 신호 생성부(320), 속도 제어 신호 생성부(325), 신호 중첩부(330), 모터 제어부(340)를 포함한다.

페달감 듀티 산출부(310)는 페달 회전 속도 검출부(100)를 통해 검출한 페달의 회전 속도를 기초로 사용자가 느끼는 페달감의 정도를 산출한다.

파워 제어 신호 생성부(320)는 페달감 듀티 산출부(310)를 통해 산출된 사용자의 페달감을 기초로 파워 제어 신호를 생성한다.

파워 제어는 전기 자전거의 모터(500)를 구동시키기 위해 모터(500)에 목표 전류를 인가할 때, 사용자의 페달 회전 속도에 기초하여 적절한 이득(GAIN)을 곱하여 모터(500)에 목표 전류값을 인가하여 모터(500)의 구동을 제어한다.

파워 제어는 제어가 직관적이어서 페달 회전 속도 검출부(100)를 통해 검출한 페달의 회전 속도를 기초로 산출된 페달감 듀티를 바로 반영하여 모터(500)의 토크를 제어할 파워 제어 신호를 생성한다.

기어비 산출부(315)는 페달 회전 속도 검출부(100)를 통해 검출한 페달의 회전 속도와 구동륜 회전 속도 검출부(200)를 통해 검출한 구동륜인 뒷바퀴(41)의 회전 속도를 기초로 하여 기어비를 산출한다. 이는 실제로 사용자가 페달(23)을 회전시키는 속도와 모터(500)에 의해 구동륜인 뒷바퀴(41)가 회전하는 속도를 적절하게 대응시키기 위함이다. 기어비 산출부(315)는 페달 회전 속도 검출부(100)를 통해 검출한 페달의 회전 속도와 구동륜 회전 속도 검출부(200)를 통해 검출한 구동륜의 회전 속도의 차이에 따라 기어비를 산출한다.

속도 제어 신호 생성부(325)는 페달 회전 속도 검출부(100)를 통해 검출한 페달의 회전 속도와 구동륜 회전 속도 검출부(200)를 통해 검출한 구동륜의 회전 속도의 차이에 따라 모터(500)를 제어할 신호(모터 제어 전류 신호)를 생성한다.

속도 제어는 모터(500)에 인가될 제어 전류 신호를 생성하는데 있어서, 사용자의 의지가 반영된 페달 회전 속도와 실제 전기 자전거의 속도의 차이를 통해 모터(500)에 인가될 제어 전류 신호를 생성한다.

속도 제어는 큰 모터 토크가 필요하지 않은 평지에서는 반응 속도가 낮아서 사용자가 좋은 승차감을 느낄 수 없으나, 큰 모터 토크가 필요한 경사로(특히, 오르막인 주행 노면에서)에서는 속도 차이가 빠르게 나타남에 따라 토크 생성이 빨리 이루어지므로 사용자가 좋은 승차감을 느낄 수 있다.

또한, 속도 제어 신호 생성부(325)는 검출된 페달의 회전 속도와 구동륜 회전 속도에 따라 산출된 기어비를 기초로 모터(500)의 토크를 제어할 속도 제어 신호를 생성할 수 있다.

신호 중첩부(330)는 파워 제어 신호 생성부(320)를 통해 생성된 파워 제어 신호와 속도 제어 신호 생성부(325)를 통해 생성된 속도 제어 신호를 중첩(superposition)한다. 신호 중첩부(330)는 파워 제어 신호와 속도 제어 신호를 비교하고, 각 신호 중에서 신호의 크기가 큰 신호 부분만을 추출하여 결합함으로써 중첩을 수행한다.

또한, 신호 중첩부(330)는 파워 제어 신호와 속도 제어 신호를 비교한 후, 두 신호 중에서 우선 순위를 두어 선택하는 방식이 아닌, 소정의 구간을 비교하여 신호의 크기가 큰 신호 부분만을 추출하여 결합하는 중첩(superposition) 방식을 통해 신호를 중첩한다.

모터 제어부(340)는 중첩되어 생성된 신호를 모터(500) 제어에 적용되도록 구동부(400)에 생성된 신호를 인가한다.

또한, 제어부(300)는 주행 노면이 평지인지 여부를 판단할 수 있다. 제어부(300)는 주행 노면이 평지인지 여부를 판단하여 파워 제어 신호와 속도 제어 신호를 신호 중첩부(330)를 통해 중첩할 수 있다. 즉, 제어부(300)의 신호 중첩부(330)는 주행 노면이 평지로 판단되는 경우에는 중첩되는 신호가 파워 제어 신호를 포함하도록 하고, 주행 노면이 경사가 있는 것으로 판단되는 경우에는 중첩되는 신호가 속도 제어 신호를 포함하도록 하여 중첩 신호를 생성할 수 있다.

파워 제어의 경우에는 모터(500)를 제어하는 방식이 직관적이기 때문에 평지인 노면에서 제어가 안정적이다.

속도 제어의 경우에는 모터(500)를 제어하는 방식이 속도 차이에 의한 것이므로, 경사가 있는 노면에서 빠른 속도 차이의 생성을 통해 모터(500)의 토크를 빠르게 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거는 파워 제어와 속도 제어를 중첩시켜 사용함으로써, 주변 환경에 적합한 주행 성능을 구비할 수 있다.

또한, 페달 회전 속도와 구동륜 회전 속도를 기초로 산정된 기어비를 통하여, 기계적인 변속 장치 없이도 자동 변속 기능을 구현할 수 있다.

또한, 구동부(400)는 모터 제어부(340)로부터 인가되는 중첩 신호에 따라 모터(500)가 구동하도록 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전기 자전거의 제어 과정을 도시한 개념블록도이다.

도 4에서, Tc는 목표 전류값이고, Vref는 목표 속도이고, Pref는 목표 전력이고, ωm은 모터의 회전 속도(RPM)이고, ωw는 구동륜의 회전 속도(RPM)이고, Im은 모터(500)의 전류값이고, R은 기어비이고, PFD는 페달감 듀티값을 나타낸다.

먼저 사용자에 의해 구동되는 페달(23)의 회전이 감지되면, 페달 회전 속도가 몇 RPM인지 산정한다. 산정된 페달 회전 속도에 적절한 이득(Gain)을 곱한 후에 파워 제어 신호를 생성한다. 또한, 산정된 페달 회전 속도와 구동륜의 회전 속도(Wheel RPM)를 기초로 속도 제어 신호를 생성한다. 또한, 자세하게는 구동륜의 회전 속도를 통해 기어비(R)를 산출하고 산출된 기어비와 페달 회전 속도에 따라 속도 제어 신호를 생성한다.

생성된 파워 제어 신호 및 속도 제어 신호는 각각 모터(500)를 제어하는 목표 전류값(Tc)으로 나타내진다. 위에서 설명한 바와 같이, 생성된 파워 제어 신호 및 속도 제어 신호는 각각 주행 노면 특성에 장단점이 있으므로, 파워 제어 신호와 속도 제어 신호의 장점만을 모터(500) 제어에 적용하기 위해서 두 신호를 결합하여 하나의 모터(500) 제어 신호를 생성한다.

파워 제어 신호와 속도 제어 신호를 결합하는데 있어서, 본 발명의 실시예에 따르면 중첩의 원리(superposition)를 적용할 수 있다. 즉, 파워 제어 신호와 속도 제어 신호를 시간 또는 주파수를 기준으로 대응시켜 비교한 후에, 대응되는 신호의 크기가 큰 부분을 취합하여 하나의 모터 제어 신호를 생성할 수 있다. 이는 주행 환경에 따른 파워 제어 신호와 속도 제어 신호 중에서 큰 토크를 발생시키는 목표 전류값(Tc)을 모터 제어에 적용하는 것이다.

일 예로, 경사가 없는 평지인 노면에서는 직관적으로 토크를 생성하는 파워 제어가 유리하므로 파워 제어 신호가 모터 제어 신호를 형성하고, 반대로 경사가 있는 경사로 노면에서는 빠른 속도 차이가 토크를 생성하는 속도 제어 신호가 모터 제어 신호를 형성할 수 있다.

또한, 파워 제어 신호와 속도 제어 신호를 중첩의 원리를 통해 결합한 모터 제어 신호에 따라 모터(500)를 제어한 후, 모터(500)의 회전 속도(ωm) 및 모터(500)의 전류값(Im)을 기초로 구동륜의 회전 속도(ωw)와 페달감 듀티값(PFD)을 산정할 수 있고, 이를 피드백(Feedback)하여 안정적인 모터(500) 제어 신호를 생성할 수 있다.

100 : 페달 회전 속도 검출부 200 : 구동륜 회전 속도 검출부
300 : 제어부 310 : 페달감 듀티 산출부
315 : 기어비 산출부 320 : 파워 제어 신호 생성부
325 : 속도 제어 신호 생성부 330 : 신호 중첩부
340 : 모터 제어부 400 : 구동부
500 : 모터

Claims (10)

1. 페달 구동부와 구동륜을 연결하는 동력전달장치가 없는 전기 자전거에 있어서,
   상기 페달의 회전 속도를 검출하는 페달 회전 속도 검출부;
   상기 구동륜의 회전 속도를 검출하는 구동륜 회전 속도 검출부;
   상기 구동륜을 구동시키는 모터;
   상기 페달 회전 속도 검출부를 통해 검출한 페달의 회전 속도를 기초로 상기 모터의 토크를 제어하는 파워 제어 신호와, 상기 페달 회전 속도 검출부를 통해 검출한 페달의 회전 속도와 상기 구동륜 회전 속도 검출부를 통해 검출한 구동륜의 회전 속도의 차이에 따라 상기 모터의 토크를 제어하는 속도 제어 신호를 중첩(superposition)시킨 후 중첩되어 생성된 제어 신호로 상기 모터를 제어하는 제어부;를 포함하는 전기 자전거.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부의 파워 제어 신호는,
   상기 페달 회전 속도 검출부를 통해 검출한 페달의 회전 속도를 기초로 페달감 듀티를 산출하여 상기 모터의 토크를 제어하는 신호인 전기 자전거.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부의 속도 제어 신호는,
   상기 페달 회전 속도 검출부를 통해 검출한 페달의 회전 속도와 상기 구동륜 회전 속도 검출부를 통해 검출한 구동륜의 회전 속도의 차이에 따라 상기 페달과 상기 모터의 기어비를 산출하여 산출된 기어비로 상기 모터의 토크를 제어하는 신호인 전기 자전거.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제어부의 중첩되어 생성된 제어 신호는,
   상기 파워 제어 신호와 상기 속도 제어 신호를 비교하여 각 신호 중에서 신호의 크기가 큰 신호 부분을 결합하여 생성된 제어 신호인 전기 자전거.
5. 페달 구동부와 구동륜을 연결하는 동력전달장치가 없는 전기 자전거 제어방법에 있어서,
   상기 페달의 회전 속도를 검출하고;
   상기 구동륜의 회전 속도를 검출하고;
   상기 검출한 페달의 회전 속도를 기초로 상기 구동륜을 구동시키는 모터의 토크를 제어하는 파워 제어 신호와, 상기 검출한 페달의 회전 속도와 상기 검출한 구동륜의 회전 속도의 차이에 따라 상기 모터의 토크를 제어하는 속도 제어 신호를 중첩(superposition)시킨 후 중첩되어 생성된 제어 신호로 상기 모터를 제어하는 전기 자전거 제어방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 파워 제어 신호는,
   상기 검출한 페달의 회전 속도를 기초로 페달감 듀티를 산출하여 상기 모터의 토크를 제어하는 신호인 전기 자전거 제어방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 속도 제어 신호는,
   상기 검출한 페달의 회전 속도와 상기 검출한 구동륜의 회전 속도의 차이에 따라 상기 페달과 상기 모터의 기어비를 산출하여 산출된 기어비로 상기 모터의 토크를 제어하는 신호인 전기 자전거 제어방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 중첩되어 생성된 제어 신호는,
   상기 파워 제어 신호와 상기 속도 제어 신호를 비교하여 각 신호 중에서 신호의 크기가 큰 신호 부분을 결합하여 생성된 제어 신호인 전기 자전거 제어방법.
9. 제5항에 있어서,
   주행 노면이 평지인지 여부를 판단하는 것을 더 포함하는 전기 자전거 제어방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 중첩되어 생성된 제어 신호는,
    상기 판단된 주행 노면이 평지인 경우에는 상기 파워 제어 신호를 포함하고, 상기 판단된 주행 노면이 경사가 있는 경우에는 상기 속도 제어 신호를 포함하는 전기 자전거 제어방법.

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