본 연구는 자전거 안전 시스템 장치 개발에 관한 연구과제로 대상기술의 개요, 기술개발의 필요성 및 성공 시 파급효과, 기술개발의 목표, 개발방법, 기술개발 성공 시 판매 수출 등 사업화 방법, 시작품 성능 및 제원(speculation)에 대해 다음과 같은 연구 계획을 가지고 추진하였다. 대상기술(제품)의 개요는 이동시 안전운행을 위한 장치의 개발 및 고가의 자전거를 위한 보관 시 안전장치 개발에 있다. 기술개발의 필요성(기존의 애로사항 등) 및 성공 시 파급효과로는 자전거 보급 확대에 따른 이동량 증가에 따라 각종 안전사고 발생을 줄일 필요가 대두되었고, 욕구의 다양화로 고가의 자전거 보급이 늘어남에 따라 도난, 분실 등의 사고가 우려되어 개발하게 되었고, 안전사고를 미연에 방지하므로 부상치료, 재산손실에 대한 경제적 손실 억제하는 효과를 가지고 있다. 기술개발의 목표는 자전거 운행시 안전한 방향전환을 위한 시그널장치, LED 헤드라이트와 도난을 대비한 도난방지 시스템을 사용자가 별도의 도움 없이 혼자서 손쉽게 장착할 수 있는 장치를 개발하는데 있다.
본 연구는 자전거 안전 시스템 장치 개발에 관한 연구과제로 대상기술의 개요, 기술개발의 필요성 및 성공 시 파급효과, 기술개발의 목표, 개발방법, 기술개발 성공 시 판매 수출 등 사업화 방법, 시작품 성능 및 제원(speculation)에 대해 다음과 같은 연구 계획을 가지고 추진하였다. 대상기술(제품)의 개요는 이동시 안전운행을 위한 장치의 개발 및 고가의 자전거를 위한 보관 시 안전장치 개발에 있다. 기술개발의 필요성(기존의 애로사항 등) 및 성공 시 파급효과로는 자전거 보급 확대에 따른 이동량 증가에 따라 각종 안전사고 발생을 줄일 필요가 대두되었고, 욕구의 다양화로 고가의 자전거 보급이 늘어남에 따라 도난, 분실 등의 사고가 우려되어 개발하게 되었고, 안전사고를 미연에 방지하므로 부상치료, 재산손실에 대한 경제적 손실 억제하는 효과를 가지고 있다. 기술개발의 목표는 자전거 운행시 안전한 방향전환을 위한 시그널장치, LED 헤드라이트와 도난을 대비한 도난방지 시스템을 사용자가 별도의 도움 없이 혼자서 손쉽게 장착할 수 있는 장치를 개발하는데 있다.
This paper is the product development of environment and safety. In growing society, the bicycle is need to have a common goals for consumers convenience and theft prevention. The bicycle is movable means. But as times passed, that bicycle is strongly recommended to replace other vehicles because th...
This paper is the product development of environment and safety. In growing society, the bicycle is need to have a common goals for consumers convenience and theft prevention. The bicycle is movable means. But as times passed, that bicycle is strongly recommended to replace other vehicles because that is not produced to air pollution and energy(gas, diesel etc) insufficiency. As workers using a bicycle are increased, road for only bicycle is made by additionary. The bicycles happens to several moving accidents such as car accidents because of signal mismatch between bicycle users. However, using the development products of this paper, many accident problems for bicycle can be solved. As increasing of bicycles numbers, the high cost bicycles are too increased. So, the more theft of bicycle is also happened. The developed products(turn signal system and theft prevention system) through this study kept your bicycles from more convenience and more safe.
This paper is the product development of environment and safety. In growing society, the bicycle is need to have a common goals for consumers convenience and theft prevention. The bicycle is movable means. But as times passed, that bicycle is strongly recommended to replace other vehicles because that is not produced to air pollution and energy(gas, diesel etc) insufficiency. As workers using a bicycle are increased, road for only bicycle is made by additionary. The bicycles happens to several moving accidents such as car accidents because of signal mismatch between bicycle users. However, using the development products of this paper, many accident problems for bicycle can be solved. As increasing of bicycles numbers, the high cost bicycles are too increased. So, the more theft of bicycle is also happened. The developed products(turn signal system and theft prevention system) through this study kept your bicycles from more convenience and more safe.
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문제 정의
기술개발의 필요성(기존의 애로사항 등) 및 성공 시 파급효과로는 자전거 보급 확대에 따른 이동량 증가에 따라 각종 안전사고 발생을 줄일 필요가 대두되었고, 욕구의 다양화로 고가의 자전거 보급이 늘어남에 따라 도난, 분실 등의 사고가 우려되어 개발하게 되었고, 안전사고를 미연에 방지하므로 부상치료, 재산손실에 대한 경제적 손실 억제하는 효과를 가지고 있다. 기술개발의 목표는 자전거 운행시 안전한 방향전환을 위한 시그널 장치, LED 헤드라이트와 도난을 대비한 도난방지 시스템을 사용자가 별도의 도움 없이 혼자서 손쉽게 장착할 수 있는 장치를 개발하는데 있다.
본 연구는 자전거 안전 시스템1) 장치 개발에 관한 연구과제로 대상기술의 개요, 기술개발의 필요성 및 성공시 파급효과, 기술개발의 목표, 개발방법, 기술개발 성공시 판매·수출 등 사업화 방법, 시작품 성능 및 제원(speculation)에 대해 다음과 같은 연구 계획을 가지고 추진하였다.
둘째, 도난, 분실을 대비하여 안전한 잠금, 잠금장치 작동 후 일정거리 이상으로 벗어난다면 자동적으로 소유자에게 신호가 가는 도난 알림 장치를 개발한다. 셋째, 사용자가 별도의 도움 없이 혼자서 손쉽게 장착할 수 있는 장치개발에 목표를 둔다.
가설 설정
도난 방지 시스템 부와 턴 시그널 및 비상벨 시스템 부의 외압이 3 kg, 5 kg(자전거 등의 탈것에 나사 고정물로 보통 성인(60kg)이 당겼을 때 견디는 힘)가해졌을 경우로 가정해 변위(displacement), 변형력(strain), 응력(stress)을 아래 그림 11, 12에 걸쳐 해석하였다. 해석 툴은 설계에 이용된 PRO-E Wildfire 5.
제안 방법
2.1의 초기 설계된 안전한 방향전환을 위한 시그널 장치, LED 헤드라이트, 도난을 대비한 도난방지 시스템은 연구비 예산상의 조정문제로 시제 개발 시 다음과 같이 설계변경 되었다. 계획대비 저비용으로 개발되었지만 각 시스템들은 기능적으로는 훨씬 뛰어난 성능을 보여주고 있다.
환경오염 방지로 비접촉식 충전장치 개발되게 되어 턴 시그널 부 및 비상벨 시스템 부는 위쪽에 쏠라 셀을 장착하여 비접촉식 충전 기술을 도입하였다. 또한, LED 헤드라이트와 턴 시그널 부를 동시에 사용하면서 비상벨을 사용하여도 전원이 2시간 이상 독립적으로 사용 가능하며 또한 접촉 없이 흐리건 맑건 상관없이 충전이 되도록 하였다.
진동의 크기는 3Hz이상 진동에서는 해지 전까지는 계속해서 작동하도록 설계되어 있다. 설계에 있어 자동차와 같이 견고한 하우징 내부에 설치될 수가 없으므로 가장 외부인의 눈에 띄지 않으면서 도난시 효과를 발휘할 수 있는 안장 밑에 개발품을 장착하였다. 작동 방법은 도난방지장치 윗면에 A, B, C 모양의 데코레이션물(메모리 및 해지가 가능한 키패드)에서 “B"를 길게 누르면 ”삑삑“소리가 나고 시스템이 작동된다.
자전거 이용자의 안전 확보로 방향전환 표시 장치 개발되게 되어 이를 통해 자전거 뿐 만이 아닌 타 원동기나 다양한 탈것에 부착 가능하고 사업화 가능하게 되었다. 자전거 도난방지 시스템 개발로 저렴한 릴레이를 이용한 보안장치 개발하게 되어 릴레이 형태의 PCB를 자체 개발하여 진동에너지를 전기에너지를 소리에너지로 변환하여 자동차의 도난방지 시스템과 같은 효과를 얻도록 저렴하게 제작하게 되었다. 경량화 및 스포츠 활동 시 거슬림 방지를 위해 무선시스템 장치 개발하게 되어 쉽게 탈부착이 가능한 턴 시그널, 비상벨 시스템(무선으로 작동, 쏠라 셀로 반영구적 사용.
먼저 작은 IC회로와 스피커를 이용한 LED 헤드라이트의 모습이 그림 8에 나타나 있다. 특히 그림 8 오른쪽에는 쏠라 셀에서 만들어지는 잉여 전력으로 회로 설계상 USB단자를 추가 제작하여 필요시 단자를 시스템 바깥으로 빼내면 사용자가 음향기계나 자전거를 타면서 다른 디바이스를 연결해 사용할 수 있도록 용량을 여유 있게 설계하였다. 특히, 그림 8의 라이트와 관련된 쏠라판은 2시간 이상 연속적으로 순백색의 라이트를 직사할 수 있다.
비접촉식 충전장치로 환경오염 방지로 현실적으로 도난 방지 시스템은 9V 짜리 배터리가 현재 작동되고 있으나 전원 소모량이 미소하여 반영구적이며 특히, 턴 시그널부와 비상벨이 한 몸체로 된 시스템은 전체가 쏠라 패널이 설치되어 영구 불변적으로 연속적 사용이 가능하게 되었다. 특히 잉여 전력을 USB 전원으로 사용 가능하도록 PCB를 설계하였다.
별도 전원 필요 없음), 릴레이를 이용한 도난 방지시스템으로 경량화 및 거슬림 방지를 실현화 하게 되었다. 환경오염 방지로 비접촉식 충전장치 개발되게 되어 턴 시그널 부 및 비상벨 시스템 부는 위쪽에 쏠라 셀을 장착하여 비접촉식 충전 기술을 도입하였다. 또한, LED 헤드라이트와 턴 시그널 부를 동시에 사용하면서 비상벨을 사용하여도 전원이 2시간 이상 독립적으로 사용 가능하며 또한 접촉 없이 흐리건 맑건 상관없이 충전이 되도록 하였다.
대상 데이터
본 제품의 디자인으로 조작부분으로써 메인 헤드라이트 및 자전거에 뒷부분 및 바퀴에 적용되는 라이트를 수선으로 제어하는 조작부분이 있으며 헤드라이트는 LED를 사용하여 현존하는 LED중에서 가장 밝은 LED를 PWM 방식을 이용하여 발열 및 소비전력을 3.6 V(리튬이온, 2,600 mAh)를 사용하여 LED 밝기를 다양한 모드로 조절하여 SOS 기능 및 플래시 모드 등으로 조작되는 특성이 있다. Power LED PWM은 1 kHz에서 30 kHz 밝기 조절이 가능하고 깜빡임 모드 조절이 있다.
성능/효과
1. 최초의 자전거 안전 시스템 장치의 개략도가 완성되었다. 즉, CAE를 거친 제품의 완성으로 대량생산의 바탕이 마련되었다.
2. 최초 개념설계에 다소 변화가 주어졌으나 이는 양산을 위한 과정으로 보다 합리적이고 견고한 양산 과정을 위해 중간에 설계변경이 필요했다.
의 성형해석모듈(mold module)을 이용하였다. 3, 5 kg의 외압의 기준은 자전거에 큰 하중이 가해지거나 충격에 의해 쓰러진다 해도 순간적 압력이 5 kg이상은 가해지지 않는다는 업체 요청사항을 근거로 해석하였으며, 결과적으로는 3kg과 5kg때를 비교함에 있어 표 2에서 보듯이 변위, 변형률, 응력값이 조금씩은 차이가 있으나 5kg때가 3kg때의 약 2배 정도값을 보여준다. 그러나 이것은 3kg을 선택하여도 수치전체로 봐서는 미소량이므로 양산에 치명적인 영향을 줄만큼의 중대한 결과는 나타나지 않았다.
3. 방향 전환용 턴 시그널 장치 개발, LED 헤드라이트 내부를 제작하고, 도난 및 분실을 대비한 안전한 잠금 및 경보장치를 개발했고, DIY형태의 탈거가 용이한 자전거 안전 시스템이 제작되었다.
그림 10과 같이 자전거 전체에 LED 헤드라이트, 턴 시그널(4가지 용도), 비상 경고음을 발생시키는 턴 시그널 시스템이 자전거 핸들 중앙부에 후방 신호 디스플레이가 안장 바로 밑에 위치하며 그 밑에 도난방지 시스템이 부착되어 있다. 그림과 같이 청소년용 자전거 전체에 여유있게 시스템이 부착 및 동작 가능하고 최초 시작품 개발에 제원인 LED 밝기를 25루멘, 도난 방지 장치의 감지거리를 15 m이상에서도 작동 확인이 가능하며, 턴 시그널 및 비상벨 시스템과 안장 및 후방 신호 디스플레이 장치와는 직선거리에서 15 m 이상 충분히 작동 가능하다. 따라서 핸들과 안장과의 작동 거리를 생각하면 성인용 자전거, 다인승 자전거에도 충분히 적용 가능하다.
자전거 이용자의 안전 확보 및 이용증대효과 로 DIY 가능하도록 염가의 턴 시그널 부, 비상벨, LED 헤드라이트 시스템 및 도난 방지시스템 기술적 제작 성공하게 되었고, 자전거 도난방지 시스템 자체 개발로 초기의 RF방식의 무선 도난 방지 장치에서는 개념이 벗어났지만 자체 개발한 릴레이가 탑재된 PCB로 진동에너지를 전기에너지에서 소리에너지로 변환시킴으로써 목표한 거리 15 m 이상에서도 도난을 방지하게 되었다. 무선시스템 도입을 통한 이용자의 편리도모로 일단 좌, 우회전, 비상등, 정지 등의 4가지 기능을 하는 턴 시그널부와 비상벨 시스템은 한 하우징에 설계하여 자전거 핸들에 보기 좋게 설치가 가능하도록 제작되었으며 디스플레이 장치도 설계목적인 15 m 떨어진 곳에서도 무선으로 작동하게 하여 소형에서 대형 자전거 및 다인승 자전거 및 원동기에도 설치 가능하게 되었다. 비접촉식 충전장치로 환경오염 방지로 현실적으로 도난 방지 시스템은 9V 짜리 배터리가 현재 작동되고 있으나 전원 소모량이 미소하여 반영구적이며 특히, 턴 시그널부와 비상벨이 한 몸체로 된 시스템은 전체가 쏠라 패널이 설치되어 영구 불변적으로 연속적 사용이 가능하게 되었다.
무선시스템 도입을 통한 이용자의 편리도모로 일단 좌, 우회전, 비상등, 정지 등의 4가지 기능을 하는 턴 시그널부와 비상벨 시스템은 한 하우징에 설계하여 자전거 핸들에 보기 좋게 설치가 가능하도록 제작되었으며 디스플레이 장치도 설계목적인 15 m 떨어진 곳에서도 무선으로 작동하게 하여 소형에서 대형 자전거 및 다인승 자전거 및 원동기에도 설치 가능하게 되었다. 비접촉식 충전장치로 환경오염 방지로 현실적으로 도난 방지 시스템은 9V 짜리 배터리가 현재 작동되고 있으나 전원 소모량이 미소하여 반영구적이며 특히, 턴 시그널부와 비상벨이 한 몸체로 된 시스템은 전체가 쏠라 패널이 설치되어 영구 불변적으로 연속적 사용이 가능하게 되었다. 특히 잉여 전력을 USB 전원으로 사용 가능하도록 PCB를 설계하였다.
자전거 이용자의 안전 확보 및 이용증대효과 로 DIY 가능하도록 염가의 턴 시그널 부, 비상벨, LED 헤드라이트 시스템 및 도난 방지시스템 기술적 제작 성공하게 되었고, 자전거 도난방지 시스템 자체 개발로 초기의 RF방식의 무선 도난 방지 장치에서는 개념이 벗어났지만 자체 개발한 릴레이가 탑재된 PCB로 진동에너지를 전기에너지에서 소리에너지로 변환시킴으로써 목표한 거리 15 m 이상에서도 도난을 방지하게 되었다. 무선시스템 도입을 통한 이용자의 편리도모로 일단 좌, 우회전, 비상등, 정지 등의 4가지 기능을 하는 턴 시그널부와 비상벨 시스템은 한 하우징에 설계하여 자전거 핸들에 보기 좋게 설치가 가능하도록 제작되었으며 디스플레이 장치도 설계목적인 15 m 떨어진 곳에서도 무선으로 작동하게 하여 소형에서 대형 자전거 및 다인승 자전거 및 원동기에도 설치 가능하게 되었다.
후속연구
또한, 기능 및 목표2)는 첫째, 운행 시 안전한 방향전환을 위한 시그널장치 및 LED 헤드라이트 개발한다. 둘째, 도난, 분실을 대비하여 안전한 잠금, 잠금장치 작동 후 일정거리 이상으로 벗어난다면 자동적으로 소유자에게 신호가 가는 도난 알림 장치를 개발한다. 셋째, 사용자가 별도의 도움 없이 혼자서 손쉽게 장착할 수 있는 장치개발에 목표를 둔다.
아래는 제작회로도를 나타내었다. 본 연구물은 시작품 형태로 제작되었으므로 실용화를 위해서는 다소 제품화 형태로의 작업이 요망된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
자전거 보급이 급속히 늘어나고 있는 추세의 이유는 무엇인가?
현재 정부 들어 녹색성장 및 이산화탄소 배출억제 등에 효과가 있는 자전거가 이동수단으로 각광받고 이에 따른 각 지자체에서 자전거 전용 도로 신설 등 노력을 기울인 결과 자전거 보급이 급속히 늘어나고 있는 추세이다. 이에 따라 자전거 관련 사고도 보급만큼 동일한 증가를 보이고 있어 보다 안전한 운행을 위한 용품개발3)이 시급해졌다.
자전거 안전 시스템 장치연구개발의 목표는 무엇인가?
현재 보급중인 자전거 전반에 대한 것으로 용도는 환경과 안전에 대한 제품으로서 소비자의 편의와 안전 및 도난 방지용 제품이다. 또한, 기능 및 목표2)는 첫째, 운행 시 안전한 방향전환을 위한 시그널장치 및 LED 헤드라이트 개발한다. 둘째, 도난, 분실을 대비하여 안전한 잠금, 잠금장치 작동 후 일정거리 이상으로 벗어난다면 자동적으로 소유자에게 신호가 가는 도난 알림 장치를 개발한다. 셋째, 사용자가 별도의 도움 없이 혼자서 손쉽게 장착할 수 있는 장치개발에 목표를 둔다.
시장에 나와있는 자전거와 관련된 안전장치는 무엇인가?
국내의 경우 자전거와 관련된 안전장치는 헤드라이트, 후미안전등이 시장에 나와 있는 상황이다. 그러나 공원 및 도로 등에서 발생하는 자전거 사고의 대부분이 앞서 가거나 마주치는 자전거가 갑자기 방향을 바꾸면서 추돌사고가 발생한다.
참고문헌 (5)
대판교통과학연구회 지음, 진장원 옮김, "교통안전학", 동화기술, pp. 48-58, 2007.
박주현,"민간경비실무론", 학문사, pp. 87-93, 2004.
김현숙, "도시계획", 광문각, pp.128-136, 2006.
남종하, "전기자전거용 고출력 리튬 배터리 팩 및 관리시스템", 대한전기학회 2009년도 제40회 하계학술대회, pp.1217-1218, 2009.
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