전기자전거

왜 배우는가: 전기자전거는 자전거 이용 활성화 정책과 교통수단 분류에서 함께 다뤄지는 개념이다. 1교시에서는 PAS 방식과 스로틀 방식을 구분하는 문제로, 4교시에서는 법령 정의와 기대 효과를 묻는 문제로 나오므로 정의와 방식 차이를 정확히 알아야 한다.

출제 이력: 제116회 1교시 2번, 제113회 4교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

전기자전거는 사람의 힘을 보충하도록 전동기를 장착하고, 페달과 전동기의 동시 동력으로 움직이는 자전거다.

1교시 용어형 답안은 이 한 문장을 첫 줄에 쓰고, 뒤에 법정 요건 세 가지를 붙이면 된다. 요건은 동력 방식, 속도 제한, 차체 중량의 세 기준으로 나뉜다. 세 요건을 모두 충족해야 법령상 전기자전거로 인정된다. 하나라도 빠지면 전기자전거 지위를 얻지 못한다.

핵심 키워드

• 전기자전거
• 전동기
• 동시 동력
• 보조 동력
• 보조 차단 속도
• PAS 방식
• 스로틀 방식

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 전기자전거는 페달을 밟는 힘에 전기 힘이 더해져 덜 힘들게 달리는 자전거다. 오르막이나 먼 거리에서 체력 부담을 줄이는 것이 목적이다. 모터만으로 차가 움직이면 자전거가 아니라 오토바이에 가까워진다. 그래서 법은 사람의 힘이 중심이라는 점을 요건으로 묶는다.

정식 정의는 「자전거 이용 활성화에 관한 법률」 제2조제1호의2에 있다. 자전거로서 사람의 힘을 보충하기 위하여 전동기를 장착하고, 다음 요건을 모두 충족하는 것을 말한다. 요건은 세 가지다.

• 가목: 페달(손페달 포함)과 전동기의 동시 동력으로 움직이며, 전동기만으로는 움직이지 않을 것.
• 나목: 시속 25km 이상으로 움직일 때 전동기가 작동하지 않을 것.
• 다목: 부착된 장치의 무게를 포함한 자전거 전체 중량이 30kg 미만일 것.

세 요건 중 가목이 핵심이다. 페달 동력과 전동기 동력이 함께 작용해야 하므로, 페달을 밟지 않고 모터만 쓰는 구동은 정의에 맞지 않는다. 나목은 속도 상한에 해당한다. 이 기준을 넘으면 보조 차단 속도에서 제어기가 모터 출력을 끊는다. 다목은 차체 무게 기준으로, 자전거로서의 규모를 제한하는 기준이다.

보조 동력은 페달 힘을 모터가 돕는 동력이다. 전기자전거의 모터는 주행을 대신하지 않고 보조하는 역할로 설계된다. 답안에서는 Pedal Assist 개념으로 설명하면 이해가 빠르다.

구동 원리는 다음과 같다. 센서가 페달 입력이나 회전을 감지하면 제어기가 신호를 받아 모터 출력을 정한다. 운전자는 보조 강도를 단계별로 고를 수 있다. 속도가 나목의 기준에 이르면 제어기가 모터 출력을 끊는다. 이 흐름이 법정 요건을 기술로 구현한 모습이다.

전기자전거는 모터를 작동시키는 조건에 따라 PAS 방식과 스로틀 방식으로 나뉜다. 두 방식은 가목 요건을 만족하는지로 가를 수 있다. PAS 방식은 가목을 만족하고, 스로틀 방식은 페달 없이 움직이므로 가목을 만족하지 못한다.

PAS 방식(Pedal Assist System)은 페달을 밟을 때 센서가 이를 감지해 모터를 작동시키는 방식이다. 감지 대상에 따라 페달 회전을 보는 스피드센서 방식과 페달 토크를 보는 토크센서 방식으로 나뉜다. 단계별 보조 강도 설정이 가능하도록 설계되는 경우가 많다. 토크센서 방식은 사용자가 가하는 페달 힘을 읽으므로 일반 자전거를 탈 때의 느낌에 가깝다.

스로틀 방식은 핸들의 버튼이나 레버를 조작해 페달을 구르지 않고 오토바이처럼 달리는 방식이다. 국내에서는 스로틀 레버를 장착하면 전기자전거 지위를 얻을 수 없다. 법의 동시 동력 요건과 맞지 않기 때문이다. 답안에서는 이 점을 스로틀 방식의 핵심 차이로 쓴다.

3. 등장 배경과 필요성

도시화가 빨라지면서 대도시는 물론 중소 도시에서도 교통 혼잡과 도시환경 악화가 심해졌다. 자동차는 늘었지만 도로를 비롯한 도시기반시설의 정비가 이를 따라가지 못한 것이 주요 원인이다. 이 문제를 줄이려면 짧은 거리의 이동을 자동차에서 자전거와 보행으로 옮기는 정책이 필요하다.

자전거는 배기가스가 없고 소음이 적어 환경 친화적인 교통수단이다. 그러나 사람의 힘으로만 움직이므로 언덕이 많거나 거리가 긴 경우에는 이용이 줄어든다. 전기자전거는 전동기로 이 한계를 보완한다. 체력 부담이 적은 이용자, 고령자, 출퇴근 거리가 긴 이용자의 자전거 이용 범위를 넓히는 것이 등장 배경이다.

전기자전거는 일반 자전거와 법적 요건과 안전 기준이 다르므로 정의를 따로 둘 필요가 있다. 동력 방식과 속도, 중량 기준이 없으면 모터를 단 차량과 자전거를 구분할 수 없다. 법정 정의는 정책 대상을 정하고 이용자의 안전을 확보하는 출발점이다.

정책 측면에서 「자전거 이용 활성화에 관한 법률」은 시·도지사와 시장·군수·구청장에게 자전거 이용 활성화계획을 5년마다 수립하도록 정한다(제5조제1항). 계획에는 자전거이용시설의 정비 기본방향과 자전거 이용자의 안전성 확보 방안이 포함된다(제5조제3항). 전기자전거는 이 법이 정의하는 자전거 체계 안에서 관리된다.

필요성을 정리하면 다음과 같다.

• 교통: 짧은 거리의 자동차 이용을 줄여 도시 혼잡을 완화한다.
• 환경: 배기가스와 소음을 줄여 도시환경 개선에 기여한다.
• 이용자: 체력 부담을 낮춰 자전거 이용 인구의 저변을 넓힌다.

이 세 가지가 함께 작동해야 정책 효과가 나타난다. 답안에서는 교통, 환경, 이용자 측면을 나눠 쓰면 논리가 분명해진다.

4. 구성요소·원리·절차

전기자전거는 사람이 페달을 밟는 힘에 전동기의 힘을 더하는 자전거다. 구성요소는 전동기, 배터리, 컨트롤러, 페달 센서, 스로틀로 나뉜다. 각 요소의 역할과 법령상 의미를 표로 정리한다.

앞의 네 요소는 페달 보조를 구현하는 장치다. 스로틀은 페달 없이 주행하는 장치라서 페달 보조 구조와 대비된다.

PAS 방식은 페달 센서가 페달 입력을 먼저 감지하고, 그 신호에 따라 전동기가 보조 동력을 내는 방식이다. 영문으로는 Pedal Assistance Sensor라 부르며, 페달을 돌리지 않으면 전동기도 움직이지 않는다. 전동기는 페달 입력이 있을 때만 작동함

페달 센서는 두 가지 방식으로 나뉜다. 속도센서 방식은 페달의 회전 속도를 감지하며 가격이 낮지만 주행감에 이질감이 남는다. 토크센서 방식은 페달에 가해지는 힘을 함께 감지하므로 자전거에 가까운 주행감을 준다. 토크센서 방식은 속도센서 방식보다 가격이 높은 편이다. 보조 단계는 운전자가 고르는 값이고, 센서가 감지한 힘이나 회전이 클수록 보조 동력이 커지는 것이 일반적이다.

Throttle 방식은 손잡이 레버를 조작하면 페달 없이 전동기만으로 주행하는 방식이다. 이 방식은 전동기만으로 움직이는 구조라서 법령이 정한 요건을 충족하지 못한다.

PAS 방식의 설계에서는 보조 동력을 언제 끊을지가 가장 중요하다. 컨트롤러는 속도가 한계에 가까워지면 출력을 줄이거나 차단하도록 설정된다. 이 설정이 법령의 속도 기준을 지키는 장치다. 답안에는 방식의 원리를 중심으로 쓴다.

법이 정한 보조 한계 속도를 식으로 나타내면 다음과 같다.

$v < 25\ \mathrm{km/h}$

여기서 v는 현재 주행 속도(km/h)다. 전동기는 이 조건을 만족하는 구간에서만 보조 동력을 낸다. 속도가 시속 25km 이상이면 전동기가 작동하지 않는다.

PAS 방식의 동작 절차는 다음과 같다.

• 운전자가 페달을 밟아 회전시킨다.
• 페달 센서가 회전 속도 또는 페달 힘을 감지한다.
• 컨트롤러가 감지 신호와 현재 속도를 비교한다.
• 속도가 25km/h 미만이면 보조 단계에 맞는 동력을 전동기가 낸다.
• 속도가 25km/h 이상이면 전동기 출력을 끊고 페달 주행만 남긴다.

페달 입력과 속도 조건이 동시에 만족될 때만 보조 동력이 나온다는 점이 이 방식의 핵심이다. 페달 입력이 끊기면 센서 신호도 끊기므로 전동기 출력이 함께 멈춘다.

5. 관련 법령·기준·표준

「자전거 이용 활성화에 관한 법률」(이하 자전거법)은 전기자전거의 정의와 활성화계획 수립 책임을 정한다. 전기자전거는 페달과 전동기가 동시에 동력을 내고 전동기만으로는 움직이지 않아야 한다. 전체 중량은 부착 장치 무게를 포함해 30kg 미만이어야 한다. 이 정의는 자전거법 제2조제1호의2에 있으며 세 요건을 모두 충족해야 한다.

주요 기준값은 다음 표와 같다.

표의 첫 세 행은 전기자전거 판정 조건이고, 나머지 행은 행정 절차 기준이다. 판정은 페달 동력 여부, 속도 기준, 중량 기준 순서로 본다.

안전요건은 자전거법과 다른 법이 함께 정한다. 시행규칙 제4조의3은 「전기용품 및 생활용품 안전관리법」 제15조에 따라 고시된 안전기준에 적합함을 확인받은 전기자전거를 규정한다. 안전요건을 갖춘 전기자전거는 안전확인신고된 전기자전거다. 자전거법은 자전거로서의 요건을, 전기용품법은 전기 제품으로서의 안전을 정한다.

활성화계획은 시·도지사와 시장·군수·구청장이 수립한다. 시·도지사와 시장·군수·구청장은 활성화계획을 5년마다 수립해야 한다. 계획에는 자전거이용시설 정비의 기본방향, 연도별 활성화계획, 자전거 이용자의 안전성 확보 방안 등이 들어가야 한다. 시장·군수·구청장은 계획을 세우면 지체 없이 시·도지사에게 제출하며, 특별자치시장과 특별자치도지사는 이 제출 대상에서 제외된다. 시·도지사는 시장·군수·구청장의 계획이 시·도지사가 세운 계획에 부합하지 않으면 조정을 요구할 수 있다. 활성화계획은 일반인이 보기 쉬운 장소에 14일 이상 공고해야 한다.

자전거통행위험지역 조사는 자전거법 제5조의2와 시행령 제5조의2에 근거한다. 조사 시 고려 사항은 자전거 교통사고 발생 빈도, 다른 교통수단과 보행자의 통행량 규모, 자전거도로의 지형적·구조적 특성 등이다.