전기자전거의 역사는 의외로 길다. 19세기 후반 미국에서 처음 등장한 전기자전거는 배터리의 효율성 때문에 대중화되지 못했지만, 1993년 야마하(YAMAHA)가 PAS(Pedal Assist System) 방식의 전기자전거 실용화에 성공했다. 전기자전거 시장을 개척한 야마하가 자체 브랜드의 전기자전거 생산에 집중한 반면, 후발주자의 대표격인 독일의 보쉬(BOSCH)는 표준화된 모터 유닛을 개발하여 여러 전기자전거 완성차 제조업체에 공급하는 전략을 내세웠다. 승부는 후자 쪽으로 기울었다.

수많은 전기자전거 브랜드들은 각각 독자적인 기술 개발에 많이 노력을 기울이는 대신 타사의 모터 유닛을 장착하여 쉽게 전기자전거를 제작하는 쪽을 선택했다. 여기에 2010년 시마노(SHIMANO)가 전기자전거 부품 브랜드 스텝스(STEPS)를 선보이며 도전장을 내밀었다. 스텝스의 등장은 전기자전거 시장에 기름을 부은 격으로, 시마노의 컴포넌트로 일반자전거를 만드는 메리다, 포커스, 오베아, 스캇, BMC 등의 자전거 브랜드를 비롯해 160개 이상의 전기자전거 브랜드들이 스텝스로 구성된 새로운 E-MTB(전기산악자전거)를 비롯한 E-바이크(전기자전거)를 시장에 쏟아내도록 했다.

 

시마노 STEPS란 무엇인가?

전기자전거는 모터의 위치에 따라 허브 모터 방식, 후륜축 구동 방식, 크랭크축 구동방식 등이 나뉘며, 구동방식에 따라 핸들에 달린 레버를 당기면 전기 모터가 작동하는 스로틀(Throttle) 방식과 자전거 운전자가 페달을 밟아 돌릴 때, 페달링 부하를 감지해 자동으로 동력을 보조해주는 PAS 방식으로 나뉜다. 시마노의 하이엔드(High-end) 전기자전거 부품 브랜드인 스텝스는 ‘Shimano Total Electric Power System’의 약자로, 크랭크축 구동방식에 PAS 방식이며, 드라이브 모터 유닛, 배터리, 사이클 컴퓨터, 스위치 유닛, 구동계 등으로 구성되어 있다.

 

STEPS 드라이브 유닛

스텝스의 드라이브 유닛은 25km/h까지 주행력을 향상시켜주는데, 자전거의 무게 중심인 크랭크축에 모터를 연결하는 방식으로 더욱 안정적인 주행을 가능하게 하며, 드라이브 유닛에는 커버가 장착되어 있어 어떠한 기상 조건에서도 뛰어난 내구성을 가진다. 한편, 국내 전기자전거 관련법에 따라 25km/h가 넘어가면 모터의 작동을 멈추도록 설정되었다. 현재 법규상 국내에 판매중인 전기자전거는 모두 PAS 방식이며, 일반 출력도 250와트(W)로 제한되어 있다. 

 

STEPS 배터리

큰 전력의 손실 없이 1,000회의 재충전이 가능할 정도로 매우 긴 수명을 가지고 있는 스텝스의 리튬-이온 배터리는 500회 충전 후에도 최대 완충의 80%의 전력을 유지하며, 1,000회 충전 후에도 최대 완충의 60% 전력을 유지한다. 또한, 빠른 충전시간과 한 번의 충전으로도 먼 거리를 이동할 수 있다는 장점이 있다.

스텝스 시스템의 중앙처리장치(CPU)의 기능까지 도맡으며, 스텝스 시스템의 전원을 켜고 끌 수 있는 배터리는 자전거 프레임의 다운튜브 또는 싯튜브에 적재할 수 있는 외장형과 내장형으로 나뉘며, 리어 캐리어 적재형의 제품도 있다. 용량에 따라 504Wh와 418Wh의 제품이 있으며, 전압(36V)과 전하의 단위(14Ah)가 동일하기 때문에 각각 스텝스 시스템의 드라이브 유닛과의 상호호환이 가능하다. 물론 스텝스의 네다섯 가지 시스템과 배터리 마운트의 호환성을 확인할 필요는 있다. 자전거 프레임에 탈부착이 가능한 외장형 배터리의 국내 소비자 가격은 50만원, 80만원 등으로 고가이기 때문에 도난 방지를 위해 열쇠가 제공된다.

 

STEPS 사이클 컴퓨터 디스플레이

핸들바에 장착하는 스텝스의 사이클 컴퓨터 속도계는 LCD 디스플레이에 현재 시각, 현재 속도, 최대 속도, 라이딩 누적거리, 케이던스(분당 페달 회전수), 기어 단수, 운행시간, 배터리의 잔여 용량, 출력 지원 모드 등의 라이딩 정보를 지원하며, 각 모드에 따라 예상되는 주행거리가 표시된다.

1.85인치의 SC-E6000의 성능을 한껏 업그레이드한 E-바이크에 적합한 사이클 컴퓨터 SC-E6010와 SC-E6100은 2.7인치의 보기 편한 큰 디스플레이가 적용됐으며, 드라이브 유닛 모터의 전원과 전조등을 켜고 끌 수 있다. SC-E7000은 모노톤의 1.39인치(3.5cm) 디스플레이이며, SC-E8000은 1.6인치(4cm)의 컬러 디스플레이가 적용됐다. SC-E7000과 SC-E8000 E-MTB에 적합한 사이클 컴퓨터다.

 

STEPS 스위치 유닛

간단하게 조작하기 쉬우며, 인체 공학적이며, 깔끔하고 직관적인 디자인의 스위치 유닛은 왼쪽과 오른쪽 제품으로 나뉘어 파워 어시스트 및 Di2 변속 기능의 제어를 용이하게 한다. SW-E6000, SW-E6010-L, SW-E7000-L, SW-E8000-L 등의 왼쪽 스위치 유닛은 출력 모드의 단계를 변경할 수 있다. 또한, SW-E6010-R, SW-E7000-R 등의 오른쪽 스위치 유닛은 Di2 시스템을 통한 전자식 기어 변속을 할 수 있게 한다.

또한, DI2 변속 스위치인 SW-M8050-L과 SW-M8050-R은 어떤 유형의 지형에서도 신속하고 즉각적인 변속 성능을 발휘하며, 시마노의 E-튜브(E-Tube) 프로젝트 시스템을 이용하여 개인별 커스터마이징이 쉽고, 다단 변속 및 싱크로나이즈드(Synchronized) 변속 등과 같은 옵션을 제공한다.

 

STEPS 구동계

완전한 통합을 이루고 있는 스텝스 구동계는 크랭크, 체인링, 체인, 카세트 스프라켓, 뒷변속기 또는 도심 라이딩과 트래킹(Trekking)으로 적합한 내장형 기어 허브 등의 부품들로 구성되어 있다. 뒷변속기는 9단에서 11단까지의 기계식과 Di2 시스템의 11단이 호환된다. 또한, 시마노의 검증된 기술력을 바탕으로 스텝스의 구동계 각각의 모든 부품들이 완벽한 조화를 이루며, 타사의 부품들과도 호환성이 높다. 

특히, E-바이크 전용의 내장형 기어 허브인 넥서스(Nexus) 5단(SG-C7000, SG-C7050) 제품은 263%의 기어비에 높은 토크의 처리가 가능하여 부드럽고 파워풀한 변속이 가능하다. 시마노의 다른 내장형 기어허브에 비해 변속 중 전력 손실이 적은 넥서스(Nexus) 5단 제품은 3단과 5단 기어 사이의 넓은 기어 단수로 빠르게 25km/h에 도달할 수 있도록 하며, 편안한 케이던스를 제공한다. 또한, 별도의 유지 및 보수 작업이 필요하지 않아 사용자를 자유롭게 한다. 

스텝스 구동계는 넥서스 5단뿐 아니라, 넥서스 7단과 8단, 그리고 알피네(Alfine) 8단 11단의 내장형 기어 허브를 옵션으로 선택할 수 있으며, 브레이크는 디스크 브레이크, 롤러 브레이크, 코스터 브레이크, V-브레이크 등 다양한 옵션으로 제공된다.

 

전기자전거 라이딩에도 스타일이 있다!

일반자전거의 주행을 그대로 모방하도록 설계된 스텝스는 E5000, E6000/E6100, E7000, E8000 등으로 세분화된 시스템이다. 각각의 시스템 별로 스텝스는 이동수단뿐 아니라 건강과 여가를 위해 여러 가지의 라이딩 스타일을 제안한다. 스텝스로 구성된 E-바이크와 E-MTB는 일상적인 도심이나 한적한 시골길에서의 여유 있는 라이딩은 물론, 거친 지형을 가로지르거나 산을 오르내리며 스릴을 만끽할 수 있다.

 

도심용 E-BIKE 시스템 STEPS E5000

스텝스 시스템 중 가장 저렴한 E5000은 도심에서 자유롭게 자전거를 타는 사람들을 위해 만들어졌다. 자유로운 도심 라이딩뿐 아니라, 아이들을 학교까지 태워주거나 청소년의 통학, 직장인의 출퇴근, 시장이나 마트에서 산 식료품이나 물품들을 집까지 실어 나르는데 용이한 E-바이크 시스템이다.

2.5kg의 드라이브 유닛 DU-E5000은 최대토크가 40Nm이며, 전기 모터의 힘을 가장 필요로 할 때 최대 200% 출력을 지원하는 하이(High) 모드, 부드럽고 편안한 100% 출력을 지원하는 노멀(Normal) 모드, 40% 출력으로 장거리 주행 시 배터리 절약할 수 있는 에코(Eco) 모드 등 3가지 출력 모드를 지원한다. 조용하고 컴팩트한 드라이브 유닛은 모든 기상 조건에서 탈 수 있도록 설계됐으며, 편안하고 자연스러운 승차감은 물론, 사각형의 차축 버텀 브래킷으로 내구성이 뛰어나다. 

컴팩트한 디자인의 배터리는 504Wh 용량의 제품을 기준, 한 번의 충전으로 하이 모드에서 93km, 노멀 모드에서 130km, 에코 모드에서 최대 185km의 라이딩이 가능하다. 이 이동 거리는 80kg의 라이더가 평평한 도로에서 23km/h를 타고 라이딩한 시마노의 테스트 결과를 기반으로 한다.

 

다목적 E-BIKE 시스템 STEPS E6000/E6100

다목적성이 짙은 E6000/E6100은 교통이 혼잡한 도심에서의 통학 또는 출퇴근부터 도심에서 가까운 교외 지역으로의 자전거여행에 이르기까지 다양한 라이딩 상황을 위한 E-바이크 시스템이다. 

3.2kg의 드라이브 유닛 DU-E6000은 504Wh 배터리 기준으로 하이 모드에서 70km, 노멀 모드에서 100km, 에코 모드에서 185km의 가능 범위를 지원한다. 2.88kg의 드라이브 유닛 DU-E6100은 트레킹용(스포츠)과 도심 라이딩용(컴포트) 등 두 가지 버전으로 제공되는데, 스포츠 유닛의 최대토크는 60Nm이고, 컴포트 유닛의 최대토크는 50Nm이다. 504Wh 배터리 기준으로 하이 모드에서 93km, 노멀 모드에서 130km, 에코 모드에서 최대 185km의 라이딩이 가능하다. DU-E6100은 DU-E6000과 비교하여 약 20%의 에너지를 절약한다.

 

E-MTB 전용 시스템 STEPS E7000

스텝스 E8000을 모델로 하여 설계된 E7000은 전천후 E-MTB를 위한 시스템이다. 가격 또한  E8000과 비교하여 상대적으로 저렴하며, 오프로드(Off-Road, 비포장도로)뿐 아니라 모든 지형 조건에서 라이더가 E-MTB를 쉽게 제어하는 동시에 스릴을 만끽할 수 있도록 적절한 출력을 지원한다.

2.88kg의 작고 가벼운 무게로 설계된 드라이브 유닛 DU-E7000은 최대토크가 60Nm이며, 최대한의 파워를 제공하는 부스트(Boost), 기술을 요하는 지형에서 꾸준하고 부드러운 파워를 제공하고 페달링의 힘의 정도에 따라 자동으로 파워를 조절하는 트레일(Trail), 장거리 여행에 적합한 꾸준한 파워를 제공하는 에코(Eco) 등 3가지 출력 모드를 지원한다. 504Wh 배터리 완충 시, 체중 75kg의 라이더를 기준으로, 부스트 모드에서 50km, 트레일 모드에서 75km, 에코 모드에서 최대 100km의 라이딩 범위가 가능하다. 

 

프리미엄 E-MTB 시스템 STEPS E8000

산을 정복하거나 새롭고 험한 트레일 또는 숲을 따라 라이딩하기에 적합한 STEPS E8000은 일반적인 산악자전거처럼 가파른 언덕을 오르기에 충분하며, 경사면이나 코너와 같은 장애물들을 뛰어넘을 수 있도록 강력한 출력을 지원하는 프리미엄 E-MTB 시스템이다.

스텝스 시스템 E8000의 드라이브 유닛 DU-E8000은 DU-E7000과 비교하여 최대토크가 70Nm로 더 높을 뿐, 드라이브 유닛의 무게, 지원하는 출력 모드, 각 모드에 따른 라이딩의 범위 등은 모두 같다. 스텝스 시스템 중 최대토크가 가장 높기 때문에 더욱 다이나믹하고 익스트림한 E-MTB 라이딩을 가능한 시스템이다.

도심 속 통학 및 출퇴근 라이딩과 트래킹(Trekking)에 어울리는 E-바이크 스텝스 E5000과 E6000/E6100에 38T 또는 44T의 체인링이 적용된 반면, E-MTB 시스템 E7000과 E8000은 E-MTB에 최적화된 34T 또는 38T의 체인링과, 최적의 체인 상태 유지를 위한 장치인 SM-CDE80이 적용됐다. 특히, Q팩터(Factor, 페달 사이의 수평 거리를 측정한 거리)와 체인스테이 길이를 일반 산악자전거와 같도록 하여 보통의 산악자전거처럼 사용될 수 있도록 고안된 것이 특징이다.

데오데(Deore) XT 크랭크셋 FC-M8050은 케이던스(페달링 속도)를 유지는 물론, 지면과의 더 넓은 클리어런스 확보와 페달이 부딪히는 것을 줄이기 위해 165mm 길이의 짧은 크랭크암을 적용됐다. E-바이크 전용의 CN-E8000-11은 성능 개선을 위해 내장된 불소 미립자를 사용하는 첨단 도금 공정 기술인 SIL-TEC의 체인으로, 일반 체인 보다 내구성을 30% 향상시켰다.

또한, 버튼의 누름만으로 빠른 속도로 정밀한 기어변속을 가능하게 하는 데오레 XT Di2 뒷변속기 RD-M8050은 시마노의 쉐도우(Shadow) RD+로 아무리 험한 곳에서의 라이딩이라고 할지라도, 체인의 흔들림과 체인 이탈을 방지한다. 트레일을 달리는 E-MTB 라이더들을 위해 고안된 4-피스톤 유압식 디스크 브레이크 BR-M8020은 2-피스톤 브레이크(M8000)보다 20% 더 높은 제동력을 발휘하며, 아이스 테크놀로지(Ice Technologies)의 열관리 기능을 갖추고 있어 디스크 브레이크 로터(Rotor)의 열의 빠르게 방출하여 제동력을 유지시킨다.

 

STEPS의 워크 모드

E-바이크나 E-MTB라고 해도 라이딩을 하다보면 자전거를 끌고 걸어야 하는, 일명 ‘끌바’를 해야 하는 경우가 종종 있는데, 스텝스의 모든 시스템은 워크(Walk) 모드 즉, 파워 워크 어시스트(Power Walk Assist)를 지원한다. 워크 모드는 스위치 유닛의 가장 아래 버튼을 길게 눌러주면 작동하는데, 자전거에서 내린 상태에서 자전거를 끌면서 걸을 때 사람의 걸음걸이와 비슷하게 최대 6km/h의 속도로 페달이 자동으로 돌아가면서 구동한다. 워크 모드는 가파른 경사면에서 자전거를 밀고 가야할 때와 계단에 설치된 자전거 경사로(Bike Pullway) 오를 때 쓸모가 있다.

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