智能電動(dòng)滑板設(shè)計(jì)研究

查煜 王文濤 樂詠琪 袁夢

摘 ? 要：電動(dòng)滑板的代步功能能夠解決城市“最后一公里”問題，具有娛樂性，受到青年群體的青睞。當(dāng)前電動(dòng)滑板的設(shè)計(jì)趨勢和研究方向逐漸朝著多功能化和智能化發(fā)展。文章秉承“以人為本”的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)、分析出更加便捷和更高安全性能的智能化電動(dòng)滑板。

關(guān)鍵詞：代步工具;便捷;電動(dòng)滑板

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，但城市基礎(chǔ)建設(shè)尚未滿足發(fā)展需要，隨之而來的環(huán)境交通問題層出不窮。在緩解環(huán)境與能源問題、倡導(dǎo)低碳出行的時(shí)代背景下，設(shè)計(jì)、制造適合個(gè)人短距離使用的電動(dòng)代步工具將成為發(fā)展趨勢。城市代步出行方式普遍化，人們對代步工具的需求也日益多元化。電動(dòng)滑板作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的代步工具，實(shí)現(xiàn)了零排放、零污染。因此，本文提出智能電動(dòng)滑板設(shè)計(jì)研究，以優(yōu)化傳統(tǒng)代步工具的智能服務(wù)功能。

1 ? ?智能電動(dòng)滑板的設(shè)計(jì)分析

滑板按熟悉度可分為兩類：專業(yè)板和玩具板。專業(yè)板的所有零部件和各種性能指標(biāo)都需要滿足滑手的高難度動(dòng)作和各式花樣要求;玩具板指僅供滑行的滑板，主要適用于初學(xué)者。結(jié)合功能要求及用戶人群，本文以玩具板為例進(jìn)行分析。智能電動(dòng)滑板的設(shè)計(jì)主要從結(jié)構(gòu)、材料、控制、輔助功能4個(gè)方面進(jìn)行[1]。

1.1 ?智能電動(dòng)滑板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能電動(dòng)滑板主要由板面、支架、輪轂結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

（1）板面按造型可分為流線型、不規(guī)則型、圓頭型以及平頭型4種。在選擇板面寬度時(shí)，一般根據(jù)腳的大小來確定。尺寸越大的板其重量越大，且較為平穩(wěn);小板靈活、容易控制。板面采用合頁式折疊，連接器配件可180°折疊實(shí)現(xiàn)自鎖，最大承重量可達(dá)130 kg。在板面兩頭設(shè)計(jì)凹槽，上下班公交、地鐵轉(zhuǎn)乘或電池電量用盡處于關(guān)機(jī)狀態(tài)時(shí)，方便用戶手提攜帶[2]，設(shè)計(jì)如圖1—2所示。

（2）海鷗支架（見圖3），根據(jù)板面寬度和輪距，調(diào)整橋距和高低，滑起來更加舒適、更易操控。安裝的避震墊片有著較好的彈性，可以減輕在滑行過程中產(chǎn)生的震動(dòng)感。一般情況下，成年滑手用戶選擇板面的寬度在8.0（in）左右，根據(jù)表1數(shù)據(jù)，本團(tuán)隊(duì)采用139尺寸的支架。

（3）輪轂電機(jī)將電機(jī)馬達(dá)整合裝入花鼓筒內(nèi)部，通電后電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動(dòng)滑板。采用輪轂電機(jī)，在結(jié)構(gòu)上減少了傳動(dòng)部件，不僅減輕了滑板整體重量，使電機(jī)不易損壞。輪轂選擇PU的大灌注輪，減少噪音、耐磨穩(wěn)定，在滑行過程中平穩(wěn)、舒適，操縱難度低，對于剛接觸滑板代步的用戶十分友好[3]。

1.2 ?智能電動(dòng)滑板的材料設(shè)計(jì)

根據(jù)電動(dòng)滑板結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)選用材料，具體如下：

（1）板面材料采用碳纖維蜂窩鋁板，重量比一般板材更加輕巧，且相關(guān)承受強(qiáng)度比一般板材大。蜂窩鋁板不容易變形，保持高平整狀態(tài)，還具有減震的作用。與市場傳統(tǒng)滑板相比，大大降低了載重要求，提高了使用性能。

（2）海鷗支架選擇鋁合金材質(zhì)，不僅輕巧，而且結(jié)實(shí)、堅(jiān)固。

1.3 ?智能電動(dòng)滑板的控制部分設(shè)計(jì)

考慮到滑板的載重量以及調(diào)速性能，將采用直流無刷輪轂電機(jī)雙驅(qū)方式，分別選用兩個(gè)功率為300 W的直流無刷電機(jī)，總功率為600 W。

（1）以STM32為核心控制芯片，接收并還原來自主機(jī)的數(shù)列脈沖數(shù)據(jù)，經(jīng)過芯片內(nèi)部編程處理后，產(chǎn)生對應(yīng)的控制指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。首先，進(jìn)行系統(tǒng)初始化，配置芯片的通用I/O口初始化定時(shí)器，設(shè)置外部中斷和串口通信。其次，初始化完成后進(jìn)行藍(lán)牙通信配對，配對成功后，可以通過接收信號實(shí)時(shí)檢測電池電量情況，并將其反饋在手機(jī)界面。在欠壓時(shí)，將會(huì)通過聲光報(bào)警提醒用戶電量不足。在行駛過程中，藍(lán)牙接收數(shù)據(jù)并解碼數(shù)據(jù)，進(jìn)而發(fā)送指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行減速、剎車、加速等。

（2）控制系統(tǒng)的指標(biāo)要求：首先，添加欠壓保護(hù)電路。當(dāng)外部電壓過低時(shí)，產(chǎn)生預(yù)警信號。其次，添加過流保護(hù)電路。當(dāng)電流過大時(shí)，導(dǎo)致溫度過高燒壞各元器件。再次，添加飛車保護(hù)電路。防止電機(jī)驅(qū)動(dòng)失控。從次，優(yōu)先處理剎車信號。當(dāng)調(diào)速狀態(tài)和剎車狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，先關(guān)閉調(diào)速驅(qū)動(dòng)。最后，自動(dòng)切斷電源裝置。當(dāng)系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，在一定時(shí)間內(nèi)無其他有效信號輸入，可自動(dòng)切斷電源。

1.4 ?智能電動(dòng)滑板的輔助功能設(shè)計(jì)

（1）內(nèi)置陀螺儀傳感器，重力傳感，上坡能夠加大電機(jī)的扭力輸出，人在脫離滑板后小車能夠迅速停止。即在數(shù)據(jù)接收過程中，一定時(shí)間內(nèi)沒有接收信號，控制器控制滑板自動(dòng)剎車，不僅保護(hù)用戶的安全，也保證周圍人群和建筑的安全。傳感器可以通過感應(yīng)重力信號，啟動(dòng)防抱死系統(tǒng)，穩(wěn)定輪轂。

（2）設(shè)計(jì)反充電電路，下坡時(shí)將滑輪剩余動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電池充電，提高電池利用率，起到節(jié)能的作用。

2 ? ?智能電動(dòng)滑板的應(yīng)用分析

（1）大學(xué)校園占地面積廣，宿舍區(qū)與教學(xué)區(qū)之間有一定距離，在一定程度上給學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活帶來不便。同時(shí)學(xué)?？紤]學(xué)生安全問題和非機(jī)動(dòng)車停放問題，禁止使用部分出行工具。使用智能電動(dòng)滑板學(xué)生們不僅可以方便上下學(xué)、節(jié)省體力和時(shí)間，還可以刷街放松享受出行樂趣。自平衡遙控滑板作為集休閑、運(yùn)動(dòng)、娛樂于一體的時(shí)尚代步工具，將會(huì)風(fēng)靡各大校園。

（2）汽車數(shù)量的增多、城市交通交通規(guī)劃的不合理、上下班高峰期集中等引發(fā)了如“最后一公里”等顯著問題。智能遙控滑板可以應(yīng)用于城市通勤，不僅能讓都市麗人高效、快捷地上下班，還能在途中活動(dòng)身體，緩解一天的疲勞。

（3）地鐵口或交通要道經(jīng)常看到共享單車亂停放的現(xiàn)象，甚至造成交通不便。電動(dòng)滑板可以憑借小巧、便捷的優(yōu)勢，開展共享模式。

（4）各大旅游景區(qū)的開發(fā)加速了景區(qū)面積的擴(kuò)建，然而，景區(qū)對代步工具的投放過少，游客們因?yàn)闀r(shí)間的原因，身心疲憊。智能電動(dòng)滑板可以讓游客在不同的景點(diǎn)游玩，減少走路的時(shí)間，解決了游客行走累的問題。不僅增加了景區(qū)的效益，還提高了游客游玩的質(zhì)量。

3 ? ?結(jié)語

本文通過對智能化電動(dòng)滑板的設(shè)計(jì)研究，在結(jié)構(gòu)、材料、控制和輔助功能上進(jìn)行優(yōu)化、創(chuàng)新，將代步性和娛樂性相結(jié)合。智能電動(dòng)滑板作為一款零排放、零污染的代步工具，在未來具有廣闊的發(fā)展空間。

[參考文獻(xiàn)]

[1]楊華，吳敏.基于ARM及藍(lán)牙技術(shù)的智能觸控電動(dòng)滑板[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（3）：123.

[2]周庚嘉.基于差異化用戶需求的城市代步工具設(shè)計(jì)研究[D].杭州：浙江工商大學(xué)，2017.

[3]曹惟思.面向用戶體驗(yàn)的電動(dòng)滑板設(shè)計(jì)[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2018.

Abstract：The mobility function of electric skateboards can solve the “l(fā)ast mile” problem in cities， and it is entertaining and favored by youth group. The current design trends and research directions of electric skateboards are gradually moving towards multifunctionality and intelligence. Based on the “people oriented” design concept， this paper analyzes the intelligent electric skateboard which is more convenient and safe.

Key words：walking tool; convenience; electric skateboard