基于TRIZ的共享單車車鎖的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

王日君　吳曉　李壯　張明勤

摘? ?要：針對(duì)目前共享單車在鎖車時(shí)插桿會(huì)與輻條碰撞的問題，依據(jù)TRIZ理論，分析共享單車車鎖在設(shè)計(jì)過程中的技術(shù)矛盾和物理矛盾，應(yīng)用分割原理和部分超越原理，對(duì)共享單車車鎖進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，發(fā)明了一種三分式的插桿結(jié)構(gòu)，有效解決了在共享單車鎖車時(shí)插桿與輻條相碰撞的問題。

關(guān)鍵詞：TRIZ;單車車鎖;矛盾矩陣;發(fā)明原理

引言

共享單車近年來發(fā)展迅速，因其便捷性和低成本，成為城市中理想的交通工具，得到廣泛的應(yīng)用[1-3]。共享單車在發(fā)展過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本成熟，共享單車輻條也在發(fā)展過程中由多根細(xì)輻條變?yōu)樯倭康拇州棗l，但在鎖車過程中車鎖的插桿與輻條的碰撞問題隨之而來。

TRIZ即發(fā)明問題解決理論，是一種基于知識(shí)的、面向人的解決發(fā)明問題的系統(tǒng)化方法，可以解決工程以及管理類方面的問題[4-5]。本文應(yīng)用TRIZ理論進(jìn)行共享單車車鎖結(jié)構(gòu)原理的改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高了共享單車在鎖車過程中的便利性。

當(dāng)前問題描述

單車在鎖車的過程中插桿會(huì)與輻條碰撞（如圖1所示），這時(shí)需要滾動(dòng)后輪，以避免碰撞。此過程不僅浪費(fèi)時(shí)間，還容易改變單車的停放位置，這在初代的共享單車中表現(xiàn)明顯。后續(xù)的共享單車采用更細(xì)的輻條，可以降低碰撞幾率，但是沒有徹底解決這個(gè)問題，主要原因是輻條有寬度，在支撐車輪的情況下不能無限變細(xì)。插桿同樣，在保護(hù)車輛的情況下不能無限變細(xì)。

基于發(fā)明原理的車鎖改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1 物理矛盾的解決原理

TRIZ理論中，工程類矛盾包括技術(shù)矛盾和物理矛盾兩種。技術(shù)矛盾是發(fā)生在兩個(gè)參數(shù)之間的矛盾，當(dāng)一個(gè)參數(shù)得到改善時(shí)，另一個(gè)參數(shù)則變得惡化，解決方法是四十條發(fā)明原理;物理矛盾是同一系統(tǒng)同一參數(shù)內(nèi)的矛盾，解決物理矛盾要應(yīng)用四大分離原理。技術(shù)矛盾和物理矛盾是可以相互轉(zhuǎn)化的，同樣四大分離原理和40發(fā)明原理也存在如下的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

3.2 共享單車車鎖的改進(jìn)

（1）物理矛盾分析

車鎖插桿要保證強(qiáng)度和承重，所以插桿要粗;在鎖車的時(shí)候，插桿又要不與輻條相碰撞，所以插桿要細(xì)。根據(jù)在不同時(shí)間插桿的物理性質(zhì)不同，選擇的分離原理為時(shí)間分離。

（2）查找發(fā)明原理

根據(jù)查找，有12條發(fā)明原理可以解決與時(shí)間分離有關(guān)的物理矛盾，以下對(duì)幾個(gè)可行性發(fā)明原理進(jìn)行分析。

15號(hào)原理（動(dòng)態(tài)化）：使系統(tǒng)的狀態(tài)或?qū)傩猿蔀槎虝旱摹⑴R時(shí)的、可動(dòng)的、自適用的、柔性的或可變的。將插桿設(shè)計(jì)成柔性化，雖一定程度可以繞過輻條，但插入另一邊的孔又會(huì)變得困難。

11號(hào)原理（預(yù)補(bǔ)償）：對(duì)將要發(fā)生的事情，預(yù)先做好防范措施，以防止或降低危險(xiǎn)的發(fā)生。采用磁力輪轂，這樣就會(huì)完全擺脫輻條的束縛，但是車鎖就需要完全改變形式，隨之而來的是費(fèi)用的增加。

16號(hào)原理（未達(dá)到或過度作用原理）：運(yùn)用“多于”或“少于”所需的某種作用或物質(zhì)獲得最終結(jié)果。在將輻條變細(xì)的過程中可以適當(dāng)增加插桿的寬度，使插桿大于輻條的寬度。把插桿分成幾根細(xì)插桿，當(dāng)插桿與輻條碰撞時(shí)，碰撞的插桿停止運(yùn)動(dòng)，而未碰撞的插桿繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，鎖住單車。

3.3 最終方案

結(jié)合分析，最終采取的方案為將插桿增粗，分成三部分，三個(gè)插桿分別有三個(gè)彈簧連接，使之能獨(dú)立來回運(yùn)動(dòng)并可以單獨(dú)完成鎖車的動(dòng)作。在關(guān)鎖過程中，如果其中一個(gè)插桿被阻擋，那么對(duì)應(yīng)的彈簧便被拉伸，而另外兩個(gè)插桿依舊可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鎖的關(guān)閉。方案示例如圖2所示，實(shí)現(xiàn)原理如圖3所示。

共享單車車鎖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

結(jié)論

本文基于TRIZ理論，根據(jù)共享單車鎖車時(shí)的插桿與輻條碰撞的問題，分析其中的物理矛盾，采用時(shí)間分離原理，對(duì)車鎖的插桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。應(yīng)用未達(dá)到或過度作用發(fā)明原理，提出將插桿進(jìn)行加粗分段，使三條彈簧分別控制運(yùn)動(dòng)的方案，有效解決了鎖車過程中插桿與輻條碰撞的問題。

參考文獻(xiàn)

[1]成都一步共享科技有限公司.一種用于共享單車的自動(dòng)開閉的鎖：CN201720392201.X[P].2018-02-01.

[2]深圳市中智車聯(lián)科技有限責(zé)任公司.用于規(guī)范共享單車停放姿態(tài)和方向的方法及其車鎖：CN201910412416.7[P].2019-10-17.

[3]夏進(jìn)軍，李洋.卡扣輻條盤式自行車鎖的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2013，30（1）：110-112.

[4]張明勤，范存禮，王日君，張士軍.TRIZ入門100問--TRIZ創(chuàng)新工具導(dǎo)引[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[5]劉曉敏，黃水平，王建輝，林貴杰.基于TRIZ及功能類比的產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)創(chuàng)新[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2016，52（23）：34-42.

責(zé)編/樊力行