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1、基于自衡技术的城市智能个人代步工具的设计摘 要：代步工具日益增多，要设计出技术的日趋完善，轻巧、舒适、现代化的个人代步工具。为此设计出轻量化便携的独轮车，通过市场调查、归纳整理、阅读研究、理论研究、方案设计等综合研究方法，结合调研数据和定位进行产品造型设计上的深入研究，从安全性、舒适性、人机、造型、颜色等要素综合考虑，提出了基于自平衡技术平台的全新的产品。关键词：代步工具；人机；自衡技术1 前言 如今，国内基于自平衡技术平台的电动个人代步工具市场正处于萌芽期，现有产品绝大部分存在形态，体验和功能都比较单一的问题，其技术和服务体系也尚未成熟，想要获得良好的市场效应和社会认可还需要一段时问的发展。
2、在本文阐述了其在城市轻量化个人代步工具方向上的设计与研究，通过对该类产品于形态，体验及服务上的创新研究，通过市场调查、归纳整理、阅读研究、理论研究、方案设计等综合研究方法，结合调研数据和定位进行产品造型设计上的深入研究，从安全性、舒适性、人机、造型、颜色等要素综合考虑，提出了基于自平衡技术平台的全新的产品。2 国外个人代步工具行业发展现状电动车顾名思义就是用电作为驱动力的车辆，在全球低碳化的趋势下，人类正在经历着一场“绿色革命”，设计被重新设计着发展轻型个人电动车能够更好的发展城市低碳交通，解决道路狭窄，交通拥堵，停车位不足等问题。像Segway、I-swing、I-Real、高速折叠自行车和
3、ENV电动概念车等个人电动工具即可有效减少私人机动交通出行量、又能保证必要的运行速度，成为值得推广的一种低碳交通工具。2.1 电动三轮车I-swing国外的对新型产品研发更加重视人性化和科技含量，通过运用新型动力和现代科技提高产品的性能。例如电动三轮车I-swing（图1-1），这是款凭借陀螺仪传感器来调节自动两轮平衡行驶和三轮行驶的电动个人交通工具，在其传感器未启动的状态下，I-swing可放下前起落架，呈三轮着地的行驶状态。当在行人较多狭窄的地方行驶时，I-swing前起落架会收起，车身会转变为竖立的两轮驾驶状态，这样可以使驾驶员与行人视线保持在同一高度，是使得驾驶的操作状态更加舒适。I-
4、swing在两轮行驶时的车高度为1800毫米，长度分别为985毫米和800毫米，整车的高度为1710毫米，长宽分别为1275毫米和800毫米。车身采用可以减缓冲击的低弹力聚氨脂制造，通过高科技的运用提高产品的使用功能，实现更好的舒适性和操控性。图1-1 丰田I-swing 2.2 摄位车Segway 国外的个人交通工具不仅在使用功能上不断创新，而且越来越轻量化。例如美国的Segway（图1-2），该车的外形非常小巧简洁，使用起来很轻盈舒适，脚踏式两轮行驶，结构非常简单，运行成本低。人们可以驾驶这两款车直接从办公室开到家，甚至可以开进各个房间。这类轻型的个人交通工具可以解决交通拥堵，停车位不足等
5、实际问题，在交通资源如此紧张的现在，使用像I-swing或Segway这样的个人交通工具，在轻松外出购物同时还可以享受自然风光，不用因为城市拥挤的交通和尾气排放污染的空气而恼，使得人们的交通模式更加的多元化和灵活性。图1-2 Segway2.3 美国RYNO机车单轮电动机车是美国最新研制一款RYNO机车（如图1-3），采用单个车轮，是一款类似于赛格威平衡车和电动踏板车的新型交通工具，最大的优点是不会让驾驶者摔倒。机车的重量为57公斤，能够应对机车倾斜角度和30度坡度。其设计灵感来源于2009年公司CEO克里斯霍夫曼(Chris Hoffmann)的女儿。单轮电动机车采用单个车轮，充电电池作为动
6、力，这款单轮电池动力机车时速可达到40公里，由于体积较小，在任何地点随意泊车和充电，它专为通勤者设计，可有效解决交通堵塞，避免昂贵的泊车费用。预计价格为3344美元。机车的重量为57公斤，能够应对机车倾斜角度和30度坡度。单轮电动机车的工作方式类似于赛格威平衡车，驾驶者必须身体前倾加速，身体后倾减速。但不同于赛格威平衡车的是，RYNO机车装配着自平衡技术，意味着如果驾驶者身体倾斜幅度过大，它能够自动保持机车平衡。优势特点如下：1、RYNO机车具有很大的优势，它可以在街巷之中穿梭，在复杂的环境中比其它车辆更快地抵达目的地。它能够像自行车一样随意停放任何地点，无需缴纳停车费。2、具有特殊的自平衡技
7、术，在行驶时可保持机车不会摔倒。3、可携带进入列车，穿过步行商业街，具备电动踏板车的功能。或者最简单地驾驶RYNO机车穿过休息室，乘坐电梯抵达住宅。4、机车的电池可以移除，插入电源插座上进行充电。如图1-3 RYNO机车3 我国个人代步工具行业发展现状3.1 我国个人电动车销量情况 电动车行业，凭借着其社会化、大众化和平名化的特点，已经成为了消费者短途代步的必备的交通工具。电动车根式凭借着这一优势走过了其他行业所不曾走过的辉煌征程。从第一辆自行车的诞牛到2011年，电动车的社会保有量已经突破了1.4亿辆。根据中国自行车行业协会理事长马中超的研究，2009年我国自行车总产量大幅下滑，总产量为73
8、06万辆，比上年下降13.2%，降幅为1996年以来最大；电动自行车总产量为2369万辆，同比增长8.2%，目前电动车行业保有量接近1.4亿辆，国内市场供大于求的局面并没有改变，而需求增速在国内市场已明显放缓。个人电动车作为新世纪高效清洁的交通工具，已经受到了广泛的重视。中国科学院院士何祚麻等专家纷纷表示对电动车发展的支持，认为解决城市交通问题就应该大力发展电动车产业，并非常乐观地认为，电动车最终可以取代燃油车。3.2 我国个人电动车现状及发展中国近几年从沿海到内地的大小城市，交通工具迅猛增加，交通系统的压力与日俱增，与此同时出现了能源危机和环境污染的问题，趋于对新能源的需求，人们再次关注到电
9、动车。它很好地满足了人们出行方便省时的需求，一定程度上解决了因交通拥堵，加上其节能环保成为人们绿色出行的最佳选择。近年来中国经济一直处于快速发展阶段，GDP一直能够保持在两位数的跨速增长。2008年全球经融危机，才使得中国过快增长的GDP速度放缓。到2011年，我国GDP增长已降至个位数。经济学家更是做出了2012年中国GDP有可能保持在8.5%左右的预测。如果我国GDP降到8%以下，就业以及经济发展就将面临严峻的考验。为了阻止这一情况的发生，中央政府势必出台很多拉动内旭，刺激经济发展的政策，以保证经济的繁荣和国家的安定。减少企业赋税，给与中小企业一定的贷款扶持；降低或者减免部分消费税收，刺激
10、市场消费；采用较为宽松的货币政策，进一步下调存款准备金率；继续对产品进入农村市场给与政策性补贴；墙纸要求企业给员工增肌工资等举措。全面国内内需经济，这样也无形中刺激了消费，包括电动车市场的购买力。4 个人代步工具的新趋势4.1 轻巧化毋庸置疑，超小型代步工具是未来集约化个人交通工具的新趋势之一，尤其是在人口密度大而交通条件又比较紧张的城市地区。世界上有超过一半人口为城镇居民，然而当前依然有越来越多的人口在涌向城市，城市的土地面积无法增长，而城镇化的发展速度却在急剧攀升。因此，拓建城市交通系统的基础设施治标不治本。4.2 电气化此外，依靠电力驱动的交通工具也是未来交通的一个重要发展趋势。近年来，
11、锂电池和氢燃料电池技术的发展使电力驱动的交通工具得到了广泛关注。新的电池储能技术也使得蓄电池模块更加稳定且能够持有更高的能量密度。如今，依托模块化设计的手段，这些电池模块被包装成适合各种车辆尺寸的套件来使用。基于此这，汽车公司便可以更加便捷的于电池开发商展开合作，设计以电力驱动的交通工具。不管是传统的汽车制造商，还是交通工具行业的新兴企业，都在通过对电力驱动汽车的概念设计来展示他们对未来交通工具以及未来城市交通生活方式的展望。4.3 系统化对于交通工具来讲，实现综合的连通性所必须的技术已经开始得到商业化推广。如今，通过结合GPS、数字地图、无线通信等技术提供了诸如：车内免提电话、实时导航的交通
12、信息、远程诊断、事故后自动通知相关应急响应、使被盗车辆减速等功能。利用车辆之间相互连接的技术，基于传感器的功能模块被引入到了交通工具的设计当中。这些功能模块施包括：盲点探测系统；车道保持系统等等。在未来，更复杂的交通通信设施系统将促使交通工具的自动化和人机协同合作的驾驶模式成为现实。使用GPS技术的车辆将被定位，他们还将可以和路边的基础设施通信，可以增加车辆自身的安全性，也可以一定程度上保证路边非机动车以及行人的安全。5 自平衡技术平台产品发展现状5.1 技术原理自平衡技术平台的原理与人体平衡功能几乎完全相同，只不过用轮子取代了人的双腿，用发动机代替了肌肉组织，用一组微处理器代替了大脑，并由一
13、套精密的倾斜传感图4-1 主动平衡的滑板器代替了人内耳的平衡系统（如图4-1）。像大脑一样，平衡车会接收到人体前倾时的信号。为了保持平衡，它会以适当的速度转动车轮。其通过内置的精密电子陀螺仪（Solid-State Gyroscopes）来判断车身所处的状态，经过精密高速的中央微处理器得指令后，驱动马达来实现平衡的效果。我们假设以驾驶者与车体为整体的重心纵轴为参考线。当这条轴向前倾斜时，车体内置的电动马达会产生向前的动力，反之亦然。因此，驾驶者只需要改变自己身体的倾斜角度就可以控制车体的前进或后退，而速度则与身体倾斜的程度呈正比。这与一般的需要驾驶者自己通过身体平衡来实现平衡的滑板车等交通工具
14、大大不同。5.2技术特点 左右两轮电动车，独特的平衡设计方案。集“嵌入式工业设计艺术设计”的产品集成创新技术，以嵌入式技术提升产品的内在智能化，以适应当代产品数字化、智能化的趋势，实现由内而外的创新，产品信息建模，建立一套既包含产品形状特征，也包含用户认知意象的心理特征体系，并在此基础上进一步开发以用户对产品的最终要求驱动的产品生成系统。5.3 技术优势自行车和电动自行车只能前进，不能后退，也不能原地不动。而自衡车不仅能够前进，还能后退和原地不动。事实上，由于自衡车的传感系统非常灵敏，身体重心的移动幅度非常小，使用者只要把身体重量稍微朝脚尖或脚后跟移动一点，车体就开始前进或后退。而且，自衡车的
15、转弯半径可大可小，控制灵活，在电梯那样狭小的空间也可以骑着转弯。与以汽油为燃料的交通工具相比，自衡车可以说是一种绿色低碳的节能产品。自衡车的二氧化碳排放为零，而传统交通工具的动力只能依靠一次性的石化能源。自衡车的动力由电池提供，这既可以从不可再生的石化能源中获取，也可以从可再生的能源中获取（例如太阳光或风等）。一般情况下，自衡车充一次电可以行驶40公里，所需最长充电时间为6-8个小时，充电一次不超过度电的损耗。自衡车所能安全承重的限制在105公斤以内，最大爬坡斜度与小型汽车相当。而且对于较陡的坡度来说，使用者可以下车后利用其辅助动力完成上坡。6 总结对于消费者来说，有人在意出行的便捷性，有人在
16、意价格，也有人在意驾驶时的乐趣，其需求是非常的多元化。也许有时候这些要求是相互矛盾的，但是消费者的需求也是多样化的。要对个人代步工具进行创新，必须关注市场的需求开阔眼界，结合现代个人电动车设计的相关理论以及结合现实的因素，总结国内外各类型个人电动车发展的过程和经验，以经济实用和创新美观为出发点从其功能结构、美观造型及使用方式等方便着手，结合现代个人电动车的状况进行分析。个人代步工具以其低耗能、方便快捷、灵活舒适等特点为城市交通节能减排，个人代步工具在实际运行过程中反映灵敏并能够自动保持平衡，安全便捷。为了更好地实现城市交通低碳化，未来的设计会越来越微型化、轻量化，也就是说车身尺寸和排量会减小，其制造材料也会推陈出新，将新型环保的个人代步工具设计不断发展创新。参考文献：1 张宪荣,张萱.设计色彩学M,
