智能电动滑板设计研究

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　　摘   要：电动滑板的代步功能能够解决城市“最后一公里”问题，具有娱乐性，受到青年群体的青睐。当前电动滑板的设计趋势和研究方向逐渐朝着多功能化和智能化发展。文章秉承“以人为本”的设计理念，设计、分析出更加便捷和更高安全性能的智能化电动滑板。
　　关键词：代步工具;便捷;电动滑板
　　随着经济的快速发展，城市化进程不断加快，但城市基础建设尚未满足发展需要，随之而来的环境交通问题层出不穷。在缓解环境与能源问题、倡导低碳出行的时代背景下，设计、制造适合个人短距离使用的电动代步工具将成为发展趋势。城市代步出行方式普遍化，人们对代步工具的需求也日益多元化。电动滑板作为动力驱动的代步工具，实现了零排放、零污染。因此，本文提出智能電动滑板设计研究，以优化传统代步工具的智能服务功能。
　　1    智能电动滑板的设计分析
　　滑板按熟悉度可分为两类：专业板和玩具板。专业板的所有零部件和各种性能指标都需要满足滑手的高难度动作和各式花样要求;玩具板指仅供滑行的滑板，主要适用于初学者。结合功能要求及用户人群，本文以玩具板为例进行分析。智能电动滑板的设计主要从结构、材料、控制、辅助功能4个方面进行[1]。
　　1.1  智能电动滑板的结构设计
　　智能电动滑板主要由板面、支架、轮毂结构构成。
　　（1）板面按造型可分为流线型、不规则型、圆头型以及平头型4种。在选择板面宽度时，一般根据脚的大小来确定。尺寸越大的板其重量越大，且较为平稳;小板灵活、容易控制。板面采用合页式折叠，连接器配件可180°折叠实现自锁，最大承重量可达130 kg。在板面两头设计凹槽，上下班公交、地铁转乘或电池电量用尽处于关机状态时，方便用户手提携带[2]，设计如图1—2所示。
　　（2）海鸥支架（见图3），根据板面宽度和轮距，调整桥距和高低，滑起来更加舒适、更易操控。安装的避震垫片有着较好的弹性，可以减轻在滑行过程中产生的震动感。一般情况下，成年滑手用户选择板面的宽度在8.0（in）左右，根据表1数据，本团队采用139尺寸的支架。
　　（3）轮毂电机将电机马达整合装入花鼓筒内部，通电后电机将电能转化为机械能，带动车轮旋转，从而驱动滑板。采用轮毂电机，在结构上减少了传动部件，不仅减轻了滑板整体重量，使电机不易损坏。轮毂选择PU的大灌注轮，减少噪音、耐磨稳定，在滑行过程中平稳、舒适，操纵难度低，对于刚接触滑板代步的用户十分友好[3]。
　　1.2  智能电动滑板的材料设计
　　根据电动滑板结构和功能特点选用材料，具体如下：
　　（1）板面材料采用碳纤维蜂窝铝板，重量比一般板材更加轻巧，且相关承受强度比一般板材大。蜂窝铝板不容易变形，保持高平整状态，还具有减震的作用。与市场传统滑板相比，大大降低了载重要求，提高了使用性能。
　　（2）海鸥支架选择铝合金材质，不仅轻巧，而且结实、坚固。
　　1.3  智能电动滑板的控制部分设计
　　考虑到滑板的载重量以及调速性能，将采用直流无刷轮毂电机双驱方式，分别选用两个功率为300 W的直流无刷电机，总功率为600 W。
　　（1）以STM32为核心控制芯片，接收并还原来自主机的数列脉冲数据，经过芯片内部编程处理后，产生对应的控制指令驱动电机运行。首先，进行系统初始化，配置芯片的通用I/O口初始化定时器，设置外部中断和串口通信。其次，初始化完成后进行蓝牙通信配对，配对成功后，可以通过接收信号实时检测电池电量情况，并将其反馈在手机界面。在欠压时，将会通过声光报警提醒用户电量不足。在行驶过程中，蓝牙接收数据并解码数据，进而发送指令驱动电机进行减速、刹车、加速等。
　　（2）控制系统的指标要求：首先，添加欠压保护电路。当外部电压过低时，产生预警信号。其次，添加过流保护电路。当电流过大时，导致温度过高烧坏各元器件。再次，添加飞车保护电路。防止电机驱动失控。从次，优先处理刹车信号。当调速状态和刹车状态转换时，先关闭调速驱动。最后，自动切断电源装置。当系统处于待机状态时，在一定时间内无其他有效信号输入，可自动切断电源。
　　1.4  智能电动滑板的辅助功能设计
　　（1）内置陀螺仪传感器，重力传感，上坡能够加大电机的扭力输出，人在脱离滑板后小车能够迅速停止。即在数据接收过程中，一定时间内没有接收信号，控制器控制滑板自动刹车，不仅保护用户的安全，也保证周围人群和建筑的安全。传感器可以通过感应重力信号，启动防抱死系统，稳定轮毂。
　　（2）设计反充电电路，下坡时将滑轮剩余动能转化为电池充电，提高电池利用率，起到节能的作用。
　　2    智能电动滑板的应用分析
　　（1）大学校园占地面积广，宿舍区与教学区之间有一定距离，在一定程度上给学生的学习和生活带来不便。同时学校考虑学生安全问题和非机动车停放问题，禁止使用部分出行工具。使用智能电动滑板学生们不仅可以方便上下学、节省体力和时间，还可以刷街放松享受出行乐趣。自平衡遥控滑板作为集休闲、运动、娱乐于一体的时尚代步工具，将会风靡各大校园。
　　（2）汽车数量的增多、城市交通交通规划的不合理、上下班高峰期集中等引发了如“最后一公里”等显著问题。智能遥控滑板可以应用于城市通勤，不仅能让都市丽人高效、快捷地上下班，还能在途中活动身体，缓解一天的疲劳。
　　（3）地铁口或交通要道经常看到共享单车乱停放的现象，甚至造成交通不便。电动滑板可以凭借小巧、便捷的优势，开展共享模式。
　　（4）各大旅游景区的开发加速了景区面积的扩建，然而，景区对代步工具的投放过少，游客们因为时间的原因，身心疲惫。智能电动滑板可以让游客在不同的景点游玩，减少走路的时间，解决了游客行走累的问题。不仅增加了景区的效益，还提高了游客游玩的质量。
　　3    结语
　　本文通过对智能化电动滑板的设计研究，在结构、材料、控制和辅助功能上进行优化、创新，将代步性和娱乐性相结合。智能电动滑板作为一款零排放、零污染的代步工具，在未来具有广阔的发展空间。
　　[参考文献]
　　[1]杨华，吴敏.基于ARM及蓝牙技术的智能触控电动滑板[J].电子技术与软件工程，2017（3）：123.
　　[2]周庚嘉.基于差异化用户需求的城市代步工具设计研究[D].杭州：浙江工商大学，2017.
　　[3]曹惟思.面向用户体验的电动滑板设计[D].昆明：昆明理工大学，2018.
　　Abstract：The mobility function of electric skateboards can solve the “last 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
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