基于TRIZ的共享单车车锁的创新设计

王日君吴小莉张壮秦明

摘要:根据TRIZ理论，分析了自行车共享车锁设计过程中的技术矛盾和物理矛盾，应用分割和局部超越原理对自行车共享车锁进行创新设计，发明了一种三段式插头结构，有效解决了自行车共享车锁插头与轮辐碰撞的问题。

关键词:TRIZ；自行车锁；矛盾矩阵；发明原理

介绍

近年来，自行车共享发展迅速。由于其方便性和低成本，成为城市中理想的交通工具，并得到广泛应用[1-3]。在自行车共享的发展过程中，结构设计基本成熟，自行车共享辐条在发展过程中也从很多细辐条变成了几根粗辐条。但是在锁车的过程中，车锁的柱塞与辐条发生碰撞的问题随之而来。

TRIZ，发明问题解决理论，是一种基于知识、面向人的解决发明问题的系统方法，可以解决工程和管理中的问题[4-5]。本文应用TRIZ理论对共享单车车锁的结构原理进行改进设计，提高了共享单车在锁车过程中的便利性。

当前问题描述

在锁自行车的过程中，柱塞会与辐条发生碰撞(如图1)。此时后轮需要滚动，避免碰撞。这个过程不仅浪费时间，还容易改变自行车的停放位置，这一点在第一代自行车共享中表现得很明显。后续的自行车共享使用了更细的辐条，可以降低碰撞概率，但是这个问题还没有完全解决。主要是辐条有宽度，支撑车轮的时候不可能无限细。同样，在保护车辆的情况下，杆也不可能无限细。

基于发明原理的汽车锁改进设计

3.1解决物理矛盾的原则

在TRIZ理论中，工程矛盾包括技术矛盾和物理矛盾。技术矛盾是两个参数之间的矛盾。当一个参数改善时，另一个参数变得更差。解决方法是四十个发明原则。物理矛盾是同一系统、同一参数中的矛盾。解决物理矛盾应应用四个分离原则。技术矛盾和物理矛盾可以相互转化。同样，四个分离原则和40个发明原则也有如下对应关系:

3.2共享单车车锁的改进

(1)物理矛盾分析

锁杆要保证强度和承载能力，所以杆要粗；锁车的时候，柱塞要细，因为不会和辐条碰撞。根据柱塞在不同时间的不同物理性质，选择的分离原则是时间分离。

(2)发现发明原理。

根据搜索，有12个发明原理可以解决与时间分离相关的物理矛盾。这里有一些可行的发明原理供分析。

原则15(动态):使系统的状态或属性具有瞬时性、临时性、可移动性、自适应性、灵活性或可变。通过将插杆设计成柔性的，可以在一定程度上绕过辐条，但会很难插入另一侧的孔中。

原则1(预补偿):对将要发生的事情提前做好预防措施，防止或减少危险的发生。使用磁轮毂将彻底摆脱辐条的束缚，但车锁需要彻底更换，成本增加。

原则16(不达到或过作用原则):使用“多于”或“少于”某种所需的动作或物质，以获得最终结果。在细化辐条的过程中，可以适当增加柱塞的宽度，使柱塞大于辐条的宽度。柱塞被分成几个细柱塞。当柱塞与辐条碰撞时，碰撞的柱塞停止移动，而未受伤的柱塞继续移动，锁定自行车。

3.3最终计划

根据分析，最终方案是加大柱塞杆，将其分成三部分。三个柱塞杆用三个弹簧连接，这样就可以独立的来回移动，独立的锁车。在锁定过程中，如果其中一个柱塞杆被阻挡，相应的弹簧就会被拉伸，而另外两个柱塞杆仍然可以移动以关闭锁。方案如图2所示，实现原理如图3所示。

共享单车车锁内部结构示意图如图4所示。

结论

基于TRIZ理论，针对共享单车锁车时柱塞与辐条发生碰撞的现象，分析物理矛盾，采用时间分离原理创新设计车锁柱塞结构。应用本发明未达到或作用过度的原理，提出了将柱塞加粗分段，使三个弹簧分别控制运动的方案，有效解决了锁车过程中柱塞与辐条碰撞的问题。

参考

[1]成都易步共享科技有限公司自行车共享用自动开闭锁:CN201720392201。X[P].2018-02-01。

[2]深圳市众志车联科技有限公司自行车共享及其车锁停车姿态和方向的规范方法:CN201910412416.7[P].2019-10-17。

[3]夏进军，杨力。扣辐盘式自行车锁的设计[J].机械设计，2013，30 (1): 110-112。

[4]，范，，王日君，。介绍TRIZ 100个问题- TRIZ创新工具指南[M].北京:机械工业出版社，2012。

刘小敏，黄水平，王建辉，林桂杰。基于TRIZ和功能类比的产品概念设计创新[J].机械工程学报，2016，52 (23): 34-42。

编辑/范李星