智能電動滑板設計研究

查煜 王文濤 樂詠琪 袁夢

摘 ? 要：電動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。當前電動滑板的設計趨勢和研究方向逐漸朝著多功能化和智能化發展。文章秉承“以人為本”的設計理念，設計、分析出更加便捷和更高安全性能的智能化電動滑板。

關鍵詞：代步工具;便捷;電動滑板

隨著經濟的快速發展，城市化進程不斷加快，但城市基礎建設尚未滿足發展需要，隨之而來的環境交通問題層出不窮。在緩解環境與能源問題、倡導低碳出行的時代背景下，設計、制造適合個人短距離使用的電動代步工具將成為發展趨勢。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。電動滑板作為動力驅動的代步工具，實現了零排放、零污染。因此，本文提出智能電動滑板設計研究，以優化傳統代步工具的智能服務功能。

1 ? ?智能電動滑板的設計分析

滑板按熟悉度可分為兩類：專業板和玩具板。專業板的所有零部件和各種性能指標都需要滿足滑手的高難度動作和各式花樣要求;玩具板指僅供滑行的滑板，主要適用于初學者。結合功能要求及用戶人群，本文以玩具板為例進行分析。智能電動滑板的設計主要從結構、材料、控制、輔助功能4個方面進行[1]。

1.1 ?智能電動滑板的結構設計

智能電動滑板主要由板面、支架、輪轂結構構成。

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

（2）海鷗支架（見圖3），根據板面寬度和輪距，調整橋距和高低，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生的震動感。一般情況下，成年滑手用戶選擇板面的寬度在8.0（in）左右，根據表1數據，本團隊采用139尺寸的支架。

（3）輪轂電機將電機馬達整合裝入花鼓筒內部，通電后電機將電能轉化為機械能，帶動車輪旋轉，從而驅動滑板。采用輪轂電機，在結構上減少了傳動部件，不僅減輕了滑板整體重量，使電機不易損壞。輪轂選擇PU的大灌注輪，減少噪音、耐磨穩定，在滑行過程中平穩、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 ?智能電動滑板的材料設計

根據電動滑板結構和功能特點選用材料，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，且相關承受強度比一般板材大。蜂窩鋁板不容易變形，保持高平整狀態，還具有減震的作用。與市場傳統滑板相比，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，不僅輕巧，而且結實、堅固。

1.3 ?智能電動滑板的控制部分設計

考慮到滑板的載重量以及調速性能，將采用直流無刷輪轂電機雙驅方式，分別選用兩個功率為300 W的直流無刷電機，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的數列脈沖數據，經過芯片內部編程處理后，產生對應的控制指令驅動電機運行。首先，進行系統初始化，配置芯片的通用I/O口初始化定時器，設置外部中斷和串口通信。其次，初始化完成后進行藍牙通信配對，配對成功后，可以通過接收信號實時檢測電池電量情況，并將其反饋在手機界面。在欠壓時，將會通過聲光報警提醒用戶電量不足。在行駛過程中，藍牙接收數據并解碼數據，進而發送指令驅動電機進行減速、剎車、加速等。

（2）控制系統的指標要求：首先，添加欠壓保護電路。當外部電壓過低時，產生預警信號。其次，添加過流保護電路。當電流過大時，導致溫度過高燒壞各元器件。再次，添加飛車保護電路。防止電機驅動失控。從次，優先處理剎車信號。當調速狀態和剎車狀態轉換時，先關閉調速驅動。最后，自動切斷電源裝置。當系統處于待機狀態時，在一定時間內無其他有效信號輸入，可自動切斷電源。

1.4 ?智能電動滑板的輔助功能設計

（1）內置陀螺儀傳感器，重力傳感，上坡能夠加大電機的扭力輸出，人在脫離滑板后小車能夠迅速停止。即在數據接收過程中，一定時間內沒有接收信號，控制器控制滑板自動剎車，不僅保護用戶的安全，也保證周圍人群和建筑的安全。傳感器可以通過感應重力信號，啟動防抱死系統，穩定輪轂。

（2）設計反充電電路，下坡時將滑輪剩余動能轉化為電池充電，提高電池利用率，起到節能的作用。

2 ? ?智能電動滑板的應用分析

（1）大學校園占地面積廣，宿舍區與教學區之間有一定距離，在一定程度上給學生的學習和生活帶來不便。同時學校考慮學生安全問題和非機動車停放問題，禁止使用部分出行工具。使用智能電動滑板學生們不僅可以方便上下學、節省體力和時間，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、運動、娛樂于一體的時尚代步工具，將會風靡各大校園。

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

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

（4）各大旅游景區的開發加速了景區面積的擴建，然而，景區對代步工具的投放過少，游客們因為時間的原因，身心疲憊。智能電動滑板可以讓游客在不同的景點游玩，減少走路的時間，解決了游客行走累的問題。不僅增加了景區的效益，還提高了游客游玩的質量。

3 ? ?結語

本文通過對智能化電動滑板的設計研究，在結構、材料、控制和輔助功能上進行優化、創新，將代步性和娛樂性相結合。智能電動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展空間。

[參考文獻]

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

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

[3]曹惟思.面向用戶體驗的電動滑板設計[D].昆明：昆明理工大學，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