基于TRIZ的共享單車車鎖的創新設計

王日君　吳曉　李壯　張明勤

摘? ?要：針對目前共享單車在鎖車時插桿會與輻條碰撞的問題，依據TRIZ理論，分析共享單車車鎖在設計過程中的技術矛盾和物理矛盾，應用分割原理和部分超越原理，對共享單車車鎖進行創新設計，發明了一種三分式的插桿結構，有效解決了在共享單車鎖車時插桿與輻條相碰撞的問題。

關鍵詞：TRIZ;單車車鎖;矛盾矩陣;發明原理

引言

共享單車近年來發展迅速，因其便捷性和低成本，成為城市中理想的交通工具，得到廣泛的應用[1-3]。共享單車在發展過程中，結構設計基本成熟，共享單車輻條也在發展過程中由多根細輻條變為少量的粗輻條，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即發明問題解決理論，是一種基于知識的、面向人的解決發明問題的系統化方法，可以解決工程以及管理類方面的問題[4-5]。本文應用TRIZ理論進行共享單車車鎖結構原理的改進設計，提高了共享單車在鎖車過程中的便利性。

當前問題描述

單車在鎖車的過程中插桿會與輻條碰撞（如圖1所示），這時需要滾動后輪，以避免碰撞。此過程不僅浪費時間，還容易改變單車的停放位置，這在初代的共享單車中表現明顯。后續的共享單車采用更細的輻條，可以降低碰撞幾率，但是沒有徹底解決這個問題，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。插桿同樣，在保護車輛的情況下不能無限變細。

基于發明原理的車鎖改進設計

3.1 物理矛盾的解決原理

TRIZ理論中，工程類矛盾包括技術矛盾和物理矛盾兩種。技術矛盾是發生在兩個參數之間的矛盾，當一個參數得到改善時，另一個參數則變得惡化，解決方法是四十條發明原理;物理矛盾是同一系統同一參數內的矛盾，解決物理矛盾要應用四大分離原理。技術矛盾和物理矛盾是可以相互轉化的，同樣四大分離原理和40發明原理也存在如下的對應關系：

3.2 共享單車車鎖的改進

（1）物理矛盾分析

車鎖插桿要保證強度和承重，所以插桿要粗;在鎖車的時候，插桿又要不與輻條相碰撞，所以插桿要細。根據在不同時間插桿的物理性質不同，選擇的分離原理為時間分離。

（2）查找發明原理

根據查找，有12條發明原理可以解決與時間分離有關的物理矛盾，以下對幾個可行性發明原理進行分析。

15號原理（動態化）：使系統的狀態或屬性成為短暫的、臨時的、可動的、自適用的、柔性的或可變的。將插桿設計成柔性化，雖一定程度可以繞過輻條，但插入另一邊的孔又會變得困難。

11號原理（預補償）：對將要發生的事情，預先做好防范措施，以防止或降低危險的發生。采用磁力輪轂，這樣就會完全擺脫輻條的束縛，但是車鎖就需要完全改變形式，隨之而來的是費用的增加。

16號原理（未達到或過度作用原理）：運用“多于”或“少于”所需的某種作用或物質獲得最終結果。在將輻條變細的過程中可以適當增加插桿的寬度，使插桿大于輻條的寬度。把插桿分成幾根細插桿，當插桿與輻條碰撞時，碰撞的插桿停止運動，而未碰撞的插桿繼續運動，鎖住單車。

3.3 最終方案

結合分析，最終采取的方案為將插桿增粗，分成三部分，三個插桿分別有三個彈簧連接，使之能獨立來回運動并可以單獨完成鎖車的動作。在關鎖過程中，如果其中一個插桿被阻擋，那么對應的彈簧便被拉伸，而另外兩個插桿依舊可以進行運動，實現鎖的關閉。方案示例如圖2所示，實現原理如圖3所示。

共享單車車鎖的內部結構圖如圖4所示。

結論

本文基于TRIZ理論，根據共享單車鎖車時的插桿與輻條碰撞的問題，分析其中的物理矛盾，采用時間分離原理，對車鎖的插桿結構進行創新設計。應用未達到或過度作用發明原理，提出將插桿進行加粗分段，使三條彈簧分別控制運動的方案，有效解決了鎖車過程中插桿與輻條碰撞的問題。

參考文獻

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

[3]夏進軍，李洋.卡扣輻條盤式自行車鎖的設計[J].機械設計，2013，30（1）：110-112.

[4]張明勤，范存禮，王日君，張士軍.TRIZ入門100問--TRIZ創新工具導引[M].北京：機械工業出版社，2012.

[5]劉曉敏，黃水平，王建輝，林貴杰.基于TRIZ及功能類比的產品概念設計創新[J].機械工程學報，2016，52（23）：34-42.

責編/樊力行