創新型車鎖的研究與設計

楊啟帆 茹鑫斐 張俊德 問李娜 張克勤

摘 要：自行車、電動自行車是目前人們使用十分普遍的交通工具。但由于其買賣手續簡便，零部件可拆卸，犯罪分子盜竊后便于銷贓， 被盜案件時常發生， 給使用者造成不必要的損失。因此， 對于研制新型的車鎖具有一定的實際意義。文章針對現有車鎖進行一定改進，以使用方便、防盜、低成本為目標設計了新型鎖。本產品由“剛毛”、單片機、鏈條、外殼、鑰匙以及充電口組成。

關鍵詞：自行車;創新型車鎖;意義

中圖分類號：TS914.21 文獻標識碼：A

1 創新型車鎖的研究背景和意義

1.1 研究背景

當今世界，綠色發展、可持續發展和低碳生活已成為重要趨勢。在國家的號召和生活需要的共同推進下，城市公共自行車和共享單車等以井噴式出現并快速發展，以度卷之勢快速占領各大城市，這也標志著自行車又一次進入公眾視野，繼而帶動了國內自行車行業的發展。

根據社會調查顯示，現在很多學生上下學、家長上下班、接送小孩依靠自行車、電動車;根據市場調查顯示，現在很多非機動車的零件都是可輕易拆卸的，而且其買賣手續簡便，零部件可拆卸，犯罪分子盜竊后便于銷贓，被盜案件時常發生，給使用者造成不必要的損失。因此，對于研制新型的車鎖具有一定的實際意義。文章針對現有車鎖進行一定改進，以使用方便、防盜、低成本為目標設計了新型鎖。

我們推出了全新型自行車鎖，為方便出行，完美地解決所有有輪車子的存放問題，就此看來，全新型自行車鎖具有廣大的市場和發展前景。

1.2 研究意義

目前市場上存在的車鎖，都是將車子與周圍物體綁在一塊，或者將車子的車架與車輪綁在一塊，用鎖將車輪的輻條或者碟片卡死，使其不能正常轉動達到所認為的鎖車目的。但是車子仍可以被整體運走或者偷取某零部件，不能完全地解決存放的安全問題。而我們新型的車鎖不僅能解決車子單獨存放的問題，還能解決零部件的安全問題，這在目前市場上是不存在的，一旦上市，將會在安全性方面碾壓現存的車鎖，具有廣闊的市場。

2 創新型車鎖的設計

2.1 整體設計

智能鎖結構示意圖如圖所示：智能鎖由兩個鎖頭以及連接鎖頭的鏈條組成，鎖頭中含有充電口、單片機（圖中①虛線）并由鏈條（圖中②虛線）連接起來，在鎖頭的表面有細小的“剛毛”（圖中③實線），整個鎖由外殼（圖中④實線）組合起來，組成一個完整的系統。鎖與特制鑰匙構成獨一的鎖鑰結構，保證車子的安全。

2.2 各組成部分的設計

2.2.1 “剛毛”

“剛毛”是依據仿生物技術而形成的，以壁虎的爪為原模型，壁虎的每只腳底部長著數百萬百根極細的剛毛，而每根剛毛末端又有約400根至1 000根更細的分支。這種精細結構使得剛毛與物體表面分子間的距離非常近，從而產生分子引力及“范德瓦爾斯力”。雖然每根剛毛產生的力量微不足道，但累積起來就很可觀。

我們現存的大部分路都是水泥路、柏油路、磚頭路等。這些路在我們肉眼看來是平整的，但從微觀的角度看的話，其中有很多分子間隙，我們正是利用這種分子間隙，將“剛毛”扎到分子間隙中，通過單片機的控制，如將車鎖鎖定時整個車鎖會斷電，“剛毛”會發生形態上的改變，如膨脹將小間隙撐住或者底部彎曲形成倒鉤刺等。這種強大的力量使他人在不使用鑰匙時不能將其拔出，保護了車子的安全。

2.2.2 鏈條

鏈條實質上是連接兩個單片機的導線，保證指令的一致性。但隨著技術的發展和成熟，鏈條將被無線信號取代。

2.2.3 外殼

外殼使用特殊的材質，在保證鎖不會被外界利器破壞的情況下，也不會對車子本身造成傷害，如對車輪或車架造成磨損等。

2.2.4 鑰匙

鑰匙有兩種形式，其一是手機藍牙進行控制的藍牙鑰匙，另一種則是實物鑰匙（備用鑰匙），類似與汽車鑰匙。

藍牙鑰匙：現在大部分人都有手機，而且手機藍牙是不需要網絡的，當客戶購買這個鎖后，將手機等電子設備與鎖子進行匹配，用藍牙來控制鎖子的開與關，以及定位鎖子的位置。

實物鑰匙：是作為一種備用鑰匙和針對與小學生等無手機的鑰匙，當我們的手機等其他電子設備丟失或者沒電時，我們可以使用實物鎖進行控制。實物鑰匙在出廠時就已設定好專屬的電波信號，無需再次匹配，一把鎖和一個實物鑰匙一對一關系。

2.2.5 充電口

在鎖頭上裝有USB充電口，在不充電時會由外殼將其封住，防止塵土等進入，造成堵塞。隨著技術的發展和成熟，會由無線充電所取代。

2.3 單片機控制系統設計

單片機控制系統主要包括藍牙系統、GPS系統、路面特征分析系統、路面識別系統、“剛毛”控制系統、開鎖信號分析系統、報警器系統。

2.3.1 單片機控制系統介紹

藍牙系統：用于與手機等電子設備進行匹配，方便用戶控制。在其中設定兩次匹配機會，其一是購買時的適用機會，而第二次則是和你的手機或其他電子設備匹配;如若用戶將更換手機等電子設備，則需帶著相關證明去購買地方由工作人員對車鎖進行重新設定，用戶可重新匹配（有且只有一次匹配機會）。

GPS系統：在其中加入GPS系統，用戶可通過藍牙定位鎖子所在的位置。

路面特征分析系統：我們會提前對現在所存在的路面進行一系列的系統分析，針對不同的路面出臺不同的“剛毛”變化方式，使其達到絕對安全的效果。

路面識別系統：識別路面裝置，在鎖頭的表層，由單片機控制，采用紅外線感應，識別路面特征。

“剛毛”控制系統：路面識別系統的結果將被“剛毛”控制系統進行分析，根據路面特征分析中的數據，進行對號入座，對“剛毛”進行控制，將車子鎖定。

開鎖信號分析系統：控制鎖的開關有兩種信號，一是藍牙鑰匙，二是實物鑰匙，當鑰匙發出電波信號時，會由開鎖信號分析系統識別信號代碼，控制“剛毛”執行啟/閉鎖的動作。而這兩種信號是“或”的關系。

報警器系統：當車鎖鎖定十秒鐘后將自動進入防盜狀態，當車身或車鎖遭到碰撞或暴力破壞時，報警器即發出十幾秒鐘左右的尖銳報警聲，與此同時指示燈會不斷閃爍。之后會再次自動進入防盜狀態。

2.3.2 系統工作流程圖及使用方法

鎖子在使用時，將其拉到自己所需長度，如自行車，將鎖子穿過前輪、重點的三腳架、后輪之后，兩端的“剛毛”固定到地上，鎖住車子;若為電動車，將鎖子穿過后輪再與電動車的電瓶綁在一塊，最后將兩端的“剛毛”固定到地上;若為摩托車，將鎖子穿過輪子的輻條間隙，將其固定到地上。

為了方便使用者，我們會附帶一個置鎖架和置鎖包，使用者可根據自己的不同情況將鎖子卡在置鎖架中卡在座管上，或將其放入置鎖包內放在橫梁上或放包內攜帶。

3 發展戰略

3.1 初期戰略

初期，產品的主要針對人群主要是自行車車隊以及機車車隊。基于產品現有的安全性和便攜性作為賣點，同高檔車隊進行積極合作，簽訂相關合同，在高檔車隊成批量使用本產品——車鎖，大面積推廣本產品，解決銷售渠道的同時憑借高品質以及安全性能技術支持的協作開發，為產品品牌打下堅實的用戶基礎，提升品牌知名度。并不斷提升產品質量，先占領高端安全車鎖的市場。

3.2 中期戰略

當獲得了一定的業績與產品知名度后，公司可以開始嘗試與普通車店合作，采取逐步打入市場，從比賽用車/普通車店用車行業開始逐步普及到所有車輛。同時，提升產品性能，并提高科研能力和科技創新水平，加強引進優秀的國內外技術人才，在材料和功能等反面進行改善，如加入音響、行車記錄儀等。

3.3 長期戰略

長遠來看，本產品需要打造一條專屬的產品生態鏈，維持客戶忠誠度，并基于我們的安全理念，開拓與共享單車存放安全性能的項目，為現存的車子打造安全的存放環境。待時機成熟時，應當打破傳統鎖的理念，將新型鎖全面上市。甚至還可以走出國門，將產品行銷世界。

4 結論

通過對創新型車鎖的研究分析可知新型鎖具有軟硬件設計簡單、易于開發、成本較低、安全可靠、操作方便等特點。采用了仿生物技術、電磁波信號以及單片機技術等。在使用過程中也做了改良，是車鎖對車子的保護達到絕對安全的效果。