刀片式自动变形自行车自助共享方法与流程

本发明涉及移动互联网、机械电子领域，是一种通过对自行车改造实现自行车自动变形收缩为紧凑的刀片式简单形状，然后通过自动进出自行车仓盒的方式为自行车共享提供方便的方法，尤其是一种可充分利用现有绿化带、凳椅等城市空间、提高市容整洁程度的自行车自助分享方法。

背景技术：

随着汽车的日益普及拥堵以及地铁的越来越普及，乘坐地铁出行是市民出行的最好方式；但是即使地铁里程越来越长，要想覆盖城市的每个角度是不可能的，最后一公里的接驳就显得非常重要；自行车（本文中自行车包括助力自行车、电动自行车等，本文统一简称为自行车）无疑是最后一公里接驳的最经济环保的方式，而且还能锻炼身体，但是由于自行车的存放存在挤占城市空间以及容易被偷并且影响市容，所以自行车停放处并不十分普及；自行车存放难，一般上班族上班地点与住家地点往往全程骑自行车又不现实（一是可能太远，二是可能要跨越不可能的立交，三是办公室没地方放车等等）；如果地铁两头需要接驳时都有自行车可骑，那么将非常方便，可是因为自行车存放需要占地方而且市容不整洁，导致很难投放大量自行车供人分享租用；有的自行车采取GPS等定位方式随意停车找寻车方式，一样未能解决停放占空间的问题并且违停影响市容，而且由于存放位置不定且定位不准确，给人们带来很多不方便，这种自行车投放就不可能大量投放；其他一些景区、校园等地带一样存在自行车分享租用需求，但是一样占用额外空间且市容不整齐；自行车存放处大多数是露天的，日晒雨淋容易损坏，违停、乱停现象严重，无固定存放车位的共享自行车定位不准，找到不容易，政府建固定停车桩的数量不够，有些偏并且会招到附近住户反对占用空地；电动自行车，充电需要上下楼很不方便，为了尽可能一次充电骑行更远距离，电池大而笨重；不管是政府自行车还是社会分享自行车，因为自行车一个人使用后有一段时间处于无人看管状态，所以损害责任无法分清楚，故无法避免人为故意和随意导致的损害；由于怕偷盗，自行车大多破败、陈旧，占地方，停放混乱，因而许多场地比如商场很少留有自行车停放处，即使有也远远不够。

技术实现要素：

为了让自行车（本发明自行车也包括电动助力自行车和电动自行车等）出行更为智能方便，本发明提供一种刀片式自动变形自行车自助共享方法，通过该方法对自行车改造实现自行车自动变形收缩为紧凑的简单刀片式形状（本文称这种能一键自动变形的车为变形车），然后通过自动进出特制的自行车仓盒的方式为自行车共享提供智能实惠方便的方法；自行车一键自动变形后形成规整刀片式形状，用户可自助从仓盒里自动取出和存放变形车；用户取出变形车后一键变形能自动变形到正常行驶状态；用户通过APP共享租用变形车。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：自行车里放置一个可充电电池，自行车在其内控制器的控制下可以自动变形，也就是通过电机、电磁铁等作用将自行车的各个零散外凸的各个部件（如把立、车把手、支撑架、座垫高度及宽度、脚踏等）自动收缩成一个紧凑刀片式形状（该刀片形一般仅略大于车轮的高度和宽度），伸展时长度不够时采用多级、多节伸缩结构延长。整个变形一键自动完成，不需要人工分拆组合；其他机械功能能用电子装置替代的全用电子装置替代（比如刹车用电子刹车替代，铃铛用喇叭替代等）；变形后的自行车经人工推入特制的自行车仓盒门口，自行车仓盒能自动收纳自行车进仓，用户通过APP（即手机中的应用程序，下同）等方式使用自行车时，自行车仓盒会自动推出变形后的自行车；用户取走变形后的自行车，一键自动恢复原形，即可像普通自行车一样骑行。

本发明的实现原理描述如下：自行车里放置有可充电电池，作为核心承重构架的车架（车架就是整个自行车的支撑主体，类似于汽车底盘，其他各部件如车轮等均安置在其上面）里面嵌入各种自行车正常使用时需凸出的部件，这些部件在车架上的控制器的作用下，能通过电机和电磁铁等自动收缩伸展，用户只需要按一个键即可全自动收缩和伸展。旋转（即伸展）部件在旋转时均检测其旋转方向表面上的压力传感器，无压力时才旋转，以保证可靠变形，也就是变形部件在变形时均检测其变形方向表面上的压力传感器，无压力时才变形；有故障时，自动语音提醒，并打开故障锁栓释放故障锁链；故障锁链有凹槽直接插入仓盒故障锁插孔即可完成上锁。变形车进出仓盒是通过传送带自动完成的，仓盒按进仓时电池余量和仓盒内充电时间依照先进先出或后进先出的方式为用户递送变形车；变形车每次进入仓盒时通过无线方式将自己的剩余电量通知仓盒；仓盒控制板每隔几秒钟就向周围用无线通讯发出问询，经过的变形车都会自动回答，每辆变形车有一个无源射频卡作为身份标识。仓盒按行组织存放变形车；每行之间有间隔；仓盒可以放置在绿化隔离带里，四周覆盖植被，也可放置在公共凳椅之下既可以作凳子也可以做仓盒，还可隐身放置在隔离带等里面。仓盒自动给变形车充电，变形车充电需要仓盒授权，每授权（即发出充电指令）一次仅能充电一次，防止被偷盗后也能充电使用；仓盒外有电动打气嘴。变形车通过记录GPS 数据、加速度和陀罗仪传感器等数据记录用户骑行数据，并依此来区分损害责任（比如是否急摔等，急摔就会既加速度大倾斜角也大）。

因两个车轮固定在车架上，而传统的灵活的车龙头（由把立和车把手组成）无法保证前轮每次停在固定位置（尤其是与后轮保持在同一直线上），为了方便收缩后的自行车进出自行车仓盒，前轮经龙头手动转向变换方向时车架上的控制器记录下龙头手动旋转的前轮角度（比如增加编码器记录前轮相对于前后轮一条线时的旋转角度），一键收缩时控制器驱动电机齿轮等带动前轮反向转回同样的角度（也就是前轮既可以手动转向也可以电机控制转向，电机通电转向时因电机自锁阻力手动转向失灵，若前轮被卡住，则控制器检测到转不动就自动语音提醒用户清除障碍），使得两个车轮进仓时保持在一条直线上，方便把立及车把手收缩；座垫的高度是通过电机可以自动升降和降低的；座垫上装有压力传感器，座垫高度调整及一键收缩和一键伸展均在压力传感器感应到无人骑在座垫上时才可进行（其他各个变形部件都在变形时检测其变形方向上的压力以保证变形不受阻）。

自行车龙头柱（即车前面支起自行车把手的立柱，一般称为把立）、车把手、车踏板、座垫高度及宽度、支撑架等正常使用时需凸出的部位在一键收缩进入自行车仓盒前均自动收缩进车架里，这样自行车自动进出仓盒就既容易操作又占用空间最少。

车把立收缩时折叠在车架里，一键伸展时，电机带动把立旋转从车架里旋转凸出来，此时把立里面还嵌有车把手，当把立旋转到位后，车把手开始旋转凸出（若车把手长度不够，里面还可以再嵌入一级伸缩结构，其他各个变形部件同样问题也这样同样处理）；为了减少手刹等机械部件，车把手上有电子刹车按钮，按钮压力大小决定刹车力度；车架上的刹车块接到刹车指令由电磁铁（或电机）启动摩擦接触制动（电动自行车则直接控制电机转速即可）；为了减少尺寸，同样功能电子能替代机械的都做替代，车铃铛改成成电子喇叭，把手上设置有铃铛按钮（电动自行车则还设置有加速及减速按钮等）。

脚踏板是自行车里凸出来最碍事占地方的，脚踏板自动变形时所需电能是通过在牙盘上另设置一个小电池并通过车架无线充电的方式提供的。踏板在一键收缩时是收缩嵌入在踏板炳上的，当一键伸展时，踏板从踏板柄里旋转凸出来；脚踏板表面也装有压力传感器，无压力时才可收缩或伸展；脚踏板因为是随着牙盘旋转360度的，它的供电不能简单从车架上的电池拉根电线过去即可，为此在脚踏板相连的牙盘里单独设置一个小容量无线充电电池（因为骑行一次仅旋转90度2次而已，每次几秒钟，所需能量不多，比如100MAH容量即可），自行车支架上正对牙盘设置无线充电发射器，旋转的牙盘里设置有无线充电接收器，牙盘里的电池经无线充电给脚踏板旋转的电机和压力传感器等供电。

座垫收缩时座垫支撑杆从支架里旋转凸立出来到位后，座垫自然呈水平姿态；座垫的高度可自动记忆恢复到上次该用户骑行时的座垫高度（因为用户是同一个注册用户），由于座垫高低对骑行舒适度影响最大，所以座垫支杆里设置有高低自动升降装置（如既可采用电机螺杆伸缩结构也可采用电动液压、气压升降装置等，若高度不够可以采取多级、多节升缩以增加可变长度），并在座垫柄表面设置有升高和降低两个按钮，按升高则座垫电动升高，降低则座垫电动降低；由于座垫的宽度比较宽，而收缩后的自行车宽度越窄越好，自行车轮胎的宽度为几厘米宽，故座垫的两翼设置成可以折叠，当座垫收缩到位时，座垫两翼自动折叠，这样就保证了整辆车完全收缩后宽度可做到少于十厘米厚。

自行车静止停止时需要靠支撑架支撑地，该支撑架收缩时也嵌入在车架里，车把手上设置有停车撑地按钮，当按此按钮时，支撑架经电机带动旋转指向地面，支撑架在旋转过程中当撑架到位时其到达的地方对应车架上有一处凸起部分，使得支撑架在旋转到位时支撑架斜向垂直面外以方便撑地；当一键收缩时支撑架反向旋转回复到嵌入车架里。车架中间部位两侧还设置有两个插孔，当自行车进入自行车仓盒内时，仓盒内电磁铁自动插入正负电线进行充电；车架的最宽处两侧设置有轴承，方便变形车进出仓盒时略有倾斜也能滚动进出仓盒。

上述各种旋转部件旋转到位后均可采取用电磁铁加定位销、定位块等方式来加固，以保证一键伸展时可以更为牢固正常使用。

自行车自动变形的目的是方便存取保管、利用已有空间、不占地方且市容整洁等，接下来描述特制的自行车仓盒原理。自行车仓盒是用来自动存取变形收缩后的自行车的，自行车经上述自动变形后，成为一个能放进大约宽约为轮胎宽度，高约为轮胎高度，长度1米多点的规整的刀片式长方体盒子似的收缩物体，这个长方体就如同一个集装箱，称为一个变形车，自行车仓盒（简称仓盒）就是用来装这些集装箱（变形车）的盒子，每个自行车仓盒可以存放整数个变形车，每个自行车仓盒按行（按列排的原理同按行排）整齐有序排列各个变形车（仓盒内变形车既可以竖着放，也可以横着放，因更为简单本文只描述竖着放，横着放参考类似货仓的机械设计即可），自行车仓盒出入口方向为自行车车轮方向以方便出入，也就是说变形车是以车轮方向进出仓盒的，每行均设置有传送带，传送带上针对每个变形车设置有若干轮夹（用来拖着变形车随传送带左右移动，为了防止变形单车在自行车仓内左右倾倒互相影响，仓盒内每行之间设置有间隔板，车架的最宽处两侧设置有轴承以方便万一倾斜时也能滚动滑动进出）。为了充分利用仓盒空间，行长度比较短的仓盒内变形车进出仓盒一般是按照后进先出的方式进出的，就如同计算机里的堆栈，每进一部变形车，传送带就往里移动带入一部，有用户需要一部单车，传送带就外外移动递送出一部单车，也就是最近还的最先借出；对于行的长度比较长的仓盒，则可采取一端还车，另一端借车，即先进先出的方式；一个仓盒往往有多行，若是电动车，可以依据不同剩余电量进不同行的方式进出各行（也就是说电量多的进一行，电量少的进一行，方便用户使用时分配电量多的变形车）。

为了减少对电源布线的依赖和麻烦，仓盒内还设置有大容量可更换的充电电池组，该充电电池给仓盒内变形车自动充电；仓盒外设置有一个低成本的电动打气嘴，方便用户打气（虽然变形车可以采用免打气轮胎，但是因为打气轮胎缓冲好些，在路面较好的情况下依然建议采用打气轮胎；同时也方便其他不使用变形车的用户给自己单车充气）；为了明确损坏责任，仓盒内还设置有摄像头，变形车每次进出仓盒均拍照为证；仓盒内所有功能由仓盒控制板统一控制，控制板通过3G/4G 等与互联网后台服务器通讯。

最后描述下用户使用变形车的流程， 首先由于仓盒是个独立体，体积可以少到仅放置一辆变形车（比如刀片式变形车尺寸可压缩到10厘米*45厘米*120厘米，比如采用16吋轮胎，由于座垫高度可自动调高调低，所以轮胎少点也能骑，而用大轮胎更舒适些需要高度高些），而目前城市里的绿化带、公共凳椅、隔离带等均可改装成仓盒容器，而且其功能、外观不变。比如一张3人座公共凳椅就可塞进5辆收缩变形自行车，而城市绿化隔离带到处都是，将绿化带里掏空部分空间放入自行车仓盒，仓盒周围依然是绿草绿树覆盖，外表上看起来依然是绿化带，但是里面却藏有自行车仓盒；各种城市隔离带也可同样改造，也就是通过收缩自动变形，设计专门的独立自行车仓盒后，彻底解决了自行车存放、监管的难题。由于本发明中自行车也可以是电动助力自行车等需要经常充电，而仓盒内自带充电，所以免除了充电上下楼等不方便烦事。由于自行车仓盒可以隐身于现有各种城市设施中，不影响原有设施作用及外观，而且仓盒行数可多可少灵活组合，适合遍布城市各个角落。当自动变形自行车仓盒遍布城市时，假定深圳观海台C3栋宋生用户需要乘坐地铁上下班，但是地铁两头都有2公里需要接驳，用户下载专门APP后，通过APP 查看周围变形车位置数量，点击预订后到楼下仓盒边扫二维码取车，而且预定好出发地铁口的空闲仓盒好方便还车，用户扫仓盒上的二维码后，仓盒根据各变形车剩余电量（变形车每次进仓盒时均向仓盒报告了自己的所剩电量）和充电时间自动挑选电池能量符合里程的变形车弹出，用户按变形车上的一键变形按钮，变形车检测到座垫上无人骑压时启动自动伸展，并且根据该用户上次调整的座垫高度自动调整到上次高度（每个用户有个id，其上次使用时的用户变形车座垫高度数据由变形车控制器在还车时通过无线方式告诉仓盒，并经由仓盒上传到互联网，再次骑坐时该用户所需座垫高度则由仓盒控制板依据该用户ID从互联网取出其上次骑坐座垫高度并在递交变形车时下传给变形车控制器）。用户骑上伸展后的单车到达地铁站预先约定的停车点或空闲仓盒前，点击APP上还车按钮，变形车车架上的无线通讯器自动（仓盒控制板每隔几秒钟就向周围无线发出需还车问询，经过的变形车都会自动回答）向仓盒应答发出本单车ID号，仓盒控制板接收到该单车ID并验证该ID单车用户已经申请还车等信息，仓盒控制器通过无线通讯通知变形车可以变形收缩并通过变形车的控制器控制语音提示用户，此时用户点击一键变形按钮，单车自动收缩变形，当单车控制器检测到变形收缩全部到位时，单车控制器控制语音提示变形完成并通知仓盒控制板告知其在仓盒内的哪一行还车等，用户将车停在该行前导引槽内，仓盒控制板读取变形车的无源射频卡ID（标识），确认是应进本行的变形车后此时打开该行仓门自动将变形车拉入仓内并关上仓门，存车过程完成。若万一变形失败存在故障，变形车上控制器自动打开故障锁栓释放故障锁链，用户则需要拉出一根带凹槽的链条（只有变形失败才可拉出），插入到仓盒外壳上的故障锁插孔内，同时点击APP上报故障即可（仓盒控制板会自动锁住链条凹槽，只有工作人员才可取走故障车）。只有经过仓盒授权才可变形是考虑到不允许用户觉得好玩频繁来回变形伸展变形车，造成电池损耗、引起损害等不良后果。由于仓盒被分割成一行行狭窄的通道，所以人不可能误入造成损害，仓盒还车时才打开，动物也不会误入做窝。

为了防止被偷盗使用，变形车的充电电池只有在仓盒授权的情况下才可充电，而且每授权一次仅能充电一次，避免变形车被偷盗使用（因为即使被偷走自己也充不了电，电池用完一次就没法用了）；为了分清损失责任，变形车内置GPS传感器和加速度（记录撞击等情况）、陀螺仪传感器（记录角度突变即恶性摔车等情况）等以记录每次骑行数据（位置、加速度、倾斜角度等），收集损害证据提醒用户爱惜使用。

本发明的有益效果是，通过将不规则的自行车进行电动自动变形成规整的刀片形状（类似于集装箱运输原理），每辆自行车(或电动的)就可被最小空间化地放入一个个格子里；经过收缩后的自行车占用空间少，停放收缩自行车的仓盒被特置成独立形式并且体积可大可小可以放置于城市中众多现有设施中如绿化隔离带、公共凳椅、隔离带等内，不占用新的存放空间并且不影响任何市容，因而才可以普及广泛地布设在城市各个角度，只有这样，才可以为市民出行最后一公里提供充足、方便的代步工具；而且封闭式仓盒不仅可保护自行车免遭日晒雨淋，而且避免了以往公共自行车存在露天无人负责的真空时间，使得责任清晰，大大减少人为损害概率（因为变形车要么在用户手中，要么在封闭仓盒内，没有第三方接触担责分歧，用户自然爱惜）；仓盒还可为变形车自动充电，既可骑行也可电动行驶，可以随地随意换车，对笨重的电池容量也可以大大降低，电动车收费可以高过自行车收费。总之本发明最为有效的解决了最后一公里的代步问题，适应性好，既经济环保、不占空间还能为运营企业带来可观效益，并且不影响市容，因而具备极大的经济、社会效益，并且易于大规模推广使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的变形车整体结构示意图。

图2是本发明的变形车之车把手结构示意图。

图3是本发明的仓盒结构示意图。

图中1. 车把手，2. 车把手旋转轴，3.把立，4.齿轮，5.电机，6.电子刹车按钮，7.压力传感器，8.电子喇叭按钮，9.电子刹车，10.充电插孔，11.脚踏，12.座垫，13.座垫升降装置，14.支撑杆，15.支撑杆凸起点，16.故障锁，17.车轮夹，18.仓盒，19.传送带，20.电池，21.一键变形按钮，22.变形车控制器，23.仓盒控制板，24.滚珠，25.轴承， 26.仓盒的一行。

具体实施方式

在图1所示实施例中，一辆电动助力自行车（普通自行车、电动车同理）经过变形后成为十分规整紧凑的刀片式的变形车，经过传送带用车轮夹（17）夹住前后轮自动进出特制的仓盒（18）。该变形车里所有伸缩机构均采用步进电机驱动，本实施例中，采用微型步进电机经过减速后提供旋转动力。为了保证每个变形部件在变形时不被重物压迫，所有变形部件的表面均放置有压力传感器芯片MPL3115A2，另外使用MPU6050芯片提供陀螺仪及加速度传感功能。GPS采用外购模块方式连接到变形车处理器（22），变形车内主控器(22)及仓盒控制板(23)CPU均采用高速单片机STC15W4K56S4。为了减少收缩后形成的刀片状的厚度，车架除了用尽可能薄的材料外，并尽量采用方框型管材（而不是圆管，这样厚度可以降低，强度通过方宽宽度加长来补充）；另一方面，传统自行车在考虑到骑行时，轮胎可能有少许变形，所以自行车的前叉的开档宽度设计得比轮胎宽度大很多，一般一倍左右，既然我们的设计目标是刀片式变形，那么刀片（指变形收缩后的自行车）的厚度越薄越好（这样同样的仓盒体积就可放更多的变形车），所以我们在车架（包括前后叉等处与车轮微变形后可能接触的地方均放置一组滚珠（24），这样即使骑行时车轮偶尔变形接触到滚珠（24），滚珠滚动也不会影响骑行。采取这种加滚珠（24）的方式至少刀片厚度可压缩百分之二十，整个刀片厚度可压缩到10厘米左右。

本实施例图3所示是一个长为3米多，宽为60厘米左右的路边长凳，这个长凳被改装成了仓盒（18），这个仓盒（18）有6行，每个仓盒的一行（26）可装3部变形车，每台变形车厚度为10厘米，高度为45厘米左右，整个仓盒可以放置18辆变形车，采取先进先出的方式存取变形车。变形车的轮胎采用16吋轮胎即轮胎直径约为40厘米，变形车为电动助力自行车即既可以人工踩着骑行，也可以电动骑行，由于，每隔几百米就可设置一个仓盒，所以换车是很方便的，电动助力车的电池容量比普通电动车的容量少很多，体积也少50%以上。

当用户来到仓盒（18）前通过APP租用自行车时，注册过的用户扫描仓盒上的二维码，然后点击用车按钮，用户指令上传到服务器，仓盒内仓盒控制板（23）通过通讯模块从互联网后台服务器获得用户指令后依据先进先出原则从仓盒6行里选一行电池容量最大的变形车通过传送带（19）自动弹出一个递给用户，变形车在仓盒内通过车架上的充电插孔（10）自动充电，变形车最宽的地方两侧有轴承（25），所以不会粘滞在仓盒行间隔带上，变形车车架的最宽处设置的轴承（25）能方便变形车进出仓盒时略有倾斜也能滚动进出仓盒。变形车上的电池（20）既提供能量给前后轮电机助力运动，也提供能量给变形车变形（若无需电动助力，则仅供变形能量）。变形车内有语音提示装置；座垫的高度可自动记忆恢复到上次该用户骑行时的座垫高度，座垫的两翼设置成可以折叠，当座垫收缩到位时，座垫两翼自动折叠；脚踏板自动变形时所需电能是通过在牙盘上另设置一个小充电电池并通过车架无线充电的方式提供的。

所以用户从仓盒里拿到变形车后，按变形车上的一键变形按钮（21），首先变形车的支撑杆（14）在车架上旋转至车架上的支撑杆凸起点（15）完成可支撑地面功能，接着把立（3）旋转直立到位，把立（3）到位后，左右车把手（1）经过电机（5）带动齿轮（4）带动车把手旋转轴（2）分别左右旋转至水平位置（电机也可直接放置在旋转轴里），车把手（1）表面有电子刹车按钮（6）、压力传感器（7）、电子喇叭按钮（8）等，当然还有电动车的加速、减速按钮等按钮，变形车的电子刹车（9）是通过控制刹车电磁铁的电流大小来控制刹车强度的。上述部分变形完成（变形到位触动轻触开关表示完成变形）后，座垫升降装置（13）是一个用电机驱动螺杆旋转带动套筒上升的方式驱动座垫（12）升降的，座垫高度自动调整到上次此用户骑行时的最后高度。最后，脚踏（11）部分也旋转到位，座垫的两折叠边也翻转到位后，变形车就可以正常使用了。变形车在变形时会时刻检测其变形过程中感受到的压力，若压力过大则停止变形，并语音提醒用户清除，若实在出现故障，则释放故障锁（16）供用户将故障车锁在仓盒上，重新换车使用。

用户使用完毕后，上述过程逆向反顺序逆变形后，变形车由用户送到仓盒门口，仓盒能识别其无源射频卡，确认身份后自动传递进入仓盒。

由于规整变形后的自行车结构紧凑，维护良好，不影响外观，不占地方，又或能带来客源，或能方便住户，即使是商店、小区、校园等内也十分愿意在门口、区内设置若干仓盒；政府在绿化带里嵌入大量刀片式变形车仓盒，违停、乱停现象、找不到足够地方建停车桩等问题也得到有效解决；更为重要的是，因为可以广泛布设，最后一公里的出行问题才得到了彻底有效解决。