1電動平衡車概述

電動平衡車,又叫"智能平衡車""體感車""思維車"等,其運行主要是建立在一種被稱為"動態(tài)穩(wěn)定"的基本原理上,控制器根據(jù)倒立擺系統(tǒng)的工作原理,多數(shù)是在車體內(nèi)部設(shè)置陀螺儀和加速度傳感器來檢測車體姿態(tài)的變化,并利用伺服控制系統(tǒng)精確地驅(qū)動電機進行相應(yīng)調(diào)整,從而使車身維持在動態(tài)平衡狀態(tài)。自2001年首臺屬于個人運載機器人范疇的電動平衡車問世,電動平衡車已經(jīng)經(jīng)歷了十幾年的發(fā)展,由于其具有綠色環(huán)保、轉(zhuǎn)彎半徑小、控制方便、便于攜帶等優(yōu)點,因而被廣泛用做短程代步、休閑娛樂等用途,如今大街小巷、廣場公園常常能見到各種平衡車的身影,目前中國已成為全球平衡車的最大生產(chǎn)國和出口國。

本文旨在對電動平衡車領(lǐng)域的專利申請總量、申請年代分布、申請國家分布、技術(shù)分支和申請人分布等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。通過統(tǒng)計分析,盡可能全面地反映出電動平衡車領(lǐng)域的專利技術(shù)發(fā)展過程及發(fā)展趨勢,為我國相關(guān)行業(yè)技術(shù)研發(fā)提供思路。

2申請量統(tǒng)計和分析

截至2017年,電動平衡車全球相關(guān)專利申請共1448件,但本文只對電動平衡車整車的相關(guān)專利進行統(tǒng)計和分析,針對電動平衡車某一部分的申請并不在統(tǒng)計和分析范圍。在定義范圍內(nèi),本文統(tǒng)計和分析的專利申請共985件,圖1為電動平衡車領(lǐng)域?qū)＠暾埖哪甓壬暾埩口厔荨Ｓ嘘P(guān)電動平衡車的專利自1999年開始出現(xiàn),至2008年前申請量一直很低,甚至有些年份為空白,從2008年開始申請數(shù)量開始增加,2008一2013年期間一直呈波動態(tài)勢,但整體保持平穩(wěn),2013一2016年出現(xiàn)較大幅度增長(因為公開日期問題,2017年申請的專利還不能完全看到）,其中2016年達到了338件。從申請量大幅增長可以看出電動平衡車的蓬勃發(fā)展以及該領(lǐng)域的生產(chǎn)企業(yè)和科技工作者的專利意識在不斷增強。

圖2反映了電動平衡車領(lǐng)域各國家或地區(qū)的申請人中所占比例,其中,我國申請人占82%,其次是日本、美國申請人,各占11%、3%?？梢婋妱悠胶廛囶I(lǐng)域?qū)＠纳暾埲酥黧w是中國申請人,其他國家或地區(qū)申請人的申請量較小。雖然電動平衡車的研發(fā)起源于美國,第一個平衡車品牌為美國的賽格威Segway）,其電動平衡車的生產(chǎn)、設(shè)計歷史最久,但由于價格昂貴和安全性問題,據(jù)統(tǒng)計,2001一2007年賽格威總共只賣出3萬輛,并在2015年4月被小米公司收購。雖然賽格威的發(fā)展并不如預期,但這也給諸多平衡車生產(chǎn)企業(yè)提供了突破口。

圖3是中國電動平衡車專利申請量趨勢圖。國內(nèi)從2002年開始進行電動平衡車的研究,2004一2008年申請量一直很低,2008年,賽格威產(chǎn)品在北京奧運會出現(xiàn),電動平衡車進入國人視野,經(jīng)歷了2008一2013年的摸索和試探期,國內(nèi)申請量經(jīng)歷小幅震蕩上漲,到2014年平衡車廣泛走入國人的生活中。但電動平衡車使用中還有大量問題顯現(xiàn),包括價格、趣味性、安全性、控制方式單一等,這也誘發(fā)了個人和企業(yè)對其進行改進。

圖4反映了電動平衡車領(lǐng)域中國專利申請人排名,其中尚艷燕(個人）申請量占據(jù)榜首,之后依次是常州愛爾威智能科技有限公司、本田技研工業(yè)株式會社、豐田自動車株式會社、杭州騎客智能科技有限公司、杭州速控軟件有限公司。需要注意的是,專利申請量的排名與企業(yè)市場占有率的排名相關(guān)但并不完全相符,這有很多原因,例如由于激勵政策導致國內(nèi)個人申請人提交了大量相似申請,以及申請人對專利的注重和應(yīng)用程度等都有影響。

圖5是電動平衡車領(lǐng)域?qū)＠暾埲朔植紙D,申請人以公司、企業(yè)居多,個人申請次之,科研院所最少:對于個人申請量較多的情況,主要是因為電動平衡車原理并不特別復雜,從經(jīng)濟角度和適用程度出發(fā),參與實際使用的個人多從生活實踐角度提出申請。

現(xiàn)有平衡車主要有獨輪的、兩輪的和多輪的(三輪、四輪及以上）,如圖6所示,兩輪和獨輪的平衡車是應(yīng)用最為廣泛的,多輪平衡車的安全性雖好,但便攜性和趣味性較差,其相關(guān)申請并不多。兩輪電動平衡車的操控方式主要有四種:手控型腳控型腿控型座控型。手控型多是車體上有一個操作桿,使用者通過手部對操作桿進行轉(zhuǎn)動或擺動操作,從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向:腳控型多屬于車體可分為左右兩個部分,左部分和右部分之間通過兩腳部動作不同而實現(xiàn)轉(zhuǎn)動控制:腿控型是在車體中部設(shè)置一個操作桿或在車體兩側(cè)設(shè)置兩個操作桿,該操作桿位于膝蓋上下的位置,使用者通過腿部轉(zhuǎn)動或擺動操作桿或接近7遠離操作桿(測距）實現(xiàn)車體轉(zhuǎn)向:座控型是在車體上設(shè)置一個座椅,通過座椅的左右轉(zhuǎn)動或擺動實現(xiàn)車體轉(zhuǎn)向。

目前,手控和腳控是兩輪平衡車最多采用的控制方式(其中,有些電動平衡車可以同時實現(xiàn)兩種或兩種以上不同的控制方式,因此在圖7的統(tǒng)計中進行了分別疊加,以示意該控制方式被選用的頻次）。

如圖8所示,對于電動平衡車的改進,其改進點主要集中在提高安全性(例如失穩(wěn)傾倒、防止誤操作、防盜、防水等）方面,次之集中在便攜性(便于攜帶、存儲等）、舒適性(例如減震、增設(shè)座椅7擋泥板及相關(guān)部件的可調(diào)性等）和成本節(jié)約方面,這反映了使用者對經(jīng)濟效益、使用舒適性和安全的重視性:而在多用途(如附加載物功能、可變換為滑板車等其他車型使用等）、增加趣味性(例如增加音箱、裝飾物等）等方面,各種類型的電動平衡車雖均有涉獵,但其發(fā)展起始時間較晚,申請量并不大:對于設(shè)定電動平衡車可同時通過多種控制方式(除了上述四種控制方式還包括遙控、人力控制方式）進行操作方面,主要是應(yīng)用于兼具靈活性和穩(wěn)定性的兩輪車上。

3技術(shù)發(fā)展趨勢

在電動平衡車發(fā)展的前十幾年里,由于價格太貴、定位不準,其發(fā)展一直比較緩慢,并未被廣泛應(yīng)用。近幾年,由于陀螺儀成本大幅降低以及國內(nèi)創(chuàng)業(yè)者對平衡車進行重新定位,平衡車迎來了新的春天,反映到近五年來該領(lǐng)域的專利申請中,國內(nèi)專利的申請量大幅提升,尤其是諸多個人申請的加入,使國內(nèi)申請中涌現(xiàn)出了很多貼近生活的發(fā)明創(chuàng)造,這也給電動平衡車的發(fā)展帶來了勃勃生機。

通過對平衡車發(fā)展路線的分析可以看出,雖然其基本組成部分較為成熟,但各種細節(jié)方面均還有很大的發(fā)展空間,例如由于平衡車本身是一種運載工具,因而可以借鑒各種已經(jīng)相對成熟的其他運載工具如自行車、電動車、摩托車甚至汽車配套使用的設(shè)備或系統(tǒng);另外,由于其使用簡單、攜帶方便并且容易與其他裝置結(jié)合使用,又具有獨特的靈活趣味性,使之有替代自行車等運載工具的潛力。安全便攜、節(jié)能高效、舒適美觀、靈活趣味是電動平衡車發(fā)展的必然趨勢,如何使電動平衡車充分發(fā)揮其優(yōu)勢,也是生產(chǎn)廠家提高產(chǎn)品競爭力、研發(fā)專利技術(shù)努力的方向。