1電動(dòng)平衡車概述

電動(dòng)平衡車,又叫"智能平衡車""體感車""思維車"等,其運(yùn)行主要是建立在一種被稱為"動(dòng)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(cè)車體姿態(tài)的變化,并利用伺服控制系統(tǒng)精確地驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,從而使車身維持在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。自2001年首臺(tái)屬于個(gè)人運(yùn)載機(jī)器人范疇的電動(dòng)平衡車問世,電動(dòng)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(diǎn),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(chǎng)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(duì)電動(dòng)平衡車領(lǐng)域的專利申請(qǐng)總量、申請(qǐng)年代分布、申請(qǐng)國家分布、技術(shù)分支和申請(qǐng)人分布等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。通過統(tǒng)計(jì)分析,盡可能全面地反映出電動(dòng)平衡車領(lǐng)域的專利技術(shù)發(fā)展過程及發(fā)展趨勢(shì),為我國相關(guān)行業(yè)技術(shù)研發(fā)提供思路。

2申請(qǐng)量統(tǒng)計(jì)和分析

截至2017年,電動(dòng)平衡車全球相關(guān)專利申請(qǐng)共1448件,但本文只對(duì)電動(dòng)平衡車整車的相關(guān)專利進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,針對(duì)電動(dòng)平衡車某一部分的申請(qǐng)并不在統(tǒng)計(jì)和分析范圍。在定義范圍內(nèi),本文統(tǒng)計(jì)和分析的專利申請(qǐng)共985件,圖1為電動(dòng)平衡車領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)的年度申請(qǐng)量趨勢(shì)。有關(guān)電動(dòng)平衡車的專利自1999年開始出現(xiàn),至2008年前申請(qǐng)量一直很低,甚至有些年份為空白,從2008年開始申請(qǐng)數(shù)量開始增加,2008一2013年期間一直呈波動(dòng)態(tài)勢(shì),但整體保持平穩(wěn),2013一2016年出現(xiàn)較大幅度增長(zhǎng)(因?yàn)楣_日期問題,2017年申請(qǐng)的專利還不能完全看到）,其中2016年達(dá)到了338件。從申請(qǐng)量大幅增長(zhǎng)可以看出電動(dòng)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(shí)在不斷增強(qiáng)。

圖2反映了電動(dòng)平衡車領(lǐng)域各國家或地區(qū)的申請(qǐng)人中所占比例,其中,我國申請(qǐng)人占82%,其次是日本、美國申請(qǐng)人,各占11%、3%?？梢婋妱?dòng)平衡車領(lǐng)域?qū)＠纳暾?qǐng)人主體是中國申請(qǐng)人,其他國家或地區(qū)申請(qǐng)人的申請(qǐng)量較小。雖然電動(dòng)平衡車的研發(fā)起源于美國,第一個(gè)平衡車品牌為美國的賽格威Segway）,其電動(dòng)平衡車的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)歷史最久,但由于價(jià)格昂貴和安全性問題,據(jù)統(tǒng)計(jì),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(yù)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(dòng)平衡車專利申請(qǐng)量趨勢(shì)圖。國內(nèi)從2002年開始進(jìn)行電動(dòng)平衡車的研究,2004一2008年申請(qǐng)量一直很低,2008年,賽格威產(chǎn)品在北京奧運(yùn)會(huì)出現(xiàn),電動(dòng)平衡車進(jìn)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(qǐng)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(dòng)平衡車使用中還有大量問題顯現(xiàn),包括價(jià)格、趣味性、安全性、控制方式單一等,這也誘發(fā)了個(gè)人和企業(yè)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

圖4反映了電動(dòng)平衡車領(lǐng)域中國專利申請(qǐng)人排名,其中尚艷燕(個(gè)人）申請(qǐng)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(huì)社、豐田自動(dòng)車株式會(huì)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(qǐng)量的排名與企業(yè)市場(chǎng)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(lì)政策導(dǎo)致國內(nèi)個(gè)人申請(qǐng)人提交了大量相似申請(qǐng),以及申請(qǐng)人對(duì)專利的注重和應(yīng)用程度等都有影響。

圖5是電動(dòng)平衡車領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)人分布圖,申請(qǐng)人以公司、企業(yè)居多,個(gè)人申請(qǐng)次之,科研院所最少:對(duì)于個(gè)人申請(qǐng)量較多的情況,主要是因?yàn)殡妱?dòng)平衡車原理并不特別復(fù)雜,從經(jīng)濟(jì)角度和適用程度出發(fā),參與實(shí)際使用的個(gè)人多從生活實(shí)踐角度提出申請(qǐng)。

現(xiàn)有平衡車主要有獨(dú)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(dú)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(qǐng)并不多。兩輪電動(dòng)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(gè)操作桿,使用者通過手部對(duì)操作桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)操作,從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向:腳控型多屬于車體可分為左右兩個(gè)部分,左部分和右部分之間通過兩腳部動(dòng)作不同而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)控制:腿控型是在車體中部設(shè)置一個(gè)操作桿或在車體兩側(cè)設(shè)置兩個(gè)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(dòng)或擺動(dòng)操作桿或接近7遠(yuǎn)離操作桿(測(cè)距）實(shí)現(xiàn)車體轉(zhuǎn)向:座控型是在車體上設(shè)置一個(gè)座椅,通過座椅的左右轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)實(shí)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(dòng)平衡車可以同時(shí)實(shí)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(jì)中進(jìn)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(duì)于電動(dòng)平衡車的改進(jìn),其改進(jìn)點(diǎn)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(chǔ)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(duì)經(jīng)濟(jì)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(dòng)平衡車雖均有涉獵,但其發(fā)展起始時(shí)間較晚,申請(qǐng)量并不大:對(duì)于設(shè)定電動(dòng)平衡車可同時(shí)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(jìn)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(shì)

在電動(dòng)平衡車發(fā)展的前十幾年里,由于價(jià)格太貴、定位不準(zhǔn),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(duì)平衡車進(jìn)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(qǐng)中,國內(nèi)專利的申請(qǐng)量大幅提升,尤其是諸多個(gè)人申請(qǐng)的加入,使國內(nèi)申請(qǐng)中涌現(xiàn)出了很多貼近生活的發(fā)明創(chuàng)造,這也給電動(dòng)平衡車的發(fā)展帶來了勃勃生機(jī)。

通過對(duì)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(xì)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(yùn)載工具,因而可以借鑒各種已經(jīng)相對(duì)成熟的其他運(yùn)載工具如自行車、電動(dòng)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(jiǎn)單、攜帶方便并且容易與其他裝置結(jié)合使用,又具有獨(dú)特的靈活趣味性,使之有替代自行車等運(yùn)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(dòng)平衡車發(fā)展的必然趨勢(shì),如何使電動(dòng)平衡車充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì),也是生產(chǎn)廠家提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力、研發(fā)專利技術(shù)努力的方向。