低速電動車三輪車綜合操縱踏板

賈樹梁　石佳　付輝　胡盼　邢天鐸

摘 要：針對上肢殘疾人代步工具缺乏問題，設計了一款具有較高適配性的綜合操縱踏板。該踏板利用機械設計原理與電子控制原理，以機械助推實現轉向控制、霍爾磁控實現速度控制。轉向控制機構通過轉向軸與車前架支撐柱相接，綜合操縱踏板采用四角螺釘緊定于原車腳踏處，轉向控制機構通過轉向軸與車前架支撐柱相接。操縱者通過對踏板上諸多機構的操作，可方便的控制電動三輪車前進、后退、轉向、制動等基本功能。

關鍵詞：操縱踏板;殘疾人士;機械設計;電子控制

1 研究背景

殘疾人是社會中非常特殊的弱勢群體，他們需要社會給予特別的關心和照顧。創造無障礙社會，弘揚關懷精神，關注并解決殘疾人出行問題已刻不容緩。當前，我國現有的殘疾人交通工具都有一定的局限性，設計傾向于完整實體，造價成本過高，難以滿足大眾需求。本文設計一種具有普適性的操縱踏板，能以較低成本便捷地對當前主流交通工具進行改裝，作為殘疾人出行的重要交通工具。以上肢殘疾人的行為特點為基礎，將電動三輪車操控系統中的轉向，加減速，制動等功能，集中于下肢操作，從而使上肢殘疾人能夠自主操控電動車，方便其出行。該綜合腳踏板作為可拆卸附加裝置，成本較低，可普通大眾的需求。

2 系統設計

2.1 設計思路

以上肢殘疾人行為特點為基礎，針對上肢殘疾人的出行障礙問題，結合機械設計原理與電子控制技術，設計出以機械助推為轉向控制、霍爾磁控為速度控制的低速電動車綜合操縱踏板。

2.2 系統架構

2.2.1 操縱踏板的組成

低速電動車綜合操縱踏板由轉向控制機構、調速控制機構、其他電子設備（開關、揚聲器、照明燈具等）組成。

2.2.2 調速機構的架構

調速機構位于操縱踏板右側，制動控制裝置連接電動三輪車原有的踏板制動，加速踏板在其右側，加速踏板內部有基于霍爾磁場原理的霍爾傳感器，駕駛員可以通過右腳踩踏動作控制電動車速度。

2.2.3 轉向機構的架構

轉向機構以電動推桿為控制核心，位于操縱踏板左側，設有左、右兩只踏板分別控制電動三輪車左轉與右轉，內部置有位移傳感器，確保轉向的可行性、流暢性以及裝配的便捷性。駕駛員可通過左腳踝關節的扭轉操縱轉向機構轉向。

轉向機構如下圖所示。該裝置通過萬向球軸承將電動推桿一端與夾板相連，另一端與轉向控制艙相連，夾板的萬向球軸承與支桿相配合。利用螺母將夾板固定在三輪電動車的轉向軸上，通過肋板將轉向控制艙后端與電動三輪車的支柱相連。

2.3 工作原理

當駕駛員踩下左踏板時，電動推桿1縮短、2伸長，帶動轉向軸逆時針（俯視視角）轉動，電動車左轉;當駕駛員踩下右踏板時，電動推桿1伸長、2縮短，帶動轉向軸順時針轉動，電動車右轉。當踩下調速踏板時，其內部霍爾器件檢測磁場變化，將踏板旋轉角度的物理信號轉變為電信號輸出，電動勢的改變引起整車電機轉速的改變，從而實現調速。

2.4 操縱踏板零部件的參數設計

2.4.1 操縱踏板

人機工程學（Human Machine Engineering）是踏板底座造型設計的核心，符合人機工程學的的造型設計可以有效降低踏板操縱疲勞，提高工作效率，從而使得駕駛人員身心愉悅、綜合操縱踏板與人高度和諧的最佳狀態。

（1）角度設計：根據肢體長度，關節力矩，座椅高度綜合分析踏板行程傾角20°最為合理。

（2）高度設計：踏板高度為伸縮可調節式，有效高度為 125mm 到 140cm，可無級調節高度，且調節簡單方便，最大限度減少MMA（人體最大肌肉活動度），從而降低人體疲勞度。

（3）踏板寬度設計：依據中國成年人足部形態分析并結合具體統計數據，設計踏板的最佳寬度為 80mm，長度75mm。

2.4.2 轉向機構設計

轉向操縱踏板由兩軸三向操縱桿與置足裝置構成。置足裝置下連操縱桿，操作者可將一足置于置足器中，由腳踝帶動操縱桿運動。

本文所設計的低速電動三輪車綜合操縱踏板是為普通電動三輪車改裝設計。三輪車轉向輪只有一個，轉向時，所有車輪軸線永遠都交于一點，所有車輪均作純滾動，有效的避免了轉向時的行駛阻力增大，輪胎損增加等問題。因而不用考慮轉向梯形的設計問題。

3 結語

本文提出的低速電動車綜合操縱踏板，以上肢殘疾人士的生理特征和出行習慣為基礎，以現有代步工具為適配對象，實現了在主流電動三輪車型上的安裝應用。綜合操縱踏板安裝方便、操作性強，可控制電動車完成前進、后退、轉向、制動等一系列操作。本文提出的操縱踏板注重成本控制，基礎元件成本低廉，利于推廣制造。

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