行李箱式折疊自行車的設計

武云峰，張 毅，劉 幫，宋留波

（新疆農業大學機電工程學院，新疆烏魯木齊830052）

0 引言

行李箱是我們出差和旅行游玩常見的工具，隨著生活水平的提高，人們出行越來越頻繁。自行車作為一種環保的交通工具，發展前景十分廣闊[1]。在注重環保的今天，自行車與電動車成為人們出行的首選。通過對日常生活中的觀察以及在機場、火車站、大型商場等地點的調研，開創性地提出了一種行李箱式折疊自行車的設計，它能夠實現電動驅動、載人運動、儲存、折疊收縮、便攜使用等功能[2]。

1 設計思路

本設計主要研究如何將行李箱和自行車結合起來，最大限度地發揮各自的功能優勢，既能滿足放置旅游物品的要求，又能解決出行不便和自行車攜帶存放困難的問題。在折疊自行車的基礎上，提出了一種新的車體折疊方案，改變了傳統鏈式自行車的驅動和傳動方式，實現了自行車的無鏈式折疊。

2 整機結構

行李箱式折疊自行車整機由轉向控制結構、座板結構、箱體結構、輔助裝置以及驅動裝置5個部分組成（圖1）。車把手、車輪、車體座板可自由伸縮，分別放置在行李箱主體內，既可以滿足人們外出攜帶行李的需求，又可以作為代步工具使用。

圖1 行李箱式折疊自行車

3 關鍵部件設計

通過查詢民航系統規定，飛機只能托運20寸（含20寸）及以下規格的行李箱。因此，行李箱式折疊自行車主體部分選用20寸旅行箱作為載體，行李箱的尺寸設計為長520 mm，寬360 mm，高240 mm。主體應該滿足可折疊和容納行李兩種功能，初步確定以普通行李箱70%的箱體部分作為主要收納結構，并在此基礎上增加自行車的折疊功能，此外還應具備框架結構，滿足行李箱尺寸最小化和空間利用最大化，且能與折疊機構完整配合。

3.1 箱體結構

圖2為箱體結構示意，圖中1為轉向控制機構的接收倉，用于對轉向控制機構折疊后進行收納，以確保行李箱式折疊自行車便于攜帶；2為行李存放空間，其功能為裝載用戶所要攜帶的行李物品[7]；3為電源插線板安裝槽，作用為安裝插線板和其他輔助裝置；4為電池安裝倉，用于安裝電池。

圖2 箱體結構示意

硬鋁合金經時效處理后具有很高的硬度和強度，抗剪強度和耐熱性能較好，具有優良的加工性能，是制作各種結構用鉚釘、螺鉚釘、高溫條件下的葉輪、飛機骨架、翼梁等的良好材料。所以箱體的材料初步選用硬鋁合金材料。

3.2 座椅結構

座椅結構如圖3。折疊座板在展開狀態時擰緊固定螺栓，此時行李箱式折疊自行車可實現載人功能，使用者可以坐在座板上駕駛行李箱式折疊自行車。根據駕駛的舒適性，選擇座板長度350 mm，寬度為160 mm，高度215mm，材料選用硬鋁合金。

圖3 座板結構

3.3 轉向控制結構

可折疊控制轉向機構控制整個行李箱式折疊自行車的轉向和運動。新型的前輪轉向與折疊機構在前叉與車身連接部分增加一個轉動副，使得前輪可以向前后方向運動，既能作為自行車輪向前傾斜，以便承重和前行，又能作為行李箱輪豎直向下，便于拖動。用戶可通過轉動可折疊控制轉向桿來控制自行車車身的各種運動（圖4）。轉向控制手柄可折疊至轉向桿水平或垂直位置，可伸縮轉向桿共有三節伸縮零件組成，因此可伸縮轉向桿和轉向控制把手組合起來可以達到轉向控制機構的展開和折疊狀態，轉向控制機構布置在接收倉的轉向控制機構的外殼中。通過查閱設計手冊確定轉向手柄長度為125 mm。考慮到箱體本身尺寸的限制，轉向手柄的寬度大致確定為350 mm。考慮到行李箱內部空間小，因此轉向輪的選擇應盡量符合箱體的尺寸。在性能方面，轉向輪應具有良好的穩定性和耐磨性，選擇市場上常見的6英寸滑板車輪作為轉向輪，轉向輪直徑72 mm，寬度50 mm。

圖4 轉向控制系統

3.4 動力裝置

動力裝置的使用包括兩種狀態，當處于騎行狀態時，驅動輪伸出著地，折疊坐板打開，這時用戶通過控制把手傳來的控制信號即可控制驅動電機轉動，從而帶動整個行李箱式折疊自行車運動；當處于關閉狀態時，折疊坐板不打開，驅動輪半隱藏于安裝位置中。驅動裝置放置在箱體驅動輪安裝位置中。

目前國內外使用的電動車的動力裝置大多采用直流電為主的驅動電機。通過分析小型電動車的設備使用狀況，尤其是電動滑板車的使用情況，行李箱式折疊自行車的驅動電機選擇輪轂電機[8-9]。輪轂電機的動力系統組成結構相較于一般的直流驅動電機更為簡單，空間利用率和傳動效率更高。由于行李箱式折疊電動車本身的載體空間十分有限，因此采用輪轂電機可以縮小動力裝置的體積，使行李箱的空間變大；其次輪轂電機的控制相較于直流驅動電機更為方便，提高了行李箱式折疊自行車的行駛性能。行李箱式折疊電動車設計初衷為室內大型場館使用，路面條件要求相對較好，所以使用輪轂電機更能提高整體的操控性能。

3.5 輔助裝置

除了以上主要結構之外，箱體還設置了輔助裝置，例如腳蹬架用于在騎行時給用戶提供踩踏位置；揚聲器可以發出聲音警示；在使用者控制自行車轉向時，尾燈會不斷閃爍，用于提醒后方的行人；側向警示燈則采用LED燈條，在用戶騎行的過程中能夠持續閃爍，以提醒周圍的行人，保證用戶騎行和周圍行人的安全[10]。

4 結論

此行李箱式折疊自行車結構配合緊密，既能滿足行李便攜的要求，又能解決自行車的攜帶和存放問題。一方面打破常規自行車（包括折疊自行車）單一功能的限制，另一方面也對行李箱的外形與結構進行創新設計，實現功能便捷，改善生活品質。