电动滑板车设计

VI1绪论概述电滑板车的出现是在上世纪90年代初，在德国诞生，随后在一些西欧国家开始流行。到了2000年，电滑板车传入美国并开始流行。近几年，随着ai的融合，智能电滑板车再次腾飞，成为大热的产品。电滑板车是一种在现代社会，为便捷出行而诞生的新型交通工具。电滑板车是基于传统的人力滑板为基础，加装电力套件演变而来。电滑板车一般由车架、车轮、电机、电池、控制器、刹车系统等主要部件构成。车架是滑板车的支撑结构；车轮多为两轮、三轮设计，以两轮驱动最为常见；电机是滑板车行驶的动力部分，常见的有轮毂电机和皮带驱动电机；电池是主要为锂电池组，给电机提供电能；控制器用来控制电机的运转速度及方向。刹车系统保障行车安全。部分电滑板车由于一些显示仪、车灯、座椅等配件，以方便使用及提高安全保障。电机直接安装在轮毂内，直接驱动滑板车轮转动，电机结构简单，维护方便，传动效率高，滑板车行驶会更加平稳。电机通过皮带驱动车轮转动，在一定程度上皮带可以缓冲电机的震动，提高骑行的舒适性，且相比轮毂电机，其传动效率相对会稍低一些，需要定期检查皮带的松紧度及磨损情况。一般重量较轻，体积较小，易携带，操作简单，可以穿梭在城市的狭窄街道，人行道，甚至可以放在手中推行，在拥堵路段也可自由避开，省去等待的时间，无污染，无尾气，对环境不会造成影响，符合现代社会提倡的绿色出行，减少城市空气污染和能耗，一般最高速度在20-30公里小时左右，可以满足绝大部分人的使用需求，但是由于各国对于速度的定义不同，所以在一些地方或许就只能作为普通滑板车使用了。随着电动滑板车速度试验的增加，电动滑板车的载物能力也在增加，目前市场上的主流滑板车续航都在20-50公里不等，满足绝大部分人的使用需求，如果是较长距离的话，那么还是不建议使用滑板车作为出行方式。电动滑板车是一种新型的城市快捷出行工具，由电动助力驱动，通过路面滑行，重量轻，易携带且可穿梭在城市道路狭窄街道，人行道，易摆脱交通拥堵，节省出行时间，无尾气，对环境不会造成污染，符合现代文明社会绿色出行，减少城市空气污染和能耗，一般最高速度在20-30公里小时左右，可以满足绝大部分人的出行需求，但是由于各国对于速度的定义不同，所以在一些地方或许就只能作为普通滑板车使用了。随着电动滑板车速度试验的增加，电动滑板车的载物能力也在增加，目前市场上的主流滑板车续航都在20-50公里不等，满足绝大部分人的使用需求，如果是较长距离的话，那么还是不建议使用滑板车作为出行方式。国内外研究现状分析国外研究现状电动滑板车现时于全球都具有庞大增长空间。全球电动滑板车市场在近年不断发展，特别在欧洲和北美，用户经常使用的共享电动滑板车是流行的选择。研究人员研究电动滑板车主要关注技术进步，充电密度，可提取性和竞争力，这些进步推动对现代化型号的需求，并为电动滑板车开拓新的利基市场，无缝充电和更长的距离。电动滑板车的环保特征(如低运营成本和空气污染)也吸引了大量研究。到2033年底，全球电动滑板车市场的规模预计将达到56亿美元.og，相当于年复合增长率为9.72%。全球人口的增长，城市交通拥堵，中低收入国家对电动滑板车的需求增加是推动全球电动滑板车市场快速增长的主要因素。在欧美等地区，共享电动滑板车的采用率很高，随着升级消费和节能源政策的普及，全球电动滑板车渗透率有望迅速增加。电动滑板车技术进步不仅仅涉及部件，还包括充电基础设施，策略维护和共享服务。gogoro通过提供基于费用和便捷的电池更换服务站来解决paralleledgies用户电池寿命和安全性的担心。电动滑板车的政策空间正在全球范围内发展。例如，在拉丁美洲，电动滑板车的有关流通，进口的规定。一些国家和地区推动共享电动滑板车的合法化和标准化。国内研究现状中国是电动滑板车生产大国，2021年产量达到546.5万台。产量居世界首位。国内企业大多采用组装出口、贴牌销售的模式，技术力量普遍薄弱。但中国企业在电动滑板车的设计、材料选择、功能开发等方面也进行了一些探索，如国内企业九号公司不仅在国内销售电动车，还远销国外。国内电动滑板车市场虽然还处于初期阶段，"最后一公里"短途交通需求量大，未来"最后一公里"出行对电动滑板车的需求会越来越大。此外，中国企业在国外市场出口量逐年增加，竞争力不断增强。电动滑板车的关键部件是电动机、电池和控制部件。电动滑板车主要采用直接电流电机，交流电机和永磁电机由于噪声大、寿命短等缺点，已基本被淘汰。由于采用了电池(主要是锂离子电池)后，电动滑板车的续航能力和安全性能得到了提高。中国目前对电动滑板车的校园和内场使用持开放态度，但由于电动滑板车行驶在公共道路时并非均遵守交通法规，因此电动滑板车在公共道路上行驶是违法的。不过，随着技术标准的逐步完善和需求的增长，电动滑板车的"合法化"也是指日可待。电动滑板车是一种短途交通出行工具，全球市场复合年均增长率达92%。随着技术进步、需求拉动、政策支持共同推动下，电动滑板车未来可期。中国虽然是生产大国，但技术和市场也面临着一定挑战。中国拥有庞大的生产和消费市场，产业链完善，共享经济的发展对电动滑板车的需求量也比较大，未来必将在短途出行中发挥重要作用。滑板车未来发展趋势随着电动滑板车技术不断发展，未来的电动滑板车将更加注重智能化和安全性能。通过嵌入人工智能(ai)和物联网(iot)技术，未来的电动滑板车将能够进行预测性维护、实时交通路况提醒，以及根据用户骑行偏好进行定制，例如更顺滑或者更强劲。此外，未来的电动滑板车还将配备碰撞预警和避障功能。随着人们对环境保护的意识不断增强以及对绿色出行的需求不断增加，对电动滑板车的需求量预计将增加。电动滑板车是一种低碳、零排放的出行方式，有助于实现全球降低碳排放的目标。此外，随着锂离子电池技术的进步，电池能量密度有望提高，成本有望降低，这将有助于增加电动滑板车市场大小。图1.1电动滑板车控制系统制作方案课题研究意义（一）提供便捷高效的短途出行方式通行便利:滑板车可以方便的在拥堵的人流、车流中穿行，到达人们的出行终点，如去地铁口、公交口、超市等短距离通行。运行灵活:滑板车体积小，可以灵活的穿梭在拥堵的交通中，避免交通堵塞，减少被堵在路上的尴尬局面。节省体力:骑滑板车比走路省力，尤其对于行动不便的老人，或是身体有残疾的人，或是携带物品较多的人，骑滑板车出行更加省力。（二）减少碳排放滑板车利用电能行驶，与汽车、摩托车等燃油交通工具相比，滑板车在行驶时，不会产生尾气，即不会向大气中排放二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等污染物，对于改善大气质量、减少温室气体排放有着重要的积极意义。低噪音:滑板车在行驶时不会产生较大的发动机轰鸣声，与摩托车等燃油交通工具相比，噪音较小，有助于降低噪音污染，营造人们安静舒适的生活、工作环境。（三）带动相关产业发展制造业:滑板车涉及电池的生产、电机的生产、车架的生产、电子控制系统的研发等，这将拉动滑板车上下游产业的发展，形成滑板车产业链，增加就业机会和经济创收。服务行业跟进:围绕电动滑板车的售后服务、维修、保养、租赁等服务行业也会应运而生，服务行业将得到发展。（四）推动电池技术进步为了提高电动滑板车的运行距离以及性能，不断研发高能量密度电池是必要的。这将促使研发人员对电池进行研究以及投入。atterymanagementsystem简称batterymanagementsystem，电池管理系统。电池管理系统对于保证电池安全以及电池性能非常重要。如何做好电池管理，提高电池的充放电效率以及寿命是电动滑板车的技术前提。

2总体方案确定环保交通的今天，人们选择的交通工具越来越多，而电动滑板车是否可以作为人们的交通工具呢，还是现状还有创新的余地，目前全世界都没有主导品牌，大型制造厂，具有竞争力的大多数也还处于改进研发创新阶段。人们也期望可以买到一种价格便宜质量好操作简单和安全的电动滑板车。在国内市场，"希洛普"品牌的电动滑板车目前的销量和口碑是最好的。它是针对大众的，它的外观，内部也已经成熟了，价格也是适中，所以是大多数人们的选择，但是也导致了饱和度高，而结构上的设计也缺乏新颖性。所以为了以后发展，就要进行创新设计。从市场上去调研电动滑板车，以现有的电动滑板车为设计参考，拟定了几种方案，并进行比较分析，取长补短，最终设计出方案。2.1外观结构方案确定从最初传统滑板车的简单构架，到如今坐式电动滑板车的多元化发展，其结构和功能历经了显著的演变。仅从外观结构而言，它已远非昔日那种两轮夹板的基本形态，而是衍生出了许多新颖的设计变化。在参考市场上现有产品的外观设计，并结合本次课题的具体需求，我们提出了以下几种外形设计方案：方案一：如图2-1所示，此设计方案是在传统手扶式电动滑板车的基础上进行了改良。原手扶式电动滑板车未设座椅，底板狭窄，通常仅略宽于单脚，且扶手高度固定不可调。而图2-1展示的改良设计，则显著加宽加厚了底板，并在合适位置增设了可调节高度的减震座椅，以实现“坐式”骑行的目的。同时，为提升其便携性与折叠能力，我们将整个把手由原有的一体模式改为以中间部分为主轴，两端均可向内折叠的设计。此外，把手杆也改为由两根可伸缩调节长短的杆组成，其底部与滑板的连接处也改为通过一个弧形杆架相连，使得把手可向滑板面折叠。座椅杆底部同样采用了类似设计，通过锁扣实现既可折叠也可拆卸的功能，从而满足了既可站立驾驶也可坐着操纵的多功能需求。图2-1方案一外形结构图方案二:图2-2该方案与传统的滑板车的样式有所不同，具有一个前卫的外观造型。其特征在于滑板车的车头造型别具一格，形状似一小辆摩托车，是整个设计的亮点。此外，该方案的主要变化在于:改变了之前平滑板连接的形式，用连接机构将后轮与扶手部位相连，并在连接处伸出一部分座椅。这样做的好处是使两轮与扶手的连接处更加集中，不仅美观大方，而且独特。其优点是:造型前卫新颖，折叠时更快更方便，滑板车的使用感受更好。图2-2座式滑板车外形结构图方案三:如图2-3所示，该设计的思路与方案二基本一致，但在尺寸、质量和稳定性方面有了一定的改进，车身主体部分不是直接与滑板通过杆相连，而是由车身的前部和后部组成，前部较粗，内部包括电池和控制系统；后部由两根长直的铝合金中空型材构成，内部布置刹车线和电源线，通过在前端两侧伸出的轴与前部紧密夹持。这样既节约了材料和空间，又极大的减低了整车质量，而且使折叠时间也非常地快，一提一扣，大约一、两秒钟就可以完成。座椅通过后部的钢制杆组机构连接在适当的高度，并有折叠滑道便于操作。在稳定性方面，无论是车身的前后、杆组的连接、座椅与车身，都应用了力学中的三角形原理，从而使它在打开时锁住，在折叠时卡住，防止行驶时车架松散。此外，考虑到携带方便，后轮上增加了拖轮机构，以便拖行，另外在座椅旁边设置了提手，从而使折叠后的滑板车可在平地上像行李箱一样拖着走，也可以上台阶提起。图2-3折叠式外形结构图综上所述，三种外观设计方案都各有特色。方案一的把手、座椅都可以调节高度，方便不同用户使用，且可以折叠，但体积较大，整车重量较大，折叠后也不便携带。此外，其折叠也很麻烦，速度慢，外观比较常见，没有特色。方案二造型独特，容易折叠，也比较紧凑，较方案一有很大进步。但其在稳定性上稍有不足，结构的坚固性以及整车的协调性有待加强。方案三以其独特的造型，迅速的折叠性明显优于其他两个方案。当然，方案一和方案二它俩的优势，方案三都不是很具备，而且方案三不能调节座椅和把手的高度，但是方案三最大的优点就是小巧、轻便，所以其结构非常稳定，行驶也更加安全。无论从实用性还是观赏性来说，现在都朝着这个方向去发展，也能更满足客户的需求，因此，为适应人的身高和方便性，外观的整体思路还是参照方案一。2.2运动分析及驱动的设计选择滑板车的工作原理因类型而异，呈现多样化。对于普通的二轮滑板，其力学原理在众多参考资料中被概括为：“通过人体运动理论和力学原理的巧妙结合，主要利用身体扭动、双脚摆动和手的摆动来驱动前进”。驾驶两轮滑板车时，可以观察到车轮在偏转一定角度后，会倾向于受力最小的方向，即“侧前”或“侧后”运动，从而形成S形行驶路线。这一现象源于前轮的归正性。驾驶者通过身体扭动产生扭矩，并结合技巧运用，将扭动产生的能量部分转化为动能，为两轮滑板车提供前进动力（而普通四轮滑板车则主要依靠人腿后蹬产生的能量直行）。两轮滑板与四轮滑板的区别在于，使用者仅通过双脚、腰部和臀部的扭动，以及手臂的摆动，就能驱使滑板前行。此外，S线行走方式还有助于保持平衡。由于滑板车不像自行车或摩托车那样有车把来控制方向和平衡，因此只能依靠身体的扭动来实现。综合比较后，本毕业设计课题中的两轮坐式电动滑板车采用后轮驱动为主、前轮负责转向的方式。这种驱动方式相较于前轮驱动，具有驱动轮和转向轮分离、操控性好、易掌握、转弯半径小、加速度更好的优点。而前轮驱动虽然节省空间、提高传动效率、在恶劣天气下更易操作且成本低，但存在稳定性差、易出现推头和转向不足等问题（如图2-4所示）。如果前轮同时作为转向轮和驱动轮使用，会大大增加轮胎压力，对轮胎造成较大损伤。当然，自行车电动车等两轮交通工具是不可能采用前驱的，因为即使有也无人能掌控得了。图2-4滑板车转向示意图2.4可行性分析经济可行性:与竞标方案相比，本方案的结构更加简单，料件消耗较少，因此经济效益较好。通过运用计算机辅助设计软件(如力分析、振动分析等)，对选择方案的设计进行进一步修改，使其实现在满足各项功能需求的前提下，质量与体积最小化，性能最优化，从而进一步提高经济效益。法律与安全、健康及环境可行性:选择的坐式电动滑板车方案，在生产与使用中对环境的影响较小，其废气、废液、固体废弃物的处理均符合国家关于环境治理标准，如gb3838-2002、gb8978-1996、gb3095-2012等。选择方案中大部分为通用标准件，没有侵犯他人的专利，因此法律可行性较高。选择方案在使用时，噪声低，无污染，且在维护时，不会对人身健康产生影响。机床及其他机械的设计，已经考虑了安全问题，因此在正常情况下，不会出现燃烧、爆炸等危险发生，国家安全标准得到保障。通过各项资料分析，选择方案的经济性和环境保护方面均满足要求。2.5总体方案确定电动滑板车主要由车架、驱动系统、电池系统、悬挂系统、制动系统和行走系统几个部分组成，每个部分都发挥着特定的作用：1.车架作用:车架是电动滑板车的主体架构，是各个部件连接依靠的主体，也是整个车子稳定的基础，如果车子车架不稳定，那么车子的安全性就无法保障。要求车架具有足够的强度和刚性，来支持车身和骑乘者的重量以及在行驶过程中受到的各种力。元件构成:车头立管:连接车把和前叉，支持车把和转向下车下车架:下车架是电动车滑板车与地面接触的部分，下车架一般采用铝合金，碳纤维等又高强，重量轻的材料来制造，形状多样，有平板式，钻石型等，不同的形状会有不同的重量，强度和舒适度后叉:后叉是用来连接后轮和车架的，提供后轮行驶时的支撑和动力传输。2.驱动系统作用:电动滑板车驱动系统是整个电动滑板车的动力来源，驱动系统负责将电能转换成机械能，驱动电动滑板车行驶，使电动滑板车运动。组成元件:电机:电机一般是直流有刷电机、直流无刷电机、交流异步电机等。电机的功率不同，其能够驱动的电动滑板车的速度和爬坡能力都不同。控制器:控制器是电机的控制部分，控制器根据骑行者对电动车控制手把(加速、减速、刹车等)控制电机的转速和输出的功率，从而达到控制电动车速度的目的。传动装置:传动装置是指连接电机和轮子之间的一drive部分，驱动电动车行驶。传动装置有链条传动、皮带传动、直接驱动等方式。链条传动是效率高、经久耐用；皮带传动是安静、平稳、直接驱动是不需要任何传动部分，无损失、易维护。3.电池及充电系统作用:电池是电动滑板车的能源，提供电能，充电器是给电池补充电能，以增加电动滑板车的里程和便利性。主要元件:电池:电动滑板车一般使用锂电池，因为锂电池能量密度大，重量轻，寿命长。电池的容量大小，直接关系到电动滑板车的里程，一般容量越大，里程越长。充电器:充电器是给电池充电，把市电变为适合电池充电的电压和电流。充电器的优劣，将影响电池的充电效率和寿命。4.悬挂系统作用:悬挂系统主要用于吸收路面的颠簸和震动，提高骑行的舒适性和稳定性，减少骑行者在行驶过程中的冲击感。主要元件:前避震:安装在前叉和车轮之间。一般的前避震有弹簧避震和液压避震。当路面不平时，前避震进行压缩和回弹，缓冲震动。后避震:安装在后轮和车架之间，与前避震共同作用，减少骑行者因为震动带来的不适。一些高级的电动滑板车，悬挂系统会更先进，比如空气悬挂等。5.制动系统作用:制动系统是使电动滑板车减速、停车的安全装置。制动元件:刹车手柄:刹车手柄一般安装在车把上，骑乘者通过手握刹车手柄，间接的拉动刹车线，或使电子传感器发出信号，驱动电动滑板车的制动部件工作。刹车手柄一般与刹车线或电子传感器相连。刹车装置:刹车装置有机械式刹车、电子式刹车两种。机械式刹车有v刹、碟刹等，电子式刹车一般用于直流电机驱动的滑板车。机械式刹车一般通过刹车线拉动刹车器，使安装在车轮上的刹车片与车圈、或轮毂接触并摩擦，从而产生制动カ；电子式刹车一般是通过电子信号使电机反转或制动，从而达到减速的目的。6.操控系统作用:操控系统使骑乘者方便的控制电动滑板车的行驶方向、速度以及一些其它功能，人与滑板车进行互动。操控元件:车把:车把一般用来控制滑板车的行驶方向，车把可以抬高或降低以及倾斜一定的角度，车把上一般安装有刹车手柄、喇叭等控制按钮。加速器:加速器一般是安装在车把上或者是骑乘者可以用手指操作的位置。加速器有电子加速器和机械加速器两种，电子加速器是通过旋转或按压加速器来改变电流大小，控制电机的转速。机械加速器是通过机械结构进行加速。显示屏:有些电动滑板车上安装有显示屏，可以显示速度、电量、行驶里程等，方便骑乘者了解滑板车的状态。7.照明和信号系统作用:照明及信号灯是指自行车在夜间或者法律法规规定的低能见度情况下，保证骑行安全，增加骑行可见度，照亮骑行道路，警示其他道路使用者，提醒其注意后面骑行者行驶方向及制动的灯光设备及装在自行车上的信号装置。组成元件:前灯:安装在自行车前端，须是白色灯光，照射前方道路。前灯的亮度、照射距离须符合有关安全要求，以利骑行者看清路面情况。尾灯:安装在自行车尾端，须是红色灯光，夜间骑行及刹车时起到向后方车辆和行人警示作用。转向灯:安装在自行车把或者车身两侧，指示自行车骑行方向转弯。一般情况下，自行车骑上道路需要遵守交通信号和交通规则，所以安装自行车转向灯。部分地区电动滑板车上路也需要安装转向灯。3主要结构设计3.1整车外形的尺寸设计整车外形尺寸的确定需参考人体主要尺寸，以确保驾驶时的舒适性。根据国标GB10000-1988，列出了身高、体重、上臂长、前臂长、大腿长、小腿长等六项关键尺寸数据。如表3-1所示，为我国成年人的主要人体尺寸及坐姿尺寸（摘自GB10000-1988《中国成年人人体尺寸》）。基于此表，推荐车把手高度在80-120cm之间，座椅高度在55-75cm之间，而车把手的总宽度在55-60cm之间最为适宜。经筛选，最终确定车把手高度为80cm，高度可调节，宽度为36cm。表3-1《中国成年人人体尺寸》表主要尺寸男（18~25岁）男（26~35岁）男（36~60岁）女（18~25岁）女（26~35岁）女（36~60岁）百分位数5509555095身高158316781775148415701659体重/kg485975425266上臂长289313338262284308前臂长216237258193213234大腿长428465505402438476小腿长338369403313344376坐姿尺寸男（18~60岁）男（18~60岁）男（18~60岁）女（15~55岁）女（15~55岁）女（15~55岁）坐高858908958809855901坐姿颈椎615657701579617657坐姿眼高749798847695739783坐姿肩高5575986415185565943.2主车架的设计车架作为整车的核心组成部分，其结构的坚固性和稳定性对整车质量具有直接影响。根据市场分析，车身主架多采用铝合金材料，因其强度高、质量轻，是理想的车架材料。基于方案一的外形设计，前车架设计如下：前车架内部用于放置控制系统，外部连接前轮、车把手及后车架，并设有前置车灯。由于总高已设定，结合展开时与后车架形成的稳固力学三角形，其尺寸可确定。如图3-1所示，为前车架设计为圆型，造型又没，外部形状宽度不宜过大，经分析直径定为40mm，高度为适合人体掌握因此设定为（含车灯）为850mm。在前车架与后车架相连部分设有直径30mm的圆孔，用于轴连接。图3-1前车架结构图后车架也是小车的重要部分，既要结实，里面还要放置电池、电源线和刹车线等控制线路，外部还要连接后车轮，也要遵重节约材料、减少重量的原则。见图3-2后车架图，后车架总长565mm，宽度108mm，厚度25mm，前后两端分别与前车架、后车轮连接。后车架通过轴连接前后车架，对称夹持在前车架的一端。折叠时，后车架将前车架夹在中间，整车体积大幅度减小。展开时，通过外部卡定和构成稳定的力学三角形结构，保证角度分别两个55°，从而可以稳固展开，行驶时车架不会散落。图3-2后车架结构图3.3车轮的选取滑板车最流行的轮胎尺寸为60至300mm。通常，大轮径有利于保持速度并越过小障碍物，而小轮径则加速快，适合技巧性动作。针对本次电动滑板车设计，需选择抗震性能好且能承受人体重量的车轮，因此决定采用大轮径方案。市场上大轮滑板车多采用267至333英寸轮胎，外径约200至250mm。结合主车架配合，最终选定203mm轮胎，具体如下：前车轮负责转向，结构无需复杂，选用抗振性好的普通轮胎即可。滑板车搭载双驱动无刷轮毂电机。无经市场分析，前轮多为充气轮胎。充气轮胎气密性好、工作温度低、耐磨、使用寿命长且结构简单，利于车辆轻量化，同时具备良好的安全稳定性与便捷性，非常适合作为前轮。对于203mm充气式轮胎，其胎宽有多种规格。综合考虑与前车架的连接及运动平稳协调性，最终选择总宽为30mm的203mm充气轮胎作为滑板车的前轮。图3-3轮胎外形图图3-4轮胎外形图图3-5轮胎外形图3.4把手的设计车把手设计需要丝滑而且要容易上手操作，人体工程学建议总长360mm。传统车把手多为整体式，类似阶梯轴。为了体现便捷原则，车把手也需要改进为可折叠样式。如图3-6所示，滑板车龙头把设计为以一点为旋转点，可向下折叠，以减少占用车子空间。图3-6车把折叠示意图这样，原一体车把被拆分成两部分，中间主支撑轴独立，两端与主轴采用折叠设计连接。如图3-7所示，为把手手柄位置的三视图。根据手握舒适度及市场产品分析，手柄设为直径30mm、长约127mm的轴。其余部分按需设计，形成阶梯轴类零件。图3-7折叠手柄三视图而中间主支撑轴则需连接在前车架上。外部套一个橡胶套，使得手握更轻松更适合手握，其结构外形图如图3-8所示。图3-8车把外套示意图3.5连接部件的设计前叉是连接前轮与前车身的关键部件，主要功能是固定前轮于车身正下方，支撑前轮重量，并将车把的转向动作传递至前轮，实现前轮随把手方向转动。其上端与前车架下端相连，下端则与前轴连接，以前轴为中心自由转动，构成整车的转向机构。如图3-9所示，为其结构示意图。前叉结构需坚固耐用，经分析，选用厚度为3mm的钢板作为主材。其上端形状需与前车架匹配，下端则需与前轴进行精确的孔轴配合。图3-9前叉示意图前轮轴：轮轴是整车固定轮子的重要部件，也是主要的受力位置，本次设计采用直径8mm的铝合金作为前轮轴。如图3-8是其受力图，若在骑行时轮轴受到的人和车架的力为F=150kg，轮轴为双剪变形，所以会有两个剪切面。应用截面法可求得每个剪切面上的剪力FQ=F/2,剪切面面积AQ=4/2d,可知许用切应力：（3-1）经查阅资料铝合金拉伸强度25摄氏度为145-470MP.屈服强度为195-235MP综上所诉，直径为8mm的铝合金轮轴完全符合要求。(AQ为剪切面积，Abs为挤压面有效挤压面积)。除此之外，前轮轴两端还要与前叉进行连接配合。除了有前叉的放置位置之外，还需要设置螺栓锁紧的位置，所以在两端处设计成了螺纹结构。前轮轴的结构具体如图3-10所示。图3-10轮轴受力示意图 图3-11前轮轴结构示意图其他连接部件包括前车架与后车架之间的轴、后轮轴，以及连接座椅与车架的机械杆组等。这些轴结构对坚固性要求较高，通常选用铝合金材料。而连接杆组和拖轮支架则采用厚度为6.3mm的钢板，以确保其稳固性和实用性。3.6驱动系统的选用驱动系统由两部分组成：电源和电机。在电源部分，市场上大多采用锂电池，因其能量高、寿命长、重量轻、适应性强、环保且生产节水，非常适合滑板车。经市场分析，本设计选用支持快速充电的18650型锂电池，具体参数为：电压36V，容量8.8AH，寿命约5年，可循环充放电500次，4.5小时充满，续航35km。在电机部分，该车型通常采用无刷轮毂电机。轮毂电机分为有刷和无刷两种，但有刷电机效率低逐渐被淘汰。无刷电机又称无换向器电机，无电刷和换向器。其工作原理是：启动前需用传感器确定转子与定子相对位置，无感电机通过测量反电动势确定位置，由控制器驱动功率管换相。尽管存储器可存储位置信息，但极低速时系统无法理解反电动势波形。电机有转速时，波峰波谷代表角度，刹车会使电机关闭。轮毂电机技术将动力、传动和制动装置集成在轮毂内，简化机械结构。因此，本设计选择无刷轮毂电机。结合整车16.5kg重量、150kg承载能力、267mm轮胎和36V电池，最终确定使用267mm36V350W无刷轮毂电机作为驱动装置。如图3-12所示图3-12无刷轮毂电机结构图3.7制动系统的选用制动系统分为鼓式刹车和碟式刹车两种。鼓式刹车通过随车轮转动的刹车鼓与静止的刹车片摩擦，产生制动力以减缓车速。其结构及零件制造简单，成本低，但反应慢，力道控制难，不适合高频刹车，且需定期调整间隙，维修不便。碟式刹车则利用刹车卡钳夹住碟刹盘，通过摩擦力减速。其散热性好，反应迅速，可高频制动，结构简单易维修。综合考虑，本设计采用机械式碟刹，通过刹车线拉力使卡钳内刹车片夹住碟盘制动。碟刹系统包括刹车手把、刹车线、刹车蹄和刹车碟盘等部件。结合整车设计，本车采用后轮单刹方式，刹车把位于车把左手端，通过刹车线连接后轮左端的碟刹盘。刹车时，刹车把拉动刹车蹄上的线，使刹车蹄夹住碟盘，实现制动。刹车碟盘有多种样式和规格，为适应后轮及满足制动性能，选用140mm碟刹盘，经测试，其制动距离可达两米左右。图3-13刹车片结构图3.8电池仓结构设计电池存放结构应方便用户取下和安装电池。电池存放结构有卡扣式和抽屉式两种。对于卡扣式，当电池放置在滑板车某位置时，用户可很方便用卡扣固定电池，从而很方便的安装和取下电池。对于抽屉式，电池可像抽屉一样拉出和推入。这种方式不仅方便用户安装和取下电池，而且在一定程度上可保护电池电极接口，减少接口插拔带来的损坏。方便充电接口连接电池充电接口位置应方便用户插入和拔出充电器。接口一般可在电池顶部或侧面，且充电时滑板车正常行驶姿势下，接口不受力或被挤压，接口形状、规格符合通用充电器规格。方便用户使用不同品牌的充电器或电池充电。电池固定牢固电池在滑板车行驶时，电池固定在存放位置上，不发生位移。电池固定可采用多种方式，如弹性绑带和机械卡扣。机械卡扣可防止电池在主要方向上发生位移，弹性绑带可吸收行驶时的震动并紧固电池。电池底部和两侧设置护板，护板为多块，将电池固定在存放仓中。重心平衡考虑电池放置位置不同，会影响滑板车行驶时重心位置。滑板车行驶时，为使滑板车操控灵活，行驶稳定，电池应放在距离滑板车中心位置附近。电池放置可减少行驶时电池重量带来的重心后移，减少滑板车翻倒的可能性。一些滑板车采用后轮驱动，电池可放在后轮轴上方附近，平衡后轮驱动带来的重心后移问题。电池存放结构图3-14；图3-14电池仓结构图3.9电动滑板车的各部件之间的装配关系车架与电池：

电动滑板车的车架通常是主结构部分，电池安装在车架上，通常放置在车架中部。电池提供电力支持，通过电池盒、连接器与电动机系统连接。电机与车轮：

电机通常直接安装在双轮中，用于驱动滑板车。电动机通过与车轮连接，从而使滑板车能够加速和驱动。电机及电池：

电机是电动滑板车的“大脑”通过电缆与电池连接。电池供电，通过电流调节电动机的工作状态。把手与车架：

把手部分安装在车架的顶部，可以调节高度。把手内有电源开关、刹车控制器等，用户通过把手操作滑板车。把手还包括刹车把手，它与刹车系统连接。刹车系统与车轮：

电动滑板车的刹车通常分为前刹和后刹，刹车系统为碟刹刹车。刹车把手与刹车装置连接，刹车装置与车轮连接，当用户拉紧刹车把手时，刹车装置会通过摩擦减缓车轮转动，从而实现减速和停车。踏板与车架：

踏板是用户站立的地方，通常固定在车架的前后部分，踏板与车架的连接结构需确保稳固，并支持用户的体重。前后轮与车架：

车轮通过轮轴安装在车架的前后轮位置。车轮的安装方式确保车轮可以自由旋转，并通过电动机驱动提供动力。

图3-15电池仓结构图依据实际使用条件，整车在额定功率350W运行状态下，电池总能量为36V×8.8Ah=317Wh。考虑整车满载运行时的电耗约为15–18Wh/km，经计算可提供30km左右的续航里程，在城市短途通勤、代步骑行等场景中具备较高实用性与适配性。电池参数配置如表3-2所示。表3-2电池参数配置项目参数配置说明电芯类型三元锂电芯LGINR18650单体电芯电压4.2V电池包组合方式13串3并总电压36V总容量8.8Ah输出功率350Wh电池包尺寸290mm×53mm×22mm电池重量约2.5kg安装位置安装于主梁电池箱内电池壳体材料ABS+PC工程塑料4滑板车三维建模4.1建模软件介绍solidworks是一款广泛应用于机械设计，工程设计的三维cad计算机辅助设计软件，以下是对solidworks三维建模软件的介绍:功能特性:强大的三维建模:提供直观的工作界面和丰富的几何，实体建模修改工具，能够轻松地创建和编辑复杂的三维模型，如零件，装配体和表面模型等；零件和装配设计:solidworks提供零件和装配设计能力，能够创建各种机械零件并进行装配，通过拖放下脚实现部件间的关联和运动仿真，还有装配约束和碰撞检查等，确保设计的可靠性；全参数特征造型:采用参数化尺寸驱动建模技术，尺寸控制图形，修改尺寸，模型，装配体，工程图形状和尺寸也随之改变，方便了新产品在设计过程中的修改；内置分析:内置应力和位移分析，流体力学分析，热分析和振动分析等多种分析工具，帮助用户分析设计性能，确保设计能在实际工作条件下承受负载；数据管理:solidworks具有数据管理功能，能够帮助用户规划和管理设计数据，还有系列零件设计表等，方便进行产品设计的优化和变更管理；高级渲染:可以创建逼真的渲染图像，展现设计外观和材质，让客户更加直观的感受产品效果。cnc加工:可以生成cnc机床的切削轨迹，规划路径，预测切削力，保证cnc加工的稳定性和安全性标准件库:标准零件库，扣件库，直接调用标准件，节省设计时间插件:cosmosworks有限元分析软件，cosmosmotion运动与动力学动态仿真软件，cosmosfloworks流体分析软件，满足用户不同使用需求应用行业:应用于汽车行业，航空航天行业，机械行业，工业设备，钣金与焊接设计等行业，是进行工程设计过程中经常使用的软件。4.2前叉建模一、分析前叉大体形状真人实物观察滑板车前叉或者滑板车设计图纸，搞清楚滑板车前叉的大体形状、各部分尺寸、连接方式、细节特征等。搞清楚前叉的大体形状是类似于管状形状或其他形状，是否有特殊弯曲角度或加强等。solidworks2010-零件-新建数据库新建零件按键"基准平面"，选择前视基准面、上视基准面或右视基准面，点击"草图"，启动草图绘制。根据前叉的结构特征，使用solidworks草图绘制工具，绘制出封闭的圆形作为截面草图，如图4-1，草图绘制完成后，一定要对草图进行尺寸标注，以确定草图的唯一性，便于后期建模的准确性。使用智能尺寸，可以方便的标注草图中图形的长度、半径、角度等。图4-1前叉草图界面前叉的某些部分具有均匀的截面形状，可以通过拉伸草图来创建实体特征。对于前叉的主管部分，选择绘制好的圆形草图，点击“拉伸凸台/基体”图标，设置合适的拉伸方向和拉伸长度，即可生成管状的基础实体。如图4-2所示。图4-2前叉特征图【前叉倒角】为了使前叉的模型更真实或美观，有时需要对前叉的某些边进行倒角或圆角。选中要倒角的边，单击"倒角"或"圆角"按钮，设置倒角半径或圆角半径值，如图4-2-1所示，单击"确定"按钮，完成倒角或圆角操作，如图4-2-2所示。【孔特征】如果前叉上有轴承或者其他零部件需要安装，必须在前叉上创建安装孔。单击"孔向导"按钮，选择孔列表中的孔类型，设置孔的直径和深度，以及孔的定位参数，单击"确定"按钮，在前叉模型上创建安装孔，如图4-2-3所示。【切割和切除特征】有时候，为了在前叉上创建特定的特征，例如去除一些多余的特征体或者创建特定的形状，前叉模型必须对另一部分特征体进行切割或切除。单击"拉伸切除"按钮，绘制切除特征体的草图，单击切除方向，设置切除深度，单击"确定"按钮，完成切除操作，如图4-2-4所示。最后完成前叉模型，如图4-3所示。图4-3前叉三维图4.3车架板设计首先对车架板进行分析，对滑板车车架板或车架板的设计图纸进行观察，观察其外形大概形状、尺寸、连接方式、细节特征等。初步确定车架板的主体外形形状，类似于板子结构结合方管结合形状。启动solidswork软件，双击"新建"，在弹出的对话框中选择"零件"，点击"确定"，进入零件建模环境。选择基准平面前视基准面、上视基准面、右视基准面等，双击草图，进入草图绘制方式。对前叉进行建模，选择solidswork草图绘制工具，封闭的圆形作为截面草图，画出矩形，限定约束，画出如图4-4所得到图形，在绘制草图时要注意尺寸标注，这样才能保证草图的准确性，而且在后面建模过程中也会很精确。可以使用智能尺寸对草图中图形的尺寸进行标注，如长度、半径、角度等。图4-4车架板草图界面车架板的某些部分具有均匀的截面形状，可以通过拉伸草图来创建实体特征。对于车架板的主体部分，选择绘制好的圆形草图，点击“拉伸凸台/基体”图标，设置合适的拉伸方向和拉伸长度，即可生成管状的基础实体。如图4-5所示。图4-5车架板特征图车架板的模型还需要对边缘进行倒角或圆角，以便更加美观真实。选择需要倒角的边线，单击"倒角"或"圆角"按钮，输入倒角半径或圆角半径值，单击确定按钮，完成倒角或圆角。孔特征如前叉需要安装轴承或者其他零部件，需要在前叉上创建孔特征。单击"特征→孔→孔向导"按钮，选择孔类型下拉箭头，选择相应的孔类型，孔直径输入孔直径大小，孔深度输入孔深度大小，定位特征选择定位特征点，单击确定按钮，在前叉上创建孔特征，切割和切除特征有时候，前叉需要按照一定的要求进行切割和切除特征，以达到切除多余的特征和形成特定形状的目的。单击"特征→切割→拉伸切除"按钮，单击绘制草图按钮，创建切除部分的草图，单击指定方向按钮，选择切除方向，单击指定切除深度按钮，输入切除深度大小，单击确定按钮，完成切除，最后完成前叉的建模如图4-6所示。图4-6车架板三维图4.4滑板车装配其他零件的建模方法如下，滑板车的前叉是由许多个零件由精密的装配连接而成。双击下图打开零件建模界面然后新建一个装配体文件，然后将刚才建好的前叉零件，按实际的装配关系，添加到装配体环境里，并设置好配合关系，完成装配。对装配好的前叉模型进行检查，看是否有干涉和不符合要求的地方。然后象这样，再按照以上的步骤重复建立，如图4-4所得。如果有问题，就马上返回零件建模环境进行调整和修改。 图4-7滑板车三维图

总结本文以电动滑板车设计和优化为中心进行全面而深入地论述，首先从本文的研究背景和意义入手，对当前社会环境下电动滑板车所发挥的重要作用以及所面临的挑战进行全面地阐述。伴随着城市交通拥堵的日益严重，环保意识的增强和便捷出行方式要求的提高，电动滑板车这一绿色高效短途代步工具市场前景看好。但它的性能，安全性和智能化程度还有提升的空间。研究状况部分对电动滑板车国内外发展状况进行了细致分析。尽管我国的中控系统已经取得了很大的进步，但与国际标准相比，仍然存在明显的差异，特别是在滑板车中控系统的技术整合和用户体验提升方面，