多功能长续航助行代步车设计

绪论课题研究的背景和意义课题研究的背景随着科技的快速发展，代步车在人们的生活中扮演者越来越重要的角色，随着我们的社会老龄化，代步车是一种快速发展的交通方式REF_Ref20981\w\h[18]。尤其是对于腿脚不便的老年人和残疾人来说，他们的出行更加离不开代步车的帮助。然而，过去对于助行代步车的理解仅限于可以帮助人们提高出行速度的自行车，再到后来就是更加节省力气的电动车，但是那些真正出行困难的老年人和残疾人却用不到这些工具，他们真正需要的是能让他们释放双腿，或者是帮助他们站立且出行的一种工具。再者，随着人口老龄化不断上升，国家和社会对老年人的关注度也在不断增加，我们都希望老年人拥有一个幸福舒适的晚年生活，他们可以不完全依赖于家人的帮助，自己也可以独立完成一些行为，比如购物，医疗，娱乐等等。其次，我们国家主张关爱残障人士，这不仅仅是在生活中对他们施以援手，还要真正从他们自身出发，了解到他们真正的需求是什么，所以助行代步车就成为了他们生活中必不可少的一种代步工具。所以，多功能长续航助行代步车已经成为了大势所趋，市面上普通的代步车仅仅满足了解放老年人，残疾人的双腿，可是他们却缺少了很多功能，比如他们的续航能力不够，舒适性不足，不能满足有需要人们的真正需求等等。但是多功能长续航助行代步车可以很好的弥补这些不足,它拥有足够的续航能力，结构更加稳定，具备更强的舒适性，绿色安全且操作方便。电动代步车的出现不仅能解决失能老人和行动不便人士的日常生活需求，还能够使行动不便人士更好融入社会，实现自身价值，与此同时，养老面对的劳动力减少，医疗匮乏等问题也可以得到缓解REF_Ref20981\w\h[3]。课题研究的意义社会意义：多功能长续航助行代步车满足当今社会要求，可以帮助更多行动不便的老年人和残疾人融入社会，提高他们的生活质量，满足他们的生活需求，不仅减轻了他们的心理负担，而且也增加了社会的和谐性。经济意义：多功能长续航助行代步车拥有良好的续航能力，绿色环保，安全可靠，操作方便，它的市场前景更加广阔，可以很好地推动经济的发展，创造经济效益。技术意义：通过一系列的分析与研究，可以探索出新的研究方案和手段，为今后对这方面的研究奠定基础，推动技术的进步，创造技术意义。环境意义：助行代步车使用电能这一清洁型能源，有助于减少对全球气候系统的不利影响，同时有助于降低对一种特定能源的过度依赖，提高能源供应的韧性。最终促进人与自然环境的和谐相处。电动代步车的发展推动了电动技术、电池技术、充电基础设施等方面的创新。这些创新不仅有助于提高电动代步车的性能，还可能带动其他领域的技术进步，促使社会朝着更清洁、可持续的方向发展REF_Ref20981\w\h[1]。国内外研究现状电动代步车研究现状这类代步产品通常以电力驱动，行驶速度较为匀速、平缓，具有稳定性强和安全环保的特点由于较早进入老龄化社会的缘故，欧美国家在老年代步产品上的研究已经比较成熟，相较于欧美等发达国家的相关产业发展体系，我国在老年产业上发展较为缓慢，在电力驱动代步出行工具领域发展也相对较晚，在相关政策、技术和产品设计及服务等方面上，缺乏先进经验REF_Ref20981\w\h[2]。国内现状：1.市场规模与需求增长随着人口老龄化和残疾人人数的增加，智能轮椅对于提高出行自主性和生活质量至关重要REF_Ref20981\w\h[15]。2023年，中国电动代步车市场规模已突破人民币800亿元，并呈现持续增长趋势。预计到2030年，中国电动代步车将朝着超级智能化方向发展，续航里程有望突破300公里。2.技术创新与产品升级国内企业正在加速技术创新，推动助行代步车的智能化和轻量化发展。例如，磷酸铁锂电池、固态电池等新技术的应用，提升了产品的续航里程和安全性。此外，智能化控制系统也逐渐成熟，可实现自动调速、动力分配和远程监控等功能。3.政策支持与需求增长随着交通工业的快速发展，燃油等诸多资源消耗也在不断增加，环境污染带来的一系列问题，迫使政府和消费者对新能源汽车有着强烈的需求REF_Ref20981\w\h[5]。其次，政府对绿色出行的支持以及对老年人出行便利性的关注，为助行代步车行业提供了政策机遇。同时，国内企业也在积极拓展海外市场，特别是在东南亚和南美洲等地区，凭借产品性价比优势获得了一定市场份额。国外现状：1.市场规模与增长趋势全球电动代步车市场规模预计在2024年达到110.8亿美元，并将以9.01%的年复合增长率增长，到2032年达到221亿美元。北美和欧洲是主要市场，但亚太地区由于老龄化人口增加和对出行辅助工具认知度的提升，预计将成为增长最快的地区。2.技术与产品特点国外企业在智能化和多功能性方面表现出色。例如，欧美传统汽车制造商如奔驰、宝马等纷纷布局电动代步车领域，推出高端配置、个性化设计的产品。此外，集成GPS导航、语音识别、自动驾驶等功能的代步车逐渐普及。现有研究的不足与挑战1.舒适性不足：不同消费者的需求其实差异很大，比如身高、体重、使用场景等都不一样，但是现在的代步车在满足不同用户需求方面还做得不够。比如座椅的调节范围有限，不能满足各种身材的人舒适乘坐；车辆的储物空间设计不合理，对于需要携带很多物品的人来说不太方便；还有一些特殊需求，比如残障人士对车辆操控系统的特殊要求等，也不能很好地被满足。2.安全性能待提升：安全问题一直是代步车很重要的一个方面。有些代步车为了追求长续航，在车辆设计和制造时，可能对安全性能的考虑不够周全。比如说，车身结构不够坚固，发生碰撞时无法很好地保护驾乘人员的安全。3.成本较高：为了实现长续航和多功能，代步车需要使用一些高性能的电池、先进的电机以及智能控制系统等，这些部件的成本本身就高，所以就导致整车的价格降不下来。对于很多消费者来说，价格太贵就会让他们犹豫要不要购买，这在很大程度上限制了代步车的普及和推广。此外，除了购买成本，后续的使用和维护成本也不低。4.法规与标准不完善：目前，对“老年代步车”的生产和销售的监管制度不健全、质量标准不明确的问题依然存在REF_Ref20981\w\h[6]。在车辆的生产制造环节，没有明确统一的规范，这就导致市场上的产品质量参差不齐，有的产品可能根本就达不到安全和性能要求，但也在销售。在使用环节，对于代步车能否上路、在哪些道路上行驶、行驶速度限制等问题，不同地区的规定也不一样，这就容易让消费者感到困惑，也不利于管理。课题研究的内容与方法研究内容（1）为什么要提高代步车的续航能力：续航能力对于代步车来说是及其重要的，拥有较长的续航能力可以使人们在使用过程中更加放心，不会担心代步车在出行的路途中电量不足。其次，较长的续航能力能减少充电次数，如今由于给电动车充电而引发的火灾不计其数，而长续航代步车能很好的较少安全隐患，提升整体的使用体验和满意度。另外，代步车续航能力的提升，会鼓励更多人选择它作为自己的日常出行工具，减少对传统燃油车的依赖，从而降低碳排放，对环境保护具有积极意义。（2）为什么要设计代步车的多功能性：图1.3.SEQ图1.\*ARABIC1老年人人口数量及比例对于代步车来说，在长续航的基础上，多功能性也是必不可少的。目前市面上老年人是购买助行代步车的主要群体，60至75岁的老年人由于身体机能逐渐下降。自2000年我国进入老龄化社会以来，老龄化的速度一直在持续上涨，如图1.1所示。预计将于2020年、2035年、2050年我国60岁及以上老年人口分别达到2.54亿人、4.12亿人、4.80亿人REF_Ref20981\w\h[1]。他们日常出行如买菜，遛弯，接送孩子等对便捷，安全的出行工具有较大需求，这部分人群在购买助行代步车的人群中占比是最高的。此外，由于车祸、工伤和其他意外，每年约有50万人下肢损伤REF_Ref20981\w\h[4]，如图1.2所示。这些图1.3.SEQ图1.\*ARABIC2我国残疾人口比例是一些行动不便的人群，包括残疾人，手术后康复者以及患有慢性疾病导致行动受限的人群等，他们对助行代步车的需求较为刚性，是购买此类产品的重要群体。所以，这些人群在使用代步车的时候就会更加依赖代步车的多功能性，此文章对于多功能性的详细论述为代步车可以连接家人或朋友的手机，在老年人或残疾人出行的时候家人能通过手机了解老年人的出行位置和轨迹，知晓他们目前的位置，当他们独自外出时，家人也不用时刻陪伴在身侧，可以更加安心。如果老年人或残疾人在使用代步车的过程中发生了危险的状况，如摔倒等，他们可以通过代步车与手机的连接功能快速向家人发送求救信号，家人可以及时获取信息并采取相应措施，为老年人及残疾人的出行提供更有力的保障，让他们出行安心且安全。研究方法查询文献：查询网络上与多功能长续航助行代步车相关的论文与研究，了解当今市面上现存代步车的优势与不足，为研究提供理论基础和参考依据。查询不同群体的用户对于助行代步车的需求，从而调整助行代步车的功能且完善代步车的多样性。构建三维模型：参考市面上各种不同类型的助行代步车，选取合适的尺寸，使购买者可以达到最舒适的程度，先把助行代步车的主要零部件绘制出来，然后在选取一些标准件与其他细小的零件，把它们装配在一起，绘制出一款电动助行代步车。受力分析及强度计算：通过受力分析可以明确代步车各个结构或构件的受力情况，再进行强度计算，能够判断其是否满足强度要求，进而防止代步车在出行时结构发生破坏，变形过大等危及用户安全的情况。并且受力分析和强度计算有助于找出在设计过程中发现不了的问题，还能分析故障原因及薄弱结构，从而进行优化。本章小结本章首先介绍了当前多功能长续航助行代步车发展的社会背景，然后通过不同的方面说明了研究这个课题的意义，在此基础上分析了国内外研究现状与当前研究的不足与挑战，最后通过一定的数据表明了本课题研究的内容与方法，为下一章深入研究多功能长续航助行代步车打下了基础。

2助行代步车续航能力影响因素分析2.1助行代步车的基本结构（1）车架：选用的材料为铝合金，铝合金组成的车架质量轻，耐腐蚀，便于携带和操作，同时强度较高，能满足大多数使用者的需求。（2）轮胎：选用的材料为天然橡胶，天然橡胶具有良好的弹性，能缓冲行驶过程中的震动；具有良好的耐磨性，可适应不同路面条件，延长轮胎使用寿命，有较好的抓地力，能保证助行代步车在各种地面上行驶的稳定性和安全性；具有较好的抗撕裂性，可以延长使用寿命，保障行驶安全，同时还可以提高稳定性。（3）扶手：选用的材料为铝合金，铝合金的密度较小，质量轻，便于轮椅的推动和操作，减轻使用者的体力消耗，也方便家人或者朋友移动轮椅；铝合金具有较高的强度和硬度，能承受一定的重量和压力，不易变形，可确保轮椅扶手在长期使用中保持稳定的结构，保障使用者的安全和舒适；铝合金表面易形成一层致密的氧化膜，能有效抵御空气、水和其他化学物质的侵蚀，不易生锈，适用于各种环境，延长轮椅的使用寿命；铝合金材质外观时尚，有金属光泽，可提升轮椅的整体美观度。而且其耐磨性能较好，不易出现明显的划痕和磨损，能保持较好的外观状态。（4）电池：选用的电池为锂离子池，锂电池的能量密度高，如表2.1所示。相同容量下锂电池体积小、重量轻，便于携带和安装在助行代步车上，能够有效减轻轮椅整体重量，提高使用的便捷性。而且锂电池的充电效率高，循环使用寿命长，在多次充放电后仍能保持较好的性能，长期使用下来能降表2.SEQ表2.\*ARABIC1不同电池的性能低使用成本。另外，锂电池在平时不使用的时候不会漏掉太多电量，即使长时间不使用也能维持一定的电量储备。（5）操纵杆：选用的材料为碳纤维，碳纤维的强度高，能够承受较大的外力，不易变形，可确保操纵杆在频繁使用中保持稳定可靠。而且碳纤维同样具备重量轻的优势，有助于提高轮椅操作的灵活性，并且具有一定的减震功能，能减少路面颠簸传递到使用者手上的震动，提升乘坐和操作的舒适性。（6）脚踏板：选用的材料为铝合金，铝合金能承受较大的重量，不易变形，可确保脚踏板在长期使用中保持稳定的结构，适合体重较大的使用者。而且铝合金具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，不易受到外界环境的影响而生锈或损坏，能够经受住日常使用中的各种摩擦和碰撞，使用寿命较长。2.2影响助行代步车续航能力的因素2.2.1主要影响因素（1）电池容量与类型：提高电池能量密度是增加助行代步车续航里程的关键REF_Ref20554\w\h[7]。一般而言，电池容量越大，储存的电能就越多，续航里程自然也就越长。根据能量公式：E=UIt，在电压U一定的情况下，电池容量Q=It越大能提供的能量就越多，续航时间也就更长。以市场上常见的凤凰F4老年代步车为例，它搭载48V24Ah/32Ah电池，续航可达到120-140公里；而搭载更大容量60V50Ah锂电池的车型，最高续航里程可达210公里。（2）电机性能：电机作为助行代步车的动力源泉，其性能好坏对续航影响显著。根据功率公式P=UI，结合上述能量公式可得E=Pt,即续航时间t=E/P，这表明在电池能量E一定时，电机功率P越大，续航时间t越短。功率合适的电机能够高效地将电能转化为机械能，减少能量损耗，从而延长续航。如果电机功率过大，虽然动力强劲，但耗电量也会大幅增加，导致续航缩短；反之，功率过小则可能无法满足正常行驶需求。像小巴士E20搭载500W电机，配合60V20Ah/32Ah铅酸电池，续航在120-180公里之间，电机与电池的良好匹配保证了较为出色的续航能力。2.2.2次要影响因素（1）车辆负载：在车速相同时，车体总重和电机输出功率成线性相关，车体总重在很大程度上影响电动代步车续航里程。减小机械结构的复杂度和使用新型材料减小车体重量，可以增加续航里程REF_Ref20981\w\h[4]。车辆越重，电机需要克服的阻力就越大，消耗的电能也就越多。假设一款设计载重为100公斤的助行代步车，当乘坐者体重较轻，且车上无额外重物时，它的续航可能会接近官方标注的最大值；但要是超载，比如乘坐者体重较重，还放置了很多物品，续航里程就会明显下降。（2）行驶路况：在平坦的道路上行驶，助行代步车的能耗相对较低，续航也更理想；而遇到爬坡、频繁启停或者在坑洼不平的路面行驶时，电机需要输出更多的能量来应对，电能消耗加快，续航自然缩短。例如在山区道路行驶的助行代步车，其续航表现往往远不如在城市平坦道路上行驶的同款车型。（3）行驶速度：行驶速度与续航能力之间存在着反比例关系。速度越快，空气阻力以及电机的运转负荷都会增大，耗电量随之上升，续航里程便会减少。通常情况下，助行代步车以中低速行驶时，能够保持较为经济的能耗，续航也能得到较好的保障。（4）环境温度：电池的性能对温度较为敏感，在适宜的温度区间内，电池能发挥出最佳性能。当温度过低时，电池内部的化学反应速度会变慢，电池的内阻增大，导致电池的可用容量降低，续航能力大打折扣。这就是为什么在冬天，助行代步车的续航普遍会比其他季节短；而在温度过高时，也可能会对电池造成一定损害，影响其续航和使用寿命。（5）轮胎状况：轮胎的气压和类型会影响滚动阻力。胎压不足时，轮胎与地面的接触面积增大，滚动阻力增加，电机需要消耗更多电能来驱动车辆，进而影响续航。此外，不同类型的轮胎，如宽胎和窄胎，其滚动阻力也有所不同，宽胎虽然稳定性好，但阻力大，能耗相对较高，会在一定程度上缩短续航；窄胎则相反，滚动阻力小，更有利于续航。（6）驾驶习惯：急加速、急刹车等不良驾驶习惯会使助行代步车在短时间内消耗大量电能。频繁地急加速需要电机瞬间输出较大功率，而急刹车则会浪费已有的动能，导致整体能耗增加，续航降低。相比之下，平稳驾驶、合理控制车速和提前预判路况，能有效降低能耗，延长续航里程。2.3提高代步车续航能力的方法升级电池容量：锂电池代替铅酸电池锂电池能量密度更高，重量轻且寿命更长。在选择锂电池也要区分不同的型号，例如，24V100Ah的锂电池通常比24V50Ah的锂电池续航里程更长，而且可以使用多块锂电池。在使用助行代步车时要定期对代步车进行充放电，避免电池长时间处于低电量或满电状态。每月至少进行一次深度充放电，把电池用到较低电量再充满，有助于激活电池活性。长期不用时，先充满电，然后每隔半个月进行一次补充充电。另外，要使用原装充电器，保持充电插头的清洁和干燥。减轻助行代步车重量：减轻助行代步车的重量可以起到减少能量消耗的作用，根据牛顿第二定律F=ma，代步车的质量越大，加速时需要的力就越大，消耗的能量也就越多。在行驶过程中，克服摩擦阻力等阻力做功也与车辆重量有关，重量减轻，摩擦力等阻力减小，电机驱动车辆所需的能量就会减小，从而提高续航能力。良好的使用习惯：例如平稳行驶，一般来说，匀速行驶比频繁变速更省电，急加速和急刹车都会导致电量快速消耗，因此，建议驾驶时，尽量保持平稳，避免突然加速或刹车；避免频繁启动电动轮椅，电动轮椅代步车的电机是消耗电量的主要部件，频繁启动会显著增加电量消耗。因此，在行驶过程中，可尽量预判路况，避免不必要的频繁启动；定期检查轮胎状况，轮胎的胎压和磨损程度会影响电动轮椅代步车的行驶阻力和电量消耗，定期检查轮胎，保持适当的胎压，有助于减少电量损耗；选择适宜的停车环境，选择室内或有遮蔽的地方进行充电和停车，避免轮椅长时间处于低温环境中；延长充电环境，冬季电动轮椅电池充电接受能力较差，需要在电池充满后再充一段时间，确保电池完全充满。维护与保养：定期清理助行代步车的电机等传动部件，并涂抹适量的润滑油，减少机械摩擦。检查刹车系统，确保刹车没有抱死或拖滞现象，以免增加额外的能耗。

3助行代步车的多功能性及优势3.1助行代步车的多功能性助行代步车具有连接手机的功能：一.基本原理：要让电动轮椅连接手机，主要通过蓝牙或Wi-Fi通信技术实现。简单来说，就是在轮椅上安装一个通信模块，让它能和手机“对话”。手机通过安装一个专门的APP，APP与电动轮椅连接的程序如图3.1.1所示，APP发送指令给轮椅，轮椅接收到指令后执行相应的动作。图3.1.SEQ图3.1.\*ARABIC1连接APP程序图3.1.SEQ图3.1.\*ARABIC2代步车与APP连接状态准备硬件：①蓝牙模块：这是一个小小的芯片，可以放在助行代步车的扶手内部。这样便于模块与手机进行蓝牙通信，且方便用户在使用手机控制轮椅时，让手机与蓝牙模块保持较近的距离，以确保信号稳定。它就像电动轮椅的“嘴巴”和“耳朵”，能接收手机发来的指令，也能把轮椅的状态告诉手机。在助行代步车与手机进行蓝牙连接时，通常需要选择BLE技术，即为低功耗蓝牙技术。②控制器：助行代步车里有个“大脑”，叫控制器（比如单片机）。它能理解蓝牙模块传来的指令，然后指挥轮椅的电机来移动。③手机APP：手机需要一个专门的软件（APP），开发APP的初步程序如图3.1.3所示，它就像一个遥控器，用来发送指令给轮椅。图3.1.SEQ图3.1.\*ARABIC3关于APP的程序实现方式：连接方式及优势：①BLE蓝牙连接：助行代步车可以通过蓝牙与手机连接。用户需要在手机上安装助行代步车的专属应用程序，并确保手机的蓝牙功能已开启。BLE蓝牙依靠电池供电，低功耗蓝牙模块能降低能耗，延长轮椅电池使用时间，减少充电频率方便用户使用；BLE蓝牙能快速与手机建立连接，让用户可以迅速通过手机对电动轮椅进行控制，提升使用体验；BLE蓝牙在短距离内传输控制信号稳定，抗干扰能力强，确保电动轮椅对手机控制指令的准确响应，保障用户的安全和使用便利；BLE蓝牙芯片成本相对较低，有助于控制电动轮椅的整体生产成本，同时其低功耗特性也降低了长期使用成本。②移动数据连接：除了蓝牙连接，助行代步车还支持通过移动数据进行连接，这使得用户在没有蓝牙连接的情况下，仍然可以通过网络与助行代步车进行交互。连接步骤：（1）下载并安装应用程序：用户可以在手机应用商店下载此助行代步车的专属应用程序；（2）打开蓝牙并启动应用：确保手机蓝牙功能已开启，然后打开应用程序；（3）设备配对：在应用程序中选择“添加设备”或“连接设备”选项，应用程序会自动搜索附近的与此匹配的助行代步车。找到设备后，点击连接按钮，按照提示完成配对过程。（4）连接成功：配对成功后，应用程序会显示连接状态，如图3.1.2所示，用户可以通过手机应用程序查看代步车的状态，如电池电量，里程数等。功能实现：（1）可以实现监控功能：购买代步车的用户，比如中老年人，身体不方便的人，可以选择把代步车与家人的手机进行连接，家人就可以通过手机的蓝牙或者APP随时查看代步车的行驶轨迹以及使用者的心率等数据同步共享至移动APP，方便监护人远程掌握轮椅使用者的情况，优化了产品使用体验REF_Ref20981\w\h[12]。（2）可以实现远程控制功能：购买代步车的用户或者他们的家人可以使用手机应用程序锁定或解锁代步车，解锁后还能在APP里进一步控制代步车的移动，可以为它设置想要移动的公里数，它就会按照指令完成规定的距离。（3）可以实现危险警报功能：当乘坐助行代步车的老年人或者行动不便残疾人独自外出遇到什么危险情况时，比如不慎从斜坡上滑落下来，或者轮椅遭受到了碰撞等情况，轮椅就会发出危险报警声，当然连接轮椅的手机同时会收到危险报警声，这样的声音会引起过路人的帮助，而且家人也会在最快的时间收到这些行动不便的人的情况，避免他们发生危险以及出现一些危及身体健康的事故。（4）可以实现驾驶模式设置功能：当你购买了助行代步车时，就不仅仅是特定的用户使用，助行代步车可以实现不同用户的乘坐。当老年人或行动不便的残疾人乘坐助行代步车外出时，就可以调整为速度较慢的模式，为他们的出行提供安全保障；当年轻人有需要乘坐助行代步车时，就可以调整为更快速的驾驶模式，以方便他们做一些比较紧急的事情。这些不同速度的驾驶模式可以适应不同的使用场景。（5）其他功能：当助行代步车有哪些零件或者构件发生损害时，手机APP也能及时收到通知要求更换这些损害的部件，以防止出现危险事故。注意事项：（1）确保手机蓝牙功能始终开启，以保证与代步车的连接；（2）如果连接出现问题，可以尝试重启手机和代步车，或者重新配对；（3）部分功能可能需要在特定的模式下才能使用，比如危险报警器不可以随意触发，只有代步车在感受到危险时才能触发此功能。3.2助行代步车的优势电动微出行方式，有可能为内燃机汽车提供低排放的替代方案，而且这种交通方式在我们的街道上越来越普遍REF_Ref20981\w\h[16]。此代步车通过连接手机蓝牙可以实现一系列不同的功能，给使用者带来了极大的便利与安全保障。下面，是详细分析了多功能助行代步车的优势：1.对监控功能进行分析：（1）随时掌握用户的位置，家人更放心对于使用电动轮椅的老人或行动不便的人来说，家人难免会担心他们的安全。有了监控功能，家人可以通过手机应用程序随时查看轮椅的位置。比如，老人独自出门去公园散步，家人在家里就能通过手机看到老人的位置，不用担心他们走丢了。如果遇到特殊情况，家人还能及时赶到，这种随时掌握位置的功能，让家人心里踏实多了。（2）随时远程查看用户状态，安心又省心监控功能不仅可以查看位置，还能实时查看轮椅的状态。比如，电池电量低了、轮椅出现故障，或者使用者不小心摔倒了，监控系统都能及时发出警报，并通知家人。这样，使用者自己不用担心出问题没人知道，家人也能第一时间采取措施。比如，使用者在外出时轮椅突然没电了，监控系统会自动通知家人，家人可以提前准备好充电设备，或者安排人去接使用者，避免使用者被困在半路。（3）记录用户的出行轨迹，方便家人查看监控功能还能记录代步车的出行轨迹。使用者和家人可以通过手机应用查看每天的出行路线。比如，老人经常去的公园、超市等地点都能记录下来。如果有一天老人突然想不起自己平时是怎么去某个地方的，就可以通过查看轨迹来回忆。同时，家人也可以根据这些轨迹，更好地规划老人的出行路线，避开拥堵或者危险的路段。（4）增强使用者和家人的安全感对于使用者来说，知道自己被监控保护着，心里会更有安全感。这种安全感会让他们在出行时更加自信，不用担心遇到危险或者突发情况。比如，使用者独自出门去附近的小店买东西，有了监控功能，他们知道自己随时可以得到帮助，就不会那么害怕了。这种心理上的支持，对于使用者的身心健康是非常重要的。2.对远程控制功能进行分析：（1）方便移动当轮椅需要移动到某个特定位置，比如从门口挪到床边，或者从客厅移到餐桌旁。有了远程控制功能，使用者不用亲自去掌握方向，只需要在手机上轻轻一点，轮椅就能自动移动到指定位置，省力又方便。对于行动不便的人来说，频繁地移动轮椅可能会很吃力。远程控制功能减少了使用者的身体负担，让他们可以更轻松地调整轮椅的位置，避免因为频繁移动而感到疲劳。（2）提高安全性使用者可以在起床或从床上起身之前，先用手机远程控制轮椅移动到床边，这样可以避免在起身过程中因为轮椅位置不合适而摔倒或受伤。在狭窄的空间里，手动推动轮椅很容易碰到周围的家具或墙壁。而通过远程控制，使用者可以更精准地操控轮椅的移动方向和速度，避免不必要的碰撞，减少受伤的风险。（3）提升生活便利性无论使用者身处房间的哪个角落，只要手机在手，就能随时操控轮椅可以提高无法自行行动的行动不便人士的生活便利性REF_Ref20981\w\h[19]。比如，在厨房做饭时，可以通过远程控制将轮椅移动到门口，方便随时进出；在客厅看电视时，也可以轻松将轮椅挪到沙发旁边，享受更舒适的观影体验。如果使用者不小心将轮椅停在了不太合适的位置，比如挡住了门口或者通道，可以通过远程控制及时调整轮椅的位置，避免影响他人通行，同时也方便自己随时使用。（4）增强独立性有了远程控制功能，使用者可以更独立地完成一些简单的轮椅移动任务，不需要频繁地麻烦家人或护理人员帮忙挪动轮椅。这不仅减轻了他人的负担，也让使用者在生活上更有自主性，增强了自信心。这种独立操控的能力让使用者能够更自由地安排自己的生活，减少对他人依赖的同时，也能更好地享受生活，提升整体的生活品质。3.对危险报警功能进行分析：（1）提前预警，避免碰撞电动轮椅在行驶过程中可能会遇到各种障碍物，比如桌椅、墙壁、台阶等。危险报警功能可以通过传感器检测到前方的障碍物，并及时发出声音或震动提醒使用者。比如，当轮椅靠近墙壁时，报警器会发出“滴滴”的声音，提醒使用者减速或改变方向，避免碰撞。这种提前预警功能，大大降低了使用者撞到障碍物的风险。（2）夜间出行更安全在光线较暗的环境中，使用者的视线可能会受到限制。危险报警功能可以帮助使用者“看到”前方的障碍物。比如，在夜间或昏暗的走廊里，报警器可以在轮椅靠近障碍物时发出警报，提醒使用者及时调整位置，避免发生意外。这就像给轮椅装上了“夜视眼”，让使用者在黑暗中也能安全出行。（3）提醒周围人注意有时候，电动轮椅需要在人群中行驶，比如在商场、医院或公园里。危险报警功能不仅可以提醒使用者，还可以提醒周围的人注意。当轮椅靠近人群时，报警器的声音会引起周围人的注意，让他们及时让路，避免发生碰撞。（4）心理安慰，增强信心对代步车进行设计时，需要充分考虑老年人的心理特征所带来的影响，让设计出的产品可以在一定程度上为老年人提供心理安慰，从而更好地满足老年人的出行需求REF_Ref20981\w\h[14]。对于行动不便的人来说，出行时可能会感到不安全或缺乏信心。危险报警功能的存在让使用者会更加放心地使用轮椅，增强出行的信心，减少对意外事故的担忧。（5）应对突发情况危险报警功能还可以在一些突发情况下发挥作用。比如，当轮椅的电池电量不足时，报警器会提前发出低电量警告，提醒使用者及时充电，避免轮椅突然“趴窝”。或者当轮椅的轮胎气压不足时，报警器也会发出警报，提醒使用者检查轮胎，确保轮椅的正常运行。4.对驾驶模式设置功能进行分析（1）适应不同路况，出行更安全不同的地方路况不一样，比如家里地面平整，速度可以慢一点，这样坐着稳当；在外面马路上，可能需要快一点才能跟上行人速度。通过驾驶模式设置，可以选择适合的速度，避免在快的地方开得太慢，或者在慢的地方开太快，这样就能更安全地出行。（2）满足不同使用场景，更舒适在不同的地方，轮椅的使用需求也不同。比如在医院走廊里，需要灵活转弯，低速模式就很好用；在公园里，想多看看风景，中速模式可以让人轻松欣赏。驾驶模式设置可以根据场景调整，让使用者坐得舒服，用得顺心。（3）照顾不同使用者的身体状况，更贴心每个人的身体情况不一样，有的使用者身体虚弱，需要平稳的低速模式，这样坐着不晃；有的使用者身体恢复得不错，可以适当提高速度。驾驶模式设置可以根据使用者的身体状况灵活调整，让每个人都能找到最适合自己的模式，用起来更舒心。（4）节能省电，续航更长不同的速度模式，耗电是不一样的。低速模式耗电少，高速模式耗电多。通过合理选择驾驶模式，比如在不需要高速行驶的时候用低速模式，就能省电，让轮椅的电池用得更久，一次充电可以跑更远，减少充电麻烦。助行代步车不同功能优势的总结：此多功能助行代步车的使用前提是连接手机蓝牙或移动网络，在此基础上可以实现一系列不同的功能，例如监控功能，随时查看用户状态；远程控制功能，不用亲自去推动代步车，只要在手机APP上点击，就可以实现代步车的移动；危险报警功能，当身体不便的用户独自外出时，危险报警功能不仅可以保证使用者的身体健康，还能让家人放心他们独自出行；驾驶模式设置功能，不仅可以达到省电的优势，还能适应不同的路况，根据不同的路况来调整速度。3.3本章小结本章详细表述了多功能长续航助行代步车需要具备怎样的多功能性，这样的功能需要怎样实现；其次分析了这样的功能具有哪些不同的优势，在这样优势的基础上可以为使用者带来什么样的便利。

4助行代步车的结构受力分析助行代步车的基本结构设计动力系统结构图4.1.SEQ图4.1.\*ARABIC1电机电机（如图4.1.1）：电机及其驱动控制系统是电动代步车的主要部分，影响着电动代步车的舒适性、可靠性及续航里程REF_Ref20981\w\h[4]。它负责将电能转化为机械能，是电动助行代步车的核心部件。其性能直接影响代步车的动力和运行效果。直流有刷电机在早期的电动车上应用比较广泛，但由于电刷和换相器的存在，直流有刷电机结构复杂，并且电机换相时常出现火花，容易产生电磁干扰，安全性差，直流有刷电机在电动车上已基本被淘汰REF_Ref20981\w\h[4]。此助行代步车采用直流无刷电机，直流无刷电机由电动机主体和驱动器组成，没有电刷，结构相对于直流有刷电机来说结构较为复杂，成本较高，但是由于它没有电刷，可以减少摩擦和损失，使用时间长，损失较小。直流无刷电机的噪音较低，体积小，运转对比与直流有刷电机来说更为顺畅，输出的功率更加稳定，转速变化小，能耗更低，节能省电，使用寿命更长REF_Ref20632\w\h[13]。控制系统结构图4.1.SEQ图4.1.\*ARABIC2操纵杆操纵杆（如图4.1.2）：电动助行代步车的操纵杆是控制它行动的关键部件。它主要由操纵杆本体，传感器，外壳等构成。操纵杆本体可以在不同的方向灵活摆动，传感器安装在操纵杆内部，用来感知操纵杆的摆动方向和幅度。外壳的作用是保护内部结构。提供更好的握持手感。当使用者推动操纵杆时，传感器会将操纵杆的位移变化转化为电信号，这些电信号被传输至助行代步车的控制器。控制器根据接收到的电信号，对电机的转速和转向进行精准调控，进而实现助行代步车的前进，后退，转弯等工作。前后推动操纵杆，代步车相应的前进或后退；左右摆动操纵杆，代步车实现左转或右转。通过不同方向的组合操作，还能实现斜向移动。操纵杆摆动幅度与代步车速度相关，摆动幅度越大，代步车速度越快；摆动幅度小，速度则慢。（3）车架系统结构座椅：座椅是乘坐者臀部放置的部位，它是一个弧形的设计，便于固定乘坐者臀部位置，也便于放置乘坐者的大腿。座椅的椅凳下表面有固定螺柱，用于和代步车的支架连接。对助行代步车的主要部件进行受力分析及强度校核一.基本参数设定长度/mm宽度/mm高度/mm净重/kg最大载荷/kg10706709504590假设使用者的质量轮椅自身重量总质量重力加速度g=9.81总重力G=mg=1177.2N后轮轴（轴长L=180mm,直径d=28mm,驱动力作用半径r=175mm）①垂直载荷：假设重力由两后轮平均承担，单个后轮承受的垂直力为：（4.1）②扭矩：已知滚动摩擦系数，驱动力为：（4.2）扭矩为：（4.3）③应力计算：弯曲应力：最大弯矩为：（4.4）抗弯截面模量为：（4.5）弯曲应力为：（4.6）扭转切应力：抗扭截面模量为：（4.7）扭转切应力为：（4.8）第四强度理论应力为：（4.9）图4.2.SEQ图4.2.\*ARABIC1车架主纵梁（2）车架主纵梁（梁长=1000mm,截面为矩形空心管，外尺寸a=40mm,b=30mm,壁厚t=2.5mm）（如图4.2.1所示）①载荷计算：将总重力视为均布载荷，载荷集度为：（4.10）最大弯矩为：（4.11）②截面特性计算：惯性矩为：（4.12）抗弯截面模量为：（4.13）③应力计算：弯曲应力为：（4.14）（3）轮椅扶手（长度为300mm，圆形截面直径,假设使用者施加在扶手上的力=100N）①应力计算：最大弯矩为：（4.15）抗弯截面模量为：（4.16）弯曲应力为：（4.17）强度校核①后轮轴：45号钢屈服强度=355MPa,安全系数为：（4.18）满足强度要求。②车架主纵梁：铝合金6061—T6，屈服强度=276MPa,安全系数为：（4.19）满足强度要求。③轮椅扶手：扶手采用铝合金6061—T6，屈服强度=276MPa，安全系数为：（4.20）满足强度要求。

5助行代步车的三维建模5.1三维建模软件功能使用SolidWorks软件进行3D建模REF_Ref20981\w\h[17]。SolidWorks是第一个在windows系统基础上开发的三维CAD系统REF_Ref20554\w\h[8]。在SolidWorks中，利用软件的参数化设计功能，设计师可以创建出具有高度灵活性和可重用性的机械产品模型。这种设计方法不仅提高了设计的自动化程度，还使得设计师能够更加专注于产品的创新和优化REF_Ref20554\w\h[9]。以下是其功能介绍。1.三维建模：用户可通过绘图、拉伸、旋转和平移等操作创建复杂的三维模型，支持多种曲面建模技术，如曲线拟合和曲面平滑等，能满足汽车车身设计、航空航天器外形设计等复杂曲面设计需求。2.零件和组装设计：可创建单独的零件模型，并将其组装在一起形成复杂产品，通过约束、配置和装配动画等功能模拟真实运动和操作过程，便于在设计和制造阶段发现并解决潜在问题。3.仿真和工程分析：提供多种仿真工具，如有限元分析（FEA）、流体动力学分析、热分析、优化设计等，帮助工程师在产品设计早期发现潜在问题并进行改进，确保设计的可行性和可靠性。4.绘图和详细视图：能生成高质量的工程图纸和详细视图，包括平面图、剖面图、装配图、详图等，还可生成路径长度尺寸标注等，方便与团队成员、客户或其他相关人员共享和协作。5.自动化工具：有宏录制和API支持等自动化工具，可自动化常见设计任务，提高工作效率。6.数据管理和协作：支持数据管理和协作工具，帮助团队在不同地点协同工作，确保数据的准确性和一致性，还可与其他CAD软件进行兼容性协作，方便数据交换。5.2助行代步车的三维建模5.2.1三维建模的用途通过solidworks三维建模能够将抽象的设计概念转化为直观、可视化的三维模型。对于本篇论文，传统的二维图纸和文字描述难以全面呈现复杂的机械结构及其空间关系，而三维建模可以清晰展示机械零件的形状、尺寸以及各零件之间的装配关系，使我们更易理解设计意图。5.2.2三维模型建立机械结构设计的任务是在概念设计的基础上，以既定的原理方案，绘制出体现所要求功能的具体结构图。在满足预期功能、强度、刚度、加工工艺、装配、修理维护、造型、成本的设计准则下，兼顾材料、形状、公差、精度及零件之间的相互关系等问题，将抽象的设计方案具体化，即确定各机构的具体形状REF_Ref20554\w\h[10]。如图5.2.1所示。图5.2.SEQ图5.2.\*ARABIC1助行代步车的三维图

6总结与展望6.1总结在老龄化社会背景下，电动轮椅已经成为许多老年人日常生活的必需品。随着人口老龄化的加剧，对适老化电动轮椅的需求不断增加REF_Ref20554\w\h[12]。本论文围绕多功能长续航助行代步车展开系统性研究，旨在为老年人及行动不便群体提供高效、经济、实用的出行解决方案。研究从结构、功能实现、静力学分析等维度深入分析，取得了一些成果，但同时也存在很多不足。首先，本文介绍了研究的背景和意义，总结了相关文献和研究成果，对智能轮椅研究现状进行综述，并指出了目前智能轮椅设计中存在的问题和不足之处REF_Ref20554\w\h[11]。其次，分析了如何提高代步车的续航能力并且实现长续航目标，即选用高能量密度锂电池；然后分析了代步车需要具备的多功能性，即通过连接手机蓝牙实现与家人的互动和保证自身的安全。最后，进行了分析与建模，但此次研究同时存在着一些不足，比如电池技术有待突破：虽然选用了锂电池，但仍存在低温环境下性能下降、充电时间过长等问题，未能完全解决极端天气下的续航稳定性。材料成本超出预期：为满足轻量化和强度要求，选用的铝合金材料价格较高，尽管采用模块化设计降低部分成本，但整体制造成本仍高于同类基础款产品，可能影响市场定价和用户接受度。6.2展望在未来，多功能长续航助行代步车将凭借技术革新、市场拓展、设计优化等方面的进步，为出行带来更多便利与可能。在老龄化社会，老年群体对助行代步车需求不断攀升，这类代步车能帮助他们更自由出行、参与社交，提高生活质量；针对残障人士，这类代步车能满足他们的出行需求，让他们出