新技術給便攜式電動車設計的影響

陳雨青

武漢理工大學

新技術給便攜式電動車設計的影響

陳雨青

武漢理工大學

陳雨青（1995－）女，籍貫：廣東省，導師黃妙華，學歷：本科在讀。

依托武漢理工大學自主創新項目2015－QC－B1－11

新技術的運用給便攜式輕型電動車的造型設計帶來了巨大的變化。本文主要通過分析便攜式輕型電動車中陀螺儀和加速度計傳感器技術，輪轂電機技術，壓力傳感器技術，以及新材料的使用對在車身的尺寸，結構布置所帶來影響。通過技術的特征來預測其對便攜式輕型電動車造型的改變。陀螺儀和加速度傳感器縮短了車身的縱向長度，改變了車身控制方式。輪轂電機技術使車身結構更加緊湊。壓力傳感器技術改變了控制方式，使車身結構簡化，改變了傳統的把手結構。以及新材料的使用讓車身輕量，整體造型流暢化。技術的運用使便攜式輕型電動車向更加輕量化，微型化，智能化的方向發展。

在時代的發展和科技的進步等因素作用下，解決短程距離的交通問題的輕型電動車逐漸走進人們的視野，發展為人們都消費得起代步交通工具。據全國各大城市的市民需求調查，76%的市民存在將其作為代步工具的需求，可見其需求旺盛。在旺盛出行需求帶動下，輕型電動車產量也逐年快速增長，從工信部消費品工業司公提供的2015年1－6月自行車行業經濟運行數據來看，我國上半年累計生產電動自行車1233.5萬輛。近年來我國公共交通的迅猛發展，越來越多需要解決短距離交通運輸的輕型電動車，但現有輕型電動車占用空間大，將其攜帶至公共交通上不利于公共交通的運輸，因此重量超標、尺寸過大的輕型電動車被限制攜帶上地鐵等公共交通工具。從這個角度來看，傳統輕型電動車在滿足用戶的需求上存在一定的局限性，阻礙了其在以公共交通為主，以慢行交通為輔的新的交通格局下發揮自身優勢。而這些問題的出現也恰恰為今后的輕型電動車發展指明了道路，即當前普遍的輕型電動車要向輕量化，便攜化方向轉型，發展為便攜式輕型電動車。便攜式輕型電動車具有方便攜帶，收納性強等特性，可以攜帶至公交車、地鐵等公共交通工具上，作為公共交通工具與家庭工作地之間的一個高效連接，成為公共交通的一個重要輔助環節，必不可少的交通工具。

便攜式電動車的技術優勢及造型特征

便攜式電動車的技術優勢

1881年，法國工程師古斯塔夫·特魯夫發明了世界上第一輛輕型電動車，這是一輛用鉛酸電池為動力的三輪車，但由于電池的續航能力，穩定性等因素，并沒有得到大范圍的市場推行，如何提高電池的綜合性能成了制約輕型電動車發展的重要因素。21世紀隨著高能量密度鋰離子電池的出現，在充電時間、續駛里程、動力性、快速充放電能力等方面取得了可喜的進展，許多廠商開始對便攜式輕型電動車進行開發和研究。

便攜式輕型電動車填補了自行車與電動汽車之間的一個市場空間地帶，它的產業化必將帶動電池、電機、電控產業的發展，擴大其市場需求。

便攜式電動車的造型特征

便攜式電動車從尺寸小型化，功能智能化設計理念出發，正從外形結構到控制系統進行脫胎換骨式的改變。在以便攜式電動車為依托的基礎上，結合集成化微電子技術對原有的電動機，控制系統優化，運用人機工程學對附件尺寸位置及操作所占用的空間等改進，在車身整體結構簡化的同時，依舊能保證其續航能力以及舒適性。伴隨著便攜式電動車產品的不斷更新迭代，多學科技術的爆炸與融合，使得未來的便攜式輕型電動車不斷突破傳統的設計理念，成為交通運輸設備制造行業的藍海。

新科技帶來便攜式電動車設計的革新

陀螺儀和加速度計傳感器技術對車體的造型影響

加速度傳感器測量車身的線性加速度，具有較高的穩定性。當物體傾斜的角度有變化時，加速度計的輸出也有相應變化。陀螺儀檢測物體角速度變化，具有高動態特性。陀螺儀通過對角速度進行積分運算，得到物體旋轉的角度。在短時間內，陀螺儀測量具有較高的精度，但陀螺儀容易受振動等因素的影響而引入測量噪聲，積分后會使測量誤差變大，因此陀螺儀不適合長時間的動態角度測量。所以加速度傳感器和陀螺儀產生的信號相結合，將電動車平板的傾斜速度以及角度轉換為電壓信號，A/D將信號進行采集并發送到微控制器進行處理，通過模糊PID控制算法進行分析，判斷出車身的運動趨勢，繼而作用于直流無刷電機，驅動輪子前進后退，從而達到維持便攜式輕型電動車的平衡的目的。

因為控制系統的改變，所以便攜式輕型電動車主要采用獨輪或者并輪設計，這是典型的微型思維車造型?？刂葡到y的改變使其由原來的縱向結構變成橫向結構，縮短了車身的縱向長度，減少了整車的重量。這改變不僅使車身結構簡化，也加強了車身的提攜性能。

以ACTION的火箭鞋為例，每只鞋的的重量只有1.25kg。火箭鞋采用了兩輪并置的布局，整體造型小巧，車身總長只有420mm，相當于A3紙的長度。其運用陀螺儀和加速度計傳感器技術，通過雙腳控制，腳前傾加速，后傾減速或停止，操作智能化。

同樣，滑板造型的onewheel利用陀螺儀和加速度傳感器技術，和自穩車一樣采用了體感控制方式，身體前傾控制前進和加速，后傾則能實現剎車或者后退功能。采用傳感器等微電子元器件，減小了控制機構的體積，面板的投影面積22.9×76.2cm2，重量為11.3kg，具有較強的便攜性，即便提著也完全不是問題。

圖1　ACTION的火箭鞋　

圖2　Onewheel

圖3　INMOTION的L6成人電動滑板

輪轂電機技術對車體的造型影響

輪轂電機是將電機、傳動和制動裝置都整合輪轂里面，將原本復雜的電機組簡化成直接驅動電動車前進的動力驅動裝置。有別于傳統的電機集中驅動的設計，輪轂電機技術的整合不僅提高了傳動效率，更優化了電機傳動系的空間利用率，讓設計師們可以在便攜式輕型電動車造型設計上靈活布局，發揮設計的想象空間。以INMOTION的L6成人電動滑板車為例，后輪直徑為267mm的輪轂電機給整車提供強大的動力，并簡化了車身結構，折疊后電動鞋的車身造型相對壓縮，所占空間小1037*160*418mm，呈現出強大的便攜性。

壓力感應器技術的使用對車體的造型影響

便攜式輕型電動車通過壓力傳感器檢測人的腳部動作在車板上壓力的變化，來對車進行速度，轉向控制。控制系統與車底板合為一體，省去了傳統電動車的車把手等機械控制結構，簡化為長板。通過對車身的輕量化、緊湊化處理，在底板下方給電池系統騰出了空間。在新開發的緊湊型控制系統基礎上對車輪，電機進行緊湊化，降低底板高度，使人更貼近地面，提升乘客行駛的穩定性。底板高度的降低，增強了車身的離去性，在復雜多變的路況中，使用者可輕松下車，提升了安全性。由于這類平板模樣的便攜式輕型電動車造型簡單，形狀規則，使之更容易提攜。

例如ZBoard 2 電動滑板，不使用控制器操作，通過作用在電動滑板面板上的足踏感應區力的大小來控制滑板的前進和停止。不但外觀小巧，而且動力十足。ZBoard 2 電動滑板都采用的是 500 瓦無刷電動馬達，最高時速可達 32 km，續航里程是 39km，足以滿足日常生活需要。

圖4　ZBoard 2 電動滑板

圖5　Marbel智能滑板

圖6　WalkCar

新材料的使用給便攜式電動車帶來的全新變化

到目前為止已發展到集中以碳纖維或鋁合金為車身材料時代。

碳纖維材料具有質量輕，硬度高的特點，其重量相當于鋼材的20%到30%，硬度卻是鋼材的10倍以上，不僅減輕了車身的重量，其安全性也沒有降低。同時，不同于金屬的傳統連接方式—— 電焊，碳纖維材料可以直接采用碳纖維交接模式連接，增加了結構系統的穩定性。以圖五中的Marbel智能滑板為例，碳纖維的車身為統一的整體塑造創造了有利條件，使車身造型流暢自然。碳纖維材料的使用不僅帶動了輕量化車身的發展，也引領著車用材料的綠色低碳風尚。

鋁合金材料由于出色的機械性能、成熟的成型工藝、特殊的外觀特征等綜合性能使其在金屬材料中脫穎而出，成為極具發展潛力的車身材料。鋁合金材料的使用在減輕整車結構質量的同時，為車內的智能設備與蓄電池提供了更大的空間。并且由于其特有的金屬光澤，提升了設計的美觀性。例如以鋁合金為車身的Cocoa Motors公司的 WalkCar，形狀類似平板電腦。輕薄的鋁合金車身給WalkCar帶來金屬的質感與光澤，即符合簡約主義又極具設計感。

結語

在社會所倡導的以公共交通為主，私人交通為輔的交通模式下，便攜式輕型電動車無疑具有著獨特的優勢。伴隨著各個學科的交流與融合，便攜式輕型電動車集成了電子信息，材料等學科的技術，一步步朝著智能化，輕量化的方向發展。如今，推動便攜式電動車發展的不僅是設計上的改進與優化，更是技術上的創新與突破。電池技術的發展給便攜式電動車的發展提供了契機，而電機及電控等領域取得的進步帶領著輕型電動車朝著一個嶄新的方向前進。結合微型化，便攜化，智能化的設計理念，便攜式電動車下一步有望發展成為交通工具中的可穿戴設備。