行李箱式折叠自行车的设计

武云峰，张 毅，刘 帮，宋留波

（新疆农业大学机电工程学院，新疆乌鲁木齐830052）

0 引言

行李箱是我们出差和旅行游玩常见的工具，随着生活水平的提高，人们出行越来越频繁。自行车作为一种环保的交通工具，发展前景十分广阔[1]。在注重环保的今天，自行车与电动车成为人们出行的首选。通过对日常生活中的观察以及在机场、火车站、大型商场等地点的调研，开创性地提出了一种行李箱式折叠自行车的设计，它能够实现电动驱动、载人运动、储存、折叠收缩、便携使用等功能[2]。

1 设计思路

本设计主要研究如何将行李箱和自行车结合起来，最大限度地发挥各自的功能优势，既能满足放置旅游物品的要求，又能解决出行不便和自行车携带存放困难的问题。在折叠自行车的基础上，提出了一种新的车体折叠方案，改变了传统链式自行车的驱动和传动方式，实现了自行车的无链式折叠。

2 整机结构

行李箱式折叠自行车整机由转向控制结构、座板结构、箱体结构、辅助装置以及驱动装置5个部分组成（图1）。车把手、车轮、车体座板可自由伸缩，分别放置在行李箱主体内，既可以满足人们外出携带行李的需求，又可以作为代步工具使用。

图1 行李箱式折叠自行车

3 关键部件设计

通过查询民航系统规定，飞机只能托运20寸（含20寸）及以下规格的行李箱。因此，行李箱式折叠自行车主体部分选用20寸旅行箱作为载体，行李箱的尺寸设计为长520 mm，宽360 mm，高240 mm。主体应该满足可折叠和容纳行李两种功能，初步确定以普通行李箱70%的箱体部分作为主要收纳结构，并在此基础上增加自行车的折叠功能，此外还应具备框架结构，满足行李箱尺寸最小化和空间利用最大化，且能与折叠机构完整配合。

3.1 箱体结构

图2为箱体结构示意，图中1为转向控制机构的接收仓，用于对转向控制机构折叠后进行收纳，以确保行李箱式折叠自行车便于携带；2为行李存放空间，其功能为装载用户所要携带的行李物品[7]；3为电源插线板安装槽，作用为安装插线板和其他辅助装置；4为电池安装仓，用于安装电池。

图2 箱体结构示意

硬铝合金经时效处理后具有很高的硬度和强度，抗剪强度和耐热性能较好，具有优良的加工性能，是制作各种结构用铆钉、螺铆钉、高温条件下的叶轮、飞机骨架、翼梁等的良好材料。所以箱体的材料初步选用硬铝合金材料。

3.2 座椅结构

座椅结构如图3。折叠座板在展开状态时拧紧固定螺栓，此时行李箱式折叠自行车可实现载人功能，使用者可以坐在座板上驾驶行李箱式折叠自行车。根据驾驶的舒适性，选择座板长度350 mm，宽度为160 mm，高度215mm，材料选用硬铝合金。

图3 座板结构

3.3 转向控制结构

可折叠控制转向机构控制整个行李箱式折叠自行车的转向和运动。新型的前轮转向与折叠机构在前叉与车身连接部分增加一个转动副，使得前轮可以向前后方向运动，既能作为自行车轮向前倾斜，以便承重和前行，又能作为行李箱轮竖直向下，便于拖动。用户可通过转动可折叠控制转向杆来控制自行车车身的各种运动（图4）。转向控制手柄可折叠至转向杆水平或垂直位置，可伸缩转向杆共有三节伸缩零件组成，因此可伸缩转向杆和转向控制把手组合起来可以达到转向控制机构的展开和折叠状态，转向控制机构布置在接收仓的转向控制机构的外壳中。通过查阅设计手册确定转向手柄长度为125 mm。考虑到箱体本身尺寸的限制，转向手柄的宽度大致确定为350 mm。考虑到行李箱内部空间小，因此转向轮的选择应尽量符合箱体的尺寸。在性能方面，转向轮应具有良好的稳定性和耐磨性，选择市场上常见的6英寸滑板车轮作为转向轮，转向轮直径72 mm，宽度50 mm。

图4 转向控制系统

3.4 动力装置

动力装置的使用包括两种状态，当处于骑行状态时，驱动轮伸出着地，折叠坐板打开，这时用户通过控制把手传来的控制信号即可控制驱动电机转动，从而带动整个行李箱式折叠自行车运动；当处于关闭状态时，折叠坐板不打开，驱动轮半隐藏于安装位置中。驱动装置放置在箱体驱动轮安装位置中。

目前国内外使用的电动车的动力装置大多采用直流电为主的驱动电机。通过分析小型电动车的设备使用状况，尤其是电动滑板车的使用情况，行李箱式折叠自行车的驱动电机选择轮毂电机[8-9]。轮毂电机的动力系统组成结构相较于一般的直流驱动电机更为简单，空间利用率和传动效率更高。由于行李箱式折叠电动车本身的载体空间十分有限，因此采用轮毂电机可以缩小动力装置的体积，使行李箱的空间变大；其次轮毂电机的控制相较于直流驱动电机更为方便，提高了行李箱式折叠自行车的行驶性能。行李箱式折叠电动车设计初衷为室内大型场馆使用，路面条件要求相对较好，所以使用轮毂电机更能提高整体的操控性能。

3.5 辅助装置

除了以上主要结构之外，箱体还设置了辅助装置，例如脚蹬架用于在骑行时给用户提供踩踏位置；扬声器可以发出声音警示；在使用者控制自行车转向时，尾灯会不断闪烁，用于提醒后方的行人；侧向警示灯则采用LED灯条，在用户骑行的过程中能够持续闪烁，以提醒周围的行人，保证用户骑行和周围行人的安全[10]。

4 结论

此行李箱式折叠自行车结构配合紧密，既能满足行李便携的要求，又能解决自行车的携带和存放问题。一方面打破常规自行车（包括折叠自行车）单一功能的限制，另一方面也对行李箱的外形与结构进行创新设计，实现功能便捷，改善生活品质。