机械化工科技风2019年11月DOI：10.19392/jkC1671-7341.201932127
贾树梁石佳付辉胡盼邢天铎
青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520
摘要：针对上肢残疾人代步工具缺乏问题，设计了一款具有较高适配性的综合操纵踏板。该踏板利用机械设计原理与电子控制原理，以机械助推实现转向控制、霍尔磁控实现速度控制。转向控制机构通过转向轴与车前架支撑柱相接，综合操纵踏板采用四角螺钉紧定于原车脚踏处，转向控制机构通过转向轴与车前架支撑柱相接。操纵者通过对踏板上诸多机构的操作，可方便的控制电动三轮车前进、后退、转向、制动等基本功能。
关键词：操纵踏板；残疾人士；机械设计；电子控制
1研究背景
残疾人是社会中非常特殊的弱势体，他们需要社会给予 特别的关心和照顾。创造无障碍社会，弘扬关怀精神，关注并解决残疾人出行问题已刻不容缓。当前，我国现有的残疾人交通工具都有一定的局限性，设
计倾向于完整实体，造价成本过高，难以满足大众需求。本文设计一种具有普适性的操纵踏板，能以较低成本便捷地对当前主流交通工具进行改装，作为残疾人出行的重要交通工具。以上肢残疾人的行为特点为基础，将电动三轮车操控系统中的转向，加减速，制动等功能，集中于下肢操作，从而使上肢残疾人能够自主操控电动车，方便其出行。该综合脚踏板作为可拆卸附加装置，成本较低，可普通大众的需求。
2系统设计
2.1设计思路
以上肢残疾人行为特点为基础，针对上肢残疾人的出行障碍问题，结合机械设计原理与电子控制技术，设计出以机械助推为转向控制、霍尔磁控为速度控制的低速电动车综合操纵踏板。
2.2系统架构
三轮汽车2.2.1操纵踏板的组成
低速电动车综合操纵踏板由转向控制机构、调速控制机构、其他电子设备(开关、扬声器、照明灯具等)组成。
2.2.2调速机构的架构
调速机构位于操纵踏板右侧，制动控制装置连接电动三轮车原有的踏板制动，加速踏板在其右侧，加速踏板内部有基于霍尔磁场原理的霍尔传感器，驾驶员可以通过右脚踩踏动作控制电动车速度。
2.2.3转向机构的架构
转向机构以电动推杆为控制核心，位于操纵踏板左侧，设有左、右两只踏板分别控制电动三轮车左转与右转，内部置有位移传感器，确保转向的可行性、流畅性以及装配的便捷性。驾驶员可通过左脚踝关节的扭转操纵转向机构转向。
转向机构如下图所示。该装置通过万向球轴承将电动推杆一端与夹板相连，另一端与转向控制舱相连，夹板的万向球轴承与支杆相配合。利用螺母将夹板固定在三轮电动车的转向轴上，通过肋板将转向控制舱后端与电动三轮车的支柱相连。
转向机构示意图
2.3工作原理
当驾驶员踩下左踏板时，电动推杆1缩短、2伸长，带动转 向轴逆时针(俯视视角)转动，电动车左转；当驾驶员踩下右踏板时，电动推杆1伸长、2缩短，带动转向轴顺时针转动，电动车右转。当踩下调速踏板时，其内部霍尔器件检测磁场变化，将踏板旋转角度的物理信号转变为电信号输出，电动势的改变引起
整车电机转速的改变，从而实现调速。
2.4操纵踏板零部件的参数设计
2.4.1操纵踏板
人机工程学*Human Machine Engineering)是踏板底座造型设计的核心，符合人机工程学的的造型设计可以有效降低踏板操纵疲劳，提高工作效率，从而使得驾驶人员身心愉悦、综合操纵踏板与人高度和谐的最佳状态。
(1)角度设计：根据肢体长度，关节力矩，座椅高度综合分析踏板行程倾角20。最为合理。
(2)高度设计：踏板高度为伸缩可调节式，有效高度为125mm到140cm，可无级调节高度，且调节简单方便，最大限度减少MMA(人体最大肌肉活动度)，从而降低人体疲劳度。
(3)踏板宽度设计：依据中国成年人足部形态分析并结合具体统计数据，设计踏板的最佳宽度为80mm，长度75mm。
2.4.2转向机构设计
转向操纵踏板由两轴三向操纵杆与置足装置构成。置足装置下连操纵杆，操作者可将一足置于置足器中，由脚踝带动操纵杆运动。
本文所设计的低速电动三轮车综合操纵踏板是为普通电动三轮车改装设计。三轮车转向轮只有一个，转向时，所有车轮轴线永远都交于一点，所有车轮均作纯滚动，有效的避免了转向时的行驶阻力增大，轮胎损增加等问题。因而不用考虑转向梯形的设计问题。
3结语
本文提出的低速电动车综合操纵踏板，以上肢残疾人士的生理特征和出行习惯为基础，以现有代步工具为适配对象，实现了在主流电动三轮车型上的安装应用。综合操纵踏板安装方便、操作性强，可控制电动车完成前进、后退、转向、制动等一 系列操作。本文提出的操纵踏板注重成本控制，基础元件成本低廉，利于推广制造。
参考文献：
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