新型五輪電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)探究

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摘要：當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)研究大都延用了傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)，其動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)大體一致。但是，這種設(shè)計(jì)思路存在著底盤(pán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高、動(dòng)力損耗大及維修不便等不足。基于此，設(shè)計(jì)研究五輪結(jié)構(gòu)的新型五輪電動(dòng)汽車(chē)，采用單輪驅(qū)動(dòng)裝置，兩前兩后輪設(shè)為被動(dòng)輪，簡(jiǎn)化了底盤(pán)系統(tǒng)，降低了動(dòng)力損耗，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：五輪結(jié)構(gòu)；五輪電動(dòng)汽車(chē)；單輪驅(qū)動(dòng)

0引言

為了解決能源危機(jī)和全球氣候變暖的急劇惡化，追求汽車(chē)產(chǎn)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)型與升級(jí)，滿足當(dāng)今汽車(chē)產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的迫切需求，電動(dòng)汽車(chē)儼然成為全球各大汽車(chē)廠商必爭(zhēng)的戰(zhàn)略高地[1]。我國(guó)自2012年《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》到《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，國(guó)家長(zhǎng)期堅(jiān)持純電驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略方向，電動(dòng)汽車(chē)必將成為新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展主流[2]。近年來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)也取得了矚目的成績(jī)，2019年國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)新車(chē)銷(xiāo)量達(dá)110萬(wàn)輛左右，2020年國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)新車(chē)銷(xiāo)量達(dá)130萬(wàn)輛左右，增長(zhǎng)18.2%。電動(dòng)汽車(chē)具備自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是傳統(tǒng)燃油車(chē)在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上無(wú)法突破與實(shí)現(xiàn)的。①是無(wú)污染、噪音低：電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力是由電力轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)零排放、無(wú)污染；電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的噪聲值比傳統(tǒng)燃油車(chē)低20分貝左右。②起步加速快：電動(dòng)汽車(chē)0-100km/h加速時(shí)間一般為6-8s，傳統(tǒng)燃油車(chē)一般為11-14s。③能源來(lái)源多樣化：電動(dòng)汽車(chē)的電力能源可以由許多其他能源轉(zhuǎn)化而來(lái)。但是，大多數(shù)國(guó)內(nèi)外汽車(chē)制造廠商研發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)延用了原有的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)結(jié)構(gòu)[3]。比如動(dòng)力傳動(dòng)方式，延用了原有的汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)，即從電動(dòng)機(jī)———離合器———變速器———萬(wàn)向節(jié)———傳動(dòng)軸———萬(wàn)向節(jié)———差速器———減速器———半軸———車(chē)輪，有些使用先進(jìn)電動(dòng)機(jī)的也可省略掉離合器和變速器。又如驅(qū)動(dòng)方式，也是延用了原有的汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有前輪驅(qū)動(dòng)，也有后輪驅(qū)動(dòng)[4]。這種設(shè)計(jì)思路存在著以下不足：①底盤(pán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加制造成本，不易維修；②部件、零件多，動(dòng)力消耗大，故障率高；③增加動(dòng)力消耗，縮短行駛里程。

1設(shè)計(jì)思路

基于單輪驅(qū)動(dòng)方式的新型五輪電動(dòng)汽車(chē)，在車(chē)輛底盤(pán)系統(tǒng)的傳統(tǒng)位置保留左前左后、右前右后四個(gè)被動(dòng)車(chē)輪，在左前車(chē)輪、右前車(chē)輪和左后車(chē)輪、右后車(chē)輪前后距離約3/5正中處設(shè)置一個(gè)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪。驅(qū)動(dòng)車(chē)輪由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)由車(chē)載動(dòng)力電池提供電能。工作時(shí)，操作外置開(kāi)關(guān)可使驅(qū)動(dòng)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)和反向轉(zhuǎn)動(dòng)為車(chē)輛驅(qū)動(dòng)車(chē)輪提供前行或后退的動(dòng)力，四個(gè)被動(dòng)車(chē)輪只需按照常規(guī)汽車(chē)制造安裝獨(dú)立懸掛（兩前車(chē)輪轉(zhuǎn)向、兩后車(chē)輪固定）并調(diào)校，無(wú)須橫向固定件連接；按照常規(guī)汽車(chē)制造安裝好車(chē)輪制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、減震和潤(rùn)滑系統(tǒng)并調(diào)校，通過(guò)控制車(chē)輛上的制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛前行、轉(zhuǎn)彎、后退和停車(chē)[5]。

2設(shè)計(jì)方案

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型五輪電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)如圖1。該電動(dòng)汽車(chē)配置五個(gè)車(chē)輪，其中四個(gè)輪子是被動(dòng)輪、一個(gè)是主動(dòng)輪。四個(gè)被動(dòng)輪采用汽車(chē)常用的獨(dú)立懸掛系統(tǒng)安裝在車(chē)身下面車(chē)架的四角位子上（形成兩前輪、兩后輪），而主動(dòng)輪安裝在車(chē)身下面車(chē)架的約“正中”處；通過(guò)數(shù)學(xué)模型推演計(jì)算和多輪次實(shí)物試驗(yàn)，主動(dòng)輪安裝的最佳位子為；四個(gè)被動(dòng)輪輪距即兩前輪輪心連線與兩后輪輪心連線的距離五分之三處。如：車(chē)距設(shè)置為3m，則主動(dòng)輪安裝在輪距的1.8m處（從前輪到后輪的方向）。這個(gè)位子是整車(chē)摩擦阻力的中點(diǎn)，主動(dòng)輪安裝在此處可最大程度提高本車(chē)動(dòng)力效能。主動(dòng)輪由安裝的蓄電池提供電力驅(qū)動(dòng)動(dòng)能。被動(dòng)輪采用汽車(chē)常用的獨(dú)立懸掛系統(tǒng)，獨(dú)立懸架系統(tǒng)是指本車(chē)前后每一側(cè)的車(chē)輪（被動(dòng)輪）都是單獨(dú)地通過(guò)彈性懸架系統(tǒng)懸架在車(chē)身下面的車(chē)架上。獨(dú)立懸架系統(tǒng)是目前汽車(chē)制造常用的構(gòu)件，獨(dú)立懸掛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、剎車(chē)以及減震器等部分。該車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以保證質(zhì)量輕，減少車(chē)身受到的沖擊，提高車(chē)輪的地面附著力，汽車(chē)重心也得到降低，改善汽車(chē)的舒適性，提高汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性。最主要的是前后左右車(chē)輪單獨(dú)跳動(dòng)，互不相干，能減小車(chē)身的傾斜和震動(dòng)。由于獨(dú)立懸掛結(jié)構(gòu)使得四個(gè)車(chē)輪間沒(méi)有干涉，可以有更好的舒適性和操控性。而非獨(dú)立懸掛的車(chē)輪間有硬性連接物，會(huì)發(fā)生相互干涉，特別是車(chē)輛使用前驅(qū)或是后驅(qū)時(shí)必定要使用差速器裝置，使得動(dòng)力傳動(dòng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。新型五輪電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)車(chē)輪結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2實(shí)施方案

驅(qū)動(dòng)車(chē)輪13安裝在車(chē)輛大梁總成19的中部（通過(guò)數(shù)學(xué)模型推演計(jì)算和多輪次實(shí)物試驗(yàn)，獨(dú)立懸掛的動(dòng)力輪13安裝的最佳位置為：左前車(chē)輪11、右前車(chē)輪12和左后車(chē)輪14、右后車(chē)輪18前后距離約五分之三正中處。此位置是整車(chē)摩擦阻力的中點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)車(chē)輪13安裝在此處可最大程度提高本車(chē)動(dòng)力效能），設(shè)有一個(gè)帶獨(dú)立懸掛裝置1和剎車(chē)裝置9的驅(qū)動(dòng)車(chē)輪13。在為整車(chē)提供動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)車(chē)輪13的輪心處設(shè)有驅(qū)動(dòng)電機(jī)6、電機(jī)連接線5電池連接線16和電源控制裝置15，驅(qū)動(dòng)電機(jī)6通過(guò)電機(jī)連接線5、電池連接線16分別與電源控制裝置15和動(dòng)力電池17連接。該獨(dú)立懸掛裝置1和剎車(chē)裝置9的驅(qū)動(dòng)車(chē)輪13，通過(guò)減震器2上部和后拉桿3、前拉桿4與車(chē)輛大梁總成19固定；通過(guò)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪13上的車(chē)輪軸頭8安裝上輪胎10；通過(guò)減震器2、后拉桿3和前拉桿4可調(diào)校主動(dòng)輪13上下、左右的位子，以達(dá)到最佳行駛效果。左前左后、右前右后四個(gè)被動(dòng)車(chē)輪采用汽車(chē)常用的獨(dú)立懸掛系統(tǒng)安裝在車(chē)身下面車(chē)架的四角位子上，左前車(chē)輪11、右前車(chē)輪12和左后車(chē)輪14、右后車(chē)輪18和驅(qū)動(dòng)車(chē)輪13的輪胎10尺寸一致。工作時(shí)，操作電源控制裝置15能使驅(qū)動(dòng)電機(jī)6正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)為本車(chē)提供前行或后退的動(dòng)力。另外四個(gè)被動(dòng)車(chē)輪只需按照常規(guī)汽車(chē)制造安裝獨(dú)立懸掛（兩前車(chē)輪可轉(zhuǎn)向、兩后車(chē)輪無(wú)轉(zhuǎn)向）并調(diào)校，無(wú)須橫向固定件連接；按照常規(guī)汽車(chē)制造安裝好車(chē)輪制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、減震和潤(rùn)滑系統(tǒng)，通過(guò)控制車(chē)輛上的制動(dòng)（類(lèi)似燃油汽車(chē)上的剎車(chē)踏板）、轉(zhuǎn)向（方向盤(pán)）和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源開(kāi)關(guān)（類(lèi)似燃油汽車(chē)上的油門(mén)踏板和擋位）就可使車(chē)輛前行、轉(zhuǎn)彎、后退和停車(chē)。傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車(chē)前輪驅(qū)動(dòng)或是后輪驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)計(jì)免除不用。最重要的是，完全不使用通常的汽車(chē)底盤(pán)傳動(dòng)差速器裝置。

3結(jié)束語(yǔ)

該新型五輪電動(dòng)汽車(chē)，其四個(gè)車(chē)輪為被動(dòng)車(chē)輪、一個(gè)為驅(qū)動(dòng)車(chē)輪，其區(qū)別于當(dāng)前主要研究的電動(dòng)汽車(chē)范疇，跳出了傳統(tǒng)燃油車(chē)的驅(qū)動(dòng)方式和傳動(dòng)方式，取消了傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車(chē)前驅(qū)或是后驅(qū)方式的設(shè)計(jì)，不使用通常的汽車(chē)底盤(pán)傳動(dòng)差速器裝置，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)力傳動(dòng)更加簡(jiǎn)便、直接。同時(shí)，減少了底盤(pán)系統(tǒng)的部件，減輕了整車(chē)的底盤(pán)重量，使汽車(chē)的動(dòng)力消耗更少，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的電動(dòng)車(chē)相比，行駛更平穩(wěn)、行駛里程更長(zhǎng)。該新型五輪電動(dòng)汽車(chē)的設(shè)計(jì)研究對(duì)于汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有一定的借鑒作用，對(duì)于各大汽車(chē)企業(yè)研發(fā)新型電動(dòng)汽車(chē)具有參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙世佳，徐楠，尚勇.我國(guó)下一代電動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展現(xiàn)狀、需求及建議[J].科學(xué)管理研究，2019.

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[5]余志生.汽車(chē)?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

作者:張光磊 鐘穎強(qiáng) 王圣宇 單位:江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院