新型五輪電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)探究

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摘要：當(dāng)前國內(nèi)外對(duì)于電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)研究大都延用了傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車底盤系統(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)汽車大體一致。但是，這種設(shè)計(jì)思路存在著底盤系統(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?；诖?，設(shè)計(jì)研究五輪結(jié)構(gòu)的新型五輪電動(dòng)汽車，采用單輪驅(qū)動(dòng)裝置，兩前兩后輪設(shè)為被動(dòng)輪，簡化了底盤系統(tǒng)，降低了動(dòng)力損耗，對(duì)電動(dòng)汽車技術(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；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，追求汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)型與升級(jí)，滿足當(dāng)今汽車產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的迫切需求，電動(dòng)汽車儼然成為全球各大汽車廠商必爭的戰(zhàn)略高地[1]。我國自2012年《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012—2020年）》到《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，國家長期堅(jiān)持純電驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略方向，電動(dòng)汽車必將成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展主流[2]。近年來，電動(dòng)汽車也取得了矚目的成績，2019年國內(nèi)電動(dòng)汽車新車銷量達(dá)110萬輛左右，2020年國內(nèi)電動(dòng)汽車新車銷量達(dá)130萬輛左右，增長18.2%。電動(dòng)汽車具備自身獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是傳統(tǒng)燃油車在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上無法突破與實(shí)現(xiàn)的。①是無污染、噪音低：電動(dòng)汽車動(dòng)力是由電力轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)零排放、無污染；電動(dòng)汽車運(yùn)行過程中的噪聲值比傳統(tǒng)燃油車低20分貝左右。②起步加速快：電動(dòng)汽車0-100km/h加速時(shí)間一般為6-8s，傳統(tǒng)燃油車一般為11-14s。③能源來源多樣化：電動(dòng)汽車的電力能源可以由許多其他能源轉(zhuǎn)化而來。但是，大多數(shù)國內(nèi)外汽車制造廠商研發(fā)的電動(dòng)汽車延用了原有的內(nèi)燃機(jī)汽車結(jié)構(gòu)[3]。比如動(dòng)力傳動(dòng)方式，延用了原有的汽車傳動(dòng)系統(tǒng)，即從電動(dòng)機(jī)———離合器———變速器———萬向節(jié)———傳動(dòng)軸———萬向節(jié)———差速器———減速器———半軸———車輪，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，在車輛底盤系統(tǒng)的傳統(tǒng)位置保留左前左后、右前右后四個(gè)被動(dòng)車輪，在左前車輪、右前車輪和左后車輪、右后車輪前后距離約3/5正中處設(shè)置一個(gè)驅(qū)動(dòng)車輪。驅(qū)動(dòng)車輪由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)由車載動(dòng)力電池提供電能。工作時(shí)，操作外置開關(guān)可使驅(qū)動(dòng)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)和反向轉(zhuǎn)動(dòng)為車輛驅(qū)動(dòng)車輪提供前行或后退的動(dòng)力，四個(gè)被動(dòng)車輪只需按照常規(guī)汽車制造安裝獨(dú)立懸掛（兩前車輪轉(zhuǎn)向、兩后車輪固定）并調(diào)校，無須橫向固定件連接；按照常規(guī)汽車制造安裝好車輪制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、減震和潤滑系統(tǒng)并調(diào)校，通過控制車輛上的制動(dòng)、轉(zhuǎn)向和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源開關(guān)實(shí)現(xiàn)車輛前行、轉(zhuǎn)彎、后退和停車[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)汽車結(jié)構(gòu)如圖1。該電動(dòng)汽車配置五個(gè)車輪，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)輪采用汽車常用的獨(dú)立懸掛系統(tǒng)安裝在車身下面車架的四角位子上（形成兩前輪、兩后輪），而主動(dòng)輪安裝在車身下面車架的約“正中”處；通過數(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)輪采用汽車常用的獨(dú)立懸掛系統(tǒng)，獨(dú)立懸架系統(tǒng)是指本車前后每一側(cè)的車輪（被動(dòng)輪）都是單獨(dú)地通過彈性懸架系統(tǒng)懸架在車身下面的車架上。獨(dú)立懸架系統(tǒng)是目前汽車制造常用的構(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)、剎車以及減震器等部分。該車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以保證質(zhì)量輕，減少車身受到的沖擊，提高車輪的地面附著力，汽車重心也得到降低，改善汽車的舒適性，提高汽車的行駛穩(wěn)定性。最主要的是前后左右車輪單獨(dú)跳動(dòng)，互不相干，能減小車身的傾斜和震動(dòng)。由于獨(dú)立懸掛結(jié)構(gòu)使得四個(gè)車輪間沒有干涉，可以有更好的舒適性和操控性。而非獨(dú)立懸掛的車輪間有硬性連接物，會(huì)發(fā)生相互干涉，特別是車輛使用前驅(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)汽車的驅(qū)動(dòng)車輪結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.2實(shí)施方案

驅(qū)動(dòng)車輪13安裝在車輛大梁總成19的中部（通過數(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：左前車輪11、右前車輪12和左后車輪14、右后車輪18前后距離約五分之三正中處。此位置是整車摩擦阻力的中點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)車輪13安裝在此處可最大程度提高本車動(dòng)力效能），設(shè)有一個(gè)帶獨(dú)立懸掛裝置1和剎車裝置9的驅(qū)動(dòng)車輪13。在為整車提供動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)車輪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和剎車裝置9的驅(qū)動(dòng)車輪13，通過減震器2上部和后拉桿3、前拉桿4與車輛大梁總成19固定；通過驅(qū)動(dòng)車輪13上的車輪軸頭8安裝上輪胎10；通過減震器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)車輪采用汽車常用的獨(dú)立懸掛系統(tǒng)安裝在車身下面車架的四角位子上，左前車輪11、右前車輪12和左后車輪14、右后車輪18和驅(qū)動(dòng)車輪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)為本車提供前行或后退的動(dòng)力。另外四個(gè)被動(dòng)車輪只需按照常規(guī)汽車制造安裝獨(dú)立懸掛（兩前車輪可轉(zhuǎn)向、兩后車輪無轉(zhuǎn)向）并調(diào)校，無須橫向固定件連接；按照常規(guī)汽車制造安裝好車輪制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、減震和潤滑系統(tǒng)，通過控制車輛上的制動(dòng)（類似燃油汽車上的剎車踏板）、轉(zhuǎn)向（方向盤）和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電源開關(guān)（類似燃油汽車上的油門踏板和擋位）就可使車輛前行、轉(zhuǎn)彎、后退和停車。傳統(tǒng)的電動(dòng)汽車前輪驅(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底盤傳動(dòng)差速器裝置。

3結(jié)束語

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

參考文獻(xiàn)：

[1]趙世佳，徐楠，尚勇.我國下一代電動(dòng)汽車平臺(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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[4]宋學(xué)忠.純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)方式發(fā)展趨勢(shì)探討[J].煙臺(tái)南山學(xué)院學(xué)報(bào)，2018.

[5]余志生.汽車?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