新型五輪電動汽車設計探究
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摘要：當前國內外對于電動汽車的設計研究大都延用了傳統(tǒng)的內燃機汽車底盤系統(tǒng)，其動力傳動系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)的設計都與傳統(tǒng)的內燃機汽車大體一致。但是，這種設計思路存在著底盤系統(tǒng)結構復雜、制造成本高、動力損耗大及維修不便等不足。基于此，設計研究五輪結構的新型五輪電動汽車，采用單輪驅動裝置，兩前兩后輪設為被動輪，簡化了底盤系統(tǒng)，降低了動力損耗，對電動汽車技術發(fā)展具有一定的參考價值。
關鍵詞：五輪結構；五輪電動汽車；單輪驅動
0引言
為了解決能源危機和全球氣候變暖的急劇惡化，追求汽車產(chǎn)業(yè)技術轉型與升級，滿足當今汽車產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的迫切需求，電動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）》，國家長期堅持純電驅動戰(zhàn)略方向，電動汽車必將成為新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展主流[2]。近年來，電動汽車也取得了矚目的成績，2019年國內電動汽車新車銷量達110萬輛左右，2020年國內電動汽車新車銷量達130萬輛左右，增長18.2%。電動汽車具備自身獨特的優(yōu)勢，是傳統(tǒng)燃油車在現(xiàn)有技術基礎上無法突破與實現(xiàn)的。①是無污染、噪音低：電動汽車動力是由電力轉化，實現(xiàn)零排放、無污染；電動汽車運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：電動汽車0-100km/h加速時間一般為6-8s，傳統(tǒng)燃油車一般為11-14s。③能源來源多樣化：電動汽車的電力能源可以由許多其他能源轉化而來。但是，大多數(shù)國內外汽車制造廠商研發(fā)的電動汽車延用了原有的內燃機汽車結構[3]。比如動力傳動方式，延用了原有的汽車傳動系統(tǒng)，即從電動機———離合器———變速器———萬向節(jié)———傳動軸———萬向節(jié)———差速器———減速器———半軸———車輪，有些使用先進電動機的也可省略掉離合器和變速器。又如驅動方式，也是延用了原有的汽車驅動系統(tǒng)，有前輪驅動，也有后輪驅動[4]。這種設計思路存在著以下不足：①底盤系統(tǒng)結構復雜，增加制造成本，不易維修；②部件、零件多，動力消耗大，故障率高；③增加動力消耗，縮短行駛里程。
1設計思路
基于單輪驅動方式的新型五輪電動汽車，在車輛底盤系統(tǒng)的傳統(tǒng)位置保留左前左后、右前右后四個被動車輪，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正中處設置一個驅動車輪。驅動車輪由驅動電機驅動，驅動電機由車載動力電池提供電能。工作時，操作外置開關可使驅動電機正向轉動和反向轉動為車輛驅動車輪提供前行或后退的動力，四個被動車輪只需按照常規(guī)汽車制造安裝獨立懸掛（兩前車輪轉向、兩后車輪固定）并調校，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、轉向、減震和潤滑系統(tǒng)并調校，通過控制車輛上的制動、轉向和驅動電機的電源開關實現(xiàn)車輛前行、轉彎、后退和停車[5]。
2設計方案
2.1結構設計
新型五輪電動汽車結構如圖1。該電動汽車配置五個車輪，其中四個輪子是被動輪、一個是主動輪。四個被動輪采用汽車常用的獨立懸掛系統(tǒng)安裝在車身下面車架的四角位子上（形成兩前輪、兩后輪），而主動輪安裝在車身下面車架的約“正中”處；通過數(shù)學模型推演計算和多輪次實物試驗，主動輪安裝的最佳位子為；四個被動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：車距設置為3m，則主動輪安裝在輪距的1.8m處（從前輪到后輪的方向）。這個位子是整車摩擦阻力的中點，主動輪安裝在此處可最大程度提高本車動力效能。主動輪由安裝的蓄電池提供電力驅動動能。被動輪采用汽車常用的獨立懸掛系統(tǒng)，獨立懸架系統(tǒng)是指本車前后每一側的車輪（被動輪）都是單獨地通過彈性懸架系統(tǒng)懸架在車身下面的車架上。獨立懸架系統(tǒng)是目前汽車制造常用的構件，獨立懸掛系統(tǒng)結構主要包括彈性元件、導向機構、剎車以及減震器等部分。該車結構設計可以保證質量輕，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跳動，互不相干，能減小車身的傾斜和震動。由于獨立懸掛結構使得四個車輪間沒有干涉，可以有更好的舒適性和操控性。而非獨立懸掛的車輪間有硬性連接物，會發(fā)生相互干涉，特別是車輛使用前驅或是后驅時必定要使用差速器裝置，使得動力傳動結構更加復雜。新型五輪電動汽車的驅動車輪結構如圖2所示。
2.2實施方案
驅動車輪13安裝在車輛大梁總成19的中部（通過數(shù)學模型推演計算和多輪次實物試驗，獨立懸掛的動力輪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，驅動車輪13安裝在此處可最大程度提高本車動力效能），設有一個帶獨立懸掛裝置1和剎車裝置9的驅動車輪13。在為整車提供動力的驅動車輪13的輪心處設有驅動電機6、電機連接線5電池連接線16和電源控制裝置15，驅動電機6通過電機連接線5、電池連接線16分別與電源控制裝置15和動力電池17連接。該獨立懸掛裝置1和剎車裝置9的驅動車輪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；通過驅動車輪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可調校主動輪13上下、左右的位子，以達到最佳行駛效果。左前左后、右前右后四個被動車輪采用汽車常用的獨立懸掛系統(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和驅動車輪13的輪胎10尺寸一致。工作時，操作電源控制裝置15能使驅動電機6正轉或者反轉為本車提供前行或后退的動力。另外四個被動車輪只需按照常規(guī)汽車制造安裝獨立懸掛（兩前車輪可轉向、兩后車輪無轉向）并調校，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、轉向、減震和潤滑系統(tǒng)，通過控制車輛上的制動（類似燃油汽車上的剎車踏板）、轉向（方向盤）和驅動電機的電源開關（類似燃油汽車上的油門踏板和擋位）就可使車輛前行、轉彎、后退和停車。傳統(tǒng)的電動汽車前輪驅動或是后輪驅動方式的設計免除不用。最重要的是，完全不使用通常的汽車底盤傳動差速器裝置。
3結束語
該新型五輪電動汽車，其四個車輪為被動車輪、一個為驅動車輪，其區(qū)別于當前主要研究的電動汽車范疇，跳出了傳統(tǒng)燃油車的驅動方式和傳動方式，取消了傳統(tǒng)的電動汽車前驅或是后驅方式的設計，不使用通常的汽車底盤傳動差速器裝置，實現(xiàn)了動力傳動更加簡便、直接。同時，減少了底盤系統(tǒng)的部件，減輕了整車的底盤重量，使汽車的動力消耗更少，與傳統(tǒng)結構的電動車相比，行駛更平穩(wěn)、行駛里程更長。該新型五輪電動汽車的設計研究對于汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有一定的借鑒作用，對于各大汽車企業(yè)研發(fā)新型電動汽車具有參考意義。
參考文獻：
[1]趙世佳，徐楠，尚勇.我國下一代電動汽車平臺研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展現(xiàn)狀、需求及建議[J].科學管理研究，2019.
[2]編輯部.《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》2035年純電動車成為新售主流[J].粉末冶金工業(yè)，2020.
[3]許笑月，宋春華，韋興平，等.電動汽車動力系統(tǒng)結構分析[J].裝備制造技術，2017.
[4]宋學忠.純電動汽車驅動方式發(fā)展趨勢探討[J].煙臺南山學院學報，2018.
[5]余志生.汽車理論[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.
作者:張光磊 鐘穎強 王圣宇 單位:江西交通職業(yè)技術學院
