一種基于純電動模式的漂移卡丁車研制

摘要：當(dāng)卡丁車的風(fēng)馳電掣與漂移的滑動曲線完美結(jié)合的時候會是什么樣子呢？由北京城市學(xué)院智能汽車系與北京開拓潮人教育科技有限公司合作研發(fā)的“基于純電動模式的漂移卡丁車正是根據(jù)卡丁車運動和漂移運動的特點，將二者進行結(jié)合，讓漂移運動和卡丁車運動走進千家萬戶。通過該車輛可以很好地學(xué)習(xí)駕駛以及漂移過彎、甩尾、圍點運動等多種車輛技巧。根據(jù)青少年群體特殊的人體形體構(gòu)造和布局設(shè)計，極大地保護了青少年的安全?？ǘ≤囋O(shè)計外觀呈流線型，時尚、前衛(wèi)。而卡丁車離地距離不高，即使卡丁車發(fā)生意外事故，也不會造成太大的安全事故?？ǘ≤囋O(shè)計兼顧了美觀和安全，無形中增加了自身的競爭優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：卡丁車;漂移;新能源;創(chuàng)新研發(fā)

中圖分類號：U471文獻標(biāo)識碼：A

1卡丁車運動

卡丁車運動被稱為“F1賽車手的搖籃”幾乎所有的賽車手都是從卡丁車開始接觸賽車這項運動，不斷進階至F3、F1等頂尖的國際賽事?？ǘ≤囀加?0世紀(jì)50年代末的美國，但直到1995年才正式進入中國，由于經(jīng)濟、科技等多方面因素影響，導(dǎo)致中國在賽車領(lǐng)域一直處于落后的位置，隨著近些年中國的不斷崛起，卡丁車運動也走進日常百姓生活。

“中國產(chǎn)業(yè)研究院”研究數(shù)據(jù)顯示目前中國大陸地區(qū)擁有卡丁車俱樂部3000多家，除西藏地區(qū)外各地均有分布，16年市場規(guī)模已達16.8億元。

卡丁車運動之所以能夠受到歡迎與現(xiàn)代年輕人生活觀念和快節(jié)奏生活有著必然的聯(lián)系，當(dāng)代青年更加追求感官刺激，以此來釋放生活、學(xué)習(xí)壓力，卡丁車非常符合這樣的特點，所以覆蓋群體多為青少年。另外，駕駛卡丁車需要良好體能和精神力，這一群體存在先天性優(yōu)勢。電影《速度與激情》中有一段話“當(dāng)飆車到100km/h時，我才能體會到自由的滋味?！边@就是卡丁車運動的魅力，它可以讓你直面速度的沖擊，不需要受汽車減速玻璃和笨重車殼的束縛，讓人在平地飛行中肆意地張揚青春。

2漂移運動

漂移又稱“側(cè)滑”或“甩尾”，是車手以過度轉(zhuǎn)向的方式令車子側(cè)滑行走的駕駛技巧，漂移運動的追逐刺激和輪胎摩擦地面的膠皮味無不讓人血脈噴張。漂移運動近些年人氣火爆，但這些運動對于普通人是可望而不可及的，專業(yè)程度要求較高且車輛必須為專用賽車，所以互聯(lián)網(wǎng)上出現(xiàn)了很多用“萬向輪”進行轉(zhuǎn)向的漂移車。但這不能稱之為漂移，從專業(yè)角度看它不滿足漂移這項運動的定義，也不符合我們在專業(yè)漂移比賽中（如DI、WDS等）對于漂移這項運動的認(rèn)知。

我們大部分人認(rèn)知的甩尾在很多情況下都可以實現(xiàn)，如卡丁車駕駛中高速運轉(zhuǎn)猛打方向，電動車、自行車高速運轉(zhuǎn)緊急制動。但這些都與漂移運動有著本質(zhì)區(qū)別，因為上述甩尾不是可連續(xù)進行的圍繞標(biāo)志點進行的甩尾動作。事實上，真正的漂移，幾乎只有汽車可以做到。當(dāng)然，如果卡丁車經(jīng)過合理的結(jié)構(gòu)改造且速度足夠快的話，也是可以實現(xiàn)漂移的。

3新能源技術(shù)

新能源技術(shù)是中國汽車產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)彎道超車的重大國家戰(zhàn)略決策。其所使用的新能源主要包括電能、氫能、天然氣和乙醇等非常規(guī)動力能源，當(dāng)前尤以電能為主。電力驅(qū)動的核心部件是電機及電池，一輛車能夠行駛的里程多少取決于電池是否容量足夠大。

電池已知種類有鉛酸、鎳氫、二次鋰、三元鋰、鈉硫、磷酸、堿性、熔融碳酸鹽和質(zhì)子交互膜等。其中，鋰電池由于體積小、重量輕、易維護且容量大等特點被廣泛應(yīng)用。

車輛能以多快的速度行駛，主要取決于電動機的功率，但通常功率大的電動機質(zhì)量也就相應(yīng)會增加，同時耗電量也就更高。因此，電動機、電池的選擇直接影響著車輛的自重、續(xù)航里程、最高車速以及車輛操控性能等諸多性能表現(xiàn)。

本文的研究課題為漂移卡丁車選用新能源系統(tǒng)既符合國家發(fā)展戰(zhàn)略也符合當(dāng)前時代特點。同時，低污染、低噪聲也正是汽車接下來的發(fā)展方向。

3.1電池

電池的選用首先要與電動機所需電壓相匹配，在選材上既要保證輕便也要滿足耐用、易充的特點。電池位置分布區(qū)別于傳統(tǒng)卡丁車后置的特點，將電池前置可將大部分重量前移，“中前置后驅(qū)”的特點能夠極大滿足漂移需求，同時這樣的位置分布可以滿足車輛的日常平穩(wěn)駕駛?？紤]到散熱問題，特在座椅兩側(cè)加裝散熱風(fēng)扇來疏散電池?zé)崃俊？紤]過熱可能引發(fā)的事故特意在外包裹一個電池保護罩，用來防范電池事故的發(fā)生，也能很好避免散熱風(fēng)扇鉸到衣物及頭發(fā)造成事故。

3.2電動機

電動機相比于傳統(tǒng)燃油發(fā)動機有著體積小、功率大、瞬時扭矩大和輸出效果好的優(yōu)點。燃油發(fā)動機由于其機械構(gòu)造，需要先將燃料能量轉(zhuǎn)化為機械能量，低轉(zhuǎn)速時很難達到大功率，在能量轉(zhuǎn)換時會帶來動力遲滯。與之相比，電動機是利用電流產(chǎn)生的磁力，推動電動機旋轉(zhuǎn)，其特點是可以在低速時輸出大功率。由于電動機的低速大功率輸出特性，其加速性能比燃油發(fā)動機更好。

以ATV（即適合所有地形的交通工具）車型為例，在其失去部分或全部抓地力時，ATV車輛通常會采取讓后輪與地面間產(chǎn)生正速度差的方式，實現(xiàn)漂移。理論上講，由于電動機有低速功率大、可快速提升驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速的特點，因此用電動機驅(qū)動車輛實現(xiàn)漂移相對更加方便。

無論電池或是電機，在型號選擇時都應(yīng)滿足車輛漂移及正常駕駛的動力需求。同時，鑒于車輛的輕量化及創(chuàng)新需求，本文的方案采用全碳纖維材質(zhì)（但該技術(shù)國內(nèi)并不成熟）。經(jīng)實際測試確定，我們選用一臺額定功率為3kW，額定電壓為了2V的無刷電動機，搭配一塊電壓為了2V，容量為32A·h的電池，以此滿足卡丁車漂移的動力需求。同時，我們還為車輛搭配了一臺充電電流為5A的充電器。

車輛配備調(diào)速器，使其可像常規(guī)的卡丁車一樣實現(xiàn)正常過彎操作，不會誤操作形成漂移過彎?？紤]到卡丁車是以速度為特點的車輛，其高速行駛時的撞風(fēng)量可有效實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電。因此，在條件允許的情況下，我們會考慮為車輛加裝風(fēng)力發(fā)電裝置。目前，車輛的制動系統(tǒng)依舊采用油剎的方式。根據(jù)新能源汽車的發(fā)展方向，后續(xù)會更換為電控制動，新能源技術(shù)在這系列卡丁車的未來改進和應(yīng)用中，擁有很大潛力。

3整車設(shè)計特點

3.1外觀造型

根據(jù)國標(biāo)GB-1915-2003的要求，決定采用無縫鋼管為車身主要材料，輔以鋼板、碳纖維板和專業(yè)防撞部件，并且為輪胎加裝了光滑的橡膠漂移環(huán)。車身機構(gòu)相比傳統(tǒng)卡丁車沒有很多改變，只是在駕駛座位兩側(cè)加裝2個風(fēng)扇，滿足電池和電機的散熱需求。

3.2設(shè)計特點

本產(chǎn)品根據(jù)青少年群體特殊的人體構(gòu)造和布局設(shè)計，可以保護青少年的安全?？ǘ≤囃庥^呈流線型設(shè)計，前衛(wèi)時尚。而卡丁車離地距離不高，即使發(fā)生意外事故，也不會造成太嚴(yán)重的人員和財產(chǎn)損失。

3.3車內(nèi)布局

操作系統(tǒng)上采用前轉(zhuǎn)向操作，后輪驅(qū)動系統(tǒng)。續(xù)航電池的布局在乘員座兩側(cè)，為卡丁車提供合理的配重比（圖1）。

3.4三電系統(tǒng)

電機、電池和電控3大系統(tǒng)，是電動卡丁車的核心部件。我們選用了一臺自主研發(fā)，額定功率為3kW，額定電壓為了2V，最高轉(zhuǎn)速為了000r/min的無刷電機，與減速比為3.8的行星齒輪機構(gòu)連接。配合減速器，車輛的最大功率24kW，最大扭矩170N·m。

3.5安全保證

駕駛座配備5點式安全帶，同時可以選裝防滾架。電機方面對于初學(xué)者可以進行人為干預(yù)，進行電調(diào)限速。車輛硬件方面，配備吸能防撞塊和制動燈。駕駛員配戴安全頭盔作為基礎(chǔ)安全措施。

3.6制動系統(tǒng)

車輛后軸采用鉗盤式制動，相比于鼓式制動減速效果更好，散熱性能也更為優(yōu)秀。同時，由于結(jié)構(gòu)簡單，也利于維修。本產(chǎn)品具有可調(diào)加速和制動踏板，可滿足不同身高用戶的需求，使駕駛安全且舒適性高。

3.7傳動軸受力分析

傳動軸3D建模結(jié)果如圖2所示。在應(yīng)力分析實驗中，傳動軸靜應(yīng)力應(yīng)變的屈服應(yīng)力完全可以滿足普通加速駕駛以及極限加速駕駛。傳動軸的屈服應(yīng)力最小數(shù)值大于行星齒輪輸出的最大力值，可以滿足車輛使用要求。在受力分析的過程中，我們反復(fù)驗證結(jié)構(gòu)強度，使結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理。同時，模擬應(yīng)用不同材料所產(chǎn)生的不同效果，運用整體法來比較優(yōu)越性，進而確保試驗的科學(xué)性及成品的可靠性。

4技術(shù)應(yīng)用方向

本文研究的車輛所涵蓋的技術(shù)可應(yīng)用于多領(lǐng)域，并且車輛設(shè)計是顛覆性的改變，既能娛樂教學(xué)又能應(yīng)用于電影拍攝、專業(yè)賽事以及特技表演等多場景。橡膠漂移環(huán)技術(shù)將來可應(yīng)用于真實車輛，由于表面光滑，可為輸出功率較小車輛提供漂移的可能性。碳纖維技術(shù)有望提升中國這一領(lǐng)域短板，堅固、體輕的特點可應(yīng)用于多場合，為新材料提供多樣選擇。電力驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用于特種車輛可為未來生活提供無限可能。車輛不采用傳統(tǒng)的漂移方式，為漂移賽車的優(yōu)化提供參考。在當(dāng)前智能互聯(lián)、無人駕駛的科技變革大背景下，未來隨著某些技術(shù)的不斷革新，車輛可為居民生產(chǎn)生活提供極大便利，稍加改裝就可以為眾多領(lǐng)域提供更多可能性。

5結(jié)束語

純電動漂移卡丁車步入生產(chǎn)后，促進了第三方產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而產(chǎn)品之后的推廣，將在一定程度上代替普通卡丁車，達到了節(jié)能和環(huán)保的效果。目前，研究純電動漂移卡丁車的人員較少，具有很大的研究意義。此技術(shù)也能被新能源企業(yè)研究借鑒，為我國純電動卡丁車的發(fā)展樹立典范。

產(chǎn)品設(shè)計方面按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)技術(shù)成熟、操作簡單，易被市場所接受。新產(chǎn)品競爭優(yōu)勢明顯，有潛在的發(fā)展空間。而與普通卡丁車相比，純電動漂移卡丁車競爭優(yōu)勢更大，短時間難以被替代，能給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟利益。

本產(chǎn)品經(jīng)過無數(shù)次現(xiàn)場實驗與運行，在此過程中逐步提高了純電動漂移卡丁車，確保了青少年的安全。當(dāng)然，漂移卡丁車的性能還有待進一步提高。下一步，就是在投入生產(chǎn)過程中，找到問題，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，逐步完成迭代工作。做好系統(tǒng)安全至關(guān)重要，取代傳統(tǒng)卡丁車，通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)為中國輸送大量優(yōu)質(zhì)賽車手、漂移車手。