一種基于純電動模式的漂移卡丁車研制

白晶 馬云翼 王耀輝

摘要：當卡丁車的風馳電掣與漂移的滑動曲線完美結合的時候會是什么樣子呢？由北京城市學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習駕駛以及漂移過彎、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造和布局設計，極大地保護了青少年的安全?？ǘ≤囋O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計兼顧了美觀和安全，無形中增加了自身的競爭優(yōu)勢。

關鍵詞：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，導致中國在賽車領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，當代青年更加追求感官刺激，以此來釋放生活、學習壓力，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“側滑”或“甩尾”，是車手以過度轉向的方式令車子側滑行走的駕駛技巧，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知。

我們大部分人認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猛打方向，電動車、自行車高速運轉緊急制動。但這些都與漂移運動有著本質區(qū)別，因為上述甩尾不是可連續(xù)進行的圍繞標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。當然，如果卡丁車經(jīng)過合理的結構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

新能源技術是中國汽車產(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，當前尤以電能為主。電力驅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量也就相應會增加，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”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，特在座椅兩側加裝散熱風扇來疏散電池熱量?？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)動機由于其機械構造，需要先將燃料能量轉化為機械能量，低轉速時很難達到大功率，在能量轉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，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、可快速提升驅動輪轉速的特點，因此用電動機驅動車輛實現(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（但該技術國內并不成熟）。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量可有效實現(xiàn)風力發(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，新能源技術在這系列卡丁車的未來改進和應用中，擁有很大潛力。

3整車設計特點

3.1外觀造型

根據(jù)國標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)。車身機構相比傳統(tǒng)卡丁車沒有很多改變，只是在駕駛座位兩側加裝2個風扇，滿足電池和電機的散熱需求。

3.2設計特點

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

3.3車內布局

操作系統(tǒng)上采用前轉向操作，后輪驅動系統(tǒng)。續(xù)航電池的布局在乘員座兩側，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，最高轉速為了000r/min的無刷電機，與減速比為3.8的行星齒輪機構連接。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。電機方面對于初學者可以進行人為干預，進行電調限速。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，由于結構簡單，也利于維修。本產(chǎn)品具有可調加速和制動踏板，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建模結果如圖2所示。在應力分析實驗中，傳動軸靜應力應變的屈服應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，我們反復驗證結構強度，使結構設計更加合理。同時，模擬應用不同材料所產(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性及成品的可靠性。

4技術應用方向

本文研究的車輛所涵蓋的技術可應用于多領域，并且車輛設計是顛覆性的改變，既能娛樂教學又能應用于電影拍攝、專業(yè)賽事以及特技表演等多場景。橡膠漂移環(huán)技術將來可應用于真實車輛，由于表面光滑，可為輸出功率較小車輛提供漂移的可能性。碳纖維技術有望提升中國這一領域短板，堅固、體輕的特點可應用于多場合，為新材料提供多樣選擇。電力驅動技術應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域提供更多可能性。

5結束語

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)品設計方面按照嚴格的標準，生產(chǎn)技術成熟、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)安全至關重要，取代傳統(tǒng)卡丁車，通過系統(tǒng)學習為中國輸送大量優(yōu)質賽車手、漂移車手。