白晶 馬云翼 王耀輝

摘要：當(dāng)卡丁車(chē)的風(fēng)馳電掣與漂移的滑動(dòng)曲線(xiàn)完美結(jié)合的時(shí)候會(huì)是什么樣子呢？由北京城市學(xué)院智能汽車(chē)系與北京開(kāi)拓潮人教育科技有限公司合作研發(fā)的“基于純電動(dòng)模式的漂移卡丁車(chē)正是根據(jù)卡丁車(chē)運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，將二者進(jìn)行結(jié)合，讓漂移運(yùn)動(dòng)和卡丁車(chē)運(yùn)動(dòng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)。通過(guò)該車(chē)輛可以很好地學(xué)習(xí)駕駛以及漂移過(guò)彎、甩尾、圍點(diǎn)運(yùn)動(dòng)等多種車(chē)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(jì)，極大地保護(hù)了青少年的安全?？ǘ≤?chē)設(shè)計(jì)外觀(guān)呈流線(xiàn)型，時(shí)尚、前衛(wèi)。而卡丁車(chē)離地距離不高，即使卡丁車(chē)發(fā)生意外事故，也不會(huì)造成太大的安全事故?？ǘ≤?chē)設(shè)計(jì)兼顧了美觀(guān)和安全，無(wú)形中增加了自身的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：卡丁車(chē);漂移;新能源;創(chuàng)新研發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)：U471文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1卡丁車(chē)運(yùn)動(dòng)

卡丁車(chē)運(yùn)動(dòng)被稱(chēng)為“F1賽車(chē)手的搖籃”幾乎所有的賽車(chē)手都是從卡丁車(chē)開(kāi)始接觸賽車(chē)這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)，不斷進(jìn)階至F3、F1等頂尖的國(guó)際賽事?？ǘ≤?chē)始于20世紀(jì)50年代末的美國(guó)，但直到1995年才正式進(jìn)入中國(guó)，由于經(jīng)濟(jì)、科技等多方面因素影響，導(dǎo)致中國(guó)在賽車(chē)領(lǐng)域一直處于落后的位置，隨著近些年中國(guó)的不斷崛起，卡丁車(chē)運(yùn)動(dòng)也走進(jìn)日常百姓生活。

“中國(guó)產(chǎn)業(yè)研究院”研究數(shù)據(jù)顯示目前中國(guó)大陸地區(qū)擁有卡丁車(chē)俱樂(lè)部3000多家，除西藏地區(qū)外各地均有分布，16年市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)16.8億元。

卡丁車(chē)運(yùn)動(dòng)之所以能夠受到歡迎與現(xiàn)代年輕人生活觀(guān)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(lái)釋放生活、學(xué)習(xí)壓力，卡丁車(chē)非常符合這樣的特點(diǎn)，所以覆蓋群體多為青少年。另外，駕駛卡丁車(chē)需要良好體能和精神力，這一群體存在先天性?xún)?yōu)勢(shì)。電影《速度與激情》中有一段話(huà)“當(dāng)飆車(chē)到100km/h時(shí)，我才能體會(huì)到自由的滋味。”這就是卡丁車(chē)運(yùn)動(dòng)的魅力，它可以讓你直面速度的沖擊，不需要受汽車(chē)減速玻璃和笨重車(chē)殼的束縛，讓人在平地飛行中肆意地張揚(yáng)青春。

2漂移運(yùn)動(dòng)

漂移又稱(chēng)“側(cè)滑”或“甩尾”，是車(chē)手以過(guò)度轉(zhuǎn)向的方式令車(chē)子側(cè)滑行走的駕駛技巧，漂移運(yùn)動(dòng)的追逐刺激和輪胎摩擦地面的膠皮味無(wú)不讓人血脈噴張。漂移運(yùn)動(dòng)近些年人氣火爆，但這些運(yùn)動(dòng)對(duì)于普通人是可望而不可及的，專(zhuān)業(yè)程度要求較高且車(chē)輛必須為專(zhuān)用賽車(chē)，所以互聯(lián)網(wǎng)上出現(xiàn)了很多用“萬(wàn)向輪”進(jìn)行轉(zhuǎn)向的漂移車(chē)。但這不能稱(chēng)之為漂移，從專(zhuān)業(yè)角度看它不滿(mǎn)足漂移這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)的定義，也不符合我們?cè)趯?zhuān)業(yè)漂移比賽中（如DI、WDS等）對(duì)于漂移這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)，如卡丁車(chē)駕駛中高速運(yùn)轉(zhuǎn)猛打方向，電動(dòng)車(chē)、自行車(chē)高速運(yùn)轉(zhuǎn)緊急制動(dòng)。但這些都與漂移運(yùn)動(dòng)有著本質(zhì)區(qū)別，因?yàn)樯鲜鏊ξ膊皇强蛇B續(xù)進(jìn)行的圍繞標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行的甩尾動(dòng)作。事實(shí)上，真正的漂移，幾乎只有汽車(chē)可以做到。當(dāng)然，如果卡丁車(chē)經(jīng)過(guò)合理的結(jié)構(gòu)改造且速度足夠快的話(huà)，也是可以實(shí)現(xiàn)漂移的。

3新能源技術(shù)

新能源技術(shù)是中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)的重大國(guó)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(dòng)力能源，當(dāng)前尤以電能為主。電力驅(qū)動(dòng)的核心部件是電機(jī)及電池，一輛車(chē)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(lèi)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(hù)且容量大等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。

車(chē)輛能以多快的速度行駛，主要取決于電動(dòng)機(jī)的功率，但通常功率大的電動(dòng)機(jī)質(zhì)量也就相應(yīng)會(huì)增加，同時(shí)耗電量也就更高。因此，電動(dòng)機(jī)、電池的選擇直接影響著車(chē)輛的自重、續(xù)航里程、最高車(chē)速以及車(chē)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(chē)選用新能源系統(tǒng)既符合國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略也符合當(dāng)前時(shí)代特點(diǎn)。同時(shí)，低污染、低噪聲也正是汽車(chē)接下來(lái)的發(fā)展方向。

3.1電池

電池的選用首先要與電動(dòng)機(jī)所需電壓相匹配，在選材上既要保證輕便也要滿(mǎn)足耐用、易充的特點(diǎn)。電池位置分布區(qū)別于傳統(tǒng)卡丁車(chē)后置的特點(diǎn)，將電池前置可將大部分重量前移，“中前置后驅(qū)”的特點(diǎn)能夠極大滿(mǎn)足漂移需求，同時(shí)這樣的位置分布可以滿(mǎn)足車(chē)輛的日常平穩(wěn)駕駛?？紤]到散熱問(wèn)題，特在座椅兩側(cè)加裝散熱風(fēng)扇來(lái)疏散電池?zé)崃??？紤]過(guò)熱可能引發(fā)的事故特意在外包裹一個(gè)電池保護(hù)罩，用來(lái)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(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)相比于傳統(tǒng)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)有著體積小、功率大、瞬時(shí)扭矩大和輸出效果好的優(yōu)點(diǎn)。燃油發(fā)動(dòng)機(jī)由于其機(jī)械構(gòu)造，需要先將燃料能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能量，低轉(zhuǎn)速時(shí)很難達(dá)到大功率，在能量轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)帶來(lái)動(dòng)力遲滯。與之相比，電動(dòng)機(jī)是利用電流產(chǎn)生的磁力，推動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，其特點(diǎn)是可以在低速時(shí)輸出大功率。由于電動(dòng)機(jī)的低速大功率輸出特性，其加速性能比燃油發(fā)動(dòng)機(jī)更好。

以ATV（即適合所有地形的交通工具）車(chē)型為例，在其失去部分或全部抓地力時(shí)，ATV車(chē)輛通常會(huì)采取讓后輪與地面間產(chǎn)生正速度差的方式，實(shí)現(xiàn)漂移。理論上講，由于電動(dòng)機(jī)有低速功率大、可快速提升驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，因此用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車(chē)輛實(shí)現(xiàn)漂移相對(duì)更加方便。

無(wú)論電池或是電機(jī)，在型號(hào)選擇時(shí)都應(yīng)滿(mǎn)足車(chē)輛漂移及正常駕駛的動(dòng)力需求。同時(shí)，鑒于車(chē)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(guó)內(nèi)并不成熟）。經(jīng)實(shí)際測(cè)試確定，我們選用一臺(tái)額定功率為3kW，額定電壓為了2V的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，搭配一塊電壓為了2V，容量為32A·h的電池，以此滿(mǎn)足卡丁車(chē)漂移的動(dòng)力需求。同時(shí)，我們還為車(chē)輛搭配了一臺(tái)充電電流為5A的充電器。

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

3整車(chē)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

3.1外觀(guān)造型

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB-1915-2003的要求，決定采用無(wú)縫鋼管為車(chē)身主要材料，輔以鋼板、碳纖維板和專(zhuān)業(yè)防撞部件，并且為輪胎加裝了光滑的橡膠漂移環(huán)。車(chē)身機(jī)構(gòu)相比傳統(tǒng)卡丁車(chē)沒(méi)有很多改變，只是在駕駛座位兩側(cè)加裝2個(gè)風(fēng)扇，滿(mǎn)足電池和電機(jī)的散熱需求。

3.2設(shè)計(jì)特點(diǎn)

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(jì)，可以保護(hù)青少年的安全?？ǘ≤?chē)外觀(guān)呈流線(xiàn)型設(shè)計(jì)，前衛(wèi)時(shí)尚。而卡丁車(chē)離地距離不高，即使發(fā)生意外事故，也不會(huì)造成太嚴(yán)重的人員和財(cái)產(chǎn)損失。

3.3車(chē)內(nèi)布局

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

3.4三電系統(tǒng)

電機(jī)、電池和電控3大系統(tǒng)，是電動(dòng)卡丁車(chē)的核心部件。我們選用了一臺(tái)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(wú)刷電機(jī)，與減速比為3.8的行星齒輪機(jī)構(gòu)連接。配合減速器，車(chē)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(diǎn)式安全帶，同時(shí)可以選裝防滾架。電機(jī)方面對(duì)于初學(xué)者可以進(jìn)行人為干預(yù)，進(jìn)行電調(diào)限速。車(chē)輛硬件方面，配備吸能防撞塊和制動(dòng)燈。駕駛員配戴安全頭盔作為基礎(chǔ)安全措施。

3.6制動(dòng)系統(tǒng)

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

3.7傳動(dòng)軸受力分析

傳動(dòng)軸3D建模結(jié)果如圖2所示。在應(yīng)力分析實(shí)驗(yàn)中，傳動(dòng)軸靜應(yīng)力應(yīng)變的屈服應(yīng)力完全可以滿(mǎn)足普通加速駕駛以及極限加速駕駛。傳動(dòng)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(mǎn)足車(chē)輛使用要求。在受力分析的過(guò)程中，我們反復(fù)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理。同時(shí)，模擬應(yīng)用不同材料所產(chǎn)生的不同效果，運(yùn)用整體法來(lái)比較優(yōu)越性，進(jìn)而確保試驗(yàn)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(chē)輛所涵蓋的技術(shù)可應(yīng)用于多領(lǐng)域，并且車(chē)輛設(shè)計(jì)是顛覆性的改變，既能娛樂(lè)教學(xué)又能應(yīng)用于電影拍攝、專(zhuān)業(yè)賽事以及特技表演等多場(chǎng)景。橡膠漂移環(huán)技術(shù)將來(lái)可應(yīng)用于真實(shí)車(chē)輛，由于表面光滑，可為輸出功率較小車(chē)輛提供漂移的可能性。碳纖維技術(shù)有望提升中國(guó)這一領(lǐng)域短板，堅(jiān)固、體輕的特點(diǎn)可應(yīng)用于多場(chǎng)合，為新材料提供多樣選擇。電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)應(yīng)用于特種車(chē)輛可為未來(lái)生活提供無(wú)限可能。車(chē)輛不采用傳統(tǒng)的漂移方式，為漂移賽車(chē)的優(yōu)化提供參考。在當(dāng)前智能互聯(lián)、無(wú)人駕駛的科技變革大背景下，未來(lái)隨著某些技術(shù)的不斷革新，車(chē)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(yǔ)

純電動(dòng)漂移卡丁車(chē)步入生產(chǎn)后，促進(jìn)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(chē)，達(dá)到了節(jié)能和環(huán)保的效果。目前，研究純電動(dòng)漂移卡丁車(chē)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(guó)純電動(dòng)卡丁車(chē)的發(fā)展樹(shù)立典范。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)技術(shù)成熟、操作簡(jiǎn)單，易被市場(chǎng)所接受。新產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯，有潛在的發(fā)展空間。而與普通卡丁車(chē)相比，純電動(dòng)漂移卡丁車(chē)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)更大，短時(shí)間難以被替代，能給企業(yè)帶來(lái)可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)利益。

本產(chǎn)品經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與運(yùn)行，在此過(guò)程中逐步提高了純電動(dòng)漂移卡丁車(chē)，確保了青少年的安全。當(dāng)然，漂移卡丁車(chē)的性能還有待進(jìn)一步提高。下一步，就是在投入生產(chǎn)過(guò)程中，找到問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)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(chē)，通過(guò)系統(tǒng)學(xué)習(xí)為中國(guó)輸送大量?jī)?yōu)質(zhì)賽車(chē)手、漂移車(chē)手。