基于开源电动车的设计

鹿存威，沈文龙，王宝梁，汪东明，魏绪懿

（淮安信息职业技术学院汽车工程系，江苏 淮安 223005）

基于开源电动车的设计

鹿存威，沈文龙，王宝梁，汪东明，魏绪懿

（淮安信息职业技术学院汽车工程系，江苏 淮安 223005）

作为绿色交通工具，快速发展的电动车得到市场和用户的认可。采用开源的思路，借鉴国外已有TABBY车为蓝本，结合大学生实践能力，快速开发设计一款成本低廉、结构简单和使用可靠的电动车辆。该车具有简化的整车结构，设计参数通过验证能够满足车辆使用的需求。

开源；电动车；设计

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.004

CLC NO.: U469.72 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-10-03

引言

“开源”的概念起源于软件开发领域，以源代码开放为基本特征，赋予并保护使用者的“使用、改进、分享、再发布”等权利，是一种大规模开放协作软件开发模式，有别于封闭式、排他独占的传统模式，十分有利于发展中国家和技术后进者。作为普通大学生，借助已有的“开源电动车”方案，可有效加速开发设计电动车的过程。

开源电动车的设计和制作在国外发展较早，目前最著名的是意大利的OSVehicle公司开发的TABBY项目、新西兰Greenstage公司开发的Tumanako项目和德国StreetScooter公司等。其中OSVehicle开发的TABBY项目是其开源汽车平台上的首个组件，旨在成为一个开源的、模块化的通用底盘设计，任何人都可以在其官网下载TABBY的3D工程文件，在借助专业工具的情况下，都可以制造出一辆TABBY，并把自己的想法融入其中，以便于设计人员、工程师、业余爱好者等在此基础上将其改造成任何类型的车辆。

国内借势“互联网+”战略的春风，在电动汽车领域，与国外的公司和研究机构起跑层次相当。目前，已有地平线汽车、游侠汽车、星谷实验室等创业团队从事电动车产业。2014年，《AutoR智驾》杂志与中国电子器材总公司、智能汽车网、清华大学和上海市汽车工程学会联合主办中国开源造车大赛，旨在为汽车专业机构、专业人士及汽车爱好者提供一个开放的交流平台，为中国的汽车工业制造贡献年轻人的才华与梦想。

本文研究的开源电动车，就是将把复杂的汽车工程进行简化，参照已有开源成果，大学生能够根据所学汽车知识，设计制作一辆具有可靠的转向系、行驶系、制动系、车架和操纵机构的四轮电动车。

1、设计目标

本设计的主要目的是培养学生的创新意识、创新能力和实践动手能力，了解一般创新的工作程序，掌握车辆产品设计和加工的方法和步骤。因此，开源电动车以简单实用、价格低廉为主要目标。其主要设计参数如下：

外形尺寸（长*宽*高）：≤ 2450 × 1060× 300mm（车架至地面）；

轴距：≤ 2000mm；

轮距：≤ 800mm；

整车重量：≈ 150kg

载重：两人或150kg

理论行驶速度：≤30km/h;

最小离地间隙：120mm；

最小转向圆半径：≤ 3.7m；

制动距离(制动作用时速度为20km/h)：≤ 4m。

2、整车设计方案

根据已有开源车方案，按照汽车设计要求，主要技术指标确定按照车辆（汽车、农用车和电瓶车等）行业和国家标准，主要零部件选用价格合理、方便采购的标准件。设计和验证流程如下：

2.1 整车各部件结构布置型式的确定

电动车主要有电源系统、动力装置、驱动桥、转向机构和转向桥、制动系统和车架组成的。电源系统即蓄电池组置于车架平面后部分，处于整车重心点，且离电机较近方便接线。动力装置和驱动桥采用差速直流电机后桥驱动系统，后置后驱，电机带动驱动桥中间的齿轮向两边半轴传递动力。前置转向桥，采用方向盘机械传动转向机构。制动系统采用脚踏式，前轮盘式制动，后轮鼓式制动。车架使用槽钢手工焊接焊接。

2.2 主要尺寸参数的确定

在保证前排两人座位和转向机构安装布置，以及后排空间后期加装设备的要求下，轴距确定为1900mm。本车自身重量和预期承重的总质量为300kg，后轮承重75%计算，轮胎负载为225kg，因此选用130/90-10轮胎，根据GBT2983-2008可知，该轮胎在充气压力为250kPa时承载能力为335kg。130/90-10轮胎宽度为130mm，并在网购平台筛选出工艺成熟、价格便宜的前、后桥，轮距为800mm。根据GB/T2983查的的轮胎数据，计算得出驱动轮滚动半径r=0.244mm。

2.3 动力参数的设计与验证

动力装置采用某品牌直流电机的功率P=1000W、额定电压U=48V、电流为26.2A、转速n=3000/min、减速比i=10.4：1、电动机效率η=80%、电机额定扭矩Tn=2.89 N.m 、电机最大扭矩Tmax=4.20N.m，则驱动轮最大驱动力Fmax计算如式

（1）所示：

额定车速V计算如式（2）所示：

电动车辆在运行过程中的实际电流I计算如式（3）所示，式中：

按上述要求，本设计车辆按连续行驶2h则电池容量应为52.08A.h，根据市场产品实际情况，采购48V、60Ah蓄电池作为车辆动力源。

2.4 制动性能设计

根据国家标准《电动自行车通用技术条件》(GB17761)：电动车以20km/h的车速骑行，其干态制动距离应不大于4米，湿态制动距离应不大于15米。若按此要求制动减速度a计算结果如式（4）所示：

式中Vc=20km/h，S=4m。

所需地面制动力Fb计算结果如式（5）所示：

式中m去满载时总质量为300kg。

在电动车最常行走的沥青或混凝土地面上，附着系数为0.8～0.9，当附着系数φ=0.8时，附着力Fφ计算结果如式（6）所示：

计算结果表明，所需地面制动力能够满足国家对于电动车制动距离的要求。

采用某型号制动器材料为粉末冶金，其摩擦系数μ=0.25，摩擦片宽d=30mm，制动鼓半径r=80mm，摩擦片包角θ=120 °=120×2π/180=4.19，应许单位压力[P]=1.5MPa。制动器制动器扭矩Mt的计算结果如式（7）所示：

制动器摩擦片单位压力P的计算公式如式（8）所示：

计算结果表明选用的制动器能够满足制动要求。

2.5 电气设计

本车用力设备均按48V要求，由蓄电池供电。操作行为主要依靠和机械部件连接的某型24管控制器。驾驶人员操纵电子油门踏板触发高电平信号，控制器根据操作方式进行无极调速。驾驶人员通过操纵制动踏板对车辆进行制动，制动作用的同时行程开关触发低电平信号，控制器使电机断电停转。

3、整车设计图

在对主要部件加以分析验证的基础上，模块化绘制各部分零件图，同时对附属部分进行实际测绘，电动整体设计图1如下所示。

图1 整车设计图

4、结论

电动汽车和各类型电动车是能源危机和环境问题背景下发展的必然趋势，社会效益效益显著。同时，按照设计试制的样机成本仅3000元，后期若采用前桥麦弗逊悬架、后桥钢板弹簧悬架、制动器采用“前盘后鼓”模式，并加装车身等优化设计装备，成本也可以有效的控制在5000元左右。若能规模化生产，其成本和产生的经济效益尤为客观，帮助大学生实现低成本创业提供很少的方向。在开源的思路下，所设计的电动车实现设计周期短、产品成本地和使用稳定的要求，达到了设计的各项指标。

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Design of Electric Vehicle Based on Open source

Lu Cunwei, Shen Wenlong, Wang Baoliang, Wang Dongming, Wei Xuyi
（Depaetment of Automotive Engineering, Huai’an College of Information Technology, Jiangsu Huaian 223005）

As a green transport means, rapidly developing electric vehicle has been recognized by user and market. Using the idea of open source, learning form TABBY, and combining the selfish condition of college student to design a electric vehicle which is cheap price and reliable peformance. This vehicle has simplified structure, the verification results of design parameters can satisfy driving requirements.

Open source; Electric vehicle; Design

U469.72

A

1671-7988 (2016)12-10-03

鹿存威（1996—），男，学生，就读于淮安信息职业技术学院。通讯作者：沈文龙（1988—），男，讲师，淮安信息职业技术学院，从事车辆智能化和机电一体化研究。