新型五轮电动汽车设计研究

张光磊 钟颖强 王圣宇

摘要：当前国内外对于电动汽车的设计研究大都延用了传统的内燃机汽车底盘系统，其动力传动系统、驱动系统、行驶系统的设计都与传统的内燃机汽车大体一致。但是，这种设计思路存在着底盘系统结构复杂、制造成本高、动力损耗大及维修不便等不足。基于此，设计研究五轮结构的新型五轮电动汽车，采用单轮驱动装置，两前两后轮设为被动轮，简化了底盘系统，降低了动力损耗，对电动汽车技术发展具有一定的参考价值。

Abstract： The design and research of electric vehicle at home and abroad mostly use the traditional internal combustion engine vehicle chassis system， the design of its power transmission system， drive system and driving system are generally consistent with the traditional internal combustion engine vehicle. However， there are some disadvantages in this design， such as complicated structure of chassis system， high manufacturing cost， large power loss and inconvenient maintenance. Based on this， a new five-wheel electric vehicle with a five-wheel structure is designed and studied. The single-wheel drive device is adopted and the two front and rear wheels are set as passive wheels， which simplifies the chassis system and reduces the power loss， it has certain reference value to the development of electric vehicle technology.

关键词：五轮结构;五轮电动汽车;单轮驱动

Key words： five-wheel construction;five-wheeled electric vehicle;single wheel drive

中图分类号：U472.43                                     文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）20-0008-02

0  引言

为了解决能源危机和全球气候变暖的急剧恶化，追求汽车产业技术转型与升级，满足当今汽车产业绿色发展的迫切需求，电动汽车俨然成为全球各大汽车厂商必争的战略高地[1]。我国自2012年发布《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》到《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》，国家长期坚持纯电驱动战略方向，电动汽车必将成为新能源汽车产业发展主流[2]。

近年来，电动汽车也取得了瞩目的成绩，2019年国内电动汽车新车销量达110万辆左右，2020年国内电动汽车新车销量达130万辆左右，增长18.2%。

电动汽车具备自身独特的优势，是传统燃油车在现有技术基础上无法突破与实现的。

①是无污染、噪音低：电动汽车动力是由电力转化，实现零排放、无污染;电动汽车运行过程中的噪声值比传统燃油车低20分贝左右。

②起步加速快：电动汽车0-100km/h加速时间一般为6-8s，传统燃油车一般为11-14s。

③能源来源多样化：电动汽车的电力能源可以由许多其他能源转化而来。

但是，大多数国内外汽车制造厂商研发的电动汽车延用了原有的内燃机汽车结构[3]。

比如动力传动方式，延用了原有的汽车传动系统，即从电动机——离合器——变速器——万向节——传动轴——万向节——差速器——减速器——半轴——车轮，有些使用先进电动机的也可省略掉离合器和变速器。又如驱动方式，也是延用了原有的汽车驱动系统，有前轮驱动，也有后轮驱动[4]。

这种设计思路存在着以下不足：

①底盘系统结构复杂，增加制造成本，不易維修;

②部件、零件多，动力消耗大，故障率高;

③增加动力消耗，缩短行驶里程。

1  设计思路

基于单轮驱动方式的新型五轮电动汽车，在车辆底盘系统的传统位置保留左前左后、右前右后四个被动车轮，在左前车轮、右前车轮和左后车轮、右后车轮前后距离约3/5正中处设置一个驱动车轮。驱动车轮由驱动电机驱动，驱动电机由车载动力电池提供电能。

工作时，操作外置开关可使驱动电机正向转动和反向转动为车辆驱动车轮提供前行或后退的动力，四个被动车轮只需按照常规汽车制造安装独立悬挂（两前车轮转向、两后车轮固定）并调校，无须横向固定件连接;按照常规汽车制造安装好车轮制动、转向、减震和润滑系统并调校，通过控制车辆上的制动、转向和驱动电机的电源开关实现车辆前行、转弯、后退和停车[5]。

2  设计方案

2.1 结构设计

新型五轮电动汽车结构如图1。该电动汽车配置五个车轮，其中四个轮子是被动轮、一个是主动轮。四个被动轮采用汽车常用的独立悬挂系统安装在车身下面车架的四角位子上（形成两前轮、两后轮），而主动轮安装在车身下面车架的约“正中”处;通过数学模型推演计算和多轮次实物试验，主动轮安装的最佳位子为;四个被动轮轮距即两前轮轮心连线与两后轮轮心连线的距离五分之三处。如：车距设置为3m，则主动轮安装在轮距的1.8m处（从前轮到后轮的方向）。这个位子是整车摩擦阻力的中点，主动轮安装在此处可最大程度提高本车动力效能。主动轮由安装的蓄电池提供电力驱动动能。

被动轮采用汽车常用的独立悬挂系统，独立悬架系统是指本车前后每一侧的车轮（被动轮）都是单独地通过弹性悬架系统悬架在车身下面的车架上。独立悬架系统是目前汽车制造常用的构件，独立悬挂系统结构主要包括弹性元件、導向机构、刹车以及减震器等部分。

该车结构设计可以保证质量轻，减少车身受到的冲击，提高车轮的地面附着力，汽车重心也得到降低，改善汽车的舒适性，提高汽车的行驶稳定性。最主要的是前后左右车轮单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和震动。由于独立悬挂结构使得四个车轮间没有干涉，可以有更好的舒适性和操控性。而非独立悬挂的车轮间有硬性连接物，会发生相互干涉，特别是车辆使用前驱或是后驱时必定要使用差速器装置，使得动力传动结构更加复杂。

新型五轮电动汽车的驱动车轮结构如图2所示。

2.2 实施方案

驱动车轮13安装在车辆大梁总成19的中部（通过数学模型推演计算和多轮次实物试验，独立悬挂的动力轮13安装的最佳位置为：左前车轮11、右前车轮12和左后车轮14、右后车轮18前后距离约五分之三正中处。此位置是整车摩擦阻力的中点，驱动车轮13安装在此处可最大程度提高本车动力效能），设有一个带独立悬挂装置1和刹车装置9的驱动车轮13。在为整车提供动力的驱动车轮13的轮心处设有驱动电机6、电机连接线5电池连接线16和电源控制装置15，驱动电机6通过电机连接线5、电池连接线16分别与电源控制装置15和动力电池17连接。该独立悬挂装置1和刹车装置9的驱动车轮13，通过减震器2上部和后拉杆3、前拉杆4与车辆大梁总成19固定;通过驱动车轮13上的车轮轴头8安装上轮胎10;通过减震器2、后拉杆3和前拉杆4可调校主动轮13上下、左右的位子，以达到最佳行驶效果。

左前左后、右前右后四个被动车轮采用汽车常用的独立悬挂系统安装在车身下面车架的四角位子上，左前车轮11、右前车轮12和左后车轮14、右后车轮18和驱动车轮13的轮胎10尺寸一致。

工作时，操作电源控制装置15能使驱动电机6正转或者反转为本车提供前行或后退的动力。另外四个被动车轮只需按照常规汽车制造安装独立悬挂（两前车轮可转向、两后车轮无转向）并调校，无须横向固定件连接;按照常规汽车制造安装好车轮制动、转向、减震和润滑系统，通过控制车辆上的制动（类似燃油汽车上的刹车踏板）、转向（方向盘）和驱动电机的电源开关（类似燃油汽车上的油门踏板和挡位）就可使车辆前行、转弯、后退和停车。传统的电动汽车前轮驱动或是后轮驱动方式的设计免除不用。最重要的是，完全不使用通常的汽车底盘传动差速器装置。

3  结束语

该新型五轮电动汽车，其四个车轮为被动车轮、一个为驱动车轮，其区别于当前主要研究的电动汽车范畴，跳出了传统燃油车的驱动方式和传动方式，取消了传统的电动汽车前驱或是后驱方式的设计，不使用通常的汽车底盘传动差速器装置，实现了动力传动更加简便、直接。同时，减少了底盘系统的部件，减轻了整车的底盘重量，使汽车的动力消耗更少，与传统结构的电动车相比，行驶更平稳、行驶里程更长。该新型五轮电动汽车的设计研究对于汽车产业的发展具有一定的借鉴作用，对于各大汽车企业研发新型电动汽车具有参考意义。

参考文献：

[1]赵世佳，徐楠，尚勇.我国下一代电动汽车平台研发和产业化的发展现状、需求及建议[J].科学管理研究，2019.

[2]编辑部.《新能源汽车产业发展规划》发布2035年纯电动车成为新售主流[J].粉末冶金工业，2020.

[3]许笑月，宋春华，韦兴平，等.电动汽车动力系统结构分析[J].装备制造技术，2017.

[4]宋学忠.纯电动汽车驱动方式发展趋势探讨[J].烟台南山学院学报，2018.

[5]余志生.汽车理论[M].北京：机械工业出版社，2009.