基于開源電動車的設計

鹿存威，沈文龍，王寶梁，汪東明，魏緒懿

（淮安信息職業技術學院汽車工程系，江蘇 淮安 223005）

基于開源電動車的設計

鹿存威，沈文龍，王寶梁，汪東明，魏緒懿

（淮安信息職業技術學院汽車工程系，江蘇 淮安 223005）

作為綠色交通工具，快速發展的電動車得到市場和用戶的認可。采用開源的思路，借鑒國外已有TABBY車為藍本，結合大學生實踐能力，快速開發設計一款成本低廉、結構簡單和使用可靠的電動車輛。該車具有簡化的整車結構，設計參數通過驗證能夠滿足車輛使用的需求。

開源；電動車；設計

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

“開源”的概念起源于軟件開發領域，以源代碼開放為基本特征，賦予并保護使用者的“使用、改進、分享、再發布”等權利，是一種大規模開放協作軟件開發模式，有別于封閉式、排他獨占的傳統模式，十分有利于發展中國家和技術后進者。作為普通大學生，借助已有的“開源電動車”方案，可有效加速開發設計電動車的過程。

開源電動車的設計和制作在國外發展較早，目前最著名的是意大利的OSVehicle公司開發的TABBY項目、新西蘭Greenstage公司開發的Tumanako項目和德國StreetScooter公司等。其中OSVehicle開發的TABBY項目是其開源汽車平臺上的首個組件，旨在成為一個開源的、模塊化的通用底盤設計，任何人都可以在其官網下載TABBY的3D工程文件，在借助專業工具的情況下，都可以制造出一輛TABBY，并把自己的想法融入其中，以便于設計人員、工程師、業余愛好者等在此基礎上將其改造成任何類型的車輛。

國內借勢“互聯網+”戰略的春風，在電動汽車領域，與國外的公司和研究機構起跑層次相當。目前，已有地平線汽車、游俠汽車、星谷實驗室等創業團隊從事電動車產業。2014年，《AutoR智駕》雜志與中國電子器材總公司、智能汽車網、清華大學和上海市汽車工程學會聯合主辦中國開源造車大賽，旨在為汽車專業機構、專業人士及汽車愛好者提供一個開放的交流平臺，為中國的汽車工業制造貢獻年輕人的才華與夢想。

本文研究的開源電動車，就是將把復雜的汽車工程進行簡化，參照已有開源成果，大學生能夠根據所學汽車知識，設計制作一輛具有可靠的轉向系、行駛系、制動系、車架和操縱機構的四輪電動車。

1、設計目標

本設計的主要目的是培養學生的創新意識、創新能力和實踐動手能力，了解一般創新的工作程序，掌握車輛產品設計和加工的方法和步驟。因此，開源電動車以簡單實用、價格低廉為主要目標。其主要設計參數如下：

外形尺寸（長*寬*高）：≤ 2450 × 1060× 300mm（車架至地面）；

軸距：≤ 2000mm；

輪距：≤ 800mm；

整車重量：≈ 150kg

載重：兩人或150kg

理論行駛速度：≤30km/h;

最小離地間隙：120mm；

最小轉向圓半徑：≤ 3.7m；

制動距離(制動作用時速度為20km/h)：≤ 4m。

2、整車設計方案

根據已有開源車方案，按照汽車設計要求，主要技術指標確定按照車輛（汽車、農用車和電瓶車等）行業和國家標準，主要零部件選用價格合理、方便采購的標準件。設計和驗證流程如下：

2.1 整車各部件結構布置型式的確定

電動車主要有電源系統、動力裝置、驅動橋、轉向機構和轉向橋、制動系統和車架組成的。電源系統即蓄電池組置于車架平面后部分，處于整車重心點，且離電機較近方便接線。動力裝置和驅動橋采用差速直流電機后橋驅動系統，后置后驅，電機帶動驅動橋中間的齒輪向兩邊半軸傳遞動力。前置轉向橋，采用方向盤機械傳動轉向機構。制動系統采用腳踏式，前輪盤式制動，后輪鼓式制動。車架使用槽鋼手工焊接焊接。

2.2 主要尺寸參數的確定

在保證前排兩人座位和轉向機構安裝布置，以及后排空間后期加裝設備的要求下，軸距確定為1900mm。本車自身重量和預期承重的總質量為300kg，后輪承重75%計算，輪胎負載為225kg，因此選用130/90-10輪胎，根據GBT2983-2008可知，該輪胎在充氣壓力為250kPa時承載能力為335kg。130/90-10輪胎寬度為130mm，并在網購平臺篩選出工藝成熟、價格便宜的前、后橋，輪距為800mm。根據GB/T2983查的的輪胎數據，計算得出驅動輪滾動半徑r=0.244mm。

2.3 動力參數的設計與驗證

動力裝置采用某品牌直流電機的功率P=1000W、額定電壓U=48V、電流為26.2A、轉速n=3000/min、減速比i=10.4：1、電動機效率η=80%、電機額定扭矩Tn=2.89 N.m 、電機最大扭矩Tmax=4.20N.m，則驅動輪最大驅動力Fmax計算如式

（1）所示：

額定車速V計算如式（2）所示：

電動車輛在運行過程中的實際電流I計算如式（3）所示，式中：

按上述要求，本設計車輛按連續行駛2h則電池容量應為52.08A.h，根據市場產品實際情況，采購48V、60Ah蓄電池作為車輛動力源。

2.4 制動性能設計

根據國家標準《電動自行車通用技術條件》(GB17761)：電動車以20km/h的車速騎行，其干態制動距離應不大于4米，濕態制動距離應不大于15米。若按此要求制動減速度a計算結果如式（4）所示：

式中Vc=20km/h，S=4m。

所需地面制動力Fb計算結果如式（5）所示：

式中m去滿載時總質量為300kg。

在電動車最常行走的瀝青或混凝土地面上，附著系數為0.8～0.9，當附著系數φ=0.8時，附著力Fφ計算結果如式（6）所示：

計算結果表明，所需地面制動力能夠滿足國家對于電動車制動距離的要求。

采用某型號制動器材料為粉末冶金，其摩擦系數μ=0.25，摩擦片寬d=30mm，制動鼓半徑r=80mm，摩擦片包角θ=120 °=120×2π/180=4.19，應許單位壓力[P]=1.5MPa。制動器制動器扭矩Mt的計算結果如式（7）所示：

制動器摩擦片單位壓力P的計算公式如式（8）所示：

計算結果表明選用的制動器能夠滿足制動要求。

2.5 電氣設計

本車用力設備均按48V要求，由蓄電池供電。操作行為主要依靠和機械部件連接的某型24管控制器。駕駛人員操縱電子油門踏板觸發高電平信號，控制器根據操作方式進行無極調速。駕駛人員通過操縱制動踏板對車輛進行制動，制動作用的同時行程開關觸發低電平信號，控制器使電機斷電停轉。

3、整車設計圖

在對主要部件加以分析驗證的基礎上，模塊化繪制各部分零件圖，同時對附屬部分進行實際測繪，電動整體設計圖1如下所示。

圖1 整車設計圖

4、結論

電動汽車和各類型電動車是能源危機和環境問題背景下發展的必然趨勢，社會效益效益顯著。同時，按照設計試制的樣機成本僅3000元，后期若采用前橋麥弗遜懸架、后橋鋼板彈簧懸架、制動器采用“前盤后鼓”模式，并加裝車身等優化設計裝備，成本也可以有效的控制在5000元左右。若能規模化生產，其成本和產生的經濟效益尤為客觀，幫助大學生實現低成本創業提供很少的方向。在開源的思路下，所設計的電動車實現設計周期短、產品成本地和使用穩定的要求，達到了設計的各項指標。

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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，學生，就讀于淮安信息職業技術學院。通訊作者：沈文龍（1988—），男，講師，淮安信息職業技術學院，從事車輛智能化和機電一體化研究。