一种基于纯电动模式的漂移卡丁车研制

白晶、马云翼、王耀辉

（1.北京城市学院 100083，2.北京开拓潮人教育科技有限公司 101303）

1 卡丁车运动

卡丁车运动被称为“F1赛车手的摇篮”几乎所有的赛车手都是从卡丁车开始接触赛车这项运动，不断进阶至F3、F1 等顶尖的国际赛事。卡丁车始于20世纪50年代末的美国，但直到1995年才正式进入中国，由于经济、科技等多方面因素影响，导致中国在赛车领域一直处于落后的位置，随着近些年中国的不断崛起，卡丁车运动也走进日常百姓生活。

“中国产业研究院”研究数据显示目前中国大陆地区拥有卡丁车俱乐部3 000多家，除西藏地区外各地均有分布，16年市场规模已达16.8亿元。

卡丁车运动之所以能够受到欢迎与现代年轻人生活观念和快节奏生活有着必然的联系，当代青年更加追求感官刺激，以此来释放生活、学习压力，卡丁车非常符合这样的特点，所以覆盖群体多为青少年。另外，驾驶卡丁车需要良好体能和精神力，这一群体存在先天性优势。电影《速度与激情》中有一段话“当飙车到100 km/h时，我才能体会到自由的滋味。”这就是卡丁车运动的魅力，它可以让你直面速度的冲击，不需要受汽车减速玻璃和笨重车壳的束缚，让人在平地飞行中肆意地张扬青春[1]。

2 漂移运动

漂移又称“侧滑”或“甩尾”，是车手以过度转向的方式令车子侧滑行走的驾驶技巧[2]，漂移运动的追逐刺激和轮胎摩擦地面的胶皮味无不让人血脉喷张。漂移运动近些年人气火爆，但这些运动对于普通人是可望而不可及的，专业程度要求较高且车辆必须为专用赛车，所以互联网上出现了很多用“万向轮”进行转向的漂移车。但这不能称之为漂移，从专业角度看它不满足漂移这项运动的定义，也不符合我们在专业漂移比赛中（如D1、WDS 等）对于漂移这项运动的认知。

我们大部分人认知的甩尾在很多情况下都可以实现，如卡丁车驾驶中高速运转猛打方向，电动车、自行车高速运转紧急制动。但这些都与漂移运动有着本质区别，因为上述甩尾不是可连续进行的围绕标志点进行的甩尾动作。事实上，真正的漂移，几乎只有汽车可以做到。当然，如果卡丁车经过合理的结构改造且速度足够快的话，也是可以实现漂移的。

3 新能源技术

新能源技术是中国汽车产业实现弯道超车的重大国家战略决策。其所使用的新能源主要包括电能、氢能、天然气和乙醇等非常规动力能源[3]，当前尤以电能为主。电力驱动的核心部件是电机及电池，一辆车能够行驶的里程多少取决于电池是否容量足够大。

电池已知种类有铅酸、镍氢、二次锂、三元锂、钠硫、磷酸、碱性、熔融碳酸盐和质子交互膜等。其中，锂电池由于体积小、重量轻、易维护且容量大等特点被广泛应用[4]。

车辆能以多快的速度行驶，主要取决于电动机的功率，但通常功率大的电动机质量也就相应会增加，同时耗电量也就更高。因此，电动机、电池的选择直接影响着车辆的自重、续航里程、最高车速以及车辆操控性能等诸多性能表现。

本文的研究课题为漂移卡丁车选用新能源系统既符合国家发展战略也符合当前时代特点。同时，低污染、低噪声也正是汽车接下来的发展方向。

3.1 电池

电池的选用首先要与电动机所需电压相匹配，在选材上既要保证轻便也要满足耐用、易充的特点。电池位置分布区别于传统卡丁车后置的特点，将电池前置可将大部分重量前移，“中前置后驱”的特点能够极大满足漂移需求，同时这样的位置分布可以满足车辆的日常平稳驾驶。考虑到散热问题，特在座椅两侧加装散热风扇来疏散电池热量。考虑过热可能引发的事故特意在外包裹一个电池保护罩，用来防范电池事故的发生，也能很好避免散热风扇铰到衣物及头发造成事故。

3.2 电动机

电动机相比于传统燃油发动机有着体积小、功率大、瞬时扭矩大和输出效果好的优点。燃油发动机由于其机械构造，需要先将燃料能量转化为机械能量，低转速时很难达到大功率，在能量转换时会带来动力迟滞。与之相比，电动机是利用电流产生的磁力,推动电动机旋转，其特点是可以在低速时输出大功率。由于电动机的低速大功率输出特性，其加速性能比燃油发动机更好。

以ATV（即适合所有地形的交通工具）车型为例，在其失去部分或全部抓地力时，ATV 车辆通常会采取让后轮与地面间产生正速度差的方式，实现漂移[5]。理论上讲，由于电动机有低速功率大、可快速提升驱动轮转速的特点，因此用电动机驱动车辆实现漂移相对更加方便。

无论电池或是电机，在型号选择时都应满足车辆漂移及正常驾驶的动力需求。同时，鉴于车辆的轻量化及创新需求，本文的方案采用全碳纤维材质（但该技术国内并不成熟）。经实际测试确定，我们选用一台额定功率为3 kW，额定电压为72 V的无刷电动机，搭配一块电压为72 V，容量为32 A·h的电池，以此满足卡丁车漂移的动力需求。同时，我们还为车辆搭配了一台充电电流为5 A的充电器。

车辆配备调速器，使其可像常规的卡丁车一样实现正常过弯操作，不会误操作形成漂移过弯。考虑到卡丁车是以速度为特点的车辆，其高速行驶时的撞风量可有效实现风力发电。因此，在条件允许的情况下，我们会考虑为车辆加装风力发电装置。目前，车辆的制动系统依旧采用油刹的方式。根据新能源汽车的发展方向，后续会更换为电控制动，新能源技术在这系列卡丁车的未来改进和应用中，拥有很大潜力。

图1 车辆模拟图

3 整车设计特点

3.1 外观造型

根据国标GB-1915—2003的要求，决定采用无缝钢管为车身主要材料，辅以钢板、碳纤维板和专业防撞部件，并且为轮胎加装了光滑的橡胶漂移环。车身机构相比传统卡丁车没有很多改变，只是在驾驶座位两侧加装2个风扇，满足电池和电机的散热需求。

3.2 设计特点

本产品根据青少年群体特殊的人体构造和布局设计，可以保护青少年的安全。卡丁车外观呈流线型设计，前卫时尚。而卡丁车离地距离不高，即使发生意外事故，也不会造成太严重的人员和财产损失。

3.3 车内布局

操作系统上采用前转向操作，后轮驱动系统。续航电池的布局在乘员座两侧，为卡丁车提供合理的配重比（图1）。

3.4 三电系统

电机、电池和电控3 大系统，是电动卡丁车的核心部件。我们选用了一台自主研发，额定功率为3 kW，额定电压为72 V，最高转速为7 000 r/min的无刷电机，与减速比为3.8的行星齿轮机构连接。配合减速器，车辆的最大功率24 kW，最大扭矩170 N·m。

3.5 安全保证

驾驶座配备5点式安全带，同时可以选装防滚架。电机方面对于初学者可以进行人为干预，进行电调限速。车辆硬件方面，配备吸能防撞块和制动灯。驾驶员配戴安全头盔作为基础安全措施。

图2 传动轴

图3 传动轴受力分析

3.6 制动系统

车辆后轴采用钳盘式制动，相比于鼓式制动减速效果更好，散热性能也更为优秀。同时，由于结构简单，也利于维修。本产品具有可调加速和制动踏板，可满足不同身高用户的需求，使驾驶安全且舒适性高。

3.7 传动轴受力分析

传动轴3D 建模结果如图2所示。在应力分析实验中，传动轴静应力应变的屈服应力完全可以满足普通加速驾驶以及极限加速驾驶。传动轴的屈服应力最小数值大于行星齿轮输出的最大力值，可以满足车辆使用要求。在受力分析的过程中，我们反复验证结构强度，使结构设计更加合理。同时，模拟应用不同材料所产生的不同效果，运用整体法来比较优越性，进而确保试验的科学性及成品的可靠性。

4 技术应用方向

本文研究的车辆所涵盖的技术可应用于多领域，并且车辆设计是颠覆性的改变，既能娱乐教学又能应用于电影拍摄、专业赛事以及特技表演等多场景。橡胶漂移环技术将来可应用于真实车辆，由于表面光滑，可为输出功率较小车辆提供漂移的可能性。碳纤维技术有望提升中国这一领域短板，坚固、体轻的特点可应用于多场合，为新材料提供多样选择。电力驱动技术应用于特种车辆可为未来生活提供无限可能。车辆不采用传统的漂移方式，为漂移赛车的优化提供参考。在当前智能互联、无人驾驶的科技变革大背景下，未来随着某些技术的不断革新，车辆可为居民生产生活提供极大便利，稍加改装就可以为众多领域提供更多可能性。

5 结束语

纯电动漂移卡丁车步入生产后，促进了第三方产业的发展。而产品之后的推广，将在一定程度上代替普通卡丁车，达到了节能和环保的效果。目前，研究纯电动漂移卡丁车的人员较少，具有很大的研究意义。此技术也能被新能源企业研究借鉴，为我国纯电动卡丁车的发展树立典范。

产品设计方面按照严格的标准，生产技术成熟、操作简单，易被市场所接受。新产品竞争优势明显，有潜在的发展空间。而与普通卡丁车相比，纯电动漂移卡丁车竞争优势更大，短时间难以被替代，能给企业带来可观的经济利益。

本产品经过无数次现场实验与运行，在此过程中逐步提高了纯电动漂移卡丁车，确保了青少年的安全。当然，漂移卡丁车的性能还有待进一步提高。下一步，就是在投入生产过程中，找到问题，发现问题，解决问题，逐步完成迭代工作。做好系统安全至关重要，取代传统卡丁车，通过系统学习为中国输送大量优质赛车手、漂移车手。