《汽车理论》课后参考答案

第一章1.1、试说明轮胎滚动阻力的定义、产生机理和作用形式?答：1）定义：汽车在水平道路上等速行驶时受到的道路在行驶方向上的分力称为滚动阻力。2）产生机理：由于轮胎内部摩擦产生弹性轮胎在硬支撑路面上行驶时加载变形曲线和卸载变形曲线不重合会有能量损失，即弹性物质的迟滞损失。这种迟滞损失表现为一种阻力偶。当车轮不滚动时，地面对车轮的法向反作用力的分布是前后对称的；当车轮滚动时，由于弹性迟滞现象，处于压缩过程的前部点的地面法向反作用力就会大于处于压缩过程的后部点的地面法向反作用力，这样，地面法向反作用力的分布前后不对称，而使他们的合力Fa相对于法线前移一个距离a,它随弹性迟滞损失的增大而变大。即滚动时有滚动阻力偶矩阻碍车轮滚动。3）作用形式：滚动阻力（f为滚动阻力系数）1.2、滚动阻力系数与哪些因素有关？滚动阻力系数与路面种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关。1.3、确定一轻型货车的动力性能（货车可装用4档或5档变速器，任选其中的一种进行整车性能计算）：1）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图。2）求汽车的最高车速、最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率。3）绘制汽车行驶加速倒数曲线，用图解积分法求汽车有Ⅱ档起步加速行驶至70km/h的车速－时间曲线，或者用计算机求汽车用Ⅱ档起步加速至70km/h的加速时间。轻型货车的有关数据：汽油发动机使用外特性的Tq—n曲线的拟合公式为式中,Tq为发功机转矩(N·m)；n为发动机转速(r／min)。发动机的最低转速nmin=600r/min，最高转速nmax=4000r／min装载质量2000kg整车整备质量1800kg总质量3880kg车轮半径0.367m传动系机械效率　　　　　　ηт＝0.85波动阻力系数　　　　　　　　　f＝0.013空气阻力系数×迎风面积　　　CDA＝2.77主减速器传动比　　　　　　　i0＝5.83飞轮转功惯量If＝0.218kg·二前轮转动惯量Iw1＝1.798kg·四后轮转功惯量Iw2＝3.598kg·变速器传动比ig(数据如下表)　　　轴距　　　　　　　　　　　　　　　　　L＝3.2m　　质心至前铀距离(满载)　　　　　　　　　α＝1.947m质心高(满载)　　　　　　　　　　　　　hg＝0.9m解答：1）（取四档为例）由行驶阻力为：由计算机作图有※本题也可采用描点法做图：由发动机转速在，，取六个点分别代入公式：………………………………2）⑴最高车速：有分别代入和公式：把的拟和公式也代入可得：n>4000而r/min∴Km/h⑵最大爬坡度：挂Ⅰ档时速度慢，可忽略：=0.366（3）克服该坡度时相应的附着率忽略空气阻力和滚动阻力得：3）①绘制汽车行驶加速倒数曲线（已装货）：40.0626（为动力因素）Ⅱ时，1.128由以上关系可由计算机作出图为：②用计算机求汽车用Ⅳ档起步加速至70km/h的加速时间。（注：载货时汽车用Ⅱ档起步加速不能至70km/h）由运动学可知：即加速时间可用计算机进行积分计算求出，且曲线下两速度间的面积就是通过此速度去件的加速时间。经计算的时间为：146.0535s1.4、空车、满载时汽车动力性有无变化？为什么？答：汽车的动力性指汽车在良好路面上直线行驶时，由纵向外力决定的所能达到的平均行驶速度。汽车的动力性有三个指标：1）最高车速2）加速时间3）最大爬坡度且这三个指标均于汽车是空载、满载时有关。1.5、如何选择汽车发动机功率?答：依据（原则）：常先从保证汽车预期的最高车速来初步选择发动机应有的功率。〔从动力性角度出发〕这些动力性指标：发动机的最大功率应满足上式的计算结果，但也不宜过大，否则会因发动机负荷率偏低影响汽车的燃油经济性。（详见第三章 课件 超市陈列培训课件免费下载搭石ppt课件免费下载公安保密教育课件下载病媒生物防治课件 可下载高中数学必修四课件打包下载 ）1.6、超车时该不该换入低一档的排档?答：可参看不同时的汽车功率平衡图：显而可见，当总的转动比较大时，发动机后备功率大，加速容易，更易于达到较高车速。1.7、统计数据表明，装有0.5～2L排量发动机的轿车，若是前置发动机前轮驱动(F.F.)轿车，其平均的轴负荷为汽车总重力的61.5％；若是前置发动机后轮驱动(F.R.)轿车，其平均的前轴负荷为汽车总重力的55.7％。设一轿车的轴距L＝2.6m，质心高度h＝0.57m。试比较采用F.F.及F.R．形式时的附着力利用情况，分析时其前轴负荷率取相应形式的平均值。确定上述F.F.型轿车在φ＝0.2及0.7路面上的附着力，并求由附着力所决定的权限最高车速与极限最大爬坡度及极限最大加速度(在求最大爬坡度和最大加速度时可设Fw＝0)。其他有关参数为：m＝1600kg，CD＝0.45，A＝2.00，f＝0.02，δ＝1.00。答：1>对于F-F型轿车：最大驱动力等于前轮附着力对于F-R型轿车：最大驱动力等于后轮附着力显然F-F型轿车总的附着力利用情况较好。2>(1)对于：极限车速：极限爬坡度：极限加速度：（2）同理可有：当时，1.8、一轿车的有关参数如下：总质量1600kg；质心位置：a=1450mm，b＝1250mm，hg＝630mm;发动机最大扭矩Memax＝140N·m;I挡传动比iI＝0.385；主减速器传动比io＝4．08;传动效率ηm＝0.9；车轮半径r＝300mm;飞轮转动惯量If＝0.25kg·；全部车轮的转动惯量∑Iw＝4.5kg·(其中，前轮的Iw＝2.25kg·，后轮的Iw＝2.25kg·)。若该轿车为前轮驱动，问：当地面附着系数为0.6时，在加速过程中发动机扭矩能否充分发挥而产生应有的最大加速度？应如何调整重心在前、后方向的位置(即b值)，才可以保证获得应有的最大加速度。若令×100％为前轴负荷率，求原车的质心位置改变后，该车的前轴负荷率。解题时，为计算方便，可忽略滚动阻力与空气阻力。解：<1>先求汽车质量换算系数：代入数据有：=1.4168若地面不发生打滑，此时，地面最大驱动力由于不记滚动阻力与空气阻力，即、这时汽车行驶方程式变为 当代入有：再由将代入上试有此时：将出现打滑现象，所以：在加速过程中发动机扭矩不能否充分发挥。<2>调整：要使发动机扭矩能否充分发挥，则：应使：其中：不变，则由公式：得出：b=1704.6mm前轴负荷率为：1.9、一辆后袖驱动汽车的总质量2152kg，前轴负荷52％，后轴负荷48％，主传动比io＝4.55，变速器传动比：一挡：3.79，二挡：2.17，三挡：1.41，四挡：1.00，五挡：0.86。质心高度hg＝0.57m，CDA＝1.5，轴距L＝2.300m，飞轮转动惯量If＝kg·m2，四个车轮总的转动惯量Iw＝3.6kg·，车轮半径r＝0.367m。该车在附着系数Ψ＝0.6的路面上低速滑行曲线和直接挡加速曲线如习题图1所示。国上给出了滑行数据的拟合直线v＝19.76－0.59T，v的单位为km/h，T的单位为s，直接挡最大加速度αmax＝0.75m/(us=50km/h)。设各挡传动效率均为0.90，求：1)汽车在该路面上的波动阻力系数。2)求直接挡的最大动力因素。3)在此路面上该车的最大爬坡度。答：1>由汽车行驶方程式:低速滑行时,,此时：由低速滑行曲线拟台直线公式可得:（此处参考答案有误，应注意T的单位换算）2>直接档，<以四档为例>先求汽车质量换算系数：代入数据得：再有动力因素公式：其中：所以：而：3>由可得，最大爬坡度为：第二章2.1、“车开得慢，油门踩得小，就—定省油”，或者“只要发动机省油，汽车就一定省油”，这两种说法对不对？答：均不正确。①由燃油消耗率曲线知：汽车在中等转速、较大档位上才是最省油的。此时，后备功率较小，发动机负荷率较高燃油消耗率低，百公里燃油消耗量较小。②发动机负荷率高只是汽车省油的一个方面，另一方面汽车列车的质量利用系数（即装载质量与整备质量之比）大小也关系汽车是否省油。，2.2、试述无级变速器与汽车动力性、燃油经济性的关系。提示：①采用无级变速后，理论上克服了发动机特性曲线的缺陷，使汽车具有与等功率发动机一样的驱动功率，充分发挥了内燃机的功率，大地改善了汽车动力性。②同时，发动机的负荷率高，用无级变速后，使发动机在最经济工况机会增多，提高了燃油经济性。2.3、用发动机的“最小燃油消耗特性”和克服行驶阻力应提供的功率曲线，确定保证发动机在最经济工况下工作的“无级变速器调节特性”。答：无级变速器传动比I’与发动机转速及期限和行驶速度之间有如下关系：（式中A为对某汽车而言的常数）当汽车一速度在一定道路沙锅行驶时，根据应该提供的功率：由“最小燃油消耗特性”曲线可求出发动机经济的工作转速为。将，代入上式，即得无级变速器应有的传动比i’。带同一植的道路上，不同车速时无级变速器的调节特性。2.4、如何从改进汽车底盘设计方面来提高燃油经济性?提示：①缩减轿车总尺寸和减轻质量大型轿车费油的原因是大幅度地增加了滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力。为了保证高动力性而装用的大排量发动机，行驶中负荷率低也是原因之一。②汽车外形与轮胎降低值和采用子午线轮胎，可显著提高燃油经济性。2.5、为什么汽车发动机与传动系统匹配不好会影响汽车燃油经济性与动力性?试举例说明。提示：发动机最大功率要满足动力性要求（最高车速、比功率）]① 最小传动比的选择很重要，（因为汽车主要以最高档行驶）若最小传动比选择较大，后备功率大，动力性较好，但发动机负荷率较低，燃油经济性较差。若最小传动比选择较小，后备功率较小，发动机负荷率较高，燃油经济性较好，但动力性差。② 若最大传动比的选择较小，汽车通过性会降低；若选择较大，则变速器传动比变化范围较大，档数多，结构复杂。③ 同时，传动比档数多，增加了发动机发挥最大功率的机会，提高了汽车的加速和爬坡能力，动力性较好；档位数多，也增加了发动机在低燃油消耗率区工作的可能性，降低了油耗，燃油经济性也较好。2.6、试分析超速挡对汽车动力性和燃油经济性的影响。提示：因为汽车并不经常以此速度行驶，低速档只要满足动力性的要求。2.7、习题图2是题1.3中货车装用汽油发动机的负荷特性与万有特性。负荷特性曲线的拟合公式为式中，b为燃油消耗率[g／(kw.h)];Pe为发动机净功率(kw)。拟合式中的系数为怠速油耗(怠速转速400r/min)。计算与绘制题1.3中货车的1)汽车功率平衡图。2)最高档与次高挡的等速百公里油耗曲线。或利用计算机求货车按JB3352－83规定的六工况循环行驶的百公路油耗。计算中确定燃油消耗率值b时，若发动机转速与负荷特性中给定的转速不相等，可由相邻转速的两根曲线用插值法求得。六工况循环的参数如下表参看图2-2。（汽油的密度是0.7g/cm3））答：1)<考虑空车的情况>发动机输出功率：由以上三条关系式，可以绘出各个档位下发动机的有效功率图。再有阻力功率：由以上信息作出汽车功率平衡图如下：2)<考虑满载时情况>等速百公里油耗公式:(L/100Km)由①最高档时:,不妨取ⅰ:n=815r/min,即由负荷特性曲线的拟合公式:ⅱ:n=1207r/min,即由负荷特性曲线的拟合公式得:ⅲ:n=1614r/min,即由负荷特性曲线的拟合公式得:ⅳ:n=2603r/min,即由负荷特性曲线的拟合公式得:ⅴ:n=3403r/min,即由负荷特性曲线的拟合公式得:ⅵ:n=3884r/min,即由负荷特性曲线的拟合公式得:故有以上各个点可以做出最高档的等速百公里油耗曲线:②同样,可做出次高挡的等速百公里油耗曲线(省略).2.8、轮胎对汽车动力性、燃油经济性有些什么影响?提示：2.9、为什么公共汽车起步后，驾驶员很快换入高档?提示：汽车起步后换入高档,此时,发动机负荷率大,后备功率小,燃油经济性较高.2.10、达到动力性最佳的换挡时机是什么？达到燃油经济性最佳的换档时机是什么?二者是否相同?答：①动力性最佳：只要时换档，以1.3题图为例，在时换档显然满足动力性最佳。②燃油经济性最佳要求发动机负荷率高，后备功率低。由下图知，在最高档时，后备功率最低，燃油经济性最佳。第三章改变1．3题中轻型货车的主减速器传动比，作出io为5.17、5.43、5.83、6.17、6.33时的燃油经济性一加速时间曲线，讨论不同io值对汽车性能的影响和采用不同变速器对汽车性能的影响。（汽油的密度是0.7g/cm3））答：①时，※百公里消耗燃油：（以最高档，较高转速（n取3403），最经济负荷（即90%负荷大约18Kw）行驶时油耗）：此时：将，代入下式得：※加速时间：（这里以最高档〈四档〉、速度由0加速到96.6Km/h的时间）因与题1.3第三问求法相同，这里不在累述，可直接有计算机求得：加速时间t=684.97s②时，※百公里消耗燃油：同上可得：※ 加速时间t=665.78s③时，※百公里消耗燃油：同上可得：※加速时间t=643.91s④时，※百公里消耗燃油：同上可得：※加速时间t=630.14s⑤时，※百公里消耗燃油：同上可得：※加速时间t=624.77s由以上数据可做出燃油经济性一加速时间曲线如下：第四章4．1一轿车驶经有积水层的—良好路面公路，当车速为100km/h时要进行制动。问此时有无可能出现滑水现象而丧失制动能力?轿车轮胎的胎压为179．27kPa。答：假设路面水层深度超过轮胎沟槽深度估算滑水车速：为胎压（kPa）代入数据得：km/h而故有可能出现滑水现象而失去制动能力。4．2在第四章第三节二中．举出了CA700轿车的制动系由真空助力改为压缩空气助力后的制动试验结果。试由表中所列数据估算的数值，以说明制动器作用时间的重要性。提示：由表4-3的数据以及公式计算的数值。可以认为制动器起作用时间的减少是缩短制动距离的主要原因。4．3一中型货车装有前、后制动器分开的双管路制功系，其有关参数如下；1)计算并绘制利用附着系数曲线与制动效率曲线。2)求行驶车速30km/h，在80路面上车轮不抱死的制动距离。计算时取制动系反应时间，制动减速度上升时间。3)求制功系前部管路损坏时汽车的制功距离，制功系后部管路损坏时汽车的制功距离。答案：1）前轴利用附着系数为：后轴利用附着系数为：空载时：=故空载时后轮总是先抱死。由公式代入数据（作图如下）满载时：=时：前轮先抱死代入数据=（作图如下）时：后轮先抱死代入数据=（作图如下）2）由图或者计算可得：空载时制动效率约为0.7因此其最大动减速度代入公式：=6.57m由图或者计算可得：满载时制动效率为0.87因此其最大动减速度制动距离=5.34m3） A.若制动系前部管路损坏后轴利用附着系数后轴制动效率代入数据得：空载时：=0.45满载时：=0.60a)空载时其最大动减速度代入公式：=10.09mb)满载时其最大动减速度代入公式：=7.63mB．若制动系后部管路损坏前轴利用附着系数前轴制动效率代入数据空载时：=0.57满载时：=0.33a)空载时其最大动减速度代入公式：=8.02mb)满载时其最大动减速度代入公式：=13.67m4．4在汽车法规中，对双轴汽车前、后轴制功力的分配有何规定。说明作出这种规定的理由?答：为了保证制动时汽车的方向稳定性和有足够的制动效率，联合国欧洲经济委员会制定的ECER13制动对双轴汽车前、后轮制动器制动力提出了明确的要求。我国的行业标准ZBT240007—89也提出了类似的要求。下面以轿车和最大总质量大于3.5t的货车为例予以说明。法规规定：对于之间的各种车辆，要求制动强度车辆在各种装载状态时，前轴利用附着系数曲线应在后轴利用附着系数曲线之上。对于最大总质量大于3.5t的货车，在制动强度之间，每根轴的利用附着系数曲线位于两条平行于理想附着系数直线的平行线之间；而制动强度时，后轴的利用附着系数满足关系式，则认为也满足了法规的要求。但是对于轿车而言，制动强度在0.3~0.4之间，后轴利用附着系数曲线不超过直线的条件下，允许后轴利用系数曲线在前轴利用附着系数曲线的上方。4．5一轿车结构参数问题1.8中给出的数据一样。轿车装有单回路制动系，其制功器制动力分配系数。试求：1)同步附着系数。2)在路面上的制动效率。*3)汽车此时能达到的最大制动减速度(指无任何车轮抱死时)f。4)若将设车改为双回路制动系统(只改变制动的传动系，见习题图3)，而制动器总制动力与总泵输出管路压力之比称为制功系增益，并令原车单管路系统的增益为G。确定习题图3中各种双回路制动系统以及在一个回路失效时的制动系增益。5)计算：在的路面L。上述各种双回路系统在一个回路失效时的制功效率及其能达到的最大制功减速度。6)比较各种双回路系统的优缺点。答案：1）同步附着系数2）因所以前轮先抱死==0.9513）最大制动减速度：=4）a)1失效2失效b)1失效2失效c)1失效2失效5）a)1失效后轴利用附着系数后轴制动效率0.46最大动减速度2失效前轴利用附着系数前轴制动效率0.55最大动减速度b)由第2）问知：前轮先抱死1失效与2失效情况相同。前轴利用附着系数前轴制动效率==0.95最大动减速度c) 与b）回路的情况相同。6） 比较优缺点：a） 其中一个回路失效时，不易发生制动跑偏现象。但当1失效时，容易后轮先抱死，发生后轴测滑的不稳定的危险工况。b） 实现左右侧轮制动器制动力的完全相等比较困难。c） 实现左右侧轮制动器制动力的完全相等比较困难。其中一个管路失效时，极容易制动跑偏。第五章5．1一轿车(每个)前轮胎的侧偏刚度为-50176N／rad、外倾刚度为-7665N／rad。若轿车向左转弯，将使两前轮均产生正的外倾角，其大小为4。设侧偏刚度与外倾刚度均不受左、右轮载荷转移的影响．试求由外倾角引起的前轮侧偏角。答：由题意：F=kk=故由外倾角引起的前轮侧偏角：=kk=5．26450轻型客车在试验中发现过多转向和中性转向现象，工程师们在前悬架上加装前横向稳定杆以提高前悬架的侧倾角刚度，结果汽车的转向特性变为不足转向。试分析其理论根据(要求有必要的公式和曲线)。答：稳定性系数：、变化，原来K0,现在K>0,即变为不足转向。5．3汽车的稳态响应有哪几种类型?表征稳态响应的具体参数有哪些?它们彼此之间的关系如何(要求有必要的公式和曲线)？答：汽车稳态响应有三种类型：中性转向、不足转向、过多转向。几个表征稳态转向的参数：1．前后轮侧偏角绝对值之差(转向半径的比R/R;3．静态储备系数S.M.彼此之间的关系见参考书公式（5-13）（5-16）（5-17）。5．4举出三种表示汽车稳态转向特性的方法，并说明汽车重心前后位置和内、外轮负荷转移如何影响稳态转向特性？答：方法：1.时为不足转向，时为中性转向，<0时为过多转向；2.R/R0>1时为不足转向，R/R0=1时为中性转向，R/R0<1时为过多转向；3.S.M.>0时为不足转向，S.M.=0时为中性转向，S.M.<0时为过多转向。汽车重心前后位置和内、外轮负荷转移使得汽车质心至前后轴距离a、b发生变化，K也发生变化。5．5汽车转弯时车轮行驶阻力是否与直线行驶时一样？答：否，因转弯时车轮受到的侧偏力，轮胎产生侧偏现象，行驶阻力不一样。5．6主销内倾角和后倾角的功能有何不同?答：主销外倾角可以产生回正力矩，保证汽车直线行驶；主销内倾角除产生回正力矩外，还有使得转向轻便的功能。5．7横向稳定杆起什么作用?为什么有的车装在前恳架，有的装在后悬架，有的前后都装？答：横向稳定杆用以提高悬架的侧倾角刚度。装在前悬架是使汽车稳定性因数K变大，装在后悬架使K变小，前后悬架都装则使前后悬架侧倾角刚度同时增大。5．8某种汽车的质心位置、轴距和前后轮胎的型号已定。按照二自由度操纵稳定性模型，其稳态转向特性为过多转向，试找出五种改善其转向特性的方法。答：即要K变大，可在前悬架上装横向稳定杆，后悬架不变；前悬架不变，减小后悬架侧倾角刚度；同时在前后悬架装横向稳定杆，但保证a/k2-b/k1变大；同时减小前后悬架侧倾角刚度，但保证a/k2-b/k1变大；增大汽车质量。5．9汽车空载和满载是否具有相同的操纵稳定性?答：否，m不同，空载时的汽车m小于满载时的m，即满载时的K更大，操纵稳定性更好。5．10试用有关计算公式说明汽车质心位置对主要描述和评价汽车操纵稳定性、稳态响应指标的影响。答：稳定性系数公式：汽车质心位置变化，则a、b变化，即K也随之改变。5．11二自由度轿车模型的有关参数如下：总质量m＝1818．2kg绕轴转动惯量轴距L=3.048m质心至前轴距离a=1.463m质心至后轴距离b=1.585m前轮总侧偏刚度后轮总侧偏刚度转向系总传动比i=20试求：1)稳定性因数K、特征车速。2)稳态横摆角速度增益曲线)---车速u=22.35m/s时的转向灵敏度。3)静态储备系数S.M.，侧向加速度为0．4g时的前、后轮侧偏角绝对值之差与转弯半径的比值R/R(R=15m)。4)车速u=30.56m/s,瞬态响应的横摆角速度波动的固有(圆)频率、阻尼比、反应时间与峰值反应时间。提示：1)稳定性系数：特征车速2)转向灵敏度3)，,4)固有圆频率阻尼比反应时间峰值反应时间5．12稳态响应中横摆角速度增益达到最大值时的车速称为特征车速。证明：特征车速=，且在特征车速时的稳态横摆角速度增益，为具有相等轴距L中性转向汽车横摆角速度增益的一半。答：转向灵敏度特征车速,中性转向时得证。5．13测定汽车稳态转向特性常用两种方法，一为固定转向盘转角法，并以—曲线来表示汽车的转向特性(见第五章第三节二)；另一为固定圆周法。试验时在场地上画一圆，驾驶员以低速沿圆周行驶，记录转向盘转角，，然后驾驶员控制转向盘使汽车始终在圆周上以低速持续加速行驶。随着车速的提高，转向盘转角（一般）将随之加大。记录下角，并以曲线来评价汽车的转向特性，试证，说明如何根据曲线来判断汽车的转向特性。证明：转向半径=5．14习题图4是滑柱连杆式独立悬架(常称为McPhersonstrutsuspnsion)示意图。试证：1)R.C.为侧倾中心。2)悬架的侧倾角刚度为，式中为一个弹簧的(线)刚度。提示：1)画出地面对于车厢的瞬时转动中心，即为侧倾中心R.C.2)证明参考书P135-1365．15试求计算稳态响应质心侧偏角增益的公式，并求题5．11中轿车在u=31．3m/s(70mile／h)、时的质心侧偏角。计算u=31．3m／s时的瞬态响应峰值反应时间和轿车的汽车因数T.B.值。提示：将方程组（5-9）两式联立，=0,=0,消去5．16为什么有些小轿车后轮也设计有安装前束角和外倾角?答：因为轿车后轮安装前束角和外倾角是为提高操纵稳定性。5．17习题图5为三种前独立悬架对车轮相对车身垂直上下位移时前束变化的影响。试问图中哪一条曲线具有侧倾过多转向效果？答：图中点划线所表示的具有过多转向效果5．18转向盘力特性与哪些因素有关，试分析之。答：转向盘力特性决定于以下因素：转向器传动比及其变化规律、转向器效率、动力转向器的转向盘操作力特性、转向杆系传动比、转向杆系效率、由悬架导向杆系决定的主销位置、轮胎上的载荷、轮胎气压、轮胎力学特性、地面附着条件、转向盘转动惯性、转向柱摩擦阻力及汽车整体动力学特性。5．19地面作用于轮胎的切向反作用力是如何控制转向特性的?提示：参考书P152-155。第六章6.l、设通过座椅支承面传至人体垂直加速度的谱密度为一白噪声，Ga(f)=0.1。求在0.5～80HZ频率范围加权加速度均方根值aw和加权振级Law，并由表6-2查出相应人的主观感觉。答：查图知：人的主观感觉为极不舒适。6.2、设车速u=20m／s，路面不平度系，参考空间频率no=0.1。画出路面垂直位移、速度和加速度、、的谱图。画图时要求用双对数坐标，选好坐标刻度值，并注明单位。解：画出图形为：6.3、设车身－车轮二自由度汽车模型，其车身部分固有频率fo＝2Hz。它行驶在波长λ=5m的水泥接缝路上，求引起车身部分共振时的车速un(km/h)。该汽车车轮部分的固有频率ft=10Hz，在砂石路上常用车速为30km/h。问由于车轮部分共振时，车轮对路面作用的动载所形成的搓板路的波长λ=?答：①当激振力等于车辆固有频率时，发生共振，所以发生共振时的车速为：②搓板路的波长：6.4、设车身单质量系统的幅频|z／q|用双对数坐标表示时如习题图6所示。路面输入谱与题6.2相同。求车身加速度的谱密度，画出其谱图，并计算0.1～10Hz频率范围车身加速度的均方根值。　　答：①6.5、上机计算作业(报告应包括：题目、计算说明、程序清单、结果分析)。车身－车轮双质最系统参数：fo=1.5Hz、ζ=0.25、γ=9、μ=10。“人体—座椅”系统参数：fs=3Hz、ζs＝0.25。车速u=20m/s，路面不平度系数Gq(no)=2.56×，参考空间频率no=0.1。计算时频率步长△f＝0.2Hz，计算频率点数N＝180。1）计算并画出幅频特性|z1／q|、|z2／z1|、|p／z2|和均方根值谱、、谱图。进—步计算、、、、、值。2)改变“人体—座椅”系统参数：fs=1.5～6Hz、ζs＝0.125～0.5。分析、值随fs、ζs的变化。3)分别改变车身—车轮双质量系统参数：fo＝0.25～3Hz、ζ=0.125～0.5、γ=4.5～一、填空题1、汽车动力性主要由最高车速、加速时间和最大爬坡度三方面指标来评定。2、汽车加速时间包括原地起步加速时间和超车加速时间。3、汽车附着力决定于地面负着系数及地面作用于驱动轮的法向反力。4、我国一般要求越野车的最大爬坡度不小于60%。5、汽车行驶阻力主要包括滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力。6、传动系损失主要包括机械损失和液力损失。7、在同一道路条件与车速下，虽然发动机发出的功率相同，但档位越低，后备功率越大，发动机的负荷率就越小，燃油消耗率越大。8、在我国及欧洲，燃油经济性指标的单位是L/100KM，而在美国燃油经济性指标的单位是mile/USgal。9、汽车带挂车后省油的原因主要有两个，一是增加了发动机的负荷率，二是增大了汽车列车的利用质量系数。10、制动性能的评价指标主要包括制动效能、制动效能恒定性和制动时方向的稳定性。11、评定制动效能的指标是制动距离和制动减速度。12、间隙失效可分为顶起失效、触头失效和托尾失效。13、车身-车轮二自由度汽车模型，车身固有频率为2.5Hz，驶在波长为6米的水泥路面上，能引起车身共振的车速为54km/h。14、在相同路面与车速下，虽然发动机发出的功率相同，但档位越高，后备功率越小，发动机的负荷率就越高，燃油消耗率越低。15、某车其制动器制动力分配系数β=0.6，若总制动器制动力为20000N，则其前制动器制动力为1200N。16、若前轴利用附着系数在后轴利用附着系数之上，则制动时总是前轮先抱死。17、汽车稳态转向特性分为不足转向、中心转向和过多转向。转向盘力随汽车运动状态而变化的规律称为转向盘角阶段输入。18、对于前后、左右和垂直三个方向的振动，人体对前后左右方向的振动最为敏感。19、在ESP系统中，当出现向左转向不足时，通常将左前轮进行制动；而当出现向右转向过度时，通常将进行制动20、由于汽车与地面间隙不足而被地面托起、无法通过，称为间隙失效。21、在接地压力不变的情况下，在增加履带长度和增加履带宽度两个方法中，更能减小压实阻力的是增加履带长度。22、对于具有弹性的车轮，在侧向力未达到地面附着极限的情况下，车轮行驶方向依然会偏离其中心平面的现象称为轮胎的侧偏现象。23、车辆土壤推力与土壤阻力之差称为挂钩牵引力。二、选择题1、评价汽车动力性的指标是（C）C、最高车速、加速时间、最大爬坡度2、同一辆汽车，其车速增加一倍，其空气阻力提高（D）。D、4倍3、汽车行驶的道路阻力包括（A）A、滚动阻力+坡度阻力4、下列关于改善燃油经济性说法错误的是（B）B、减少档位数5、峰值附着系数对应的滑动率一般出现在（C）。C、15%~20%6、最大传动比选择时，应主要考虑以下三方面的问题（C）C、最大爬坡度、附着率、最低稳定车速7、最大地面制动力取决于（A）。A、制动器制动8、在下列制动器中，制动效能稳定性最差的是（D）。D、自增力式制动器9、在下列制动器中，制动效能稳定性最好的是（A）。A、盘式制动器10、前、后制动器制动力具有固定比值的汽车，在同步附着系数路面上制动时，将出现B、前后轮同时抱死11、下列哪种情况会引起过多转向（B）。B、前后轮侧偏角绝对值之差12、人体对垂直方向上的振动最敏感的频率范围是（D）D、4~12.5Hz13、下列哪种情况会引起不足转向（A）。A、稳定因素K>014、当汽车制动抱死时，下列说法错误的是（D）D、当前、后轮同时抱死时，汽车将出现急转现象。15、汽车转弯时的“卷入”现象是指（A）。A、前驱汽车加速转向过程中突然松油门而出现的过多转向特性16、下列方法中可以提高轮胎侧偏刚度的是（A）A、提高胎压17、汽车侧滑的原因是（B）B、车轮抱死三．问答题1、坡度阻力与道路阻力:汽车重力沿坡道的奋力;滚动阻力与坡道阻力均与道路有关且以车重成正比,两种阻力合在一起称为道路阻力.2、等速百公里油耗:汽车在一定的载荷下,以最高档位在水平良好路面等速行驶100KM所消耗燃油量3、动力因素:汽车驱动力减去空气阻力与车重的比值4、后备功率:5、制动力系数与侧向力系数:地面(侧向力)制动力与垂直载荷之比;6、制动效率与利用附着系数:车轮不锁死的最大制动强度与车轮和地面间附着系数的比值;制动强度为Z时汽车第i轴产生的地面制动力与地面对第i轴的法向反力的比值7、制动器抗热衰退性与抗水衰退性:汽车高速制动或长坡连续制动,制动效能的保持程度;汽车涉水行驶后,连续制动保证制动效能恒定的程度8、制动器制动力分配系数:对于前后制动器制动力之比为固定值的汽车其前制动器制动力与汽车总制动力之比9、接近角与离去角:汽车满载静止时,前端突出点(后端)向前轮(后轮)所引切线与地面夹角;10、牵引系数与牵引效率:单位车重的挂钩牵引力;驱动车轮输出功率与输入功率之比11、附着力与附着率:地面对车轮胎切向反作用力的极限值;地面切向反力与法向反力比值12、同步附着系数:β曲线与I曲线交点处的附着系数。13、滑水现象:在某一车速下,在胎面下的动水压力的升力等于垂直载荷,轮胎将完全漂浮于水面上与路面毫无接触.14、制动跑偏与制动侧滑:制动时汽车制动向左或向右偏驶;制动时汽车某一轴或两轴发生横向移动15、滑动率与制动力系数:汽车的实际车速减去轮速与汽车车速之比四、简答题1、滚动阻力与哪些因素有关？答：与路面种类、行驶车速及轮胎构造、材料、气压等有关2、在高速路上行驶时，轮胎气压高些好还是低些好？为什么？若在松软的沙土路面或雪面上又如何？答：气压高好,因为气压高轮胎与地面接触时变形角产生的迟滞损失小驱动力小更经济。气压低好，轮胎与地面变形大，增大接触面积动力增大，利于通过。3、为追求高的动力性，应如何换档？若追求低油耗，又该如何换档？4、在设计传动系各档传动比时，应遵循怎样的基本原则？变速器各挡传动比基本按等比级数分配1）发动机工作范围都相同，加速时便于操纵；2）各挡工作所对应的发动机功率都较大，有利于汽车动力性；3）便于和副变速器结合，构成更多挡位的变速器。5、为降低空气阻力可采取哪些措施？6、从保证制动时方向稳定性出发，对制动系的要求是？制动时汽车按给定路径行驶的能力。在制动中不发生跑偏、侧滑或失去转向能力的性能。7、汽车的稳态转向特性分为哪三种类型？一般汽车应具有什么样的转向特性？答：不足转向,中性转向,过多转向；.8、汽车满载和空载时是否具有相同的操纵稳定性？答：不是。空载时的汽车M小于满载的，即满载的K更大操纵稳定性更好。9、车辆稳定性控制系统（VSC）的控制原理是什么？答：在大侧向加速度，大侧偏角的极限情况下工作，利用左，右两侧制动力之差产生的横摆力偶矩来防止出现难以控制的侧滑现象。10、在制动过程中，若只有前轮抱死或前轮先抱死，会出现什么情况？如果只有后轴抱死或后轴先抱死又如何？最理想的制动情况是？答：在制动过程中，只有前轮抱死或者前轮先抱死拖滑，汽车基本上沿直线向前行驶（减速停车），处于稳定状态；如果只有后轴抱死或者后轴先抱死且车速超过一定值时，汽车在轻微侧向力作用下就会发生侧滑（防止任何车轮抱死，前后车轮都处于滚动状态）。11、纵向通过角和最小离地间隙对汽车通过性有何影响？答：纵向通过角与最小离地间隙越大，顶起失效的可能性越小，汽车的通过行越好。12、横向稳定杆起什么作用?其装在前悬架与后悬架效果有何不同?答：增大悬架抗侧倾能力，在前增大不足转向，在后减小不足转向。五、计算题1.一轿车驶经过有积水层的一良好路面公路，当车速为100Km/h时要进行制动。问此时有无可能出现滑水现象而丧失制动能力？轿车轮胎的胎压为179.27kpa。答：由Home等根据实验数据给出的估算滑水车速的公式所以，车速为100Km/h进行制动可能出现滑水现象。V=6.34*跟号p1.8一轿车的有关参数如下：总质量1600kg；质心位置：a=1450mm,b=1250mm,hg=630mm；发动机最大扭矩Memax=140Nm2，Ⅰ档传动比i1=3.85；主减速器传动比i0=4.08；传动效率ηm=0.9；车轮半径r=300mm；飞轮转动惯量If=0.25kg·m2；全部车轮惯量∑Iw=4.5kg·m2(其中后轮Iw=2.25kg·m2,前轮的Iw=2.25kg·m2)。若该轿车为前轮驱动，问：当地面附着系数为0.6时，在加速过程中发动机扭矩能否充分发挥而产生应有的最大加速度？应如何调整重心在前后方向的位置（b位置），才可以保证获得应有的最大加速度。若令为前轴负荷率，求原车得质心位置改变后，该车的前轴负荷率。分析：本题的解题思路为比较由发动机扭矩决定的最大加速度和附着系数决定的最大加速度的大小关系。如果前者大于后者，则发动机扭矩将不能充分发挥而产生应有的加速度。解：忽略滚动阻力和空气阻力，若发动机能够充分发挥其扭矩则；＝6597.4N；=1.42；解得。前轮驱动汽车的附着率；等效坡度。则有，Cφ1＝0.754>0.6,所以该车在加速过程中不能产生应有的最大加速度。为在题给条件下产生应有的最大加速度，令Cφ1＝0.6，代入q=0.297，hg=0.63m，L=2.7m，解得b≈1524mm，则前轴负荷率应变为b/L=0.564，即可保证获得应有的最大加速度。速度。1.9一辆后轴驱动汽车的总质量2152kg,前轴负荷52％，后轴负荷48％，主传动比i0=4.55，变速器传动比：一挡：3.79，二档：2.17，三档：1.41，四档：1.00，五档：0.86。质心高度hg＝0.57m，CDA=1.5m2，轴距L=2.300m，飞轮转动惯量If=0.22kg·m2，四个车轮总的转动惯量Iw=3.6kg·m2，车轮半径r＝0.367m。该车在附着系数的路面上低速滑行曲线和直接档加速曲线如习题图1所示。图上给出了滑行数据的拟合直线v=19.76-0.59T，v的单位km/h，T的单位为s，直接档最大加速度amax＝0.75m/s2（ua＝50km/h）。设各档传动效率均为0.90，求：1） 汽车在该路面上的滚动阻力系数。2） 求直接档的最大动力因数。3） 在此路面上该车的最大爬坡度。解：1）求滚动阻力系数汽车在路面上滑行时，驱动力为0，飞轮空转，质量系数中该项为0。。行驶方程退化为：，减速度：。根据滑行数据的拟合直线可得：。解得：。2）求直接档最大动力因数直接档：。动力因数：。最大动力因数：。3）在此路面上该车的最大爬坡度由动力因数的定义，直接档的最大驱动力为：最大爬坡度是指一挡时的最大爬坡度：以上两式联立得：由地面附着条件，汽车可能通过的最大坡度为：。所以该车的最大爬坡度为0.338。一、填空以及有关的选择1、汽车动力性评价指标：（1）汽车的最高车速umax；（2）汽车的加速时间t；（3）汽车的最大爬坡度imax。2、原地起步加速时间和超车加速时间来表明汽车的加速能力。3、汽车的行驶阻力有滚动阻力Ff、空气阻力Fw、坡度阻力Fi、加速阻力Fj。4、汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的油耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。我国及欧洲，燃油经济性指标的单位为L/100km5、汽车动力装置参数是指发动机的功率、传动系的传动比。6、确定最大传动比时，要考虑三方面的问题：最大爬坡度、附着率以及汽车最低稳定车速7、制动性的评价指标包括：制动效能、制动效能恒定性、制动时汽车的方向稳定性。8、只有汽车具有足够的制动器制动力，同时地面又提供高的附着力时，才能获得足够的地面制动力。9、附着系数的数值主要决定于道路的材料、路面的状况与轮胎结构、胎面花纹、材料以及汽车运动的速度等因素。10、评价制动效能的指标是制动距离和制动减速度。11、决定汽车制动距离的主要因素是：制动器起作用时间、最大制动减速度即附着力（最大制动器制动力）以及起始制动车速。12、增力式制动器恒定性差，盘式制动器恒定性好。13、汽车的稳态响应特性有三种类型：不足转向、中性转向、过多转向。14、高宽比对轮胎侧偏刚度影响很大，采用高宽比小的轮胎是提高侧偏刚度的主要措施。15、稳态响应的三种类型：1）当K=0时，中性转向；2）当K＞0时，不足转向。当不足转向量增加时，K增大，特征车速降低；3）当K＜0时，过多转向。临界车速越低，过多转向量越大。16、（1），中性转向；（2），,不足转向；（3），过多转向。17、椅面水平轴向的频率加权函数最敏感的频率范围是0.5～2Hz。18、汽车支承通过性的指标评价：牵引系数、牵引效率及燃油利用指数。19、汽车通过性几何参数包括最小离地间隙、纵向通过角、接近角、离去角、最小转弯直径等。二、名词解释1、 滚动阻力系数：是车轮在一定条件下滚动时所需之推力与车轮负荷之比。2、 驻波现象：在高速行驶时，轮胎离开地面后因变形所产生的扭曲并不立即恢复，其残余变形形成了一种波，这就是驻波。3、 坡度阻力：汽车重力沿坡道的分力。4、 附着力：地面对轮胎切向反作用力的极限值（最大值）5、 附着条件：地面作用在驱动轮上的切向反力小于驱动轮的附着力。6、 后备功率：发动机功率与滚动阻力和空气阻力消耗的发动机功率的差值。即7、 比功率：单位汽车总质量具有的发动机功率，单位：kW/t。8、 制动器制动力：在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的切向力称为制动器制动力。9、 制动力系数：地面制动力与作用在车轮上的垂直载荷的比值。10、 峰值附着系数:制动力系数最大值称为峰值附着系数。一般出现在s=15%~20%。11、 滑动附着系数：s=100%的制动力系数称为滑动附着系数。12、 侧向力系数：地面作用于车轮的侧向力与车轮垂直载荷之比。13、 制动器的热衰退：制动器温度上升后，制动器产生的摩擦力矩常会有显著下降，这种现象称为制动器的热衰退。14、 f线组：后轮没有抱死、前轮抱死时，前、后轮地面制动力的关系曲线。15、 r线组：前轮没有抱死、后轮抱死时，前、后轮地面制动力的关系曲线。16、 中性转向点：使汽车前、后轮产生相等侧偏角的侧向力作用点。17、 静态储备系数S.M.：中性转向点到前轮的距离与汽车质心到前轴距离a之差与轴距L之比。18、 .牵引系数TC：单位车重的挂钩牵引力（净牵引力）。19、 牵引效率（驱动效率）TE：驱动轮输出功率与输入功率之比。20、 燃油利用指数Ef：单位燃油消耗所输出的功，。21、 间隙失效：汽车与地面间的间隙不足而被地面托住，无法通过的情况。22、 顶起失效：当车辆中间底部的零件碰到地面而被顶住的情况。23、 接近角γ1：汽车满载、静止时，前端突出点向前轮所引切线与地面间的夹角。三、简答影响汽车燃油经济性的因素有哪些？答：影响汽车燃油经济性的因素包括：一、使用方面：1、行驶车速；2、挡位选择；3、挂车的应用；4、正确地保养与调整。二、汽车结构方面：1、汽车尺寸和质量；2、发动机；3、传动系；4、汽车外形与轮胎。三、使用条件：1、行驶的道路；2、交通情况；3、驾驶习惯；4、气候状况。挡位数多少，对汽车动力性和燃油经济性有什么影响？。答：就动力性性而言，挡位数多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速和爬坡能力。就燃油经济性而言，挡位数多，增加了发动机在低燃油消耗率转速区工作的可能性，降低了油耗。制动时汽车制动跑偏的原因是什么？答：（1）、汽车左、右车轮，特别是前轴左、右车轮（转向轮）制动器的制动力不相等。(2)、制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上的不协调（互不干涉）。四、计算1、已知某汽车的总质量m=4600kg,CD=0.75,A=4m2,旋转质量换算系数δ1=0.03,δ2=0.03,坡度角α=5°,f=0.015,车轮半径=0.367m，传动系机械效率ηT=0.85,加速度du/dt=0.25m/s2,ua=30km/h,计算汽车克服各种阻力所需要的发动机输出功率？2、已知某汽车质量为m=4000kg,前轴负荷1350kg,后轴负荷为2650kg,hg=0.88m，L=2.8m同步附着系数为φ0=0.6，试确定前后制动器制动力分配比例。,解：由合力矩定理：质心到后轴中心线的距离为：同步附着系数：解得β=0.526前后制动器制动力分配比例：3、某轿车的轴距L=3.0m,质心至前轴距离L1=1.55m,质心至后轴距离L2=1.45m,汽车围绕oz轴的转动惯量Iz=3900kg·m2,前轮总侧偏刚度为-7000N/rad,后轮总侧偏刚度为-110000N/rad,转向系总传动比i=20,汽车的总质量为2000kg,侧面加速度为0.4g时汽车前后轮侧偏角绝对值之差及车速25m/s时转向半径比值R/R0。解：稳定性因数为前后轮侧偏角绝对值之差为转向半径比值为：