《汽车理论》课后参考答案

1、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

2、变大。即滚动时有滚动阻力偶矩 TfFza阻碍车轮滚动。Tf3）作用形式：滚动阻力 卜f 皿 F f （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H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H档起步加速至 70km/h的加速时间。轻型货车的有关数据：汽

3、油发动机使用外特性的Tq n曲线的拟合公式为nn 2n 3n 4Tq13 259.27（醯）他创鎰）40.874（而）3.8445（融）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nmi n=600r/min装载质量整车整备质量总质量车轮半径传动系机械效率 波动阻力系数 空气阻力系数x迎风面积 主减速器传动比飞轮转功惯量 二前轮转动惯量,最高转速 nmax=4000 r/min2000kg1800kg3880 kg0.367 m nT = 0.85 f = 0.0132CDA = 2.77mi0 = 5.832If = 0.218kg m 2Iw1 = 1.

4、798kg m21持113mH! VS四高变遞器6.093.09L71l.ffl5.5fiL6WLOO0.7（满载）四后轮转功惯量 变速器传动比轴距质心至前铀距离质心高（满载）L =3.2m a = 1.947m hg= 0.9mIw2 = 3.598kg m ig（数据如下表）解答:1）（取四档为例）FtTqFtTqTq1913 25922165440874益0338440 . 377 rn行驶阻力为Ff Fw :Ff Fw Gf 盂U494.312 0.131Ua2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nmin 600r/min , nmax 4000r/min ,取六个点分

5、别代入公式:2）最高车速:有 FtFfFwFt494.312 0.131U分别代入Ua和Ft公式:Tq *6.9*5.83*0.850.367494.3120.131(0.377* 0.3697n5.83*6.09把Tq的拟和公式也代入可得:n4000而 nm ax 4000 r/minU max0.367* 40001.0*5.8394.93 Km/h最大爬坡度:挂I档时速度慢,FiFtmaxFw可忽略:(Ff Fw)GiFt maxGfFt max i maxG=0.366144003880*9.80.013（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:Fi iFZaTlil_

6、0.366*3.2a 1.9470.63）绘制汽车行驶加速倒数曲线（已装货）：40.06261_da du g(D f)（DFt FwG为动力因素）II时,11.798 3.59838000.367238000.36722. 21 0.218* 3.092*5.832 * 0.85 f i g i 0 T2m r1.128FtTq i gi oTq19-13 25927(卷)165.44(1000)2 40.874(1000)3 38445(金)4CdA21.15由以上关系可由计算机作出图为:(E 亠&L.c二1Q203040snIT用计算机求汽车用W档起步加速至 70km/h的加速时间。（注

7、：载货时汽车用H档起步加速不能至 70km/h） 由运动学可知：1 dt du a11t du A“o a1Ua即加速时间可用计算机进行积分计算求出，且 a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

8、度出发这些动力性指标：umax ,i,tjPe-PftCd APvGf3U a m ax360076140U a m ax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)1.6、超车时该不该换入低一档的排档？答：可参看不同i。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，更易于达到较咼车速1.7、统计数据表明，装有0.52L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

9、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= 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 = 2.00m2 , f = 0.02,5= 1.00。答：1对于F-F型轿车：最大驱动力等于前轮附着力FxbmaxF Fz 61.5%mg对于F-R型轿车: 最大驱动力等于后轮附着力Fxbm

10、axF Fz (1 55.7%)mg44.3%mg显然F-F型轿车总的附着力利用情况较好2 (1)对于 0.2 :FxbmaxFFz1928.64N_ - . _ 2极限车速：FxbmaxFfFw Gf 21.15UaUamax 194.8km/h极限爬坡度:Ff Fi Gf Gii maxF xb maxi max1600*9.80.13极限加速度:Ff Fj GfdUm dt(dU)maxdtF Gf1.01km/(hs)(2)同理可有：当0.7 时,U amax388.0km/hi max0.4105dU(max 4.023km/(hs)1.8、一轿车的有关参数如下：总质量 1600kg

11、;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il = 0.385;主减速器传动比io =4 . 08;传动效率n m = 0.9 ;车轮半径r = 300mm;飞轮转动惯量If = 2 20.25kg m ；全部车轮的转动惯量刀Iw = 4.5kg m (其中，前轮的lw = 2.25 kg m2，后轮的 Iw = 2.25 kg 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（即b值），才可以保证获得

12、应有的最大加速度。若令b x 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1 Iw 1 I fi2. 2g Io t2r代入数据有： =1.4168若地面不发生打滑，此时,地面最大驱动力Fxb1maxF tTtqi gi 0 tFxb1max6597.36N由于不记滚动阻力与空气阻力，即Ff 、 Fw0这时汽车行驶方程式变为FtF| FjTtq 1 g 1 0 t G|du m 一 dt当 TqM eMax140N M代入有:/du、(dT)max 2.91再由Fz1 G 十hg Gsin Ldu md

13、tFwGbL将（dU）max代入上试有dthgdum L dtFz1min6180.27N此时:Fzi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调整:要使发动机扭矩能否充分发挥，则:应使：Fz1其中：Fxb16597.36N 不变，则由公式：Fz1b hgduGmLLdt得出:b=1704.6mmF xb1b前轴负荷率为：I*100%1704.6(1250 1450)100%63.1%1.9、一辆后袖驱动汽车的总质量2152kg，前轴负何52%，后轴负何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. 8

14、6。质心高度 hg = 0.57m, CdA = 1.5m2，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 m2，车轮半 径r = 0.367m。该车在附着系数 W = 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 a max = 0.75m/s （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。低速滑行曲线与

15、直接挡加速度曲线50习题Q 滑行试验h）加速试验答: 1由汽车行驶方程式FtFfFwFi Fj低速滑行时，Fw0 , Fj 0此时:FtFf由低速滑行曲线拟台直线公式可得dv gdt_(19.76_0.59T)gdt.6 （此处参考答案有误，应注意T的单位换算）2直接档，ig 1以四档为例先求汽车质量换算系数2. 21 I f i g i0 T代入数据得:1.0266再有动力因素公式:dUgdt其中:0.060所以:D maxg (罟)max而：(巴)maxdt0.75m/s2D max0.060 1.0266 *0.75* 3.69.810.342553由D max(du)max可得，最大爬

16、坡度为:1 maxD maxfi max0.28255max16.41第二章2.1、“车开得慢，油门踩得小，就一定省油”，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。 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。 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：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

17、功率，充分发挥了内燃机的功率，大地改善了汽车动力性。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:i0.377 出 A ioUa Uar（式中A为对某汽车而言的常数A 0.377 ）io当汽车一速度Ua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ne。将Ua，n；代入上式，即得无级变速器应有的传动比i。带同一 植

18、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：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。汽车外形与轮胎降低 CD 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） 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，

19、 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。 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。 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

20、性。负荷特 性曲线的拟合公式为2 3 4b B0 B1Pe B2Pe2 B3Pe3 B4Pe4式中，b为燃油消耗率g/（kw. h）;Pe为发动机净功率（kw）。亠SN?习題图2汽油发动机的负荷恃性与万有转件负荷将性 b)力有特n1llr/wtir 2lhnrrmri 3I614r/mm A2OI2r/ma ,_26O3r/mi0,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。；

21、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.转向，时为不足转向，1 时为不足转向， R/R0=1 时为中性转向， R/R00 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。55 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。56 主

22、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。57 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

23、 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。59 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：Km abL2 k2k1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Oz轴转动惯量Iz 3885kg m2轴距 L=3.0

24、48m质心至前轴距离质心至后轴距离前轮总侧偏刚度后轮总侧偏刚度转向系总传动比 试求：a=1.463mb=1.585mk162618N/radk2110185 N / radi=201）稳定性因数K、特征车速uch2）稳态横摆角速度增益曲线）s-Ua车速u=22.35m/s时的转向灵敏度 SW3）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a1 a2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:m abK 2L2 k2k1特征车速uch2)转向灵敏

25、度u LKu23)1ayLRoRo4)固有圆频率 0阻尼比金 反应时间arctg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uch。证明:特征车速uch= .1/K，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u Ls 1 Ku2特征车速uchu，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R/Roay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swo ,然后驾驶员控制转向盘使汽车始终在

26、圆周上以低速持续加速行驶。随着车速的提高，转向盘转角sw （一般）将随之加大。记录下sw角，并以亠 ay曲线来评价汽车的转向特性，试证 上1 Ku2，说sw0sw0明如何根据亠ay曲线来判断汽车的转向特性。sw02证明：转向半径R - U1 KU L 1 Ku2 RorU L1 Ku2二 1 Ku2 = sw0R05. 14习题图4是滑柱连杆式独立悬架（常称为Me Pherson strut suspnsion）示意图。试证：1）R.C.为侧倾中心。2）悬架的侧倾角刚度为K r 2ks（mP），式中ks为一个弹簧的（线）刚度。n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）

27、证明参考书P135-1365. 15试求计算稳态响应质心侧偏角增益一）s的公式，并求题 5. 11中轿车在u=31. 3m/s（70 mile/ h）、ay 0.4g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，v=0, - =0,消去r -）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.

28、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6.1、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,aw和加权振级Law，23Ga ( f )=0.1 m s。求在0.580Hz频率范围加权加速度均方根值并由表6-2查出相应人的主观感觉。答

29、：aw :W2(f)Ga(f)df220.5* 0.1 df0.54 0.1 df2 412.51 0.1 df8012 .524.28Law20Lg)ao24.28、 g(研)147.70查P173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Gq(n)2.56* 10 8m,参考空间频率no=0.1 m-1。画出路面垂直位移、速度和加速度 Gq(f)、Gq(f)、Gq(f)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：Gq(f)Gq(n。) n。2 吕8 2 202.56* 10 8 * 0.1 J5.12*10 9 AGq(f)2 24Gq(

30、n。)n。 u4 2 * 2.56*10 8* 0.12 * 20-72.02*107Gq(f)16 4Gq( n0) n02uf216 4 * 2.56* 10 8* 0.12 * f23.99* 10-7 f26.3、设车身车轮二自由度汽车模型，其车身部分固有频率fo = 2Hz。它行驶在波长入 =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f t=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入=?答：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:Ua fo 5*210m/s搓板路的波长：30/3.65m10 6J/Hz6.4、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Gz( f ),画出其谱图，并习题图6车身单质量系统的幅频特性计算0.110Hz频率范围车身加速度的均方根值z 。答：Gz(f)(2 f)2 - Gq