汽车理论课后题答案

1、名师整理 _优秀资源第一章汽车的动力性1.1试说明轮胎滚动阻力的定义，产生机理和作用形式。答：车轮滚动时，由于车轮的弹性变形、路面变形和车辙摩擦等原因所产生的阻碍汽车行驶的力称为轮胎滚动阻力。产生机理和作用形式：Fz并不沿车（1）弹性轮胎在硬路面上滚动时，轮胎的变形是主要的，由于轮胎有内部摩擦，产生弹性迟滞损失，使轮胎变形时对它做的功不能全部回收。由于弹性迟滞，地面对车轮的法向作用力并不是前后对称的，这样形成的合力轮中心（向车轮前进方向偏移 a）。如果将法向反作用力平移至与通过车轮中心的垂线重合，贝U有一附加的滚动阻力偶矩Tf二Fz a。为克服该滚动阻力偶矩，需要在车轮中心加一推力Fp与地面切

2、向反作用力构成一力偶矩。（2）轮胎在松软路面上滚动时，由于车轮使地面变形下陷，在车轮前方实际形成了具有一定坡度的斜面，对车 轮前进产生阻力。（3 ）轮胎在松软地面滚动时，轮辙摩擦会引起附加阻力。（4）车轮行驶在不平路面上时，引起车身振荡、减振器压缩和伸长时做功，也是滚动阻力的作用形式。 1.2滚动阻力系数与哪些因素有关？答：滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料和气压有关。这些因素对滚动阻力系数的具体 影响参考课本P9。1.3确定一轻型货车的动力性能（货车可装用 4挡或5挡变速器，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）求汽车最高车速，最大爬坡

3、度及克服该坡度时相应的附着率。3） 绘制汽车行驶加速度倒数曲线，用图解积分法求汽车用2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 2档起步加速行驶至 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Tq 二-19.313 295.27()-165.4440.874(1000 1000 1000式中，Tq为发动机转矩（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。装载质里2000kg整车整备质里1800kg总质量3880kg车轮半径0.367m传动

4、系机械效率n t=0.85滚动阻力系数f=0.013空气阻力系数池风面积2CDA=2.77m主减速器传动比i 0=5.83飞轮转动惯量2If=0.218kg?m二前轮转动惯量2Iw1=1.798kg ?m四后轮转动惯量2Iw2=3.598kg ?m变速器传动比ig（数据如下表）3一3.8445（盘4质心至前轴距离（满载）质心高（满载）I档n档川档"档V档四档变速器丁6.093.091.711.00-五档变速器5.562.7691.6441.000.793轴距L=3.2ma=1.974mhg=0.9m分析：本题主要考察知识点为汽车驱动力-行使阻力平衡图的应用和附着率的计算、等效坡度的概

5、念。只要对汽车行使方程理解正确，本题的编程和求解都不会有太大困难。常见错误是未将车速的单位进行换算。2） 首先应明确道路的坡度的定义i二tan。求最大爬坡度时可以对行使方程进行适当简化，可以简化的内容包 括两项cos和si ：、ta n ，简化的前提是道路坡度角不大，当坡度角较大时简化带来的误差会增大。计算时， 要说明做了怎样的简化并对简化的合理性进行评估。3）已知条件没有说明汽车的驱动情况，可以分开讨论然后判断，也可以根据常识判断轻型货车的驱动情况。解：1）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图汽车驱动力Ft= Ttqigio七r行驶阻力 Ff+Fw + Fi+Fj = G?f + CD A U2+

6、G?i+ m dU21.12dtr n发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为：ua = 0.377igio由本题的已知条件，即可求得汽车驱动力和行驶阻力与车速的关系，编程即可得到汽车驱动力与行驶阻力平衡图。2）求汽车最高车速，最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率 由1）得驱动力与行驶阻力平衡图，汽车的最高车速出现在 5档时汽车的驱动力曲线与行驶阻力曲线的交点处,2Uamax= 99.08m/s。 汽车的爬坡能力，指汽车在良好路面上克服Ff Fw后的余力全部用来（等速）克服坡度阻力时能爬上的坡度，*Ft-(Ff +Fw)i = tan arcsinIG 丿而汽du此时一 =0 ,因此有Fi二Ft

7、 - Ff Fw ,可得到汽车爬坡度与车速的关系式:dt车最大爬坡度imax为I档时的最大爬坡度。利用 MATLAB计算可得，imax= 0.352。如是前轮驱动，C hgL相应的附着率C 1为1.20，不合理，舍去。如是后轮驱动，a hgl 7q相应的附着率C 2 为 0.50。名师整理优秀资源3）绘制汽车行驶加速度倒数曲线，求加速时间 求得各档的汽车旋转质量换算系数-如下表所示:汽车旋转质量换算系数i档n档川档"档V档,d Z Iw lfi20T6 9 十2+g 2mrmr1.38291.10271.04291.02241.0179利用MATLAB画出汽车的行驶加速度图和汽车的加

8、速度倒数曲线图:结26.0s。忽略原地起步时的离合器打滑过程，假设在初时刻时，汽车已具有n档的最低车速。由于各档加速度曲线不相交（如图三所示），即各低档位加速行驶至发动机转速达到最到转速时换入高档位；并且忽略换档过程所经历的时间果用MATLAB!出汽车加速时间曲线如图五所示。如图所示，汽车用H档起步加速行驶至 70km/h的加速时间约为附录MATLAB程序公用部分n=600:10:4000;Tq=-19.313+295.27*( n/1000)-165.44*( n/1000).A2+40.874*(n/1000).A3-3.8445.*( n/1000).A4 m=3880;g=9.8;G=

9、m*g;yitaT=0.85;r=0.367;f=0.013;CdA=2.77;i0=5.83;lf=0.218;lw1= 1.798;Iw2=3.598;L=3.2;a=1.947;hg=0.9;ig=5.56 2.769 1.644 1.00 0.793;Ff=G*f;Ft仁 Tq*ig(1)*i0*yitaT/r;Ft2=Tq*ig(2)*iO*yitaT/r;Ft3=Tq*ig (3) *i0*yitaT/r;Ft4=Tq*ig(4)*i0*yitaT/r;Ft5=Tq*ig (5) *i0*yitaT/r;ua1=0.377*r* n/ig(1)/i0;ua2=0.377*r* n/

10、ig(2)/i0;ua3=0.377*r* n/ig( 3)/i0;ua4=0.377*r* n/ig(4)/iO;ua5=0.377*r* n/ig( 5)/i0;求驱动力-行驶阻力平衡图ua=0:5:120Ff=G*f;Fw=CdA*ua.A2/21.15;Fz=Ff+Fwplot(ua1,Ft1,ua2,Ft2,ua3,Ft3,ua4,Ft4,ua5,Ft5,ua,Fz)title('驱动力-行驶阻力平衡图')xlabel('ua-km/h')ylabel('F-N')gtext('Ft1'),gtext('Ft2&

11、#39;),gtext('Ft3'),gtext('Ft4'),gtext('Ft5'),gtext('Ff+Fw')求一挡最大爬坡度Ftt= Ft1-Fzimax=ta n(asi n( max(Ftt/G);imax求行驶加速度曲线、加速度倒数曲线图deta1=1+(Iw1+Iw2)/(m*rA2)+(If*(ig(1)A2*i0A2*yitaT)/(m*rA2);deta2=1+(Iw1+Iw2)/(m*rA2)+(If*(ig(2)A2*i0A2*yitaT)/(m*rA2);deta3=1+(Iw1+Iw2)/(m*rA

12、2)+(If*(ig(3)A2*i0A2*yitaT)/(m*rA2);deta4=1+(Iw1+Iw2)/(m*rA2)+(If*(ig(4)A2*i0A2*yitaT)/(m*rA2);deta5=1+(Iw1+Iw2)/(m*rA2)+(If*(ig(5)A2*i0A2*yitaT)/(m*rA2);a1=(Ft1-Ff-Fw1)/(deta1*m);i nv_a1=1./a1;a2=(Ft2-Ff-Fw2)/(deta2*m);i nv_a2=1./a2;a3=(Ft3-Ff-Fw3)/(deta3*m);i nv_a3=1./a3;a4=(Ft4-Ff-Fw4)/(deta4*m);

13、i nv_a4=1./a4;a5=(Ft5-Ff-Fw5)/(deta5*m);i nv_a5=1./a5Plot(ua1,a1,ua2,a2,ua3,a3,ua4,a4,ua5,a5)axis(0 99 0 2.5)title('汽车的行驶加速度曲线')xlabel('ua-km/h')ylabel('a-m/sA2')plot(ua1,i nv_a1,ua2,i nv_a2,ua3,i nv_a3,ua4,i nv_a4,ua5,i nv_a5)axis(O 99 0 10)title('汽车的加速度倒数曲线')gtext(&

14、#39; I ')gtext(' n ')gtext('川')gtext('W ')gtext(' V ')求加速时间曲线图m=3880;g=9.8;G=m*g;yitaT=0.85;r=0.367;f=0.013;CdA=2.77;i0=5.83;lf=0.218;lw1= 1.798;lw2=3.598;L=3.2;a=1.947;hg=0.9;ig=5.56 2.769 1.644 1.00 0.793;nmin=600;nm ax=4000;u1=0.377*r* nmin ./ig/iO;u2=0.377*r*

15、nm ax./ig/i0;deta=0*ig;for i=1:5deta(i)=1+(Iw1+Iw2)/(m*rA2)+(If*(ig(i)A2*i0A2*yitaT)/(m*rA2);enddeta_u=0.01;ua=6:deta_u:99;N=le ngth(ua); n=0;Tq=0;Ft=0;i nv_a=0*ua;delta=0*ua;Ff=G*f;Fw=CdA*ua.A2/21.15;for i=1:Nk=i;if ua(i)<=u2 (2)n=ua(i)*(ig (2)*i0/r)/0.377;Tq=-19.313+295.27*( n/1000)-165.44*( &q

16、uot;1000)人2+40.874*( "1000)人3-3.8445*(门/1000)人4;Ft=Tq*ig (2)*i0*yitaT/r;in v_a(i)=(deta (2)*m)/(Ft-Ff-Fw(i);delta(i)=deta_u*i nv_a(i)/3.6;elseif ua(i)<=u2 (3)n=ua(i)*(ig (3)*i0/r)/0.377;Tq=-19.313+295.27*( n/1000)-165.44*( "1000)人2+40.874*( "1000)人3-3.8445*(门/1000)人4;Ft=Tq*ig (3)*i

17、0*yitaT/r;in v_a(i)=(deta(3)*m)/(Ft-Ff-Fw(i);delta(i)=deta_u*i nv_a(i)/3.6;elseif ua(i)<=u2 (4)n=ua(i)*(ig (4) *i0/r)/0.377;Tq=-19.313+295.27*( n/1000)-165.44*( "1000)人2+40.874*( "1000)人3-3.8445*(门/1000)人4;Ft=Tq*ig (4) *i0*yitaT/r;in v_a(i)=(deta (4) *m)/(Ft-Ff-Fw(i);delta(i)=deta_u*i n

18、v_a(i)/3.6;名师整理优秀资源elsen=ua(i)*(ig (5)*i0/r)/0.377;Tq=-19.313+295.27*( n/1000)-165.44*( "1000)2+40.874*( "1000)7-3.8445*( n/1000)A4;Ft=Tq*ig (5)*i0*yitaT/r;in v_a(i)=(deta(5)*m)/(Ft-Ff-Fw(i);delta(i)=deta_u*i nv_a(i)/3.6;enda=delta(1:k);t(i)=sum(a);endplot(t,ua),gridaxis(0 100 0 60)title(&

19、#39;汽车加速时间曲线')xlabel('t-s')ylabel('ua-km/h')1.4空车、满载时汽车动力性有无变化？为什么？答：动力性会发生变化。因为满载时汽车的质量会增大，重心的位置也会发生改变。质量增大，滚动阻力、坡度 阻力和加速阻力都会增大，加速时间会增加，最高车速降低。重心位置的改变会影响车轮附着率，从而影响最大爬坡 度。1.5如何选择汽车发动机功率？答：发动机功率的选择常先从保证汽车预期的最高车速来初步确定。若给出了期望的最高车速，选择的发动机功1 GfC A率应大体等于，但不小于以最高车速行驶时的行驶阻力功率之和，即Pe二丄(一Ua

20、max D U3amax)。叫 360076140在实际工作中，还利用现有汽车统计数据初步估计汽车比功率来确定发动机应有功率。不少国家还对车辆应有的 最小比功率作出规定，以保证路上行驶车辆的动力性不低于一定水平，防止某些性能差的车辆阻碍车流。1.6超车时该不该换入低一挡的排挡？答：超车时排挡的选择，应该使车辆在最短的时间内加速到较高的车速，所以是否应该换入低一挡的排挡应该由 汽车的加速度倒数曲线决定。如果在该车速时，汽车在此排档的加速度倒数大于低排挡时的加速度倒数，则应该换入 低一档，否则不应换入低一挡。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.)

21、轿车，其平均的前轴负 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轿车在 片0.2及0.7路面上的附着力，并求由附着力所决定的极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) o其它有关参数为：2m=1600kg, G)=0.45, A=2.00m , f =0.02, S 1.00。分析：分析本题的核心在于考察汽车的附着力、地面法

22、向反作用力和作用在驱动轮上的地面切向反作用力的理解 和应用。应熟知公式(1-13)(1-16)的意义和推导过程。分析1 )比较附着力利用情况，即比较汽车前( F.F )、后轮(F.R.)地面切向反作用力与地面作用于前( F.F )、后轮(F.R.)的法向反作用力的比值。解题时应注意，地面法向发作用力包括静态轴荷、动态分量、空气升力和滚动阻力偶矩产生的部分，如若进行简化要对简化的合理性给予说明。地面作用于车轮的地面切向反作用力则包括滚动阻力和空气阻力的反作用力。1 - 15),由2)求极限最高车速的解题思路有两个。一是根据地面作用于驱动轮的地面切向反作用力的表达式(附着系数得到最大附着力，滚动阻

23、力已知，即可求得最高车速时的空气阻力和最高车速。二是利用高速行驶时驱动轮 附着率的表达式，令附着率为附着系数，带入已知项，即可求得最高车速。常见错误：地面切向反作用力的计算中滚动阻力的计算错误，把后轮的滚动阻力错计为前轮或整个的滚动阻力。具体见1.3题的分析。但经过公式推导3）最极限最大爬坡度时依然要明确道路坡度的定义和计算中的简化问题,本题可以不经简化而方便得求得准确最大爬坡度。解：1.比较采用F.F及F.R.形式时的附着力利用情况i对于前置发动机前轮驱动（F.F.）式轿车，1 2空气升力 FZW1 = CLf A ur，由m=1600kg，平均的前轴负荷为汽车总重力的 61.5%,静态轴荷

24、的法向反作用力Fzs1 = 0.615X1600X9.8 = 9643.2N 汽车前轮法向反作用力的简化形式为：1 2Fz1= Fzs1-Fzw1 = 9643.2 CLf A ： ur2地面作用于前轮的切向反作用力为：Fx1 = Ff2+Fw = 0.385Gf处 U； = 120.7+ 2Au：21.1521.1512°.7歸疋附着力利用情况：匚F乙9643.2 CLf A2ii对于前置发动机后轮驱动（F.R.）式轿车同理可得:174.7 "CDAu；21.15X1Fx2 _Fz2 69462冲廿以此可得鸟：皂,前置发动F Z1FZ2般地，CLr与CLf相差不大，且空气

25、升力的值远小于静态轴荷的法向反作用力, 机前轮驱动有着更多的储备驱动力。结论：本例中，前置发动机前轮驱动（F.F）式的轿车附着力利用率高。2.对F.F.式轿车进行动力性分析1）附着系数=0.2时i求极限最高车速：忽略空气升力对前轮法向反作用力的影响，FZ1= 9643.2 N。最大附着力 F1= |_Fz1=1928.6 N。令加速度和坡度均为零，则由书中式（1- 15）有：FFxFw+F ,则 Fw 二 F 1 -忌=1928.6-0.02X0.385X1600X9.8= 1807.9 NCdA21.152uamax由此可推出其极限最高车速:Uamax = 206.1 km/h。ii>

26、求极限最大爬坡度计算最大爬坡度时加速度为零，忽略空气阻力。bhg前轮的地面反作用力Fz1 =G（cosg _Sin a）最大附着力F1_Fz1a由书中式（1- 15）,有 Ftp 二FiFi+Ff? =Gsin a + GL：Lcosafb® -af以上三式联立得：imax = ta n= 0.095。maxL+hg®iii求极限最大加速度：令坡度阻力和空气阻力均为0, Fz1= 9643.2 NF 1= LFz1 = 1928.6N由书中式（1 15） F 1 =FX1 =Ff2mamax解得 amax =1.13。2）当附着系数Q= 0.7时，同理可得：最咼车速：Uam

27、ax = 394.7 km/h。最大爬坡度：imax =0.347。最大加速度：amax =4.14方法二：忽略空气阻力与滚动阻力，有：b / lq 二，最大爬坡度imax =q，最大加速度amaq.g1/hg /L所以，=0.2 时，imax =0.118,amax =1.16m/s2。= 0.7 时,imax = 0.373,amax = 3.66m/s21.8 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 h=3.85 ;主减速器传动比i°=4.08 ;传

28、动效率n m=0.9 ;车轮半径 r=300mm ;飞轮转动惯量If=0.25kg m2；全部车轮惯量2 2 2EI w=4.5kg m （其中后轮Iw=2.25 kg m ,前轮的Iw=2.25 kg m ）。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），K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。L如果前者分析：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。大于后者，则发动机扭矩将不能充分发挥而产

29、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maxFt max ；3 mFtmaxMemaxLi°ii m = 6597.4 N ;f22”j.=1 12 + Iflll02m =1.42 ;mr mr解得 amax =2.91m/ s2。前轮驱动汽车的附着率hg等效坡度q =旦鸣=0.297。g贝U有，Cl= 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01= 0.6 ,代入 q=0.297 , hg=0.63m , L=2.7m ,解得b1524mm，则前轴负荷率应变为b/L= 0.56

30、4，即可保证获得应有的最大加速度。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i°=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lf=0.22kg m2，四个车轮总的转动惯量lw=3.6kg m2，车轮半径r = 0.367m。该车在附着系数即-0.6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,

31、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。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,=1 t =1362=1.012。mr22152 0.3672行驶方程退化为：mdU=0，减速度:dt根据滑行数据的拟合直线可得：du 0.59dt3.6质量系数中该项为2)3)求直接档的最大动力因数。 在此路面上该车的最大爬坡度。2=0.164m/s 。du GLdt 、m0。解得:f = - -LdU -0.0169。 g dt2) 求直接档最大动力因数| l 2l 2i -直接档：

32、-=1: + lf|4l02m =1.027。mr mr动力因数：D = fdU。gdt最大动力因数：Dmax = famax =0.0169 1.027 0.75 =0.096。g9.83）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：Ftmax4二Fw Dmax4G二丄岂二r最大爬坡度是指一挡时的最大爬坡度：TtqmaxLid1 t =Gf Gimaxr以上两式联立得:Gf Gimax _ FwDmax4Giii4imaxii(-CD21.15G2u a D max4 ) _二 0.654由地面附着条件，汽车可能通过的最大坡度为:q 出 0.338。1/-hg/L所以该

33、车的最大爬坡度为 0.338。第二章 汽车的燃油经济性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：不对。由汽车百公里等速耗油量图，汽车一般在接近低速的中等车速时燃油消耗量最低，并不是在车速越低 越省油。由汽车等速百公里油耗算式（2-1）知，汽车油耗量不仅与发动机燃油消耗率有关，而且还与发动机功率以及车速有关，发动机省油时汽车不一定就省油。2.2试述无级变速器与汽车动力性、燃油经济性的关系。答：为了最大限度提高汽车的动力性，要求无级变速器的传动比似的发动机在任何车速下都能发出最大功率。为 了提高汽车的燃油经济性，应该根据“最小燃油消耗

34、特性”曲线确定无级变速器的调节特性。二者的要求是不一致的，一般地，无级变速器的工作模式应该在加速阶段具有良好的动力性，在正常行驶状态具有较好的经济性。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状况下工作 的“无级变速器调节特性”。答：由发动机在各种转速下的负荷特性曲线的包络线即为发动机提供一定功率时的最低燃油消耗率曲线，如课本图2-9a。利用此图可以找出发动机提供一定功率时的最经济状况（转速与负荷）。把各功率下最经济状况运转的转速与负荷率表明在外特性曲线上，便得到“最小燃油消耗特性”。无级变速器的传动比i'与发动机转速n及汽车行驶速度nr

35、之间关系（i'=0.377），便可确定无级变速器的调节特性，具体方法参见课本P47。2.4如何从改进汽车底盘设计方面来提高燃油经济性？答：汽车底盘设计应该从合理匹配传动系传动比、缩减尺寸和减轻质量来提高燃油经济性。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。答：在一定道路条件下和车速下，虽然发动机发出的功率相同，但传动比大时，后备功率越大，加速和爬坡能力 越强，但发动机负荷率越低，燃油消耗率越高，百公里燃油消耗量就越大，传动比小时则相反。所以传动系统的设计 应该综合考虑动力性和经济性因素。如最小传动比的选择，根据汽车功率平衡图可得到最高车速Umax

36、 （驱动力曲线与行驶阻力曲线的交点处车速），发动机达到最大功率时的车速为Up。当主传动比较小时，Up>Umax,汽车后备功率小，动力性差，燃油经济性好。当主传动比较大时，则相反。最小传动比的选择则应使Up与Umax相近，不可为追求单纯的的动力性或经济性而降低另一方面的性能。2.6试分析超速档对汽车动力性和燃油经济性的影响。答：汽车在超速档行驶时，发动机负荷率高，燃油经济性好。但此时，汽车后备功率小，所以需要设计合适的次 一挡传动比保证汽车的动力性需要。2.7已知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：b 二 b。BiPe dp；比巳3 B4R4其中，b为燃油消耗

37、率g/（kW?h） ；Pe为发动机净功率（kW）;拟合式中的系数随转速n变化。怠速油耗= 0.299mL/s（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）最高档与次高档的等速百公里油耗曲线3） 利用计算机求货车按JB3352-83规定的六工况循环行驶的百公里油耗。计算中确定燃油消耗值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。注意：发动机净功率和外特性功率的概念不同。发动机外特性功率是发动机节气门全开时的功率，计算公式为 “蛊，在某一转速下，外特性功率是唯一确定的。发动机净功率则表示发动机的实际发出功率，可以根据汽车

38、 行驶时的功率平衡求得，和转速没有一一对应关系。解：（1）汽车功率平衡图P + P发动机功率在各档下的功率Pe、汽车经常遇到的阻力功率f t W对车速Ua的关系曲线即为汽车功率平衡图,其中:2了6010ji30000Ttqn(kW)，Uaigi。0.377r-Tq为发动机转矩（单位为 N m）Pf+ pW1GfUa 丄 Cd Au； '360076140 丿编程计算，汽车的功率平衡图为:2）最高档和次高档的等速百公里油耗曲线先确定最高档和次高档的发动机转速的范围，然后利用ua =0.377n，求出对应档位的车速。由于汽车是等速行i°ig驶，因此发动机发出的功率应该与汽车受到的

39、阻力功率折合到曲轴上的功率相等，即(Ff + Fw)Ua pe -3600 t。然后根据不同的F和n,用题中给出的拟合公式求出对应工况的燃油消耗率。先利用表中的数据，使用插值法，求出每个n值所对应的拟合式系数：B°,Bl,B2, B3,B4。在这里为了保证曲线的光滑性，使用了三次样条插值。利用求得的各个车速对应下的功率求出对应的耗油量燃油消耗率b。利用公式:QsPb，即可求出对应的车速的百公里油耗1.02Uag(L/100 km )。实际绘出的最高档与次高档的等速百公里油耗曲线如下:華萬档与次髙档萼週口瓷里准国亡連2E161E22QMLdOOkrr2012010203040 fW M

40、 90 1W从图上可以明显看出，第三档的油耗比在同一车速下，四档的油耗高得多。这是因为在同一车速等速行驶下，汽 车所受到的阻力基本相等，因此P基本相等，但是在同一车速下，三档的负荷率要比四档小。这就导致了四档的油耗较小。但是上图存在一个问题，就是在两头百公里油耗的变化比较奇怪。这是由于插值点的范围比节点的范围要来得大， 于是在转速超出了数据给出的范围的部分，插值的结果是不可信的。但是这对处在中部的插值结果影响不大。而且在完成后面部分的时候发现，其实只需使用到中间的部分即可。(3)按JB3352-83规定的六工况循环行驶的百公里油耗。从功率平衡图上面可以发现，III档与IV档可以满足六工况测试的

41、速度范围要求。分为III档和IV档进行计算。先求匀速行驶部分的油耗(Ff +FW)ua先使用Fef W a，求出在各个速度下，发动机所应该提供的功率。然后利用插值法求出，三个匀速行驶3600片速度对应的燃油消耗率b。由QPbs102虫也求出三段匀速行驶部分的燃油消耗量mL)。计算的结果如下：匀速行驶阶段：匀速行驶速度/(km/h)第一段25第二段40第三段50持续距离/(m)50250250发动机功率R/(kw)4.70739.200813.4170燃油消耗率b/g/(kW山)三档678.3233563.0756581.3972四档492.3757426.5637372.6138燃油消耗量Q/

42、(ml)三档8.868144.964454.2024四档6.437134.063234.7380再求匀加速阶段：对于每个区段，以1km/h为区间对速度区段划分。对应每一个车速ua ,都可以求出对应的发动机功率:3p化P = Gfu+CDAu +omu1du 。此时，车速与功率的关系已经发生改变，因此应该要重新对燃油消耗率的拟 叫 <3600761403600 dt /合公式中的系数进行插值。插值求出对应的各个车速的燃油消耗率b，进而用Qt =Pb367.1 为求出每个速度对应的燃1油消耗率Qt0,Qt1,Qt2,Qtn。每小段的加速时间：建。每一个小区间的燃油消耗量：du3.6 -dt1

43、Qn(Qt(nl) 'Qtnpt。对每个区间的燃油消耗量求和就可以得出加速过程的燃油消耗量。计算结果如下:加速阶段第一段第二段最大速度uamax/(km/h)4050最小速度 uamin /(km/h):2540加速度a/(m/s2)0.25 (注：书中的数 据有误)0.20燃油消耗量Qa /(mL)三档38.370544.2181四档30.100138.4012匀减速阶段:对于匀减速阶段，发动机处在怠速工况。怠速燃油消耗率Qid是一定值。只要知道匀减速阶段的时间，就可以求出耗油量：Qd二Qidt。Qd =Qidt = 0.299mL/s 19.3s = 5.77mL。根据以上的计算，

44、可以求出该汽车分别在三档和四档的六工况耗油量：三档：Q8.868144.9644 54.202438.3705 44.21815.77Q = 100100s1075= 18.2692L四档：Z Q6.4371 +34.0632 +34.7380 +30.1001 +38.4012 +5.77Qs100100s1075= 13.9079L计算程序：主函数(chazhi.m):%2-7题的2、3问的程序clearglobal f G CDA yita m r If Iw1 Iw2 pg i0 B0 B1 B2 B3 B4 n% 声明全局变量ig=6.09,3.09,1.71,1.00;r=0.36

45、7;i0=5.83;yita=0.85;CDA=2.77;f=0.013;G=(3880)*9.8;lf=0.218;lw 仁1.798;lw2=3.598;m=3880;% 汽车的基本参数设定n0=815 1207 1614 2012 2603 3006 3403 3804;B00=1326.8 1354.7 1284.4 1122.9 1141.0 1051.2 1233.9 1129.7;B10=-416.46 -303.98 -189.75 -121.59 -98.893 -73.714 -84.478 -45.291;B20=72.379 36.657 14.524 7.0035 4

46、.4763 2.8593 2.9788 0.71113;B30=-5.8629 -2.0553 -0.51184 -0.18517 -0.091077 -0.05138 -0.047449 -0.00075215;B40=0.17768 0.043072 0.0068164 0.0018555 0.00068906 0.00035032 0.00028230 -0.000038568; n=600:1:4000;B0=spli ne(n 0,B00, n);B1=spli ne(n 0,B10, n);B2=spli ne(n 0,B20, n);B3=spli ne(n 0,B30, n);

47、B4=spli ne(n 0,B40, n); ua3=0.377*r.* n./(i0*ig(3);%使用三次样条插值，保证曲线的光滑连续ua4=0.377*r.* n./(i0*ig(4);F3=f*G+CDA*(ua3.A2)/21.15;F4=f*G+CDA*(ua4.A2)/21.15;P_fw3=F3.*ua3./(yita*3.6*1000);P_fw4=F4.*ua4./(yita*3.6*1000); for i=1:1:3401%求出滚动阻力和空气阻力的和%求出阻力功率%用拟合公式求出各个燃油消耗率b3(i)=B0(i)+B1(i)*P_fw3(i)+B2(i)*(P_fw

48、3(i)A2+B3(i)*(P_fw3(i)A3+B4(i)*(P_fw3(i)A4; b4(i)=B0(i)+B1(i)*P_fw4(i)+B2(i)*(P_fw4(i)A2+B3(i)*(P_fw4(i)A3+B4(i)*(P_fw4(i)A4; endpg=7.06;%汽油的重度取 7.06N/LQ3=P_fw3.*b3./(1.02.*ua3.*pg);Q4=P_fw4.*b4./(1.02.*ua4.*pg);plot(ua3,Q3, 'r')%绘制等速百公里燃油消耗率曲线hold onplot(ua4,Q4)gtext('车速 u_a/(km/h)'

49、 ),gtext(百公里油耗 ua3_m=25,40,50;s_m=50,250,250;b3_m=spli ne(ua3,b3,ua3_m);F3_m=f*G+CDA*(ua3_m.A2)/21.15;P_fw3_m=F3_m.*ua3_m./(yita*3.6*1000)Q3_m=P_fw3_m.*b3_m.*s_m./(102.*ua3_n ua4_m=25,40,50;Qs/L(100km)A-1' ),gtext('III'),gtext('IV');%匀速阶段的车速%每段匀速走过的距离%插值得出对应速度的燃油消耗率%车速对应的阻力%发动机功率

50、*pg)%求燃油消耗量%匀速阶段的车速%求出发动机转速范围内对应的III、IV档车速s_m=50,250,250;%每段匀速走过的距离b4_m=spli ne(ua4,b4,ua4_m);%插值得出对应速度的燃油消耗率F4_m=f*G+CDA*(ua4_m.A2)/21.15;%车速对应的阻力P_fw4_m=F4_m.*ua4_m./(yita*3.6*1000)% 发动机功率Q4_m=P_fw4_m.*b4_m.*s_m./(102.*ua4_m.*pg)Q3_a1=jiasu(40,25,ig (3),0.25,ua3)%调用函数，求出每段的燃油消耗量Q3_a2=jiasu(50,40,i

51、g (3) ,0.2,ua3)Q4_a1=jiasu(40,25,ig(4),0.25,ua4)Q4_a2=jiasu(50,40,ig (4) ,0.2,ua4)Qid=0.299;tid=19.3;s=1075;Q_i=Qid*tid;%求出减速阶段的燃油消耗量Q3all=(sum(Q3_m)+Q3_a1+Q3_a2+Q_i)*100/s %III 档六工况百公里燃油消耗量Q4all=(sum(Q4_m)+Q4_a1+Q4_a2+Q_i)*100/s %IV 档六工况百公里燃油消耗量子程序(jiasu.m)%加速阶段处理函数function q=jiasu(umax,u min ,ig,a

52、,uaO);global f G CDA yita m r If Iw1 Iw2 pg i0 BO B1 B2 B3 B4 n;ua1=umin:1:umax;%把速度范围以1km/h为间隔进行划分delta=1+(Iw1+Iw2)/(m*rA2)+(If*igA2*iOA2*yita)/(m*rA2);P0=(G*f.*ua0./3600+CDA.*ua0.A3/76140+(delta*m.*ua0/3600)*a)/yita; P=(G*f.*ua1/3600+CDA.*ua1.A3/76140+(delta*m.*ua1/3600)*a)/yita;dt=1/(3.6*a) ;%速度每

53、增加1km/h所需要的时间for i=1:1:3401%重新利用拟合公式求出b与ua的关系b0(i)=B0(i)+B1(i)*P0(i)+B2(i)*(P0(i)A2+B3(i)*(P0(i)A3+B4(i)*(P0(i)A4;endb1=i nterp1(ua0,b0,ua1);%插值出各个速度节点的燃油消耗率Qt=P.*b1./(367.1.*pg);%求出各个速度节点的燃油消耗率i1=size(Qt);i=i1(2);Qt 仁Qt(2:i-1)q=(Qt(1)+Qt(i)*dt./2+sum(Qt1)*dt%求该加速阶段的燃油消耗量讨论：一、关于插值方法的讨论：在完成本题的第二个小问题，

54、即求等速百公里油耗曲线的时候，处理题中所给的拟合函数的时候有两种处理方法：一是先使用已经给出的节点数据，使用插值方法，得出转速插值点的对应燃油消耗率b。然后再进而求出对应车速的等速燃油消耗量。在这里的处理方法就是这种。从得到的等速百公里油耗曲线上可以发现，曲线有比较多的曲折。估 计这是使用三次样条插值方法得到的结果。因为三次样条插值具有很好的光滑性。如果改用线形内插法的话，得到的 曲线虽然不光滑，但是能够体现一个大体的趋势。经比较发现，使用三次样条插值得到的曲线中部与线形内插得到的 曲线十分相似。碎怎勺冶虽曲肚曲建511 11-/-( / I/ /-百舍卑疽轧III/-14-111 1 1 1 1 1F102030和5005GW车連u AKr谕)1C但是使用线形内插的最大问题在于，对于超出节点两头的地方无法插值。在处理的时候，如果把头尾的转速去掉， 即只考虑n从815rpm到3804rpm的时候。在完成全部的计算任务之后，得到的三、四档的六工况百公里油耗如下：三档：18.4090L（与