汽车理论课后题答案

-.z.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？提示：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，任选其中的一种进展整车性能计算〕：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、最大爬坡度及克制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nma*=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〕由即行驶阻力为：由计算机作图有※此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〕克制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展积分计算求出，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到达的平均行驶速度。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〕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，当总的转动比拟大时，发动机后备功率大，加速容易，更易于到达较高车速。1.7、统计数据说明，装有0.5～2L排量发动机的轿车，假设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％；假设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。试比拟采用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Mema*＝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·)。假设该轿车为前轮驱动，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、前方向的位置(即b值)，才可以保证获得应有的最大加速度。假设令×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假设地面不发生打滑，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αma*＝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: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，理论上克制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时机增多，提高了燃油经济性。2.3、用发动机的"最小燃油消耗特性〞和克制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*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、如何从改良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〕]最小传动比的选择很重要，〔因为汽车主要以最高档行驶〕假设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。假设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。假设最大传动比的选择较小，汽车通过性会降低；假设选择较大，则变速器传动比变化*围较大，档数多，构造复杂。同时，传动比档数多，增加了发动机发挥最大功率的时机，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)。-.z.-.z.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3352－83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，假设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、到达动力性最正确的换挡时机是什么？到达燃油经济性最正确的换档时机是什么"二者是否一样"答：①动力性最正确：只要时换档，以1.3题图为例，在时换档显然满足动力性最正确。②燃油经济性最正确要求发动机负荷率高，后备功率低。由下列图知，在最高档时，后备功率最低，燃油经济性最正确。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第三问求法一样，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时要进展制动。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。计算时取制动系反响时间，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=5.34mA.假设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．假设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。4．5一轿车构造参数问题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)汽车此时能到达的最大制动减速度(指无任何车轮抱死时)f。4)假设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成效率及其能到达的最大制功减速度。6)比拟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失效情况一样。前轴利用附着系数前轴制动效率==0.95最大动减速度与b〕回路的情况一样。比拟优缺点：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。实现左右侧轮制动器制动力的完全相等比拟困难。实现左右侧轮制动器制动力的完全相等比拟困难。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。假设轿车向左转弯，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=kk=故由外倾角引起的前轮侧偏角：=kk=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缺乏转向。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,即变为缺乏转向。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、缺乏转向、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．静态储藏系数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.时为缺乏转向，时为中性转向，<0时为过多转向；2.R/R0>1时为缺乏转向，R/R0=1时为中性转向，R/R0<1时为过多转向；3.S.M.>0时为缺乏转向，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*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一样的操纵稳定性"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)静态储藏系数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、反响时间与峰值反响时间。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响时间峰值反响时间5．12稳态响应中横摆角速度增益到达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响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