《汽车理论（第3版）》试卷及参考答案

汽车理论（第三版）试卷

绪论

第一题填空

1.汽车使用性能分为：对自然环境条件的适应性、技术经济性、劳动保护性。

2.汽车对自然环境条件的适应性包括：动力性、通过性、操纵性。

3.汽车的通过性包括：支承通过性、几何通过性,主要取决于地面的物理性质及汽

车的几何参数和结构参数。

4.汽车的技术经济性主要用生产率和燃油经济性来表示,主要评价指标有：生产率、

油耗、可靠性与耐用性、维修保养方便性。

5.劳动保护性的主要评价指标有：舒适性、稳定性（操纵稳定性）、制动性、驾驶室的

牢固程度。

第二题名词解释

1.动力性：指汽车在良好、平直的路面上行驶时所能达到的平均行驶速度。

2.通过性：汽车以足够高的平均车速通过各种坏路和无路地带（如松软地面、坎坷不平

地段）和各种障碍（陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、水障）的能力。

3.纵向通过角：汽车前、后轮外缘作垂直于汽车纵向对称平面的切平面，两切平面交于车

体下部较低位置时所夹锐角。

4.汽车的操纵性：是指在驾驶员不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按照驾驶员通

过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当受到外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行

驶的能力。

5.最小转弯半径：方向盘转至极限位置时从转向中心到前外轮接地中心的距离，表征了

汽车能够通过狭窄弯曲地带或绕过不可越过的障碍物的能力。

第三题应用题

1.标出下图中汽车的主要通过性参数，说明其含义。

解：丫1一接近角；Y2一离去角；Y3一纵向通过角；h一最小离地间隙

第四题简答题

1.简述间隙失效的主要形式、几何参数及其含义。

答：1）间隙失效：汽车因离地间隙不足而被地面托住无法通过的现象。

2）顶起失效：车辆中间底部的零部件碰到地面而被顶住的现象。

3）触头或托尾失效：因车辆前端或尾部触及地面而不能通过的现象。

4）几何参数止最小离地间隙、纵向通过角、接近角、离去角。

最小离地间隙h：汽车满载、静止时，支承平面与汽车上的中间区域最低点之间的距离，

反映了汽车无碰撞地通过地面凸起的能力。

纵向通过角力：汽车满载、静止时，分别通过前、后车轮外缘作垂直于汽车纵向对称平

面的切平面，两切平面交于车体下部较低部位时所夹的最小锐角，表示汽车能够无碰撞地通

过小丘、拱桥等障碍物的轮廓尺寸。

接近角车满载、静止时，前端突出点向前轮所引切线与地面间的夹角。

离去角/2：汽车满载、静止时，后端突出点向后轮所引切线与地面间的夹角。

第一章地面一轮胎力学

第一题填空

1.影响轮胎侧偏特性的主要因素包括：轮胎的结构、轮胎垂直载荷、轮胎的充气压力、

路面的种类以及状态、汽车的行驶速度、轮胎外倾角。

第二题名词解释

1.轮胎力学：是研究轮胎受力、变形和运动响应之间关系的，它的主要任务是建立精确

实用的数学模型，描述轮胎的力学特性。

2.滚动阻力：是由于弹性轮胎的内摩擦、地面变形的阻尼（软路面）以及轮胎与地面间

的弹性变形和局部的滑移等造成的。

3.滚动阻力系数:车轮在一定条件下，滚动所需要推力与负荷之比，即单位重力的推力。

4.前束阻力：车轮的前束角造成，用以消除偶然外力冲击保持直线行驶的一种能力。

5.纵向附着系数定义：纵向力与垂直载荷的比值。

6.滑动率：车轮滑动所占的成份，等于（实际速度-理论速度）/实际速度。

7.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。

8.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。

9.轮胎的侧偏现象：由于车轮的弹性，车轮在侧向力作用下，车轮行驶方向将偏离车轮

平面的方向。

10.轮胎的侧偏刚度：当轮胎侧偏角小与5°时，地面侧向力与侧偏角呈线性关系，他

们的比值为侧偏刚度。

第三题应用题

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：Fy=ka+k”=O

故由外倾角引起的前轮侧偏角：a=-k/y/k=-7665x4/-50176=0.611°

第四题简答题

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

Tf=F:a阻碍车轮滚动。

3）作用形式：滚动阻力号=加（f为滚动阻力系数）

2.高速行驶的汽车轮胎会发生爆裂，试论述轮胎发生什么现象和由于什么原因。

答：车速达到某一临界车速左右时，滚动阻力迅速增长，此时轮胎发生驻波现象，轮胎

周缘不再是圆形而呈明显波浪状。出现驻波后，不但滚阻显著增加，轮胎的温度也很快增加

到io（rc以上，台面与轮胎帘布层脱落，几分钟内就会出现爆破现象。

第二章汽车动力性

第一题填空

1.汽车的动力性的评价指标包括：最高车速Umax、加速时间t、最大爬坡度/max。

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斤、空气阻力Fw、坡度阻力E、加速阻力一

4.空气阻力主要包括：压力阻力和摩擦阻力。

5.压力阻力主要包括：理、壬扰、内循环和诱导阻力组成。

6.一般用根据发动机的_外特性确定的驱动力与发动机功率之间的函数关

系曲线来全面表示汽车的驱动力，称为汽车的驱动力图。

7.汽车的动力性一方面受驱动力的制约，另一方面还受到轮胎与地面

附着条件的限制的限制。

8.汽车的附着力决定于附着系数系数及地面作用于驱动轮的法向反作用力o

9.传动系的功率损失可分为机械损失损失和液力损失损失两大类。

10.坡道阻力和滚动阻力均为与道路有关的行驶阻力,通常将这两个阻力合在一起，称

作道路阻力。

11.影响汽车动力性的主要因素包括：发动机参数、传动系、空气阻力系数、汽车质量、

轮胎的尺寸，形式、使用条件。

第二题名词解释

1.最高车速：是指汽车在平直、良好道路(混凝土或柏油)上所能达到的最高行驶车速。

2,原地起步加速时间：由I或II档起步，以最大加速强度，并考虑换档时机，一般用0〜

400m或者0〜(96.6mile/h)100km/h所用的时间表示原地起步的加速时间。

3.超车加速时间：以最高档或次高档，以最大加速强度,把握最好的换档时机，加速至某

一高速所用的时间。

4.最大爬坡度:是指汽车满载时用变速器最低挡位在良好路面上等速行驶所能克服的最

大道路坡度。

5.外特性曲线：节气门(油门)全开时，转矩或功率等与转速的关系。

6.滚动阻力：轮胎内部摩擦产生的迟滞损失。这种迟滞损失表现为阻碍车轮运动的阻力

偶。

7.空气阻力：汽车直线行驶时受到的空气阻力在汽车行驶方向上的分力。

8.为加速阻力：汽车加速行驶时，需要克服本身质量加速运动的惯性力。

第三题应用题

L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)：(适合作为平时作业，如作为考试题时，可仅列出计算步骤，不要求具体结果)

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

的车速一时间曲线，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：

H77

T=-19.313+295.27(——)-165.44(——)2+40.874(——)3-3.8445(——)4

q1(XX)100()10001000

式中，g为发动机转矩为发动机转速。发动机的最低转速

(N・m);n(r/min)nmin=600r/min,

最高转速

nmax=4000r/mino

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〃t=0.85

滚动阻力系数/=0.013

空气阻力系数X迎风面积Co^=2.77m2

主减速器传动比/o=5.83

飞轮转动惯量//=0.218kg*m2

二前轮转动惯量/w产1.798kg・m2

2

四后轮转动惯量/W2=3.598kg*m

变速器传动比ig（数据如下表）

I档n档m档IV档V档

四档变速器6.093.091.711.00-

五档变速器5.562.7691.6441.000.793

轴距L=3.2m

质心至前轴距离（满载）a=1.974m

质心高（满载）hg=0.9m

解：1）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图

汽车驱动力Ft=

行驶阻力FLf+F口+K匚+JL=mg£fcosa+mgsina~i--——-+om——du

w1.15dt

发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为：u=（）377—

认

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。

①由1）得驱动力与行独阻力平衡图，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，Uamax=99.08m/s2o

②汽车的爬坡能力，指汽车在良好路面上克服%+鼠后的余力全部用来（等速）克服

坡度阻力时能爬上的坡度，此时也=0,因此有耳="-旧+Fn）,可得到汽车爬坡度与

dt

车速的关系式：z.=tan（arcsinE-（,+%））；而汽车最大爬坡度"ax为I档时的最大爬坡度。

利用MATLAB计算可得，"ax=0.352o

③如是前轮驱动，=—;相应的附着率C.I为1.20,不合理，舍去。

mq

如是后轮驱动,相应的附着率C。,为0.50。

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3如下表所示:

汽车旋转质量换算系数I档11档in档W档V档

1.38291.10271.04291.02241.0179

mr"mr

利用MATLAB画出汽车的行驶加速度图和汽车的加速度倒数曲线图:

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。结果用MATLAB画出汽车加速时间曲线如

图五所示。如图所示，汽车用^档起步加速行驶至7()k^1/h的加速时间约为26.()s。

汽车加速时间曲线

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

。

2.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＜p=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)。其

它有关参数为:/»=1600kg,GFO.45,A=2.00m2,AO.02,641.00。

解：①.比较采用F.F及F.R.形式时的附着力利用情况

1)对于前置发动机前轮驱动(F.F.)式轿车，空气升力的““2"3

由m=1600kg,平均的前轴负荷为汽车总重力的61.5%,

静态轴荷的法向反作用力Fzsi=0.615X1600X9.8=9643.2N,

，汽车前轮法向反作用力的简化形式为：

1,

Fzi=Fzsi-Fzi=9643.2---CApu

w2y‘

地面作用于前轮的切向反作用力为：

Fxi=Ff2+Fw=0.3856/+——/=120.7+旦一比

21.1521.15

F120.7+■片

附着力利用情况：」=--------2L15——

%9643.2+；

2)对于前置发动机后轮驱动(F.R.)式轿车同理可得：

„174.7+片

Fxz「21.15"

FZ26946.2+-CLrApu；

一般地，0与“相差不大，且空气升力的值远小于静态轴荷的法向反作用力，以此可

得区〈区1,前置发动机前轮驱动有着更多的储备驱动力。

FziFz?

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=0.2时

1)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，Fzi=9643.2N»

最大附着力耳•斗=1928.6N。

令加速度和坡度均为零，则由书中式(1-15)有：%=FXI=FW+FR,

则Rv=%一%=1928.6-0.02X0.385X1600X9.8=1807.9N,

又Fw=黑脸”

由此可推出其极限最高车速：uamm=206.1km/h«

2）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。

hh

前轮的地面反作用力Ki=£“=G（］Cosa—才sin。）

最大附着力%=*♦2

由书中公式，有％=4=£+%=Gsina+G・q・cosa・/

L

以上三式联立得：i=tana="0一=0.095。

L+\（p

3）求极限最大加速度：

令坡度阻力和空气阻力均为0,Fzi=9643.2N

%=*=1928.6N

由书中式（L15）%=反=耳2+而小

解得"X=1,3。

（2）当附着系数①=0.7时，同理可得：

最高车速：”“max=394.7km/h»

最大爬坡度：』=0347。

最大加速度：々max=414

方法二：

忽略空气阻力与滚动阻力，有：

blL

q=-----------------，最大爬坡度zmax=q,最大加速度a=q.g

\/（p+hJL

所以0=0.2时，i=0.118,a=1.16/?//s2,,

夕=0.7时,=0.373,a=3.66m/s2

3.一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〃=3.85；主减速器传动比/'0=4.08；传动效率〃

m=0.9；车轮半径r=300mm；飞轮转动惯量//=0.25kg•m2；全部车轮惯量》w=4.5kg•m?（其中

后轮“2.25kg•前轮的32.25kg•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,

L

求原车得质心位置改变后，该车的前轴负荷率。

Ftmax

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/州=一^~；

6m

FZmax=--------空出=6597.4N；

r

5=1+当=1.42；

mr~mr

解得“max=291，”/52。

前轮驱动汽车的附着率C（pl=%彳,-；

------q

LL

等效坡度q=4"=0297。

g

则有，C巾1=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C4>l=0.6,

代入q=0.297,hg=0.63m,L=2.7m,

解得b^l524mm,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。

4.一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，。=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

22

hg=0.57m,CDA=1.5m,轴距L=2.300m,飞轮转动惯量勺0.22kg-m,四个车轮总的转动

2

惯量/w=3.6kg-m,车轮半径r=0.367m«该车在附着系数g=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,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。

5=1+冯•=1+———一^7=1.012。

mr22152x0.3672

duGf

行驶方程退化为：Gf+Sm—=0,减速度：______—________O

dtdt___8m

根据滑行数据的拟合直线可得：—=-2^2=0.164ZH/52.

dt3.6

cI

解得：/==0.0169»

gdt

2）求直接档最大动力因数

直接档：5=1+2与+兄呼」1.027。

mr~mr~

动力因数：D=f--------------------o

gdt

最大动力因数：r>=/+-«=0.0169+X0.75=0.096

inaxgmax9.80

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：£max4=£,，+Om,x4G=G「"'4%

最大爬坡度是指一挡时的最大爬坡度：T/JN#'=Gf+Ginm

r

以上两式联立得：=+

%

"max式枭^4)-/=0-654

由地面附着条件，汽车可能通过的最大坡度为:

alL

q==0.338o

\!(p—IL

所以该车的最大爬坡度为0.338o

第四题简答题

1.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。

2.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=।以"max/。

7,3600“max76140

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。

3.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。

4.简述汽车功率平衡图的意义和做法。

答：汽车功率平衡是指汽车在行驶时驱动力与行驶阻力平衡，发动机输出功率也与行驶

阻力功率平衡，也可描述汽车行驶时的发动机负荷率，有利于分析汽车燃油经济性。

用纵坐标表示功率，横坐标表示车速，将发动机功率与经常遇到的阻力功率对车速的关

系绘制在直角坐标图上，就得到功率平衡图。

5.写出图解法计算汽车动力因数的步骤，并说明其在汽车动力性计算中的应用。

D=F,~Fw

答：根据公式G,求出不同转速和档位对应的车速，并根据传动系效率、传

动系速比

求出驱动力，根据车速求出空气阻力，然后求出动力因素将不同档位和车速下的。

绘制在直角坐标系中，并将滚动阻力系数也绘制到坐标系中，就制成动力特性图。利

用动力特性图就可求出汽车的动力性评价指标：最高车速、最大爬坡度（汽车最大爬坡度和

直接档最大爬坡度）和加速能力（加速时间或距离）。

6.写出图解法计算汽车加速性能的步骤（最好列表说明）.

手工作图计算汽车加速时间的过程：

T-n

①列出发动机外特性©。数据表（或曲线转化为数据表，或回归公式）；

②根据给定的发动机外特性曲线（数据表或回归公式），按式'「「求

me2"me

ua=x----------«0.377

出各档在不同车速下的驱动力并按式60x36品‘°计算对应的车

速％;

③按式F产mgcosa计算滚动阻力Ff,按式「一心把叫计算对应车速的空气

阻力Ff+“；

du_K-（Ff+Fw）

④按式力5”计算不同档位和车速下的加速度以及加速度的倒数，画出

尸""曲线以及1/"—"。曲线；

X"5△〃

At=y-/2人

◎段式E无计算步A长的加速时间加，对加求和，则得到加速

.u.ruduitNu

ds=—du=s=---s«>Av=>---

时间。同理，按式工'元大，计算步长

2

（AnflMfl）/（x3.6）的加速距离As,对加求和得到加速距离。

一般在动力性计算时，特别是手工计算时.，一般忽略原地起步的离合器滑磨时间，即假

设最初时刻汽车已经具有起步到位的最低车速。换档时刻则基于最大加速原则，如果相邻档

位的加速度（或加速度倒数）曲线相交，则在相交速度点换档；如果不相交，则在最大转速

点对应的车速换档。

7.写出制作汽车的驱动力图的步骤（最好列表说明）。

①列出发动机外特性「一〃，数据表（或曲线转化为数据表，或回归公式）；

.TtqigioF

②根据给定的发动机外特性曲线（数据表或回归公式），按式'r>■求

_n2〃me

U（l—~~~x-------七0.377~-

出各档在不同车速下的驱动力K,并按式60x36品”计算对应的车

速

③按式Ff=①且cosa计算滚动阻力Ff,按式5°"”计算对应车速的空气

阻力

将耳、弓+K"绘制在直角坐标系中就形成了驱动力图或驱动力一行驶阻力平

衡图。

第三章汽车燃油经济性

第一题填空题

1.汽车的燃油经济性常用一定运行工况等速百公里燃油消耗量或一定燃油量能使汽车

行驶的里程来衡量，汽车运输企业还常用完成每百吨公里或千人公里运输工作量的燃油消耗

量来表示汽车的燃油经济性。

2.汽车的燃油经济性评价指标：等速行驶百公里燃油消耗量和循环工况行驶百公里燃

油消耗量。

3.在同一道路条件与车速下，虽然发动机发出的功率相同，但挡位越高,后备功率越小，

发动机的负荷率越高，燃油消耗率越低，百公里燃油消耗量越少，经济性越好。

4.百公里燃油消耗量的数值越大,汽车的燃油经济性越差:单位燃油消耗量行

驶里程的数值越大，汽车的燃油经济性越好。

5.汽车等速百公里燃油消耗量正比于等速行驶的行驶阻力与燃油消耗率,反比于传动系

效率。

6.发动机的燃油消耗率，一方面取决于发动机的排量及其设计制造水平,另一方面

又与汽车行驶时发动机的负荷率率有关。

7.汽车带挂车后省油是因为增加了发动机的匈吐，增大了汽车列车的质量利用

系数。

第二题名词解释

1.等速百公里燃油消耗量：是常用的一种评价指标，指汽车在一定的载荷下，以最高

挡在水平良好路面上等速行驶100km的燃油消耗量。通常是测出每隔10km/h速度间隔的

等速百公里燃油消耗量，然后在图上连成曲线。

第三题简答题

1.论述影响汽车燃油经济性的因素.

答：根据汽车等速百公里燃油消耗量的计算公式可知：影响汽车燃油经济性的因素主要

包括：①.使用方面。1）行驶车速，汽车在接近于低速的中等车速行驶时是最经济的。2）

档位选择。高档，负荷率高；（超速挡）或直接档时传动效率高，同等车速应多采用高档位

行驶。3）挂车的应用。拖挂，省油（吨百公里油耗下降）。原因：负荷率高；质量利用系数

高。4）正确的调整与保养•发动机：气缸压缩压力、冷却系工作、供油系良好技术状况、

点火系良好技术状况。底盘：传动系总成间隙、前轮定位角、轴距、正常制动间隙、胎压、

各部位润滑。@结构方面。1）汽车的尺寸和质量，缩减轿车总尺寸和减轻质量，结构的合

理设计，使用轻量化材料。2）发动机（对经济性影响最大）。主要途径为：提高现有汽油发

动机的热效率与机械效率，扩大柴油发动机的应用范围，增压化，广泛采用电子计算机控制

技术，采用稀薄燃烧和缸内直接喷射技术（汽油机）。3）传动系：提高效率，增大主传动比，

增加变速器档数。4）汽车外形和轮胎：采用子午线轮胎和降低CD值是节约燃油的有效途径。

2.“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。

3.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。

4,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及汽车行驶速度之间关系（），

便可确定无级变速器的调节特性，具体方法参见课本P47。

5.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。

6.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（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。

7.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。

8.轮胎对汽车动力性、燃油经济性有些什么影响？

答：1）轮胎对汽车动力性的影响主要有三个方面：①轮胎的结构、帘线和橡胶的品种，

对滚动阻力都有影响，轮胎的滚动阻力系数还会随车速与充气压力变化。滚动阻力系数的大

小直接影响汽车的最高车速、极限最大加速度和爬坡度。②汽车车速达到某一临界值时，滚

动阻力迅速增长，轮胎会发生很危险的驻波现象，所以汽车的最高车速应该低于该临界车速。

③轮胎与地面之间的附着系数直接影响汽车的极限最大加速度和爬坡度。

2）轮胎对燃油经济性的影响：轮胎的滚动阻力系数直接影响汽车的燃油经济性。滚动

阻力大燃油消耗量明显升高。

9.为什么公共汽车起步后，驾驶员很快换入高档？

答：因为汽车在低档时发动机负荷率低，燃油消耗量大，高档时则相反，所以为了提高

燃油经济性应该在起步后很快换入高档。

10.达到动力性最佳换档时机是什么？达到燃油经济性的最佳换档时机是什么？二者

是否相同？

答：达到动力性最佳应该使汽车加速到一定车速的时间最短，换档时机应根据加速度倒

数曲线确定，保证其覆盖面积最小。达到燃油经济性的换档时机应该根据由“最小燃油消耗

特性”确定的无级变速器理想变速特性，考虑道路的值，在最接近理想变速特性曲线的点

进行换档。二者一般是不相同的。

第四题应用题

1.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=B.+BtPe+B2P；++B4Pfo其中，b为燃油消耗率回（kWh）］；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Qw=0.299/泣/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。（适合作为平时作业，如作为考试题时，可仅列出计算步骤，不要求具体结

果）

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6=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匕、汽车经常遇到的阻力功率上一上对车速〃“的关系

%

曲线即为汽车功率平衡图，其中：

现xio-3=^,伏W),=

'q6030000q0.377r

—7；为发动机转矩(单■位为N-m)

pf+pw1(GfuCAu[}

----------=--------------1----n------

r/T%(360076140,

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

0377”

先确定最高档和次高档的发动机转速的范围，然后利用4=，求出对应档位的

强

车速。由于汽车是等速行驶，因此发动机发出的功率应该与汽车受到的阻力功率折合到曲轴

(F+F)u

上的功率相等，即乙=」f―然w后1根据不同的〃和〃，用题中给出的拟合公式求

3600%

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〃值所对应的拟合式

系数：B0,B,,B2,53,54O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5。利用公式：Q,=--------------

1.02uapg

即可求出对应的车速的百公里油耗(L/100km).

实际绘出的最高档与次高档的等速百公里油耗曲线如下:

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《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

先使用巴二专+卅'"'，求出在各个速度下，发动机所应该提供的功率。然后利用插

e3600%

Pb9

值法求出，三个匀速行驶速度对应的燃油消耗率。。由。=----:—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：第一段第二段第三段

254050

匀速行驶速度/(Am/h)

50250250

持续距离/(加)

4.70739.200813.4170

发动机功率5/（碗）

二档678.3233563.0756581.3972

燃油消耗率b/［g/（AW・/z）］

四档492.3757426.5637372.6138

一档8.868144.964454.2024

燃油消耗量Q/Q4）

四档6.437134.063234.7380

再求匀加速阶段：

对于每个区段，以1k”/〃为区间对速度区段划分。对应每一个车速与，都可以求出对

应的发动机功率：d=」_（型2+皇£+也”也］。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占，进而用—求出每个速度对应的燃油消耗率

，367.1°g

。0,21，。2,……2”。每小段的加速时间：加=—^/。每一个小区间的燃油消耗量：

2,=g（2<,i）+2”）加。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

4050

最大速度/max/（加/〃）

2540

最小速度uamin/(km/h)：

0.250.20

加速度。/（m//）

燃油消耗量三档38.370544.2181

Q，（mL）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2d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=Q,/。

Qd=Qidt=0.299mL/sx19.3s=5.11mL。

根据以上的计算，可以求出该汽车分别在三档和四档的六工况耗油量:

三档：

=S^xioo=8.8681+44.9644+54.2024+38.3705+44.2181+5.77,八八

----------------------------------------------------xlOO

S1075

=18.2692L

四档:

2;圣X100=6.4371+34.0632+34.7380+30.1001+384012+5.77XW

1075

13.9079L

2.画出汽车加速时的驱动轮的受力分析图，并对图中的符号作简要说明。

Fv；车身压力；W：车轮重力；Fz：地面法向反力;

工：地面切向反力；刀：驱动力矩；Tf：滚动阻力偶矩;

丁.：惯性阻力偶矩；Fp：车轴作用于车轮水平力；m九:加速阻力

4

3.简述多工况燃油消耗量的计算方法，并分析影响燃油经济性的因素

答：（1）等速行驶：根据万有特性图上等燃油消耗率曲线，确定发动机在一定转速n,

发出一定功率Pe时的燃油消耗率b,单位时间内燃油消耗量（L/100km）0,=―世一

1023g

（2）等加速行驶：把加速过程分隔成若干区间，各区间起始或终了车速所对应的时刻

的单位时间燃油消耗量2=-Pcb—（根据发动机发出功率与燃油消耗率求得

'367.Ipg

P_'冲：CDAU^Smud

ez36003600x21.153600d,

1n-1口22

将各区间相加2=5(Qo+。1nA&+£其间行驶距离S,=立:

2i=,25.92叟

d.

（注:在求出结果后，需乘以一个大于1的系数，因为加浓）

（3）等减速行驶：节气门松开，轻微制动，发动机处于强制怠速状态，耗油量为正常怠

速油耗Qi，所以总油耗量Qd=^千・Qi

3.64

4

22

行驶距离建;U，2-U：（减速时间：）

25.92支3.6冬

（4）怠速工况：2d=QL

整个循环工况百公里油耗2=卒乂1000.125（X。为所有过程油耗量之和（ml）,s

为整个过程行驶距离（m））

第四章汽车发动机功率和传动系传动比的选择