汽车理论习题答案.docx
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汽车理论习题答案
汽车理论习题答案
1
1-1试说明轮胎滚动阻力的定义、产生机理和作用形式？
提示：
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：
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Fz并不沿车轮中心（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，则有一附加的滚动阻力偶矩Tf=Fz⋅a。
为克服该滚动阻力偶矩，需要在车轮中心加一推力Fp与地面切向反作用力构成一力偶矩。
1-5如何选择汽车发动机功率?
提示：
（1）根据最大车速uamax选择Pe，即
eTDaDaTeP
fACmuACumgfP，则可求出功率、、、、，若给定η+η=）761403600（13maxmax
（2）根据汽车比功率（单位汽车质量具有的功率）
变化较大。
，但是，大致差不多，及、、若已知汽车比功率＝mAconstufguCfumACufgmPaTaDTaT
DaTe/6.314.766.31000maxmax3maxmax≈ηηη+η=
1-6超车时该不该换入低一档的排档?
提示：
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。
还要注意高速时换入低挡可能造成车速下降，反而不适合超车。
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
432）1000
（8445.3）1000（874.40）1000（44.165）1000（27.295313.19nnnnTq-+-+-=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
滚动阻力系数f＝0.013
空气阻力系数×迎风面积CDA＝2.772
m
主减速器传动比i0＝5.83
飞轮转功惯量If＝0.218kg·2m
二前轮转动惯量Iw1＝1.798kg·2m
四后轮转功惯量Iw2＝3.598kg·2m
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
提示：
1）（以4挡变速器为例）
由
u
FnunTqTqFtt→⇒⎪⎭
⎪⎬⎫→→→即
riiTFT
ogqtη=
432）1000
（8445.3）1000（874.40）1000（44.165）1000（27.295313.19nnnnTq-+-+-=o
giirnu377.0=行驶阻力为wfFF+：
215
.21aDwfUACGfFF+=+2131.0312.494aU+=
采用描点法做图：
由发动机转速在min/600nminr=，min/4000nmaxr=，取六个点分别代入
公式：
4挡为例，ig=1，i0=5.83
发动机转速为600r/min时计算：
432）1000
600（8445.3）1000600（874.40）1000600（44.165）1000600（27.295313.19-+-+-=Tq=106.62
riiTFTogqtη=
367.085.0*83.5*1*106.62==1439.68No
giiru600377.0==14.24km/h
215
.21aDwfUACGfFF+=+2
131.0312.494aU+==520.876N
计算得各挡驱动力、阻力、车速：
绘制各挡驱动力阻力平衡图：
2）⑴最高车速：
wftFFF+=4时，即曲线交点处n>4000r/min而4000max=nr/min
故93.9483
.50.14000367.0377.0max=⨯⨯⨯=UKm/h⑵最大爬坡度：
挂1挡时速度慢，Fj可忽略：
⇒
）（maxwftiFFFF+-=⇒
）（sinmaxwftFFFG+-=α
由前计算得1挡发动机转速2000r/min时，Ft接近最大
Ftmax为14386N，Ff+Fw为502N
⇒8.9388050214386）
（sinmax⨯-=+-=GFFFwftα
=0.365︒
=4.21α%2.39tanmax==αi
（3）后轮驱动，克服该坡度时相应的附着率222zxFFC=ϕ
上坡时，主要的形式阻力为坡度阻力忽略空气阻力和滚动阻力，且Fj=0得：
546.0365.09.093.0947.12.3365.0sincossinC22=⨯+⨯⨯=⎪⎪⎭
⎫⎝⎛+==ααϕLhLaGaGFFgzi
3）①绘制汽车行驶加速倒数曲线（已装货）：
（）[]wftFFFm
1tua+-==δdd（）[]
wftFFFm1+-==δdudta22022111riiImrImTgfwηδ++=∑
222
g2367.085
.0*83.5*i*218.008381367.0598.3798.1083811+++=2
g012i.001.1+=
各挡δ值，1δ=1.455，2δ=1.125，3δ=1.045，4δ=1.022由已知各挡Ft，Ff＋Fw可得：
1挡转速60010002000250030004000驱动力8767.6312132.9814386.1714254.2313957.2112044.54阻力495.03496.30502.27506.75512.22526.14
Ft－（Ff＋Fw）
8272.59
11636.6813883.913747.4813444.9911518.4
车速2.343.907.799.7411.6915.591/a0.680.480.400.410.410.49
由以上参数可作加速度曲线图：
取1u=∆，可用图解积分法求汽车用Ⅱ档起步加速至70km/h的加速时间。
且au-a
1
曲线下两速度间的面积就是通过此速度区间的加速时间约为27.1s
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.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）。
其他有关参数为：
m＝1600kg，CD＝0.45，A＝2.002m，f＝0.02，δ≈1.00。
提示：
1）①比较两者高速行驶时的附着率
忽略加速阻力和坡度阻力，空气密度ρ=1.225842-••msN，无风。
F.F.型2222
112113.02.9643043.0736.12021%5.6115.21%）5.611（aaaLfaDZwZsw
fuuuACGAuCfGFFFFCρρϕ-+=⨯-⨯+-⨯=-+=取前空气升力系数LfC=0.13
F.R.型
2222221213.024.6946043.068.1742
1%）7.551（15.21%7.55aaaLraDZwZsw
fuuuACGAuCfGFFFFCρρϕ-+=⨯--⨯+⨯=-+=取后空气升力系数LrC=0.13
在ua较大且相同的情况下，如取ua为100km/h、150km/h等，由上式均可得21ϕϕCC<
可见F.R.型在高速行驶时需要比F.F.型要求更大的最低附着系数，因而更容易打滑，附着力利用较低。
②比较两者加速上坡时的附着率，忽略空气阻力和滚动阻力。
F.F.型qqqL
hLbqFFFFCgZdZsji219.0615.011'
1-=-=++=ϕ
F.R.型qqqL
hLaqFFFFCgZdZsji219.0443.022'
2+=+=++=ϕ在q相同的情况下，如取q=0.3时，21ϕϕCC<。
可见F.R.型在加速上坡时需要比F.F.型要求更大的最低附着系数，因而更容易打滑，附着力利用较低。
2）附着力ϕϕ
zFF=前轮驱动ϕ≤1
1ZxFF12sinxfwduFFFGmdt
α=+++Z11cossinggZwhhbGduFGFLLgLdtαα⎛⎫=⨯---⎪⎝⎭
①最高车速此时0,0duidt
==2212（10.615）120.7360.04321.15
DaxfwaCAuFFFfGu=+=⨯-+=+22Z1110.6159643.20.15942ZwLfaabFGFGCAuuLρ=⨯
-=⨯-=-要求ϕ≤11ZxFF，在ϕ=1
1ZxFF时可求得最高车速2.0=ϕ时，hkmua/155max=NF8.1153=ϕ
7.0=ϕ时，hkmua/207max=NF1963=ϕ
②最大爬坡度最大等效坡度6.257.01615.01+=
+=ϕϕLhL
b
qgdtdugiq1cos1α+=，最大坡度时0=dt
du
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2.0=ϕ时，1178.0max=i7.0=ϕ时，3732.0max=i③最大加速度
忽略坡度阻力，空气阻力
12xfduFFmdt
=+=120.736+1600aZ1ghbGduFGLgLdt
=⨯-=9643.2-350.77a2.0=ϕ时，2max08.1-•=sma7.0=ϕ时，2max6.3-•=sma
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：
3.79，二挡：
2.17，三挡：
1.41，四挡：
1.00，五挡：
0.86。
质心高度hg＝0.57m，CDA＝1.52m，轴距L＝2.300m，飞轮转动惯量If＝0.22kg·2m，四个车轮总的转动惯量Iw＝3.6kg·2m，车轮半径r＝0.367m。
该车在附着系数φ＝0.6的路面上低速滑行曲线和直接挡加速曲线如图1所示。
图上给出了滑行数据的拟合直线v＝19.76－0.59T，v的单位为km/h，T的单位为s，直接挡最大加速度αmax＝0.75m/2s（ua=50km/h）。
设各挡传动效率均为0.90，求：
1）汽车在该路面上的滚动阻力系数。
2）求直接挡的最大动力因素。
3）在此路面上该车的最大爬坡度。
提示：
1）由汽车行驶方程式:
jiwftFFFFF+++=
低速滑行时0≈i
F,0≈wF
此时：
jftFFF+=0=tF
jfFF-=δ
由下面计算得≈1由低速滑行曲线拟合直线公式可得，且单位换算Vkm/h→m/s
0167.06
.3060.06.3）59.076.19（==-==gdtTdgdtdvfδδ2）直接档，1ig=
先求汽车质量换算系数δ：
2
2022111riiImrImTgfwηδ++=∑=1.027再有动力因素公式：
gdtdU
δψ+=D
其中：
0167.00if=+=+=fψ
所以：
maxmax）（DdtdU
gδψ+=而：
2max/75.0）（smdt
dU=75.08
.9027.10167.0Dmax⨯+==0.09533）最大等效坡度338.03.257.06.0148.01=-=-=L
hL
aqg
ϕdtdugiq1cos1α+=，最大坡度时0=dt
du故imax=0.338
2
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？
提示：
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。
2-4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
C值和采用子午线轮胎，可显著提高燃油经济性。
降低
D
（3）合理设计传动系档位数及各挡传动比。
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挡行驶）
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，挡数多，结构复杂。
（3）同时，传动比挡数多，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；挡位数多，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：
应分析超速挡对动力性，经济性优缺点影响。
对动力性，超速挡可提高最高车速，但后备功率小，发动机负荷大，加速及爬坡能力相对较差；经济性，燃油消耗率低，经济性较好。
4
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。
提示：
假设路面水层深度超过轮胎沟槽深度：
估算滑水车速：
ih
pu34.6=ip为胎压（kPa）代入数据得：
89.84=h
ukm/h而
huu>，故有可能出现滑水现象而失去制动能力。
5
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40。
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。
提示：
由题意：
FY=kα+kγγ=0
故由外倾角引起的前轮侧偏角：
α=-kγγ/k=7665⨯4/-50176=-0.6110
5-5汽车转弯时车轮行驶阻力是否与直线行驶时一样？
提示：
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。
6
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，
Ga（f）=0.132m-⋅s。
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。
提示：
21805.02]）（）（[
dffGfWaaw⎰⋅=2
1805.1225.124242
225.02]）5.12（1.011.0）4（1.05.0[dffdfdffdf⎰⎰⎰⎰+⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅=435.1=⇒）（200
aaLgLwaw=137.123）10
435.1（206==-Lg查206P表知：
人的主观感觉为很不舒适
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