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汽车理论习题
第1章汽ft动力性
第1章汽车动力性
1.1简述汽车动力性及其评价指标。
1.2汽车行驶阻力是怎样形成的？
1.3试说明轮胎滚动阻力的定义、产生机理和作用形式。
1.4滚动阻力系数与哪些因素有关？
1.5汽车的滚动阻力可以分为哪几种？
1.6能否在汽车受力分析图上画出滚动阻力，为什么？
1.7某轿车总质量m=1200kg，前轮载荷占整车载荷的60%；车轮侧向力系数kα=1800kg/rad，前束角β=2°，该轿车两前
轮互置前束角β后产生相应行驶阻力Fv，如图1-1所示。
（1）设轿车前进时侧向力与前束角的关系为FV=kαβ，试求因前束引起的行驶阻力；
（2）若该轿车滚动阻力系数f=0.015，试求整车的滚动阻力Ff；
（3）试比较前束引起的行驶阻力与滚动阻力。
1.8转弯时滚动阻力的大小取决于行驶速度和转向半径R，转弯时的滚动阻力系数fR=f+Δf。
设转弯时在离心力FC作用下，前、后轮均有侧偏角，分别是α1和α2，质心距前、后轮的距离分别是la和lb，转向时用两轮模型分析侧向力引起的滚动阻力如图1-2所
示。
试推导出附加滚动阻力系数f
FW
u2
gRL
lbsin1lasin2的表达式（提
示：
先求出由FY1和FY2所引起的附加阻力ΔF）。
1.9用受力图分析汽车从动轮在平路加速或减速行驶时的受力情况，并推导切向力方程式。
1.10用受力图分析汽车驱动轮在平路加速或减速行驶时的受力情况，并推
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导切向力方程式。
1.11解释汽车加速行驶时质量换算系数的意义。
汽车旋转质量换算系数由哪几部分组成？
与哪些因素有关？
1.12汽车轮胎半径增大，其他参数不变时，对汽车的加速性能和爬坡性能有何影响？
说明理由。
1.13如果轮胎使用不当，高速行驶时汽车的轮胎可能会发生爆裂，试简述轮胎出现了什么现象，并说明原因，如何有效避免轮胎发生爆胎。
1.14汽车的最高行驶车速对应于发动机的最高转速，这种说法对吗？
为什
么？
1.15＊1一辆车重为320000N的重型货车以108km/h的速度在公路上行驶，空
气温度24°C，大气压强101kPa。
货车宽2440mm，高4118mm，空气阻力系数为0.65。
货车安装子午线型轮胎，计算这些条件下的空气阻力和克服空气阻力所需的发动机功率，计算滚动阻力和克服滚动阻力所需的发动机功率。
1.16＊一辆具有1.95m2前端面积和空气阻力系数为0.42的轿车，以90km/h速度行驶，如果车辆遇到40km/h速度的顺风或者逆风，计算顺风、逆风两种条件下的空气阻力和克服空气阻力所需要的发动机功率。
1.17驱动力是否为真正作用在汽车上驱动汽车前进的（反）作用力，请说明理由。
1.18汽车用户说明书上给出的最高车速是如何确定的？
1.19如何确定汽车样车的最高车速？
在汽车设计和改装车设计阶段如何确定汽车最高车速？
1.20用作图法或数值计算法确定的汽车最高车速是一个固定值，而汽车（例如样车）的最高车速却是一个平均值，为什么？
1.21汽车空车与满载时相比，动力性有无变化？
为什么？
1.22超车时该不该换入低一挡的排挡？
为什么？
1.23影响附着系数的因素有哪些？
1.24＊已知某轿车发动机的转动惯量为0.09kg·m2，发动机的最大转矩/转速为
272.8N·m/4400r·min-1；变速器的相关数据如表1-1所示。
1带＊的题目均改编自（美）ThomasD.Gillespie著.车辆动力学基础.赵六奇，金达锋，译.北京：
清华大学出版社，2006.
表1-1某轿车变速器的数据
第1章汽ft动力性
挡位
1
2
3
4
5
转动惯量/（kg·m2）
0.15
0.10
0.08
0.06
0.03
传动比
4.28
2.79
1.83
1.36
1.00
传动效率
0.966
0.967
0.972
0.973
0.970
主减速器的转动惯量0.136kg·m2，传动比2.92，传动效率0.99；驱动轮和从动轮的转动惯量均为1.24kg·m2，车轮的周长2.01m；半径0.32m。
（1）计算传动系统在挂1挡时的有效转动惯量；
（2）忽略转动惯量带来的损失，试计算该轿车1挡和5挡的最大驱动力和对应的最高车速。
1.25沥青或水泥路面经使用后，滚动阻力系数增加而附着系数下降，请说明其原因。
1.26分析驱动－附着条件公式的地面法向反作用力与道路条件的关系。
1.27说明小排量轿车、豪华轿车、商用车（载货汽车、大客车）、越野汽车采取何种驱动形式，并说明原因。
1.28利用驱动－附着条件原理分析汽车不同驱动形式的适用条件。
1.29汽车的驱动－附着条件为FfFWFjFtF，其中FFZ。
已知汽车（转弯或侧偏）行驶过程中驱动轴左右车轮的地面法向反作用力分别为Fzl和Fzr，且FzlFzr，此时公式Ftmax（v）FzlFzr是否成立，并说明原因。
1.30＊试计算某后轮驱动轿车在中等摩擦路面上因附着条件限制的加速度，
分别考虑差速器能够锁止和不能锁止两种情况，已知条件如表1-2所示。
表1-2某轿车的基本参数
参数
参数值
参数
参数值
总重量/N
17578
附着系数
0.62
前轴载荷/N
9345
主减速器传动比
2.90
后轴载荷/N
8233
轮胎半径/m
0.33
质心高/mm
533
前悬架侧倾刚度/[N·m·（°）-1]
1560
轴距/mm
2743
前悬架侧倾刚度/[N·m·（°）-1]
380
轮距/mm
1499
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1.31＊试计算某前轮驱动车辆由于附着条件限制的加速性能，该轿车的参数如表1-3所示。
表1-3某轿车的基本参数
参数
参数值
参数
参数值
总重量/N
13795
附着系数
0.62
前轴载荷/N
8678
主减速器传动比
3.70
后轴载荷/N
5117
轮胎半径/m
0.32
质心高/mm
483
前悬架侧倾刚度/[N·m·（°）-1]
130
轴距/mm
2667
前悬架侧倾刚度/[N·m·（°）-1]
84
轮距/mm
1524
1.32试用汽车的动力特性图来分析汽车的动力性能。
1.33画出具有四挡变速器汽车的动力特性图和驱动力—行驶阻力平衡图，说明它们有什么共同点和不同点。
1.34画图说明什么是汽车的后备功率？
写出汽车的后备功率的表达式并解释之。
1.35汽车的后备功率对汽车的动力性和燃油经济性有何影响？
1.36已知某汽车的总质量m=4600kg，CD=0.75，A=4m2，旋转质量换算系数
du
1.35，坡度角α=5°，f=0.015，传动系效率T0.85，加速度
dt
ua=30km/h，此时克服各种阻力需要的发动机输出功率是多少？
0.2
m/s2，
1.37已知某轻型货车的汽油发动机使用外特性的Ttqn曲线的拟合公式为
234
⎛n⎞⎛n⎞
⎛n⎞
⎛n⎞
Ttq19.313295.27⎜1000⎟165.44⎜1000⎟
40.874⎜1000⎟
3.8445⎜1000⎟
式中，Ttq为发动机转矩（N·m）；n为发动机转速（r/min）。
该车的其他基本参数如表1-4所示。
表1-4某轻型货车的基本参数
参数
参数值
参数
参数值
装载质量/kg
2000
2
飞轮转动惯量If/（kg·m）
0.218
整车整备质量/kg
1800
二前轮转动惯量IW1/（kg·m2）
1.798
第1章汽ft动力性
总质量/kg
3880
四后轮转动惯量IW2/（kg·m2）
3.598
车轮半径/m
0.367
变速器
4挡/5挡
传动系机械效率t
0.85
轴距L/m
3.2
滚动阻力系数f
0.013
质心距前轴距离（满载）a/m
1.947
空气阻力系数×迎风面积/m2
2.77
质心高（满载）hg/m
0.9
主减速器传动比i0
5.83
变速器（4挡和5挡）的传动比如表1-5所示。
表1-5变速器传动比
1挡
2挡
3挡
4挡
5挡
四挡变速器
6.09
3.09
1.71
1.00
—
五挡变速器
5.56
2.769
1.644
1.0
0.793
确定该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—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挡起步加速行驶至70km/h的车速—时间曲线，求汽车用2挡起步加速行驶至70km/h的时间。
（注：
本题最好上机计算，可以选择Excel、VB、VC等软件进行计算和画图）
1.38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%。
设某轿车的轴距L=2.6m，质心高度h=0.57m。
试比较采用F.F.和F.R.型式时的附着力利用
情况，分析时其前轴负荷率取相应型式的平均值。
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FW0）。
其他有关参数为：
m=1600kg，CD=0.45，A=2.00m2，f=0.02，δ=1.00。
1.39＊3.0L发动机排量的金牛座（Taurus）GL轿车，前轴载荷8673N，后
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轴载荷4882N，轴距2692mm，质心高508mm，假设驾驶员体重890N，前排乘客体重49%分配到前轴，51%分配到后轴。
该车从静止起步以1.83m/s2的加速度爬6%的坡度，求解此时载荷分布（即FZ1和FZ2）。
1.40＊一轿车的有关参数如下：
总质量1600kg，质心位置a=1450mm，
b=1250mm，hg=630mm；发动机最大转矩
Ttqmax140Nm；1挡传动比i13.85；
主减速器传动比i0=4.08；传动效率t0.85；车轮半径r=300mm；飞轮转动惯量
W
If=0.25kg·m2；全部车轮的转动惯量I
4.5kgm2
（其中前轮的
22
IW2.25kgm，后轮的IW2.25kgm）。
若该轿车为前轮驱动，当地面附着系数为0.6时，在加速过程中发动机转矩能否充分发挥而产生应有的最大加速度？
应如何调整质心在前、后方向的位置（即b值），才能保证获得应有的最大
加速度。
若令b100%为前轴负荷率，求原车的质心位置改变后，该车的前轴
L
负荷率。
（解题时，为计算方便，可忽略滚动阻力与空气阻力）
1.41＊如果你想买一部微型旅行车牵引你的船和拖车外出，如图1-3所示，在湖边度过周末。
虽然你很喜欢新式的前驱动旅行车，但你不确定它是否能将你的船通过陡峭的斜坡从水中拖上来。
车辆的参数如表1-6所示。
表1-6旅行车及小船/拖车组合后的基本参数
旅行车
参数
小船/拖车组合
参数
前轴重量/N
6764
总重/N
5340
后轴重量/N
5118
拖钩负载/N
1112
质心高度/mm
622
拖钩到拖车车轮距离/mm
2794
拖钩高度/mm
356
质心高度/mm
889
拖钩距后轮距离/mm
584
轴距/mm
3048
当路面附着系数为0.3时，分别计算出这辆车车轮没有发生滑转的情况下，前轮驱动、后轮驱动和四轮驱动三种情况下的最大爬坡度。
第1章汽ft动力性
计算中假定纵向加速度为0，忽略滚动阻力，并假设船已经脱离水面，因此没有浮力的作用，sin，cos1，L=b+c（旅行车轴距）；Lt=e+f（拖钩到拖车车轮的距离），Wb/W（船和拖车与汽车的重力比）。
分别以旅行车和小
船/拖车为分离体分析受力。
1.42一辆后轴驱动汽车的总质量为2152kg，前轴负荷52%，后轴负荷48%，主减速器传动比i0=4.55，变速器各挡传动比如下：
1挡3.79，2挡2.17，3挡1.41，4挡1.00，5挡0.86。
质心高度hg=0.57m，CDA=1.5m2，轴距L=2.300m，飞轮转动惯量If=0.22kg·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0.6的路面上低速滑行曲线和直接挡加速曲线如图1-4所示。
图上给出了滑行数据的拟合直线u19.760.59T，u的单位km/h，T的单位s，直接挡最大加速度amax=0.75m/s2（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。
1.43某轿车设计时，预期最高车速为165km/h，预期满载质量m=1450kg，参照同类型轿车，传动系统效率t0.85，滚动阻力系数f0.015，空气阻力系
2
数CD0.35，迎风面积A1.98m。
（1）预选发动机功率。
（2）若1挡最大动力因数D1max0.35，求最大爬坡度imax。
（3）若最高挡最大动力因数D0max0.10，该挡旋转质量换算系数1.03，求该汽车在平直路面上以最高挡行驶时能达到的最大加速度（假设地面附着力足
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够）？
（4）该轿车是否可以选用最高挡以某一车速匀速行驶在i5%的上坡路上？
（5）若该轿车拖带一房屋拖车旅行，该轿车—房屋拖车组是否可以选用最高挡以某一速度均速行驶在i5%的上坡路上？
假设此时该拖车的质量是1000kg；拖车车轮的滚动阻力系数与轿车车轮相同。
1.44已知某路面车辆的满载质量为1700kg，发动机最大输出转矩为
180N·m，对应的发动机转速为2800r/min；驱动轮滚动半径为365mm；空气阻力系数为0.48；迎风面积为2.8m2；第1挡和最高挡工作时传动系统的总传动比分别为20.5和4.63，相应的传动系统机械效率分别为0.85和0.92。
若滚动阻力系数为0.015，重力加速度取为9.8m/s2，试求：
（1）该车第1挡的最大动力因数；
（2）该车最高挡的最大爬坡度。
1.45根据某一使用自动变速器的车辆（在用的轿车），画出其驱动力与行驶阻力的平衡图，并确定其在某一道路上行驶时的动力性指标。
1.46根据某一使用机械式变速器的车辆（在用的轿车），画出其驱动力与行驶阻力的平衡图或功率平衡图，并确定其在某一道路上行驶时的动力性指标。
1.47加装液力变矩器的汽车具有较理想的动力特性，试说明主要原因是什
么？
第2章汽ft的燃油经济性
第2章汽车的燃油经济性
2.1“车开得慢，加速踏板踩得小，就一定省油”，或者“只要发动机省油，汽车就一定省油”这两种说法对吗？
为什么？
2.2试述无级变速器与汽车动力性、燃油经济性的关系。
2.3试分析汽车变速器由4挡增加至6挡（最大、最小速比不变）对汽车动力性和燃油经济性的影响。
2.4汽车的燃油经济性试验评价方法有哪些？
2.5何谓等速行驶燃油经济特性？
如何利用等速行驶燃油经济特性分析比较汽车的经济性？
2.6如何根据发动机负荷特性计算等速行驶的燃油经济性？
试分析影响汽车燃油经济性的主要因素。
2.7如何制作等速燃油消耗特性曲线（提示：
考虑试验及数据处理）？
2.8说明汽车行驶条件对燃油经济性的影响。
2.9豪华型轿车为什么比经济型轿车百公里燃油消耗量大？
2.10试从汽车结构方面简述影响汽车燃油经济性的因素。
2.11试说明如何用发动机“最小燃油消耗特性曲线”和克服行驶阻力应提供的功率曲线，确保发动机在最经济工况下工作的“无级变速器调节特性”。
2.12如何从改进汽车底盘设计方面来提高燃油经济性？
2.13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。
2.14试分析超速挡对汽车动力性和燃油经济性的影响。
2.15分析轮胎对汽车动力性和燃油经济性有些什么影响？
2.16为什么公共汽车起步后，驾驶员很快换入高挡？
2.17达到最佳动力性的换挡时机是什么？
达到最佳燃油经济性的换挡时机是什么？
两者是否相同？
2.18图2-1是某轻型货车汽油发动机的负荷特性与万有特性，货车的其他
参数与题1.37相同。
负荷特性曲线的拟合公式为
234
bB0B1PeB2PeB3PeB4Pe
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式中，b为燃油消耗率g/kWh；P为发动机净功率kW。
拟合公式中的系数如表2-1所示。
e
表2-1拟合公式的系数
n/（rmin1）
B0
B1
B2
B3
B4
815
1326.8
－416.46
72.379
－5.8629
0.17768
1207
1354.7
－303.98
36.657
－2.0553
0.043072
1614
1284.4
－189.75
14.524
－0.51184
0.0068164
2012
1122.9
－121.59
7.0035
－0.18517
0.0018555
2603
1141.0
－98.893
4.4763
－0.091077
0.00068906
3006
1051.2
－73.714
2.8593
－0.05138
0.00035032
3403
1233.9
－84.478
2.9788
－0.047449
0.00028230
3804
1129.7
－45.291
0.71113
－0.00075215
－0.000038568
怠速油耗Qid0.299mL/s（怠速转速400r/min）。
1）绘制该轻型货车的功率平衡图。
2）绘制最高挡与次高挡的等速百公里油耗曲线。
3）利用计算机求该货车按JB3352—1983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率值时，若发动机转速与负荷特性中给定的转速不相等，可由相邻转速的两条曲线用插值法求得。
六工况循环的参数如表2-2所示。
表2-2六工况循环参数
工况累
计行程/m
时间/s
累计时间/s
车速/（kmh1）
说明
Ⅰ
50
7.2
7.2
25
等速
Ⅱ
200
16.7
23.9
25～40
匀加速度为0.25m/s2
Ⅲ
450
22.5
46.4
40
等速
Ⅳ
625
14.0
60.4
40～50
匀加速度为0.2m/s2
Ⅴ
875
18.0
78.4
50
等速
Ⅵ
1075
19.3
97.7
50～25
匀加速度为0.36m/s2
第2章汽ft的燃油经济性
2.19某轿车按给定的速度变化曲线作加速行驶，请根据汽油发动机的万有
特性曲线如图2-1所示，计算加速过程中的燃油消耗量。
已知发动机的功率P30kW，初始车速ua010km/h，经过时间t12s，车速达到40km/h；又经过时间t24s，车速达到60km/h；再经过时间t34s，车速达到90km/h。
等
速单位时间油耗计算公式为QPb，其中b为燃油消耗率[g/（kWh）]，汽油
t367.1
重度7N/L。
2.20说明用已知的某一发动机负荷特性图确定无级变速器调节特性的过程。
2.21汽油发动机排气净化的措施有哪些？
2.22柴油机碳烟的种类及其形成机理是什么？
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第3章汽车动力装置参数的选择
3.1请简单叙述选择汽车发动机功率方法有哪些？
3.2试分析汽车主减速器传动比i0对汽车动力性和燃油经济性的影响。
3.3传动系中最大传动比的确定原则是什么？
3.4如何确定变速器的挡数和各挡间的速比分配？
3.5改变题1.38轻型货车的主减速器传动比，作出i0为5.17、5.43、5.83、
6.17、6.33时的燃油经济性—加速时间曲线，讨论不同i0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。
3.6某四轮轿车为前轮驱动，要求设计其动力装置参数，已知条件如表3-1
所示。
表3-1轿车的基本参数
基本参数
参数值
基本参数
参数值
滚动阻力系数f
0.015
发动机最大转矩Ttqmax/（N·m）
60
空气阻力系数CD
0.36
最高挡传动比ig4
0.90
迎风面积A/m2
1.98
传动系统总传动效率ηT
0.9
整车满载质量m/kg
1000
驱动轮的滚动半径rr/m
0.245
发动机最大输出功率对应
的转速np/（r·min-1）
4800
（1）设计计算此车主减速器传动比的值，要求最高车速（理论上）在发动机最大输出功率点获得，已知最高挡工作时，与发动机最大输出功率对应的驱动力为708N。
（2）假定附着力足够，最大爬坡度的设计要求值为18°。
根据上面的已知条件和所确定的主减速器传动比，变速器第1挡传动比至少为多大（不计空气阻力）？
（3）若满载时驱动轮轴所承受的载荷占整车重量的60%，汽车质心高度与
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