汽车理论第五版课后习题答案正确.docx

1、汽车理论第五版课后习题答案正确第一章 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：(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 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T F a。为克服该滚动阻力偶矩，需要在车轮中心

2、加一推力 FP 与地面切向反作用力构成一力偶矩。f z（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

3、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Tqn n n n2 3 419.313 295.27( ) 165.44( ) 40.874( ) 3.8445( ) 1000 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

4、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 t=0.85滚动阻力系数 f=0.0132空气阻力系数 迎风面积 CDA=2.77m主减速器传动比 i0=5.832飞轮转动惯量 If=0.218kg ?m2二前轮转动惯量 Iw1=1.798kg ?m2四后轮转动惯量 Iw2=3.598kg ?m变速器传动比 ig(数据如下表 )档 档 档 档 档四档变速器 6.09 3.09 1.71 1.00 -五档变速器 5.56 2.769 1.644 1.00 0.793轴距 L=3.2m质心至前轴距离（

5、满载） a=1.974m质心高（满载） hg=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 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 1和sin tan ，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

6、）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图汽车驱动力 Ft=Ttqi gio tr行驶阻力 Ff+F wFi +F jG?f +CAD1.42u +G ?i+amdudt发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为：ua 0.377riign0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，2。 Uamax99.08m/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（

7、等速）克服坡度阻力时能爬上的坡度，du此时 0dt，因此有Fi F F F ，可得到汽车爬坡度与车速的关系式：t f wiF F Ft f wtan arcsin ；而汽G车最大爬坡度i 为档时的最大爬坡度。利用 MATLAB 计算可得， imax 0.352。max如是前轮驱动， C 1qb hgL Lq；相应的附着率 C 1 为 1.20，不合理，舍去。如是后轮驱动， C 2 qa hgL Lq；相应的附着率 C 2 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 如下表所示：汽车旋转质量换算系数 档 档 档 档 档12 2I w I f ig i

8、T02 2mr mr1.5 1.1027 1.0429 1.0224 1.0179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 70km/h 的加速时间约为 26.0s 。1.6 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

9、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。1.7 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 Gf C AD 3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 ( u u ) 。amax a max3600 76140 t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

10、阻碍车流。1.8 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。1.9 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

11、. 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 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 ：2, f =0.02, 1.00 。 m=1600kg, CD=0.45, A=2.00m分析：分析本题的核心在于考察汽车的附着力、地面法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

12、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。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 （115），由附着系数得到最大附着力，滚动阻力已知，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

13、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。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， 具体见 1.3 题的分析。 但经过公式推导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，空气升力FZW1122C A u ，Lf r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 Fzs1 = 0.615X1600X9.8 = 9643.2N ，汽车前轮法向反作用力的简化形式为

14、：Fz1= Fzs1-Fzw19643.2-12C2Lf A ur地面作用于前轮的切向反作用力为：Fx1 = Ff2+Fw = 0. 385Gf +C AD u 2a19.314 15120.7C AD u2a21.15第 4页共 30 页附着力利用情况：C A 2aD1.10 u 21.15FX112F C A u19.315Z1Lf r2ii 对于前置发动机后轮驱动（ F.R.）式轿车同理可得：C A2 D 174.7 uFa21.16X 21F C A u2Z 26946.2Lr r2一般地， CLr 与 CLf 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F FX

15、1 X 2F FZ1 Z 2，前置发动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， Fz19643.2 N 。最大附着力 F 1= Fz1=1928.6 N。令加速度和坡度均为零，则由书中式（ 115）有：F =F =F +F ，1 X1 W f2则F F F = 1928.6-0.02X0.385X1600X9.8= 1807.9 N ，W 1 f2又C AD 2F uW a max21.15由此可推出其极限最高车速

16、：u = 206.1 km/h 。amaxii 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。前轮的地面反作用力hbgF 1 F G( cos sin )z zs1L L最大附着力F = F1 z1a由书中式（ 115），有 F 1 =FX1 =Fi +Ff2 G sin G cos fL以上三式联立得： imax tanb afL hg0.095。iii 求极限最大加速度：令坡度阻力和空气阻力均为 0，Fz19643.2 NF = F 1928.6N1 z1由书中式（ 115）F =F =F ma1 X1 f2 max解得a 1.13。max第 5 页 共 30 页2) 当附

17、着系数 0.7 时，同理可得：最高车速：u = 394.7 km/h 。a max最大爬坡度：imax 0.347。最大加速度：a 4.14max方法二：忽略空气阻力与滚动阻力，有：qb/L1/ hg / L，最大爬坡度i q ，最大加速度 amax q.gmax所以 0.2 时，2imax 0.118,amax 1.16m / s 。1.11 时，2imax 0.373,amax 3.66m/ s19.316 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 M emax=140Nm2，档传动比 i1=3.85；主减速

18、器传动比 i0=4.08； 传动效率 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(其中后轮 Iw=2.25 kg m2,前轮的 Iw=2.25 kg m2)。若该轿车为前轮驱动，问：当地面附着系数为 0.6I w=4.5kg m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），b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。 如果前者大于后者，则发

19、动机扭矩将不能充分发挥而产生应有的加速度。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Me max i i0 1 mFt 6597.4 N；maxramaxFtmaxm；2 2I I i i= w f 1 0 m =1.42；12 2mr mr解得2amax 2.91m / s 。前轮驱动汽车的附着率 C 1qb hgL Lq；a等效坡度 max 0.297qg。则有， C10.7540.6 , 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C10.6，代入 q=0.297，hg=0.63m，L=2.7m ，解得 b 1524mm，则前轴负荷率

20、应变为 b/L= 0.564 ，即可保证获得应有的最大加速度。19.317 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：21.17，二档： 2.17，三档： 1.41，四档： 1.00，五档： 0.86。质心高度 hg0.57m，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r0.367m。该车在附着系数 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

21、的单位 km/h，第 6页共 30 页2（uT 的单位为 s，直接档最大加速度 amax0.75m/s a50km/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。I 3.6= w 。 1 1 1.012 2 2mr 2152 0.367du行驶方程退化为： 0Gf mdt，减速度：du Gfdt m。根据滑行数据的拟合直线可得：dudt1.1219.318221.18m / s。du解得： 0.0169fg dt

22、。2）求直接档最大动力因数直接档：2 2I I i i= 。w f 4 0 m1 1.0272 2mr mr动力因数：D fdugdt。最大动力因数：D f amax maxg6946.321.16 0.75 0.096 9.8。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：T i itq tmax 0 4F F D Gt wmax 4 max 4 r最大爬坡度是指一挡时的最大爬坡度：T i itqmax 0 1 trGf Gimax以上两式联立得：Gf Gi F D Gmax w max 4i i1 4C AD 2imax i1 ( u Dmax 4 ) f 0.65

23、4a21.15G由地面附着条件，汽车可能通过的最大坡度为：qa/ L1/ hg / L0.338。所以该车的最大爬坡度为 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

24、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。为第 7页共 30 页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。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

25、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（i 0.377nri u0 a），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

26、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， upumax，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 ：b2 3 4B0 B Pe B Pe B Pe B Pe1 2 3 4其中，b 为燃油消耗率 g/(