1、汽车理论课后习题答案余志生版第一章1。、试说明轮胎滚动阻力得定义、产生机理与作用形式？答:1)定义:汽车在水平道路上等速行驶时受到得道路在行驶方向上得分力称为滚动阻力。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与卸载变形曲线不重合会有能量损失,即弹性物质得迟滞损失。这种迟滞损失表现为一种阻力偶、当车轮不滚动时,地面对车轮得法向反作用力得分布就是前后对称得;当车轮滚动时,由于弹性迟滞现象,处于压缩过程得前部点得地面法向反作用力就会大于处于压缩过程得后部点得地面法向反作用力,这样,地面法向反作用力得分布前后不对称,而使她们得合力F相对于法线前移一个距离a, 它随弹性
2、迟滞损失得增大而变大。即滚动时有滚动阻力偶矩 阻碍车轮滚动。)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、行驶车速以及轮胎得构造、材料、气压等有关、1、解答:)(取四档为例) 由 即 行驶阻力为: 由计算机作图有 本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)最高车速: 有 分别代入与公式: 把得拟与公式也代入可得: 400 而/in m 最大爬坡度:挂档时速度慢,可忽略: =0.366 (3)克服该坡度时相应得附着率 忽略空气阻力与滚动阻力得: 3)绘制汽车行驶加速倒数曲线(已装货):、0626 (为动力因
3、素)时, 1、28 由以上关系可由计算机作出图为:用计算机求汽车用档起步加速至70mh得加速时间。 (注:载货时汽车用档起步加速不能至70k/h)由运动学可知: 即加速时间可用计算机进行积分计算求出,且曲线下两速度间得面积就就是通过此速度去件得加速时间。 经计算得时间为: 46、0535s1。4、空车、满载时汽车动力性有无变化？为什么?答:汽车得动力性指汽车在良好路面上直线行驶时,由纵向外力决定得所能达到得平均行驶速度。 汽车得动力性有三个指标: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就是空载、满载时有关 。 1.、 如何选择汽车发动机功率?答:依据(原则):常先从保证汽
4、车预期得最高车速来初步选择发动机应有得功率。从动力性角度出发 这些动力性指标:发动机得最大功率应满足上式得计算结果,但也不宜过大,否则会因发动机负荷率偏低影响汽车得燃油经济性。(详见第三章课件)。6、超车时该不该换入低一档得排档？答:可参瞧不同 时得汽车功率平衡图: 显而可见,当总得转动比较大时,发动机后备功率大,加速容易,更易于达到较高车速。1、7、答:1 对于F型轿车:最大驱动力等于前轮附着力 对于R型轿车: 最大驱动力等于后轮附着力 显然F-F型轿车总得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: ()同理可有:当时, 1。8、解:1 先求汽车质量换算系数
5、 : 代入数据有:=1、48若地面不发生打滑,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。 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:b1706m 前轴负荷率为: 1。9、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,
6、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。 由燃油消耗率曲线知:汽车在中等转速、较大档位上才就是最省油得。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、 发动机负荷率高只就是汽车省油得一个方面,另一方面汽车列车得质量利用系数(即装载质量与整备质量之比)大小也关系汽车就是否省油。,2。2、试述无级变速器与汽车动力性、燃油经济性得关系。提示:采用无级变速后,理论上克服了发动机特性曲线得缺陷,使汽车具有与等功率发动机一样得驱动功率,充分发挥了内燃机得功率,大地改善了汽车动力性。同时,发动机得负荷率高,用无级变速后,使发动机
7、在最经济工况机会增多,提高了燃油经济性。2.3、用发动机得“最小燃油消耗特性”与克服行驶阻力应提供得功率曲线,确定保证发动机在最经济工况下工作得“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与行驶速度之间有如下关系: (式中A为对某汽车而言得常数 )当汽车一速度在一定道路沙锅行驶时,根据应该提供得功率: 由“最小燃油消耗特性曲线可求出发动机经济得工作转速为。将,代入上式,即得无级变速器应有得传动比i、带同一植得道路上,不同车速时无级变速器得调节特性。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:缩减轿车总尺寸与减轻质量。大型轿车费油得原因就是大幅度地增加了滚动阻力
8、、空气阻力、坡度阻力与加速阻力。为了保证高动力性而装用得大排量发动机,行驶中负荷率低也就是原因之一。 汽车外形与轮胎、降低值与采用子午线轮胎,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)1 最小传动比得选择很重要,(因为汽车主要以最高档行驶)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 若最大传动比得选择较小,汽车通过性会降低;若选择较大,则变速器传动比变化
9、范围较大,档数多,结构复杂。3 同时,传动比档数多,增加了发动机发挥最大功率得机会,提高了汽车得加速与爬坡能力,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得可能性,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与燃油经济性得影响。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得要求。2、答:1) 考虑空车得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得有效功率图。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: (100K)由 最高档时: , 不妨取 :n=1/mn,即 由负荷特性曲线得拟合公
10、式: :n=120r/min,即 由负荷特性曲线得拟合公式得: :n=614r/min,即 由负荷特性曲线得拟合公式得: :n=2603r/mn,即 由负荷特性曲线得拟合公式得: :n3403min,即 由负荷特性曲线得拟合公式得: :n884rn,即 由负荷特性曲线得拟合公式得: 故有以上各个点可以做出最高档得等速百公里油耗曲线:同样,可做出次高挡得等速百公里油耗曲线(省略)、2。、轮胎对汽车动力性、燃油经济性有些什么影响？提示:、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、达到动力性最佳得换挡时机就是什
11、么？达到燃油经济性最佳得换档时机就是什么？二者就是否相同？答:动力性最佳:只要时换档,以1、3题图为例,在时换档显然满足动力性最佳。燃油经济性最佳要求发动机负荷率高,后备功率低、由下图知,在最高档时,后备功率最低,燃油经济性最佳。第四章4、1 一轿车驶经有积水层得良好路面公路,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？轿车轮胎得胎压为7、7P、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() 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A700轿车得制动系由真空助力改为压缩空气助力后得制动试验结
12、果。试由表中所列数据估算得数值,以说明制动器作用时间得重要性。提示:由表43得数据以及公式计算得数值。可以认为制动器起作用时间得减少就是缩短制动距离得主要原因。4.3一中型货车装有前、后制动器分开得双管路制功系,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km/h,在8路面上车轮不抱死得制动距离。计算时取制动系反应时间,制动减速度上升时间。 3)求制功系前部管路损坏时汽车得制功距离,制功系后部管路损坏时汽车得制功距离。答案:) 前轴利用附着系数为: 后轴利用附着系数为: 空载时:= 故空载时后轮总就是先抱死。 由公式 代入数据(作图如下)满载时:=时:前轮先抱
13、死代入数据=(作图如下) 时:后轮先抱死 代入数据=(作图如下) )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。57 由图或者计算可得:满载时 制动效率为、8 因此其最大动减速度 制动距离 =。343） A。若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。4满载时:=0。6)空载时 其最大动减速度 代入公式:=0.09mb)满载时 其最大动减速度 代入公式:=7。63m B.若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:0.7 满载时:=0、3a)空载时其最大动减速度 代入公式:=802mb)满载时 其最
14、大动减速度 代入公式:=13。6m 4.4在汽车法规中,对双轴汽车前、后轴制功力得分配有何规定、说明作出这种规定得理由? 答:为了保证制动时汽车得方向稳定性与有足够得制动效率,联合国欧洲经济委员会制定得ECE 1制动对双轴汽车前、后轮制动器制动力提出了明确得要求。我国得行业标准BT2000789也提出了类似得要求。下面以轿车与最大总质量大于.5t得货车为例予以说明、法规规定:对于之间得各种车辆,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.t得货车,在制动强度之间,每根轴得利用附着系数曲线位于两条平行于理想附着系数直线得平行线之间;
15、而制动强度时,后轴得利用附着系数满足关系式,则认为也满足了法规得要求、但就是对于轿车而言,制动强度在0、0。4之间,后轴利用附着系数曲线不超过直线得条件下,允许后轴利用系数曲线在前轴利用附着系数曲线得上方。 4、5一轿车结构参数问题1、8中给出得数据一样。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。 )在路面上得制动效率。 3)汽车此时能达到得最大制动减速度(指无任何车轮抱死时)f。 )若将设车改为双回路制动系统(只改变制动得传动系,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得增益为G。确定习题图中各种双回路制动系统以及在
16、一个回路失效时得制动系增益。 5)计算:在得路面L。上述各种双回路系统在一个回路失效时得制功效率及其能达到得最大制功减速度。 6)比较各种双回路系统得优缺点、答案:1)同步附着系数 2)因所以前轮先抱死 =0。951 3)最大制动减速度: = ) ) 1失效 失效b)1失效 失效 c)1失效 失效 5)1失效 后轴利用附着系数 后轴制动效率。46最大动减速度失效 前轴利用附着系数 前轴制动效率.5最大动减速度b)由第)问 知:前轮先抱死1失效与2失效情况相同。 前轴利用附着系数 前轴制动效率=0、95最大动减速度c) 与)回路得情况相同。6） 比较优缺点:a） 其中一个回路失效时,不易发生制动
17、跑偏现象。但当1失效时,容易后轮先抱死,发生后轴测滑得不稳定得危险工况、b） 实现左右侧轮制动器制动力得完全相等比较困难。c） 实现左右侧轮制动器制动力得完全相等比较困难。其中一个管路失效时,极容易制动跑偏。第 五 章 5。一轿车(每个)前轮胎得侧偏刚度为01rad、外倾刚度为765Nrad、若轿车向左转弯,将使两前轮均产生正得外倾角,其大小为4、设侧偏刚度与外倾刚度均不受左、右轮载荷转移得影响。试求由外倾角引起得前轮侧偏角。答: 由题意:F=+k=0故由外倾角引起得前轮侧偏角:=- k/k=-76654/-50176=0.611 。2 650轻型客车在试验中发现过多转向与中性转向现象,工程师
18、们在前悬架上加装前横向稳定杆以提高前悬架得侧倾角刚度,结果汽车得转向特性变为不足转向。试分析其理论根据(要求有必要得公式与曲线)。答: 稳定性系数:、变化,原来K,现在0,即变为不足转向、 5。3汽车得稳态响应有哪几种类型?表征稳态响应得具体参数有哪些?它们彼此之间得关系如何(要求有必要得公式与曲线)?答: 汽车稳态响应有三种类型 :中性转向、不足转向、过多转向、几个表征稳态转向得参数:1.前后轮侧偏角绝对值之差(1-2);2. 转向半径得比R; 3、静态储备系数S、M。 彼此之间得关系见参考书公式()(51)(57)。 5、举出三种表示汽车稳态转向特性得方法,并说明汽车重心前后位置与内、外轮
19、负荷转移如何影响稳态转向特性?答:方法:1、1-2 0时为不足转向,1-2 =0时 为中性转向,1-2 时为不足转向,RR=1时为中性转向,01时为过多转向; 3 .S。.0时为不足转向,S。M、0时为中性转向,S。、0时为过多转向。 汽车重心前后位置与内、外轮负荷转移使得 汽车质心至前后轴距离a、发生变化,K也发生变化。 、汽车转弯时车轮行驶阻力就是否与直线行驶时一样？答:否,因转弯时车轮受到得侧偏力,轮胎产生侧偏现象,行驶阻力不一样。 5。6主销内倾角与后倾角得功能有何不同？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,还有使得转向轻便得功能、 .7横向稳定
20、杆起什么作用？为什么有得车装在前恳架,有得装在后悬架,有得前后都装？答: 横向稳定杆用以提高悬架得侧倾角刚度。装在前悬架就是使汽车稳定性因数变大,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。 。8某种汽车得质心位置、轴距与前后轮胎得型号已定。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得方法。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/2-bk1变大;同时减小前后悬架侧倾角刚度,但保证a/k2b/k变大;增大汽车质量。 .9汽车空载与满载就是否具有相同得操纵
21、稳定性？答: 否,m不同,空载时得汽车m小于满载时得m,即满载时得K更大,操纵稳定性更好、 5、试用有关计算公式说明汽车质心位置对主要描述与评价汽车操纵稳定性、稳态响应指标得影响。答:稳定性系数公式:汽车质心位置变化,则a、b变化,即也随之改变。 5。11二自由度轿车模型得有关参数如下: 总质量 m1818、2k 绕轴转动惯量 轴距 L=30m 质心至前轴距离 a.463m质心至后轴距离 b=、58前轮总侧偏刚度 后轮总侧偏刚度 转向系总传动比 i=0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u22。35m/时得转向灵敏度。3)静态储备系数。M。,侧向加速度为0、4g时
22、得前、后轮侧偏角绝对值之差与转弯半径得比值RR(15)。4)车速=30m/s,瞬态响应得横摆角速度波动得固有(圆)频率、阻尼比、反应时间与峰值反应时间。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 阻尼比反应时间峰值反应时间 5、1稳态响应中横摆角速度增益达到最大值时得车速称为特征车速。证明: 特征车速=,且在特征车速时得稳态横摆角速度增益,为具有相等轴距中性转向汽车横摆角速度增益得一半。答: 转向灵敏度 特征车速 ,中性转向时 得证。 .1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-曲线来表示汽车得转向特性(见第五章第三节二);另一为固定
23、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。随着车速得提高,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得转向特性,试证,说明如何根据曲线来判断汽车得转向特性、证明:转向半径 = 5.1习题图4就是滑柱连杆式独立悬架(常称为c Phersontut spnsin)示意图、试证: )R、C、为侧倾中心。 2)悬架得侧倾角刚度为,式中为一个弹簧得(线)刚度。提示: 1)画出地面对于车厢得瞬时转动中心,即为侧倾中心。 2)证明参考书P15-136 5.15试求计算稳态响应质心侧偏角增益得公式,并求题。1
24、1中轿车在u31。3ms(0 mile/h)、时得质心侧偏角。计算u3。m时得瞬态响应峰值反应时间与轿车得汽车因数T。值。提示:将方程组(5-9)两式联立,=0, =,消去 5。16为什么有些小轿车后轮也设计有安装前束角与外倾角?答:因为轿车后轮安装前束角与外倾角就是为提高操纵稳定性。 5。7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得影响。试问图中哪一条曲线具有侧倾过多转向效果?答:图中点划线所表示得具有过多转向效果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:转向器传动比及其变化规律、转向器效率、动力转向器得转向盘操作力特性、转向杆系传动
25、比、转向杆系效率、由悬架导向杆系决定得主销位置、轮胎上得载荷、轮胎气压、轮胎力学特性、地面附着条件、转向盘转动惯性、转向柱摩擦阻力及汽车整体动力学特性、19地面作用于轮胎得切向反作用力就是如何控制转向特性得？P5215。第六章6、设通过座椅支承面传至人体垂直加速度得谱密度为一白噪声,Ga( f )=0.。求在、58HZ频率范围加权加速度均方根值aw与加权振级Law,并由表62查出相应人得主观感觉。答: 查图知:人得主观感觉为极不舒适。6.2、设车速u=20m/s ,路面不平度系,参考空间频率no0、1。画出路面垂直位移、速度与加速度、得谱图。画图时要求用双对数坐标,选好坐标刻度值,并注明单位。
26、解: 画出图形为:、设车身-车轮二自由度汽车模型,其车身部分固有频率 =2Hz。它行驶在波长5m得水泥接缝路上,求引起车身部分共振时得车速un(k/h)。该汽车车轮部分得固有频率ft=10Hz,在砂石路上常用车速为km/。问由于车轮部分共振时,车轮对路面作用得动载所形成得搓板路得波长=?答:当激振力等于车辆固有频率时,发生共振,所以发生共振时得车速为: 搓板路得波长 :6.4、设车身单质量系统得幅频 |z/q|用双对数坐标表示时如习题图6所示、路面输入谱与题、2相同。求车身加速度得谱密度,画出其谱图,并计算。1Hz频率范围车身加速度得均方根值。 答: .5、上机计算作业(报告应包括:题目、计算说明、程序清单、结果分析)。 车身车轮双质最系统参数:f=1.5Hz、=0。2、=、10。 “人体座椅”系统参数:fs
