汽车理论-余志生-课后习题答案详解(全).doc

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第一章

1.1、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阻碍车轮滚动。

3）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、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关。

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

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

波动阻力系数　　　　　　　　　f＝0.013

空气阻力系数×迎风面积　　　CDA＝2.77

主减速器传动比　　　　　　　i0＝5.83

飞轮转功惯量If＝0.218kg·

二前轮转动惯量Iw1＝1.798kg·

四后轮转功惯量Iw2＝3.598kg·

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

解答：

1）（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）⑴最高车速：

有

分别代入和公式：

把的拟和公式也代入可得：

n>4000

而r/min

∴Km/h

⑵最大爬坡度：

挂Ⅰ档时速度慢，可忽略：

=0.366

（3）克服该坡度时相应的附着率

忽略空气阻力和滚动阻力得：

3）①绘制汽车行驶加速倒数曲线（已装货）：

40.0626

（为动力因素）

Ⅱ时，

1.128

由以上关系可由计算机作出图为：

②用计算机求汽车用Ⅳ档起步加速至70km/h的加速时间。

（注：

载货时汽车用Ⅱ档起步加速不能至70km/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，且曲线下两速度间的面积就是通过此速度去件的加速时间。

经计算的时间为：

146.0535s

1.4、空车、满载时汽车动力性有无变化？

为什么？

答：

汽车的动力性指汽车在良好路面上直线行驶时，由纵向外力决定的所能达到的平均行驶速度。

汽车的动力性有三个指标：

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是空载、满载时有关。

1.5、如何选择汽车发动机功率?

答：

依据（原则）：

常先从保证汽车预期的最高车速来初步选择发动机应有的功率。

〔从动力性角度出发〕这些动力性指标：

发动机的最大功率应满足上式的计算结果，但也不宜过大，否则会因发动机负荷率偏低影响汽车的燃油经济性。

（详见第三章课件）

1.6、超车时该不该换入低一档的排档?

答：

可参看不同时的汽车功率平衡图：

显而可见，当总的转动比较大时，发动机后备功率大，加速容易，更易于达到较高车速。

1.7、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权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＝2.00，f＝0.02，δ＝1.00。

答：

1>对于F-F型轿车：

最大驱动力等于前轮附着力

对于F-R型轿车：

最大驱动力等于后轮附着力

显然F-F型轿车总的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：

（2）同理可有：

当时，

1.8、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＝140N·m;I挡传动比iI＝0.385；主减速器传动比io＝4．08;传动效率ηm＝0.9；车轮半径r＝300mm;飞轮转动惯量If＝0.25kg·；全部车轮的转动惯量∑Iw＝4.5kg·（其中，前轮的Iw＝2.25kg·，后轮的Iw＝2.25kg·）。

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（即b值），才可以保证获得应有的最大加速度。

若令×100％为前轴负荷率，求原车的质心位置改变后，该车的前轴负荷率。

解题时，为计算方便，可忽略滚动阻力与空气阻力。

解：

<1>先求汽车质量换算系数：

代入数据有：

=1.4168

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。

<2>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：

b=1704.6mm

前轴负荷率为：

1.9、一辆后袖驱动汽车的总质量2152kg，前轴负荷52％，后轴负荷48％，主传动比io＝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＝1.5，轴距L＝2.300m，飞轮转动惯量If＝kg·m2，四个车轮总的转动惯量Iw＝3.6kg·，车轮半径r＝0.367m。

该车在附着系数Ψ＝0.6的路面上低速滑行曲线和直接挡加速曲线如习题图1所示。

国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/（us=50km/h）。

设各挡传动效率均为0.90，求：

1）汽车在该路面上的波动阻力系数。

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。

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，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。

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。

2.3、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工况下工作的“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和行驶速度之间有如下关系：

（式中A为对某汽车而言的常数）

当汽车一速度在一定道路沙锅行驶时，根据应该提供的功率：

由“最小燃油消耗特性”曲线可求出发动机经济的工作转速为。

将，代入上式，即得无级变速器应有的传动比i’。

带同一植的道路上，不同车速时无级变速器的调节特性。

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：

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

降低值和采用子午线轮胎，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最小传动比的选择很重要，（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，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的机会，提高了汽车的加速和爬坡能力，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：

因为汽车并不经常以此速度行驶，低速档只要满足动力性的要求。

2.7、习题图2是题1.3中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

式中，b为燃油消耗率[g／（kw.h）];Pe为发动机净功率（kw）。

拟合式中的系数为

怠速油耗（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）最高档与次高挡的等速百公里油耗曲线。

或利用计算机求货车按JB3352－83规定的六工况循环行驶的百公路油耗。

计算中确定燃油消耗率值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。

六工况循环的参数如下表

参看图2-2。

（汽油的密度是0.7g/cm3））

答：

1）<考虑空车的情况>

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的有效功率图。

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:

（L/100Km）

由

①最高档时:

不妨取

ⅰ:

n=815r/min,即

由负荷特性曲线的拟合公式:

ⅱ:

n=1207r/min,即

由负荷特性曲线的拟合公式得:

ⅲ:

n=1614r/min,即

由负荷特性曲线的拟合公式得:

ⅳ:

n=2603r/min,即

由负荷特性曲线的拟合公式得:

ⅴ:

n=3403r/min,即

由负荷特性曲线的拟合公式得:

ⅵ:

n=3884r/min,即

由负荷特性曲线的拟合公式得:

故有以上各个点可以做出最高档的等速百公里油耗曲线:

②同样,可做出次高挡的等速百公里油耗曲线（省略）

.

2.8、轮胎对汽车动力性、燃油经济性有些什么影响?

提示：

2.9、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、达到动力性最佳的换挡时机是什么？

达到燃油经济性最佳的换档时机是什么?

二者是否相同?

答：

①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。

②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。

第三章

改变1．3题中轻型货车的主减速器传动比，作出io为5.17、5.43、5.83、6.17、6.33时的燃油经济性一加速时间曲线，讨论不同io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。

（汽油的密度是0.7g/cm3））

答：

①时，※百公里消耗燃油：

（以最高档，较高转速（n取3403），最经济负荷（即90%负荷大约18Kw）行驶时油耗）：

此时：

将，代入下式得：

※加速时间：

（这里以最高档〈四档〉、速度由0加速到96.6Km/h的时间）

因与题1.3第三问求法相同，这里不在累述，可直接有计算机求得：

加速时间t=684.97s

②时，※百公里消耗燃油：

同上可得：

※加速时间t=665.78s

③时，※百公里消耗燃油：

同上可得：

※加速时间t=643.91s

④时，※百公里消耗燃油：

同上可得：

※加速时间t=630.14s

⑤时，※百公里消耗燃油：

同上可得：

※加速时间t=624.77s

由以上数据可做出燃油经济性一加速时间曲线如下：

第四章

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。

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（kPa）

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CA700轿车的制动系由真空助力改为压缩空气助力后的制动试验结果。

试由表中所列数据估算的数值，以说明制动器作用时间的重要性。

提示：

由表4-3的数据以及公式

计算的数值。

可以认为制动器起作用时间的减少是缩短制动距离的主要原因。

4．3一中型货车装有前、后制动器分开的双管路制功系，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30km/h，在80路面上车轮不抱死的制动距离。

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的制功距离，制功系后部管路损坏时汽车的制功距离。

答案：

1）

前轴利用附着系数为：

后轴利用附着系数为：

空载时：

=

故空载时后轮总是先抱死。

由公式

代入数据（作图如下）

满载时：

=

时：

前轮先抱死

代入数据=（作图如下）

时：

后轮先抱死

代入数据=（作图如下）

2）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：

=6.57m

由图或者计算可得：

满载时制动效率为0.87

因此其最大动减速度

制动距离

=5.34m

3）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：

=0.45

满载时：

=0.60

a）空载时其最大动减速度

代入公式：

=10.09m

b）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：

=0.57

满载时：

=0.33

a）空载时其最大动减速度

代入公式：

=8.02m

b）满载时其最大动减速度

代入公式：

=13.67m

4．4在汽车法规中，对双轴汽车前、后轴制功力的分配有何规定。

说明作出这种规定的理由?

答：

为了保证制动时汽车的方向稳定性和有足够的制动效率，联合国欧洲经济委员会制定的ECER13制动对双轴汽车前、后轮制动器制动力提出了明确的要求。

我国的行业标准ZBT240007—89也提出了类似的要求。

下面以轿车和最大总质量大于3.5t的货车为例予以说明。

法规规定：

对于之间的各种车辆，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3.5t的货车，在制动强度之间，每根轴的利用附着系数曲线位于两条平行于理想附着系数直线的平行线之间；而制动强度时，后轴的利用附着系数满足关系式，则认为也满足了法规的要求。

但是对于轿车而言，制动强度在0.3~0.4之间，后轴利用附着系数曲线不超过直线的条件下，允许后轴利用系数曲线在前轴利用附着系数曲线的上方。

4．5一轿车结构参数问题1.8中给出的数据一样。

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。

2）在路面上的制动效率。

*

3）汽车此时能达到的最大制动减速度（指无任何车轮抱死时）f。

4）若将设车改为双回路制动系统（只改变制动的传动系，

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的增益为G。

确定习题图3

中各种双回路制动系统以及在一个回路失效时的制动系增益。

5）计算：

在的路面L。

上述各种双回路系统在一个回路失效时的制功效率及其能达到的最大制功减速度。

6）比较各种双回路系统的优缺点。

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：

=

4）

a）1失效

2失效

b）1失效

2失效

c）1失效

2失效

5）a）1失效

后轴利用附着系数

后轴制动效率