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 eTDaDaTe PfACmuACumgfP 则 可 求 出 功 率 若 给 定 76140360 3xx 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 mAconstufguCffgPaTaDTaTe 6 314 76 3mxmx3x 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 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 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 10 85 10 874 10 4 65 10 27 9531 nnnTq 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 4000 r min 装载质量 2000kg 整车整备质量 1800kg 总质量 3880 kg 车轮半径 0 367 m 传动系机械效率 0 85 滚动阻力系数 f 0 013 空气阻力系数 迎风面积 CDA 2 77 2 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 四后轮转功惯量 Iw2 3 598kg 2 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 1 947m 质心高 满载 hg 0 9m 提示 1 以 4 挡变速器为例 由 uFnuTqFtt 即 r iTFTogqt 432 10 85 10 874 10 4 65 10 27 953 1 nnnnTq ogiru 行驶阻力为 wfF 215 aDf U ACGf 2302 49a 采用描点法做图 由发动机转速在 取六个点分别代入min 6nir min 40axr 公式 4 挡为例 ig 1 i0 5 83 发动机转速为 600r min 时计算 432 106 845 106 874 106 4 5 106 27 9531 Tq 106 62 riFTogqt 367 0 5 6 2 1439 68N 14 24 km hogi ru6037 0 520 876N 215 aDwf UACGfF 213 032 49aU 计算得各挡驱动力 阻力 车速 4 挡 转速 600 1000 2000 2500 3000 4000 驱动力 1439 68 1992 28 2362 26 2340 60 2291 82 1977 76 阻力 520 88 568 09 789 44 955 45 1158 35 1674 82 车速 14 24 23 73 47 46 59 33 71 20 94 93 3 挡 转速 600 1000 2000 2500 3000 4000 驱动力 2461 85 3406 80 4039 47 4002 42 3919 02 3381 97 阻力 503 40 519 54 595 24 652 01 721 40 898 03 车速 8 33 13 88 27 76 34 70 41 64 55 51 2 挡 转速 600 1000 2000 2500 3000 4000 驱动力 4448 60 6156 14 7299 39 7232 44 7081 74 6111 27 阻力 497 09 502 04 525 22 542 61 563 86 617 95 车速 4 61 7 68 15 36 19 20 23 04 30 72 1 挡 转速 600 1000 2000 2500 3000 4000 驱动 力 8767 63 12132 98 14386 17 14254 23 13957 21 12044 54 阻力 495 03 496 30 502 27 506 75 512 22 526 14 车速 2 34 3 90 7 79 9 74 11 69 15 59 绘制各挡驱动力阻力平衡图 2 最高车速 时 即曲线交点处 n 4000 r minwft F 4 而 r min0maxn 故 Km h93 48 51 0367 ax U 最大爬坡度 挂 1 挡时速度慢 Fj 可忽略 maxwfti FF sinaxftG 由前计算得 1 挡发动机转速 2000 r min 时 Ft 接近最大 Ftmax 为 14386N Ff Fw 为 502N 8 93052146 sinmax GFFwft 0 365 4 21 39tanmax i 3 后轮驱动 克服该坡度时相应的附着率 22z xFC 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 03 9 03 947 1265sincosiC22 LhaGFgzi 3 绘制汽车行驶加速倒数曲线 已装货 wft FFm 1tua d wft 1 u20211riImrITgf 2g2 367 085 0 5i 218 03367 0598183 2g1i 各挡 值 1 455 1 125 1 045 1 022 12 3 4 由已知各挡 Ft Ff Fw 可得 4 挡 转速 600 1000 2000 2500 3000 4000 驱动力 1439 68 1992 28 2362 26 2340 60 2291 82 1977 76 阻力 520 88 568 09 789 44 955 45 1158 35 1674 82 Ft Ff Fw 918 80 1424 18 1572 82 1385 14 1133 47 302 93 车速 14 24 23 73 47 46 59 33 71 20 94 93 1 a 4 31 2 78 2 52 2 86 3 49 13 08 3 挡 转速 600 1000 2000 2500 3000 4000 驱动力 2461 85 3406 80 4039 47 4002 42 3919 02 3381 97 阻力 503 40 519 54 595 24 652 01 721 40 898 03 Ft Ff Fw 1958 45 2887 25 3444 22 3350 40 3197 61 2483 93 车速 8 33 13 88 27 76 34 70 41 64 55 51 1 a 2 07 1 40 1 17 1 21 1 26 1 63 2 挡 转速 600 1000 2000 2500 3000 4000 驱动力 4448 60 6156 14 7299 39 7232 44 7081 74 6111 27 阻力 497 09 502 04 525 22 542 61 563 86 617 95 Ft F f Fw 3951 50 5654 10 6774 16 6689 83 6517 87 5493 32 车速 4 61 7 68 15 36 19 20 23 04 30 72 1 a 1 10 0 77 0 64 0 65 0 66 0 79 1 挡 转速 600 1000 2000 2500 3000 4000 驱动力 8767 63 12132 98 14386 17 14254 23 13957 21 12044 54 阻力 495 03 496 30 502 27 506 75 512 22 526 14 Ft Ff Fw 8272 59 11636 68 13883 9 13747 48 13444 99 11518 4 车速 2 34 3 90 7 79 9 74 11 69 15 59 1 a 0 68 0 48 0 40 0 41 0 41 0 49 由以上参数可作加速度曲线图 取 可用图解积分法求汽车用 档起步加速至 70km h 的加速时间 1u 且 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 1sa 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 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 00 f 0 02 1 00 2m 提示 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 1 2258 无风 42 sN F F 型 222121 13 09647 21 5 65 aaLfaDZwsf uuACGfFC 取前空气升力系数 0 13LfC F R 型 222212 13 04 69871 7 51 5 aaLraDZwsf uuACGfFC 取后空气升力系数 0 13LrC 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 21 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 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 qqLhbFCgZds ji 219 065 1 1 F R 型 qqLhaFCgZds ji 219 043 22 2 在 q 相同的情况下 如取 q 0 3 时 可见 F R 型在加速上坡时21 C 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 zF 前轮驱动 1Zx12sinxfwduFGmt Z1 1coig gZwhhbGduFLLt 最高车速 此时 0 duit 2212 10 65 10 736 4 Daxfw aCAuFfGu 22Z11 9 59ZLfaabL 要求 在 时可求得最高车速 1ZxF1Zx 时 2 0 hkmua 5x NF8 153 时 7207m96 最大爬坡度 最大等效坡度 6 25701 Lh bqg 最大坡度时dtugiq1cos dt u 时 时 2 0 178 0max i 7 0 372 0max i 最大加速度 忽略坡度阻力 空气阻力 120 736 1600a12xfduFt 9643 2 350 77aZ1g hbGLdt 时 时 2 0 2max08 1 s7 0 2max6 3 s 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 5 轴距 L 2 300m 飞2m 轮转动惯量 If 0 22kg 四个车轮总的转动惯量 Iw 3 6kg 车轮半2m2 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 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 max 0 75m ua 50km h 设2s 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 jiwft FF 低速滑行时 0 iFw 此时 jftF 0 t 由下面计算得 1 jfF 由低速滑行曲线拟合直线公式可得 且单位换算 V km h m s 0167 3 6 3 5907 gdtTgdtvf 2 直接档 1ig 先求汽车质量换算系数 1 0272 0211riImrITgfw 再有动力因素公式 gdtU D 其中 0167 if f 所以 maxmax dtg 而 2ax 75 0 sdt U 0 095375 08 916 Dmax 3 最大等效坡度 38 0 2576 01 48 1 Lhaqg 最大坡度时dt ugiqcos 0 dtu 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 降低 值和采用子午线轮胎 可显著提高燃油经济性 DC 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 为胎压 kPa ihpu34 6 ip 代入数据得 km h89 h 而 故有可能出现滑水现象而失去制动能力 hu 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 4 0 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 F k k Y 故由外倾角引起的前轮侧偏角 k k 0 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 1 求在 0 5 80HZ 频率范围加权加速度均方根值 aw 和32m s 加权振级 Law 并由表 6 2 查出相应人的主观感觉 提示 2 1805 2 dfGfWaaw 21805 125 1244225 0 01 dfdffdf 43 0aLgwaw137 2 145 26 查 表知 人的主观感觉为很不舒适06P