余志生第五版汽车理论课后答案

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 Tf?Fza 阻碍车轮滚动。

3）作用形式：滚动阻力

Ff?fw

Ff?Tfr （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、解答：1）（取四档为例） 由

Ft?Tq?Tqigio?T?Tq?n??Ft?uFt?ru?n??

即

1

nnnnTq??19.13?259.27()?165.44()2?40.874()3?3.8445()41000100010001000

u?0.377rn

igioFf?Fw?Gf? 行驶阻力为Ff?Fw：

由计算机作图有

CDA2Ua21.15?494.312?0.131Ua2

※本题也可采用描点法做图：

由发动机转速在nmin?600r/min，nmax?4000r/min，取六个点分别代入

公式：

……………………………… 2）⑴最高车速：

2

有Ft?Ff?Fw

?Ft?494.312?0.131Ua 分别代入Ua和Ft公式：

Tq*6.9*5.83*0.850.367?494.312?0.131(0.377*0.3697n2)

5.83*6.092 把Tq的拟和公式也代入可得： n>4000

而nmax?4000r/min ∴Umax?0.377* ⑵最大爬坡度：

挂Ⅰ档时速度慢，Fw可忽略： ?Fi ?Gi0.367*4000?94.93 Km/h

1.0*5.83?Ftmax?(Ff?Fw)

?Ftmax?Gf

?imax?Ftmax14400?f??0.013 G388*09.8 =0.366

（3）克服该坡度时相应的附着率 ??Fx Fz 忽略空气阻力和滚动阻力得： ??Fi?Fziil0.366*3.2???0.6 a/la1.9473）①绘制汽车行驶加速倒数曲线（已装货）：40.0626

Ft?Fw1dt?D? （为动力因素） ??Gadug(D?f)1Ⅱ时，??1?m

?Iwr21Ifigi0?T ?2mr3

2211.798?3.59810.218*3.092*5.832*0.85 ?1? ?38000.367238000.3672 ?1.128

Ft?Tqigio?Tr

nn2n3n4Tq??19.13?259.27()?165.44()?40.874()?3.8445()1000100010001000Fw?CDA2Ua 21.15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： dt?1du at0?t??1du?A

a

4

1 即加速时间可用计算机进行积分计算求出，且?ua曲线下两速度间的面

a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：umax,i,tj

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

Pe?1?t?Pf?Pw?Pe?1?GfCDA3?uamax?uamax???t?360076140?i0时的汽车功率平衡图：

5

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、答：1> 对于F-F型轿车：

最大驱动力等于前轮附着力

Fxbmax?F??Fz??61.5%mg?

对于F-R型轿车：

最大驱动力等于后轮附着力

Fxbmax?F??Fz??(1?55.7%)mg?

?44.3%?m g 显然F-F型轿车总的附着力利用情况较好。

6

2 > (1)对于?

?0.2：

CDA2Ua

21.15Fxbmax?F??Fz??1928.64N

Fxbmax?Ff?Fw?Gf? 极限车速：

?Uamax?194.8km/h

?Ff?Fi?Gf?Gi

max 极限爬坡度：Fxbmax ?i?Fxbmax?f G

?imax1928.64??0.02 1600*9.8 极限加速度：Fxbmax?0.13

dU?Ff?Fj?Gf??mdtmax

dU?()

dt（2）同理可有：当?

?F?Gf?1.01km/(hs) ?m?0.7时，

Uamax?388.0km/h

imax?0.4105

dU)max?4.023km/(hs) dt (1.8、解：<1> 先求汽车质量换算系数

?：

1?Iw1Ifigi0?T? ??1? 2mrmr222代入数据有：?=1.4168

若地面不发生打滑，此时，地面最大驱动力

7

Fxb1max?Ft?Ttqigi0?tr

.36N ?Fxb1max?6597由于不记滚动阻力与空气阻力，即Ff、Fw?0

F t?Fi?Fj 这时汽车行驶方程式变为

当 TQ?MeMax?140N?M 代入有： ?(Ttqigi0?tr?Gi??mdudtdu)max?2.91 dtbhgdubhg?du?m 再由 Fz1?G??Gsin??m?Fw??G?LLdtLL?dt? 将(du)max代入上试有 dt.27N Fz1min?6180Fxb1?0.6 此时： Fz1 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：

Fxb1?0.6 Fz1Fxb1?6597.36N 不变，

bhgdum 则由公式： Fz1?G?

LLdt

8

得出：b=1704.6mm

170.64? 前轴负荷率为： b*10%0?*10%0?63.1%

L(125?0145)01.9、答：1> 由汽车行驶方程式: Ft?Ff?Fw?Fi?Fj

F?0Fj?0低速滑行时, w ,

此时：

Ft?Ff 由低速滑行曲线拟台直线公式可得: f?2> 直接档，

?dvgdt??(19.76?0.59T)gdt?0.060

ig?1 <以四档为例>

先求汽车质量换算系数

?：

221?Iw1Ifigi0?T??1?? 2mrmr2 代入数据得：

??1.026 6?dUgdt 再有动力因素公式： D??? 其中：?

?f?i?f?0?0.060

?dUg(dt)max

所以： Dmax???而：(dU)max?0.75m/s2 dt? D

max1.0266?0.060?*0.75*3.6?0.3425 59.819

???3> 由 Dmax?dUg(dt)ma x 可得，最大爬坡度为： imax?Dmax?f

?imax?0.28255

???16.41 ?max

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”。

10

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

11

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、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:

12

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:

13

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

14

不同变速器对汽车性能的影响。（汽油的密度是0.7g/cm3） ） 答：① i0?5.17 时，※百公里消耗燃油：

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

此时：

0.377rnua1?igio

?0.377*0.367*3403?91.07Km/h1*5.17

b1?B0?B1Pe?B2Pe?B3Pe?B4Pe234

?b1?431.3g/(Kw?h)

ub1 将，a1代入下式得：

Qs?Peb1.02ua?g

?Qs?12.17L

※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

i0?5.43时，※百公里消耗燃油：

Qs?12.78L

同上可得：

加速时间t= 665.78s ③

i0?5.83时，※百公里消耗燃油：

15

同上可得：

Qs?13.72L

※加速时间t=643.91s ④

i0?6.17时，※百公里消耗燃油：

同上可得：

Qs?14.52L

※加速时间t=630.14s ⑤

i0?6.33时，※百公里消耗燃油：

Qs?14.90L

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

16

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：?h?6.34pi pi为胎压（kPa） 代入数据得：?h?84.89km/h

而???h 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

1'''??2气助力后的制动试验结果。试由表中所列数据估算?2的数值，以说明制动2器作用时间的重要性。

2???ua?21?0???ua0???2提示：由表4-3的数据以及公式s? 3.6?2?25.92abmax1''计算???2的数值。

2'2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答案：1）

前轴利用附着系数为：?f?L?z

b?zhgL?1???z

a?zhg后轴利用附着系数为： ?r?空载时：?0L??b3.95?0.38?1.85???0.413 =

hg0.845???0 故空载时后轮总是先抱死。

由公式Er?z?r?a/L

?1?????rhg/L代入数据Er?

2.1（作图如下）

2.449?0.845?r17

满载时：?0L??b3.95?0.38?1??0.4282 =

hg1.17???0时：前轮先抱死

Ef?z?f?b/L

???fhg/L1（作图如下）

1.501?1.17?f代入数据Ef=

???0时：后轮先抱死

Er?z?r?a/L

?1?????rhg/L2.95（作图如下）

2.449?1.17?r代入数据Er=

2）由图或者计算可得： 空载时 ??0.8制动效率约为0.7

因此其最大动减速度abmax?0.8g?0.7?0.56g 代入公式：

18

2???ua?21?0???ua0? s???23.6?2?25.92abmax1?0.02?302=6.57m ??0.02???30?3.6?2?25.92?0.56g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a'bmax?0.8g?0.87?0.696g 制动距离

2???ua?21?0???ua0? s???23.6?2?25.92abmax1?0.02?302=5.34m ??0.02???30?3.6?2?25.92?0.696gA.若制动系前部管路损坏

Fxb2?Fz2?Gdu?Gz gdtG(a?zhg) L?后轴利用附着系数 ?r?zLz

a?zhga/L

1??rhg/L?后轴制动效率Er??r?代入数据得：空载时：Er=0.45 满载时：Er=0.60

a)空载时 其最大动减速度abmax?0.8g?0.45?0.36g 代入公式：

2???ua?21?0???ua0? s???23.6?2?25.92abmax 19

1?0.02?302=10.09m ??0.02???30?3.6?2?25.92?0.36gb)满载时 其最大动减速度abmax?0.8g?0.6?0.48g 代入公式：

2???ua?21?0???ua0? s???23.6?2?25.92abmax1?0.02?302=7.63m ??0.02???30?3.6?2?25.92?0.48gB．若制动系后部管路损坏

Fxb1?Fz1?Gdu?Gz gdtG(b?zhg) L?前轴利用附着系数 ?f?zLz

b?zhgb/L

1??fhg/L?前轴制动效率Ef??f?代入数据 空载时：Ef=0.57 满载时：Ef=0.33

a)空载时 其最大动减速度abmax?0.8g?0.57?0.456g 代入公式：

2???ua?21?0???ua0? s???23.6?2?25.92abmax1?0.02?302=8.02m ??0.02???30?3.6?2?25.92?0.456gb)满载时 其最大动减速度abmax?0.8g?0.33?0.264g 代入公式：

20

2???ua?21?0???ua0? s???23.6?2?25.92abmax1?0.02?302=13.67m ??0.02???30?3.6?2?25.92?0.264g4．4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ECE R13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??0.2~0.8之间的各种车辆，要求制动强度

z?0.1?0.85(??0.2)

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z?0.15~0.3之间，每根轴的利用附着系数曲线位于??z?0.08两条平行于理想附着系数直线的平行线之

间；而制动强度z?0.3时，后轴的利用附着系数满足关系式

z?0.3?0.74(??0.38)，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??z?0.05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。

L??b2.7?0.65?1.25??0.8 4．5 答案：1）同步附着系数?0?hg0.632）因??0.7??0 所以前轮先抱死

Ef?z?f?b/L ?f?0.7

???fhg/L21

1.25/2.7==0.951 0.65?0.7?0.63/2.73）最大制动减速度：

abmax=Ef?0.7?g?6.53m/s2

Fu4）G?T'

??0.65

a) 1失效

Fu2(1??)Fu??2(1??)G'?0.7G'

1T2T2Fu1?Fu??2?G'?1.3G' 2失效

1T1T21Fub)1失效 2?G' 2失效

1T21Fuc) 1失效 2?G' 2失效

1T25）a)1失效Fxb2?1Fu2?G' 1T21Fu2?G' 1T2GGdu?Gz Fz2?(a?zhg)

Lgdt 22

?后轴利用附着系数 ?r?zLz

a?zhg1.45/2.7a/L??0.46

1??rhg/L1?0.7?0.63/2.7?后轴制动效率Er??r?最大动减速度abmax?0.7g?0.46?0.32g 2失效Fxb1?Gdu?Gz gdtFz1?G(b?zhg) LLz

b?zhg?前轴利用附着系数 ?f??前轴制动效率 Ef?z??f1.25/2.7b/L??0.55 1?0.7?0.63/2.71??fhg/L最大动减速度abmax?0.7g?0.55?0.39g

b)由第2）问 知：前轮先抱死 1失效与2失效情况相同。

Fxb1??Gdu??Gz gdtFz1?G(b?zhg) Lf?前轴利用附着系数 ???Lzb?zhg

?前轴制动效率

Ef?z?f?b/L1.25/2.7==0.95

???fhg/L0.65?0.7?0.63/2.7最大动减速度abmax?0.7g?0.95?

1?0.33g 223

与b）回路的情况相同。 6)、比较优缺点：

其中一个回路失效时，不易发生制动跑偏现象。但当1失效时，容易后轮先抱死，发生后轴测滑的不稳定的危险工况。

实现左右侧轮制动器制动力的完全相等比较困难。

实现左右侧轮制动器制动力的完全相等比较困难。其中一个管路失效时，极容易制动跑偏。

第 五 章

5．1一轿车(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40。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。

答： 由题意：FY=k??k??=??

故由外倾角引起的前轮侧偏角： ?=? k???k=????????????????????0

5．2 6450轻型客车在试验中发现过多转向和中性转向现象，工程师们在前悬架上加装前横向稳定杆以提高前悬架的侧倾角刚度，结果汽车的转向特性变为不足转向。试分析其理论根据(要求有必要的公式和曲线)。

答： 稳定性系数：K?m?ab???? 2??kkL?21?k1、k2变化，

原来K?0,现在K>0,即变为不足转向。

5．3汽车的稳态响应有哪几种类型?表征稳态响应的具体参数有哪些?它们彼此之间的关系如何(要求有必要的公式和曲线)？

答： 汽车稳态响应有三种类型 ：中性转向、不足转向、过多转向。

几个表征稳态转向的参数：

1．前后轮侧偏角绝对值之差(????????

?????转向半径的比R/R0;

24

3．静态储备系数S.M.

彼此之间的关系见参考书公式（5-13）（5-16）（5-17）。

5．4举出三种表示汽车稳态转向特性的方法，并说明汽车重心前后位置和内、外轮负荷转移如何影响稳态转向特性？ 答：方法：

1.????????时为不足转向，????????时 为中性转向，??????<0时为过多转向；

2. R/R0>1时为不足转向，R/R0=1时为中性转向，R/R0<1时为

过多转向；

3 .S.M.>0时为不足转向，S.M.=0时为中性转向，S.M.<0时为过

多转向。

汽车重心前后位置和内、外轮负荷转移使得 汽车质心至前后轴

距离a、b发生变化，K也发生变化。

5．5汽车转弯时车轮行驶阻力是否与直线行驶时一样？

答：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。 5．6主销内倾角和后倾角的功能有何不同?

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，还有使得转向轻便的功能。

5．7横向稳定杆起什么作用?为什么有的车装在前恳架，有的装在后悬架，有的前后都装？

答： 横向稳定杆用以提高悬架的侧倾角刚度。

装在前悬架是使汽车稳定性因数K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。

5．8某种汽车的质心位置、轴距和前后轮胎的型号已定。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的方法。

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/k2-b/k1变大；同时减小前后悬架侧倾角刚度，但保证a/k2-b/k1变大；增大汽车质量。

5．9汽车空载和满载是否具有相同的操纵稳定性?

答： 否，m不同，空载时的汽车m小于满载时的 m，即满载时的K更大，操

纵稳定性更好。

5．10试用有关计算公式说明汽车质心位置对主要描述和评价汽车操纵稳定性、稳态响应指标的影响。

答：稳定性系数公式：K?m?ab???? 2??L?k2k1?汽车质心位置变化，则a、b变化，即K也随之改变。

5．11二自由度轿车模型的有关参数如下： 总质量 m＝1818．2kg

绕oz轴转动惯量 Iz?3885kg?m2 轴距 L=3.048m

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