汽車理論習題答案

1、11-1試說明輪胎滾動阻力的定義、產(chǎn)生機理和作用形式？提示：車輪滾動時，由于車輪的彈性變形、路面變形和車轍摩擦等原因所產(chǎn)生的 阻礙汽車行駛的力稱為輪胎滾動阻力。產(chǎn)生機理和作用形式：彈性輪胎在硬路面上滾動時，輪胎的變形是主要的，由于輪胎有內(nèi)部摩擦，產(chǎn)生 彈性遲滯損失，使輪胎變形時對它做的功不能全部回收。由于彈性遲滯，地面對 車輪的法向作用力并不是前后對稱的，這樣形成的合力 Fz并不沿車輪中心（向 車輪前進方向偏移a）。如果將法向反作用力平移至與通過車輪中心的垂線重合， 則有一附加的滾動阻力偶矩Tf = Fz?a。為克服該滾動阻力偶矩，需要在車輪中心 加一推力Fp與地面切向反作用力構(gòu)成一力偶矩。1

2、-5如何選擇汽車發(fā)動機功率？提示：（1）根據(jù)最大車速uamax選擇Pe,即Pe(3600uamaxCD A76140uamax），若給定m、C d、A、f、T，則可求出功率Pe（2）根據(jù)汽車比功率（單位汽車質(zhì)量具有的功率）汽車比功率二1000Pemfg3.6 TuamaxCd A76.14m Tua max若已知f、 T、Cd及uamax大致差不多，一 uamax const，但是，A/m變化較大。3.6 T1-6超車時該不該換入低一檔的排檔？提示：超車時排擋的選擇，應(yīng)該使車輛在最短的時間內(nèi)加速到較高的車速， 所以 是否應(yīng)該換入低一擋的排擋應(yīng)該由汽車的加速度倒數(shù)曲線決定。如果在該車速 時，汽車

3、在此排檔的加速度倒數(shù)大于低排擋時的加速度倒數(shù)，則應(yīng)該換入低一檔，否則不應(yīng)換入低一擋。還要注意高速時換入低擋可能造成車速下降， 反而不適合 超車。1.3、確定一輕型貨車的動力性能（貨車可裝用 4檔或5檔變速器，任選其中的 一種進行整車性能計算）：1）繪制汽車驅(qū)動力與行駛阻力平衡圖。2）求汽車的最高車速、最大爬坡度及克服該坡度時相應(yīng)的附著率。3）繪制汽車行駛加速倒數(shù)曲線，用圖解積分法求汽車有U檔起步加速行駛至70km/h的車速一時間曲線，或者用計算機求汽車用U檔起步加速至70km/h的加速時間。輕型貨車的有關(guān)數(shù)據(jù)：汽油發(fā)動機使用外特性的Tq n曲線的擬合公式為Tq 19.313 295.27(-)

4、 165.44(-)240.874(-)33.8445(-)41000 1000 1000 1000式中,Tq為發(fā)功機轉(zhuǎn)矩（N m） ； n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速（r/min）發(fā)動機的最低轉(zhuǎn)速nmin=600r/min裝載質(zhì)量 整車整備質(zhì)量 總質(zhì)量 車輪半徑傳動系機械效率 滾動阻力系數(shù) 空氣阻力系數(shù)x迎風面積主減速器傳動比飛輪轉(zhuǎn)功慣量最高轉(zhuǎn)速 nmax=4000 r/min 2000kg1800kg3880 kg0.367 mnT = 0.85f= 0.0132CDA = 2.77 mi0= 5.832If = 0.218kg - m2前輪轉(zhuǎn)動慣量Iw1 = 1.798kg - m2四后輪轉(zhuǎn)功慣量Iw2

5、 = 3.598kg m變速器傳動比ig （數(shù)據(jù)如下表）IfiliaUSVfi1J11.00. 5 562.7WL644LOO0.793軸距L = 3.2m質(zhì)心至前鈾距離（滿載）a = 1.947m質(zhì)心高（滿載）hg = 0.9m提示：1）由（以4擋變速器為例）FtTqTqFtFtTq 19.3132952唸 16542 40873-844510.377 rnigio行駛阻力為FfFw :FfFw494.3120.131Ua2采用描點法做圖:由發(fā)動機轉(zhuǎn)速在n min600r/min，nmax 4000r / min，取六個點分別代入公式：4 擋為例，ig=1, i0=5.83 發(fā)動機轉(zhuǎn)速為60

6、0r/min時計算:Tq19313 295216544Q873600 43-844W=106.62Ft106.62* 1 * 5 .83 * 0.850.367=1439.68N0.377 r 600=14.24 km/hC A 22Ff Fw Gf D Ua2494312 0.13Ua =520.876N1.15a計算得各擋驅(qū)動力、阻力、車速：4擋轉(zhuǎn)速60010002000250030004000驅(qū)動力1439.681992.282362.262340.602291.82 :1977.76阻力520.88568.09789.44955.451158.35 :1674.82車速14.2423.

7、7347.4659.3371.2094.933擋轉(zhuǎn)速60010002000250030004000驅(qū)動力2461.853406.804039.474002.42:3919.023381.97阻力503.40519.54595.24652.01721.40898.03車速8.3313.8827.7634.7041.6455.512擋轉(zhuǎn)速60010002000250030004000驅(qū)動力4448.606156.147299.397232.447081.746111.27阻力497.09502.04525.22542.61563.86617.95車速4.617.6815.3619.2023.043

8、0.721擋轉(zhuǎn)速60010002000250030004000驅(qū)動 力8767.6312132.9814386.1714254.2313957.2112044.54阻力495.03：496.30:502.27506.75512.22526.14車速2.343.907.799.7411.6915.59繪制各擋驅(qū)動力阻力平衡圖:150007000BOOQFtl60005000Ft340003000FF*Fw100094.935 10 80 30 40 50 60 70 80 90 100110Ua kn/h2）最高車速:Ft4 Ff Fw時，即曲線交點處n4000 r/min而 n max 400

9、0 r/min故 U max0.3770.367 40001.0 5.8394.93 Km/h最大爬坡度：掛1擋時速度慢，F(xiàn)j可忽略:FiF t max(Ff Fw)GsinFtmax(FfFw)各擋 值， =1.455 ,2 = 1.125,3=1.045,4 =1.022由前計算得1擋發(fā)動機轉(zhuǎn)速2000 r/min時，F(xiàn)t接近最大Ftmax 為 14386N, Ff+Fw 為 502NFtmax (FfFw) 14386 502sinG3880 9.8=0.36521.4imax tan 39.2%CF X 2（3）后輪驅(qū)動，克服該坡度時相應(yīng)的附著率C 27廠Z2上坡時，主要的形式阻力為坡

10、度阻力忽略空氣阻力和滾動阻力，且Fj=0得:FiGsin aFz2-aG cosLhg . sin L0.365 3.21.947 0.93 0.9 0.3650.5463）繪制汽車行駛加速倒數(shù)曲線（已裝貨）：FtFfFwdu adt1 dtma duFtFfFw11I w2mr2. 21 I f i g i 0 T2m r2n11.798 3.59810.218* ig *5.832* 0.851 - 38800.367238800.367221.010.012i g2由已知各擋Ft, Ff + Fw可得:4擋轉(zhuǎn)速60010002000250030004000驅(qū)動力:1439.68：1992

11、.282362.262340.602291.821977.76阻力520.88568.09789.44955.451158.351674.82Ft( Ff + Fw)918.801424.181572.821385.141133.47302.93車速 :14.2423.7347.4659.3371.2094.931/a4.312.782.522.863.4913.083擋轉(zhuǎn)速60010002000250030004000驅(qū)動力:2461.853406.804039.474002.423919.023381.97阻力503.40519.54595.24652.01721.40898.03Ft(

12、Ff + Fw)1958.452887.253444.223350.403197.612483.93車速18.33M3.8827.7634.7041.6455.511/a2.071.401.171.211.261.632擋轉(zhuǎn)速60010002000250030004000驅(qū)動力4448.606156.147299.397232.447081.746111.27阻力497.09502.04525.22542.61563.86617.95Ft (Ff + Fw)3951.505654.106774.166689.836517.875493.32車速4.61：7.6815.3619.2023.04:

13、30.721/a1.100.770.640.650.660.791擋轉(zhuǎn)速60010002000250030004000驅(qū)動力8767.6312132.9814386.1714254.2313957.2112044.54阻力495.03496.30502.27506.75512.22526.14Ft (Ff +Fw)8272.5911636.6813883.913747.4813444.9911518.4車速2.343.907.799.7411.6915.591/a0.680.480.400.410.410.49由以上參數(shù)可作加速度曲線圖:取u 1,可用圖解積分法求汽車用U檔起步加速至70km/

14、h的加速時間。1且Ua曲線下兩速度間的面積就是通過此速度區(qū)間的加速時間約為27.1Sa1-7統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，裝有0.52L排量發(fā)動機的轎車，若是前置發(fā)動機前輪驅(qū)動 (F.F.)轎車，其平均的前軸負荷為汽車總重力的61.5 %;若是前置發(fā)動機后輪驅(qū)動(F.R.)轎車，其平均的前軸負荷為汽車總重力的55.7 %。設(shè)一轎車的軸距L=2.6m,質(zhì)心高度h = 0.57m。試比較采用F.F.及F. R形式時的附著力利用情 況，分析時其前軸負荷率取相應(yīng)形式的平均值。確定上述F. F.型轎車在二0.2及0. 7路面上的附著力，并求由附著力所決定的極限最高車速與極限最大爬 坡度及極限最大加速度(在求最大爬坡度和

15、最大加速度時可設(shè)卩叱0)。其他有關(guān)參數(shù)為：m= 1600kg, CD= 0.45，A= 2.00 m2，f = 0.02，S 1. 00。提示：1)比較兩者高速行駛時的附著率忽略加速阻力和坡度阻力，空氣密度=1.2258N ?s2 ?m 4，無風。F.F.C1Ff 2 FwFZs1FZw12fG (1 61.5%) CDAUa21.15CLf A Ua61.5% -2120.736 0.043ua22-9643.2 0.13 ua2取前空氣升力系數(shù)CLf=0.13F.R.F f1F wF Zs2F Zw22Cd Au a21.15G (1 55.7%) - Clp A ua22fG 55.7%

16、174.68 0.043ua226946.24 0.13 Ua取后空氣升力系數(shù)CLr =0.13在ua較大且相同的情況下，如取 ua為100km/h、150km/h等，由上式均可得 C 1 C 2可見F.R型在高速行駛時需要比F.F型要求更大的最低附著系數(shù)，因而更容 易打滑，附著力利用較低。比較兩者加速上坡時的附著率，忽略空氣阻力和滾動阻力。F. F.型 C 1q0.615 0.219qFiFjc| jF. R.型 C 2FF廠Zs2廠Zd 2qa hg qL L0.443 0.219q在q相同的情況下，如取q=0.3時，C 1C 2?？梢奆.R.型在加速上坡時需要比F.F型要求更大的最低附著

17、系數(shù)，因而更容易打滑,2）附著力F附著力利用較低。Fxi前輪驅(qū)動Fz,Fx1Ff 2FwFzG sindu m dtb cosL最高車速此時i 0,du 0dtFziGsin LF Zw1G hg duL dtFx1 Ff?FwfG(1 0.615)CD Au21.15120.7360.043ua2Fz1 GFzw1 G 0.615 丄CLfA Ua229643.20.1594Ua2要求直Fz1，在芒時可求得最高車速0.2 時,Ua max155km/ h1153.8N0.7 時，最大爬坡度Uamax207 km/h1963N最大等效坡度bIhgL0.61510.572.6duq icos g

18、 dtdu，最大坡度時&11100.2 時，imax0.11780.7時，爲0.3732最大加速度 忽略坡度阻力，空氣阻力duFxiFf2 m =120.736+1600adtb G hg duFz1 G=9643.2-350.77aL g L dt20.2時 ,amax0.7 時，amax3.6m?s1-9 一輛后軸驅(qū)動汽車的總質(zhì)量2152kg，前軸負荷52%，后軸負荷48%，主傳動比i 0= 4.55，變速器傳動比：一擋：3.79，二擋：2.17，三擋：1.41，四擋:1.00，五擋:0.86。質(zhì)心高度 hg = 0.57m, CDA= 1.5 m2，軸距 L=2.300m,飛輪轉(zhuǎn)動慣量I

19、f = 0.22kg m2，四個車輪總的轉(zhuǎn)動慣量I w= 3.6kg m2，車輪半徑r = 0.367m。該車在附著系數(shù)二0.6的路面上低速滑行曲線和直接擋加速曲 線如圖1所示。圖上給出了滑行數(shù)據(jù)的擬合直線v = 19.76 0.59T，v的單位為km/h，T的單位為s，直接擋最大加速度a max= 0.75m/ s2 （u a=50km/h）。設(shè)各擋傳動效率均為0.90，求：1）汽車在該路面上的滾動阻力系數(shù)。2）求直接擋的最大動力因素。3）在此路面上該車的最大爬坡度。提示：1）由汽車行駛方程式：FtFfFw Fi Fj低速滑行時Fi 0, Fw0此時：Ft Ff F jFt0FfFj由低速滑

20、行曲線擬合直線公式可得，且單位換算V km/hf m/s由下面計算得12）直接檔，ig 1dv gdtd（19.76。嵌門3.6 gdt迴 0.01673.6先求汽車質(zhì)量換算系數(shù)彳 1 Iw 1 I1廠m r m再有動力因素公式：.2. 2f ig i0 T八=1.027dU gdt其中:f 00.0167所以：D max-(空) g ( dt)maxdU而: ()max 0.75m/sdtDmax 0.01671.0279.8.75=0.09533）最大等效坡度q 0.4810.57338duq icos g dt故 imax=0.3380.62.3,最大坡度時屯0dt2-1“車開得慢，油門

21、踩得小，就定省油” ，或者“只要發(fā)動機省油，汽車就一 定省油”，這兩種說法對不對？提示：均不正確。（1）由燃油消耗率曲線知：汽車在中等轉(zhuǎn)速、較大檔位上才是最省油的。此時， 后備功率較小，發(fā)動機負荷率較高燃油消耗率低，百公里燃油消耗量較小。（2）發(fā)動機負荷率高只是汽車省油的一個方面，另一方面汽車列車的質(zhì)量利用 系數(shù)（即裝載質(zhì)量與整備質(zhì)量之比）大小也關(guān)系汽車是否省油。2-2 試述無級變速器與汽車動力性、燃油經(jīng)濟性的關(guān)系。 提示：（1）采用無級變速后，理論上克服了發(fā)動機特性曲線的缺陷，使汽車具有 與等功率發(fā)動機一樣的驅(qū)動功率， 充分發(fā)揮了內(nèi)燃機的功率， 大地改善了汽車動 力性。（2）同時，發(fā)動機的負

22、荷率高，用無級變速后，使發(fā)動機在最經(jīng)濟工況機 會增多，提高了燃油經(jīng)濟性。2-4 如何從改進汽車底盤設(shè)計方面來提高燃油經(jīng)濟性 ?提示：（1）縮減轎車總尺寸和減輕質(zhì)量 大型轎車費油的原因是大幅度地增加了滾動阻力、空氣阻力、坡度阻力和 加速阻力。為了保證高動力性而裝用的大排量發(fā)動機，行駛中負荷率低也是原 因之一。（2）汽車外形與輪胎降低 CD 值和采用子午線輪胎，可顯著提高燃油經(jīng)濟性。（3）合理設(shè)計傳動系檔位數(shù)及各擋傳動比。2-5為什么汽車發(fā)動機與傳動系統(tǒng)匹配不好會影響汽車燃油經(jīng)濟性與動力性？試舉例說明。提示：發(fā)動機最大功率要滿足動力性要求（最高車速、比功率）（1）最小傳動比的選擇很重要，（因為汽車主要以最高擋行駛）若最小傳動比選擇較大，后備功率大，動力性較好，但發(fā)動機負荷率較低，燃油 經(jīng)濟性較差。若最小傳動比選擇較小，后備功率較小，發(fā)動機負荷率較高，燃油 經(jīng)濟性較好，但動力性差。（2）若最大傳動比的選擇較小，汽車通過性會降低；若選擇較大，則變速器傳 動比變化范圍較大，擋數(shù)多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（3）同時，傳動比擋數(shù)多，增加了發(fā)動機發(fā)揮最大功率的機會，提高了汽車的 加速和爬坡能力，動力性較好；擋位數(shù)多，也增加了發(fā)動機在低燃油消耗率區(qū)工