汽車理論第五版_課后習(xí)題答案正確2

1、第1頁共12頁第五章汽車的操縱穩(wěn)定性5.1 一轎車（每個）前輪的側(cè)偏剛度為-50176N/rad、外傾剛度為-7665N/rad。若轎車向左轉(zhuǎn)彎，將使前輪均產(chǎn)生正的外傾角，其大小為4度。設(shè)側(cè)偏剛度與外傾剛度均不受左、右輪負載轉(zhuǎn)移的影響，試求由外傾角引起的前輪側(cè)偏角。解：有外傾角時候的地面?zhèn)认蚍醋饔昧镕y = k：亠k （其中k為側(cè)偏剛度，kr為外傾剛度，丫為外傾角）于是，有外傾角引起的前輪側(cè)偏角的大小為：第#頁共12頁第#頁共12頁代入數(shù)據(jù)，解得 宀二=0.611 rad,另外由分析知正的外傾角應(yīng)該產(chǎn)生負的側(cè)偏角，所以由外傾角引起的前輪 側(cè)偏角為-0.611rad。5.2 6450N輕型客車

2、在試驗中發(fā)現(xiàn)過多轉(zhuǎn)向和中性轉(zhuǎn)向現(xiàn)象，工程師們在懸架上加裝橫向穩(wěn)定桿以提高前懸架的 側(cè)傾角剛度，結(jié)果汽車的轉(zhuǎn)向特性變?yōu)椴蛔戕D(zhuǎn)向。試分析其理論依據(jù)（要求有必要的公式和曲線）。答：由課本P138-140的分析知，汽車穩(wěn)態(tài)行駛時，車廂側(cè)傾角決定于側(cè)傾力矩Mr和懸架總的角剛度 7 K r ,M ；.前、后懸架作用于車廂的恢復(fù)力矩增加:T r1其中K r1 , K r2分別為前、后懸架的側(cè)傾角剛度，懸架總的角剛度K r為前、后懸架及橫向穩(wěn)定桿的側(cè)傾角剛度之和。由以上的分析易知，當(dāng)增加橫向穩(wěn)定桿后汽車前懸架的側(cè)傾角剛度增大，后懸架側(cè)傾角剛度不變，所以前懸架作用于車廂的恢復(fù)力矩增加（總側(cè)傾力矩不變），由此汽車

3、前軸左、右車輪載荷變化量就較大。由課本圖5-46知在這種情況下，如果左右車輪輪胎的側(cè)偏剛度在非線性區(qū)，則汽車趨于增加不足轉(zhuǎn)向量。5.3汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)有哪幾種類型？表征穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的具體參數(shù)有哪些？它們彼此之間的關(guān)系如何？答：汽車的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)有三種類型，即中性轉(zhuǎn)向、不足轉(zhuǎn)向和過多轉(zhuǎn)向。表征穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的參數(shù)有穩(wěn)定性因數(shù)，前、后輪的側(cè)偏角角絕對值之差（： -2），轉(zhuǎn)向半徑的比 R/Ro,靜態(tài)儲備系數(shù)S.M.等。它們之間的彼此關(guān)系為：ay（訂-2）（ 為側(cè)向加速度的絕對值）=1 Ku2；R0S.M.= -2- （k1, k2分別為汽車前、后輪的側(cè)偏剛度，a為汽車質(zhì)心到前軸的距離，L為前、后軸之間的距匕 +k2

4、 L離）。5.4舉出三種表示汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的方法，并說明汽車重心前后位置和內(nèi)、外輪負荷轉(zhuǎn)移如何影響穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特 性？答：表示汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的參數(shù)有穩(wěn)定性因數(shù)，前、后輪的側(cè)偏角絕對值之差（宀一：），轉(zhuǎn)向半徑的比R/Ro,靜態(tài)儲備系數(shù)S.M.等。 討論汽車重心位置對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的影響，由式（5-17）S.M.= aa理 a（ a'為中性轉(zhuǎn)向點至前軸的距離）Lk, +k2 L當(dāng)中性轉(zhuǎn)向點與質(zhì)心位置重合時，S.M. = 0,汽車為中性轉(zhuǎn)向特性；當(dāng)質(zhì)心在中性轉(zhuǎn)向點之前時，a' a , S.M.為正值，汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性；當(dāng)質(zhì)心在中性轉(zhuǎn)向點之后時，a' ：a , S.M.為負值

5、，汽車具有過多轉(zhuǎn)向特性。 汽車內(nèi)、外輪負荷轉(zhuǎn)移對穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的影響在側(cè)向力作用下，若汽車前軸左、右車輪垂直載荷變動量較大，汽車趨于增加不足轉(zhuǎn)向量；若后軸左、右車輪垂 直載荷變動量較大，汽車趨于減小不足轉(zhuǎn)向量。5.5汽車轉(zhuǎn)彎時車輪行駛阻力是否與直線行駛時一樣？答：不一樣。汽車轉(zhuǎn)彎時由于側(cè)傾力矩的作用，左、右車輪的垂直載荷不再相等，所受阻力亦不相等。另外，車 輪還將受到地面?zhèn)认蚍醋饔昧Α?.6主銷內(nèi)傾角和后傾角功能有何不同？答：主銷內(nèi)傾角的作用，是使車輪在方向盤收到微小干擾時，前輪會在回正力矩作用下自動回正。另外，主銷內(nèi) 傾還可減少前輪傳至轉(zhuǎn)向機構(gòu)上的沖擊，并使轉(zhuǎn)向輕便。主銷后傾的作用是當(dāng)汽車直線

6、行駛偶然受外力作用而稍有偏轉(zhuǎn)時，主銷后傾將產(chǎn)生車輪轉(zhuǎn)向反方向的力矩使車輪自動回正，可保證汽車支線行駛的穩(wěn)定性。汽車轉(zhuǎn)向輪的回正力矩來源于兩個方面，一個是主銷內(nèi)傾角，依靠前軸軸荷，和車速無關(guān)；一個是主銷后傾角， 依靠側(cè)傾力，和車速有關(guān)；速度越高，回正力矩就越大。5.7橫向穩(wěn)定桿起什么作用？為什么有的車裝在前懸架，有的裝在后懸架，有的前后都裝？答：橫向穩(wěn)定桿的主 要作用是增加汽車的側(cè)傾剛度，避免汽車在轉(zhuǎn)向時產(chǎn)生過多的側(cè)傾。另外，橫向穩(wěn)定桿還有改變汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的 作用，其機理在題 5.2中有述。橫向穩(wěn)定安裝的位置也是由于前、后側(cè)傾剛度的要求，以及如何調(diào)節(jié)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性的 因素決定的。5.8某種汽車

7、的質(zhì)心位置、軸距和前后輪胎的型號已定。按照二自由度操縱穩(wěn)定性模型，其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性為過多 轉(zhuǎn)向，試找出五種改善其特性的方法。答：增加主銷內(nèi)傾角；增大主銷后傾角；在汽車前懸架加裝橫向穩(wěn)定桿；使汽車前束具有在壓縮行程減 小，復(fù)原行程增大的特性；使后懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向具有趨于不足轉(zhuǎn)向的特性。5.9汽車空載和滿載是否具有相同的操縱穩(wěn)定性？答：不具有相同的操縱穩(wěn)定。因為汽車空載和滿載時汽車的總質(zhì)量、質(zhì)心位置會發(fā)生變化，這些將會影響汽車的 穩(wěn)定性因數(shù)、輪胎側(cè)偏剛度、汽車側(cè)傾剛度等操縱穩(wěn)定性參數(shù)。5.10試用有關(guān)公式說明汽車質(zhì)心位置對主要描述和評價汽車操縱穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的影響。答：以靜態(tài)儲備系數(shù)為例說明汽車

8、質(zhì)心位置對穩(wěn)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的影響：S.M.二旦二 k2a （ a' 邑 L，為中性轉(zhuǎn)向點至前軸的距離）Lk,+k2 Lk,+k2當(dāng)中性轉(zhuǎn)向點與質(zhì)心位置重合時，S.M. = 0,汽車為中性轉(zhuǎn)向特性；當(dāng)質(zhì)心在中性轉(zhuǎn)向點之前時，a' a , S.M.為正值，汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性;當(dāng)質(zhì)心在中性轉(zhuǎn)向點之后時，a' ：a , S.M.為負值，汽車具有過多轉(zhuǎn)向特性。I z = 3885kg m25.11二自由度轎車模型的有關(guān)參數(shù)如下：總質(zhì)量m=1818.2kg繞Oz軸轉(zhuǎn)動慣量軸距質(zhì)心至前軸距離 質(zhì)心至后軸距離 前輪總側(cè)偏剛度 后輪總側(cè)偏剛度 轉(zhuǎn)向系總傳動比L=3.048ma=1.463m

9、 b=1.585m ki=-62618N/rad k2=-110185N/rad i=20試求：1）穩(wěn)定性因數(shù)K、特征車速Uch。2）穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線-Ua、車速u=22.35m/s時的轉(zhuǎn)向靈敏度 6 丿s&SW3）靜態(tài)儲備系數(shù) S.M.，側(cè)向加速度為0.4g時的前、后輪側(cè)偏角絕對值之差1-2與轉(zhuǎn)彎半徑的比值R/Ro(Ro=15m)。4）車速u=30.56m/s時，瞬態(tài)響應(yīng)的橫擺角速度波動的固有（圓）頻率 -0、阻尼比'、反應(yīng)時間.與峰值注意：2）所求的轉(zhuǎn)向靈敏度反應(yīng)時間；L中的：SW是指轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角，除以轉(zhuǎn)向系傳動比才是車輪轉(zhuǎn)角。SW解：1）穩(wěn)定性因數(shù)k21818.21.

10、463一 2K 丿 3.04821.585 = 0.0024s2/m2-110185-62618第3頁共12頁第#頁共12頁特征車速 uch = .1/K = 20.6m/s =74.18km/h2）穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益曲線 -Ua如下圖所示:5人車速u=22.35m/s時的轉(zhuǎn)向靈敏度=3.3690 /20=0.168swa"- ak2a3）態(tài)儲備系數(shù)S.M.-0.1576,L & +k2Lay =0.4g時前、后輪側(cè)偏角絕對值之差<1 - - - K ayL =0.0024 0.4g 3.048 = 0.0281rad =1.6Ro 、二丄，R 二L =17.4113,

11、R/R 1.16:R 宀一二4）速 u=30.56m/s 時，瞬態(tài)響應(yīng)的橫擺角速度波動的固有（圓）頻率 國0 = L（1 + Ku 2 ） = 5.58rad / s, f° = 0.8874 Hz，u mlz-m a2k1 b2k2 1-Iz k1 k22L mIZk1k2 1 Ku 2= 0.5892第4頁共12頁第#頁共12頁arcta nmua反應(yīng)時間Lk2= 0.1811s第#頁共12頁第#頁共12頁6角，并以 亠 -ay曲線來評價汽車的轉(zhuǎn)向特性。試證:-'sw0sw-=1 Ku，說明如何根據(jù)竺-u2曲線來判斷汽車的轉(zhuǎn)sw0arcta n ；I :峰值反應(yīng)時間l-

12、+0.3899s25.12穩(wěn)態(tài)響應(yīng)中橫擺角速度增益達到最大值時的車速稱為特征車速uch。證明：特征車速 uch二-，且在特征車速時的橫擺角速度增益，為具有相等軸距L中性轉(zhuǎn)向汽車橫擺角速度增益的一半。答：特征車速指汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益達到最大值時的車速，汽車穩(wěn)態(tài)橫擺角速度增益為：r、u/L1.11' s 1 Ku2 L（Ku2L議 2L Ku u當(dāng)1 =Ku，即u =、iTK時等號成立，所以特征車速。此時的橫擺角速度增益 ）s u，具有u- 2L相等軸距L中性轉(zhuǎn)向汽車的橫擺角速度增益為u/L ,前者是二者的一半。5.13測定汽車穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向特性常用兩種方法，一為固定方向盤轉(zhuǎn)角法，并以R/R

13、0-a y曲線來表示汽車的轉(zhuǎn)向特性；另一為固定圓周法。試驗時在場地上畫一圓，駕駛員以低速沿圓周行使，記錄轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角-：sw0，然后駕駛員控制轉(zhuǎn)向；sw （一般）將隨之加大。記錄下 -sw盤使汽車始終在圓周上以低速連續(xù)加速行使。隨著車速的提高，提高轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角第#頁共12頁第#頁共12頁向特性。第#頁共12頁證明：設(shè)轉(zhuǎn)向器的總傳動比為i ,設(shè)低速運動時的前輪轉(zhuǎn)角為、；0，則:swo =-p / i =，（其中R為圓周半徑）。iR連續(xù)急速行使時，由式（5-11 ）：62J KU ，又，r=u/R，得u/L第5頁共12頁第#頁共12頁、sw r/i -(1 Ku2)。iR6 9 所以上“ Ku2，證畢

14、。-sw0中性轉(zhuǎn)向時,K=0,' 'sw=1，-sw0sw-'sw02-U是一條直線；不足轉(zhuǎn)向時，K>0,4.1，：sw將隨車速得增加而逐漸 sw0第#頁共12頁第#頁共12頁增大；K<0,絲：1，:-sw將隨車速得增加而逐漸減小。'sw05.14習(xí)題圖4是滑柱連桿式獨立懸架（常稱為Me Pherson strut suspension）示意圖。試證:1）R.C.為側(cè)傾中心。mp 22） 懸架的側(cè)傾角剛度為K r =2ks（）2，式中，ks為一個彈簧的（線）剛度。n第#頁共12頁第#頁共12頁分析：計算懸架側(cè)傾角剛度時，要利用虛位移原理進行推導(dǎo)。推導(dǎo)

15、時注意，本題和書中的單橫臂獨立懸架是有區(qū)別的，主要是本題有一個角 «。證明：1） 先對左側(cè)懸架分析。當(dāng)車輪上下跳動時，CB桿繞B點轉(zhuǎn)動，故AC桿的瞬心必在 CB所在的直線上；由于 AC 桿導(dǎo)向機構(gòu)的約束， A點的運動方向平行與 AC桿自身，故AC桿的瞬心必在過 A點，垂直AC的直線上。由此可得 到左側(cè)車輪的瞬心 0'點，側(cè)傾中心就在 DO'與汽車中心線的交點上，如圖中所示。Fz'，再在輪胎上加一微元力=Fz，2）a.求懸架的線剛度K|設(shè)車廂不動，汽車處于靜止受力狀態(tài)，作用在輪胎上的地面法向反作用力為ss為彈簧的虛位移， st為車輪的虛位移，彈簧力相應(yīng)增加Q ,

16、則厶Q = ks ss。設(shè)O'D與水平面的夾角為，因為O'為左側(cè)車輪的運動瞬心，由圖可知 広s cos。 。mn根據(jù)力矩平衡：=Fz，n cos= Q = kssm。單側(cè)懸架的線剛度為Ki二旦*(亠)2。sn cosa由式(5-42 )整個懸架的側(cè)傾角剛度為：12 mp 2K K| (2 pcos ： ) = 2ks()。罕2n5.17習(xí)題圖5為三種前獨立懸架對車輪相對車身垂直上下位移時前束變化的影響。試問圖中哪一條曲線具有側(cè)傾過多轉(zhuǎn)向效果？第6頁共12頁第#頁共12頁答：曲線1對應(yīng)的前獨立懸架，轉(zhuǎn)彎時車廂側(cè)傾，內(nèi)側(cè)前輪處于反彈行程，前束增加，車輪向汽車縱向中心線轉(zhuǎn) 動，外側(cè)前

17、輪處于壓縮行程，前束減小，車輪向外轉(zhuǎn)動。采用這種懸架導(dǎo)致汽車的側(cè)傾轉(zhuǎn)向增加了不足轉(zhuǎn)向量，具有 側(cè)傾不足轉(zhuǎn)向效果。曲線2對應(yīng)的前獨立懸架，曲線較其他兩種更貼近縱坐標(biāo)軸，說明這種懸架的側(cè)傾轉(zhuǎn)向量很小，幾乎等于零。曲線3對應(yīng)的前獨立懸架，轉(zhuǎn)彎時車廂側(cè)傾，內(nèi)側(cè)前輪處于反彈行程，前束減小，車輪向汽車縱向中心線相反方 向轉(zhuǎn)動，外側(cè)前輪處于壓縮行程，前束增大，車輪向內(nèi)轉(zhuǎn)動。采用這種懸架導(dǎo)致汽車的側(cè)傾轉(zhuǎn)向增加了過多轉(zhuǎn)向量， 具有側(cè)傾過多轉(zhuǎn)向效果。5.18轉(zhuǎn)向盤力特性與哪些因素有關(guān)，試分析之。答：轉(zhuǎn)向盤力隨汽車運動狀況而變化的規(guī)律稱為轉(zhuǎn)向盤力特性，與下列因素有關(guān)：轉(zhuǎn)向器傳動比及其變化規(guī)律、 轉(zhuǎn)向器效率、動力轉(zhuǎn)向

18、器的轉(zhuǎn)向盤操作力特性、轉(zhuǎn)向桿系傳動比、轉(zhuǎn)向桿系效率、由懸架導(dǎo)向桿系決定的主銷位置、 輪胎上的載荷、輪胎氣壓、輪胎力學(xué)特性、地面附著條件、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動慣量、轉(zhuǎn)向柱摩擦阻力以及汽車整體動力學(xué)特 性等。5.19地面作用于輪胎的切向反作用力是如何控制轉(zhuǎn)向特性的？答：參考課本第六節(jié)。第六章汽車的平順性2_3、 6.1設(shè)通過座椅支承面?zhèn)髦寥梭w垂直加速度的譜密度為一白噪聲,Ga(f)=0.1m*s。求在 0.580Hz 頻率范圍內(nèi)加權(quán)加速度均方根值aw和加權(quán)振級Law，并由表6-2查出相應(yīng)人的主觀感受。80=H|w(f)|2G(f)df0.50.5224 f 2八01 UM 2存f12.580.df.412.

19、5)0.5 =1.434(m1 434耀LawW/TKdB)，查第#頁共12頁表得，人的主觀感受為很不舒服。-83.16.2設(shè)車速u=20m/s，路面不平度系數(shù) Gq(n°)=2.56 10 m，參考空間頻率n°=0.1m 。畫出路面垂直位移，第#頁共12頁速度和加速度 Gq(f ),Gq(f),Gq(f)的譜圖。畫圖時要求用雙對數(shù)坐標(biāo)，選好坐標(biāo)刻度值，并注明單位。解：由公式1282922Gq(f)2 Gq(n0)n0 u =2.56 1020 0.01/ f =5.14 10 / f (m s)得到譜圖如下:Gq( f) =(2二)2Gq(n0)n02u =4 二 2 0

20、.5120 10 =2.02 10(m2/s)Gq( f) =(2 二)4 f2Gq( n0)n02u =16 二 4 0.5120 10” f 7.98 10"6 f 2(m2/s3)第#頁共12頁第#頁共12頁6.3設(shè)車身-車輪二自由度汽車模型，其車身部分固有頻率f° =2Hz。它行駛在波長，-5m的水泥接縫路上，求引起車身部分共振時的車速 ua(km/h)。該汽車車輪部分的固有頻率ft =10Hz，在砂石路上常用車速為 30km/ h。問由于車輪部分共振時，車輪對路面作用的動載所形成的搓板路的波長二？解：引起車身部分共振時的車速：uz=f0=2 5 =10(m/s)

21、=36(km/h)車輪對路面作用的動載所形成的搓路板的波長為ua 30 103ft 3600 10二 0.833(m)第#頁共12頁第#頁共12頁6.4設(shè)車身單質(zhì)量系統(tǒng)的幅頻z/ q用雙對數(shù)坐標(biāo)表路上輸入譜與題6.2相同。求車身加速度的譜密度 Gz ( f)，示時如習(xí)題圖6所示。畫出其譜圖，并計算0.110Hz頻率范圍車身加速度的均方根值匚z。解:Gq()2 2Gz() =H(j J zqGq( J2- Gz(f) =(2irf)2?q220.2129 x10衛(wèi)=7.98 x10- -qz=1,( f =0.1 1);z1上=,(f =1 10)qqff := 0.1 1 時，Gz(f) =7

22、.98 x10-f 2；而f =1 10時，Gz（f ） =7.98 10 -得到車身加速度密度譜圖如下：6.5車身-車輪雙質(zhì)量系統(tǒng)參數(shù)：f0 =1.5Hz,二=0.25,襌=9,亠=10。Q2“人體-座椅”系統(tǒng)參數(shù)：fs =3Hzs =0.25。車速u =20m/s，路面不平度系數(shù) Gq心=2.56 10 m，參考空間頻率n 0=O.1m-1。計算時頻率步長 f = 0.2 Hz，計算頻率點數(shù) N =180。1）計算并畫出幅頻特性乙/q、Zq/n、q/z2和均方根值譜jGz；（f卜jGg（f卜jGa（f）譜圖。進一步計算二q、匚、二Z、二a、比、LaW值2）改變“人體-座椅”系統(tǒng)參數(shù)：fs

23、=1.56Hzs =0.1250.5。分析aw、Jw值隨fs、 s的變化。3）分別改變車身-車輪雙質(zhì)量系統(tǒng)參數(shù)：f0 =0.253Hz=0.1250.5，=4.518/ = 5 20。繪制二Z、二fd、二Fd/G三個響應(yīng)量均方根值隨以上四個系統(tǒng)參數(shù)變化的曲線。解：第8頁共12頁1)幅頻特性乙/q、Z2I Zi、q/z2和均方根值譜JG才(f卜丁'Gz2(f卜jGa(f )的譜圖如下所示冋H(jGa Gp其中.Gq f 二由計算公式=/Gf df2<V=Gz：(f df fH(f 比 qGqf df |2_1 _1=fGz“(f df 卜卅H(f2'qGq(f df _1 _1Oa =<V|0fGp4f df 2 彳f H(f tqGf df |2aw =tW2(f Ga(f215.2141第9頁共12頁第#頁共12頁Law =20lg aw/ao , ao =10 m s第#頁共12頁6yO.3523m/s2,；z； =0.2391m/s2,；z2 =0.0168m/s2,6 =00161m/s2,及 036Hz 頻率范圍加權(quán)加速度均方根值與加權(quán)振級為aw二0.01m/s2,Law二80.03d