汽車動力學試題及答案

1、汽車動力學試題一、名詞解釋（每題3分）1. 回正力矩答：在輪胎發(fā)生側偏時，產生作用于輪胎繞 0Z軸（輪胎坐標系）的力矩，即為回正力矩。2. 輪胎側偏現(xiàn)象答：當車輪有側向彈性時，即使側向力沒有達到附著極限，車輪行駛方向亦將偏離車輪 平面，這就是輪胎的側偏現(xiàn)象。3. 同步附著系數(shù)答：對于前后制動器制動力為固定比值的汽車，車輛制動時使得車輛前后輪同時抱死的路面附著系數(shù)即為同步附著系數(shù)。（或采用B線與I線交點說明也可以，但是必須交代 3線與I線的具體含義）4. 旋轉質量換算系數(shù)答：汽車的質量分為平移質量和旋轉質量兩部分。汽車加速時，不僅平移質量產生慣性 力，旋轉質量也要產生慣性力偶矩。為了便于計算，一

2、般把旋轉質量的慣性力偶矩轉化 為平移質量的慣性力，對于固定傳動比的汽車，常以常數(shù)3作為計入旋轉質量慣性力偶矩后的汽車旋轉質量換算系數(shù)。5. 理想的制動力分配特性答：汽車制動時，前、后車輪同時抱死時前、后輪制動器制動力的分配特性。二、簡答題（每題5分）1. 汽車的驅動附著條件是什么？答：汽車驅動條件：Ft藝F阻 ；汽車附著條件：Fxi,2蘭Fzi,2® ;上式中，F(xiàn)t表示驅動力，F(xiàn)阻表示行駛阻力，F(xiàn)X1,2表示作用在驅動輪上的轉矩引起的地面切向反作用力，F(xiàn)Z1,2表示驅動輪法向反作用力（亦可以直接指定驅動輪后進行描述），為附著系數(shù)。2. 汽車制動性能主要由哪幾個方面評價？答：主要由以下

3、三個方面評價：1 ）制動效能，及制動距離與制動減速度；2）制動效能的恒定性，即抗熱衰退性能。3）制動時汽車的方向穩(wěn)定性，即制動時汽車不發(fā)生跑偏、側滑以及市區(qū)專項能力的性能。3. 汽車制動跑偏的原因主要有哪些？答：制動時汽車跑偏的原因有兩個：1）汽車左、右車輪，特別是前軸左、右車輪（轉向輪）制動器的制動力不相等。2）制動時懸架導向桿與轉向系在運動學上的不協(xié)調（互相干涉）。4. 汽車的穩(wěn)態(tài)轉向特性有幾種類型？實際的汽車應具有哪種穩(wěn)態(tài)轉向特性，簡述理由。答：汽車的穩(wěn)態(tài)轉向特性分為三種類型：不足轉向、中性轉向和過多轉向。實際汽車應 具有不足轉向的特性，由于不足轉向時汽車的轉向半徑增大，這有利于汽車的操

4、縱穩(wěn)定 性。5. 汽車轉向輪擺振有哪兩種類型？如何加以區(qū)分？答：汽車轉向輪的擺振類型主要有兩種：強迫振動類型和自激振動類型。區(qū)別二者可以 從擺振自身特點加以判斷：1）當車輪發(fā)生強迫振動類型的擺陣時，必然存在周期性的外界激勵持續(xù)作用，如車輪不平衡。在波形路面上的陀螺力矩、懸架與轉向系運動不協(xié) 調等，系統(tǒng)的振動頻率與激勵頻率一致，擺振明顯發(fā)生在共振區(qū)域，而共振車速范圍較 窄；激勵的存在于振動體運動無關；2）當轉向輪發(fā)生自激振動形式的擺振時，系統(tǒng)無須有持續(xù)周期作用的激勵，只要有單次性激勵、系統(tǒng)的振動頻率接近系統(tǒng)繞主銷振動的 固有頻率，與車輪的轉動頻率等不一致，發(fā)生振動的車速范圍較寬，激勵力伴隨振動體

5、 的運動而產生，振動體運動停止，激勵力消失。6. 敘述建立 二自由度汽車轉向系統(tǒng)模型 ”的簡化假設條件。答：二自由度汽車轉向系統(tǒng)模型 ”的簡化假設條件有以下幾點：1）分析過程忽略轉向系統(tǒng)的影響，直接以前輪轉角作為輸入；2）忽略懸架的作用，認為汽車車廂只作平行與地面 的平面運動；3）汽車沿某一方向勻速前進；4）汽車的側向加速度限定在0.4g以下，輪胎側偏特性處于線性范圍；5 ）假設驅動力不大，不考慮地面切向力對輪胎側偏特性的影響，沒有空氣動力作用，忽略左右車輪由于載荷的變化而引起輪胎特性的變化以及輪胎回正力矩 的作用。三、計算與分析題1.已知某汽車的總質量 m = 4600kg , C0.75

6、, A = 4m ,旋轉質量換算系數(shù) 8=1.35 ,道路坡度角:=5 ,滾動阻力系數(shù)f =0.015,傳動系效率丁 =0.85 ,加速度獸二0.2m/s2, ua二30km/ h ,此時克服各種阻力需要的發(fā)動機輸出轉矩是多少？【5分】解：由汽車行駛方程為：FFf Fw Fi FjTqigi。T二 Gf cos :Cd A 221.15UaGsind 丄mdudtc 0.754 30I03c= 4600 9.8 0.015 cos54600 9.8 sin5 1.35 4600 0.221.153600=669.438 1.182 68.52 1242=1981.142330 8則可得發(fā)動機輸

7、出轉矩：Ttq = 23308 rigi。式中，F(xiàn)t為驅動力，F(xiàn)f為滾動阻力，F(xiàn)w為風阻，F(xiàn)i為坡道阻力，F(xiàn)j為加速阻力。2. 試用恰當?shù)姆€(wěn)態(tài)轉向特性表征參數(shù)說明：（1）汽車裝載后，重心后移，對汽車轉向特性的影響；（2）將汽車后輪換為扁平率小的輪胎，對轉向特性的影響。【10分】答：1）汽車裝載后，重心后移，后軸左右側車輪垂向載荷增大。根據第5版汽車理論P138頁垂直載荷（W/N）與側偏剛度（K）關系可知，此時汽車后軸車輪側偏剛度k2大于前軸車輪k1。由FFy? F k 可知，當k與Fy保持不變時，k增大，則減小。故當車裝載后，前后軸車輪受到相同的側向反作用力時，應有2。由表征穩(wěn)態(tài)響應的參數(shù)：前

8、后輪側偏角絕對值之差-2>0 ,故為不足轉向。但是當汽車過載時，后輪側偏 剛度反而下降，因此汽車變?yōu)檫^多轉向。2）將其車后輪換為扁平率小的輪胎后，后輪側偏剛度增大，同樣采用前后輪側偏角絕對值 之差可知，汽車為不足轉向。3. 繪圖并說明：制動器制動力、地面制動力和地面附著力三者之間的關系。【6分】FF Xb max = F (pf"p.PFpIF :o答：在制動時，若只考慮車輪的運動為滾動與抱死拖滑兩種狀況，當制動踏板力較小時， 制動器摩擦力矩不大，地面與輪胎之間的摩擦力即地面制動力，足以克服制動器摩擦力距而使車輪滾動。顯然，車輪滾動式的地面制動力就等于制動器制動力，且隨著踏板力

9、的增長成正比地增長，它的值不能超過附著力，即Fxb - F =Fz，。當制動器踏板力Fp或制動系液壓力p上升到某一值（Pa）、地面制動力FXb達到附著力F時，車輪即抱死不轉而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。制動系液壓力p> pa時，制動器制動力 F.i由于制動器摩擦力矩的增長而仍按照直線關系繼續(xù)上升。但是，若作用在車輪上的法向載荷為常數(shù)，地面制動力FXb達到附著力F :的值后 就不再增加?！?分】4. 繪圖并分析說明：制動時后軸側滑是一種不穩(wěn)定的工況。答:0根據剛體平面運動微分方程:FYi FY2b+M j =0 , M j = -I /F*+FY2+Fj =0，即地面?zhèn)认蚍戳εc側向慣性力平衡;（式中，I

10、z為汽車繞通過質心 C垂直地面軸線的轉動慣量,；r為汽車的角加速度）。即地面?zhèn)认蚍戳|心的力矩之和與慣性力矩平衡。這時，F(xiàn)y2 L 0 ,前輪地面?zhèn)认蚍醋饔昧yi對C點的力矩增大了汽車角速度，汽車在一定條件下出現(xiàn)難以控制的急劇轉彎。5.已知某4冷小客車前、后輪為單胎，總質量為2010kg，軸距L為3.2m，前軸荷為55%前輪胎總的側偏剛度為-38920N/ rad ,后輪胎總的側偏剛度為-38300N/ rad , 試確定（1）該車的穩(wěn)態(tài)轉向特性是哪種性質？（ 2）特征（或臨界）車速是多少？（3）如果該車以36km/h的速度、前輪轉角為15°乍定圓周等速行駛，求此時汽車的橫擺 角

11、速度是多少？【10分】答：（1）由題意：a=（1-55%） L = 1.44m ,1.76m，則由穩(wěn)定性因數(shù)代入上述參數(shù)可得 K =0.00140，即該車具有不足轉向特性;（2）臨界車速：uch = 1 K =25.82m/s；(3) 36km/h=10m/s,15°=0.262rad,則有灼=d U/L2，帶入相關參數(shù)，可得r 1 + Ku2r =0. 7 1r ad /s6.說明：ABS系統(tǒng)的目的和主要組成裝置；簡述電子控制防抱裝置的調節(jié)控制過程。 【8分】答:ABS系統(tǒng)目的：在汽車制動時，避免車輪抱死，使汽車在制動狀態(tài)下仍能轉向，保證汽車的制動方向的穩(wěn)定性， 防止產生側滑和跑偏

12、。主要組成裝置：傳感器、電子控制裝置和執(zhí)行器。電子控制防抱裝置的調節(jié)控制過程：在常見的ABS系統(tǒng)中，每個車輪上安裝一個轉速傳感器，將有關車輪轉速的信號輸入電子控制裝置。電子控制裝置根據各 車輪轉速傳感器輸入的信號對各個車輪的運動狀態(tài)進行檢測和判定，并形成相應的 控制指令。制動壓力調節(jié)裝置主要由調壓電磁閥組成，電動泵組成和儲液器等組成 一個獨立的整體，通過制動管路與制動主缸和各制動輪缸相連。制動壓力調節(jié)裝置 受電子控制裝置的控制，對各制動輪缸的制動壓力進行調節(jié)。7. 建立路面不平輸入下車身單質量系統(tǒng)振動模型，列寫微分方程，給出車身垂直振動位移頻響函數(shù)。【10分】車身垂直位移坐標 z的原點取在靜力平衡位置，根據牛頓第二定律，得到描述系統(tǒng)運動 的微分方程為mz C z-q K z-q =0由輸出、輸入諧量復振幅z與q的比值或z(t)與q(t)的傅里葉變換z(w)與q(w)的比值, 可以求出系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)，記為H jw =- = Zq Q( )將微分方程(1)進行傅里葉變換并將復振幅z = zo'q= q0e"帶入，