汽车理论期末考试复习题计算题

11.1、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aFTzf阻碍车轮滚动。3）作用形式：滚动阻力fwFfrTFff（f为滚动阻力系数）1.31）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图汽车驱动力Ft=riiTtogtq行驶阻力Ff+Fw＋Fi+Fj＝G•f+2D21.12ACau+G•i+dtdum发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为：0ginr0.377uai432)1000(8445.3)1000(874.40)1000(44.165)1000(27.25913.19nnnnTq行驶阻力为wfFF：215.21aDwfUACGfFF2131.0312.494aU本题也可采用描点法做图：由发动机转速在min/600nminr，min/4000nmaxr，取六个点分别代入22）求汽车最高车速，最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率①由1）得驱动力与行驶阻力平衡图，汽车的最高车速出现在5档时汽车的驱动力曲线与行驶阻力曲线的交点处，Uamax＝99.08m/s2。有wftFFF2131.0312.494atUF分别代入aU和tF公式：2)09.6*83.53697.0*377.0(131.0312.494367.085.0*83.5*9.6*nTq把qT的拟和公式也代入可得：n4000而4000maxnr/min∴93.9483.5*0.14000*367.0*377.0maxUKm/h②汽车的爬坡能力，指汽车在良好路面上克服wfFF后的余力全部用来（等速）克服坡度阻力时能爬上的坡度，此时0dtdu，因此有wftiFFFF，可得到汽车爬坡度与车速的关系式：GFFFiwftarcsintan；而汽车最大爬坡度maxi为Ⅰ档时的最大爬坡度。利用MATLAB计算可得，352.0maxi。挂Ⅰ档时速度慢，Fw可忽略：)(maxwftiFFFFGfFGitmax013.08.9*388014400maxmaxfGFit=0.366③如是前轮驱动，1C＝qbhgqLL；相应的附着率1C为1.20，不合理，舍去。如是后轮驱动，2C＝qahgqLL；相应的附着率2C为0.50。克服该坡度时相应的附着率zxFF忽略空气阻力和滚动阻力得：6.0947.12.3*366.0/aillaiFFiz33）绘制汽车行驶加速度倒数曲线，求加速时间求得各档的汽车旋转质量换算系数如下表所示：汽车旋转质量换算系数Ⅰ档Ⅱ档Ⅲ档Ⅳ档Ⅴ档220221mriiImrITgfw1.38291.10271.04291.02241.0179汽车的行驶加速度图和汽车的加速度倒数曲线图忽略原地起步时的离合器打滑过程，假设在初时刻时，汽车已具有Ⅱ档的最低车速。由于各档加速度曲线不相交（如图三所示），即各低档位加速行驶至发动机转速达到最到转速时换入高档位；并且忽略换档过程所经历的时间。结果用MATLAB画出汽车加速时间曲线如图五所示。如图所示，汽车用Ⅱ档起步加速行驶至70km/h的加速时间约为26.0s。①绘制汽车行驶加速倒数曲线（已装货）：40.0626)(1fDgdudta（GFwFtD为动力因素）Ⅱ时，22022111riiImrImTgfw2222367.085.0*83.5*09.3*218.038001367.0598.3798.13800111.128riiTFTogqt432)1000(8445.3)1000(874.40)1000(44.165)1000(27.25913.19nnnnTq215.21aDwUACF②用计算机求汽车用Ⅳ档起步加速至70km/h的加速时间。由运动学可知dua1dtAdut0a1t4即加速时间可用计算机进行积分计算求出，且aua1曲线下两速度间的面积就是通过此速度去件的加速时间。经计算的时间为：146.0535s1.4空车、满载时汽车动力性有无变化？为什么？答：动力性会发生变化。因为满载时汽车的质量会增大，重心的位置也会发生改变。质量增大，滚动阻力、坡度阻力和加速阻力都会增大，加速时间会增加，最高车速降低。重心位置的改变会影响车轮附着率，从而影响最大爬坡度。1.5如何选择汽车发动机功率？答：发动机功率的选择常先从保证汽车预期的最高车速来初步确定。若给出了期望的最高车速，选择的发动机功率应大体等于，但不小于以最高车速行驶时的行驶阻力功率之和。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。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。，2.6试分析超速档对汽车动力性和燃油经济性的影响。答：汽车在超速档行驶时，发动机负荷率高，燃油经济性好。但此时，汽车后备功率小，所以需要设计合适的次一挡传动比保证汽车的动力性需要。2.8轮胎对汽车动力性、燃油经济性有些什么影响？答：1）轮胎对汽车动力性的影响主要有三个方面：①轮胎的结构、帘线和橡胶的品种，对滚动阻力都有影响，轮胎的滚动阻力系数还会随车速与充气压力变化。滚动阻力系数的大小直接影响汽车的最高车速、极限最大加速度和爬坡度。②汽车车速达到某一临界值时，滚动阻力迅速增长，轮胎会发生很危险的驻波现象，所以汽车的最高车速应该低于该临界车速。③轮胎与地面之间的附着系数直接影响汽车的极限最大加速度和爬坡度。2）轮胎对燃油经济性的影响轮胎的滚动阻力系数直接影响汽车的燃油经济性。滚动阻力大燃油消耗量明显升高。5.1一轿车（每个）前轮的侧偏刚度为-50176N/rad、外倾刚度为-7665N/rad。若轿车向左转弯，将使前轮均产生正的外倾角，其大小为4度。设侧偏刚度与外倾刚度均不受左、右轮负载转移的影响，试求由外倾角引起的前轮侧偏角。解：有外倾角时候的地面侧向反作用力为YFkk（其中k为侧偏刚度，kr为外倾刚度，γ为外倾角）于是，有外倾角引起的前轮侧偏角的大小为：51kk代入数据，解得1＝0.611rad，另外由分析知正的外倾角应该产生负的侧偏角，所以由外倾角引起的前轮侧偏角为-0.611rad。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：表示汽车稳态转向特性的参数有稳定性因数，前、后轮的侧偏角绝对值之差12()，转向半径的比R/R0，静态储备系数S.M.等。①讨论汽车重心位置对稳态转向特性的影响，由式（5-17）212'S.M.=kaaaLkkL（'a为中性转向点至前轴的距离）当中性转向点与质心位置重合时，S.M.＝0，汽车为中性转向特性；当质心在中性转向点之前时，'aa，S.M.为正值，汽车具有不足转向特性；当质心在中性转向点之后时，'aa，S.M.为负值，汽车具有过多转向特性。②汽车内、外轮负荷转移对稳态转向特性的影响在侧向力作用下，若汽车前轴左、右车轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于增加不足转向量；若后轴左、右车轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于减小不足转向量。5.6主销内倾角和后倾角功能有何不同？答：主销内倾角的作用，是使车轮在方向盘收到微小干扰时，前轮会在回正力矩作用下自动回正。另外，主销内倾还可减少前轮传至转向机构上的冲击，并使转向轻便。主销后倾的作用是当汽车直线行驶偶然受外力作用而稍有偏转时，主销后倾将产生车轮转向反方向的力矩使车轮自动回正，可保证汽车支线行驶的稳定性。汽车转向轮的回正力矩来源于两个方面，一个是主销内倾角，依靠前轴轴荷，和车速无关；一个是主销后倾角，依靠侧倾力，和车速有关；速度越高，回正力矩就越大。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。5.8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，试找出五种改善其特性的方法。答：①增加主销内倾角；②增大主销后倾角；③在汽车前悬架加装横向稳定杆；④使汽车前束具有在压缩行程减小，复原行程增大的特性；⑤使后悬架的侧倾转向具有趋于不足转向的特性。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。5.10试用有关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：以静态储备系数为例说明汽车质心位置对稳态响应指标的影响：6212'S.M.=kaaaLkkL（212'kaLkk，为中性转向点至前轴的距离）当中性转向点与质心位置重合时，S.M.＝0，汽车为中性转向特性；当质心在中性转向点之前时，'aa，S.M.为正值，汽车具有不足转向特性；当质心在中性转向点之后时，'aa，S.M.为负值，汽车具有过多转向特性。5.111）稳定性因数222122/0024.062618585.1110185463.1048.32.1818mskbkaLmK特征车速74.18km/h/20.6m/1sKuch2）稳态横摆角速度增益曲线asru如下图所示：车速u=22.35m/s时的转向灵敏度3.3690swr/20=0.1683）态储备系数1576.0L-S.M.212Lakkkaa，gay4.0时前、后轮侧偏角绝对值之差6.10281.0048.34.00024.021radgLaKy16.1/,4113.17,,0210RRLRRLLR4）速u=30.56m/s时，瞬态响应的横摆角速度波动的固有（圆）频率HzfsradKumIkkuLZ8874.0,/5.58102210，阻尼比5892.012221212212KukkmILkkIkbkamZZ，7反应时间sLkmua1811.011arctan20022峰值反应时间s3899.011arctan202