汽车理论 课后题答案 清华大学 余志生

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）1.2、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、确定一轻型货车的动力性能（货车可装用4档或5档变速器，任选其中的一种进行整车性能计算）：1）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图。2）求汽车的最高车速、最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率。3）绘制汽车行驶加速倒数曲线，用图解积分法求汽车有Ⅱ档起步加速行驶至70km/h的车速－时间曲线，或者用计算机求汽车用Ⅱ档起步加速至70km/h的加速时间。轻型货车的有关数据：汽油发动机使用外特性的Tq—n曲线的拟合公式为432)1000(8445.3)1000(874.40)1000(44.165)1000(27.25913.19nnnnTq式中,Tq为发功机转矩(N·m)；n为发动机转速(r／min)。发动机的最低转速nmin=600r/min，最高转速nmax=4000r／min装载质量2000kg整车整备质量1800kg总质量3880kg车轮半径0.367m传动系机械效率ηт＝0.85波动阻力系数f＝0.013空气阻力系数×迎风面积CDA＝2.772m主减速器传动比i0＝5.83飞轮转功惯量If＝0.218kg·2m二前轮转动惯量Iw1＝1.798kg·2m四后轮转功惯量Iw2＝3.598kg·2m变速器传动比ig(数据如下表)轴距L＝3.2m质心至前铀距离(满载)α＝1.947m质心高(满载)hg＝0.9m解答：1）（取四档为例）由uFnunTqTqFtt即riiTFTogqt432)1000(8445.3)1000(874.40)1000(44.165)1000(27.25913.19nnnnTqogiirnu377.0行驶阻力为wfFF：215.21aDwfUACGfFF2131.0312.494aU由计算机作图有※本题也可采用描点法做图：由发动机转速在min/600nminr，min/4000nmaxr，取六个点分别代入公式：………………………………2）⑴最高车速：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/h⑵最大爬坡度：挂Ⅰ档时速度慢，Fw可忽略：)(maxwftiFFFFGfFGitmax013.08.9*388014400maxmaxfGFit=0.366（3）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3）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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：dua1dtAdut0a1t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：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：jtiu,,max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0i时的汽车功率平衡图：wftePPP13maxmax7614036001aDateuACuGfP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、统计数据表明，装有0.5～2L排量发动机的轿车，若是前置发动机前轮驱动(F.F.)轿车，其平均的轴负荷为汽车总重力的61.5％；若是前置发动机后轮驱动(F.R.)轿车，其平均的前轴负荷为汽车总重力的55.7％。设一轿车的轴距L＝2.6m，质心高度h＝0.57m。试比较采用F.F.及F.R．形式时的附着力利用情况，分析时其前轴负荷率取相应形式的平均值。确定上述F.F.型轿车在φ＝0.2及0.7路面上的附着力，并求由附着力所决定的权限最高车速与极限最大爬坡度及极限最大加速度(在求最大爬坡度和最大加速度时可设Fw＝0)。其他有关参数为：m＝1600kg，CD＝0.45，A＝2.002m，f＝0.02，δ＝1.00。答：1对于F-F型轿车：最大驱动力等于前轮附着力mgFFz%5.61Fxbmax对于F-R型轿车：最大驱动力等于后轮附着力mgFFz%)7.551(Fxbmax44.3%mg显然F-F型轿车总的附着力利用情况较好。2(1)对于0.2：NFFz64.1928Fxbmax极限车速：2xbmax15.21FaDwfUACGfFFhkm/8.194Uamax极限爬坡度：GiGfFFifxbmaxFfGFxbmaxmaxi02.08.9*160064.1928imax13.0极限加速度：dtdUmGfFFjfxbmaxF)/(01.1)(maxhskmmGfFdtdU（2）同理可有：当7.0时，hkm/0.388Uamax4105.0imax)/(023.4)(maxhskmdtdU1.8、一轿车的有关参数如下：总质量1600kg；质心位置：a=1450mm，b＝1250mm，hg＝630mm;发动机最大扭矩Memax＝140N·m;I挡传动比iI＝0.385；主减速器传动比io＝4．08;传动效率ηm＝0.9；车轮半径r＝300mm;飞轮转动惯量If＝0.25kg·2m；全部车轮的转动惯量∑Iw＝4.5kg·2m(其中，前轮的Iw＝2.25kg·2m，后轮的Iw＝2.25kg·2m)。若该轿车为前轮驱动，问：当地面附着系数为0.6时，在加速过程中发动机扭矩能否充分发挥而产生应有的最大加速度？应如何调整重心在前、后方向的位置(即b值)，才可以保证获得应有的最大加速度。若令Lb×100％为前轴负荷率，求原车的质心位置改变后，该车的前轴负荷率。解题时，为计算方便，可忽略滚动阻力与空气阻力。解：1先求汽车质量换算系数：22022111riiImrImTgfw代入数据有：=1.4168若地面不发生打滑，此时，地面最大驱动力riiTFtgtqt0xb1maxFN36.6597Fxb1max由于不记滚动阻力与空气阻力，即fF、0wF这时汽车行驶方程式变为当MNMTeMaxQ140代入有：91.2)dtdu(max再由wgzFdtdumGLhLbGFsin1dtdumLhLbGg将max)dtdu(代入上试有NFz27.6180min1此时：6.011zxbFF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：jitFFFdtdumGiriiTtgtq0应使：6.011zxbFF其中：N36.6597Fxb1不变，则由公式：dtdumLhLbGFgz1得出：b=1704.6mm前轴负荷率为：%100*)14501250(6.1704%100*Lb%1.631.9、一辆后袖驱动汽车的总质量2152kg，前轴负荷52％，后轴负荷48％，主传动比io＝4.55，变速器传动比：一挡：3.79，二挡：2.17，三挡：1.41，四挡：1.00，五挡：0.86。质心高度hg＝0.57m，CDA＝1.52m，轴距L＝2.300m，飞轮转动惯量If＝kg·m2，四个车轮总的转动惯量Iw＝3.6kg·2m，车轮半径r＝0.367m。该车在附着系数Ψ＝0.6的路面上低速滑行曲线和直接挡加速曲线如习题图1所示。国上给出了滑行数据的拟合直线v＝19.76－0.59T，v的单位为km/h，T的单位为s，直接挡最大加速度αmax＝0.75m/2s(us=50km/h)。设各挡传动效率均为0.90，求：1)汽车在该路面上的波动阻力系数。2)求直接挡的最大动力因素。3)在此路面上该车的最大爬坡度。答：1由汽车行驶方程式:jiwftFFFFF低速滑行时,,此时：由低速滑行曲线拟台直线公式可得:060.0)59.076.19(gdtTgdtdvf2直接档，1ig以四档为例先求汽车质量换算系数：22022111riiImrImTgfw代入数据得：0266.1再有动力因素公式：0wF0jFftFFgdtdUD其中：060.00iff所以：maxmax)(DdtdUg而：2max/75.0)(smdtdU6.3*75.0*81.90266.1060.0Dmax34255.03由maxmax)(DdtdUg可得，最大爬坡度为：fDmaxmaxi28255.0maxi41.16max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