《汽车理论》课后答案(机械工业出版社).docx

1、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

2、。即滚动时有 滚动阻力偶矩 T= F a 阻fz碍车轮滚动。3）作用形式：滚动阻力F= fwFffTr=f（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档起步加速至70km/h的加速时间。轻

3、型货车的有关数据：汽油发动机使用外特性的 Tqn 曲线的拟合公式为nnnnTq = -19.13 + 259.27() - 165.44() 2 + 40.874()3 - 3.8445() 41000100010001000式中, Tq 为发功机转矩(Nm)；n 为发动机转速(rmin)。发动机的最低转速 nmin=600r/min ，最高转速 nmax=4000 rmin装载质量2000kg整车整备质量1800kg总质量3880 kg车轮半径0.367 m传动系机械效率 0.85波动阻力系数f0.013空气阻力系数迎风面积CDA2.77 m2主减速器传动比i 5.830飞轮转功惯量I f0

4、.218kg m2二前轮转动惯量Iw11.798kg m2四后轮转功惯量Iw23.598kg m2g变速器传动比i (数据如下表)轴距L3.2m质心至前铀距离(满载)1.947m质心高(满载)hg0.9m解答：由FtTqTqnFunt即1）（取四档为例）uTi iFqgoT trnnTq19.13 259.27() 165.44()2n40.874()3n3.8445()4u0 .377rn1000100010001000i igo行驶阻力为FF ：fwFFGfC D A U 2fw21.15a494.3120.131U 2a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n= 600r

5、/ min ， n= 4000r / min ，取六个点分别代入公式：minmax 2）最高车速：有F = F + Ftfw F = 494.312 + 0.131U 2ta分别代入Ua和F 公式：tT * 6.9 * 5.83 * 0.85q0.367= 494.312 + 0.131(0.377 * 0.3697n )25.83 * 6.09把T 的拟和公式也代入可得：qn4000而 nm ax= 4000 r/minU max= 0.377 * 0.367 * 4000 = 94.93 Km/h1.0 * 5.83最大爬坡度：挂档时速度慢， Fw 可忽略：F = Fit max- (Ff

6、+ F )wGi = Ft maxF- Gf14400 i=t max - f =- 0.013maxG3880 * 9.8=0.366（3）克服该坡度时相应的附着率 j = FxFz忽略空气阻力和滚动阻力得：j = Fi =i= il = 0.366 * 3.2 = 0.6Fa / la1.947z3） 绘制汽车行驶加速倒数曲线（已装货）：40.06261 = dt=adudg ( D - f )（ D =Ft - Fw G为动力因素）d = 1 +I1w+1Iifg2 i 2h0T时，= 1 +mr 211.798 + 3.598 +mr 210.218 * 3.092 * 5.832 *

7、 0.853800= 1.1280.367238000.3672T i i hF =q g oTtrnnnnTq = -19.13+ 259.27() -165.44()2 + 40.874()3 - 3.8445()4 1000100010001000DF= CA U 2w21.15a由以上关系可由计算机作出图为：用计算机求汽车用档起步加速至 70km/h 的加速时间。（注：载货时汽车用档起步加速不能至 70km/h）由运动学可知：dt =t = 1 du at 1du = A0 a1即加速时间可用计算机进行积分计算求出，且 a - ua 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

8、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。u, i, t从动力性角度出发这些动力性指标：m axj(1P Pehft+ P )w1 GfCAP=eh 3600tu+a m axD76140u 3a m ax 发动机的最大功率应满足上式的计算结果，但也不宜过

9、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 i 0 时的汽车功率平衡图：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 0.52L 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 h0.57m。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

10、。确定上述 F. F.型轿车在 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：m1600kg，CD0.45，A2.00 m答：1 对于F-F 型轿车：最大驱动力等于前轮附着力2 ，f0.02，1.00。F= Fxbmaxj对于F-R 型轿车：= F j = 61.5%mgjz最大驱动力等于后轮附着力Fxbmax= F= F j = (1 - 55.7%)mgjjz= 44.3%mgj显然F-F 型轿车总的附着力利用情况较好。2 (1)对于j= 0.2 ：Fxbmax= F=

11、F j = 1928.64 NjzC A极限车速：F= Fxbmaxf+ F= Gf +wDU 221.15a Uamax= 194.8km / h极限爬坡度：F= Fxbmaxf+ F = Gf + Gii imax= Fxb max - fG imax= 1928.64 - 0.02 1600 * 9.8= 0.13dUxbmax极限加速度： F= F+ Ffj= Gf + d mdt( dU )dtmax= F - Gfd m= 1.01km /(hs)（2）同理可有：当j = 0.7 时，Uamax= 388.0km / himax= 0.4105( dU )dtmax= 4.023k

12、m /(hs)1.8、一轿车的有关参数如下：总质量 1600kg；质心位置：a=1450mm，b1250mm，hg630mm; 发动机最大扭矩 Memax140N m;I 挡传动比 iI0.385；主减速器传动比 io4 08; 传动效率 m 0.9 ； 车轮半径 r 300mm; 飞轮转动惯量 If w0.25kg m2 ；全部车轮的转动惯量I 4.5kg m2w2.25 kg m2 ，后轮的 I2.25 kg m2 )。(其中，前轮的 Iw 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b的位置(即

13、 b 值)，才可以保证获得应有的最大加速度。若令 L 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： 先求汽车质量换算系数 d ：d = 1 +1 Iw+ 1 Ii 2 i 2hf g0Tmr 2mr 2代入数据有：d =1.4168若地面不发生打滑，此时，地面最大驱动力F= FT i i h=tq g 0txb1maxtFxb1maxr= 6597.36N由于不记滚动阻力与空气阻力，即 Ff这时汽车行驶方程式变为F = 0、wF= F + FtijTii htqg 0tr= Gi+ dm dudtT= M当QeMax= 140

14、N M代入有： ( du )dtmax= 2.91再由bhduF= G-g G sina + m+ F z1LL dtw = G b -hdumg将( du )dt代入上试有maxLLdtFz1minF= 6180.27 N此时：xb1 0.6Fz1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。 调整：要使发动机扭矩能否充分发挥，则：应使： 其中：xb1 = 0.6FFz1F= 6597.36 Nxb1bh不变，duF= G -g m则由公式：z1LLdt得出：b=1704.6mmb *100% =前轴负荷率为：L1704.6 (1250 +1450)*100%= 63.1%1.

15、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 i o4.55，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，C A1.5 m2 ，轴距 L2.300m，D飞轮转动惯量 Ifkgm2，四个车轮总的转动惯量 Iw3.6kg m2 ，车轮半径 r0.367m。该车在附着系数 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 v19.760.59T，v 的单位为 km/h，T 的单位为 s，直接挡最大加速度max0.75m/ s 2 (us=50

16、km/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:F = Ftf+ F+ F + Fwij低速滑行时,F 0F 0w,j此时：F Ftf由低速滑行曲线拟台直线公式可得:ddv gdtd (19.76 - 0.59T )gdtf = 0.0602 直接档，i= 1g先求汽车质量换算系数 d ：1 I1 Ii2 i 2hd = 1 +w +f g0Tmr 2mr 2代入数据得：d= 1.0 2 6 6再有动力因素公式：D= f+d dU gdt其中：f= f + i = f +

17、 0 = 0.060D= f + d( dU )所以：maxgdtmax而： ( dUdt)max= 0.75m / s 21.0266Dmax= 0.060 += 0.342559.81* 0.75 * 3.6D= f + d( dU )3由m a xgdtm a x可得，最大爬坡度为：i= D- fmaxmax i= 0.28255max a= 16.41max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。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

18、，百公里燃油消耗量较小。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：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。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“无级变速器调节特性”。答：无级变速器传动比 I与发动机转速

19、及期限和行驶速度之间有如下关系：nr i = 0.377 i u0an= A ua（式中A 为对某汽车而言的常数A = 0.3 7 7r ）i0a当汽车一速度u 在一定道路沙锅行驶时，根据应该提供的功率：P =eP + PfwhT由“最小燃油消耗特性”曲线可求出发动机经济的工作转速为n e 。将ua ， n e 代入上式，即得无级变速器应有的传动比i。带同一f 植的道路上，不同车速时无级变速器的调节特性。2.4 、如何从改进汽车底盘设计方面来提高燃油经济性?提示： 缩减轿车总尺寸和减轻质量大型轿车费油的原因是大幅度地增加了滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力。为了保证高动力性而装用的大排量发

20、动机，行驶中负荷率低也是原因之一。汽车外形与轮胎降低C值和采用子午线轮胎，可显著提高燃油经济性。D2.5 、为什么汽车发动机与传动系统匹配不好会影响汽车燃油经济性与动力性?试举例说明。提示：发动机最大功率要满足动力性要求（最高车速、比功率） 最小传动比的选择很重要，（因为汽车主要以最高档行驶）若最小传动比选择较大，后备功率大，动力性较好，但发动机负荷率较低， 燃油经济性较差。若最小传动比选择较小，后备功率较小，发动机负荷率较高，燃油经济性较好，但动力性差。 若最大传动比的选择较小，汽车通过性会降低；若选择较大，则变速器传动比变化范围较大，档数多，结构复杂。 同时，传动比档数多，增加了发动机发挥

21、最大功率的机会，提高了汽车的加速和爬坡能力，动力性较好；档位数多，也增加了发动机在低燃油消耗率区工作的可能性，降低了油耗，燃油经济性也较好。2.6 、试分析超速挡对汽车动力性和燃油经济性的影响。提示：因为汽车并不经常以此速度行驶，低速档只要满足动力性的要求。2.7 、习题图 2 是题 1.3 中货车装用汽油发动机的负荷特性与万有特性。负荷特性曲线的拟合公式为b = B+ B P + B P 2 + B P 3 + B P 401 e2 e3 e4 e式中，b 为燃油消耗率g(kw. h);Pe 为发动机净功率(kw)。20304050605040105150o35:EN ib吻lOOo2500

22、500100015002000250030003500nl ( r 亭面n-i b)习题图 2汽油发动机的负荷特性与万有特性a) 负荷特性b ) 订有特件l8 15r/ znin2l 劝r/ min3一1614r/ min42012:r mins 邸 3r/ min6- 3 邸 r/ min7-3403r/min83 部 r/ minn/ r飞劝， ）B。BLBiB3趴8151326.8-416.4672.379-586290. 177681叩1354.7303.98邓仗汀-2.05530.04-3072161412S4.4- 189.75l4.524-0.511840.00 68164201

23、21122.9 12l 俨 59.7.00350.185170. OOi 出55础1141. 0- 98.8934.4763- 0.0910770.(皈邓沺1051.2- 73.7142.85930005l380.00)3503234031233.9- 84.4782. 97豁 0 . 047449O，仪川2 82303884112.7-45.2910.7lll3- 0 咖 5215- 0 如85 68, 一 _，_._，. 拟合式中的系数为id怠速油耗 Q= 0.299mL / s(怠速转速 400r/min)。计算与绘制题 1.3 中货车的1) 汽车功率平衡图。2) 最高档与次高挡的等速百

24、公里油耗曲线。或利用计算机求货车按JB335283 规定的六工况循环行驶的百公路油耗。计算中确定燃油消耗率值 b 时，若发动机转速与负荷特性中给定的转速不相等，可由相邻转速的两根曲线用插值法求得。六工况循环的参数如下表参看图 2-2。（汽油的密度是 0.7g/cm3） ） 答：1)发动机输出功率：T i i P=q g o h u/ 3600erTannnnTq = -19.13+ 259.27() -165.44()2 + 40.874()3 - 3.8445(10001000100010=0.377rnuai ig o由以上三条关系式，可以绘出各个档位下发动机的有效功率图。再有阻力功率：P

25、+ P1Gf uCA u 3f hw = h(a +Da)360076140TT= 7.647 *10-3 ua+ 3.638 *10-5 u 3a由以上信息作出汽车功率平衡图如下：2)等速百公里油耗公式:PQ=e bs1 .02 uar g(L/100Km)=0.377rnuai ig on b由pei= 1P = 18Kw 最高档时:g,不妨取e:n=815r/min,即 ua= 19 . 34 Km/ h由负荷特性曲线的拟合公式:b = B+ B P + B P 2 + B P 3 + B P 401 e2 e3 e4 e b = 1740 .2 g /( Kw h)P b Q=se1.

26、02ur ga= 231 .2L:n=1207r/min,即 ua= 28 . 64 Km/ h由负荷特性曲线的拟合公式得: b = 295 .0 g /( Kw h) Q = 26.0Ls:n=1614r/min,即 ua= 38 . 30 Km / h由负荷特性曲线的拟合公式得: b = 305 .2 g /( Kw h) Q = 20.5Ls:n=2603r/min,即 ua= 61 . 77 Km / h由负荷特性曲线的拟合公式得: b = 280 .1g /( Kw h) Q =11.7Ls:n=3403r/min,即 ua= 80 . 75 Km / h由负荷特性曲线的拟合公式得:

27、 b = 431 .3g /( Kw h) Q=13.6Ls:n=3884r/min,即 ua= 92 . 17 Km / h由负荷特性曲线的拟合公式得: b = 529 .4 g /( Kw h) Q=14.8Ls故有以上各个点可以做出最高档的等速百公里油耗曲线:同样,可做出次高挡的等速百公里油耗曲线(省略).2.8 、轮胎对汽车动力性、燃油经济性有些什么影响?提示：2.9 、为什么公共汽车起步后，驾驶员很快换入高档?提示：汽车起步后换入高档,此时,发动机负荷率大,后备功率小,燃油经济性较高.2.10 、达到动力性最佳的换挡时机是什么？达到燃油经济性最佳的换档时机是什么?二者是否相同?t答：

28、动力性最佳：只要F- (Fw+ F )fmax时换档，以1.3题图为例，在F- (Ft1w1+ F) Ff 1t 2- (Fw2+ F) 时换档2f显然满足动力性最佳。 燃油经济性最佳要求发动机负荷率高，后备功率低。由下图知，在最高档时，后备功率最低，燃油经济性最佳。第三章改变 13 题中轻型货车的主减速器传动比，作出 io 为 5.17、5.43、5.83、6.17、6.33 时的燃油经济性一加速时间曲线，讨论不同io 值对汽车性能的影响和采用不同变速器对汽车性能的影响。（汽油的密度是 0.7g/cm3） ）答：i= 5.17 时，百公里消耗燃油：0（以最高档，较高转速（n 取 3403 r

29、/min），最经济负荷（即 90%负荷大约 18Kw）行驶时油耗）：u= 0.377rn此时：a1i ig o= 0.377 * 0.367 * 34031* 5.17= 91.07Km / hb = B+ B P + B P 2 + B P 3 + B P 4101 e2 e3 e4 e b= 431.3g /(Kw h)1将b ， u1a1 代入下式得：P bQ=es1 .02 ur ga Q= 12.17 Ls加速时间：（这里以最高档四档、速度由 0 加速到 96.6Km/h 的时间） 因与题 1.3 第三问求法相同，这里不在累述，可直接有计算机求得：加速时间t=684.97s i= 5

30、.43 时，百公里消耗燃油：0s同上可得： Q= 12.78L 加速时间t= 665.78s i= 5.83 时，百公里消耗燃油：0s同上可得： Q= 13.72L加速时间t=643.91s i= 6.17 时，百公里消耗燃油：0s同上可得： Q= 14.52L加速时间t=630.14s i= 6.33 时，百公里消耗燃油：0s同上可得： Q= 14.90L加速时间t=624.77s由以上数据可做出燃油经济性一加速时间曲线如下：第四章4.1 1一轿车驶经有积水层的良好路面公路，当车速为100km/h 时要进行制动。问此时有无可能出现滑水现象而丧失制动能力?轿车轮胎的胎压为 17927kPa。答

31、：假设路面水层深度超过轮胎沟槽深度估算滑水车速： m= 6.34hp 为胎压（kPa）pii代入数据得： mh= 84.89 km/h而m mh故有可能出现滑水现象而失去制动能力。4.2 在第四章第三节二中举出了 CA700 轿车的制动系由真空助力改为压缩空气助力后的制动试验结果。试由表中所列数据估 算t + 1 t 的数值，以说明制动器作用时间的重要性。22 21 t u 2提示：由表 4-3 的数据以及公式s =t +2 u+ a01计算t +t 的数值。3.6 22 a 025.92ab max22 2可以认为制动器起作用时间的减少是缩短制动距离的主要原因。4.3 一中型货车装有前、后制

32、动器分开的双管路制功系，其有 关参数如下；1) 计算并绘制利用附着系数曲线与制动效率曲线。2) 求行驶车速 30km/h，在j = 0. 80 路面上车轮不抱死的制动距离。计算时取制动系反应时间t 2= 0.02s ，制动减速度上升时间t 2= 0.02s 。3) 求制功系前部管路损坏时汽车的制功距离，制功系后部管路损坏时汽车的制功距离。答案：1）前轴利用附着系数为：jf=Lbz b + zhg后轴利用附着系数为： jrL(1 - b )z=a - zh0空载时： j=L b - b hg= 3.95 0.38 - 1.850.845g= -0.413j j故空载时后轮总是先抱死。0由公式E=

33、 z = (a / Lrj1 - b )+ j h / Lrr g代入数据Er2.1= 2.449 + 0.845jr（作图如下）0满载时： j=L b - b hg= 3.95 0.38 - 11.17= 0.4282j j 时：后轮先抱死0E = zrjra / L= (1 - b )+ j h / Lr g代入数据E=2.95r2.449 + 1.17jr（作图如下）2） 由图或者计算可得：空载时 j = 0.8 制动效率约为 0.7因此其最大动减速度a= 0.8g 0.7 = 0.56gb max代入公式：1 t u 2s =t + 2 u+a03.6 22 a 025.92ab ma

34、x= 1 0.02 + 0.02 30 +302=6.57m3.6 2 25.92 0.56g由图或者计算可得：满载时 制动效率为 0.87 因此其最大动减速度a 制动距离b max= 0.8g 0.87 = 0.696g1 t u 2s =t + 2 u+a03.6 22 a 025.92ab max= 1 0.02 + 0.02 30 +302=5.34m3.6 3）2 25.92 0.696gA.若制动系前部管路损坏Fxb 2= G du = Gz g dtF= G (a - zh )z 2Lg后轴利用附着系数 jr=Lz a - zhg后轴制动效率Er= z =ja / L1 + j

35、h / L代入数据得：空载时： Errr g=0.45满载时： Er=0.60a) 空载时 其最大动减速度a 代入公式：b max= 0.8g 0.45 = 0.36g1 t u 2s =t + 2 u+a03.6 22 a 025.92ab max= 1 0.02 + 0.02 30 +302=10.09m3.6 2 25.92 0.36gb) 满载时 其最大动减速度a 代入公式：b max= 0.8g 0.6 = 0.48g1 t u 2s =t + 2 u+a03.6 22 a 025.92ab max= 1 0.02 + 0.02 30 +302=7.63m3.6 2 25.92 0.48gB若制动系后部管路损坏Fxb1= G du = Gz g dtF= G (b + zh )