吉大汽车理论试题第3套答案.doc

一、概念解释（选其中8题，计２０分）
1 侧偏刚度
由试验测出的在不同载荷下和不同道路上某轮胎的侧偏力-侧偏角关系曲线表明，侧偏角不超过5°时，侧偏力与成线性关系。汽车正常行驶时，侧向加速度不超过0.4g，侧偏角不超过4°~5°，可认为侧偏角与侧偏力成线性关系。-曲线在＝0°处的斜率，称为侧偏刚度，单位为N/rad或N/(°)。侧偏刚度为负值。与的关系式为。轿车轮胎的值约在-28000~-80000N/rad范围内。
2 道路阻力系数
坡道阻力和滚动阻力均为与道路有关的行驶阻力，通常将这两个阻力合在一起，称作道路阻力，即，则定义道路坡道阻力系数为。
3 制动力系数
一般将地面制动力与地面法向反作用力（平直道路为垂直载荷）之比称为制动力系数。它是滑动率的函数。当较小时，近似为的线性函数，随着的增加急剧增加。当趋近于时，随着的增加，增加缓慢，直到达到最大值。通常被称为峰值附着系数。很多试验表明，。然后，随着继续增加，开始下降，直至。
4 附着系数
轮胎传递的轮缘切向力受到接触面的制约。当车轮驱动力超过某值（附着力）时，车轮就会滑转。因此,汽车行驶的约束条件（必要充分条件）为。附着力的计算式为。式中，接触面对车轮的法向反作用力；为滑动附着系数，通常简称为附着系数。
5   汽车临界车速
当稳定性因素时，横摆角速度增益比中性转向时的大。随着车速的增加，曲线向上弯曲。值越小(即的绝对值越大)，过度转向量越大。当车速为时，。称为临界车速，是表征过度转向量的一个参数。临界车速越低，过度转向量越大。过度转向汽车达到临界车速时将失去稳定性。因为趋于无穷大时，只要极其微小的前轮转角便会产生极大的横摆角速度。这意味着汽车的转向半径极小，汽车发生激转而侧滑或翻车。
6   汽车操纵稳定性
汽车操纵稳定性，是指在驾驶员不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按照驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方向（直线或转弯）行驶；且当受到外界干扰（路不平、侧风、货物或乘客偏载）时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的性能。汽车操纵稳定性不仅影响汽车驾驶操作的方便程度，而且也是决定汽车高速行驶安全的一个重要性能。
7  汽车动力装置参数
       汽车动力传动系统参数主要包括发动机功率、变速器档位数与速比、主减速器的型式与速比。
8  转向灵敏度
汽车等速行驶时，在前轮角阶跃输入下进入的稳态响应就是等速圆周行驶。常用稳态横摆角速度与前轮转角之比来评价稳态响应。该比值被称为稳态横摆角速度增益或转向灵敏度。
9   I曲线
在设计汽车制动系时，如果在不同道路附着条件下制动均能保证前、后制动器同时抱死，则此时的前、后制动器制动力和的关系曲线，被称为前、后制动器制动力的理想分配曲线，通常简称为I曲线。在任何附着条件路面上前、后轮制动器同时抱死，则前、后制动器制动力必定等于各自的附着力，且前、后制动器制动力（或地面制动力）之和等于附着力。
10    动力性评价指标
汽车动力性，是指在良好、平直的路面上行驶时，汽车由所受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。汽车动力性的主要评价指标通常包括汽车加速性、最高车速及最大爬坡度。动力性代表了汽车行驶可发挥的极限能力。
11    附着椭圆
汽车运动时，在轮胎上常同时作用有侧向力与切向力。一些试验结果曲线表明，一定侧偏角下，驱动力增加时，侧偏力逐渐有所减小，这是由于轮胎侧向弹性有所改变的关系。当驱动力相当大时，侧偏力显著下降，因为此时接近附着极限，切向力已耗去大部分附着力，而侧向能利用的附着力很少。作用有制动力时侧偏力也有相似的变化。驱动力或制动力在不通侧偏角条件下的曲线包络线接近于椭圆，一般称为附着椭圆。它确定了在一定附着条件下切向力与侧偏力合力的极限值。
12    驱动力
汽车驱动力是发动机曲轴输出转矩经离合器、变速器（包括分动器）、传动轴、主减速器、差速器、半轴（及轮边减速器）传递至车轮作用于路面的力，而由路面产生作用于车轮圆周上切向反作用力。习惯将称为汽车驱动力。如果忽略轮胎和地面的变形，则。式中，为传输至驱动轮圆周的转矩；为车
轮半径；为汽车发动机输出转矩；为变速器传动比；主减速器传动比；为汽车传动系机械效率。
13    迟滞损失
轮胎在滚动过程中，轮胎各个组成部分间的摩擦以及橡胶元、帘线等分子之间的摩擦，产生摩擦热而耗散，这种损失称为弹性元件的迟滞损失。
二、写出表达式、画图、计算，并要求简单说明（选择其中4道题，计２０分）
1 画图并说明地面制动力、制动器制动力、附着力三者关系
①    当踏板力较小时，制动器间隙尚未消除，所以制动器制动力,若忽略其它阻力，地面制动力，当（为地面附着力）时，；②当时，且地面制动力达到最大值,即；③当时,,随着的增加，不再增加。
]
2 简述图解法计算燃料消耗量的步骤
已知(,,),1,2,……,,以及汽车的有关结构参数和道路条件(和)，求作出等速油耗曲线。根据给定的各个转速和不同功率下的比油耗值,采用拟合的方法求得拟合公式。
    1) 由公式

    计算找出和对应的点(,),(,),......,(,)。
    2) 分别求出汽车在水平道路上克服滚动阻力和空气阻力消耗功率和。

   3) 求出发动机为克服此阻力消耗功率。
   4) 由和对应的,从计算。
   5) 计算出对应的百公里油耗为

6) 选取一系列转速，，，，......，,找出对应车速，，，，……，。据此计算出。
把这些－的点连成线, 即为汽车在一定档位下的等速油耗曲线,为计算方便,计算过程列于表3-7。

等速油耗计算方法
,r/min
计算公式

...

,km/h

...

,kW

...

,kW

...

...

,g/(kWh)

...

,L/100km

...

3 有几种计算汽车最高车速的方法？并绘图说明。
通常有三种方法可求的汽车的最高车速，它们分别是驱动力－行驶阻力平衡图法、动力因数－滚动阻力平衡图法、功率平衡图法。

4 写出汽车的行驶方程式（要求有结构和使用参数说明）。
汽车行驶方程式的普遍形式为
，即

式中：－驱动力；－滚动阻力；－空气阻力；－坡道阻力；－加速阻力；－发动机输出转矩；－主传动器传动比；－变速器档传动比；－传动系机械效率；－汽车总质量；－重力加速度；－滚动阻力系数；－坡度角；－空气阻力系数；－汽车迎风面积；－汽车车速；－旋转质量换算系数；－加速度。        

5 写出汽车燃料消耗方程式（要求有结构和使用参数说明）。

式中： －传动系机械效率；－汽车总质量；－重力加速度；－滚动阻力系数；－坡度角；－空气阻力系数；－汽车迎风面积；－汽车车速；－旋转质量换算系数；－加速度；－发动机功率；－发动机燃料消耗率（比油耗）；-燃油重度。       

6 说明驱动力与切向反作用力之间的关系，在什么条件下，可以认为。
       当车轮纯滚动前进运动或者当车轮未抱死滚动时
式中：-切向力；－驱动力；-制动力；-滚动阻力。通常,或,所以。              
7 列出各种可以绘制I曲线的方程及方程组
① 如已知汽车轴距、质心高度、总质量、质心的位置(质心至后轴的距离) 就可用前、后制动器制动力的理想分配关系式

绘制I曲线。
② 根据方程组

也可直接绘制I曲线。假设一组值（＝0.1,0.2,0.3,……,1.0）,每个值代入方程组（4-30），就具有一个交点的两条直线，变化值，取得一组交点，连接这些交点就制成I曲线。
③ 利用线组和线组

对于同一值，线和线的交点既符合，也符合。取不同的值，就可得到一组线和线的交点，这些交点的连线就形成了I曲线。
三、叙述题（选择其中4道题，计20分）
1 汽车行驶阻力的形成
汽车行驶阻力包括克服道路对轮胎的阻力偶矩的滚动阻力，克服空气阻力的力，克服坡道沿着坡道斜面的坡道阻力和克服加速时的惯性力的加速阻力。
2 影响附着系数的因素
影响附着系数的因素包括：①道路的类型、路况；②汽车运动速度；③轮胎结构、花纹、材料。
3 试用驱动力－行驶阻力平衡图分析汽车的最大爬坡度。
     见下图，

式中：－驱动力；－滚动阻力；－空气阻力；－坡道阻力；－加速阻力；－发动机输出转矩；－主传动器传动比；－变速器档传动比；－传动系机械效率；－汽车总质量；－重力加速度；－滚动阻力系数；－空气阻力系数；－汽车迎风面积；－汽车车速； －加速度。

4 汽车的燃料经济性评价试验方法有哪些？
① 常选取单位行程的燃料消耗量，即L/100km，或单位运输工作的燃料消耗量，即L/100tkm、L/kpkm。前者用于比较相同容量的汽车燃料经济性，也可用于分析不同部件(如发动机、传动系等)装在同一种汽车上对汽车燃料经济性的影响；后者常用于比较和评价不同容载量的汽车燃料经济性。其数值越大，汽车燃料经济性越差。
② 汽车燃料经济性也可用单位量燃料消耗汽车所经过的行程，即km/L作为评价指标，称为汽车经济性因数。例如，美国采用每加仑燃料能行驶的英里数，即MPG或mile/USgal。其数值越大，汽车燃料经济性越好。
    ③ 汽车在使用过程中，载荷和道路条件对汽车燃料的消耗影响很大，也可采用燃料消耗量Q(单位为L/100km)与有效载荷G (单位为t)之间的关系曲线，评价在不同道路条件下的汽车燃料经济性。
5 分析汽车发动机后备功率对汽车动力性和燃料经济性的影响
通过功率平衡图可容易地分析在不同档位和不同车速条件下汽车发动机功率的利用情况。   
        汽车在良好平直的路面上以等速行驶，此时阻力功率为

        发动机功率克服常见阻力功率后的剩余功率

该剩余功率被称为后备功率。如果驾驶员仍将加速踏板踩到最大行程，则后备功率就被用于加速或者克服坡道阻力。为了保持汽车以等速行驶，必需减少加速踏板行程，使得功率曲线为图中虚线，即在部分负荷下工作。另外，当汽车速度为和时，使用不同档位时，汽车后备功率也不同。汽车后备功率越大，汽车的动力性越好。利用后备功率也可确定汽车的爬坡度和加速度。功率平衡图也可用于分析汽车行驶时的发动机负荷率，有利于分析汽车的燃油经济性。后备功率越小，汽车燃料经济性就越好。通常后备功率约10％～20％时，汽车燃料经济性最好。但后备功率太小会造成发动机经常在全负荷工况下工作，反而不利于提高汽车燃料经济性。
6 分析汽车有、无ABS汽车紧急制动过程中减速度的变化并绘图说明。
。
当汽车制动系无ABS时，制动减速度由零逐渐增加至最大值得,而采用ABS制动系统的汽车汽车制动减速度由零逐渐增加至最大值得,然后制动减速度在附件波动。见图。
7 在侧向力的作用下，刚性轮和弹性轮胎行驶方向的变化规律（假设驾驶员不对汽车的行驶方向进行干预）。
在侧向力的作用，若汽车车轮为刚性轮，则在侧向力不大于附着力的条件下，汽车保持原行驶方向；当侧向力超过附着极限时，车轮即汽车偏离原行驶方向。而对于弹性车轮，即使侧向力未达到附着极限，车轮也将发生侧向偏离原始行驶方向的现象，即侧偏现象。

8 说明汽车制动力与车轮印迹的关系
当车轮纯滚动时地面上的轮胎花纹保持原始状态，随着制动强度的增加，轮胎花纹开始变形。随着制动强度的增加，车轮的滑动成分越来越大，被褥越来越模糊。当车轮完全抱死时，车轮花纹消失，取而代之的是轮胎拖印；见图。对于ABS制动系，紧急制动时不出现拖印或不连续的拖印。
四、分析题（选择其中4道题，计20分）
1 分析汽车三种转向特性的稳定性
汽车的三种稳态转向特性分别为不足转向、中性转向和过度转向。对于不足转向，汽车转向灵敏度随车速增加而下降，是一种稳定转向特性;对于过度转向，汽车转向灵敏度随车速增加而增加，是一种不稳定转向特性;对于中性转向，汽车转向灵敏度不随车速变化，也是一种稳定转向特性，但是在实际中容易变为过度转向。
2 已知某汽车φ0＝0.4，请利用Ｉ、β、ｆ、γ线，分析φ＝0.4,φ＝0.3以及φ＝0.6时汽车的制动过程。

①时，蹋下制动踏板，前后制动器制动力沿着增加，、，即前后轮地面制动力与制动器制动力相等。当与的线相交时，符合前轮先抱死的条件，前后制动器制动力仍沿着增加，而,，即前后制动器制动力仍沿着线增长，前轮地面制动力沿着的线增长。当与相交时，的线也与线相交，符合前后轮均抱死的条件，汽车制动力为。②当时，蹋下制动踏板，前后制动器制动力沿着增加即前后轮地面制动力与制动器制动力相等。当与的线相交时，符合后轮先抱死的条件，前后制动器制动力仍沿着增加，而,，即前、后制动器制动力仍沿着线增长，后轮地面制动力沿着的线增长。当与相交时，的线也与线相交，符合前后轮都抱死的条件，汽车制动力为。③，蹋下制动踏板，前后制动器制动力沿着增加，、，即前后轮地面制动力与制动器制动力相等。继续增加，、，同时与的线和线相交，前后车轮同时抱死。
3 写出稳定性因数时汽车的转向灵敏度表达式，并绘图说明。

，若，则，
即转向灵敏度与车速成线形变化关系。
4 请叙述驾驶员、制动系结构形式、制动系调整（踏板自由行程、制动鼓/盘与摩擦片之间间隙）以及道路条件对汽车制动性能的影响，并计算单位初速度变化对汽车制动距离的影响（=50km/h，=0.2s =0.15s）。
    因为

  所以，①汽车的制动距离S是其制动初始速度二次函数，是影响制动距离的最主要因素之一；②S是最大制动减速度的双曲线函数，也是影响制动距离的最主要因素之一。③是随行驶条件而变化的使用因素，而是受道路条件和制动系技术条件制约的因素；④S是制动器摩擦副间隙消除时间、制动力增长时间的线性函数，是与使用调整有关，而与制动系型式有关，改进制动系结构设计，可缩短，从而缩短S。
5 在划有中心线的双向双车道的本车行车道上，汽车以30km/h的初速度实施紧急制动，仅汽车左侧轮胎在路面留下制动拖痕，汽车行驶方向几乎没有发生变化，请分析该汽车制动系技术状况。
汽车在制动过程中几乎未发生侧偏现象，说明汽车左右车轮的制动力几乎相等。出现这种现象的原因是因为道路带有一定的横向坡度（拱度），使得左侧车轮首先达到附着极限，而右侧车轮地面法向力较大，地面制动力尚未达到附着极限，因此才会出现左侧有制动拖印，而右侧无拖印的现象。
6 解放CA1150PK2L3T1双后桥载货汽车设计核定装载质量为9000kg，整备质量为6000kg，在水平良好路面()，实施紧急制动时恰好前后轮同时抱死，试问该车装载20000kg水泥在水平良好路面()实施紧急制动时，试近似计算此时汽车的制动力和减速度。
由于该车严重超载，地面附着力远大于制动器制动力，所以前后车轮并未抱死，地面制动力仅为制动器制动力，即:

          制动减速度:
。

 7 请比较前驱动和后驱动汽车上坡（坡度角为α）行驶的附着条件，并解释载货汽车通常采用后驱动而小排量轿车采用前驱动的原因。
     如果，且，，
     则后驱动

     前驱动

      四轮驱动

      前后轮动载荷变化量

对于前轮其动态地面法向反作用力的增量为－,而后轮的为。显然，当汽车以极限附着能力在大坡度角加速上坡时，动载荷的绝对值达到最大。货车经常在公路行驶，而轿车主要在城市道路行驶，由于货车需要爬坡较大，所以采用后驱动。轿车主要在城市平路行驶，而前轴附着力下降较小，所以采用前驱动。越野汽车行驶条件较为恶劣，所以采用四轮驱动。
五、计算题（选择其中4道题，计20分）
1 某汽车总质量m=4600kg,CD=0.75,A=4m2,旋转质量换算系数（其中,）,,传动系机械效率ηT=0.85,传动系总速比（其中）,车轮滚动半径r=0.365m,发动机转矩,道路附着系数,求汽车全速从25km/h加速至40km/h所经过的路程。
①计算过程：。
②由于,因此,         
2 已知汽车的B=1.8m,hg=1.15m ,横坡度角为10°,R=22m, 求汽车在此圆形跑道上行驶,设侧向附着系数为0.3,计算发生侧滑的车速（其要求绘图）。

          不发生侧滑的速度

           或者

=

3 某轿车的轴距L=3.0m,质心至前轴距离L1=1.55 m,质心至后轴距离L2=1.45m,汽车围绕oz轴的转动惯量Iz=3900kg·m 2,前轮总侧偏刚度=-7000N/rad,后轮总侧偏刚度110000N/rad,转向系总传动比i=20,汽车的总质量为2000kg,侧面加速度为0.4g时汽车前后轮侧偏角绝对值之差及车速25m/s时转向半径比值R/R0。

4. 请推导出公式(参考新书P117或旧书P114)。

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5．请详细地推导出式,并注明符号的单位。

     其中
6. 请推导两公式的变换过程并注明符号的单位。
∵
∴ ,其中