《汽车理论(第3版)》试卷及参考答案

汽车理论（第三版）试卷

绪论

第一题填空

1.汽车使用性能分为：对自然环境条件的适应性、技术经济性、劳动保护性。

2.汽车对自然环境条件的适应性包括：动力性、通过性、操纵性。

3.汽车的通过性包括：支承通过性、几何通过性，主要取决于地面的物理性质及汽车的几何参数和结构参数。

4. 汽车的技术经济性主要用生产率和燃油经济性来表示，主要评价指标有：生产率、油耗、可靠性与耐用性、维修保养方便性。

5. 劳动保护性的主要评价指标有：舒适性、稳定性（操纵稳定性）、制动性、驾驶室的牢固程度。

第二题名词解释

1.动力性：指汽车在良好、平直的路面上行驶时所能达到的平均行驶速度。

2.通过性：汽车以足够高的平均车速通过各种坏路和无路地带(如松软地面、坎坷不平地段)和各种障碍（陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、水障）的能力。

3.纵向通过角: 汽车前、后轮外缘作垂直于汽车纵向对称平面的切平面,两切平面交于车体下部较低位置时所夹锐角。

4.汽车的操纵性：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行驶，且当受到外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。

5.最小转弯半径：方向盘转至极限位置时从转向中心到前外轮接地中心的距离，表征了汽车能够通过狭窄弯曲地带或绕过不可越过的障碍物的能力。

第三题应用题

1.标出下图中汽车的主要通过性参数，说明其含义。

解：γ1－接近角；γ2－离去角；γ3－纵向通过角；h－最小离地间隙

第四题简答题

1.简述间隙失效的主要形式、几何参数及其含义。

答：1）间隙失效：汽车因离地间隙不足而被地面托住无法通过的现象。

2）顶起失效：车辆中间底部的零部件碰到地面而被顶住的现象。

3）触头或托尾失效：因车辆前端或尾部触及地面而不能通过的现象。

4）几何参数h：最小离地间隙、纵向通过角、接近角、离去角。

最小离地间隙h：汽车满载、静止时，支承平面与汽车上的中间区域最低点之间的距离，反映了汽车无碰撞地通过地面凸起的能力。

纵向通过角β：汽车满载、静止时，分别通过前、后车轮外缘作垂直于汽车纵向对称平面的切平面，两切平面交于车体下部较低部位时所夹的最小锐角，表示汽车能够无碰撞地通过小丘、拱桥等障碍物的轮廓尺寸。

接近角γ1：车满载、静止时，前端突出点向前轮所引切线与地面间的夹角。

离去角γ2：汽车满载、静止时，后端突出点向后轮所引切线与地面间的夹角。

第一章地面－轮胎力学

第一题填空

1.影响轮胎侧偏特性的主要因素包括：轮胎的结构、轮胎垂直载荷、轮胎的充气压力、路面的种类以及状态、汽车的行驶速度、轮胎外倾角。

第二题名词解释

1.轮胎力学：是研究轮胎受力、变形和运动响应之间关系的，它的主要任务是建立精确实用的数学模型，描述轮胎的力学特性。

2.滚动阻力：是由于弹性轮胎的内摩擦、地面变形的阻尼（软路面）以及轮胎与地面间的弹性变形和局部的滑移等造成的。

3.滚动阻力系数：车轮在一定条件下，滚动所需要推力与负荷之比，即单位重力的推力。

4.前束阻力：车轮的前束角造成，用以消除偶然外力冲击保持直线行驶的一种能力。

5.纵向附着系数定义：纵向力与垂直载荷的比值。

6.滑动率：车轮滑动所占的成份，等于（实际速度-理论速度）/实际速度。

7.滚动阻力系数：是车轮在一定条件下滚动时所需之推力与车轮负荷之比。

8.驻波现象：在高速行驶时，轮胎离开地面后因变形所产生的扭曲并不立即恢复，其残余变形形成了一种波，这就是驻波。

9.轮胎的侧偏现象：由于车轮的弹性，车轮在侧向力作用下，车轮行驶方向将偏离车轮平面的方向。

10.轮胎的侧偏刚度：当轮胎侧偏角小与5°时，地面侧向力与侧偏角呈线性关系，他

们的比值为侧偏刚度。

第三题 应用题

1.一轿车(每个)前轮胎的侧偏刚度为-50176N ／rad 、外倾刚度为-7665N ／rad 。若轿车向左转弯，将使两前轮均产生正的外倾角，其大小为40。设侧偏刚度与外倾刚度均不受左、右轮载荷转移的影响．试求由外倾角引起的前轮侧偏角。

答：由题意：F Y =k α+k γγ=0

故由外倾角引起的前轮侧偏角：α=- k γγ/k=-7665?4/-50176=0.6110

第四题 简答题

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 a F T z f = 阻碍车轮滚动。

3）作用形式：滚动阻力fw F f = ，r

T F f

f =（f 为滚动阻力系数） 2.高速行驶的汽车轮胎会发生爆裂，试论述轮胎发生什么现象和由于什么原因。

答：车速达到某一临界车速左右时，滚动阻力迅速增长，此时轮胎发生驻波现象，轮胎周缘不再是圆形而呈明显波浪状。出现驻波后，不但滚阻显著增加，轮胎的温度也很快增加到100o C 以上，台面与轮胎帘布层脱落，几分钟内就会出现爆破现象。

第二章 汽车动力性

第一题 填空

1. 汽车的动力性的评价指标包括：最高车速u max 、加速时间t 、最大爬坡度i max 。

2. 原地起步加速时间和超车加速时间来表明汽车的加速能力。

3. 汽车的行驶阻力有滚动阻力F f 、空气阻力F w 、坡度阻力F i 、加速阻力F j 。

4. 空气阻力主要包括：压力阻力和摩擦阻力。

5. 压力阻力主要包括：形状、干扰、内循环和诱导阻力组成。

6. 一般用根据发动机的 外 特性确定的驱动力与 发动机功率 之间的函数关系曲线来全面表示汽车的驱动力，称为汽车的驱动力图。

7. 汽车的动力性一方面受 驱动力 的制约，另一方面还受到 轮胎与地面

附着条件的限制 的限制。

8. 汽车的附着力决定于 附着系数 系数及地面作用于驱动轮的法向反作用力 。

9. 传动系的功率损失可分为 机械损失 损失和 液力损失 损失两大类。

10. 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。

11. 影响汽车动力性的主要因素包括：发动机参数、传动系、空气阻力系数、汽车质量、轮胎的尺寸，形式、使用条件。

第二题 名词解释

1. 最高车速：是指汽车在平直、良好道路（混凝土或柏油）上所能达到的最高行驶车速。

2. 原地起步加速时间：由I 或II 档起步，以最大加速强度, 并考虑换档时机，一般用0～400m 或者0～（96.6mile/ h) 100km/h 所用的时间表示原地起步的加速时间。

3. 超车加速时间：以最高档或次高档，以最大加速强度,把握最好的换档时机,加速至某一高速所用的时间。

4. 最大爬坡度：是指汽车满载时用变速器最低挡位在良好路面上等速行驶所能克服的最大道路坡度。

5. 外特性曲线：节气门(油门)全开时，转矩或功率等与转速的关系。

6. 滚动阻力: 轮胎内部摩擦产生的迟滞损失。这种迟滞损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。

7. 空气阻力：汽车直线行驶时受到的空气阻力在汽车行驶方向上的分力。

8. 为加速阻力：汽车加速行驶时，需要克服本身质量加速运动的惯性力。

第三题 应用题

1.确定一轻型货车的动力性能（货车可装用4挡或5挡变速器，任选其中的一种进行整车性能计算）：（适合作为平时作业，如作为考试题时，可仅列出计算步骤，不要求具体结果）

1）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图。

2）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。

3）绘制汽车行驶加速度倒数曲线，用图解积分法求汽车用2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2档起步加速行驶至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：

23419.313295.27()165.44()40.874() 3.8445()1000100010001000

q n n n n T =-+-+- 式中，Tq 为发动机转矩（N ?m ）;n 为发动机转速（r/min ）。发动机的最低转速n min =600r/min,最高转速n max =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 ηt =0.85

滚动阻力系数 f =0.013

空气阻力系数×迎风面积 C D A =2.77m 2

主减速器传动比 i 0=5.83

飞轮转动惯量 I f =0.218kg ?m 2

二前轮转动惯量

I w1=1.798kg ?m 2 四后轮转动惯量

I w2=3.598kg ?m 2

轴距 L=3.2m

质心至前轴距离（满载） a=1.974m

质心高（满载） hg=0.9m

解：1）绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图

汽车驱动力F t =r i i T t

o g tq η

行驶阻力2cos sin 21.15D a f w i j C Au du F F F F mgf mg m dt

ααδ+++=+++ 发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为：0

0.377a g r n u i i ?= 由本题的已知条件,即可求得汽车驱动力和行驶阻力与车速的关系,编程即可得到汽车驱动力与行驶阻力平衡图。

2）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，Ua max ＝99.08m/s 2。

②汽车的爬坡能力，指汽车在良好路面上克服w f F F +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=dt

du ，因此有()w f t i F F F F +-=，可得到汽车爬坡度与车速的关系式：()???

? ??+-=G F F F i w f t arcsin tan ；而汽车最大爬坡度为Ⅰ档时的最大爬坡度。利用MATLAB 计算可得，352.0max =i 。

m ax i

③如是前轮驱动，1?C ＝

q b hg q L L

-；相应的附着率1?C 为1.20，不合理，舍去。 如是后轮驱动，2?C ＝q a hg q L L +；相应的附着率2?C 为0.50。 3）绘制汽车行驶加速度倒数曲线，求加速时间

利用MATLAB 画出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 。

2.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，其平均的前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 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极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

它有关参数为：m =1600kg,C D =0.45,A =2.00m 2,f =0.02,δ≈1.00。

解：①. 比较采用F.F 及F.R.形式时的附着力利用情况

1）对于前置发动机前轮驱动（F.F.）式轿车，空气升力1212W Z Lf r F C A u ρ=

， 由m =1600kg ，平均的前轴负荷为汽车总重力的61.5％，

静态轴荷的法向反作用力Fz s1 = 0.615X1600X9.8 = 9643.2N ，

∴汽车前轮法向反作用力的简化形式为：

Fz 1= Fz s1-Fz w1＝9643.2--22

1r Lf u A C ρ 地面作用于前轮的切向反作用力为： Fx 1 = F f2+Fw = Gf 385.0+

215.21a D u A C ＝120.7＋215.21a D u A C 附着力利用情况：1122

120.721.1519643.22D a X Z Lf r C A u F F C A u ρ+

=+ 2）对于前置发动机后轮驱动（F.R.）式轿车同理可得： 22

22174.721.1516946.22D a X Z Lr r C A u F F C A u ρ+

=+ 一般地，C Lr 与 C Lf 相差不大，且空气升力的值远小于静态轴荷的法向反作用力，以此可得1212

X X Z Z F F F F <，前置发动机前轮驱动有着更多的储备驱动力。 结论： 本例中，前置发动机前轮驱动（F.F ）式的轿车附着力利用率高。

②．对F.F.式轿车进行动力性分析

（1）附着系数0.2?=时

1）求极限最高车速:

忽略空气升力对前轮法向反作用力的影响，Fz 1＝9643.2 N 。

最大附着力1z1F =F =1928.6 N ??。

令加速度和坡度均为零，则由书中式（1－15）有：1X1W f2F =F =F +F ? ，

则W 1f2F F F ?=-= 1928.6-0.02X0.385X1600X9.8= 1807.9 N ， 又2W max F 21.15

D a C A u =

由此可推出其极限最高车速：max a u = 206.1 km/h 。

2） 求极限最大爬坡度:

计算最大爬坡度时加速度为零，忽略空气阻力。 前轮的地面反作用力11(

cos sin )s g z z h b F F G L L αα==- 最大附着力1z1F =F ??

由书中公式，有 1X1i f2F =F =F +F sin cos a G G f L ?αα=+ 以上三式联立得：max tan g b af i L h ?α?

-==+＝0.095。 3）求极限最大加速度：

令坡度阻力和空气阻力均为0，Fz 1＝9643.2 N

1z1F =F ??＝1928.6N

由书中式（1－15） 1X1f2max F =F =F ma ?+

解得max a =1.13。

（2）当附着系数Φ＝0.7时，同理可得：

最高车速：max a u = 394.7 km/h 。

最大爬坡度：max 0.347i =。

最大加速度：max a =4.14

方法二：

忽略空气阻力与滚动阻力，有：

/1//g b L q h L

?=+，最大爬坡度max i q =，最大加速度max .a q g = 所以0.2?=时，2max max 0.118, 1.16/i a m s ==。

0.7?=时，2max max 0.373, 3.66/i a m s ==

3.一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M emax =140Nm 2，Ⅰ档传动比i 1=3.85；主减速器传动比i 0=

4.08； 传动效率η

m =0.9；车轮半径r=300mm ；飞轮转动惯量I f =0.25kg ·m 2；全部车轮惯量∑I w =4.5kg ·m 2(其中

后轮I w =2.25 kg ·m 2,前轮的I w =2.25 kg ·m 2)。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（b 位置），才可以保证获得应有的最大加速度。若令

b L

为前轴负荷率，求原车得质心位置改变后，该车的前轴负荷率。

解：忽略滚动阻力和空气阻力，若发动机能够充分发挥其扭矩则max max Ft a m

=δ； 01max max r

m Me i i Ft η=＝6597.4 N ； 22w f 1022

I I 1m i i mr mr ηδ+∑=＋=1.42； 解得2max 2.91/a m s =。

前轮驱动汽车的附着率1q C b hg q L L

?=-； 等效坡度max 0.297a q g

==。 则有，Cφ1＝0.754>0.6,所以该车在加速过程中不能产生应有的最大加速度。

为在题给条件下产生应有的最大加速度，令Cφ1＝0.6，

代入q=0.297，hg=0.63m ，L=2.7m ，

解得b ≈1524mm ，则前轴负荷率应变为 b/L= 0.564，即可保证获得应有的最大加速度。

4.一辆后轴驱动汽车的总质量2152kg,前轴负荷52％，后轴负荷48％，主传动比i 0=4.55，变速器传动比：一挡：3.79，二档：2.17，三档：1.41，四档：1.00，五档：0.86。质心高度h g ＝0.57m ，C D A=1.5m 2，轴距L=2.300m ，飞轮转动惯量I f =0.22kg ·m 2，四个车轮总的转动惯量I w =3.6kg ·m 2，车轮半径r ＝0.367m 。该车在附着系数0.6?=的路面上低速滑行曲线和直接档加速曲线如习题图1所示。图上给出了滑行数据的拟合直线v=19.76-0.59T ，v 的单位km/h ，T 的单位为s ，直接档最大加速度a max ＝0.75m/s 2（u a ＝50km/h ）。设各档传动效率均为0.90，求：

1） 汽车在该路面上的滚动阻力系数。

2） 求直接档的最大动力因数。

3） 在此路面上该车的最大爬坡度。

解：1）求滚动阻力系数

汽车在路面上滑行时，驱动力为0，飞轮空转，质量系数中该项为0。

w 22I 3.611 1.01221520.367mr δ+

=+=?∑=。 行驶方程退化为：0du Gf m dt δ+=，减速度：du Gf dt m

δ=-。 根据滑行数据的拟合直线可得：20.590.164/3.6du m s dt =-=。