汽车理论最新版课后答案第3、4章

第三章 汽车动力装置参数的选定

3.1改变1.3题中轻型货车的主减速器传动比，做出0i 为5.17、5.43、5.83、6.17、6.33时的燃油经济性—加速时间曲线，讨论不同0i 值对汽车性能的影响。

解：加速时间的结算思路与方法：

在算加速时间的时候，关键是要知道在加速的过程中，汽车的行驶加速度

du

dt

随着车速的变化。由汽车行驶方程式：0221.15tq g T

D a T i i C A du

Gf Gi u m r

dt

ηδ=++

+，可以的到： 021[()]21.15

tq g T

D a T i i C A du Gf u dt m r ηδ=-+（0i F =） 由于对于不同的变速器档位，车速a u 与发动机转速n 的对应关系不同，所以要针对不同的变速器档位，求出加速度a 随着车速a u 变化的关系。先确定各个档的发动机最低转速和最高转速时对应的汽车最高车速max a u 和最低车速

min a u 。然后在各个车速范围内，对阻力、驱动力进行计算，然后求出

du

dt

，即a 。式中tq T 可以通过已经给出的使用外特性q T n -曲线的拟合公式求得。

求出加速度a 随着车速a u 变化的关系之后，绘制出汽车的加速度倒数曲线，然后对该曲线进行积分。在起步阶段曲线的空缺部分，使用一条水平线与曲线连接上。一般在求燃油经济性——加速时间曲线的时候，加速时间是指0到100km/h （或者0到60mile/h ，即0到96.6km/h ）的加速时间。可是对于所研究的汽车，其最高行驶速度是94.9km/h 。而且从该汽车加速度倒数曲线上可以看出，当汽车车速大于70km/h 的时候，加速度开始迅速下降。因此可以考虑使用加速到70km/h 的加速时间进行代替。（计算程序见后）

对于四档变速器：

计算的结果是如下：

然后计算各个主传动比下，六工况百公里油耗。利用第二章作业中所使用的计算六工况百公里油耗的程序进行计

可以绘制出燃油经济性——加速时间曲线如下：

从图上可以发现，随着0i 的增大，六工况百公里油耗也随之增大；这是由于当0i 增大以后，在相同的行驶车速下，发动机所处的负荷率减小，也就是处在发动机燃油经济性不佳的工况之下，导致燃油经济性恶化。但是对于加速时间来说，随着0i 的增加，显示出现增大，然后随之减小，而且减小的速度越来越大。其实从理论上来说，应该是0i 越大，加速时间就有越小的趋势，但是由于在本次计算当中，加速时间是车速从0加到70km/h ，并不能全面反映发动机整个工作能力下的情况，比如当0i =5.17的时候，车速从刚上IV 档到70km/h 只有很短的一段，并不能反映出在此住传动比之下，发动机驱动力变小所带来的影响。因此反映到图线中，加速时间反而有所下降。

从上面的结果发现，0i 的选择对汽车的动力性和经济性都有很大影响，而且这两方面的影响是互相矛盾的。汽车很大部分时间都是工作在直接档（对于有直接档的汽车来说），此时0i 就是整个传动系的传动比。0i 如果选择过大，则会造成发动机的负荷率下降，虽然提高了动力性，后备功率增加，而且在高速运转的情况下，噪音比较大，燃油经济性不好；如果0i 选择过小，则汽车的动力性减弱，但是负荷率增加，燃油经济性有所改善，但是发动机如果在极高负荷状态下持续工作，会产生很大震动，对发动机的寿命有所影响。因此应该对0i 的影响进行两方面的计算与测量，然后再从中找出一个能够兼顾动力性和经济性的值。

另外，对于不同的变速器，也会造成对汽车的燃油经济性和动力性的影响。变速器的档位越多，则根据汽车行驶状况调整发动机的负荷率的可能性越大，可以让发动机经常处在较高的负荷状态下工作，从而改善燃油经济性；但是对于汽车的动力性，增应该对具体的变速器速比设置进行讨论。变速器与主减速器的速比应该进行适当的匹配，才能在兼顾动力性和经济性方面取得好的平衡。通常的做法是绘出不同变速器搭配不同的主减速器，绘制出燃油经济性——加速时间曲线，然后从中取优。

第四章 汽车的制动性

4.1一轿车驶经有积水层的一良好路面公路，当车速为100km/h 时要进行制动。为此时有无可能出现划水现象而丧失制动能力？轿车轮胎的胎压为179.27kPa 。

解：由Home 等根据试验数据给出的估算滑水车速的公式：

6.34 6.34179.2784.9/h i u p km h ===

所以车速为100km/h 进行制动可能出现滑水现象。

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'

''

2212

ττ+的数值，说明制动器作用时间的重要性。

性能指标 制动时间/s 制动距离/m 最大减速度/(m/s 2)

真空助力制动系 2.12 12.25 7.25 压缩空气－液压制动系

1.45

8.25

7.65

分析：计算'

''

2212

ττ+的数值有两种方法。一是利用式（4-6）进行简化计算。二是不进行简化，未知数有三个，

制动器作用时间'''

222()τττ+，持续制动时间3τ，根据书上P79页的推导，可得列出制动时间、制动距离两个方程，再

根据在制动器作用时间结束时与车速持续制动阶段初速相等列出一个方程，即可求解。但是结果表明，不进行简化压缩空气－液压制动系的数值无解，这与试验数据误差有关。

解：方法一（不简化计算）：

制动时间包含制动器作用时间'''

222()τττ+，持续制动时间3τ。

223'''t τττ++= ①

制动距离包含制动器作用和持续制动两个阶段汽车驶过的距离2s 和3s

22022max 21

(''')''6

b s u a τττ=+-，2max 332b a s τ=，总制动距离：

22max 22022max 231

(''')''62

b b a s s s u a ττττ=+=+-+ ②

在制动器作用时间结束时与车速持续制动阶段初速相等

0max 2max 31

''2

b b u a a ττ-=

③

方程①②③联立可得：22max

'')2o b u s a τ=-，''032max 12b u a ττ=-，223'''t τττ=-+。

方法二（简化计算）：

略去总制动距离的二次小项有：

20220max

"1

(')3.6225.92b u s u a ττ=++

讨论制动器作用时间的重要性（根据简化计算结果讨论）

从实验数据及以上估算出的制动器作用时间数据的比较来看，采用压缩空气---液压制动器后，制动距离缩短了32%，制动时间减少了31.6%，但最大减速度只提高了3.5%，而同时制动器作用时间减少了50.3%。

这样的变化趋势我们可以得到这样的结论：改用压缩空气---液压制动器后制动距离减少的主要原因在于制动器作用时间的减少。而且减少制动器作用时间对于减少制动距离效果显著。所以改进制动器结构形式是提高汽车制动效能的非常重要的措施。

2） 求行驶车速Ua ＝30km/h ，在?＝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'

2τ＝0.02s ，

制动减速度上升时间''

2τ＝0.02s 。

3） 求制动系前部管路损坏时汽车的制动距离s ，制动系后部管路损坏时汽车的制动距离's 。

分析：1）可由相关公式直接编程计算，但应准确理解利用附着系数和制动效率的概念。注意画图时利用附着系数和制动效率曲线的横坐标不同。

2）方法一：先判断车轮抱死情况，然后由前（后）轮刚抱死时的利用附着系数等于实际附着系数求得制动强度。 方法二：由利用附着效率曲线读得该附着效率时的制动效率求得制动强度。

3）前部管路损坏损坏时，后轮将抱死时制动减速度最大。计算时，注意此时只有后轮有制动力，制动力为后轮法向反作用力与附着系数的乘积。同理可得后部管路损坏时的情况。

解：1）前轴的利用附着系数公式为：()g zh b L

z +=

1

f β?，

后轴的利用附着系数公式为：()g zh a L

z

--=

1

)1(r β?

该货车的利用附着系数曲线图如下所示（相应的MATLAB 程序见附录）

制动效率为车轮不抱死的最大制动减速度与车轮和地面间摩擦因数的比值，即前轴的制动效率为

L h L

b z

E g f f

f //?β?-=

=

，后轴的制动效率为L

h L

a z E g r r r /)1(/?β?+-==，画出前后轴的制动效率曲线如下图所

示：

2)由制动距离公式max 2

00

2292.2526.31b a a a u u s +??? ??''+'=ττ，已知"

+'2221ττ=0.03s, 0a u =30km/h,φ=0.80,需求出m ax b a 。利用制动效率曲线，从图中读出：φ=0.80的路面上，空载时后轴制动效率约等于0.68，满载时后轴制动效

率为0.87。 m ax b a =制动效率*φ*g

所以车轮不抱死的制动距离(采用简化公式计算)：

空载时8.98.067.092.25303003.06.312

???+??=s =6.86m 满载时8

.98.087.092.25303003.06.312

???+??=s =5.33m 。 3）求制动系前部管路损坏时汽车的制动距离s ，制动系后部管路损坏时汽车的制动距离's 。

①制动系前部管路损坏时

则在后轮将要抱死的时候，2()Xb z g G

F F a zh Gz L

??==

-=

得：g

a z L h ?

?=

+，max b a zg =

空载时，max b a ＝3.562

/m s ，满载时max b a ＝4.732

/m s 。

制动距离：20

220max

''1(')3.6225.92a a b u s u a ττ=++

解得空载时s=10.1m,空载时s=7.63m 。

②制动系后部管路损坏时 则在前轮将要抱死时， 得：g

b z L h ?

?=

-，max b a zg =

空载时，max b a ＝2.602

/m s ，满载时max b a ＝4.432

/m s 。

制动距离：20

220max

''1(')3.6225.92a a b u s u a ττ=++

解得空载时s=13.6m,空载时s=8.02m 。

4.4在汽车法规中，对双轴汽车前、后轴制动力的分配有何规定。说明作出这种规定的理由。答：ECE 制动法规何我国行业标准关于双轴汽车前、后轴制动力分配的要求见书P95。作出这种规定的目的是为了保证制动时汽车的方向稳定性和有足够的制动效率。

4.5一轿车结构参数同题1.8中给出的数据一样。轿车装有单回路制动系，其制动力分配系数0.65β=。试求： 1） 同步附着系数。

2） 在0.7?=的路面上的制动效率。

3） 汽车能到达的最大制动减速度（指无任何车轮抱死）。

4） 若将该车改为双回路制动系统（只改变制动系的传动系，见习题图3），而制动器总制动力与总泵输出管路

压力之比称为制动系增益，并令原车单管路系统的增益为G ’。确定习题图3中各种双回路系统以及在一个回路失效时的制动系增益。 5） 计算：在0.7?=的路面上，上述双回路系统在一个回路失效时的制动效率以及能够达到的最大减速度。 6） 比较各种回路的优缺点。 解：1）同步附着系数：0 2.70.65 1.25

0.800.63

g L b h β?-?-===。 2）制动效率

0??

1.25

0.952.70.650.70.63

f g b E L h β?=

==-?-?。

3）最大制动减速度：max 0.950.70.665b f a E g ?==?=。

对于双回路系统b)和c)，当一个回路失效时，如不考虑轴距的影响，其制动效果是一样的，所以只分析一种情况即可。一个管路损坏时，前、后车轮的抱死顺序和正常时一样。对车轮刚抱死时的车轮受力情况进行，注意此时作用在单边车轮上的地面法向反作用力只为总的地面法向反作用力的一半。

注意：不能简单的认为此时的制动减速度为正常情况的一半。 ①对于a):

若前轴回路失效时则相当于单回路时前部管路损坏，由4.3的推导：

max 1.450.7

0.3232.70.70.63

g a z L h ???=

==++?。

最大制动减速度：max max b a z g =＝0.323g 。 制动效率：max

r z E ?

=

=46.2％。

若后轴回路失效时则相当于单回路时后部管路损坏，根据4.3的推导：

max 1.250.7

0.3872.70.70.63

g b z L h ???=

==--?。

最大制动减速度：max max b a z g =＝0.387g 。 制动效率：max

r z E ?

==55.3％。

②对b)和c)：

由前面的讨论知，0??

1Xb F Gz β=

1()z g G

F b zh L

=

+ 因为一个回路失效，111

2

Xb Z F F ?=。 以上方程联立解得：0.7 1.25

0.28522 2.70.650.70.63

g b z L h ?β??=

==-??-?。

制动效率：40.7%r z

E ?

=

=，最大制动减速度0.285g 。

6）两种回路的优缺点比较

双回路系统a)制动系增益最大，一个回路失效时的最大制动减速度也比b),c)大，所以其性能较优。

双回路系统b)、c)制动系增益相同，如果不考虑轴距的影响，两者在一个回路失效时的制动效率相同。但是，c)在一个回路失效时，制动力作用在一侧车轮上，车身左右受力严重不均衡，会产生跑偏等问题。