汽车理论
汽车理论
1. 汽车的动力性：指在良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。
评价指标:最高车速、加速时间及最大爬坡度2. 汽车的燃油经济性：在保证动力性的条件下，汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力。
评价指标;一定工况下汽车等速行驶百公里燃油消耗量3汽车的制动性：汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力，评价指标;制动效能，制动效能的恒定性，制动时汽车的方向稳定性4汽车的操纵稳定性：在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。
二1传动系损失的功率主要与哪些因素有关?传动系的功率损失有：（1）机械损失；（2）液力损失。
机械损失是指齿轮、传动副、轴承、油封等处的磨擦损失,与相互啮和齿轮的对数、传递的扭矩有关。
液力损失指消耗于润滑油的搅动、润滑油与旋转零件之间的表面磨擦等功率损失,与润滑油的品种、温度、箱体内的油面高度以及齿轮等旋转零件的转速有关。
2驱动轮上的反作用力和滚动阻力，空气阻力，爬坡阻力，加速阻力，可以通过驾驶员的驾驶控制3前轮角阶跃下进入的汽车稳态相应有三种，中性转向，不足转向，过多转向，常用输出与输入的比值，如稳态的横摆角速度与前轮转角之比来评价。
这个比值叫稳态横摆角速度增益，也叫转向灵敏度4简述地面制动力、制动器制动力和附着系数之间的关系。
汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受地面附着条件的限制，所以只有汽车具有足够的制动器制动力，同时地面又能提供高的附着力时，才能获得足够的地面制动力。
5影响横摆角速度增益的主要因素有：稳定因素k= ，轴距l 汽车行驶速度u三1.一般用根据发动机外特性确定的（驱动力与车速之间）的函数关系曲线全面表示汽车的（驱动力）。
称为汽车的（驱动力图）。
2.车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生（法向）、（切向）的相互作用力以及相应的轮胎和支承路面的变形。
汽车理论
1、地面沿轮胎的法向反力总是偏前一距离α，使地面反力与车轮上垂直负荷W 形成力偶Fz α,它起到阻止运动的作用，称为滚动阻力偶。
汽车滚动阻力以滚动阻力偶的形式出现2、真正作用在驱动轮上驱动汽车行驶的力为地面对车轮的切向反作用力Fx2,它的数值为驱动力Ft 减去驱动轮上的滚动阻力Ff.3、在s=15%-30% 之间，φ值可达到最大，最大的φmax 称为峰值附着系数。
4、附着率是指汽车在直线行驶时，充分发挥驱动力作用时要求的最低附着系数。
“后驱动汽车的后驱动轮的附着率C ϕ2可表达为222Z X F F C =ϕ不同的行驶工况所要求的附着率是不一样的。
汽车的附着条件是：ϕ≥C ϕ2C ϕ2越小越容易满足附着条件。
”5、“a k F Y ⨯=车轮中心受到侧向力F y ，则地面给车轮以侧偏力F Y ，并产生侧偏角α（k 为 侧偏刚度）。
在侧偏角较小时，F Y 与α成线性关系。
”6、轿车轮胎的K α值在28000-80000N/rad 之间。
由轮胎坐标系有关符号规定可知，负的侧偏力产生正的侧偏角，因此侧偏刚度是负值。
7、“r k F r Yr ⨯= ，其中F Yr 是外倾地面侧向力k r 是外倾刚度，为负值，r 是车轮外倾角”8、 “r k k r -=∆α其中∆α是外倾侧偏角，k r 是外倾刚度，为负值；k 是侧偏刚度，为负值；r 是外倾角” ②“若车轮侧向力为正，那么地面侧偏力为负、车轮侧偏角为正、回正力矩为正。
若外倾角为正，那么车轮中心侧向力为正、地面侧向力为负、车轮侧偏角为负、回正力矩为负。
”9、为了便于计算，一般把旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性力，并以大于1的系数δ计入，称之为旋转质量换算系数，所以汽车加速阻力为Fj=δm*du/dt(N)式中：δ—汽车旋转质量换算系数 m —汽车质量，kg;du/dt —汽车行驶加速度，m/s 平方式中去掉δ，等式右边为平移质量的加速阻力；保留δ为平移质量的加速阻力，加上回转质量的加速阻力。
《汽车理论》课程教学大纲
智能化技术在汽车中的应用
1 2
自动驾驶技术 介绍自动驾驶汽车的分级、关键技术和实现方法， 以及其在提高交通安全性和效率方面的作用。
车联网技术 阐述车联网的概念、架构和应用，包括车与车、 车与基础设施、车与行人之间的通信和数据交换。
《汽车理论》课程教学大纲
目录
• 课程介绍与教学目标 • 汽车构造与工作原理 • 汽车性能评价与试验方法 • 汽车新技术与发展趋势 • 汽车维护与保养知识普及 • 实践环节：实验操作与案例分析
01
课程介绍与教学目标
《汽车理论》课程概述
课程性质
《汽车理论》是汽车工程专业的核心课程，旨在培养学生掌握汽车 设计、分析、试验等方面的基本理论和方法。
能力目标
素质目标
培养学生的工程素养和团队协作精神， 提高学生的职业道德和社会责任感。
培养学生具备独立分析和解决汽车工 程问题的能力，提高学生的创新能力 和实践能力。
教材及参考书目
教材
《汽车理论》（第X版），XXX主编，机械工业出版社。
参考书目
《汽车设计》、《汽车动力学》、《汽车性能试验技术》等相关书籍和期刊。 同时，鼓励学生阅读最新的学术论文和技术报告，以了解最新的研究进展和技 术动态。
02
汽车构造与工作原理
汽车总体构造
01
02
03
汽车基本组成
包括发动机、底盘、车身 和电气设备四大部分。
车身结构
分为承载式和非承载式两 种，以及车身材料、制造 工艺等。
汽车尺寸与参数
包括车长、车宽、车高、 轴距等，以及各参数对汽 车性能的影响。
发动机工作原理
汽车理论
三、轮胎结构、工作条件对侧偏特性的影响
1、轮胎垂直载荷对侧偏特性的影响
垂直载荷增大，k增大。但垂直载荷太大k反而减小 。
三、轮胎结构、工作条件对侧偏特性的影响
2、轮胎形式和结构参数对侧偏特性的影响
汽车作稳态行驶时，悬挂质量ms的 离心力为
式中，ay是侧向加速度(g) ，Gs是悬挂 重量(N)。 从图中看到，Fsy引起的侧倾力矩为
式中，h是悬挂质心到侧倾轴的距离。
第四节 汽车操纵稳定性和悬架的关系 侧倾后悬挂质量重力引起的侧倾力矩
从图中有
式中，e是侧倾后悬挂质心偏移距离。
第四节 汽车操纵稳定性和悬架的关系 独立悬架非悬挂质量离心力引起的侧倾力矩
第一节 概述
二、车辆坐标系
第二节 轮胎的侧偏特性 轮胎坐标系
二、轮胎的侧偏现象
▪ 1、侧偏力 地面对轮胎作用的侧向反 力称为侧偏力。侧偏力因 转向、路面倾斜、风力等 引起。转向引起的侧偏力 总是指向汽车转弯的内侧 。
第二节 轮胎的侧偏特性 3、轮胎的侧偏特性
在侧偏角<5时，侧偏力和侧偏角成线性关系 。这时，
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
3、汽车中性转向
K=0时 ，5-11)式变为：
即转向半径
，因此，汽车K=0时只要前轮转角不变
，不同速度下对应的转向半径就不变，它总是等于汽车在极
低速行驶时（无侧偏角）的转向半径。因此K=0时汽车稳态
响应为中性转向。
第三节 线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应
荷变化量增大，从而增加汽车不足转向。
第四节 汽车操纵稳定性和悬架的关系
汽车理论
1、汽车重心向前移动，会使汽车的不足转向量减小。
2、地面对轮胎切向反作用力的极限值，称为附着力。
3、车轮的滑动率越低，侧向力系数越大。
4、稳定性因数K值越小，汽车的过多转向量越大。
5、汽车横摆角速度的频率特性包括幅频特性和相频特性。
6、制动效率是指车轮不抱死时最大制动强度与车轮和地面间附着系数的比值。
7、汽车的稳态转向特性分成三种类型：不足转向、过多转向、中性转向。
8、动力因数的表达式为。
9、制动时汽车跑偏的原因有：左右轮制动制动力不相等和制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上不协调。
10、与轮胎振动特性有密切关系的刚度主要有轮胎的、、和。
11、汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受附着条件的限制。
1、什么是轮胎的侧偏特性？试分析轮胎侧偏特性产生的原因及其主要影响因素（包括：汽车使用因素与轮胎自身结构与特性的因素）。
答：当汽车曲线行驶时，或受侧向风作用，车轮中心将受到一个侧向力，相应地在地面上产生地面侧向反作用力，由于轮胎具有侧向弹性，因而轮胎胎面中心线上诸点的连线将会发生扭曲。
随着车轮滚动，上述诸点落于其连线所形成的轨迹aa线与原中心面与地面交线cc之间形成夹角，即为侧偏现象影响轮胎侧偏特性的主要因素有轮胎结构、工作条件和路面状况等1)轮胎结构接地面宽、尺寸大、扁平率小的轮胎侧偏刚度大；2)工作条件充气压力在同样的侧偏角值时增加充气压力可降低回正力矩，垂直力增加时会增加轮胎侧偏刚度；的大小对汽车后备功率的影响？2、试分析主传动比i答:主传动比i0较小时，汽车的后备功率较小，汽车的动力性较差，但此时发动机功率利用率高，燃油经济性好。
主传动比i0较大时，汽车的后备功率较大，汽车的动力性较好，但此时发动机功率利用率低，燃油经济性差。
(根据公式ua=0.377·rn/ioig 知不同io时的汽车功率平衡图中的3条线，io1<io2<io3 ,i0越大，后备功率越大，发动机的负荷率越低，燃油经济性越差。
汽车理论
2）由比功率确定发动机功率
汽车比功率
1000Pe CD A fg ua m a u3 x m 3.6ηT 76.14mηT
a max
4、最小传动比的选择：原则：兼顾动力性和经济性 考虑方面：最高车速和汽车后备功率
uamax / u P =1，动力性和燃油经济性都比较好；
< 1，动力性差，燃油经济性好； >1，动力性好，燃油经济性差。 5、驾驶性能：指加速性、动力装置的转矩响应、噪声和振动。 最小传动比过小，汽车在重负荷下工作，加速性不好，出现噪声和振动。 最小传动比过大，燃油经济性差，发动机高速运转的噪声大。 6、最大传动比的选择：1）满足汽车的最大爬坡度：
16、汽车的功率平衡：汽车行驶的每一瞬间，发动机发出的功率始终等于机械传动损失功率 与全部运动阻力所消耗的功率。
Pe
T
ua
F F
f
w
Fi Fj
Pe
3 Giua mua du 1 Gfua CD Au a T 3600 76140 3600 3600 dt
rr0w
rr0w
rr0w 完全拖滑时w 0
8、滑动率：车轮接地处的滑动速度与车轮中心运动速度的比 值。滑动率的数值说明了车轮运动中滑动成分所占的比例。
s
uw rr0w 100% uw
FZ
9、 制动力系数 FX b ： 地面制动力与作用在车轮上的垂直载 b 荷的比值。 10、峰值附着系数 p ：制动力系数的最大值，一般出现在 s =15%～20% 11、滑动附着系数 s ：s =100%时的制动力系数 12、侧向力系数 FY ：地面作用于车轮的侧向力与车轮垂直 l
FZ
汽车理论余志生版
余志生版汽车理论的出现，激发了汽车工业的技 术创新，促进了汽车性能和安全性的提升。
3
提高了汽车设计的效率
余志生版汽车理论的应用，使得汽车设计过程更 加规范、高效，缩短了品研发周期。
余志生版汽车理论对学术界的影响
丰富了学术研究领域
01
余志生版汽车理论为学术界提供了新的研究领域和研究思路，
汽车维修应以预防为主
余志生主张，汽车维修应以预防性维护为主 ，通过定期检查和保养，减少故障发生，延 长车辆使用寿命。
余志生版汽车理论的实践应用
在汽车设计领域
余志生版汽车理论为汽车设计师提供了理论支持和实践指 导，帮助设计师更好地理解用户需求，优化车辆设计。
在汽车使用和维修领域
该理论有助于使用者更好地了解车辆性能，合理使用和保养车辆，减少故障发 生率。同时，也为维修人员提供了故障诊断和维修的理论依据，提高维修效率 和质量。
余志生版的汽车理论涵盖了汽车动力学、发动机、传动系统、制动 系统、转向系统等方面的知识，内容全面且系统。
理论性强
该理论注重数学模型和物理概念的运用，对汽车各系统的原理和运 行机制进行了深入的理论分析。
实践指导意义
余志生版的汽车理论不仅提供了丰富的理论知识，还结合实际应用， 为汽车设计和性能优化提供了实践指导。
促进了学术研究的深入发展。
促进了学术交流与合作
02
余志生版汽车理论的出现，促进了学术界之间的交流与合作，
推动了学术研究的进步。
提高了学术研究的水平
03
余志生版汽车理论的应用，提高了学术研究的水平，为学术界
的发展做出了重要贡献。
余志生版汽车理论的未来发展前景
持续优化和完善
随着汽车工业的发展和技术的进步，余志生版汽车理论将 不断得到优化和完善，以适应新的市场需求和变化。
汽车理论
第一章汽车的动力性第一节汽车的动力性指标从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽车的动力性主要可由三方面的指标来评定:1)汽车的最高车速uamax2)汽车加速时间t3)汽车能爬上的最大坡度imax最高车速是指在水平良好的路面(混凝土或沥青)上汽车能达到的最高行驶车速。
要进一步说明的是：imax代表了汽车的极限爬坡能力，它应比实际行驶中遇到的道路最大坡度超出很多，这是因为应考虑到在实际坡道行驶时，在坡道上停车后顺利起步加速、克服松软坡道路面的大阻力、克服坡道上崎岖不平路面的局部大阻力等要求的缘故。
越野汽车要在坏路或无路条件下行驶，因而爬坡能力是一个很重要的指标，它的最大爬坡度可达60％即31‘左右。
应指出，上述三方面指标均应在无风或微风条件下测定。
有时也以汽车在一定坡道上必须达到的车速来表明汽车的爬坡能力。
第二节汽车的驱动力与行驶阻力确定汽车的动力性，就是确定汽车沿行驶方向的运动状况。
为此，需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车的各种外力，即驱动力与行驶阻力。
根据这些力的平衡关系建立汽车行驶方程式，就可以估算汽车的最高车速、加速度和最大爬坡度。
汽车的行驶方程式为Ft=ΣF式中，Ft为驱动力；ΣF为行驶阻力之和。
驱动力是由发动机的转矩经传动系传至驱动轮上得到的。
行驶阻力有滚动阻力、空气阻力、加速阻力和坡度阻力。
现在分别研究驱动力和这些行驶阻力，并最后把Ft=ΣF 这一行驶方程式加以具体化，以便研究汽车的动力性。
一、汽车的驱动力汽车发动机产生的转矩，经传动系传至驱动轮上。
此时作用于驱动轮上的转矩rt产生一对地面的圆周力Fo，地面对驱动轮的反作用力Ft(方向与F。
相反)即是驱动汽车的外力(图1—2)()，此外力称为汽车的驱动力。
其数值为Ft=Tt/r式中，rl为作田于驱动轮上的转矩；r为车轮半径。
作用于驱动轮上的转矩TL是由发动机产生的转矩经传动系传至车轮上的。
若令Ttq表示发动机转矩，ig表示变速器的传动比，i0表示主减速器的传动比，VT表示传动系的机械效率，则有Tt=Ttqigi0ηt对于装有分动器、轮边减速器、液力传动等装置的汽车，上式应计人相应的传动比和机械效率。
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汽车理论
1000
汽车最高挡和次高档等速行驶燃油消耗率b
900
800
Ⅲ 700
燃 油 消 耗 率 b/(g/(kw*h))
600
500
400
Ⅳ 300
200
100
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 速 度 ua/(km/h)
图(四)最高挡与次高档等速行驶燃油消耗率图
的部分删除),例表见表 1。 经济性计算时,取汽油密度 0、742g/mL,柴油密度 0、830g/mL
二、 解题过程
第一题:根据书上所给的发动机使用外特性曲线拟合公式,绘制功率外特性与转 矩外特性曲线 汽车外特性的 Tq-n 曲线拟合公式为
根据 Matlab 软件绘制功率外特性与转矩外特性曲线 先将 n 按定等长取不同的值,带入到拟合公式中,求得不同 n 下的 Tq,然后通过 Tq 与 n 求得 Pe,再绘制 Pe—n 与 Tq—n 图像。
汽车理论
功率平衡图 70
60
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
50
功 率 Pe/kw
40
30
20
(Pf+Pw)/ηt
10
0
0
20
40
60
80
100
120
速 度 ua/(km/h)
图(二)功率平衡图
第三题:绘制汽车等速行驶时发动机的负荷率图
发动机等速行驶,主要克服滚动阻力与空气阻力,负荷率的值为发动机发出的功
率与对应车速下的外特性功率之比。 由驱动力 Ft(N)与发动机转矩 Tq(N·m)的公式为
最后由给定的汽车负荷特性曲线拟合公式求出燃油消耗率 b(g/(k·h)) 利用 Matlab 软件绘制最高挡与次高档等速在水平路面上行驶时发动机的燃油消 耗率 b 图像。
根据所给的 8 个转速由相应的转速与速度公式求得 Ua,在求得相应的 Pe,带入 燃油拟合公式求得 b,燃油拟合公式得使用主要依靠多维数组的使用,画出 b—Ua 图像。在通过等间距插值法,使曲线变得更加平滑。
图(六)GB/T 12545、2-2001 标准实验的车速-路程坐标图
由图可知工况一,工况三,工况五就是匀速行驶 可以先求对应车速下的百公里燃油消耗量,用题六画出的等速百公里油耗曲线利 用插值法可以求得对应车速下的百公里燃油消耗量。
f=0、013 CD×A=2、77m2 i0=5、28 If=0、218kg*m2 Iw1=1、798kg*m2 Iw2=3、598kg*m2
表一:变速器传动比
1档
2档
3档
4档
4 档变速器
6、09
3、09
1、71
1、00
汽车外特性的 Tq-n 曲线拟合公式为
式中 Tq 为发动机转矩(N·m);n 为发动机转速(r/min) 发动机最低转速为 600r/min,发动机最高转速为 4000r/min。 汽车负荷特性曲线拟合公式为
表二:拟合式中各系数
汽车理论
怠速油耗:Qid=0、299ml/s(怠速转速 400r/min) 题目要求: 1. 根据书上所给的发动机使用外特性曲线拟合公式,绘制功率外特性与转矩外
特性曲线; 2. 绘制功率平衡图; 3. 绘制汽车等速行驶ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ发动机的负荷率图; 4. 绘制汽车最高挡与次高档等速在水平路面上行驶时发动机的燃油消耗率 b; 5. 绘制最高挡与次高档等速百公里油耗曲线; 6. 求解六工况(GB/T 12545、2-2001)行驶的百公里油耗; 7. 列表表示最高挡与次高挡等速行驶时,在 20 整数倍车速的参数值(将无意义
汽车理论
功率外特性和转矩外特性曲线 180
160
Pe
发 动 机 转 矩 Tq/(N*m) 发 动 机 功 率 Pe/kw
140
120
100
80
60
40
Tq
20
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
发 动 机 转 速 n/(r/min）
图(一)功率外特性与转矩外特性曲线
第二题:绘制功率平衡图 由车速与发动机转速公式可得车速(将转速从 600r/min 到 4000r/min,按 50r/min 梯度增加)
汽车理论
一、 设计目的
本次课程设计利用所学的汽车理论知识,计算某货车的燃油经济性,该汽车各参
数为
装载质量
2000kg
整车整备质量
1800kg
总质量
3880kg
车轮半径
r=0、367m
传动系传动效率
t=0、87
滚动阻力系数 空气阻力系数×迎风面积 主减速器传动比 飞轮转动惯量 二前轮转动惯量 四后轮轮转动惯量
由外特性曲线功率 Pe(Kw)与发动机转速 Ua(Km/h)的公式为,根据上面求得的 Ua 得 出相应的 Pe
根据求得的 Ua 得出相应的 P,发动机实际输出功率 P(Kw)为
根据 Matlab 软件画出功率平衡图 先将 n 按定等长取不同的值,根据车速与发动机转速公式求得 Ua,根据拟合公式 求得 Tq。在通过 Ua 与 Tq 求得 Pe。将 Ua 带入 P=Pf+Pw 中求得 P,再绘制 Pe—ua 与 P— ua 图。
发动机行驶阻力位 F(Kw)为
可得负荷率 在 Matlab 软件下绘制负荷率图像
直接在题二的基础上求得
,绘制 U—Ua 图像。
汽车理论
图(三)汽车等速行驶发动机负荷率图
第四题:绘制汽车最高挡与次高档等速在水平路面上行驶时发动机的燃油消耗 率b 首先由车速与发动机转速公式可得车速 Ua(km/h) 然后根据公式发动机提供的 Pe(Kw)为
第五题:绘制最高挡与次高档等速百公里油耗曲线 根据百公里油耗公式求 QS(L/100km)
由车速与发动机转速公式可得车速 Ua(km/h) 然后根据公式发动机提供的 Pe(Kw)为
由给定的汽车负荷特性曲线拟合公式求出燃油消耗率 b(g/(k·h))
由第四题求出的 16 个功率值与 16 个燃油消耗率值(三挡与四挡各 8 个数据),带 入百公里燃油消耗量公式求出对应的 Qs,并用 Matalb 软件绘制最高挡与次高档 等速百公里油耗量曲线。
汽车理论
最高挡和次高档等速百公里油耗曲线 30
25
百 公 里 燃 油 消 耗 量 Qs/(L/100km)
20
Ⅲ
15
Ⅳ
10
5
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 速 度 ua/(km/h)
图(五)高挡与次高档等速百公里油耗量
第六题:求解六工况(GB/T 12545、2-2001)行驶的百公里油耗; 由相关标准可得 GB/T 12545、2-2001 标准实验的车速-路程坐标图如下