车辆工程 汽车理论 余志生 重要总结
汽车理论余志生版3.5
第五节 利用燃油经济性－加速时间曲线确 定动力装置参数
本节主要研究不同功率的发动机与不同的变速器、不同 的主减速器相匹配时，对汽车动力性和燃油经济性的影响。
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1
第五节 利用燃油经济性－加速时间曲线确定动力装置参数
一、i0的确定
前提：Pe 和 ig已经确定。
C曲线：燃油经济性加
速时间曲线。 i0不同，将直接影响 到汽车的动力性和燃油 经济性。 思考 C曲线上的各点是如何计算得到的？
本章内容结束
下一章
15
2
• 按下列步骤确定主减速器传动比： • 1)一辆汽车,在动力装置其他参数不变的条 件下,先选定主减速器传动比范围,然后从大 到小改变i0，每对应一个i0值,计算出不同的 加速时间和每升燃油行驶里程数。 • 2)根据计算结果在燃油经济性——加速时间 图上找出计算点,用光滑曲线连接各点,可得 到不同i0时的燃油经济性-加速时间曲线,如 图所示。 • 3)根据作出的燃油经济性——加速时间曲线 图,按我们的预定目标选择i0值。
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第五节 利用燃油经济性－加速时间曲线确定动力装置参数
三、 Pe、ig和i0的确定
将不同的发动
机、不同的变速器 和不同的主减速器 匹配在一起，综合 分析对汽车动力性 和燃油经济性的影 响。
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第五节 利用燃油经济性－加速时间曲线确定动力装置参数
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第五节 利用燃油经济性－加速时间曲线确定动力装置参数
2.9
3.1
经济性
Qs(L/100km)
同样可以优选变速器挡位数、发动机功率等
4
第五节 利用燃油经济性－加速时间曲线确定动力装置参数
二、 ig 和i0的确定
前提：发动机已经选定。 用不同的变速器和不 同的主减速器相匹配，分 析对汽车动力性和燃油经 济性的影响。
汽车理论余志生版
Ft
Tt r
Tt—驱动力矩；
Tt Ttqigi 0T
Ttq —发动机转矩；
ig—变速器传动比；
i0—主减速器传动比；
ηT—传动系的机械效率。
Ft
Ttqigi 0T
r
r Ft
ua
Tt
F0
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第五页，编辑于星期五：十二点 四十二分。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
由
Ft
Ttqigi0 T
r
可知
➢Ft 与发动机转矩Ttq、变速器传动比 ig、主减速器 传动比 i0、传动系的机械效率ηT 和车轮半径 r 等因素
路面类型
滚动阻力系数 路面类型 滚动阻力系数
良好的沥青或混凝土路面 一般沥青或混凝土路面 碎石路面 良好的卵石路面 坑洼的卵石路面 压紧土路：干燥 雨后
0.010～0.018
0.018～0.020 0.020～0.025 0.025～0.030 0.035～0.050 0.025～0.035 0.050～0.150
第一章 汽车动力性
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
➢本节重点计算并分析汽车行驶过程中的驱 动力和行驶阻力。
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第一页，编辑于星期五：十二点 四十二分。
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 运动状态。
• 需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车上的各种外力， 即驱动力与行驶阻力。
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第十二页，编辑于星期五：十二点 四十二分。
第二节 汽车的驱动力与行驶阻力
2.传动系的机械效率ηT
T
Pin PT Pin
Pin—输入传动系的功率； PT－传动系损失的功率。
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。
汽车理论余志生剖析课件
总体设计 车身设计 底盘设计
发动机设计
根据市场需求和产品定位，制定 设计目标，考虑车辆的性能、外 观、安全性、舒适性等方面。
根据总体设计要求，进行传动系 统、行驶系统、转向系统和制动 系统的设计，确保汽车的行驶性 能和安全性。
汽车的主要部件
V2X通信技术
02 实现车辆与道路基础设施、其他车辆和行人之间的信
息交互，提高行车安全和交通效率。
高精度地图与定位技术
03
利用高精度地图和定位技术，实现车辆的精确导航和
自动驾驶。
新能源汽车技术
电动汽车技术
01
利用电池作为能源，实现零排放、低噪音和低维护成本的车辆
驱动。
氢燃料电池汽车技术
02
利用氢燃料电池技术，实现零排放、高效率和长续航里程的车
汽车的环保性能 01
排放性能
02
废气排放：汽车应尽量减少废气 排放，以降低对环境的污染。
油耗：汽车的油耗应低，以减少 对能源的消耗和碳排放。
03
噪声污染：汽车行驶过程中产生 的噪声应尽量低，以减少对周围
环境和居民的干扰。
04
汽车的安全与环保性能评价
建立综合评价体系
应综合考虑汽车的安全、环保等多方 面性能，建立综合评价体系，全面评 估汽车的性能。
汽车试验场设施
汽车试验场通常配备有各种测试设备，如高速环形跑道、 直线行驶跑道、噪音测试设备等，以提供全面的汽车测试 服务。
汽车仿真技术
01
汽车仿真技术概述
汽车仿真技术是指利用计算机模型来模拟汽车的性能、行 为和反应的技术，具有快速、灵活和经济的特点。
02 03
汽车理论 余志生 第六章
2）辅助评价方法
辅助评价方法能更好地估计偶尔遇到 过大的脉冲引起的高峰值系数振动对人体 的影响。
三、路面不平度的统计特性
1.路面不平度由三部分组成： 1）超低频成分 整段路面上存在着的波长远大于
轴距的起伏波形。 整段路面上存在着的、宏观上可 察觉的、波长及幅值较大的路面凹凸不平。
2）中低频成分
这是引起汽车振动的主要频率成分， 称为主频带。 3）高频成分 不易察觉的、波长很短、幅值很小的
振动的发生源主要 有凹凸不平的路面，不平衡轮胎的旋转，不平衡传动轴的旋 转以及发动机的扭矩变化等。
2.振动的传递途径 （1）振动的激励源
这些因素引起的振动大多与车速 相关，尤其是凹凸不平路面引起的振动， 随着车速的变化，振动的频率和强弱会 产生相应的变化。
（2） 振动的传递途径
因路面、轮胎产生的振动，先传到悬架，受悬架
2.使用因素对汽车平顺行驶的影响 1）道路坎坷不平是引起汽车振动的主要 因素 2）汽车技术状况对平顺性的影响
自身的振动特性影响后再传给车身，通过车身传到乘客的脚部。同时通 过座椅传给乘客的臀部和背部，还通过转向系，以转向盘抖动的形式传 到驾驶员手部。
因发动机、传动系产生的振动，通过支承发动
机、变速器和传动轴的缓冲橡胶块，经衰减后传给车身，再经上述途径 传至人体各个部位。
任何一个“振动系统”均有一个“固有 频率”。当外界激振信号的频率接近或等于 “固有频率”时，将出现“共振”现象，产生 剧烈的振动。
Ride performance
第六章 汽车的平顺性 1. 汽车行驶平顺性 指汽车不因车体振动而使乘客感到不
适或货物不因振动而受损的性能。
2. 汽车行驶平顺性的研究对象：“路面一汽 车一人（货物）”构成的系统。路面特性是系统 的输入，人（货物）对汽车振动的反应是系统的 输出。
汽车理论余志生版
1 0.55 0.45 城市循环工况燃油经济性 公路循环工况燃油经济性
14
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
15
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
3.中国相关的新标准
新开发车型，从2005年7月1日开始执行第一阶段限
值要求，2008年1月1日起执行第二阶段限值要求。
在生产车型，从2006年7月1日开始执行第一阶段限
限值按整备质量的不同分别给出
表2-2 乘用车燃料消耗量限值
整车整备质量 （CM）/kg 第一阶段 第二阶段 整车整备质量 （CM）/kg 第一阶段
(L/100km)
第二阶段
CM≤750
750<CM ≤865 865<CM ≤980
7.6
7.6 8.2
6.6
6.9 7.4
1540<CM ≤1660
1660<CM ≤1770 1770<CM ≤1880
8
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
1.等速工况
宝来轿车等速油耗
1.8L 6.4M/7.0A/90km/h 8.5M/9.2A/120km/h 1.8T 6.1M/7.0A/ 90km/h 8.7M/9.2A/120km/h
注：M代表手动挡汽车； A代表自动挡汽车。
9
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
在网上查找《京都议定书》的相关资料。
4
第二章 汽车的燃油经济性
第二章 汽车的燃油经济性
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
本节将介绍中国、欧洲及美国燃油经济性的评价指标。
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评价指标
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。
汽车理论余志生第五章剖析
3．轮胎的侧偏现象的 产生 当有地面侧向反作用力 时车轮的运动分析。 （1）对于刚性车轮： 1）当地面侧向反作用 力FY未超过车轮与地面间的 附着极限时，车轮与地面间 没有滑动，车轮仍在车轮平 面内运动； 2）当地面侧向反作用 力FY达到车轮与地面间的附 着极限，车轮发生侧向滑动， 车轮的行驶方向偏离车轮平 面；
指汽车在转 向盘输入或外界侧向干扰输入下的侧向运动响应。
（2）汽车曲线行驶的时域响应
1）转向盘输入 有两种形式：给转向盘作用一个角位移，称为
角位移输入，简称角输入；给转向盘作用一个力矩，称 为力矩输入，简称力输入。
驾驶员在实际驾驶车辆时，对转向盘的这 两种输入是同时加入的。
2）外界侧向干扰输入 主要是指侧向风与路
二、汽车操纵稳定性包含的内容 1. 汽车操纵稳定性的研究方法 在汽车操纵稳
定性的研究中，把汽车作为一控制系统，求出汽车曲线行驶 的时域响应与频域响应，并以它们来表征汽车的操纵稳定性 能。 汽车是一多元件组成的系统，是一多自由度动力学系统 但在大多数行驶状况下，如果侧向加速度不超过0.4g，忽 略次要因素，可将其视为一个线性动力学系统。
4. 侧偏刚度 侧偏力侧偏角（FY— ）曲线在 ＝ 0°处的斜率称为侧偏刚度k，单位为N／rad或N／（°）。 负的侧偏力产生正 的侧偏角，因此侧偏刚 度为负值。FY与 的 关系式可写作
侧偏刚度是决定操 纵稳定性的重要轮胎参 数。轮胎应有高的侧偏 刚度（绝对值），以保 证汽车良好的操纵稳定性。
第二节 轮胎的侧偏特性
轮胎的侧偏特性 是指侧偏力、回正力矩与侧偏角间的关系。 一、 轮胎坐标系及轮胎六分力 1. 车轮平面 垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分平面。 2. 轮胎坐标系 1）坐标系的原点O 为车轮平面和地平面的交线与车轮旋转轴 线在地平面上投影线的交点； 2）x轴 以车轮平面与 地面的交线为x轴，方向向前； 3）y轴 以车轮自转轴 线在地平面上的垂直投影线 为y轴，面向车轮前进方向 时，方向向左； 4）z轴 以过原点的铅 垂线为z轴，方向向上。
汽车理论(清华大学 余志生 第5版)第四部分
的滤波网络，得到加权加
1 2
1 T 2 aw aw t dt T 0
80 aw W 2 f Ga f df 0.5
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
（2）三个方向总加权加速度均方根值
2 2 aw 1.4axw 1.4a yw azw 2 1/ 2
1996《汽车平顺性随机输入行驶试验方法》
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
人体坐姿受振模型
共3个输入点、12个方向的振动
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
频率加权函数和轴加权系数
位置 坐标轴名称 频率加权函数
wd
轴加权系数k
1.00
xs
座椅支承面
ys zs rx ry rz
wd
wk we we we
思考：为什么乘以系数1.4？ （3）总加权振级Law
Law 20lg aw / a0
a0—参考加速度均方根值， a0
106 m / s 2 。
第一节 人体对振动的反应和平顺性的评价
（4）评价方法
Law和aw与人的主观感觉之间的关系 加权加速度均方根值aw <0.315 0.315～0.63 0.5 ～1.0 0.8 ～1.6 1.25 ～2.5 >2.0 加权振级Law 110 110 ～116 114 ～120 118 ～124 112 ～128 126 人的主观感觉 没有不舒适 有一些不舒适 相当不舒适 不舒适 很不舒适 极不舒适
1 (0.5Hz f 2Hz) wd f 2Hz f 80Hz 2 / f
1 (0.5Hz f 8Hz) wc f 8Hz f 80Hz 8 / f
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一、名词解释
1．汽车的动力性：汽车的动力性系指汽车在良好的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。
3．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，称作汽车的燃油经济性。
4. 汽车百公里燃油消耗量：在一定运行工况下汽车每行驶一百公里所消耗燃油的升数Qs（L/100km）。
5. 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，成为汽车的制动性。
（还包括对已停驶的汽车，特别是在坡道上已停驶的汽车，特别是在坡道上已停驶的汽车，可使其可靠地驻留原地不动的驻车制动性能）。
6．汽车曲线行驶的时域响应：汽车曲线行驶的时域响应系指汽车在转向盘输入或外界侧向干扰输入下的侧向运动响应。
7．地面制动力：汽车制动时受到与行驶方向相反、由地面提供的外力，称为地面制动力。
8. 轮胎的侧偏现象：有侧向弹性的车轮，在侧偏力的作用下滚动时，即使侧偏
力没有达到附着极限，车轮行驶方向亦将偏离车轮平面，这就是弹性轮胎的测偏现象。
9．转向盘力特性：转向盘力随汽车运动状况而变化的规律称为转向盘力特性。
10. 汽车曲线运动引起的侧翻：指汽车在道路（包括侧向坡道）上行驶时，由
于汽车的侧向加速度超过一定限值，使得汽车内侧车轮的垂直反力为零而引起的侧翻。
11．车辆的挂钩牵引力：车辆的土壤推力Fx与土壤阻力Fr之差，称为挂钩牵引力，是表征汽车通过性的主要参数。
12．汽车通过性的几何参数：与间隙失效有关的汽车整车几何尺寸，称为汽车通过性的几何参数。
这些参数包括最小离地间隙、纵向通过角、接近角、离去角、最小转弯直径等。
13.汽车侧翻：汽车侧翻是指汽车在行驶过程中绕其纵轴线转动90度或更大的
角度，以至车身与地面相接触的一种极其危险的侧向运动。
9．汽车的通过性（越野性）：汽车的通过性（越野性）是指它能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、凹凸不平地面等）及各种障碍（如陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、水障等）的能力。
10．土壤推力：在驱动力作用下，由地面剪切变形而产生的反力作用在车轮上，称为土壤推力。
1．汽车的后备功率：汽车在良好水平路面上以某一速度等速行驶时，发动机能发出的最大功率与汽车的阻力功率之差，成为汽车在该车速时的后备功率。
3．无级变速器的调节特性：在同一Ψ的道路上，不同车速时，无级变速器应有的ⅰ值连成曲线便得无级变速器的调节特性。
4. 汽车多工况百公里燃油消耗量：（1）循环行驶试验工况，模拟实际汽车运行
状况的试验工况，它规定了车速-时间行驶规范。
（2）多工况百公里燃油消耗量，在规定的循环行驶试验工况下，测得的汽车百公里燃油消耗量。
23．线性二自由度汽车模型：是一个两轮摩托车模型。
由前后两个有侧向弹性的轮胎支撑于地面、具有侧向及横摆运动二自由度。
24．转向灵敏度：（稳态横摆角速度增益）稳态的横摆角速度与前轮转角之比，
是分析稳态转向特性的基础。
二、填空
1．影响汽车驱动力的因素主要有发动机输出转矩、传动系变速器和主减速器等的传动比、传动效率和车轮半径。
2.滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关。
11. 驱动轮的附着率是表明汽车附着性能的一个重要指标，是汽车驱动轮在不滑
转工况下充分发挥驱动力作用所要求的最低地面附着系数。
5．汽车燃料经济性的评价指标主要有：单位行驶里程的汽车燃油消耗量、单位燃料消耗量的行驶里程和单位运输工作的燃油消耗量。
车的驱动力与行驶阻力的数量关系。
6．滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料、气压等有关。
18．等速百公里燃油消耗量正比于等速行驶时的行驶阻力与燃油消耗率，反比于传动效率。
8. 变速器最小传动比为l，没有分动器或副变速器时的汽车最小传动比，即主减速
器传动比的选择有两种方法：根据汽车的最高车速和根据汽车的后备功率。
9．粘性土壤或雪的最大土壤推力仅与土壤或雪的粘聚性及轮胎的接地面积有关，而与轮胎给地面的垂直载荷无关。
10．汽车减速工况燃油消耗量等于减速行驶时间与怠速油耗的乘积。
11．实际上汽车沿曲线行驶时，汽车前、后轮总侧偏角应当包括：考虑到垂直载荷与外倾角变动等因素的弹性侧偏角、侧倾转向角和变形转向角。
12. 制动时前、后车轮同时抱死的充要条件是：前、后轮制动器制动力之和等于
附着力，并且前、后轮制动器制动力分别等于各自的附着力。
11.线性二自由度汽车模型的运动微分方程包含了汽车质量与轮胎侧偏刚度两方
面的参数，所以能够反映汽车曲线运动最基本的特征。
12．汽车的支承通过性评价指标有：牵引系数、牵引效率及燃油利用指数。
13．研究平顺性的主要目的是控制汽车振动系统的动态特性，使振动的“输出”
在给定工况的“输入”下不超过一定界限，以保持乘员的舒适性。
14．汽车的通过性主要取决于地面的物理性质及汽车的结构参数和几何参数。
1. 汽车行驶方程式表示了无风天气、正常道路上行驶、具有有级固定传动比汽
7．汽车的通过性分为支承通过性和几何通过性。
8．路面不平度由三部分组成：超低频成分、中低频成分和高频成分。
9．人体对振动的反应是一个复杂的生理学和心理学过程。
有四个基本物理因素决定人体的振动反应：振动方向、振动频率、振动强度和承受时间。
10．侧偏特性主要是指侧偏力、回正力矩与侧偏角间的关系，它是研究汽车操纵稳定性的基础。
12. 轮胎的迟滞损失表现为阻碍车轮滚动的一种阻力偶。
29．作为车辆振动输入的路面不平度，主要采用路面功率谱密度描述其统计特性。
30．国际标准化组织和我国国标根据路面的功率普密度将路面不平程度分为8级。
三、简答（共25分，每题5分）
1．回答渐进式传动比分配方式的应用场合及采用这种传动比分配方式的原因。
2．平顺性的评价方法有哪两种？怎样定义的？各在什么时候采用？
9．行驶车速对滚动阻力系数有什么影响？
4. 转向盘角阶跃输入下的瞬态响应有什么特点？
5. 汽车变速器各挡位传动比采用等比数列分配方式的优点是什么？
6．研究平顺性的目是什么？四轮汽车振动系统可简化为哪几种模型？
解：（1）研究平顺性的主要目的就是控制汽车振动系统的动态特性，使振动的“输出”在给定工况的“输入”下不超过一定界限，以保持乘员的舒适性。
（2）汽车振动系统的简化模型
依据简化条件的不同可把四轮汽车简化为：立体振动模型、平面振动模型和单质量系统模型。
7. 车身空间运动有哪六个自由度？
解车身空间运动的六个自由度
1）纵向运动——汽车质心沿x轴的运动；
2）侧向运动——汽车质心沿y轴的运动；
3）垂向运动——汽车质心沿z轴的运动；
4）侧倾运动——汽车质心绕x轴的转动；
5）仰俯运动——汽车质心绕y轴的转动；
6）横摆运动——汽车质心绕z轴的转动。
8．汽车稳态转向特性与静态储备系数S.M.的关系。
1．为了提高燃油经济性汽车为什么使用高挡行驶？
3．地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系
四、计算
1.忽略汽车的滚动阻力偶矩、空气阻力以及旋转质量减速时产生的惯性力偶矩，
汽车在水平路面上制动时的受力如图，求地面作用于前、后车轮的法向反作用力及其与制动强度的关系（设附着系数为一定值）。
2.画出驱动轮在硬路面上等速滚动时的受力图，并说明其中各力的含义。
如滚动
阻力系数为f，计算道路对车轮的切向反作用力。
六、分析题
1. 图示为轮胎在硬支承路面上受径向载荷时的变形曲线，分
析其中各部分的含义。
2. 对于一般汽车，当制动器制动力足够时，制动过程可能出现哪三种情况？各种情况下汽车的稳定性和附着条件的利用程度如何？
3.回答汽车最高车速出现的条件是什么？如何利用汽车驱动力——行驶阻力平衡图求汽车最高车速？
4.利用 线与I曲线的配合，分析前、后制动器制动力具有固定比值的汽车在各种路面
上的制动情况。