汽车动力学试题及答案

《汽车动力学》试题

一、 名词解释（每题3分）

1. 回正力矩

答：在轮胎发生侧偏时，产生作用于轮胎绕OZ 轴(轮胎坐标系)的力矩，即为回正力矩。

2. 轮胎侧偏现象

答：当车轮有侧向弹性时，即使侧向力没有达到附着极限，车轮行驶方向亦将偏离车轮平面，这就是轮胎的侧偏现象。

3. 同步附着系数

答：对于前后制动器制动力为固定比值的汽车，车辆制动时使得车辆前后轮同时抱死的路面附着系数即为同步附着系数。（或采用β线与I 线交点说明也可以，但是必须交代β线与I 线的具体含义）

4. 旋转质量换算系数

答：汽车的质量分为平移质量和旋转质量两部分。汽车加速时，不仅平移质量产生惯性力，旋转质量也要产生惯性力偶矩。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，对于固定传动比的汽车，常以常数δ作为计入旋转质量惯性力偶矩后的汽车旋转质量换算系数。

5. 理想的制动力分配特性

答：汽车制动时，前、后车轮同时抱死时前、后轮制动器制动力的分配特性。

二、 简答题（每题5分）

1. 汽车的驱动附着条件是什么？

答：汽车驱动条件：t F F ≥阻；汽车附着条件：1,21,2X Z F F ϕ≤；上式中，t F 表示驱动力，F 阻表示行驶阻力，1,2X F 表示作用在驱动轮上的转矩引起的地面切向反作用力，1,2Z F 表示驱动轮法向反作用力（亦可以直接指定驱动轮后进行描述），ϕ为附着系数。

2. 汽车制动性能主要由哪几个方面评价？

答：主要由以下三个方面评价：1）制动效能，及制动距离与制动减速度；2）制动效能的恒定性，即抗热衰退性能。3）制动时汽车的方向稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及市区专项能力的性能。

3. 汽车制动跑偏的原因主要有哪些？

答：制动时汽车跑偏的原因有两个：1）汽车左、右车轮，特别是前轴左、右车轮（转向轮）制动器的制动力不相等。2）制动时悬架导向杆与转向系在运动学上的不协调（互相干涉）。

4. 汽车的稳态转向特性有几种类型？实际的汽车应具有哪种稳态转向特性，简述理由。 答：汽车的稳态转向特性分为三种类型：不足转向、中性转向和过多转向。实际汽车应具有不足转向的特性，由于不足转向时汽车的转向半径增大，这有利于汽车的操纵稳定性。

5. 汽车转向轮摆振有哪两种类型？如何加以区分？

答：汽车转向轮的摆振类型主要有两种：强迫振动类型和自激振动类型。区别二者可以从摆振自身特点加以判断：1）当车轮发生强迫振动类型的摆阵时，必然存在周期性的外界激励持续作用，如车轮不平衡。在波形路面上的陀螺力矩、悬架与转向系运动不协调等，系统的振动频率与激励频率一致，摆振明显发生在共振区域，而共振车速范围较窄；激励的存在于振动体运动无关；2）当转向轮发生自激振动形式的摆振时，系统无须有持

续周期作用的激励，只要有单次性激励、系统的振动频率接近系统绕主销振动的固有频率，与车轮的转动频率等不一致，发生振动的车速范围较宽，激励力伴随振动体的运动而产生，振动体运动停止，激励力消失。

6. 叙述建立“二自由度汽车转向系统模型”的简化假设条件。

答：“二自由度汽车转向系统模型”的简化假设条件有以下几点：1）分析过程忽略转向系统的影响，直接以前轮转角作为输入；2)忽略悬架的作用，认为汽车车厢只作平行与地面的平面运动；3）汽车沿某一方向匀速前进；4）汽车的侧向加速度限定在0.4g 以下，轮胎侧偏特性处于线性范围；5）假设驱动力不大，不考虑地面切向力对轮胎侧偏特性的影响，没有空气动力作用，忽略左右车轮由于载荷的变化而引起轮胎特性的变化以及轮胎回正力矩的作用。

三、计算与分析题

1. 已知某汽车的总质量kg m 4600=，75.0=D C ，24m A =，旋转质量换算系数δ=1.35，道路坡度角︒=5α，滚动阻力系数015.0=f ，传动系效率85.0=T η，加速度2/

2.0s m dt du

=，h km u a /30=，此时克服各种阻力需要的发动机输出转矩是多少？【5分】 解：由汽车行驶方程为：t f w i j F F F F F =+++

02cos sin 21.15tq g T

D a T i i C A du Gf u G m r dt

ηααδ=+++ 30.754301046009.80.015cos546009.8sin 5 1.3546000.221.153600

669.438 1.18268.5212421981.14

⨯⨯=⨯⨯⨯++⨯⨯+⨯⨯=+++= 则可得发动机输出转矩：0

2330.8tq g T r i i = 式中，t F 为驱动力，f F 为滚动阻力，w F 为风阻，i F 为坡道阻力，j F 为加速阻力。

2. 试用恰当的稳态转向特性表征参数说明：（1）汽车装载后，重心后移，对汽车转向特性的影响；（2）将汽车后轮换为扁平率小的轮胎，对转向特性的影响。【10分】

答：1）汽车装载后，重心后移，后轴左右侧车轮垂向载荷增大。根据第5版汽车理论P138页垂直载荷（W/N ）与侧偏刚度（K ）关系可知，此时汽车后轴车轮侧偏刚度2k 大于前轴车轮1k 。由Y Y Y F F F k k αγγαγ=+=+可知，当k γγ与Y F 保持不变时，k 增大，则α减小。故当车装载后，前后轴车轮受到相同的侧向反作用力时，应有12αα＞。由表征稳态响应的参数：前后轮侧偏角绝对值之差120αα-＞，故为不足转向。但是当汽车过载时，后轮侧偏刚度反而下降，因此汽车变为过多转向。

2）将其车后轮换为扁平率小的轮胎后，后轮侧偏刚度增大，同样采用前后轮侧偏角绝对值之差可知，汽车为不足转向。

3. 绘图并说明：制动器制动力、地面制动力和地面附着力三者之间的关系。【6分】

答：o F ϕ

X b F F F μϕ，，F μ=X b F F μ

a

P P P F max =Xb F F ϕ

在制动时，若只考虑车轮的运动为滚动与抱死拖滑两种状况，当制动踏板力较小时，制动器摩擦力矩不大，地面与轮胎之间的摩擦力即地面制动力，足以克服制动器摩擦力距而使车轮滚动。显然，车轮滚动式的地面制动力就等于制动器制动力，且随着踏板力的增长成正比地增长，它的值不能超过附着力，即Xb z F F F ϕϕ≤=。当制动器踏板力p F 或制动系液压力p 上升到某一值（a p ）、地面制动力Xb F 达到附着力F ϕ时，车轮即抱死不转而出现拖滑现象。制动系液压力a p p ＞时，制动器制动力F μ由于制动器摩擦力矩的增长而仍按照直线关系继续上升。但是，若作用在车轮上的法向载荷为常数，地面制动力Xb F 达到附着力F ϕ的值后就不再增加。

4. 绘图并分析说明：制动时后轴侧滑是一种不稳定的工况。【6分】

答：

Y 2 0

根据刚体平面运动微分方程：12++0Y Y j F F F =，即地面侧向反力与侧向惯性力平衡；

12+0Y Y j F a F b M -=, j M = z r I ω-（式中，z I 为汽车绕通过质心C 垂直地面轴线的转动惯量，