汽车理论期末考试复习题和问题详解

五、计算题

1、已知某汽车的总质量m=3000kg，C D=0.75，A=3m2，旋转质量换算系数δ=1.06，坡度角α=5°，f=0.015，车轮半径r=0.367m，传动系机械效率η=0.85，加速度du/dt=0.25m/s2，u a=30km/h，计算汽车克服各种阻力所需要的发动机输出功率？(g=9.81m/s2)。

2、设一F.F驱动轿车轴距L=2.6m，质心高度h g=0.57m，其前轴负荷为总重的61.5%。确定其在?=0.2和?=0.7路面上所能达到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F W=0）。其它有关参数为：m=1600kg，C D=0.45，A=2m2，f=0.02，δ=1。

3、已知某车总质量为m=2000kg，L=4m（轴距），质心离前轴的距离为a=2.5m，离后轴的距离为b=1.5m，质心高度h g=0.6m，在坡度i=3.5%的良好路面上下坡时，求前后轴的轴荷分配系数（注：前轴荷分配系数m f1=F z1/F z，后轴为m f2=F z2/F z）。

4、设车身—车轮二自由度汽车模型，其车身部分固有频率f0=2Hz，行驶在波长λ=5m的水泥接缝路面上，求引起车身共振时的车速u。若该车车轮部分的固有频率f1=10Hz，在砂石路上常用的车速为30km/h，问由于车轮部分共振时，车轮对路面作用的动载所形成的搓板路波长λ=？

5、已知某型货车满载时有关参数如下：总质量m=9290kg，质心高度

h g=1.17m，轴距L=3.95m，质心到前轴距离a=2.95m，制动力分配系数β=0.38。

1)求前后轴利用附着系数表达式（制动强度z的函数），并求出同步附着系数；

2)求当行驶车速u=30km/h，在?=0.8的路面上车轮不抱死的制动距离。（计算时取制动系反应时间τ1=0.02s，制动持续时间τ2=0.2s，制动距离

max

2

2192.25)2(6.31a u u s +

+=ττ）

一、概念解释 １汽车使用性能

汽车应该有高运输生产率、低运输成本、安全可靠和舒适方便的工作条件。汽车为了适应这种工作条件，而发挥最大工作效益的能力叫做汽车的使用性能。汽车的主要使用性能通常有：汽车动力性、汽车燃料经济性能、汽车制动性、汽车操纵稳定性、汽车平顺性和汽车通过性能。

2 滚动阻力系数

滚动阻力系数可视为车轮在一定条件下滚动时所需的推力与车轮负荷之比，或单位汽车重力所需之推力。也就

是说，滚动阻力等于汽车滚动阻力系数与车轮负荷的乘积，即r T fW F f

f =

=。其中：f 是滚动阻力系数，f

F 是滚动阻力，W 是车轮负荷，r 是车轮滚动半径，

f

T 地面对车轮的滚动阻力偶矩。

3 驱动力与（车轮）制动力

汽车驱动力

t

F 是发动机曲轴输出转矩经离合器、变速器（包括分动器）、传动轴、主减速器、差速器、半

轴（及轮边减速器）传递至车轮作用于路面的力

F ，而由路面产生作用于车轮圆周上切向反作用力

t

F 。习惯

将t

F 称为汽车驱动力。如果忽略轮胎和地面的变形，则

r T F t

t =

，T g tq t i i T T η0=。式中，t T 为传输至驱动轮圆周的

转矩；r 为车轮半径；tq

T 为汽车发动机输出转矩；g i 为变速器传动比；0i

主减速器传动比；T η为汽车传动系机

械效率。

制动力习惯上是指汽车制动时地面作用于车轮上的与汽车行驶方向相反的地面切向反作用力b

F 。制动器制

动力

μ

F 等于为了克服制动器摩擦力矩而在轮胎轮缘作用的力

r

T F /μμ＝。式中：μT

是车轮制动器摩擦副的摩擦

力矩。从力矩平衡可得地面制动力b

F 为

?

μ≤F r T F b /＝。地面制动力

b

F 是使汽车减速的外力。它不但与制动器

制动力

μ

F 有关，而且还受地面附着力

?

F 的制约。

4 汽车驱动与附着条件

汽车动力性分析是从汽车最大发挥其驱动能力出发，要求汽车有足够的驱动力，以便汽车能够充分地加速、爬坡和实现最高车速。实际上，轮胎传递的轮缘切向力受到接触面的制约。当车轮驱动力

t

F 超过某值（附着力

?

F ）

时，车轮就会滑转。因此, 汽车的驱动－附着条件，即汽车行驶的约束条件（必要充分条件）为

?

F F F F F t w i f ≤≤++，其中附着力

z

F F ??=，式中，z F 接触面对车轮的法向反作用力；?为滑动附着系数。

轿车发动机的后备功率较大。当

?

F F t ≥时，车轮将发生滑转现象。驱动轮发生滑转时，车轮印迹将形成类似

制动拖滑的连续或间断的黑色胎印。

5 汽车动力性及评价指标

汽车动力性，是指在良好、平直的路面上行驶时，汽车由所受到的纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。汽车动力性的好坏通常以汽车加速性、最高车速及最大爬坡度等项目作为评价指标。动力性代表了汽车行驶可发挥的极限能力。

6 附着椭圆

汽车运动时，在轮胎上常同时作用有侧向力与切向力。一些试验结果曲线表明，一定侧偏角下，驱动力增加时，侧偏力逐渐有所减小，这是由于轮胎侧向弹性有所改变的关系。当驱动力相当大时，侧偏力显著下降，因为此时接近附着极限，切向力已耗去大部分附着力，而侧向能利用的附着力很少。作用有制动力时，侧偏力也有相似的变化。驱动力或制动力在不通侧偏角条件下的曲线包络线接近于椭圆，一般称为附着椭圆。它确定了在一定附着条件下切向力与侧偏力合力的极限值。 7 临界车速

当稳定性因素0

r －???

δω曲线向

上弯曲。K 值越小(即K 的绝对值越大)，过度转向量越大。当车速为

K u cr 1

－

=时，∞

→???

δ

ωr 。cr u 称为临界

车速，是表征过度转向量的一个参数。临界车速越低，过度转向量越大。过度转向汽车达到临界车速时将失去稳定性。因为δω/r 趋于无穷大时，只要极其微小的前轮转角便会产生极大的横摆角速度。这意味着汽车的转向半径R 极小，汽车发生激转而侧滑或翻车。 8 滑移（动）率

仔细观察汽车的制动过程，就会发现轮胎胎面在地面上的印迹从滚动到抱死是一个逐渐变化的过程。轮胎印迹的变化基本上可分为三个阶段：第一阶段，轮胎的印迹与轮胎的花纹基本一致，车轮近似为单纯滚动状态，车轮中心速度

w

u 与车轮角速度

w ω存在关系式w w r u ω≈；在第二阶段，花纹逐渐模糊，但是花纹仍可辨别。此

时，轮胎除了滚动之外，胎面和地面之间的滑动成份逐渐增加，车轮处于边滚边滑的状态。这时，车轮中心速度

w

u 与车轮角速度

w ω的关系为w w r u ω>，且随着制动强度的增加滑移成份越来越大，即w w r u ω>>；在第三

阶段，车轮被完全抱死而拖滑，轮胎在地面上形成粗黑的拖痕，此时

0=w ω。随着制动强度的增加，车轮的滚

动成份逐渐减少，滑动成份越来越多。一般用滑动率s 描述制动过程中轮胎滑移成份的多少，即

%100?-=

w

w

w u r u s ω滑动率s 的数值代表了车轮运动成份所占的比例，滑动率越大，滑动成份越多。一般将地

面制动力与地面法向反作用力z F （平直道路为垂直载荷）之比成为制动力系数b

?。

9 同步附着系数

两轴汽车的前、后制动器制动力的比值一般为固定的常数。通常用前制动器制动力对汽车总制动器制动力之比来表明分配比例，即制动器制动力分配系数β。它是前、后制动器制动力的实际分配线，简称为β线。β

线通过坐标原点，其斜率为

ββ

θ-=

1tg 。具有固定的β线与I 线的交点处的附着系数0?,被称为同步附着系数，

见下图。它表示具有固定β线的汽车只能在一种路面上实现前、后轮同时抱死。同步附着系数是由汽车结构参数决定的，它是反应汽车制动性能的一个参数。

同步附着系数说明，前后制动器制动力为固定比值的汽车，只能在一种路面上，即在同步附着系数的路面上才能保证前后轮同时抱死。[返回一] 10 制动距离

制动距离S 是指汽车以给定的初速

a u ，从踩到制动踏板至汽车停住所行驶的距离。

]

11 汽车动力因数

由汽车行驶方程式可导出

dt du

g dt du g i f dt du G m G F F G F F D f i w t δψδδ+

=++=++=-=)( 则D 被定义为汽车动力因数。以D 为纵坐标，汽车车速a

u 为横坐标绘制不同档位的

a

u D －的关系曲线图，即

汽车动力特性图。 12 汽车通过性几何参数

汽车通过性的几何参数是与防止间隙失效有关的汽车本身的几何参数。它们主要包括最小离地间隙、接近角、离去角、纵向通过角等。另外，汽车的最小转弯直径和轮差、转弯通道圆及车轮半径也是汽车通过性的重要轮廓参数。

13 汽车（转向特性）的稳态响应

在汽车等速直线行驶时，若急速转动转向盘至某一转角并维持此转角不变时，即给汽车转向盘一个角阶跃输入。一般汽车经短暂时间后便进入等速圆周行驶，这也是一种稳态，称为转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应。汽

I 曲线和β曲线

车等速圆周行驶，即汽车转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应，在实际行驶中不常出现，但却是表征汽车操纵稳定性的一个重要的时域响应，称为汽车稳态转向特性。汽车稳态转向特性分为不足转向、中性转向和过度转向三种类型。

14 汽车前或后轮（总）侧偏角

汽车行驶过程中，因路面侧向倾斜、侧向风或曲线行驶时离心力等的作用，车轮中心沿Y 轴方向将作用有侧向力

y

F ，在地面上产生相应的地面侧向反作用力Y F ，Y F 也称为侧偏力。轮胎的侧偏现象，是指当车轮有侧向弹

性时，即使Y F 没有达到附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平面的方向，即车轮行驶方向与车轮平面的夹角。

二、写出表达式、画图、计算，并简单说明（选择其中4道题，计２０分） 1 写出带结构和使用参数的汽车功率平衡方程式（注意符号及说明）。

()

)3600761403600sin 3600cos (11

3

dt du mu Au C Gu Gfu P P P P

P a a

D a a t j w i f

t

e δααηη+++=+++=

式中：

t

F －驱动力；

f

F －滚动阻力；

w

F －空气阻力；

i

F －坡道阻力；

j

F －加速阻力；

tq

T －发动机输出转矩；

i －主传动器传动比；k i －变速器k 档传动比；t η

－传动系机械效率；m －汽车总质量；g －重力加速度；f

－滚动阻力系数；α－坡度角；D C －空气阻力系数；A －汽车迎风面积；

a

u －汽车车速；δ－旋转质量换算

系数；dt du

－加速度。

2 写出ｎ档变速器ｍ档传动比表达式（注意符号及说明）。

,,,,,,,1,543242341441

413223451

1

g g i i i i i i i q q i q i q i q i i n g g g g g g g g g g ====?======则且若

3 画图并叙述地面制动力、制动器制动力、附着力三者之间的关系。 ① 当踏板力较小时，制动器间隙尚未消除，所以制动器制动力

=μF ,若忽略其它阻力，地面制动力

＝xb F ，当

?

F F xb ≤（

?

F 为地面附着力）时，

μ

F F xb =；

②当

?

F F xb =max 时

μ

F F xb =，且地面制动力xb

F 达到最大值max

xb F ,即

?

F F xb =m ax ；