1、第一章汽車的動力性1.1試說明輪胎滾動阻力的定義，產生機理和作用形式。答：車輪滾動時,由于車輪的彈性變形、路面變形和車轍摩擦等原因所產生的阻礙汽車行駛的力稱為輪胎滾動阻力。產生機理和作用形式：(1)彈性輪胎在硬路面上滾動時，輪胎的變形是主要的，由于輪胎有內部摩擦，產生彈性遲滯損失，使輪胎變形時對它做的功不能全部回收。由于彈性遲滯，地面對車輪的法向作用力并不是前后對稱的，這樣形成的合力并不沿車輪中心（向車輪前進方向偏移）。如果將法向反作用力平移至與通過車輪中心的垂線重合，則有一附加的滾動阻力偶矩。為克服該滾動阻力偶矩，需要在車輪中心加一推力與地面切向反作用力構成一力偶矩。（2）輪胎在松軟路面上滾

2、動時，由于車輪使地面變形下陷，在車輪前方實際形成了具有一定坡度的斜面，對車輪前進產生阻力。（3）輪胎在松軟地面滾動時，輪轍摩擦會引起附加阻力。（4）車輪行駛在不平路面上時，引起車身振蕩、減振器壓縮和伸長時做功，也是滾動阻力的作用形式。1.2滾動阻力系數與哪些因素有關？答：滾動阻力系數與路面的種類、行駛車速以及輪胎的構造、材料和氣壓有關。這些因素對滾動阻力系數的具體影響參考課本P9。1.3 確定一輕型貨車的動力性能（貨車可裝用4擋或5擋變速器，任選其中的一種進行整車性能計算）：1）繪制汽車驅動力與行駛阻力平衡圖。2）求汽車最高車速，最大爬坡度及克服該坡度時相應的附著率。3）繪制汽車行駛加速度倒數

3、曲線，用圖解積分法求汽車用2檔起步加速行駛至70km/h的車速時間曲線，或者用計算機求汽車用2檔起步加速行駛至70km/h的加速時間。輕型貨車的有關數據：汽油發動機使用外特性的Tq-n曲線的擬合公式為式中，Tq為發動機轉矩（Nm）;n為發動機轉速（r/min）。發動機的最低轉速nmin=600r/min,最高轉速nmax=4000r/min。裝載質量 2000kg整車整備質量 1800kg總質量 3880kg車輪半徑 0.367m傳動系機械效率 t=0.85滾動阻力系數 f=0.013空氣阻力系數×迎風面積 CDA=2.77m2主減速器傳動比 i0=5.83飛輪轉動慣量 If=0.2

4、18kgm2二前輪轉動慣量 Iw1=1.798kgm2四后輪轉動慣量 Iw2=3.598kgm2變速器傳動比 ig(數據如下表) 檔檔檔檔檔四檔變速器6.093.091.711.00-五檔變速器5.562.7691.6441.000.793軸距 L=3.2m質心至前軸距離（滿載） a=1.974m質心高（滿載） hg=0.9m分析：本題主要考察知識點為汽車驅動力行使阻力平衡圖的應用和附著率的計算、等效坡度的概念。只要對汽車行使方程理解正確，本題的編程和求解都不會有太大困難。常見錯誤是未將車速的單位進行換算。2）首先應明確道路的坡度的定義。求最大爬坡度時可以對行使方程進行適當簡化，可以簡化的內容

5、包括兩項和，簡化的前提是道路坡度角不大，當坡度角較大時簡化帶來的誤差會增大。計算時，要說明做了怎樣的簡化并對簡化的合理性進行評估。3）已知條件沒有說明汽車的驅動情況，可以分開討論然后判斷，也可以根據常識判斷輕型貨車的驅動情況。解：1）繪制汽車驅動力與行駛阻力平衡圖汽車驅動力Ft=行駛阻力Ff+FwFi+FjGf + +Gi+發動機轉速與汽車行駛速度之間的關系式為：由本題的已知條件,即可求得汽車驅動力和行駛阻力與車速的關系,編程即可得到汽車驅動力與行駛阻力平衡圖。2）求汽車最高車速，最大爬坡度及克服該坡度時相應的附著率由1）得驅動力與行駛阻力平衡圖，汽車的最高車速出現在5檔時汽車的驅動力曲線與行

6、駛阻力曲線的交點處，Uamax99.08m/s2。汽車的爬坡能力，指汽車在良好路面上克服后的余力全部用來（等速）克服坡度阻力時能爬上的坡度，此時，因此有，可得到汽車爬坡度與車速的關系式：；而汽車最大爬坡度為檔時的最大爬坡度。利用MATLAB計算可得，。如是前輪驅動，；相應的附著率為1.20，不合理，舍去。如是后輪驅動，；相應的附著率為0.50。3）繪制汽車行駛加速度倒數曲線，求加速時間求得各檔的汽車旋轉質量換算系數如下表所示：汽車旋轉質量換算系數檔檔檔檔檔1.38291.10271.04291.02241.0179利用MATLAB畫出汽車的行駛加速度圖和汽車的加速度倒數曲線圖：忽略原地起步時的

7、離合器打滑過程，假設在初時刻時，汽車已具有檔的最低車速。由于各檔加速度曲線不相交（如圖三所示），即各低檔位加速行駛至發動機轉速達到最到轉速時換入高檔位；并且忽略換檔過程所經歷的時間。結果用MATLAB畫出汽車加速時間曲線如圖五所示。如圖所示，汽車用檔起步加速行駛至70km/h的加速時間約為26.0s。第 21 頁1.4空車、滿載時汽車動力性有無變化？為什么？答：動力性會發生變化。因為滿載時汽車的質量會增大，重心的位置也會發生改變。質量增大，滾動阻力、坡度阻力和加速阻力都會增大，加速時間會增加，最高車速降低。重心位置的改變會影響車輪附著率，從而影響最大爬坡度。1.5如何選擇汽車發動機功率？答：發

8、動機功率的選擇常先從保證汽車預期的最高車速來初步確定。若給出了期望的最高車速，選擇的發動機功率應大體等于，但不小于以最高車速行駛時的行駛阻力功率之和，即。在實際工作中，還利用現有汽車統計數據初步估計汽車比功率來確定發動機應有功率。不少國家還對車輛應有的最小比功率作出規定，以保證路上行駛車輛的動力性不低于一定水平，防止某些性能差的車輛阻礙車流。1.6超車時該不該換入低一擋的排擋？答：超車時排擋的選擇，應該使車輛在最短的時間內加速到較高的車速，所以是否應該換入低一擋的排擋應該由汽車的加速度倒數曲線決定。如果在該車速時，汽車在此排檔的加速度倒數大于低排擋時的加速度倒數，則應該換入低一檔，否則不應換入

9、低一擋。1.7 統計數據表明，裝有0.52L排量發動機的轎車，若是前置發動機前輪驅動（F.F.）轎車，其平均的前軸負荷為汽車總重力的61.5；若是前置發動機后輪驅動(F.R.)轎車，其平均的前軸負荷為汽車總重力的55.7。設一轎車的軸距L=2.6m，質心高度h=0.57m。試比較采用F.F及F.R.形式時的附著力利用情況，分析時其前軸負荷率取相應形式的平均值。確定上述F.F轎車在0.2及0.7路面上的附著力，并求由附著力所決定的極限最高車速與極限最大爬坡度及極限最大加速度（在求最大爬坡度和最大加速度時可設Fw=0）。其它有關參數為：m=1600kg,CD=0.45,A=2.00m2,f=0.0

10、2,1.00。分析：分析本題的核心在于考察汽車的附著力、地面法向反作用力和作用在驅動輪上的地面切向反作用力的理解和應用。應熟知公式（1-13）（1-16）的意義和推導過程。分析1）比較附著力利用情況，即比較汽車前（F.F）、后輪(F.R.)地面切向反作用力與地面作用于前（F.F）、后輪(F.R.)的法向反作用力的比值。解題時應注意，地面法向發作用力包括靜態軸荷、動態分量、空氣升力和滾動阻力偶矩產生的部分，如若進行簡化要對簡化的合理性給予說明。地面作用于車輪的地面切向反作用力則包括滾動阻力和空氣阻力的反作用力。2）求極限最高車速的解題思路有兩個。一是根據地面作用于驅動輪的地面切向反作用力的表達式

11、（115），由附著系數得到最大附著力，滾動阻力已知，即可求得最高車速時的空氣阻力和最高車速。二是利用高速行駛時驅動輪附著率的表達式，令附著率為附著系數，帶入已知項，即可求得最高車速。常見錯誤：地面切向反作用力的計算中滾動阻力的計算錯誤，把后輪的滾動阻力錯計為前輪或整個的滾動阻力。3）最極限最大爬坡度時依然要明確道路坡度的定義和計算中的簡化問題，具體見1.3題的分析。但經過公式推導本題可以不經簡化而方便得求得準確最大爬坡度。解：1. 比較采用F.F及F.R.形式時的附著力利用情況i> 對于前置發動機前輪驅動（F.F.）式轎車， 空氣升力，由m=1600kg，平均的前軸負荷為汽車總重力的61

12、.5，靜態軸荷的法向反作用力Fzs1 = 0.615X1600X9.8 = 9643.2N ，汽車前輪法向反作用力的簡化形式為：Fz1= Fzs1-Fzw19643.2地面作用于前輪的切向反作用力為：Fx1 = Ff2+Fw = + 120.7附著力利用情況： ii> 對于前置發動機后輪驅動（F.R.）式轎車同理可得：一般地，CLr與 CLf相差不大，且空氣升力的值遠小于靜態軸荷的法向反作用力，以此可得，前置發動機前輪驅動有著更多的儲備驅動力。結論： 本例中，前置發動機前輪驅動（F.F）式的轎車附著力利用率高。2對F.F.式轎車進行動力性分析1) 附著系數時i> 求極限最高車速:忽

13、略空氣升力對前輪法向反作用力的影響，Fz19643.2 N。最大附著力。令加速度和坡度均為零，則由書中式（115）有： ，則= 1928.6-0.02X0.385X1600X9.8= 1807.9 N， 又由此可推出其極限最高車速：= 206.1 km/h。ii> 求極限最大爬坡度:計算最大爬坡度時加速度為零，忽略空氣阻力。前輪的地面反作用力最大附著力由書中式（115），有 以上三式聯立得：0.095。iii> 求極限最大加速度： 令坡度阻力和空氣阻力均為0，Fz19643.2 N1928.6N由書中式（115） 解得1.13。2) 當附著系數0.7時，同理可得：最高車速：= 39

14、4.7 km/h。最大爬坡度：。最大加速度：4.14方法二：忽略空氣阻力與滾動阻力，有：，最大爬坡度，最大加速度所以時，。時，1.8 一轎車的有關參數如下：總質量1600kg；質心位置：a=1450mm,b=1250mm,hg=630mm；發動機最大扭矩Memax=140Nm2，檔傳動比i1=3.85；主減速器傳動比i0=4.08； 傳動效率m=0.9；車輪半徑r=300mm；飛輪轉動慣量If=0.25kg·m2；全部車輪慣量Iw=4.5kg·m2(其中后輪Iw=2.25 kg·m2,前輪的Iw=2.25 kg·m2)。若該轎車為前輪驅動，問：當地面附著

15、系數為0.6時，在加速過程中發動機扭矩能否充分發揮而產生應有的最大加速度？應如何調整重心在前后方向的位置（b位置），才可以保證獲得應有的最大加速度。若令為前軸負荷率，求原車得質心位置改變后，該車的前軸負荷率。分析：本題的解題思路為比較由發動機扭矩決定的最大加速度和附著系數決定的最大加速度的大小關系。如果前者大于后者，則發動機扭矩將不能充分發揮而產生應有的加速度。解：忽略滾動阻力和空氣阻力，若發動機能夠充分發揮其扭矩則；6597.4 N；=1.42；解得。前輪驅動汽車的附著率；等效坡度。則有，C10.754>0.6,所以該車在加速過程中不能產生應有的最大加速度。為在題給條件下產生應有的最大

16、加速度，令C10.6，代入q=0.297，hg=0.63m，L=2.7m，解得b1524mm，則前軸負荷率應變為 b/L= 0.564，即可保證獲得應有的最大加速度。1.9一輛后軸驅動汽車的總質量2152kg,前軸負荷52，后軸負荷48，主傳動比i0=4.55，變速器傳動比：一擋：3.79，二檔：2.17，三檔：1.41，四檔：1.00，五檔：0.86。質心高度hg0.57m，CDA=1.5m2，軸距L=2.300m，飛輪轉動慣量If=0.22kg·m2，四個車輪總的轉動慣量Iw=3.6kg·m2，車輪半徑r0.367m。該車在附著系數的路面上低速滑行曲線和直接檔加速曲線如

17、習題圖1所示。圖上給出了滑行數據的擬合直線v=19.76-0.59T，v的單位km/h，T的單位為s，直接檔最大加速度amax0.75m/s2（ua50km/h）。設各檔傳動效率均為0.90，求：1） 汽車在該路面上的滾動阻力系數。2） 求直接檔的最大動力因數。3） 在此路面上該車的最大爬坡度。解：1）求滾動阻力系數汽車在路面上滑行時，驅動力為0，飛輪空轉，質量系數中該項為0。行駛方程退化為：，減速度：。根據滑行數據的擬合直線可得：。解得：。2）求直接檔最大動力因數直接檔：。動力因數：。最大動力因數：。3）在此路面上該車的最大爬坡度由動力因數的定義，直接檔的最大驅動力為：最大爬坡度是指一擋時的

18、最大爬坡度：以上兩式聯立得：由地面附著條件，汽車可能通過的最大坡度為：所以該車的最大爬坡度為0.338。第二章汽車的燃油經濟性2.1“車開得慢，油門踩得小，就一定省油”，或者“只要發動機省油，汽車就一定省油”這兩種說法對不對？答：不對。由汽車百公里等速耗油量圖，汽車一般在接近低速的中等車速時燃油消耗量最低，并不是在車速越低越省油。由汽車等速百公里油耗算式（2-1）知，汽車油耗量不僅與發動機燃油消耗率有關，而且還與發動機功率以及車速有關，發動機省油時汽車不一定就省油。2.2試述無級變速器與汽車動力性、燃油經濟性的關系。答：為了最大限度提高汽車的動力性，要求無級變速器的傳動比似的發動機在任何車速下

19、都能發出最大功率。為了提高汽車的燃油經濟性，應該根據“最小燃油消耗特性”曲線確定無級變速器的調節特性。二者的要求是不一致的，一般地，無級變速器的工作模式應該在加速階段具有良好的動力性，在正常行駛狀態具有較好的經濟性。2.3用發動機的“最小燃油消耗特性”和克服行駛阻力應提供的功率曲線，確定保證發動機在最經濟狀況下工作的“無級變速器調節特性”。答：由發動機在各種轉速下的負荷特性曲線的包絡線即為發動機提供一定功率時的最低燃油消耗率曲線，如課本圖2-9a。利用此圖可以找出發動機提供一定功率時的最經濟狀況（轉速與負荷）。把各功率下最經濟狀況運轉的轉速與負荷率表明在外特性曲線上，便得到“最小燃油消耗特性”

20、。無級變速器的傳動比i'與發動機轉速n及汽車行駛速度之間關系（），便可確定無級變速器的調節特性，具體方法參見課本P47。2.4如何從改進汽車底盤設計方面來提高燃油經濟性？答：汽車底盤設計應該從合理匹配傳動系傳動比、縮減尺寸和減輕質量來提高燃油經濟性。2.5為什么汽車發動機與傳動系統匹配不好會影響汽車燃油經濟性與動力性？試舉例說明。答：在一定道路條件下和車速下，雖然發動機發出的功率相同，但傳動比大時，后備功率越大，加速和爬坡能力越強，但發動機負荷率越低，燃油消耗率越高，百公里燃油消耗量就越大，傳動比小時則相反。所以傳動系統的設計應該綜合考慮動力性和經濟性因素。如最小傳動比的選擇，根據汽車

21、功率平衡圖可得到最高車速umax(驅動力曲線與行駛阻力曲線的交點處車速)，發動機達到最大功率時的車速為up。當主傳動比較小時，up>umax，汽車后備功率小，動力性差，燃油經濟性好。當主傳動比較大時，則相反。最小傳動比的選擇則應使up與umax相近，不可為追求單純的的動力性或經濟性而降低另一方面的性能。2.6試分析超速檔對汽車動力性和燃油經濟性的影響。答：汽車在超速檔行駛時，發動機負荷率高，燃油經濟性好。但此時，汽車后備功率小，所以需要設計合適的次一擋傳動比保證汽車的動力性需要。2.7已知貨車裝用汽油發動機的負荷特性與萬有特性。負荷特性曲線的擬合公式為：其中，b為燃油消耗率g/(kWh)

22、；Pe為發動機凈功率（kW）；擬合式中的系數隨轉速n變化。怠速油耗（怠速轉速400r/min）。計算與繪制題1.3中貨車的1）汽車功率平衡圖。2）最高檔與次高檔的等速百公里油耗曲線3）利用計算機求貨車按JB3352-83規定的六工況循環行駛的百公里油耗。計算中確定燃油消耗值b時，若發動機轉速與負荷特性中給定的轉速不相等，可由相鄰轉速的兩根曲線用插值法求得。注意：發動機凈功率和外特性功率的概念不同。發動機外特性功率是發動機節氣門全開時的功率，計算公式為，在某一轉速下，外特性功率是唯一確定的。發動機凈功率則表示發動機的實際發出功率，可以根據汽車行駛時的功率平衡求得，和轉速沒有一一對應關系。解：（1

23、）汽車功率平衡圖發動機功率在各檔下的功率、汽車經常遇到的阻力功率對車速的關系曲線即為汽車功率平衡圖，其中：為發動機轉矩（單位為）編程計算，汽車的功率平衡圖為：2）最高檔和次高檔的等速百公里油耗曲線先確定最高檔和次高檔的發動機轉速的范圍，然后利用，求出對應檔位的車速。由于汽車是等速行駛，因此發動機發出的功率應該與汽車受到的阻力功率折合到曲軸上的功率相等，即。然后根據不同的和，用題中給出的擬合公式求出對應工況的燃油消耗率。先利用表中的數據，使用插值法，求出每個值所對應的擬合式系數：。在這里為了保證曲線的光滑性，使用了三次樣條插值。利用求得的各個車速對應下的功率求出對應的耗油量燃油消耗率。利用公式：

24、，即可求出對應的車速的百公里油耗（）。實際繪出的最高檔與次高檔的等速百公里油耗曲線如下：從圖上可以明顯看出，第三檔的油耗比在同一車速下，四檔的油耗高得多。這是因為在同一車速等速行駛下，汽車所受到的阻力基本相等，因此基本相等，但是在同一車速下，三檔的負荷率要比四檔小。這就導致了四檔的油耗較小。但是上圖存在一個問題，就是在兩頭百公里油耗的變化比較奇怪。這是由于插值點的范圍比節點的范圍要來得大，于是在轉速超出了數據給出的范圍的部分，插值的結果是不可信的。但是這對處在中部的插值結果影響不大。而且在完成后面部分的時候發現，其實只需使用到中間的部分即可。（3）按JB3352-83規定的六工況循環行駛的百公

25、里油耗。從功率平衡圖上面可以發現，III檔與IV檔可以滿足六工況測試的速度范圍要求。分為III檔和IV檔進行計算。先求勻速行駛部分的油耗先使用，求出在各個速度下，發動機所應該提供的功率。然后利用插值法求出，三個勻速行駛速度對應的燃油消耗率。由求出三段勻速行駛部分的燃油消耗量（mL）。計算的結果如下：勻速行駛階段：第一段第二段第三段勻速行駛速度/254050持續距離/50250250發動機功率4.70739.200813.4170燃油消耗率三檔678.3233563.0756581.3972四檔492.3757426.5637372.6138燃油消耗量三檔8.868144.964454.2024

26、四檔6.437134.063234.7380再求勻加速階段：對于每個區段，以為區間對速度區段劃分。對應每一個車速，都可以求出對應的發動機功率：。此時，車速與功率的關系已經發生改變，因此應該要重新對燃油消耗率的擬合公式中的系數進行插值。插值求出對應的各個車速的燃油消耗率，進而用求出每個速度對應的燃油消耗率。每小段的加速時間：。每一個小區間的燃油消耗量：。對每個區間的燃油消耗量求和就可以得出加速過程的燃油消耗量。計算結果如下：加速階段第一段第二段最大速度4050最小速度：2540加速度0.25（注：書中的數據有誤）0.20燃油消耗量三檔38.370544.2181四檔30.100138.4012勻

27、減速階段：對于勻減速階段，發動機處在怠速工況。怠速燃油消耗率是一定值。只要知道勻減速階段的時間，就可以求出耗油量：。根據以上的計算，可以求出該汽車分別在三檔和四檔的六工況耗油量：三檔：四檔：一、關于插值方法的討論：在完成本題的第二個小問題，即求等速百公里油耗曲線的時候，處理題中所給的擬合函數的時候有兩種處理方法：一是先使用已經給出的節點數據，使用插值方法，得出轉速插值點的對應燃油消耗率。然后再進而求出對應車速的等速燃油消耗量。在這里的處理方法就是這種。從得到的等速百公里油耗曲線上可以發現，曲線有比較多的曲折。估計這是使用三次樣條插值方法得到的結果。因為三次樣條插值具有很好的光滑性。如果改用線形內插法的話，得到的曲線雖然不光滑，但是能夠體現一個大體的趨勢。經比較發現，使用三次樣條插值得到的曲線中部與線形內插得到的曲線十分相似。但是使用線形內插的最大問題在于，對于超出節點兩頭的地方無法插值。在處理的時候，如果把頭尾的轉速去掉，即只考慮n從815rpm到3804rpm的時候。在完成全部的計算任務之后，得到的三、四檔的六工況百公里油耗如下：三檔：18.4090L （與使用三次樣條插值得到的結果相比，誤差為：0.77%）四檔：14.0362L（與使用三次樣條插值得到的結果相比，誤差為：0.92%）因此，兩種方法得到的結果十分相近。這種對系數進行插值的方