汽车系统动力思考题及答案1-10章樊鸣晓赵建军丁鑫

第一章：绪论1.汽车动力学概念包含哪几个方面因素包含驾驶员-车辆-封闭环境调节环路的总特性。2.汽车动力学评判原则和方法是什么评判原则：对汽车行驶特性的评判正常按以下要求进行：1）.汽车必须容易控制（不能对驾驶员要求过高） 。2）.汽车在外界干扰作用下的反应不能引起驾驶员的惊慌。3）.汽车必须使驾驶员能够清楚地识别出行驶极限。评判方法：1）.在实际中以试验工程师的主观评价为主，即以试车结果为主。2）.在研究开发中，通过模拟计算分析、以及测试手段对行驶性能进行设计评价。第二章：轮胎力学1.画图说明轮胎力学研究中采用的四个域之间的关系。2.在低速情况下，速度对轮胎力学特性的影响是否起主要作用。在速度不特别高时，轮胎的非稳态特性是路径频率和车轮滚动距离的函数，而与速度近似无关。3.为什么在低速情况下，主要在空间域和空间频率域研究 Fy、Mz？在速度不特别高时，轮胎的非稳态特性是路径频率和车轮滚动距离的函数，而与速度近似无关。这为研究轮胎的非稳态特性提供了有利条件。所以对于轮胎的非稳态特性，一般都是在空间域和空间频率域内来研究。4.车轮的滑移率是如何定义的？轮胎轨迹与轮胎质心速度差值和轮胎轨迹（驱动）或轮胎质心速度（制动）比值。5.画图说明 xSx 之间的关系，并指出稳定区域和非稳定区域，为什么？x 为纵向力和垂直力的比值。稳定域 0A 随着滑移率增大，纵向附着系数也随之增大，纵向力也在增大，一直处于稳定状态。A 点 x 达到最大。x=p。随后随 Sx 增加， 出现下滑趋势。在 AB 段，一直是不稳定状态。在这一区域内，纵向力不能控制在一个稳定区域，微小的纵向力变化会导致 Sx 大幅变化。到达 B 点时，Sx=100%。这个点上属于稳定状态。x=s。6.画图说明 ySx 之间的关系。侧向附着系数随 Sx 增大不断下降。当 Sx=100%时， y 也变得非常小。7.在 Fx 一定的情况下，利用摩擦圆的概念推导 aymax=? x=?= = = =a Fx2+Fymax2=(G)2 =Fymax= =()22= 1()2同理：= 1()2所以 aymax= g* y = g 1()28.对轮胎动力学要求是什么？1.）垂向支承整车重量，缓和路面不平度对车辆的影响。2.）纵向为驱动和制动提供附着力，减少滚动阻力。3.）侧向提供充分的侧向附着力。9.什么是轮胎侧偏特性？侧偏现象？两者有何区别？侧偏特性： 主要是指轮胎在侧偏条件下的侧向力和回正力矩特性，它是汽车操纵动力学研究中最重要的环节之一。侧偏现象：当车辆有侧向弹性时，即使 Fy 没有达到侧向附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平面的方向。10.轮胎六分力士什么？正地面切向，侧向，法向力 Fx，Fy，Fz 和正反转力矩 Tx，正 Ty 和正回正力矩 Tz。11.为什么前轮抱死会失去转向能力？前轮抱死滑移率 100%，此时侧向附着系数达到最低值，因此失去转向能力。12Fz 对 Ky 有影响吗？变化规律什么？在大侧偏角下有影响。根据无量纲侧滑率公式，Fz 和 Ky 成正比。=13推导小侧偏角条件下轮胎侧偏性理论模型。第三章 空气动力学1. 气动力的六分力是什么气动力可分解为：气动阻力、气动升力、侧向力如果把气动力的三个分力转换到汽车的质心上，则会产生三个力矩：俯仰力矩、侧倾力矩（翻滚力矩） 、横摆力矩（偏航力矩） 。2. 讨论风压中心与质心位置之间的关系对汽车稳定性有何影响？若风压中心在质心之前，在侧风作用下，汽车将顺风偏转，结果使流入角增大，侧向力及横摆力矩增大，导致稳定性变坏。若风压中心在质心之后，在侧风作用下，汽车逆风偏转，使侧向力及横摆力矩减小，有利于行驶稳定性。若风压中心与质心重合，则汽车在侧向力作用下侧移，但能保持行驶方向。3. 侧风敏感性影响因素有哪些？并分析如何变化？有侧风作用时，为了使汽车仍然保持直线行驶，驾驶员必须调整的转向角值。这个调整值越低，则这辆汽车的侧风敏感性越低。=2 (+)()+由公式可见，如果系数 Kw 小，前轴的合成侧偏刚度（轮胎+转向系+悬架）C v 大，则转向角小。4. 升力及俯仰力矩对汽车稳定性有何影响。5. 升力及俯仰力矩对汽车动力性有何影响。6. 空气阻力的构成是什么？1) 形状阻力它又称表面压差阻力，是由汽车前部的正压力和车身后部的负压力的压力差而产生的。它占气动阻力的 60左右，是气动阻力的主要部分。汽车车身各个表面的形状及其交接处的转折方式是影响形状阻力的主要因素。2) 诱导阻力它是气动升力所产生的纵向水平分力，一般约占气动阻力的 57。要减小诱导阻力，就应设法减小升力。3) 干扰阻力它又称附件阻力，是由暴露在汽车外部的各种附件引起气流相互干扰而形成的阻力。这些附件包括后视镜、门把手、雨刷、流水槽、前牌照、照明灯、前保险杠以及天线和装饰物等。它约占气动阻力的 15左右。4) 内部阻力它又称内循环阻力，是由冷却发动机等的气流和车内通风气流而形成的阻力，约占气动阻力的 1013。5) 摩擦阻力它是由于空气的粘滞性在车身表面所产生的摩擦力，其数值取决于车身表面的面积和光滑程度，约占气动阻力的 9左右。7. 空气阻力对动力性哪几个参数有影响？最高车速，汽车加速性能以及燃油消耗量。8. 空气动力学主要研究内容包括哪几个方面？1) 汽车行驶中的气动力和力矩的研究。主要研究怎样使汽车具有较小的气动阻力以减少油耗；怎样使汽车具有较小的升力、侧向力和横摆力矩，以保证良好的操纵稳定性。2) 汽车表面及周围的流谱和局部流场的研究，以分析作用在汽车上的气动机理。汽车表面及周围的流谱和局部流场的研究，以分析作用在汽车上的气动机理。同时，有利于改善汽车表面雨水流的路径，减小表面尘土堆积。风噪声和面板颤振。3) 发动机和制动装置的空气冷却问题的研究。目的是为了减小冷却通路和散热器的内部空气阻力，提高冷却效果。9. 什么是汽车空气动力学？汽车在路面上行驶时，除受到路面作用力外，还受到周围气流对它作用的各种力和力矩，研究这些力的特性及其对汽车性能所产生的影响的学科称为汽车空气动力学。10.建立侧风作用下的二自由度模型。1+2=12=第四章 载荷变换反应1. 载荷变换反应主要有哪三个方面的影响因素？1).轮胎影响包括了车轮载荷变化和纵向力变化对可传递的侧向力的影响2).运动学影响是由于弹簧压缩和伸张时外倾角和前束的变化引起的3).弹性运动学影响是指由于轴悬架橡胶支承的弹性引起的车轮转角变化，实质上它是因驱动轮上的纵向力变化引起的。2. 载荷变换中轮胎影响因素主要包括哪几个方面？A：垂直载荷变化的影响B：几个车轮定位参数会发生变化？为什么？C：轮胎接地面的影响4. 前驱和后驱其载荷变换反应相同吗？为什么？不同。后轴驱动时，对称作用在汽车纵向轴上的后轴驱动力产生不足转向效应。驱动力变为制动力后，由于这一力矩变向出现了过多转向效应，故在松开加速踏板后加剧了汽车的转动。前轴驱动时合成的驱动力矢量(它作用在车轮偏转的方向上) 对汽车质心有一力臂，在驱动过程中产生一过多转向的横摆力矩，如力方向变换，立即出现不足转向的横摆力矩，而它很快通过车轮载荷影响得到补偿。5. 载荷变换反应后果是什么？方向盘固定不变时，载荷变换反应有以下结果：1）汽车向弯道内侧转动。2）轨迹改变量与载荷变换前的侧向加速度有关。第五章 制动动力学1.弯道制动时，纵向附着能力如何变化？为什么？会变小。由于同时出现侧向力，因此所传递的制动力比直线行驶时小。2.弯道制动时，同步附着系数是否会发生变化？如何变化？为什么？会变小。弯道时 I 曲线下移， 线不变，因此他们的交点即同步附着系数变小。3.弯道制动时，轮胎的回正力矩如何变化？为什么？变小。转弯时，由于印迹向曲线中心变形，制动力不是作用在车轮的对称面，而是移至变形后的印迹中心。这样便产生了转入弯道的附加力矩，使在前轴上的轮胎回正力矩减小。4.弯道制动时，I 曲线是否会发生变化？如何变化？为什么？I 曲线会下移。由于弯道 Fx 降低导致。5.如果发动机参与制动，会造成什么线发生变化？如何变化？为什么？会导致 线变化。 。发动机制动会引起 和 的变化。其影响随速度的增加=12 12而增加。6.在什么情况下要利用发动机的制动力矩，在什么情况下不能利用发动机的制动力矩？为什么？前驱全部都能利用。后驱车空载时候不利用，满载时候利用。在前轮驱动时，汽车较稳定。在这种情况下，如果没有踩开离合器，汽车趋向前轴过制动。后驱空载时如果制动时不脱开离合器，则发动机制动力矩将改变设置的制动力分配曲线。在后轮驱动时，后轴的制动力提高。这样汽车将处于不稳定状态。后驱满载时发动机帮助制动而无损于稳定性。7.空载，高速，后驱汽车制动时是否要脱开离合器？为什么？满载？为了不至于危及稳定性，对后轮驱动的汽车，在空载时从较高的车速开始制动，要脱开离合器。如果制动时不脱开离合器，则发动机制动力矩将改变设置的制动力分配曲线。在后轮驱动时，后轴的制动力提高。这样汽车将处于不稳定状态。相反在满载制动时离合器如处于接合状态，发动机帮助制动而无损于稳定性。8. 线为直线或折线两种不同情况时， 的变化规律相同吗？ 不一样。如果 线为折线，在过转换点后， 下降的很厉害。9.弯道制动时，a y 的大小对 I 曲线变化有何影响？为什么？ay 越大，I 曲线向下移动越厉害。横向加速度会造成 Fx 降低。横向加速度越大，纵向附着力越低。I 曲线同时下移。10.单轴挂车制动，牵引车轴荷如何变化？与不带挂车情况相同吗？为什么？单轴挂车一般前轴荷下降，后轴荷上升，从而影响了车轴制动的抱死情况，牵引车前轮先抱死，然后是挂车轮轴抱死，最后是牵引车后轮抱死。与不带挂车情况不同。主要是挂车影响了轴荷分配。第六章 驱动动力学1.什么是附着率？附着率：汽车在直线行驶状况下，充分发挥驱动力作用时要求的最低附着系数。不同的直线行使工况，要求的最低附着系数是不一样的。在较低行使车速下，用低速档加速或上坡行使，驱动轮发出的驱动力大，要求的附着系数大。此外，在水平路段上以极高车速行使时，要求的附着系数也大。2.什么是等效坡度？等效坡度：反映了汽车爬坡和加速能力的综合极限3.全轮驱动的优缺点是什么？为什么？全轮驱动优点：加速与爬坡能力大大超过单轴驱动汽车，在附着系数较小的路面上，优势更明显。原因：驱动力分配在两根轴上，在驱动力大小一定时，车轮可传递较大的侧向力，没有一个车轮超过附着极限。全轮驱动缺点：驾驶员总是很晚才能察觉汽车已逼近行驶动态极限。原因：它不能象单轴驱动那样通过不足转向或过多转向的增大来告知驾驶员。四轮均传递驱动力，只有很少的侧向力储备使汽车保持稳定。4.在理想条件下，对于全轮驱动汽车，路面附着系数与等效坡度是什么关系？写出推导过程。在理想条件下，对于全轮驱动汽车，路面附着系数与等效坡度相等。 =如果前、后驱动力的分配可以根据运动状况自动调节，而使前、后驱动力同时达到附着力的极限值，则全部附着力均可转化为驱动力，这时：cos=(sin+)=(sin+)cos =tan+ .cos而=tan+ .cos=5.对于全驱汽车，若前轮附着率大于后轮附着率，在一定附着系数路面上，哪个轮先打滑？为什么？前轮先打滑。原因：轴上所能传递的力矩和轴荷有关，如果某轴先达到滑转极限，则在附着系数 为常数时由瞬时轴荷分配决定。前驱动轮附着率较大，即一定等效坡度条件下，前驱动轮要求更大的地面附着系数，则在一定附着系数路面上行使时，前驱动轮的驱动力将先达到地面附着力而滑转。6.为什么全驱汽车加速爬坡能力远远大于单轴驱动汽车？驱动力分配在两根轴上，在驱动力大小一定时，车轮可传递较大的侧向力，没有一个车轮超过附着极限。7.为什么全驱汽车驾驶员很晚才能察觉逼近行驶极限？它不能象单轴驱动那样通过不足转向或过多转向的增大明显告知驾驶员。因为四轮均传递驱动力，当在平坦弯道上达到很高的速度以及后轴分配力矩较多时，只有很少的侧向力储备使汽车保持稳定。8.驱动轮与非驱动轮的侧向力有何不同？为什么？驱动轮所能传递的侧向力小于非驱动轮。原因：驱动轮的纵向力大于非驱动轮的纵向力，由库伦摩擦圆理论得知：纵向力作用下，侧向力与回正力矩的特性将发生变化，纵向力可降低侧向的有效附着系数，如果纵向力达到最大附着力时，侧向力已降到零。9.分析“汉兰达坡”事件。= /1+/由于出现爬坡失败的车辆为前驱车辆，所以当前轮发生打滑后，整车的驱动力不在发生变化，当路面的附着系数 变小的时候， 也在变小，所以会出现汉兰达坡事件。 第七章 转向动力学1.后轮转向汽车的缺点是什么？A：稳定性差B：转向后轮的回正力矩是负的，即转向没有回正作用，转向角自行加大C：在某些情况下需要较大的转向空间2.与前轮转向相比，全轮转向有哪些优点？全轮转向比前轮转向能显著缩短通过的行驶时间，通过后轮的同向转向可在转向开始后迅速建立起一个大的横向加速度，从而在较低的横摆速度下产生更快的横向偏移。由于横摆转动较弱，较容易使汽车稳定。3.全轮转向（同向，反向） ，汽车的虚轴距和阿克曼转角如何变化？同向虚轴距伸长，反向虚轴据缩短。同向阿克曼转角增大，反向阿克曼转角变小。4.全轮转向的优点是什么？全轮转向能改善非稳态转向时的行驶特性，其优点如下： 提高中、高速时的行驶稳定性：不足转向趋于增大 改善低速区的机动性：便于停车场停车5.为什么后轮转向汽车稳定性差？汽车稳定性条件为：后轮转向时，由于转向弹性使合成的后轴侧偏差刚度比非转向前轴的侧偏刚度小得多，故这一条件几乎不可能满足。后轮转向的轿车是过多转向，它只在临界行驶速度前是稳定的，超出该速度后就不稳定了。6.为什么全轮转向汽车在低速时要反向转向，中高速要同向转向？画图说明。同向转向能起到延长轴距的作用，即汽车变得不易转弯。在反向转向中相当于轴距缩短了，汽车显得易于转弯。7.全轮转向汽车在什么情况下同向转向，什么情况下反向转向？低速时和大转向角时反向转向。其余同向转向。8.后轮转向汽车是否有回正力矩？转向的后轮的回正力矩是负的，这就是说，转向没有回正作用，转向角自行加大。9.为什么不存在单纯后轮转向汽车？A：稳定性差。后轮转向车转向是过多转向，他只在临界行驶速度前是稳定的，超出临界行驶速度就不稳定了。B：转向后轮的回正力矩是负的，即转向没有回正作用，转向角自行加大。C：在某些情况下需要较大的转向空间。10.在某些工程机械上采用后轮转向，其行驶速度是否受限？为什么？速度必须受限。后轮转向车转向是过多转向，他只在临界行驶速度前是稳定的，超出临界行驶速度就不稳定了。第八章 挂车稳定性1.挂车对车辆行驶特性的影响主要表现在哪三个方面？摇摆稳定性，侧风敏感性和制动稳定性。2.支撑载荷 LD， Lk，横摆力矩对临界速度如何影响？支撑载荷越大，临界速度越大。牵引杆长度 LD 增加，临界速度增大。铰接点外伸 Lk 减小，临界速度增大。3.有挂车制动，牵引车轴荷如何变化？挂车影响了轴荷分配，一般前轴荷下降，后轴荷上升，从而影响了车轴的抱死情况。4.有挂车与无挂车，在侧风作用下， 的变化规律是什么？当驶入有风区时，横摆速度增加，起振到一近似恒定的值；驶出风区时下降，又回到零点。在轿车一列车上，当有风干扰时，先是被风甩出，之后短时间便转入风中；驶出风区时则该过程以相反方向重复。转入风中是由作用在挂车上的风力引起的，它一部分经挂车轴支承在路面上和部分经牵引杆支承在挂车联接器上。减小铰点外伸可改善性能。第九章 汽车振动学1. 根据振动系统的输入来分类，有哪些类型的振动？1) 自由振动：系统受初始干扰后，在没有外界激励作用时所产生的振动2) 强迫振动：系统在外界激振作用下产生的振动3) 自激振动：系统在输入和输出之间具有反馈特性，并有能源补充时产生的振动4) 参数振动：通过周期地或随机地改变系统的特性参数而实现的振动2. 如何将汽车简化成七自由度，4 自由度模型？1） 将汽车简化成七自由度；这一立体模型的车身质量主要考虑垂直、俯仰、侧倾 3 个自由度，4 个车轮质量有 4 个垂直自由度，共 7 个自由度2） 将汽车简化成 4 自由度；当汽车对称于其纵轴线且左、右车辙的不平度函数 x(I)=y(I)，此时汽车车身只有垂直振动z 和俯仰振动3. =1 会出现什么情况当 =1 时，r=0，此时运动失去振荡特征。4. 建立单质量系统自由振动方程单质量模型如下单质量系统自由振动方程如下：5. 画出双轴汽车振动受力图1） 讨论两组坐标系之间的关系坐标系 Z2f，Z2r 与 Zc， 有以下关系：Z2f = Zc a tan Zc a Z2r = Zc