汽车运用工程试题

精品文档 1欢迎下载1欢迎下载 汽车运用工程汽车运用工程 1 1 一 概念解释一 概念解释 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 fWF 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 0 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 Tgtqt iiTT 0 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 0 i 主减速器传动比 T 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 F 等于为了克服制动器摩擦力矩而在轮胎轮缘作用的力 rTF 式中 T 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 FrTFb 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 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 FFFFF twif 其中附着力 z FF 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 FFt 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 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载 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 K 时 横摆角速度增益 0 K r 比中性转向时 0 K r 的大 随着车速的增加 u S r 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 ucr 1 时 r 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 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 存在关系式 ww ru 在第二阶段 内 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 的关系为 ww ru 且随着制动强度的增加滑移成份越来越大 即 ww ru 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 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 ww u ru s 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 它是前 后制动器制动力的实 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载 际分配线 简称为 线 线通过坐标原点 其斜率为 1 tg 具有固定的 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 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 10 制动距离 制动距离 S 是指汽车以给定的初速 0a 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 gdt du g if dt du G m G FF G FF D fi wt 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 uD 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内轮差 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 I 曲线和 曲线 精品文档 4欢迎下载4欢迎下载 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 并简单说明二 写出表达式 画图 计算 并简单说明 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 3600761403600 sin 3600 cos 1 1 3 dt dumuAuCGuGfu PPPPP aaDaa t jwif t e 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 0 i 主传动器传动比 k i 变速器k档传动比 t 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 坡度角 D C 空气阻力系数 A 汽车迎风面 积 a u 汽车车速 旋转质量换算系数 dt du 加速度 2 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 当踏板力较小时 制动器间隙尚未消除 所以制动器制动力 0 F 若忽略其它阻力 地面 制动力 0 xb F 当 FFxb F 为地面附着力 时 FFxb 当 FFxb max 时 FFxb 且地面制动力 xb F 达到最大值 maxxb F 即 FFxb max 当 FF 时 FFxb 随着 F 的增加 xb F 不再增加 F FFxb max FFxb C N踏板力 fb FF 3 简述利用图解计算等速燃料消耗量的步骤 已知 ei n i P ei g i 1 2 n 以及汽车的有关结构参数和道路条件 r f 和i 求作出 aS ufQ 等速油耗曲线 根据给定的各个转速 e n 和不同功率下的比油耗 e g 值 采用拟合的方法求 得拟合公式 2ee nPfg 1 由公式 0 377 0 ii rn u k e a 计算找出 a u 和 e n 对应的点 1 n 1a u 2 n 2a u m n am u 精品文档 5欢迎下载5欢迎下载 2 分别求出汽车在水平道路上克服滚动阻力和空气阻力消耗功率 r P 和 w P 360015 213600 3 aDaw w AuCuF P cos 36003600 r aar r Gf uuF P 3 求出发动机为克服此阻力消耗功率 e P 4 由 e n 和对应的 e P 从 2ee nPfg 计算 e g 5 计算出对应的百公里油耗 S Q 为 a ee S u gP Q 02 1 6 选取一系列转速 1 n 2 n 3 n 4 n m n 找出对应车速 1a u 2a u 3a u 4a u am u 据此计算出 SmSSSS QQQQQ 4321 把这些 S Q a u 的点连成线 即为汽车在一定档位下的等速油耗曲线 为计算方便 计算过程列于表 3 7 等速油耗计算方法 e n r min 计算公式 1 n 2 n 3 n 4 n m n a u km h 0 377 0 ii rn k e 1a u 2a u 3a u 4a u am u r P kW 3600 aru mgf 1r P 2r P 3r P 4r P rm P w P kw 76140 3 aDAu C1w P 2w P 3w P wm P e P T rw PP 1 P 2 P 3 P 4 P m P e g g kWh 1e g 2e g 3e g 4e g em g S Q L 100km a e u Pg 02 1 1S Q 2S Q 3S Q 4S Q Sm Q 4 写出汽车的后备功率方程式 分析后备功率对汽车动力性和燃料经济性的影响 利用功率平衡图可求汽车良好平直路面上的最高车速 maxa u 在该平衡点 发动机输出功率与 常见阻力功率相等 发动机处于 100 负荷率状态 另外 通过功率平衡图也可容易地分析在不同 档位和不同车速条件下汽车发动机功率的利用情况 汽车在良好平直的路面上以等速 3a u 行驶 此时阻力功率为 t wf PP 发动机功率克服常见阻力 功率后的剩余功率 s P 该剩余功率 s P 被称为后备功率 如果驾驶员仍将加速踏 板踩到最大行程 则后备功率就被用于加速或者克服坡道阻力 为了保持汽车以等速 3a u 行驶 必 需减少加速踏板行程 使得功率曲线为图中虚线 即在部分负荷下工作 另外 当汽车速度为 1a u 和 2a u 时 使用不同档位时 汽车后备功率也不同 汽车后备功率越大 汽车的动力性越好 精品文档 6欢迎下载6欢迎下载 利用后备功率也可确定汽车的爬坡度和加速度 功率平衡图也可用于分析汽车行驶时的发动机负 荷率 有利于分析汽车的燃油经济性 后备功率越小 汽车燃料经济性就越好 通常后备功率约 10 20 时 汽车燃料经济性最好 但后备功率太小会造成发动机经常在全负荷工况下工作 反而不利于提高汽车燃料经济性 5 可以用不同的方法绘制 I 曲线 写出这些方法所涉及的力学方程或方程组 如已知汽车轴距L 质心高度 g h 总质量m 质心的位置 2 L 质心至后轴的距离 就可用前 后制动器制动力的理想分配关系式 1 2 1 2 22 2 4 2 1 F h mgL F mg Lh L h mg F g g g 绘制 I 曲线 根据方程组 g g z z hL hL F F F F mgFF 1 2 2 1 2 1 21 也可直接绘制 I 曲线 假设一组 值 0 1 0 2 0 3 1 0 每个 值代入方程组 4 30 就具有一个交 点的两条直线 变化 值 取得一组交点 连接这些交点就制成 I 曲线 利用 f 线组 g xb g g xb h mgL F h hL F 2 12 和r线组 g xb g g xb hL mgL F hL h F 1 12 对于同一 值 f 线和r线的交点既符合 11Zxb FF 也符合 22Zxb FF 取不同的 值 就可得到一组 f 线和 r线的交点 这些交点的连线就形成了 I 曲线 三 叙述题三 叙述题 1 从已有的制动侧滑受力分析和试验 可得出哪些结论 在前轮无制动力 后轮有足够的制动力的条件下 随 a u 的提高侧滑趋势增加 当后轮无制动 力 前轮有足够的制动力时 即使速度较高 汽车基本保持直线行驶状态 当前 后轮都有足够 的制动力 但先后次序和时间间隔不同时 车速较高 且前轮比后轮先抱死或后轮比前轮先抱死 但是因时间间隔很短 则汽车基本保持直线行驶 若时间间隔较大 则后轴发生严重的侧滑 如 果只有一个后轮抱死 后轴也不会发生侧滑 起始车速和附着系数对制动方向稳定性也有很大影 响 即制动时若后轴比前轴先抱死拖滑 且时间间隔超过一定值 就可能发生后轴侧滑 车速越 高 附着系数越小 越容易发生侧滑 若前 后轴同时抱死 或者前轴先抱死而后轴抱死或不抱 死 则能防止汽车后轴侧滑 但是汽车丧失转向能力 2 写出图解法计算汽车动力因数的步骤 并说明其在汽车动力性计算中的应用 根据公式 G FF D wt 求出不同转速和档位对应的车速 并根据传动系效率 传动系速比 求出驱动力 根据车速求出空气阻力 然后求出动力因素D 将不同档位和车速下的D绘制在 a u D直角坐标系中 并将滚动阻力系数也绘制到坐标系中 就制成动力特性图 利用动力特性 图就可求出汽车的动力性评价指标 最高车速 最大爬坡度 汽车最大爬坡度和直接档最大爬坡 度 和加速能力 加速时间或距离 3 写出图解法计算汽车加速性能的步骤 最好列表说明 手工作图计算汽车加速时间的过程 列出发动机外特性 etq nT 数据表 或曲线转化为数据表 或回归公式 精品文档 7欢迎下载7欢迎下载 根据给定的发动机外特性曲线 数据表或回归公式 按式 r iiT r T F Tgtq t t 0 求出各档在 不同车速下的驱动力 t F 并按式 00 377 0 6 360 2 ii rn ii rn u g e g e a 计算对应的车速 a u 按式 cosmgFf 计算滚动阻力 f F 按式 2 2 1 rDw uACF 计算对应车速的空气阻力 wf FF 按式 m FFF dt du wft 计算不同档位和车速下的加速度以及加速度的倒数 画出 a ux 曲 线以及 a ux 1 曲线 按式 x u tt 计算步长 6 3 a u 的加速时间 t 对 t 求和 则得到加速时间 同 理 按式 x uu ss x udu sdu x u ds 计算步长 6 3 2 xuu aa 的加速距离 s 对 s 求和得到加速距离 一般在动力性计算时 特别是手工计算时 一般忽略原地起步的离合器滑磨时间 即假设最初时 刻汽车已经具有起步到位的最低车速 换档时刻则基于最大加速原则 如果相邻档位的加速度 或加速度倒数 曲线相交 则在相交速度点换档 如果不相交 则在最大转速点对应的车速换 档 4 写出制作汽车的驱动力图的步骤 最好列表说明 列出发动机外特性 etq nT 数据表 或曲线转化为数据表 或回归公式 根据给定的发动机外特性曲线 数据表或回归公式 按式 r iiT r T F Tgtq t t 0 求出各档在 不同车速下的驱动力 t F 并按式 00 377 0 6 360 2 ii rn ii rn u g e g e a 计算对应的车速 a u 按式 cosmgFf 计算滚动阻力 f F 按式 2 2 1 rDw uACF 计算对应车速的空气阻力 wf FF 将 t F wf FF 绘制在 a u t F 直角坐标系中就形成了驱动力图或驱动力 行驶阻力平衡图 5 选择汽车发动机功率的基本原则 根据最大车速uamax选择Pe 即 eTDa D a T e PfACmu AC u mgf P 则可求出功率 若给定 761403600 1 3 maxmax 精品文档 8欢迎下载8欢迎下载 汽车比功率 单位汽车质量具有的功率 变化较大 但是 大致差不多 及 若已知 汽车比功率 mAconstu fg uCf u m AC u fg m P a T aDT a T D a T e 6 3 14 766 3 1000 maxmax 3 maxmax 6 画出制动时车轮的受力简图并定义符号 p F z F b F T W F z F 地面法向反作用力 W重力 T 制动器制动力矩 车轮角速度 p F 车桥传递的推力 F 制 动器制动力 b F 地面制动力 7 分析汽车紧急制动过程中减速度 或制动力 的变化规律 1 1 1 2 a 4 2 2 p F j t p F b c d e f g 0 3 j 汽车反应时间 1 包括驾驶员发现 识别障碍并做出决定的反应时间 1 把脚从加速踏板换到制 动踏板上的时间 1 以及消除制动踏板的间隙等所需要的时间 2 制动力增长时间 2 从出现制动力 减速度 到上升至最大值所需要的时间 精品文档 9欢迎下载9欢迎下载 在汽车处于空挡状态下 如果忽略传动系和地面滚动摩擦阻力的制动作用 在 21 时间内 车 速将等于初速度 0 u m s 不变 在持续制动时间 3 内 假定制动踏板力及制动力为常数 则减速度 j 也不变 8 在侧向力的作用下 刚性轮和弹性轮胎行驶方向的变化规律 假设驾驶员不对汽车的行驶方向 进行干预 当有 Y F 时 若车轮是刚性的 则可以发生两种情况 当地面侧向反作用力 Y F 未超过车轮与地面间的附着极限时 zlY FF 车轮与地面间没有滑动 车轮仍沿其本身平面的方向行驶 当地面侧向反作用力 Y F 达到车轮与地面间的附着极限时 zlY FF 车轮发生侧向滑动 若滑 动速度为 u 车轮便沿合成速度 u 的方向行驶 偏离了车轮平面方向 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 出现 侧偏现象 四 分析题四 分析题 1 确定传动系最小传动比的基本原则 燃油经济性变差 变好 后备功率大 动力性时 油经济性变好 率小 动力性变差 燃不可能达到 但后备功其中 时 时 假设 2max3max33max0 1 2max1max11max 0max22max0 5 55 aapa p aapa aapa uuuui u uuuu iuuuui 2 已知某汽车 0 0 4 请利用 线 分析 0 5 0 3以及 0 7时汽车 的制动过程 精品文档 10欢迎下载10欢迎下载 2 F 1 F I 线组f 线组r 2xb F 1xb F 3 0 4 0 5 0 3 0 时 蹋下制动踏板 前后制动器制动力沿着 增加 11 FFxb 22 FFxb 即前 后轮地面制动力与制动器制动力相等 当 与 4 0 的 f 线相交时 符合前轮先抱死的条件 前后制动器制动力仍沿着 增加 而 11 FFxb 22 FFxb 即前后制动器制动力仍沿着 线增 长 前轮地面制动力沿着 3 0 的 f 线增长 当 f 与I相交时 3 0 的r线也与I线相交 符合前后轮均抱死的条件 汽车制动力为 gm3 0 当 5 0 时 蹋下制动踏板 前后制动 器制动力沿着 增加 11 FFxb 22 FFxb 即前后轮地面制动力与制动器制动力相等 当 与 5 0 的r线相交时 符合后轮先抱死的条件 前后制动器制动力仍沿着 增加 而 11 FFxb 22 FFxb 即前 后制动器制动力仍沿着 线增长 后轮地面制动力沿着 5 0 的 r线增长 当r与I相交时 5 0 的 f 线也与I线相交 符合前后轮都抱死的条件 汽车制动 力为 gm5 0 7 0 的情况同 5 0 的情形 3 汽车在水平道路上 轮距为 B 重心高度为 hg 以半径为 R 做等速圆周运动 汽车不发生侧翻的极 限车速是多少 该车不发生侧滑的极限车速又是多少 并导出汽车在该路段的极限车速 不发生侧滑的极限车速 gRu gm R u mFF R u mFgmFFmgF la l a lc a clZllZ 2 22 22 6 3 6 3 6 3 精品文档 11欢迎下载11欢迎下载 不侧翻的极限车速 g a g a ZrgcZr h B gRu B gmh R u m B FhFmgF 1 2 6 3 2 6 3 2 2 22 4 在划有中心线的双向双车道的本行车道上 汽车以 55km h 的初速度实施紧急制动 仅汽车左侧 前后轮胎在路面留下制动拖痕 但是 汽车的行驶方向几乎没有发生变化 请产生分析该现象的 各种原因 提示 考虑道路横断面形状和车轮制动力大小 汽车在制动过程中几乎没有发生侧偏现象说明汽车左右车轮的制动力近似相等 出现这种现象的 原因是因为道路带有一定的横向坡度 拱度 使得左侧车轮首先达到附着极限 而右侧车轮地 面发向力较大 地面制动力尚未达到附着极限 因此才会出现左侧有制动拖印 而右侧无拖印的 现象 5 请分析制动力系数 峰值附着系数 滑动附着系数与滑动率的关系 当车轮滑动率 S 较小时 制动力系数 b 随 S 近似成线形关系增加 制动力系数在 S 20 附 近时达到峰值附着系数 P 然后 随着 S 的增加 b 逐渐下降 当 S 100 即汽车车轮完全抱死拖滑时 b 达到滑 动附着系数 s 即 sb 对于良好的沥青或水泥混凝土道路 s 相对 b 下降不多 而小附 着系数路面如潮湿或冰雪路面 下降较大 而车轮侧向力系数 侧向附着系数 l 则随 S 增加而逐渐下降 当 s 100 时 0 l 即汽车完全丧失抵抗侧向力的能力 汽车只要受到很小的侧向力 就将发生侧滑 只有当 S 约为 20 12 22 时 汽车不但具有最大的切向附着能力 而且也具有较大 的侧向附着能力 20 100 p s b S滑动率 b l 6 某汽车 未装 ABS 在实施紧急制动后 左后轮留下间断的制动拖痕 而右后轮则留下均匀连 续的制动拖痕 请分析该现象 制动鼓失圆或制动盘翘曲 左侧路面不平 左侧悬架振动 精品文档 12欢迎下载12欢迎下载 7 从制动距离计算式 max 2 0 0 2 2 92 25 2 6 3 1 j u us a a 可以得出那些结论 汽车的制动距离 S 是其制动初始速度 0a u 二次函数 0a u 是影响制动距离的最主要因素之一 S 是最大制动减速度的双曲线函数 也是影响制动距离的最主要因素之一 0a u 是随行驶条件 而变化的使用因素 而 max j 是受道路条件和制动系技术条件制约的因素 S 是制动器摩擦副间 隙消除时间 2 制动力增长时间 2 的线性函数 2 是与使用调整有关 而 2 与制动系型式有关 改进制动系结构设计 可缩短 2 从而缩短 S 五 计算题五 计算题 1 某汽车的总质量 m 4600kg CD 0 75 A 4m2 03 0 1 03 0 2 f 0 015 传动系机械效率 T 0 82 传动系总传动比 10 0 g iii 假想发动机输出转矩为Te 35000N m 车轮半径 mr360 0 道路附着系数为 4 0 求汽车全速从 30km h 加速至 50km h 所用的时间 由于 FFt 所以 t uu a 12 即 st42 1 81 9 4 06 3 3050 2 已知某汽车的总质量 m 4600kg CD 0 75 A 4m2 旋转质量换算系数 1 0 03 2 0 03 坡度角 5 f 0 015 车轮半径 r r 0 367m 传动系机械效率 T 0 85 加速度 du dt 0 25m s2 ua 30km h 计算汽车克服各种阻力所需要的发动机输出功率 kw dt dumuAuCGuGfu P aaDaa t e 18 57 3600 1 25 030460006 1 76140 30475 0 5sin3081 9 46005cos3081 9015 0 4600 85 0 1 3600761403600 sin 3600 cos 1 3 3 3 已知某车总质量为 8025kg L 4m 轴距 质心离前轴的距离为a 2 5m 至后轴距离为b 1 5m 质 心高度hg 1 15m 在纵坡度为i 3 5 的良好路面上等速下坡时 求轴荷再分配系数 注 再分配系 数mf1 FZ1 FZ mf2 FZ2 FZ NFz81 9300981 9 4 5 18025 1 NFz81 9 501681 9 4 5 28025 2 375 0 8025 3009 1 f m 625 0 375 0 1 2 f m 4 已知某汽车发动机的外特性曲线回归公式为Ttq 19 0 4ne 150 10 6ne2 传动系机械效率 T 0 90 1 35 10 4ne 车轮滚动半径rr 0 367m 汽车总质量 4000kg 汽车整备质量为 1900kg 滚动阻力系数f 0 009 5 0 10 5ua 空气阻力系数 迎风面积 2 77m2 主减速器速比i0 6 0 飞 轮转动惯量If 0 2kg m2 前轮总转动惯量Iw1 1 8 kg m2 前轮总转动惯量Iw1 3 6 kg m2 发动 机的最高转速nmax 4100r min 最低转速nmin 720r min 各档速比为 精品文档 13欢迎下载13欢迎下载 档位 IIIIIIIVV 速比 5 62 81 61 00 8 计算汽车在 V 档 车速为 70km h时汽车传动系机械损失功率 并写出不带具体常数值的公式 1035 1 9 0 9549 4 e etq Tem n nT PP min 892 6 314 32 8 00 67060 6 32 60 0 r iiu n ga e kwPm 7 18 8921035 1 9 0 892 9549 892101508924 019 4 26 5 某汽车的总重力为 20100N L 3 2m 静态时前轴荷占 55 后轴荷占 45 K1 38920N rad K2 38300N rad 求特征车速 并分析该车的稳态转向特性 因为 05 0 38920 2 355 0 38300 2 345 0 2 381 9 20100 K 所以汽车为不足转向特性 6 参考 汽车理论 图 5 23 和图 5 24 写出导出二自由度汽车质心沿oy轴速度分量的变化及加 速度分量的过程 沿oy轴速度分量 uuuuu cos sin 沿oy轴加速度分量 r t y u t u a lim 0 精品文档 14欢迎下载14欢迎下载 汽车运用工程汽车运用工程 2 2 一 概念解释 1 回正力矩 轮胎发生侧偏时会产生作用于轮胎绕Oz轴的回正力矩 z T z T 是圆周行驶时使转向车轮恢复 到直线行驶位置的主要恢复力矩之一 回正力矩是由接地面内分布的微元侧向反力产生的 车轮 静止受到侧向力后 印迹长轴线aa与车轮平面cc平行 aa线上各点相对于cc平面的横向变形均 为 h 即地面侧向反作用力沿aa线均匀分布 车轮滚动时aa线不仅与车轮平面错开距离 h 且 转动了 角 因而印迹前端离车轮平面近 侧向变形小 印迹后端离车轮平面远 侧向变形大 地面微元侧向反作用力的分布与变形成正比 故地面微元侧向反作用力的合力大小与侧向力 Y F 相 等 但其作用点必然在接地印迹几何中心的后方 偏移距离e 称为轮胎拖距 eFY 就是回正力 矩 z T 2 汽车动力因数 由汽车行驶方程式可导出 dt du gdt du g if dt du G m G FF G FF D fi wt 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 uD 的关系 曲线图 即汽车动力特性图 3 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 4 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 它是前 后制动器制动力的实 际分配线 简称为 线 线通过坐标原点 其斜率为 1 tg 具有固定的 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 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 精品文档 15欢迎下载15欢迎下载 I 曲线和 曲线 5 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内轮差 转弯通道圆及 车轮半径也是汽车通过性的重要轮廓参数 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 地面制动力 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 F 等于为了克服制动器摩擦力矩而在轮胎轮缘作用的力 rTF 式中 T 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 FrTFb 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 F 有关 而且还受地面附着力 F 的制约 8 汽车制动性能 汽车制动性能 是指汽车在行驶时能在短距离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 另外也包括在一定坡道能长时间停放的能力 汽车制动性能是汽车的重要使用性 能之一 它属于主动安全的范畴 制动效能低下 制动方向失去稳定性常常是导致交通安全事故 的直接原因之一 9 汽车最小离地间隙 汽车最小离地间隙C是汽车除车轮之外的最低点与路面之间的距离 它表征汽车无碰撞地越 过石块 树桩等障碍物的能力 汽车的前桥 飞轮壳 变速器壳 消声器和主传动器外壳等通常 有较小的离地间隙 汽车前桥的离地间隙一般比飞轮壳的还要小 以便利用前桥保护较弱的飞轮 壳免受冲碰 后桥内装有直径较大的主传动齿轮 一般离地间隙最小 在设计越野汽车时 应保 证有较大的最小离地间隙 10 r曲线 简单地说 r线组就是当后轮制动抱死时 汽车前后轮制动力关系 当后轮抱死时 存在 L hF L mgL hL L mg FF gxb gzxb 1 122 因为 mgFxb 并且 21xbxbxb FFF 所以 精品文档 16欢迎下载16欢迎下载 有 L hFF L mgL F gxbxb xb 21 1 2 将式表示成 12xbxb FfF 的函数形式 则得出汽车在不同 路面上只有后轮抱死时的前 后地面制动力的关系式为 g xb g g xb hL mgL F hL h F 1 12 不同 值 代入式中 就得到 r线组 见下图 r线组与横坐标的交点为 g h mgL1 而与 的取值无关 当 0 1 xb F 时 g xb hL mgL F 1 2 由于 r线组是经过 g h mgL1 0 的射线 所以取不同的 值就可 得出 r线组 11 最小燃油消耗特性 发动机负荷特性的曲线族的包络线是发动机提供一定功率时的最低燃油消耗率曲线 利用包络线 就可找出发动机提供一定功率时的最经济工况 负荷和转速 把各功率下最经济工况的转速和 负荷率标明在外特性曲线图上 便得到最小燃油消耗特性 12 滑动 移 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 存在关系式 ww ru 在第二阶段 内 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 的关系为 ww ru 且随着制动强度的增加滑移成份越来越大 即 ww ru 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 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 ww u ru s 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 13 侧偏力 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 使得车轮发生侧偏现象 这 个力 Y F 称为侧偏力 2xb F 1xb F 0 1 g h mgL 精品文档 17欢迎下载17欢迎下载 14 等效弹簧 车厢 或车身 在发生侧倾时 所受到悬架的弹性恢复力相当于一个具有悬架刚度的螺旋弹簧 称之为等效弹簧 二 写出表达式 画图 计算并简单说明 二 写出表达式 画图 计算并简单说明 用结构使用参数写出汽车行驶方程式 注意符号定义 汽车行驶方程式的普遍形式为 jiwft FFFFF 即 dt du mgm uAC fgm r iiT aD d tktq sin 15 21 cos 2 0 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 0 i 主传动器传动比 k i 变速器k档传动比 t 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 坡度角 D C 空气阻力系数 A 汽车迎风面 积 a u 汽车车速 旋转质量换算系数 dt du 加速度 2 画图并说明地面制动力 制动器制动力 附着力三者关系 当踏板力较小时 制动器间隙尚未消除 所以制动器制动力 0 F 若忽略其它阻力 地面制 动力 0 xb F 当 FFxb F 为地面附着力 FFxb 当 FFxb max 时 FFxb 且地面 制动力 xb F 达到最大值 maxxb F 即 FFxb max 当 FF 时 FFxb xb F 随着 F 的增加不再 增加 F FFxb max FFxb C N踏板力 fb FF 3 画出附着率 制动力系数 与滑动率关系曲线 并做必要说明 当车轮滑动率 S 较小时 制动力系数 b 随 S 近似成线形关系增加 当制动力系数 b 在 S 20 附 近时达到峰值附着系数 P 精品文档 18欢迎下载18欢迎下载 然后随着 S 的增加 b 逐渐下降 当 S 100 即汽车车轮完全抱死拖滑时 b 达到滑动 附着系数 s 即 sb 对于良好的沥青或水泥混凝土道路 s 相对 b 下降不多 而小附着系 数路面如潮湿或冰雪路面 下降较大 而车轮侧向力系数 侧向附着系数 l 则随 S 增加而逐渐下降 当 s 100 时 0 l 即 汽车完全丧失抵抗侧向力的能力 汽车只要受到很小的侧向力 就将发生侧滑 只有当 S 约为 20 12 22 时 汽车才不但具有最大的切向附着能力 而且也具有较 大的侧向附着能力 20 100 p s b S滑动率 b l 4 用隔离方法分析汽车加速行驶时整车的受力分析图 并列出平衡方程 Tgg ftq t Tg e ftqt wpp iiii dt du r I r T F ii dt d ITT FFF dt du m 00 2 0 123 图中和式中 rFii dt d ITTFFF dt du m tTg e ftqtwpp 0 123 分别是车身质量 加速度 后轴对车身的推力 前轴对车身的阻力 空气阻力 经传动系传至车 轮轮缘的转矩 发动机曲轴输出转矩 飞轮转动惯量 飞轮角加速度 主传动器速比 变速器速 比 传动系机械效率 轮缘对地面的作用力 车轮滚动半径 5 列出可用于计算汽车最高车速的方法 并加以说明 驱动力 行驶阻力平衡图法 即使驱动力与行驶阻力平衡时的车速 0 wft FFF 精品文档 19欢迎下载19欢迎下载 功率平衡图法 即使发动机功率与行驶阻力功率平衡时的车速 0 Twfe PPP 动力特性图法 即动力因数D与道路阻力系数平衡 0 0 Tw GFfD 6 写出汽车的燃料消耗方程式 并解释主要参数 注意符号定义 a ee S u gP Q 02 1 式中 或 aeeeS ubgPQ 分别是百公里油耗 L 100km 发动机功率 kW 发动机燃料消耗率 或比油耗 h kWg 车速 km h 和燃油重度 N L 7 列举各种可用于绘制 I 曲线的方程及方程组 如已知汽车轴距L 质心高度 g h 总质量m 质心的位置 2 L 质心至后轴的距离 就可用前 后制动器制动力的理想分配关系式 1 2 1 2 22 2 4 2 1 F h mgL F mg Lh L h mg F g g g 绘制 I 曲线 根据方程组 g g z z hL hL F F F F mgFF 1 2 2 1 2 1 21 也可直接绘制 I 曲线 假设一组 值 0 1 0 2 0 3 1 0 每个 值代入方程组 4 30 就具有一个交点的 两条直线 变化 值 取得一组交点 连接这些交点就制成 I 曲线 利用 f 线组 g xb g g xb h mgL F h hL F 2 12 和r线组 g xb g g xb hL mgL F hL h F 1 12 对于同一 值 f 线 和r线的交点既符合 11Zxb FF 也符合 22Zxb FF 取不同的 值 就可得到一组 f 线和r线的 交点 这些交点的连线就形成了 I 曲线 三 叙述题三 叙述题 1 写出计算汽车动力因数的详细步骤 并说明其在计算汽车动力性的用途 根据公式 G FF D wt 求出不同转速和档位对应的车速 并根据传动系效率 传动系速比求出驱 动力 根据车速求出空气阻力 然后求出动力因素D 将不同档位和车速下的D绘制在 a u D直 角坐标系中 并将滚动阻力系数也绘制到坐标系中 就制成动力特性图 利用动力特性图就可求 出汽车的动力性评价指标 最高车速 最大爬坡度 汽车最大爬坡度和直接档最大爬坡度 和加 速能力 加速时间或距离 2 分析变速器速比 g i 和档位数对汽车动力性的影响 变速器速比 g i 增加 汽车的动力性提高 但一般燃料经济性下降 档位数增加有利于充分利用发 动机的功率 使汽车的动力性提高 同时也使燃料经济性提高 但档位数增加使得变速器制造困 难 一般可采用副变速器解决 或采用无级变速器 3 如何根据发动机负荷特性计算等速行驶的燃料经济性 将汽车的阻力功率 3600761403600 sin 3600 cos 1 3 dt dumuAuCGuGfu P aaDaa t e 精品文档 20欢迎下载20欢迎下载 传动系机械效率以及车速 利用档位速比 主减速器速比和车轮半径求得发动机曲轴转速 6 3 1 2 60 0 ga iiu n 然后利用发动机功率和转速 从发动机负荷特性图 或万有特性图 上求得发 动机燃料消耗率 最终得出汽车燃料消耗特性例如百公里油耗 a ee S u gP Q 02 1 4 分析汽车在不同路面上制动时最大减速度值 并结合制动力系数曲线加以说明 20 100 p s b S滑动率 b l 当车轮滑动率 s 15 25 时 gj p max 当车轮滑动率 s 100 时 gj s max 汽车在 不同路面上的最大制动减速度 gj max g 分别附着系数和重力加速度 5 有几种方式可以判断或者表征汽车角阶跃输入稳态转向特性 请简单叙述之 横摆角速度增益 2 2 1 2 2 1 2 1 1 Ku Lu u k L k L L m Lu S r 稳定性因数 1 2 2 1 2 k L k L L m K 前后轮侧偏角绝对值之差 21 转向半径之比 0 RR 静态裕度 L LkLk L L kk k L LL SM 11221 21 211 6 试用汽车的驱动力 行驶阻力平衡或者动力特性分析汽车的动力性 根据汽车行驶方程式 jiwft FFFFF 即 dt du mgm uAC fgm r iiT aD d tktq sin 15 21 cos 2 0 制作汽车的驱动力 行驶阻力平衡图 从而计算出汽车最高车速 wft FFF 最大爬坡度 ift FFF 和加速能力 jwft FFFF 精品文档 21欢迎下载21欢迎下载 G FF D wt 当 0 D 可求出最高车速 当 sincosf G FF D wt 时可求出最大爬坡度 当 max j G FF D wt 时可求出最大加速度 而 G FF D wt 可计算汽车加速能力 7 从受力分析出发 叙述汽车前轮抱死拖滑和后轮抱死拖滑对汽车制动方向稳定性的影响 从受力情况分析 也可确定前轮或后轮抱死对制动方向稳定性的影响 a 前轴侧滑 b 后轴侧滑 例图 汽车侧滑移分析 例图 a 是当前轮抱死 后轮自由滚动时 在干扰作用下 发生前轮偏离角 航向角 若 保持转向盘固定不动 因前轮侧偏转向产生的离心惯性力 C F 与偏离角 的方向相反 C F 起到减小 或阻止前轴侧滑的作用 即汽车处于稳定状态 例图 b 为当后轮抱死 前轮自由滚动时 在干扰作用下 发生后轴偏离角 航向角 若 保持转向盘固定不动 因后轮侧偏产生的离心惯性力 C F 与偏离角 的方向相同 C F 起到加剧后 轴侧滑的作用 即汽车处于不稳定状态 由此周而复始 导致侧滑回转 直至翻车 在弯道制动行驶条件下 若只有后轮抱死或提前一定时间抱死 在一定车速条件下 后轴将 发生侧滑 而只有前轮抱死或前轮先抱死时 因侧向力系数几乎为零 不能产生地面侧向反作用 力 汽车无法按照转向盘给定的方向行驶 而是沿着弯道切线方向驶出道路