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汽车理论 习题指导及参考答案 目目 录录 第一章第一章汽车的动力性汽车的动力性 2 第二章第二章汽车的燃油经济性汽车的燃油经济性 11 第三章第三章汽车动力装置参数的选定汽车动力装置参数的选定 16 第四章第四章汽车的制动性汽车的制动性 18 第五章第五章汽车的操纵稳定性汽车的操纵稳定性 24 第六章第六章汽车的平顺性汽车的平顺性 32 汽车理论 习题指导及参考答案 第一章第一章汽车的动力性汽车的动力性 1 1 试说明轮胎滚动阻力的定义 产生机理和作用形式 试说明轮胎滚动阻力的定义 产生机理和作用形式 答 车轮滚动时 由于车轮的弹性变形 路面变形和车辙摩擦等原因所产生的阻碍汽车 行驶的力称为轮胎滚动阻力 产生机理和作用形式 1 弹性轮胎在硬路面上滚动时 轮胎的变形是主要的 由于轮胎有内部摩擦 产生 弹性迟滞损失 使轮胎变形时对它做的功不能全部回收 由于弹性迟滞 地面对车轮的法 向作用力并不是前后对称的 这样形成的合力并不沿车轮中心 向车轮前进方向偏移 z Fa 如果将法向反作用力平移至与通过车轮中心的垂线重合 则有一附加的滚动阻力偶矩 为克服该滚动阻力偶矩 需要在车轮中心加一推力与地面切向反作用力构 fz TF a P F 成一力偶矩 2 轮胎在松软路面上滚动时 由于车轮使地面变形下陷 在车轮前方实际形成了 具有一定坡度的斜面 对车轮前进产生阻力 3 轮胎在松软地面滚动时 轮辙摩擦会引起附加阻力 4 车轮行驶在不平路面上时 引起车身振荡 减振器压缩和伸长时做功 也是滚 动阻力的作用形式 1 2 滚动阻力系数与哪些因素有关 滚动阻力系数与哪些因素有关 答 滚动阻力系数与路面的种类 行驶车速以及轮胎的构造 材料和气压有关 这些 因素对滚动阻力系数的具体影响参考课本 P9 1 3 确定一轻型货车的动力性能 货车可装用确定一轻型货车的动力性能 货车可装用 4 挡或挡或 5 挡变速器 任选其中的一种进行整挡变速器 任选其中的一种进行整 车性能计算 车性能计算 1 绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图 绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图 2 求汽车最高车速 最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率 求汽车最高车速 最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率 3 绘制汽车行驶加速度倒数曲线 用图解积分法求汽车用 绘制汽车行驶加速度倒数曲线 用图解积分法求汽车用 2 档起步加速行驶至档起步加速行驶至 70km h 的车速 时间曲线 或者用计算机求汽车用的车速 时间曲线 或者用计算机求汽车用 2 档起步加速行驶至档起步加速行驶至 70km h 的加速时的加速时 间 间 轻型货车的有关数据 汽油发动机使用外特性的 Tq n 曲线的拟合公式为 234 19 313295 27 165 44 40 874 3 8445 1000100010001000 q nnnn T 式中 Tq 为发动机转矩 N m n 为发动机转速 r min 发动机的最低转速 nmin 600r min 最高转速 nmax 4000r min 装载质量 2000kg 整车整备质量 1800kg 总质量 3880kg 车轮半径 0 367m 传动系机械效率 t 0 85 滚动阻力系数 f 0 013 汽车理论 习题指导及参考答案 空气阻力系数 迎风面积 CDA 2 77m2 主减速器传动比 i0 5 83 飞轮转动惯量 If 0 218kg m2 二前轮转动惯量 Iw1 1 798kg m2 四后轮转动惯量 Iw2 3 598kg m2 变速器传动比 ig 数据如下表 档 档 档 档 档 四档变速器6 093 091 711 00 五档变速器5 562 7691 6441 000 793 轴距 L 3 2m 质心至前轴距离 满载 a 1 974m 质心高 满载 hg 0 9m 分析 本题主要考察知识点为汽车驱动力 行驶阻力平衡图的应用和附着率的计算 等 效坡度的概念 只要对汽车行驶方程理解正确 本题的编程和求解都不会有太大困难 常见 错误是未将车速的单位进行换算 2 首先应明确道路的坡度的定义 求最大爬坡度时可以对行驶方程进行适当 tani 简化 可以简化的内容包括两项和 简化的前提是道路坡度角不大 cos1 sintan 当坡度角较大时简化带来的误差会增大 计算时 要说明做了怎样的简化并对简化的合理性 进行评估 3 已知条件没有说明汽车的驱动情况 可以分开讨论然后判断 也可以根据常识判断轻 型货车的驱动情况 解 1 绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图 汽车驱动力 Ft 行驶阻力 Ff Fw Fi Fj G f G i r iiT togtq 2D 21 15 AC a u dt du m 发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为 0g a i nr 0 377u i 由本题的已知条件 即可求得汽车驱动力和行驶阻力与车速的关系 编程即可得到汽车 驱动力与行驶阻力平衡图 汽车理论 习题指导及参考答案 2 求汽车最高车速 最大爬坡度及克服该坡度时克服该坡度时相应的附着率 由 1 得驱动力与行驶阻力平衡图 汽车的最高车速出现在 5 档时汽车的驱动力曲 线与行驶阻力曲线的交点处 Uamax 99 08m s 汽车的爬坡能力 指汽车在良好路面上克服后的余力全部用来 等速 克 wf FF 服坡度阻力时能爬上的坡度 此时 因此有 可得到汽车爬坡0 dt du wfti FFFF 度与车速的关系式 而汽车最大爬坡度 max i为 档时的最 G FFF i wft arcsintan 大爬坡度 计算可得N 312 494013 0 8 93880 GfFf N 一档最大驱动力经查图得 13100N 计算可得 382 8 15 21 2 a D w u AC F I t F 352 0 max i 如是前轮驱动 相应的附着率为 1 20 不合理 舍去 1 C q bhg q LL 1 C 如是后轮驱动 相应的附着率为 0 50 2 C q ahg q LL 2 C 3 绘制汽车行驶加速度倒数曲线 求加速时间 求得各档的汽车旋转质量换算系数如下表所示 汽车旋转质量换算系数 档 档 档 档 档 2 2 0 2 2 1 mr iiI mr I Tgfw 1 38291 10271 04291 02241 0179 利用 MATLAB 画出汽车的行驶加速度图和汽车的加速度倒数曲线图 汽车理论 习题指导及参考答案 忽略原地起步时的离合器打滑过程 假设在初时刻时 汽车已具有 档的最低车速 由于各档加速度曲线不相交 如图三所示 即各低档位加速行驶至发动机转速达到最大转 速时换入高档位 并且忽略换档过程所经历的时间 结果用 MATLAB 画出汽车加速时间曲线 如图五所示 如图所示 汽车用 档起步加速行驶至 70km h 的加速时间约为 26 0s 附录 MATLAB 程序 公用部分 n 600 10 4000 Tq 19 313 295 27 n 1000 165 44 n 1000 2 40 874 n 1000 3 3 8445 n 1000 4 m 3880 g 9 8 G m g yitaT 0 85 r 0 367 f 0 013 CdA 2 77 i0 5 8 3 If 0 218 Iw1 1 798 Iw2 3 598 L 3 2 a 1 947 hg 0 9 ig 5 56 2 769 1 644 1 00 0 793 Ff G f Ft1 Tq ig 1 i0 yitaT r Ft2 Tq ig 2 i0 yitaT r Ft3 Tq ig 3 i0 yitaT r Ft4 Tq ig 4 i0 yitaT r Ft5 Tq ig 5 i0 yitaT r ua1 0 377 r n ig 1 i0 ua2 0 377 r n ig 2 i0 ua3 0 377 r n ig 3 i0 ua4 0 377 r n ig 4 i0 ua5 0 377 r n ig 5 i0 求驱动力 行驶阻力平衡图 ua 0 5 120 Ff G f Fw CdA ua 2 21 15 Fz Ff Fw plot ua1 Ft1 ua2 Ft2 ua3 Ft3 ua4 Ft4 ua5 汽车理论 习题指导及参考答案 Ft5 ua Fz title 驱动力 行驶阻力平衡图 xlabel ua km h ylabel F N gtext Ft1 gtext Ft2 gtext Ft3 gtext Ft 4 gtext Ft5 gtext Ff Fw 求一挡最大爬坡度 Ftt Ft1 Fz imax tan asin max Ftt G imax 求行驶加速度曲线 加速度倒数曲线 图 deta1 1 Iw1 Iw2 m r 2 If ig 1 2 i0 2 yitaT m r 2 deta2 1 Iw1 Iw2 m r 2 If ig 2 2 i0 2 yitaT m r 2 deta3 1 Iw1 Iw2 m r 2 If ig 3 2 i0 2 yitaT m r 2 deta4 1 Iw1 Iw2 m r 2 If ig 4 2 i0 2 yitaT m r 2 deta5 1 Iw1 Iw2 m r 2 If ig 5 2 i0 2 yitaT m r 2 a1 Ft1 Ff Fw1 deta1 m inv a1 1 a1 a2 Ft2 Ff Fw2 deta2 m inv a2 1 a2 a3 Ft3 Ff Fw3 deta3 m inv a3 1 a3 a4 Ft4 Ff Fw4 deta4 m inv a4 1 a4 a5 Ft5 Ff Fw5 deta5 m inv a5 1 a5 plot ua1 a1 ua2 a2 ua3 a3 ua4 a4 ua5 a5 axis 0 99 0 2 5 title 汽车的行驶加速度曲线 xlabel ua km h ylabel a m s 2 plot ua1 inv a1 ua2 inv a2 ua3 inv a3 ua4 in v a4 ua5 inv a5 axis 0 99 0 10 title 汽车的加速度倒数曲线 gtext gtext gtext gtext gtext 求加速时间曲线图 m 3880 g 9 8 G m g yitaT 0 85 r 0 367 f 0 013 CdA 2 77 i0 5 8 3 If 0 218 Iw1 1 798 Iw2 3 598 L 3 2 a 1 947 hg 0 9 ig 5 56 2 769 1 644 1 00 0 793 nmin 600 nmax 4000 u1 0 377 r nmin ig i0 u2 0 377 r nmax ig i0 deta 0 ig for i 1 5 deta i 1 Iw1 Iw2 m r 2 If ig i 2 i 0 2 yitaT m r 2 end deta u 0 01 ua 6 deta u 99 N length ua n 0 Tq 0 Ft 0 inv a 0 ua delta 0 ua Ff G f Fw CdA ua 2 21 15 for i 1 N k i if ua i u2 2 n ua i ig 2 i0 r 0 377 Tq 19 313 295 27 n 1000 165 44 n 1000 2 40 874 n 1000 3 3 8445 n 1000 4 Ft Tq ig 2 i0 yitaT r inv a i deta 2 m Ft Ff Fw i delta i deta u inv a i 3 6 elseif ua i u2 3 n ua i ig 3 i0 r 0 377 Tq 19 313 295 27 n 1000 165 44 n 1000 2 40 874 n 1000 3 3 8445 n 1000 4 Ft Tq ig 3 i0 yitaT r inv a i deta 3 m Ft Ff Fw i delta i deta u inv a i 3 6 elseif ua i 求极限最高车速 由 111111 2 9643 zjzwzjzwzsz FFFFFF 忽略空气升力对前轮法向反作用力的影响 且最高车速时 0 故 dt du 0 1 zj F 汽车理论 习题指导及参考答案 第 10 页 共 54 页 则 9643 2 N 1z F 最大附着力 1928 6N 11z FF 又由 jwjwjwfX FFFFGfFFFF 7 120385 0 21 最高车速时 加速度为零 则由上式有 即 wfX FFF 2121fXw FFF 由于求极限最高车速 此时 附着力就是路面能提供的最大地面切向反作用力 FX1 1 F 所以 1928 6 120 7 1807 9 N W1f2 FFF 又 2 Wmax F 21 15 D a C A u 由此可推出其极限最高车速 206 1 km h maxa u ii 求极限最大爬坡度 当汽车爬坡时 车速较低 加速度为零 忽略空气阻力 则0 j F0 w F 前轮的地面法向反作用力 1 1 cossin s g zz h b FFG LL 后轮的地面法向反作用力 sincos 22 L h L a GFF g zsz 最大附着力 11z FF 有 sin 2211 GfFFFFFFF zjwifX 3 将 代入 3 式 1z F 2z F 有 sincos L h L b G g cos L a G L hg sin sinGf 求解得 tan max fhL afb i g 4 又由 F F 轿车 前轴负荷为汽车总重力的 61 5 可得 615 0 1 L b G Fz 求得 mb599 1 6 2615 0 mbLa001 1 599 1 6 2 以上各值代入 4 式 求得 11 0 02 0 2 0 57 0 6 2 02 0 001 1 2 0599 1 max fhL afb i g iii 求极限最大加速度 令坡度阻力和空气阻力均为 0 有 i F w F max2211 mafFFFFFFF zjwifX 5 汽车理论 习题指导及参考答案 第 11 页 共 54 页 最大附着力 11z FF 6 而加速时前 后轴法向力为 max111 2 9643ma L h FFF g zjzsz maxmax222 8 6036 2 96438 91600 ma L h ma L h FFF gg zjzsz 将 代入 5 6 式 解得1 078 m s2 1z F 2z F max a 2 当附着系数 0 7 时 同理可得 方法一 最高车速 394 7 km h maxa u 最大爬坡度 365 0 max i 最大加速度 4 14m s2 max a 方法二 忽略空气阻力与滚动阻力 有 最大爬坡度 最大加速度 1 g b L q hL max iq max aq g 所以时 0 2 2 maxmax 0 118 1 16 iam s 时 0 7 2 maxmax 0 373 3 66 iam s 1 8 一轿车的有关参数如下 一轿车的有关参数如下 总质量 1600kg 质心位置 a 1450mm b 1250mm hg 630mm 发动机最大扭矩 Memax 140Nm2 档传动比 i1 3 85 主减速器传动比 i0 4 08 传动效率 m 0 9 车轮 半径 r 300mm 飞轮转动惯量 If 0 25kg m2 全部车轮惯量 Iw 4 5kg m2 其中后轮 Iw 2 25 kg m2 前轮的 Iw 2 25 kg m2 若该轿车为前轮驱动 问 当地面附着系数为 0 6 时 在加速过程中发动机扭矩能否充分发挥发动机扭矩能否充分发挥而产生应有的最大加速度最大加速度 应如何调整重心在 前后方向的位置 b 位置 才可以保证获得应有的最大加速度 若令为前轴负荷率 求 b L 原车得质心位置改变后 该车的前轴负荷率 分析 本题的解题思路为比较由发动机扭矩决定的最大加速度和附着系数决定的最大加 速度的大小关系 如果前者大于后者 则发动机扭矩将不能充分发挥而产生应有的加速度 解 忽略滚动阻力 空气阻力以及坡度阻力 若发动机能够充分发挥其扭矩则 m F a t max max 6597 4 N r iiM F me t 10max max 1 42 2 2 wf 1 0 22 II 1 m i i mrmr 解得 即 发动机能提供的最大加速度为 2 91 2 max 2 91 am s 2 max 2 91 am s 汽车理论 习题指导及参考答案 第 12 页 共 54 页 当地面附着系数为 0 6 时 地面所能提供的极限最大加速度求解如下 由等效坡度 2437 0 1 Lh Lb q g 极限最大加速度为 2 max 3883 2 smgqa 则有 所以由于路面条件所限 该车在加速过程中不能产生应有的最大 maxmax aa 加速度 为在题给条件下产生应有的最大加速度 令 求得 2 max 91 2 sma 0 297 故 8 9 91 2 q564 0 7 2 63 0 6 0 1 297 0 1 LhqLb g 解得 b 1524mm 则前轴负荷率应变为 b L 0 564 即可保证获得应有的最大加速度 1 9 一辆后轴驱动汽车的总质量一辆后轴驱动汽车的总质量 2152kg 2152kg 前轴负荷前轴负荷 5252 后轴负荷 后轴负荷 4848 主传动比 主传动比 i0 4 55 变速器传动比 一挡 变速器传动比 一挡 3 79 二档 二档 2 17 三档 三档 1 41 四档 四档 1 00 五档 五档 0 86 质心高度 质心高度 hg 0 57m CDA 1 5m2 轴距 轴距 L 2 300m 飞轮转动惯量 飞轮转动惯量 If 0 22kg m2 四个车轮总的转动惯量四个车轮总的转动惯量 Iw 3 6kg m2 车轮半径 车轮半径 r 0 367m 该车在附着系数 该车在附着系数的路的路0 6 面上低速滑行曲线和直接档加速曲线如习题图面上低速滑行曲线和直接档加速曲线如习题图 1 所示 图上给出了滑行数据的拟合直线所示 图上给出了滑行数据的拟合直线 v 19 76 0 59T v 的单位的单位 km h T 的单位为的单位为 s 直接档最大加速度 直接档最大加速度 amax 0 75m s2 ua 50km h 设各档传动效率均为 设各档传动效率均为 0 90 求 求 1 汽车在该路面上的滚动阻力系数 汽车在该路面上的滚动阻力系数 2 求直接档的最大动力因数 求直接档的最大动力因数 3 在此路面上该车的最大爬坡度 在此路面上该车的最大爬坡度 解 1 求滚动阻力系数 汽车在路面上滑行时 驱动力为 0 飞轮空转 质量系数中该项为 0 w 22 I3 6 111 012 2152 0 367mr 行驶方程退化为 减速度 0 du Gfm dt duGf dtm 根据滑行数据的拟合直线可得 2 0 59 0 164 3 6 du m s dt 解得 0 0169 dt du g f 2 求直接档最大动力因数 直接档 2 2 wf 4 0 22 II 11 027 m i i mrmr 动力因数 du Df gdt 最大动力因数 maxmax 1 027 0 01690 750 096 9 8 Dfa g 3 在此路面上该车的最大爬坡度 由动力因数的定义 直接档的最大驱动力为 r iiT GDFF ttq wt 04max 4max4max 汽车理论 习题指导及参考答案 第 13 页 共 54 页 最大爬坡度是指一挡时的最大爬坡度 max 01max GiGf r iiT ttq 以上两式联立得 maxmax4 14 w GfGiFDG ii 即车辆本身能达到的最大爬坡度 2 max1max4 0 654 21 15 D a C A iiuDf G 由地面附着条件 汽车可能通过的最大坡度为 即地面限制车辆不能超越的坡度 它由地面附着系数确定 0 338 1 g a L q hL 所以该车的最大爬坡度为 0 338 汽车理论 习题指导及参考答案 第 14 页 共 54 页 第二章第二章汽车的燃油经济性汽车的燃油经济性 2 1 车开得慢 油门踩得小 就一定省油车开得慢 油门踩得小 就一定省油 或者 或者 只要发动机省油 汽车就一定省油只要发动机省油 汽车就一定省油 这两种说法对不对 这两种说法对不对 答 不对 由汽车百公里等速耗油量图 汽车一般在接近低速的中等车速时燃油消耗 量最低 并不是在车速越低越省油 由汽车等速百公里油耗算式 2 1 知 汽车油耗量不 仅与发动机燃油消耗率有关 而且还与发动机功率以及车速有关 发动机省油时汽车不一 定就省油 2 2 试述无级变速器与汽车动力性 燃油经济性的关系 试述无级变速器与汽车动力性 燃油经济性的关系 答 为了最大限度提高汽车的动力性 要求无级变速器的传动比使得发动机在任何车 速下都能发出最大功率 为了提高汽车的燃油经济性 应该根据 最小燃油消耗特性 曲 线确定无级变速器的调节特性 二者的要求是不一致的 一般地 无级变速器的工作模式 应该在加速阶段具有良好的动力性 在正常行驶状态具有较好的经济性 2 3 用发动机的用发动机的 最小燃油消耗特性最小燃油消耗特性 和克服行驶阻力应提供的功率曲线 确定保证发动机和克服行驶阻力应提供的功率曲线 确定保证发动机 在最经济状况下工作的在最经济状况下工作的 无级变速器调节特性无级变速器调节特性 答 由发动机在各种转速下的负荷特性曲线的包络线即为发动机提供一定功率时的最 低燃油消耗率曲线 如课本图 2 11a 利用此图可以找出发动机提供一定功率时的最经济状 况 转速与负荷 把各功率下最经济状况运转的转速与负荷率表明在外特性曲线上 便得 到 最小燃油消耗特性 无级变速器的传动比 i 与发动机转速 n 及汽车行驶速度之间关系 便可确定无级变速器的调节特性 具体方法参见课本 P52 0 0 377 a nr i i u 2 4 如何从改进汽车底盘设计方面来提高燃油经济性 如何从改进汽车底盘设计方面来提高燃油经济性 答 汽车底盘设计应该从合理匹配传动系传动比 缩减尺寸和减轻质量来提高燃油经 济性 2 5 为什么汽车发动机与传动系统匹配不好会影响汽车燃油经济性与动力性 试举例说明 为什么汽车发动机与传动系统匹配不好会影响汽车燃油经济性与动力性 试举例说明 答 在一定道路条件下和车速下 虽然发动机发出的功率相同 但传动比大时 后备 功率越大 加速和爬坡能力越强 但发动机负荷率越低 燃油消耗率越高 百公里燃油消 耗量就越大 传动比小时则相反 所以传动系统的设计应该综合考虑动力性和经济性因素 如最小传动比的选择 根据汽车功率平衡图可得到最高车速 umax 驱动力曲线与行驶阻力曲 线的交点处车速 发动机达到最大功率时的车速为 up 当主传动比较小时 up umax 汽车 后备功率小 动力性差 燃油经济性好 当主传动比较大时 则相反 最小传动比的选择 则应使 up与 umax相近 不可为追求单纯的动力性或经济性而降低另一方面的性能 2 6 试分析超速档对汽车动力性和燃油经济性的影响 试分析超速档对汽车动力性和燃油经济性的影响 答 汽车在超速档行驶时 发动机负荷率高 燃油经济性好 但此时 汽车后备功率 小 所以需要设计合适的次一挡传动比保证汽车的动力性需要 2 7 已知货车装用汽油发动机的负荷特性与万有特性 负荷特性曲线的拟合公式为 已知货车装用汽油发动机的负荷特性与万有特性 负荷特性曲线的拟合公式为 其中 b 为燃油消耗率 g kW h Pe 为发动机净 4 4 3 3 2 210eeee PBPBPBPBBb 功率 kW 拟合式中的系数随转速 n 变化 怠速油耗 怠速转速smLQid 299 0 400r min 计算与绘制题 1 3 中货车的 汽车理论 习题指导及参考答案 第 15 页 共 54 页 1 汽车功率平衡图 2 最高档与次高档的等速百公里油耗曲线 3 利用计算机求货车按 JB3352 83 规定的六工况循环行驶的百公里油耗 计算中确 定燃油消耗值 b 时 若发动机转速与负荷特性中给定的转速不相等 可由相邻转速的两根 曲线用插值法求得 注意 发动机净功率和外特性功率的概念不同 发动机外特性功率是发动机节气门全开 时的功率 计算公式为 在某一转速下 外特性功率是唯一确定的 发动机净功率 9550 tq e T n P 则表示发动机的实际发出功率 可以根据汽车行驶时的功率平衡求得 和转速没有一一对应 关系 解 1 汽车功率平衡图 发动机功率在各档下的功率 汽车经常遇到的阻力功率对车速的关系 e P T Wf PP a u 曲线即为汽车功率平衡图 其中 30000 10 60 2 3 kWnT n TP tqtqe 9550 kW nTtq 0 0 377 a g u i i n r 为发动机转矩 单位为 tq TmN 761403600 1 3 aDa TT Wf AuCGfu PP 编程计算 汽车的功率平衡图为 2 最高档和次高档的等速百公里油耗曲线 先确定最高档和次高档的发动机转速的范围 然后利用 求出对应档位 0 0 377 a g rn u i i 的车速 由于汽车是等速行驶 因此发动机发出的功率应该与汽车受到的阻力功率折合到 曲轴上的功率相等 即 然后根据不同的和 用题中给出的拟合公 3600 fWa e T FFu P e Pn 式求出对应工况的燃油消耗率 先利用表中的数据 使用插值法 求出每个值所对应的n 汽车理论 习题指导及参考答案 第 16 页 共 54 页 拟合式系数 在这里为了保证曲线的光滑性 使用了三次样条插值 利 01234 B B B B B 用求得的各个车速对应下的功率求出对应的耗油量燃油消耗率 利用公式 b 即可求出对应的车速的百公里油耗 1 02 s a Pb Q ug 100Lkm 实际绘出的最高档与次高档的等速百公里油耗曲线如下 从图上可以明显看出 第三档的油耗比在同一车速下 四档的油耗高得多 这是因为 在同一车速等速行驶下 汽车所受到的阻力基本相等 因此基本相等 但是在同一车速 e P 下 三档的负荷率要比四档小 这就导致了四档的油耗较小 但是上图存在一个问题 就是在两头百公里油耗的变化比较奇怪 这是由于插值点的 范围比节点的范围要来得大 于是在转速超出了数据给出的范围的部分 插值的结果是不转速超出了数据给出的范围的部分 插值的结果是不 可信的可信的 但是这对处在中部的插值结果影响不大 而且在完成后面部分的时候发现 其实 只需使用到中间的部分即可 3 按 按 JB3352 83 规定的六工况循环行驶的百公里油耗 规定的六工况循环行驶的百公里油耗 从功率平衡图上面可以发现 III 档与 IV 档可以满足六工况测试的速度范围要求 分为 III 档和 IV 档进行计算 先求匀速行驶部分的油耗 先使用 求出在各个速度下 发动机所应该提供的功率 然后利用 3600 fWa e T FFu P 插值法求出 三个匀速行驶速度对应的燃油消耗率 由求出三段匀速行驶b 102 a Pbs Q ug 部分的燃油消耗量 mL 汽车理论 习题指导及参考答案 第 17 页 共 54 页 计算的结果如下 匀速行驶阶段 第一段第二段第三段 匀速行驶速度 km h 254050 持续距离 m 50250250 发动机功率 e Pkw 4 70739 200813 4170 三档678 3233563 0756581 3972 燃油消耗率 bgkW hA 四档492 3757426 5637372 6138 三档8 868144 964454 2024 燃油消耗量 Qml 四档6 437134 063234 7380 再求匀加速阶段 对于每个区段 以为区间对速度区段划分 对应每一个车速 都可以求出对1 km h a u 应的发动机功率 此时 车速与功率的关系已经 3 1 3600761403600 aDaa T GfuC Aumu du P dt 发生改变 因此应该要重新对燃油消耗率的拟合公式中的系数进行插值 插值求出对应的 各个车速的燃油消耗率 进而用求出每个速度对应的燃油消耗率b 367 1 t Pb Q g 每小段的加速时间 每一个小区间的燃油消耗量 012 ttttn QQQQ 1 3 6 t du dt 对每个区间的燃油消耗量求和就可以得出加速过程的燃油消耗 1 1 2 nt ntn QQQt 量 计算结果如下 加速阶段第一段第二段 最大速度 max a ukm h 4050 最小速度 min a ukm h 2540 加速度 2 am s 0 25 注 书中的数 据有误 0 20 三档38 370544 2181燃油消耗量 a QmL 四档30 100138 4012 匀减速阶段 对于匀减速阶段 发动机处在怠速工况 怠速燃油消耗率是一定值 只要知道匀减 id Q 速阶段的时间 就可以求出耗油量 did QQ t 0 299 19 35 77 did QQ tmL ssmL 根据以上的计算 可以求出该汽车分别在三档和四档的六工况耗油量 三档 汽车理论 习题指导及参考答案 第 18 页 共 54 页 8 868144 964454 202438 370544 2181 5 77 100100 1075 18 2692L s Q Q s 四档 6 4371 34 063234 738030 1001 38 40125 77 100100 1075 13 9079L s Q Q s 计算程序 计算程序 主函数 主函数 chazhi m 2 7 题的 2 3 问的程序 clear global f G CDA yita m r If Iw1 Iw2 pg i0 B0 B1 B2 B3 B4 n 声明全局变量 ig 6 09 3 09 1 71 1 00 r 0 367 i0 5 83 yita 0 85 CDA 2 77 f 0 013 G 3880 9 8 If 0 218 Iw1 1 798 Iw2 3 598 m 3880 汽车的基本参数设定 n0 815 1207 1614 2012 2603 3006 3403 3804 B00 1326 8 1354 7 1284 4 1122 9 1141 0 1051 2 1233 9 1129 7 B10 416 46 303 98 189 75 121 59 98 893 73 714 84 478 45 291 B20 72 379 36 657 14 524 7 0035 4 4763 2 8593 2 9788 0 71113 B30 5 8629 2 0553 0 51184 0 18517 0 091077 0 05138 0 047449 0 00075215 B40 0 17768 0 043072 0 0068164 0 0018555 0 00068906 0 00035032 0 00028230 0 000038568 n 600 1 4000 B0 spline n0 B00 n B1 spline n0 B10 n B2 spline n0 B20 n 使用三次样条插值 保证曲线的光滑连续 B3 spline n0 B30 n B4 spline n0 B40 n ua3 0 377 r n i0 ig 3 求出发动机转速范围内对应的 III IV 档车速 ua4 0 377 r n i0 ig 4 F3 f G CDA ua3 2 21 15 求出滚动阻力和空气阻力的和 F4 f G CDA ua4 2 21 15 P fw3 F3 ua3 yita 3 6 1000 求出阻力功率 P fw4 F4 ua4 yita 3 6 1000 for i 1 1 3401 用拟合公式求出各个燃油消耗率 b3 i B0 i B1 i P fw3 i B2 i P fw3 i 2 B3 i P fw3 i 3 B4 i P fw3 i 4 汽车理论 习题指导及参考答案 第 19 页 共 54 页 b4 i B0 i B1 i P fw4 i B2 i P fw4 i 2 B3 i P fw4 i 3 B4 i P fw4 i 4 end pg 7 06 汽油的重度取 7 06N L Q3 P fw3 b3 1 02 ua3 pg Q4 P fw4 b4 1 02 ua4 pg plot ua3 Q3 r 绘制等速百公里燃油消耗率曲线绘制等速百公里燃油消耗率曲线 hold on plot ua4 Q4 gtext 车速 u a km h gtext 百公里油耗 Qs L 100km 1 gtext III gtext IV ua3 m 25 40 50 匀速阶段的车速 s m 50 250 250 每段匀速走过的距离 b3 m spline ua3 b3 ua3 m 插值得出对应速度的燃油消耗率 F3 m f G CDA ua3 m 2 21 15 车速对应的阻力 P fw3 m F3 m ua3 m yita 3 6 1000 发动机功率 Q3 m P fw3 m b3 m s m 102 ua3 m pg 求燃油消耗量 ua4 m 25 40 50 匀速阶段的车速 s m 50 250 250 每段匀速走过的距离 b4 m spline ua4 b4 ua4 m 插值得出对应速度的燃油消耗率 F4 m f G CDA ua4 m 2 21 15 车速对应的阻力 P fw4 m F4 m ua4 m yita 3 6 1000 发动机功率 Q4 m P fw4 m b4 m s m 102 ua4 m pg Q3 a1 jiasu 40 25 ig 3 0 25 ua3 调用函数 求出每段的燃油消耗量 Q3 a2 jiasu 50 40 ig 3 0 2 ua3 Q4 a1 jiasu 40 25 ig 4 0 25 ua4 Q4 a2 jiasu 50 40 ig 4 0 2 ua4 Qid 0 299 tid 19 3 s 1075 Q i Qid tid 求出减速阶段的燃油消耗量 Q3all sum Q3 m Q3 a1 Q3 a2 Q i 100 s III 档六工况百公里燃油消耗量 Q4all sum Q4 m Q4 a1 Q4 a2 Q i 100 s IV 档六工况百公里燃油消耗量 子程序 jiasu m 加速阶段处理函数 function q jiasu umax umin ig a ua0 global f G CDA yita m r If Iw1 Iw2 pg i0 B0 B1 B2 B3 B4 n ua1 umin 1 umax 把速度范围以 1km h 为间隔进行划分 delta 1 Iw1 Iw2 m r 2 If ig 2 i0 2 yita m r 2 P0 G f ua0 3600 CDA ua0 3 76140 delta m ua0 3600 a yita 汽车理论 习题指导及参考答案 第 20 页 共 54 页 P G f ua1 3600 CDA ua1 3 76140 delta m ua1 3600 a yita dt 1 3 6 a 速度每增加 1km h 所需要的时间 for i 1 1 3401 重新利用拟合公式求出 b 与 ua 的关系 b0 i B0 i B1 i P0 i B2 i P0 i 2 B3 i P0 i 3 B4 i P0 i 4 end b1 interp1 ua0 b0 ua1 插值出各个速度节点的燃油消耗率 Qt P b1 367 1 pg 求出各个速度节点的燃油消耗率 i1 size Qt i i1 2 Qt1 Qt 2 i 1 q Qt 1 Qt i dt 2 sum Qt1 dt 求该加速阶段的燃油消耗量 讨论 讨论 一 关于插值方法的讨论 一 关于插值方法的讨论 在完成本题的第二个小问题 即求等速百公里油耗曲线的时候 处理题中所给的拟合 函数的时候有两种处理方法 一是先使用已经给出的节点数据 使用插值方法 得出转速 插值点的对应燃油消耗率 然后再进而求出对应车速的等速燃油消耗量 在这里的处理b 方法就是这种 从得到的等速百公里油耗曲线上可以发现 曲线有比较多的曲折 估计这 是使用三次样条插值方法得到的结果 因为三次样条插值具有很好的光滑性 如果改用线 形内插法的话 得到的曲线虽然不光滑 但是能够体现一个大体的趋势 经比较发现 使 用三次样条插值得到的曲线中部与线形内插得到的曲线十分相似 但是使用线形内插的最大问题在于 对于超出节点两头的地方无法插值 在处理的时 候 如果把头尾的转速去掉 即只考虑 n 从 815rpm 到 3804rpm 的时候 在完成全部的计 算任务之后 得到的三 四档的六工况百公里油耗如下 汽车理论 习题指导及参考答案 第 21 页 共 54 页 三档 三档 18 4090L 与使用三次样条插值得到的结果相比 误差为 0 77 四档 四档 14 0362L 与使用三次样条插值得到的结果相比 误差为 0 92 因此 两种方法得到的结果十分相近 这种对系数进行插值的方法的精度依靠于所给出的拟合公式中各个系数与 n 之间的关 系 如果存在很好的线形关系 则使用线性内插的精度比较高 另外一种处理方法就是 先利用给出的各个节点数据 求出了八个 b 值 然后利用这 八个 b 与 ua 的数据 进行插值 这种处理方法插值时所用的结点数比较少 插值得出的等 速百公里油耗曲线比较平缓 二 关于加速过程的加速阻力的处理讨论 二 关于加速过程的加速阻力的处理讨论 在计算匀加速过程的时候 因为比匀速行驶的时候 增加了加速阻力 因此车速与发 动机功率之间的关系已经改变了 这样 就应该使用拟合公式 重新对 b 进行计算 得出 在加速过程中 速度对应的燃油消耗率 而且对于不同的加速阶段 加速度不同 就会得 到不同的 b 与 ua 的关系 但是 这种方法仍然只是对实际情况的一种近似 因为对于加速 过程 发动机是处在一个瞬时动态过程 而前面的处理方法仍然是使用稳态的时候发动机 的负荷特性进行计算 也就是说把加速阶段近似为一个加入了加速阻力功率的匀速过程来 看待 这必然会出现一些误差 2 8 轮胎对汽车动力性 燃油经济性有些什么影响 轮胎对汽车动力性 燃油经济性有些什么影响 答 1 轮胎对汽车动力性的影响主要有三个方面 轮胎的结构 帘线和橡胶的品 种 对滚动阻力都有影响 轮胎的滚动阻力系数还会随车速与充气压力变化 滚动阻力系 数的大小直接影响汽车的最高车速 极限最大加速度和爬坡度 汽车车速达到某一临 界值时 滚动阻力迅速增长 轮胎会发生很危险的驻波现象 所以汽车的最高车速应该低 于该临界车速 轮胎与地面之间的附着系数直接影响汽车的极限最大加速度和爬坡度 2 轮胎对燃油经济性的影响 轮胎的滚动阻力系数直接影响汽车的燃油经济性 滚动阻力大燃油消耗量明显升高 2 9 为什么公共汽车起步后 驾驶员很快换入高档 为什么公共汽车起步后 驾驶员很快换入高档 答 因为汽车在低档时发动机负荷率低 燃油消耗量大 高档时则相反 所以为了提 高燃油经济性应该在起步后很快换入高档 2 10 达到动力性最佳换档时机是什么 达到燃油经济性的最佳换档时机是什么 二者是否达到动力性最佳换档时机是什么 达到燃油经济性的最佳换档时机是什么 二者是否 相同 相同 答 达到动力性最佳应该使汽车加速到一定车速的时间最短 换档时机应根据加速度 倒数曲线确定 保证其覆盖面积最小 达到燃油经济性的换档时机应该根据由 最小燃油 消耗特性 确定的无级变速器理想变速特性 考虑道路的值 在最接近理想变速特性曲 线的点进行换档 二者一般是不相同的 汽车理论 习题指导及参考答案 第 22 页 共 54 页 第三章第三章汽车动力装置参数的选定汽车动力装置参数的选定 3 1 改变改变 1 3 题中轻型货车的主减速器传动比 做出题中轻型货车的主减速器传动比 做出为为 5 17 5 43 5 83 6 17 6 33 时的时的 0 i 燃油经济性燃油经济性 加速时间曲线 讨论不同加速时间曲线 讨论不同值对汽车性能的影响 值对汽车性能的影响 0 i 解 加速时间的结算思路与方法 在算加速时间的时候 关键是要知道在加速的过程中 汽车的行驶加速度随着车速 du dt 的变化 由汽车行驶方程式 可以得到 02 21 15 tq gT D a T i i C Adu GfGium rdt 02 1 21 15 tq gT D a T i i C Adu Gfu dtmr 0 i F 由于对于不同的变速器档位 车速与发动机转速的对应关系不同 所以要针对不 a un 同的变速器档位 求出加速度随着车速变化的关系 先确定各个档的发动机最低转速a a u 和最高转速时对应的汽车最高车速和最低车速 然后在各个车速范围内 对阻 maxa u mina u 力 驱动力进行计算 然后求出 即 式中可以通过已经给出的使用外特性 du dt a tq T 曲线的拟合公式求得 q Tn 求出加速度随着车速变化的关系之后 绘制出汽车的加速度倒数曲线 然后对该a a u 曲线进行积分 在起步阶段曲线的空缺部分 使用一条水平线与曲线连接上 一般在求燃 油经济性 加速时间曲线的时候 加速时间是指 0 到 100km h 或者 0 到 60mile h 即 0 到 96 6km h 的加速时间 可是对于所研究的汽车 其最高行驶速度是 94 9km h 而且 从该汽车加速度倒数曲线上可以看出 当汽车车速大于 70km h 的时候 加速度开始迅速 下降 因此可以考虑使用加速到 70km h 的加速时间进行代替 计算程序见后 对于四档变速器 档位IIIIIIIV 传动比 g i 6 093 091 711 00 计算的结果如下 主传动比 0 i 5 175 435 836 176 33 II 档起步 0 70km h 加速时间 s 27 303627 503227 129126 513225 9787 然后计算各个主传动比下 六工况百公里油耗 利用第二章作业中所使用的计算六工 况百公里油耗的程序进行计算 得到结果如下 主传动比 0 i 5 175 435 836 176 33 六工况百公里油耗 L 100km 13 381113 619113 907914 141014 2608 可以绘制出燃油经济性 加速时间曲线如下 汽车理论 习题指导及参考答案 第 23 页 共 54 页 从图上可以发现 随着的增大 六工况百公里油耗也随之增大 这是由于当增大 0 i 0 i 以后 在相同的行驶车速下 发动机所处的负荷率减小 也就是处在发动机燃油经济性不 佳的工况之下 导致燃油经济性恶化 但是对于加速时间来说 随着的增加 显示出现 0 i 增大 然后随之减小 而且减小的速度越来越大 其实从理论上来说 应该是越大 加 0 i 速时间就有越小的趋势 但是由于在本次计算当中 加速时间是车速从 0 加到 70km h 并 不能全面反映发动机整个工作能力下的情况 比如当 5 17 的时候 车速从刚上 IV