2024年车辆工程专业研究生入学考试《汽车理论》试题试卷及答案

2024年车辆工程专业研究生入学考试《汽车理论》试题试卷及答案一、单项选择题（本大题共10小题，每小题2分，共20分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的）1.汽车行驶阻力中，哪一项在低速时主要与速度成正比，而在高速时与速度的平方成正比？A.滚动阻力B.空气阻力C.坡度阻力D.加速阻力2.为了保证汽车在制动时的方向稳定性，即不发生侧滑，通常希望前轮先于后轮抱死（或前后轮同时抱死），这要求制动力分配系数β与同步附着系数的关系满足（设实际路面附着系数为ϕ）：A.ϕB.ϕC.ϕD.与ϕ无关3.在汽车的动力性指标中，下列哪一项主要取决于汽车的低速扭矩特性？A.最高车速B.加速时间C.最大爬坡度D.燃油消耗量4.关于轮胎的侧偏特性，下列说法正确的是：A.侧偏力总是与侧偏角成正比B.侧偏刚度绝对值越大，轮胎的侧向稳定性越好C.当侧偏角超过一定值后，侧偏力会急剧下降至零D.轮胎的垂直载荷对侧偏刚度没有影响5.汽车平顺性评价中，人体最敏感的垂直振动频率范围是：A.0.1~0.5HzB.0.5~2HzC.4~8HzD.20~30Hz6.某汽车具有不足转向特性，当其以一定速度在圆周上行驶时，若增加转向盘角度（使前轮侧偏角增加），则汽车的稳态横摆角速度增益：A.增加B.减小C.保持不变D.先增加后减小7.下列哪项措施不利于提高汽车的燃油经济性？A.减小整车整备质量B.提高发动机的有效热效率C.增大轮胎滚动阻力系数D.优化传动系速比以使发动机常工作在高效率区8.汽车通过性中，作为评价车辆越过坎坷障碍物能力的几何参数是：A.最小离地间隙B.接近角C.离去角D.纵向通过角9.在二自由度汽车模型中，稳定性因数K=A.不足转向B.中性转向C.过多转向D.临界转向10.汽车制动时，若前轮先抱死，则汽车：A.基本失去转向能力，但直线行驶稳定性尚好B.会发生激转，处于危险状态C.转向能力增强D.制动距离最短二、填空题（本大题共10小题，每小题2分，共20分。请将答案写在答题纸指定位置）11.汽车的驱动力与发动机转矩、传动比i及传动效率的关系式为=，其中r指的是__________。12.汽车燃料经济性常用评价指标为__________，单位通常为L/100km。13.当汽车在附着系数为ϕ的路面上制动时，若制动器制动力足够大，车轮抱死拖滑，此时地面制动力取决于__________。14.汽车的稳态响应分为三种类型：不足转向、中性转向和__________。15.在分析汽车平顺性时，通常将车身简化为__________自由度的振动系统。16.影响汽车操纵稳定性的轮胎特性参数中，__________是指轮胎产生单位侧偏角所需的侧向力。17.汽车在良好水平路面上高速行驶时，其行驶阻力主要由__________和滚动阻力组成。18.为了保证汽车在低附着系数路面上的制动效能，现代汽车普遍装备了__________系统（填英文缩写）。19.汽车动力装置参数的选择主要包括发动机功率、传动系__________的选择。20.汽车行驶的驱动-附着条件是：驱动力必须__________行驶阻力，且驱动力不能超过__________。三、名词解释（本大题共5小题，每小题4分，共20分）21.同步附着系数22.侧偏角23.动力因数24.悬架的静挠度25.汽车的通过性四、简答题（本大题共4小题，每小题10分，共40分）26.请简述汽车制动过程的时间组成，并说明各阶段对制动距离的影响。27.画出汽车驱动力-行驶阻力平衡图，并利用该图说明汽车最高车速、加速能力和最大爬坡度的确定方法。28.试分析汽车具有“不足转向”特性时，其行驶特点及对安全性的影响，并说明如何通过悬架参数调整来实现不足转向。29.简述子午线轮胎与斜交轮胎在性能上的主要差异（至少列举三点）。五、计算题（本大题共3小题，共50分）30.（15分）某汽车总质量m=2000kg，车轮滚动半径r=0.3m，传动系总效率=0.9，主减速器传动比=4.0，空气阻力系数=0.4，迎风面积（1）求此时汽车的行驶速度（单位：km/h）；（2）求此时需要的发动机输出功率（单位：kW）；（3）求此时发动机的输出转矩（单位：N·m）。（注：重力加速度取g=9.8m/，31.（15分）一辆汽车的总重力G=19600N，质心高度=0.6m，轴距L=3.0（1）计算该车的同步附着系数；（2）若该车在附着系数ϕ=（3）若该车在附着系数ϕ=32.（20分）某汽车以u=20m/s的速度在半径R=100m的圆周上做稳态转向运动。已知汽车质量（1）计算该车的稳定性因数K，并判断其转向特性；（2）计算该车的稳态横摆角速度；（3）计算为了保持该圆周运动所需的前轮转角δ（假设转向系统传动比为1，即输入转角等于车轮转角）。（4）若车速保持不变，将后轴侧偏刚度绝对值减小（即绝对值变小），汽车的转向特性将如何变化？参考答案及解析一、单项选择题1.B解析：空气阻力与速度平方成正比。虽然滚动阻力在低速时是主要阻力，且随速度增加略有增加（考虑到车速系数影响），但题目中“低速时主要与速度成正比，高速时与速度平方成正比”这一描述更侧重于空气阻力在高速时急剧上升的特性，或者是对流体力学中粘性阻力（与速度一次方）和压差阻力（与速度二次方）的混合描述。但在汽车理论经典考题中，通常考察空气阻力与速度平方的关系。若严格按选项看，A是常数或随微增，B是平方，C与速度无关，D与加速度有关。此题若考察速度影响的量级，B是主要随速度剧烈变化的项。注：题目表述略有歧义，但在常规考试中，空气阻力是典型的与速度平方成正比的阻力。2.A解析：当路面附着系数ϕ<时，β3.C解析：最大爬坡度对应于汽车低速时的最大驱动力，低速时驱动力主要取决于发动机的低速扭矩和传动系的最低档总传动比。4.B解析：A错误，侧偏力在小侧偏角时成正比，大侧偏角时饱和；C错误，大侧偏角时侧向力趋于饱和（附着极限），不会降至零；D错误，垂直载荷显著影响侧偏刚度，一般随载荷增加刚度增加但存在极值。B正确，侧偏刚度绝对值大意味着产生同样侧向力所需的侧偏角小，即轮胎“抓地”感强，稳定性好。5.C解析：垂直振动最敏感频率范围是人体内脏器官的共振频率，约为4~8Hz。对于水平振动，最敏感频率略低。6.A解析：不足转向汽车的特征是稳定性因数K>0。横摆角速度增益=。对于不足转向，随着车速增加，增益先增后减，但在固定速度下，增加前轮转角δ（即增加侧偏角），实际上是在输入端增加。但在稳态响应分析中，通常讨论的是随车速变化的增益。若题目意指“固定车速下，增加转角后的响应”，则输出自然增加。若题目意指“稳定性因数K对增益的影响”，不足转向汽车的增益比中性转向低。但根据题干“增加转向盘角度”，物理上横摆角速度必然增加。若题目是考察增益特性，可能是指随着侧向加速度增加，不足转向车需要更大的转角。此处选A最符合物理直觉：打方向多了，转得快了。修正：若题目考察的是“稳态横摆角速度增益”这一物理量（即输出/输入），对于不足转向汽车，随着车速升高，该增益会减小。但题目限定“以一定速度...增加转向盘角度”，这是瞬态或新的稳态输入变化，输出增加。或者题目想问的是随着车速增加，增益的变化？鉴于题干明确“增加转角”，选A。7.C解析：滚动阻力系数增大，行驶阻力增加，燃油消耗量增加，经济性变差。8.D解析：纵向通过角是指汽车前后轴之外，车底最低点与前后轮外沿构成的平面所夹的最小锐角，用于评价汽车跨越小丘、壕沟等障碍的能力。A、B、C也是通过性几何参数，但D特指越过中间凸起的能力。9.B解析：K=0为中性转向；K>10.A解析：前轮先抱死，汽车失去转向能力，只能沿原方向（大致为直线）滑行，不会发生激转，处于相对稳定但无法避险的状态。后轮先抱死易发生侧滑（甩尾），极不稳定。二、填空题11.车轮的滚动半径解析：驱动力公式中的r指的是车轮的滚动半径，即车轮中心到路面的距离，在动力学计算中通常使用动力半径或滚动半径。12.百公里油耗解析：我国和欧洲常用L/100km作为燃油经济性评价指标。13.地面附着力（或=Z解析：制动器制动力增大时，地面制动力随之增大，直到达到附着力，之后不再增加，保持为。14.过多转向解析：汽车稳态响应的三种类型。15.两（或二）解析：在最简化的车身-车轮双质量系统模型中，通常将车身简化为具有垂直和俯仰两个自由度的振动模型（若仅研究垂直振动也可简化为单自由度，但“双质量”通常指车身与车轮分离，即2自由度垂直模型；若考虑俯仰则是7自由度的一部分。填空题通常考察最基本的“车身与车轮”双质量系统，即2自由度）。注：若指最基础的简化模型，有时指单自由度，但标准平顺性模型常指双质量（车身+车轮）。16.侧偏刚度解析：侧偏刚度k定义为侧偏力对侧偏角α的导数。17.空气阻力解析：高速行驶时，空气阻力占据主导地位。18.ABS（或防抱死制动系统）解析：ABS防止车轮抱死，利用峰值附着系数，缩短制动距离并保持转向能力。19.最小传动比（或最大传动比、档位数、各档传动比）解析：动力装置参数选择主要包括发动机功率、传动系最小传动比（影响最高车速）、最大传动比（影响爬坡度）以及档位数和各档传动比。20.大于（或等于），附着力解析：汽车行驶的驱动条件：≥∑F；附着条件：三、名词解释21.同步附着系数：指对于前后制动器制动力分配系数固定的汽车，使前、后轮同时抱死（即同时达到附着极限）时的路面附着系数。通常用表示。22.侧偏角：汽车轮胎中心平面（或行驶方向）与轮胎接地印迹中心点的运动方向（车轮平面与地面的交线）之间的夹角。它是由于轮胎侧向弹性变形引起的。23.动力因数：定义为汽车驱动力与空气阻力之差除以汽车重力，即D=24.悬架的静挠度：汽车满载静止时，悬架在重力作用下产生的变形量。它决定了汽车的自然振动频率（偏频），静挠度越大，悬架越软，固有频率越低。25.汽车的通过性：指汽车在一定装载质量下，能以足够高的平均车速通过各种坏路、无路地带（如松软土壤、沙漠、雪地等）以及克服各种障碍（如陡坡、侧坡、壕沟、台阶等）的能力。四、简答题26.简述汽车制动过程的时间组成，并说明各阶段对制动距离的影响。解析：汽车的制动过程可分为四个时间段：（1）驾驶员反应时间：从驾驶员识别障碍到脚接触制动踏板的时间。此期间汽车仍以初速度匀速行驶，对制动距离有影响（=）。（2）制动器作用时间：包括消除制动踏板自由行程的时间和制动力增长时间。在内仍匀速；在内制动力线性增长，减速度增大。此阶段对制动距离影响显著。（3）持续制动时间：制动力达到最大（或稳定值）后，汽车以恒定（或接近恒定）减速度减速直至停车。这是制动减速的主要阶段，对制动距离贡献最大。（4）制动解除时间：制动力消失。对停车制动距离无影响。总制动距离s=++。缩短、以及增大阶段的减速度（即提高附着利用率）可以有效缩短制动距离。27.画出汽车驱动力-行驶阻力平衡图，并利用该图说明汽车最高车速、加速能力和最大爬坡度的确定方法。解析：（1）图形绘制：横坐标为车速，纵坐标为力（N）。在图上画出驱动力曲线−（不同档位对应不同曲线，通常画直接档和I档），以及滚动阻力与空气阻力之和曲线+−（这是一条随车速增加而上升的抛物线）。（2）最高车速：直接档驱动力曲线与行驶阻力曲线(+)的交点所对应的车速，即为最高车速。若无交点，则取发动机最高转速对应的车速。（3）加速能力：利用I档（或各档）驱动力曲线与(+)曲线之间的垂直距离，该距离即为剩余驱动力=−(+)。根据（4）最大爬坡度：利用I档驱动力曲线与(+)曲线之间的垂直距离，即=−(+)28.试分析汽车具有“不足转向”特性时，其行驶特点及对安全性的影响，并说明如何通过悬架参数调整来实现不足转向。解析：（1）行驶特点：不足转向汽车在固定方向盘转角下，随着车速增加，稳态横摆角速度增益先增加后减小（趋于0）。或者表现为，为了维持某一转向半径，随着车速增加，驾驶员必须增大方向盘转角。转弯半径R>。（2）安全性影响：不足转向特性有利于行车安全。当车辆遇到突发情况产生侧向加速度时，不足转向车辆有“跑偏”不足的趋势，即车头倾向于指向弯道外侧，驾驶员需要多打方向。这给驾驶员提供了“不足”的反馈，使车辆具有自我修正的趋势，不易发生激转。而过多转向车辆在达到临界车速后，横摆角速度会发散，极易导致侧翻。（3）悬架参数调整：使前轴侧偏刚度绝对值小于后轴（即||<|a.前悬架采用较软的弹簧刚度，或降低前轮轮胎气压（降低前轴侧偏刚度）。b.后悬架采用较硬的弹簧刚度，或增加后轮轮胎气压（增加后轴侧偏刚度）。c.调整车身侧倾时，通过侧倾转向效应（如前轮随车身侧倾而增加前束角），使前轮产生不足转向趋势。d.使车轮外倾角随悬架跳动产生变化，影响侧偏刚度。29.简述子午线轮胎与斜交轮胎在性能上的主要差异。解析：（1）滚动阻力：子午线轮胎的带束层刚性强，胎体变形小，滚动阻力比斜交轮胎小（约低20%~30%），因此燃油经济性更好。（2）附着性能：子午线轮胎接地面积大，接地压强分布均匀，且胎面刚性大，在湿路面上的抗侧滑能力和制动力通常优于斜交轮胎。（3）侧偏刚度：子午线轮胎具有较大的侧偏刚度（绝对值），因此在相同侧偏角下能产生更大的侧向力，操纵稳定性更好，但同时也可能产生较强的转向不足趋势。（4）缓冲能力：斜交轮胎胎体厚、层数多，缓冲性能好，乘坐舒适性相对较软；子午线轮胎胎侧软（径向刚度小），但带束层硬，整体舒适性在一般路面略逊，但可通过悬架优化。（5）使用寿命：子午线轮胎胎面耐磨性通常优于斜交轮胎，行驶里程更长。（6）高速性能：子午线轮胎结构更适合高速行驶，生热少，不易发生脱层爆破。五、计算题30.解：已知参数：mr=αn（1）求汽车行驶速度发动机转速与车速关系为：=代入数据：=（保留两位小数，≈84.83（2）求需要的发动机输出功率汽车匀速行驶，驱动力等于各项行驶阻力之和：∑计算各阻力（需将车速换算为m/s，u=滚动阻力=坡度阻力=空气阻力=总阻力∑所需车轮边缘功率（需求功率）：=发动机输出功率：=（3）求发动机输出转矩==答：（1）汽车行驶速度为84.83k（2）发动机输出功率为59.53k（3）发动机输出转矩为189.57N31.解：已知参数：G（1）计算同步附着系数同步附着系数公式为：=代入数据：=（2）当ϕ=因为ϕ=根据制动分析原理，当路面附着系数小于同步附着系数时，β线位于I曲线下方，前轮先达到附着极限。结论：前轮先抱死。（3）当ϕ=因为ϕ=当路面附着系数大于同步附着系数时，β线位于I曲线上方，后轮先达到附着极限。结论：后轮先抱死。此时汽车的制动状态：后轮