汽车理论 习题及答案 第1-7章 汽车的动力性-汽车的通过性

第1章汽车的动力性习题解答

1-1简述汽车的最高车速、原地起步加速时间的定义、最大爬坡度的定义.

解:

汽车的最高车速是指在水平良好的路面（沥青或混凝十•的路面）上汽车直线行驶所能达

到的最高行驶车速，单位为km/h。

原地起步加速时间指汽车从静止状态下，由I挡或H挡起步，并以最大的加速强度（包括

选择恰当的换挡时机）逐步换至最高挡后到某一预定的距离或车速所需的时间。

汽车的最大爬坡度是指汽车满载时用变速器最低挡位在良好路面上等速行驶所能爬的

最大坡度。

1-2写出汽车的驱动力、传动系统的传动效率的计算公式。

解：

汽车的驱动力：K="纭。%

r

汽车传动系统的传动效率：一?一彷，7J7J7077c

1-3根据表1-3和表1-5,绘制汽车的驱动力图。

解•:

绘制所得汽车的驱动力图见图1-4。

1-4写出车轮的滚动阻力、驱动轮受到的地面的纵向力、汽车的空气阻力、汽车的坡度阻力、

汽车的加速阻力的表达式，

解：

车轮的滚动阻力：Ft=^V=fFz

驱动轮受到的地面的纵向力：=岂一%=£-工

rr

汽车的空气阻力：凭=5^空

21.15

汽车的坡度阻力：Ft=Gsina

汽车的加速阻力：尸产加+七=fm'+Z4］包工&n电

JJJ-尸drdr

1-5写出汽车的行驶平衡方程式的一般形式。

解:

汽午的行映平衡方程式：=Ft+Fw+Fl+F）

1-6写出后轮、前轮和全轮为驱动轮时的汽车行驶的驱动-附着条件。

解：

后轮为驱动轮时的汽车行驶的驱动-附着条件：入+凡G工心2。

前轮为驱动轮时的汽车行驶的驱动-附着条件为：Ff+Fw+Fi<Ft<FZi(p

全轮为驱动轮时的汽车行驶的驱动-附着条件为：Ft.+Fw+Ft<Ft<F7(p

1-7汽车的质量加=1600kg,空气阻力系数CD=0.34,迎风面枳A=2.3nR后轮驱动，行

驶在a=5'的坡度上，滚动阻力系数户0.015,前轮的法向反作用力%】=6500N,试计

算汽车在附着系数夕=0.3路面上行驶时，由附着力所决定的最高车速，并与例1-2比较，

分析结果。

解；

汽车的驱动力等于附着力时，汽车具有最高车速，根据式(1-37),得

耳+F,+F.=FZ2(p

将耳二mgfcosa、6sin。及五亚代入上式，得

CDAU-.

mgjcosa+.+mgsina=Fn(p

再将m=16(X)kg、g=9.8W/52、f=0.015、a=5"、CD=0.34、A=2.3m?、

Fzi=Fz-Fz\=cosa-65(X)=912().3329N及。=().3代入上式，得汽车的最高车

速为

心二175.2212knYh

后轮驱动时汽车的最高车速〃“=175.2212knVh明显高于前轮驱动时汽车的最高车速

ua=97.1678kin/h,这是由于心？>Bi，另上坡时，约2增大，提高了汽车的最高车速。

1-8根据表1-3和表1-5,用汽车的驱动力-行驶阻力平衡图法或动力因数图法，绘制汽车的

驱动力-行驶阻力图。

解：

绘制所得汽车的驱动力-行驶阻力图见图・17。

1-9写出动力因数D定义。

解：

动力因数D定义为：D=F「FW

G

1-10根据表1-3和表1-5,绘制汽车的动力特性图，确定汽车的最高车速。

解：

绘制所得汽车的动力特性图见图1-22。D-小曲线与如小曲线交点所对应的车速，就是汽

车的最高车速“amax。

1-11写出装液力变矩器的燃油汽车动力性的计算方法。

解：

动力性的计算方法：求解得到液力变矩器的输出特性后，将液力变矩器的输出转矩TT再输出

转速〃T作为变速器的输入转矩和输入转速，采用1.2节中的燃油汽车动力性的评价指标和

1.3〜1.5节中燃油汽车中预力性的计算公式和方法，用♦和〃T分别替换几、〃，计算和分析装

液力变矩器的燃油汽车动力性，仍可采用驱动力一行驶阻力平衡图或动力特性图来确定有液

力变矩沸的燃油汽车的动力性指标，仍可采用功率平衡图分折有液力变矩器的燃油汽车的功

率平衡。

1-12写出纯电动汽车动力性的评价指标。

解：

根据GB/T18385-2024《纯电动汽车动力性能试验方法》中的规定，纯电动汽车的动

力性仍然由最高车速、加速性能和爬坡性能三个方面的指标来评定。

纯电动汽车的最高车速采用30min最高车速和最高车速指标。30min最高车速是指纯电

动汽车能够持续30min的最高平均车速。最高车速是指纯电动汽车保持最高平均车速至少稳

定行驶200m„

加速性能包括原地起步加速能力和超越加速能力。原地起步加速能力是指纯电动汽车由

静止状态加速到终了车速所经历的最短时间，一般为O-dOOkm小的最短加速时间。超越加

速能力是指纯电动汽车由规定的起始车速加速到规定的终了车速经历的最短时间；对于最高

车速大于70km/h的车辆，一般为60km/h->100km/h的最短加速时间；对于最高车速小于

70km/h的车辆，一般为30km/h—>100km/h的最短加速时间。

爬坡性能包括爬坡车速、最大爬坡度和坡道起步能刀。爬坡车速是指纯电动汽车在给定

坡度的坡道上能够持续行驶1km以上的最高平均车速，包括4%和12%坡度的爬坡车速,4%和12%

坡度的爬坡车速是指分别在4%和12%坡度的坡道上能够持续行驶1km以上的最高平均车速。最

大爬坡度是指纯电动汽车在良好路面上、满载状态下所能通过的极限坡度值（坡度值为坡度

垂直高度与水平距离的百分比）。坡道起步能力是指纯电动汽车在坡道上能起动且Imin向上

行驶至少10m（l（）m/min的平均速度）的最大坡度。

1-13写出纯电动汽车动力性计算公式和分析的特点。

解：

（1）评价指标仍然是最高车速、加速性能和爬坡性能，但评价指标的内容有增加且有

变化，只有车辆最大爬坡度的评价内容没有变化。

（2）将1.3〜1.5节中发动机的转矩"换为电动机的转矩，”，则动力性计算公式的

型式相同，计算方法相同；纯电动汽车的传动系统采用变速器时，乙为变速器的传动比；传

动系统采用减速器时，4C*为减速器的传动比，也是单挡传动比；力取为纯电动汽车的旋转质

量换算系数；则燃油汽车动力性的计算公式变为纯电动汽车动力性的计算公式。

(3)动力性指标的计算仍采用驱动力-行驶阻力平衡图法和动力特性图法，功率分析仍

采用功率平衡图。

1-14根据表1-8和表1-9,用汽车的驱动力-行驶阻力平衡图法或动力因数图法，绘制纯电动

汽车的驱动力-行驶阻力平衡图、加速度曲线图和加速时间曲线。

解：

绘制所得的纯电动汽车的驱动力-行驶阻力平衡图、加速度曲线图和加速时间曲线分别

见图1-35、图1-36和图1-37。

1-15简述增程式电动汽车动力性的评价指标及其计算方法。

解：

增程式电动汽车动力性的评价指标：增程式电动汽主的动力性仍然由最高车速、加速性

能和爬坡性能二个方面的指标来评定，并用纯电动汽车的动力性指标进行评价。

增程式电动汽车动力性的计算方法：增程式电动汽主只由电动机驱动，与纯电动汽车的

驱动相同，因此，增程式电动汽车与纯电动汽车动力性的计算方法相同。

1-16简述混合动力电动汽车动力性的评价指标及其计算方法。

解：

混合动力电动汽车动力性的评价指标：根据GB/T19752-2024《混合动力电动汽车动力

性能试验方法》的规定，混合动力电动的动力性指标仍然由最高车速、加速性能和爬坡性

能三个方面的指标来评定，混合动力电动汽车与纯电动汽车的最高车速和加速性能的指标分

别相同，混合动力电动汽车爬坡性能包恬最大爬坡度和坡道起步能力，与纯电动汽车的最大

爬坡度和坡道起步能力的指标分别相同，没有4%和12%坡度的爬坡车速的指标。

混合动力电动汽车动力性的计算方法:将混合动力驱动系统输出的最大转矩及相应的转

速作为离合器或液力变矩器的输入转矩及转速，采用燃油汽车中动力性的计算公式和方法，

计算和分析混合动力电动汽车的动力性，仍可采用驱动力一行驶阻力平衡图或动力特性图来

确定混合动力电动汽车的动力性指标，仍可采用功率平衡图分析混合动力电动汽车的班率平

衡。

1-17简述燃料电池电动汽车动力性的评价指标及其计算方法。

解：

燃料电池电动汽车动力性的评价指标：根据GB/T26991-2023《燃料电池电动汽车动

力性能试验方法》中的规定，燃料电池电动汽车的动力性仍然由最高车速、加速性能和爬

坡性能三个方面的指标来评定，最高车速、和爬坡性能的指标与纯电动汽车动力性的相应指

标相同，加速性能的指标与纯电动汽车动力性的相应指标有少量不同。

加速性能包括原地起步加速能力和超越加速能力。原地起步加速能力是指燃料电池电动

汽车由静止状态加速到终了车速所经历的最短时间，一股为0-100km/h的最短加速时间和

()~400m的最短加速时间。超越加速能力是指纯电动汽车由规定的起始车速加速到规定的终

了车速经历的最短时间：对于M「类、Ni类车辆，一般为50km/h或60km/hT100knVh的最短

加速时间；对于Mi类、NI类以外的最高车速大于70km/h的车辆，一般为60km/h-l()()km/h

的最短加速时间；对于M1类、N1类以外的最高车速不大于70km/h的车辆，一般为30km/h->100

km/h的最短加速时间。

燃料电池电动汽车动力性的计算方法：燃料电池只提供电能，电能用来驱动电动机和给

动力蓄电池充电。燃料电池电动汽车只由电动机驱动，与纯电动汽车的驱动相同，因此，燃

料电池电动汽车与纯电动汽车动力性的计算方法相同。

1-18简述智能汽车的结构及控制系统对汽车动力性的影响。

解：

智能汽车的结构特点是无驾驶员和无驾驶室，驾驶座椅变乘客座椅，驾驶室变货箱或货

物平台；这使汽车的质量减小，可减小滚动阻力、坡度阻力和加速阻力；另外，货车没有驾

驶室，汽车的高度明显减小，迎风面积减小，空气阻力减小；这些，可较大地提高汽车的动

力性。

智能汽车的控制特点是用陀螺仪、激光雷达、亳米波雷达、视觉、卫星导航等传感器替

代驾驶员的感知，用控制器驾驶员操控汽车，用电机替代驾驶员操纵转向轮转向、制动器制

动、发动机节气门的开度、变速器换挡等，用电器控制元件控制灯光、喇叭等；传感器、控

制器、电机、电器控制元件等控制系统的器件要消耗能量，降低汽车的动力性。

控制系统的器件消耗的能量低于汽车结构变化节省的能量，因此，总体上，智能汽车的

动力性变好。

第2章汽车的经济性习题解答

2-1简述汽车燃油经济性的评价指标。

解：

燃油汽车采用百公里油耗量和等速百公里油耗量评价汽车的经济性。汽车的百公里油耗

量是指汽车行驶100km所消耗的燃油升数。汽车的等速百公里油耗量是指汽车在•定的我荷

下，以最高挡在水平良好珞面上、等速行驶100km的燃油消耗量。

2-2写出汽车等速行驶工况的燃油消耗量和百公里燃油消耗量的计算公式。

解：

行驶车速为ua(km/h),行程为s(m),所需的燃油消耗量(mL)：Q=

102Vg

行驶车速为〃a(km/h)、行程为s(m)的等速百公里油耗量：Q、-f"

1.02%国

2-3简述发动机对汽车燃油经济性的影响。

解：

发动机是对汽车燃油经济性最有影响的部件。发动机中的热损失与机械损耗占燃油化学

能中的65%左右，显然，发动机是时汽车燃油经济性最有影响的部件。在选择发动机时，尽

量选择燃油经济性好的选择发动机，并考虑以下几个方面：

1)采用热效率与机械效率高的发动机。

2)采用涡轮增压、多气门发动机。

3)采用电喷等电子控制技术。

4)采用稀薄燃烧和缸内直接喷射技术等先进燃烧技术.

5)采用发动机自动启停技术，减少等红绿灯或交通短时堵塞时发动机怠速的燃油消耗。

2-4简述能最回收系统对•汽车燃油经济性的影响。

解：

能量回收系统能回收制动过程中的能量，并转变为电能，供汽车使用，可减少发动机提

供的电能，从而减小燃油消耗量。

2-5简述最小燃油消耗特性曲线的绘制方法。

解：

从最小燃油消耗率特性曲线上取得功率及相应的转速，再绘制在图2-4b和外特性曲线图

上，便得到最小燃油消耗特性曲线，即图2-4b中的粗实线，相应的发动机的负荷率约为90%；

图2-处中的虚实线为功率Pe曲线。

2-6简述纯电动汽车的经济性评价指标。

解：

纯电动汽车的经济性评价指标有两个，即：能量消耗率和续驶里程。

能展消耗率是指电动汽车经过规定的试验循环后对动力蓄电池重新充电至试验前的容

量，从电网上得到的电能除以续驶里程所得的值即为能量消耗率，单位为W-h/km。

续驶里程是指电动汽车在动力蓄电池完全充电状态下，以一定的行驶工况，能连续行驶

的最大距离称为续驶里程，单位为km。电动汽车的续驶里程分为循等速工况和环工况续驶

里程。

2-7简述纯电动汽车的电池、驱动电机系统的效率。

解：

电池的效率%可定义为电池放电时输出的电量与充电时输入电池的电量之比。

驱动电机系统的效率〃m为电机输出功率与输入电机控制器的功率的比值。

2-8写出纯电动汽车的等速行驶工况能量消耗率和续驶里程的计算公式。

解：

等速行驶工况下纯电动汽车的能量消耗率(W.h/km)为：

C=—!—(Gf+CL)Au；,)[—--出

3.6切T21.15

纯电动汽车等速行驶的续驶里程(km)为：

_3.6仄豆1c万3.6仄鼠万mj小Q

K+乙

G"骁

2-9简述影响纯电动汽车经济性的主要因素。

解：

根据式(235),纯电动汽车的滚动阻力、空气阻力越大，电池的效率入、电机控制器

的效率"me、电机的效率。mj和传动系统的效率/越小，能量消耗率越大，纯电动汽车经济

性越差。

根据式（2-47）,电驱动系统回收的电能越大，整个循环工况的能量消耗率2z越

小，能量消耗率越小，纯电动汽车经济性越好。

电池的比能量影响纯电动汽车的续驶里程。纯电动汽车携带电池的总量一定时，电池的

比能量大，续驶里程长。

2-10写出增程式电动汽车的百公里油耗量的计算公式。

解：

增程式电动汽车百公里燃油消耗量为

0」00（Qim+Qc）Qm+Qc

l（XX）0+&）10（4+凡）

式中，Qun为纯电动续驶里程的等效燃油消耗量（mL）：Qe为增程续驶里程的燃油消耗量

（mL）；%为纯电动续驶里程，km；s,为增程续驶里程，km。

2-11简述混合动力电动汽车的经济性评价指标。

解:

混合动力电动汽车的经济性评价指标为燃油消耗量和续驶里程。

燃油消耗量是指混合动力电动汽车经过规定的循环工况后，在电池储存的容量与运行前

保持同一水平条件下所消耗的燃油量，单位为L/K）0km。燃油消耗量用于评价汽车的燃油经

济性，

纯电动续驶里程是指混合动力电动汽车在动力蓄电池完全充电状态下，以一定的行驶工

况，能连续行驶的最大距离，单位为km。

2-12写出燃料电池电动汽车等速行驶的续驶里程的计算公式。

燃料电池电动汽车等速行驶的续驶里程（km）为

Gf_1_F.+F«

2-13简述智能驾驶系统和驾驶员的质量对汽车经济性的影响。

解：

汽车智能驾驶中，转向、制动、换挡等由人操纵改为ECU控制下的电机操纵，ECU和电机

要消耗电能，降低了汽车经济性；智能驾驶后，可不需要驾驶员，降低了汽车的质量，提高

了汽车经济性。汽车质量越大，ECU和电机的耗能越大，减少驾驶员的质量对耗能的影响及

影响的占比越小。汽车质量越小，ECL.和电机的耗能越小，减少驾驶员的质量对耗能的影响

及影响的占比越大。对于汽车总质量小的小型或微型智能汽车，如车间、库房、餐厅、医院

病房中的小微型智能汽车，车人质量比（汽车总质量与人的质量比）大，减沙驾驶员的质量

对•减少耗能的意义较大，也有利于提高动力性或减小驱动装置的功率，此外，减沙驾驶员后,

汽车质心的高度降低，有利于提高转弯时防侧翻的稳定性；车人质量比越大，越能显示这些

优点。

第3章汽车动力装置的功率和传动系统传动比的选择习题

解答

3-1写出根据燃油汽车的最高车速计算发动机功率的公式。

解：

根据燃油汽车的最高车速计算发动机功率的公式：

e一二360076140

3-2写出汽车的比功率的定义及根据汽车的比功率计算发动机功率的公式。

解：

汽车的比功率凡是汽车发动机的额定功率Pc(kW)与汽车总质量〃z(t)的比值。

根据汽车的比功率计算发动机功率的公式：

100(叱_%ka.品4位x

/V——।

m3.6%76.14，〃%

3-3写出根据最大爬坡度确定燃油汽车最大传动比和变速器I挡传动比的计算公式。

解：

根据最大爬坡度确定最大传动比的计算公式：

i=i：=G(/cosamax+sinanw>

zonax-"gl，0一7

，lqmax〃T

根据最大爬坡度确定变速器I挡传动比的计算公式：

；—G-cosamax+sinamax》

，一T•

/(qmax〃T'O

3-4已知整车满载总质曷=25()0kg,滚动阻力系数户0.015,传动系统总效率力-0.85,发动

机的最大转矩"mx=245N-m,车轮滚动半径LO.358m,主减速器传动比％=3.5,后轮

为驱动轮，后轮的地面法向力々2nl与OON,路面附着系数夕=0.8,要求最大坡度角

amax=10°，试根据最大爬坡度和驱动轮与路面的附着力确定传动系统的最大传动比和变速

器的I挡传动比。

解：

1确定传动系统的最大传动比

根据式(3-5),得汽车满足最大爬坡度条件的传动系统的最大传动比

i=〃一(/cosamax+SinOmaxl

ftmax—rp

tqmax^T

2500x9.8x(0.015xcosl():+sinl0°)x().358、

=----------------------------------------------------------L------=7.9358

245x0.85

根据式(3-8),汽车满足驱动轮与路面的附着力的传动系统的最大传动比

(max<NJ2500x。.8x。.358=g909

Zqmax^T245x0.85

取传动系统的最大传动比心共=7.9358o

2确定变速器的I挡传动比

根据/tmax=/jo，得变速器的I挡传动比

7.9358

=2.2674

,3.5

3-5已知5挡变速器的I挡传动比&=3.6,IV挡的传动比如=1,取&,=0.985,

k.=0.975,匈=1.31,试按等比级数和降比分配各挡的传动比。

解：

1按等比级数分配各挡传动比

变速器有5挡，〃=5。根据式(3T8),各挡之间的公比为

q="加=Vl6=1.5326

根据式(3T6),其余各挡的传动比为

Zg5=Zg47^=1/1.5326=0.6525

43=式4=15326x1=1.5326

2

zg2==1.5326x1=2.3489

按等比级数分配的V挡传动比ig5=0.6525太小。

2按降比分配的各挡传动比

取&=0.985,&=0.975,a=1.31。根据式(3-20),Llk=r,,r4k=/4，得

zg5k=k5ig5=1.31x0.6525=0.8547

，=&=0.975x1.5326=1.4943

/2k=3%=0.985x2.3489=2.3137

ig2k3.6/2.3137=1.5560

ia2k儿3k=2.3137/1.4943=1.5438

M*=1.4943/1=1.4943

isA/zg5k=1/0.8547=1.1699

41.42k.43k.L

"g2k"g3kzg41g5k

3-6简述纯电动汽车的电动机功率的选择方法。

汽电动机功率的选择方法：根据汽车的最高车速、最大爬坡度和加速性能，分别计算电

动机的功率，再取其中的最大者作为电动机的功率。

3-7写出纯电动汽车满足续驶里程时动力电池组的容量和数目的计算公式。

解:

纯电动汽车满足续驶里程时动力电池组的容量为

C=员>________________________(Gf+CQA"：)

及一Ub-3.6加a21.15

纯电动汽车满足续驶里程时动力电池组数目为

wbs=-^>-------------------——T--------------+

ON3.6加和加外(1-九X4GN21.15

3-8写出增程式电动汽车油箱容积的计算公式。

解：

增程式电动汽车油箱容积为

V=Q=

102人外

3-9写出混合动力电动汽车发动机功率的计算公式。

解：

混合动力电动汽车发动机功率为

G

P_1(fucCDAul

360076140

3-10写出燃料电池电动汽车燃料电池功率的计算公式。

解：

p(=―!—

布储1360076140

第4章汽车的制动性习题解答

4-1简述汽车的制动原理,

解：

汽车制动时，驾驶员踩下制动踏板，前、后轮制动器产生制动力，地面分别作用在前上

后车轮上与汽车前进速度巴方向相反的地面制动力和&b2,同时，汽车受到空气阻力

Fw，在地面制动力和&b2、空气阻力Av作用下，汽车减速直至停车。

4-2简述汽车制动性的评价指标。

解：

汽车制动性的评价指标包括：制动效能、制动效能的恒定性和制动时汽车行驶的方向稳

定性。

制动效能包括汽车的制动距离和制动减速度。它是指汽车在良好路面上以一定初速度制

动到停车所驶过的距离和制动时汽车的减速度的大小。

制动效能的恒定性主要是指汽车制动器的抗热衰退性能。抗热衰退性能是指汽车高速行

驶情况下制动或下长坡连续制动时，制动效能保持的程度。

制动时汽车行驶的方向稳定性是指制动时汽车按给定路径行驶的能力，不跑偏，不侧滑

及不失去转向能力。

4-3简述地面制动力、制动器制动力及它们的区别。

解：

地面制动力是地面作用于车轮上的制动力，受到地面附着力的限制，不超过地面附着力:

制动器制动力是在轮胎周缘沿切线方向作用力，车轮半径L定时，制动器制动力受到车轮

制动器的最大制动力矩的限制，不超过车轮制动器的最大制动力矩产生的制动相制动力。

4-4简述地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系。

地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系曲线如图I所示。

驾驶员踩下制动器踏板后，地面制动力Fxb和制动器制动力8由零开始，按线性关系增

长，此时，地面制动力等于制动器制动力，即&b=&。

当地面制动力〃Xb达到附着力心值，地面制动力8b达到最大值Fxbmax.此时，

尸Xbmax=4=/。

当制动器踏板力尸P或制动系油压力〃超过制动系油压力小后，地面制动力不增长，并

按Gbmax二心的线变化；&卜皿二心=耳不受地面附着力的限制，沿图44中的虚线继

续增长。

4-5某4x2汽车，车轮中心速度〃120内山队求车轮半径与车轮角速度的乘积

分别为0.65，%、OSO，..、0.28,9和0时的车轮滑移率；另车轮半径与车轮角速度的乘积

RM为多少时车轮纯滚动？

解:

车轮半径与车轮角速度的乘积凡%.为0.65〃卬时的车轮滑移率，

,=%一R。％=--0.55〃“,=°35

uwuw

同理可得，车轮半径与车轮角速度的乘积6分别为0.50〃卬、0.28%,和0时的车轮

滑移率为0.50、0.72和1。

车轮半径与车轮角速度的乘积叫为1时车轮纯滚动。

4-6分析汽车最大制动减速度。

解：

汽车最大制动减速度：4bmax=Wbg。汽车最大制动减速度大，汽车的制动距离短。根

据汽车最大制动减速度，制动力系数外最大时，汽车最大制动减速度最大，化为峰值制动

力系数，即。b=0p时，汽车最大制动减速度最大。因此，应使汽车在峰值制动力系数下制

动，这样，汽车的制动距离最短，此时，滑动率S=15%〜20%,车轮一边滚动，一边滑动,

并以滚动为主。

4-7介绍充分发出的平均减速度。

解：

汽车制动时的充分发出的平均减速度：

d-〃：一-

25.92（Se-5b）

式中，dm为充分发出的平均减速度，m/度〃b为S8〃o的试验车速，km/h；/为0.1〃。的试

验车速，km/h；〃。为试验车制动初速度，km/h；Sj,为与到人车辆行驶的距离，m；S。为劭

到人车辆行驶的距离，m,

4-8已知某电动汽车制动初速度/0=120km,求消除制动系统间隙的时间Y分别为0.05s

和0.Is时的制动距离，不计空气阻力和滚动阻力。汽车的质量对消除制动系统间隙的时间内

的制动距离有何影响？

解：

在消除制动系统间隙的时间r；内，不计空气阻力和滚动阻力，由于时间短，可以认为

汽车作匀速运动，汽车驶过的距离为：

消除制动系统间隙的时间工；为0.05s时的制动距离：

s；=wor；=120x0.05/3.6=1.667m

消除制动系统间隙的时间1为0.1s时的制动距离：

s；==120x0.1/3.6=3.333m

汽车的质展对消除制动系统间隙的时间内的制动距离没有影响，消除制动系统间隙的时

间内的制动距离不变。（1分）

4-9分析不同形式制动摇的热稔定性。

图4-11是不同形式制动器的制动效能因数与摩擦系数的关系曲线。由图可知，对于双向

自增力式（曲线1）及双领蹈式（曲线2）制动器，由于结构上的几何力学的关系产生增力作用，

具有较大的制动效能因数,摩擦系数增大时制动效能按非线性关系迅速增大，曲线的斜率

大，摩擦因数的微小改变，能引起制动效能大幅度变化，即制动器的稳定性差。盘式机动器

（曲线4）的情况与之相反。领、从蹄式制动器（曲线3.1和曲线3.2）介于二者之间。

4-10介绍汽车制动时跑偏的原因。

解：

汽车制动时跑偏的原因有两个：

1）汽车左、右车轮，特别是前轴左、右车轮（转向轮）制动器的制动力不相等。

2）制动时悬架导向柠系与转向系拉杆在运动学上的不协调（互相干涉）。

其中，第一个原因是制造、调整误差造成的，汽车究竟向左或向右跑偏，要根据具体情

况而定；而第二个原因是设计造成的，制动时汽车总是向左（或向右）一方跑偏。

4-11分析汽车前轴侧滑的稳定性。

解:

汽车前轴侧滑时的运动情况如图4-19所示。设转向盘固定不动，前轮抱死，后轮滚动，

前轴如受侧向力作用将发生侧滑，因此前轴中点A的前进速度〃A与汽车纵轴线的夹角为

后轴因未发生侧滑，所以〃B的方向仍为汽车纵轴方向。此时，汽车将发生类似转弯的顺时针

运动，其瞬时回转中心为速度〃A、两垂线的交点O；汽车作圆周运动时产生了作用于质心

C的惯性力片。从图4-19看出，鸟的方向与汽车侧滑的方向相反，就是说《能起到减小或阻止

前轴侧滑的作用，即汽车处于一种稳定状态。

4-12分析汽车后轴侧滑的稳定性。

解：

汽车后轴侧滑时的运动情况如图4-20所示。设后轮制动抱死，前轮滚动。如有侧向力作

川，后轴发生侧滑的方向正好与惯性力《的方向一致，于是惯性力加剧后轴侧滑；后轴侧滑

又加剧惯性力6，汽车将急剧转动。因此，后轴侧滑是一种不稳定的、危险的工况。

4-13绘制汽车制动时受力图。

解：

汽车制动时受力图如利4-21所示。

4-14根据式(4-21),绘制理想的前、后制动器制动力分配曲线。

根据式(4-21),绘得理想的前、后制动器制动力分配曲线，如图4-23中的I曲线。

4-15某4x2汽车，质心高度％=0.78m,质心至前轴距离。=3.85m,轴距离L=4.55m,前

轮制动器制动力“=350N时，后轮制动器制动力82=450N,前后轮均没有抱死，求该

车质心至后轴距离、前轮地面制动力、后轮地面制动力、前后轮地面总制动力、前后轮制动

器总制动力、制动器制动力分配系数和同步附着系数。

质心至后轴距离：h=L-a=4.55-3.85=().7〃？

前轮地面制动力：&I=%=35ON

后轮地面制动力：&2=%=45()N

前后轮地面总制动力：&+7^2=35。+450=800N

前后轮制动器总制动力：1=与1+&2=350+450=800N

制动器制动力分配系数：力=£&=—=0.4375

880()

日止-w蚪L”b4.55x0.4375-2.2八

同步附着系数夕0=笠一=---------------=0.4367

h&0.78

4-16根据式(4-26)和式&-27),绘帝。线组和啜组。

解：

根据式(4-26)和式(4-27),绘得剧组和「线组，如图4-25所示。

4-17简述利用附着系数、制动效率。

解：

利用附着系数又称被利用的附着系数，是指以地面制动力等于制动器制动力进行制动，

第i轴的地面制动力与其地面法向反力之比。

制动效率定义为车轮将要抱死时的地面制动力(车轮制动输出力)与制动器制动力(车

轮制动输入力)的比值，也就是车轮将要抱死时的制动强度与利用附着系数之比。

4-18简述ABS的控制参数,

解：

ABS用车轮的角减速度cky/山作为ABS的主要控制目标参数，并以do/训.为控制目

Imin

标，用车轮的角速度0=0判别车轮抱死，车轮的角减速度和车轮的角速度为零的信息来自

车轮转速传感器，用制动力调节车轮的角减速度，使车轮的角减速度do/dr在Cky/dr|.附

近，也即使汽车在峰值制动力系数%附近。

ABS也可用车轮的角减速度do/df作为ABS的主要控制目标参数，并以do/df|.为控

制目标，用车轮的角速度0=0判别车轮抱死，车轮的角减速度和车轮的角速度为零的信息

来自车轮转速传感器，汨制动力调节车轮的角减速度，使车轮的角减速度(1口/山在

cky/drl*附近，也即使汽车在峰值制动力系数外附近。

ABS也可将车轮的滑劭率作为第二控制目标参数。如根据每个车轮的轮速传感器测得的

车轮的实际转速和加速度传感器测得的汽车的车速，计算车轮的滑动率：或根据每个车轮的

实际转速，通过减速关系可推算出一个理想的参考车速，计算车轮的滑动率，由于推算出车

速，造成控制的埋论误差；再根据车轮的滑动率，控制车轮在峰值制动力系数色附近工作。

4-19简述汽车后轮驻车制动时可能停驻的极限坡路倾角和极限坡度值。

解：

汽车后轮驻车制动时可能停驻的极限坡路倾角：

,(pa

a=arctan----------

L+叽

汽车后轮驻车制动时极限坡度值：

.,(pci

i>=tana=---------

°L+叽

第5章汽车的操纵稳定性习题解答

5-1简述汽车操纵稳定性的概念。

解：

汽车的操纵稳定性是指对于人驾驶的汽车来说，在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件

下，汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方问行驶，对于智能驾驶汽车来说，汽

车能遵循控制器通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗

干扰而保持稳定行驶的能力。

5-2简述汽车坐标系并绘制汽车坐标系。

解：

汽车坐标系Oxyz又称车辆坐标系，如图5-1所示，是固定在车身上的直角坐标系，也是

一个随车运动的动坐标系，坐标原点在汽车的质心，汽车的质心在汽车的对称平面上，略去

汽车质量在横向分布不均的影响；x轴为车身纵向水平轴，方向由车尾指向车头；z轴垂直于

地面向上；y轴水平向左，可按右手螺旋定则确定。

5-3简述智能汽车的闭路系统。

解：

智能汽车用控制系统替代驾驶人，形成智能汽车的九路系统，如图5-3所示，控制系统

包括控制器、传感器和执夕亍电机。人给智能汽车一个行驶区间的指令，汽车起动。汽车起动

后，控制器根据交通状况、路面状况和气候，通过车轮转向、制器制动等不同的执行电机，

使汽车以一定的速度行驶、加速、转弯等；汽车行驶中，受侧向风、路面不平等影响；汽车

转弯时，车身横摆、侧倾，汽车起步、制动时，车身俯仰；汽车的行驶速度、加速、转弯、

车身横摆、侧倾、俯仰等信息，通过陀螺仪、激光雷达、亳米波雷达、视觉、卫星导航等传

感器传递给控制器，控制器通过执行电机，使汽车完成行驶区间的稳定行驶。

5-4简述轮胎坐标系。

解：

轮胎坐标系如图5-4所示，坐标系的原点。为车轮平面和地平面的交线与轮旋转轴线

在地平面上投影线的交点，车轮平面为垂直于车轮旋转轴线的轮胎中分平面。车轮平面与地

平面的交线取为X轴，规定向前为正。Z轴与地平面垂直，规定指向上方为正。y轴按右手

螺旋定则确定。

5-5简述在侧向力作用下轮胎侧偏角a产生的原因。

解：

如图5-5b所示。在轮胎胎面中心线上标出Ao、Ai、A2>A3…各点，随着车轮向前滚动，

上述各点将依次落于地面上相应的A'。、A\、A%、A'3、…各点上。从图5-5b可以看

出，靠近地面的胎面上，A'o、A、、A)、A'3、…各点连线是一条斜线，因此，它们落

在地面相应各点A'o、A'、A'2、A'3、…的连线并不垂直于车轮旋转轴线，即与车轮平

面cc的延长线有夹角a。当轮胎与路面没有侧向滑动时，A'。、A\、A'2、A'3、…的连

线就是接地印迹的中心线，也是车轮滚动时在地面上留下的痕迹，即车轮并没有按照车轮平

面cc的方向向前滚动，而是沿着侧偏角a的方向滚动，产生下轮胎侧偏角a。

5-6写出前轮先阶跃输入下汽车的横摆角速度方程。

解：

前轮角阶跃输入下汽车的横摆角速度方程式(5T8L

5-7写出()</<1时的前轮角阶跃输入下汽车的横摆角速度，并绘制前轮角阶跃输入卜.汽

车的横摆角速度瞬态响应曲线。

时的前轮角阶跃输入下汽车的横摆角速度见式(5-27)和式(5-28),绘得前

轮角阶跃输入下汽车的横摆角速度瞬态响应曲线，如图5T1所示。

5-8简述不同稳定性因数K下汽车的稳定性。

解：

当稳定性因数K=0时，汽车中性转向是稳定转向，不产生侧翻。

当稳定性因数K>0时，汽车不足转向更稳定。

当稳定性因数K<0时，汽车过多转向不稳定。

5-9简述一定的前轮转角下的转向半径的特性，绘制汽车在定转向半径R。的圆内外转动轨迹

曲线。

解：

当稳定性因数K=0时，R=R。，汽车呈现中性转向的特性，汽车的转向半径不随车速

变化，汽车绕转向半径场的圆行驶，汽车转向是稳定的c

当Q0时，R>R。,汽车呈现出不足转向的特性，汽车的转向半径将随着车速的增大

而增大，且转向半径大于中性转向时的半径Ro,汽车趋向直线行驶，汽车转向是稳定的。

当K<0时，R<Ro,汽车呈现为过多转向的特性，汽车的转向半径将随着车速的增大

而减小，且转向半径小于中性转向时的半径Ro,汽车趋向圆心行驶，会出现汽车急转后恻翻,

汽车转向是不稳定的。

在极坐标下汽车在定转向半径R）的圆内外转动轨迹曲线如图5T7所示。

5-1（）简述汽车的稳定性因数与前、后轮侧偏角绝对•值之差的关系。

解：

当稳定性因数K=0时，汽车中性转向，必一。2二0；

当稳定性因数K>0时，汽车不足转向，

当稳定性因数K>0时，汽车过多转向，囚一。2<（）。

5-11简述静态储备系数SM与汽车稳定性的关系。

解：

当SM=0时，中性转向点与汽车的质心相重合，因此在质心位置上作用的侧向力相使汽

车前、后车轮上的侧偏角相等，即前、后轮侧偏角之差为0,故使汽车具有中性转向的特性。

当SM>0时，汽车的质心处于汽车的中性转向点之前，在质心位置上作用的侧向力将引

起汽车前轴上的侧偏角四的绝对•值大于后轴上的侧偏角的的绝对值，将使汽车具有不足转向

的特性。

当SM<0时，汽车的质心处于汽车的中性转向点之后，在质心位置上作用的侧向力将引

起汽车前轴上的侧偏角⑴的绝对值小于后轴上的侧偏角的绝对值，将使汽车具有过多转向

的特性。

5-12简述汽车质心位置对汽车稳态响应特性的影响。

解：

质心后移，汽车质心所受离心力后移，使前轮所受到的侧偏力FY1减小，相应的前轮胎的

侧偏角a1的绝对值减小；后轮所受到的侧偏力%增大，相应的后轮胎的侧偏角a2的绝对值

增大，稳定性因数K减小，不足转向减小，汽车的操纵稳定性减小；反之，质心前移，稳定

性因数K增大，不足转向增大，汽车的操纵稳定性增大。

汽车重新布置后，会使质心后移，轿车的后备箱重物超重、客车后面乘客过多、渣土车

超载等均会使质心后移，稳定性因数K减小，不足转向减小，汽车的操纵稳定性减小；极限

情况下将使得K<0,汽车稳态响应特性变为过多转向特性，使汽车的操纵稳定性变坏，这也

是一些超载汽车经常发生车祸的直接原因之一。

5-13用反转法绘出双横臂独立悬架上车厢的侧倾中心。

解：

双横臂独立悬架上车厢的侧倾中心如图5-24所示。分别作两个四连杆机构的过较链中心

的延长线，得Or和0/点，则Or点为右侧四连杆机构的车轮与车厢的瞬心，0/点为左侧四连杆

机构的车轮与车厢的瞬心，根据车轮是刚性的且与地面无相对滑动的假定，地面与轮胎接触

点D、G的分别是左、右车轮与地面的瞬心。又根据三心定理，分别作O「点与G点、0,点与D

点的连线，两连线相交于0m点，则点为车厢相对地面转动的瞬时中心。

5-14绘图说明确定双横臂独立悬架的车轮外倾角的方法。

简述用运动合成的方法确定上、下横臂长度相等且平行的双横臂独立悬架的车轮外倾角。

用运动合成的方法确定双横臂独立悬架的车轮外倾角：上、下横臂长度相等且平行的双

横臂独立悬架的车轮外倾侑如图5-27所示。先假设车厢不动，使地面向相反方向转过一个车

厢侧倾角，这样便可根据不同悬架导向杆系运动学的关系，找出车轮与车厢的相对转动角

度，然后使地面与汽车一起回转一个侧倾角，此时，地面回到原来的状态，便可确定外倾

角的数值。

5-15简述减小空气流动产生的升力、俯仰力矩、侧向力、侧倾力矩和横摆力矩的措施。

解：

减小空气流动产生的升力和俯仰力矩的措施：减小车身上、下压力差，使大量的气流

流经侧面，可以减小升力和俯仰力矩。压低发动机罩前端，减缓前风窗的倾角，发动机罩和

前风窗成前低后高的楔形结构，下压前部；乘用车身前部发动机处薄，尾部行李箱处厚，使

风压重心位于汽车重心之前且接近汽车重心；汽车底部的平面应与地面倾斜，后悬架比前悬

架高一些，形成前端低后端高的空气楔；发动机前置，前端重，使前端低，可减少前端的升

力和使前端上升的俯仰力矩，增大车轮的附着力；这些，可提高汽车的操纵性，及提高汽车

高速行驶的直线性及侧向稳定性，防止汽车上下点头。汽车车身后端上翘的鸭尾式外形可使

后轮的空气压力增大，助力后轮驱动，且可降低空气阻力系数CD值，但也使后轮悬架弹簧

压缩，并使车身下部前端低后端高的空气楔减小，升力增大，不利于前轮附着。。

减小空气流动产生的侧向力、侧倾力矩和横摆力矩的措施：空气流动产生的侧向力的合

力作用在中性转向点之后时，产生的摆力矩使汽车前部向着风的相向方向；汽车车身的底部

宽、车顶窄且车顶与车身侧面之间采用大曲面过度，降低车身高度，可减小侧向力、侧倾力

矩、和横摆力矩；采用车身后部行李箱较大厚度的结构，都可使风压中心后移，减小横摆力

矩；箱式车需要降低车箱的高度，减小侧倾力矩；这些，可提高汽车行驶的稳定性。

5-16简述刚性汽车的准静态侧翻的侧翻阈值及侧翻阈值范围。

解：

刚性汽车的准静态侧翻的侧翻阈值见式（5-54）,侧翻阈值范围见表5-3。

5-17简述汽车防侧翻的控制的方法。

解：

在汽车设计中，应尽可能增加轮距B和降低质心的高度hg,在汽车使用中，应尽可能降

低质心的高度hg,以提高汽车准静态侧翻的阈值。

在汽车曲线行驶时，可减小车厢的侧倾角小，使项接近零或略大于零，以提高汽车准

静态侧翻的阈值。车厢的侧倾角4）与悬架弹簧的刚度有关，在智能控制的汽车上，可设计变

弹簧刚度的悬架，可通陀螺仪检测汽车的车厢的侧倾处，再通过控制内外悬架弹簧的刚度，

减小车厢的侧倾角小。

可通过控制系统，减小转向轮转角，增大转向半径，降低汽车行驶速度，减小汽车的侧

向加速度，进而减小。Jg,使其小于汽车准静态侧翻的阈值，防止汽车侧翻。在智能控

制的汽车上，可通过车速传感器检测汽车的车速，通过加速度传感器检测汽车的侧向加速度，

再通过转向系统控制转向轮的转角，通过燃油汽车的供油系统、燃氢汽车的供氢系统或电动

汽车的电机控制系统控制车速，防止汽车侧翻。

在智能控制的汽车匕可设计变阻尼的减振器，通陀螺仪检测汽车的车厢的侧倾角，再

通过减振器，控制悬架的皿尼，减小汽车侧倾角的超调量，防止汽车瞬态侧翻.

5-18简述直接横摆力偶延控制汽车操纵稳定性的基本原理。

解：

直接横摆力偶矩控制汽车操纵稳定性的基本原理：直接横摆力偶矩的控制（DYC）借助

附加在汽车上的横摆力偶矩来改变汽车运动姿态，阻止横摆角速度增至极大，防止汽车偏离

预定的轨迹行驶，使汽车稳定及按预定的轨迹行驶。直接横摆力偶矩可由制动力和驱动力产

生。制动力产生直接横摆力偶矩控制汽车操纵稳定性用于汽车减速或制动时汽车操纵稳定性

的控制，驱动力产生直接横摆力偶矩控制汽车操纵稳定性用于汽车加速或驱动时汽车操纵稳

定性的控制。

5-19简述电子稳定程序控制过多转向的措施。

解：

电子稳定程序控制过多转向的措施：过多转向时ESP系统的控制如图5-38所示。当ESP

系统判定汽车出现过多转向时，控制驱动力系统减小驱动力或停止驱动，使纵向加速度减小

或变为零，横搜角加速度的减小或变为零，式（5-63）趋向于变为式（5-62）,汽车趋向于

作圆周运动，汽车作圆周运动是稳定的，因此，汽车趋向于稳定行驶。若仅依靠减小驱动力

或停止驱动还不能制止开始发生的不稳定状态，控制系统将自动对车轮实施瞬时制动，产生

一个与横摆方向相反的力矩Mres,使汽车回到理想轨迹上稳定行驶。

5-20简述智能汽车过多转向时的控制措施。

解：

智能汽车过多转向时的控制措施：当智能汽车的电子控制系统通过横摆角速度传感器等

判定汽车出现过多转向时，控制驱动力系统减小驱动力或停止驱动，控制制动系统对车轮实

施瞬时制动，产生一个与横摆方向相反的力矩，同时，车上的卫星定位系统确定汽车的位置

和速度，使汽车回到电子地图上的行路线上稳定行驶。

第6章汽车的平顺性习题解答

6-1简述汽车平顺性的定义。

解：

汽车的平顺性定义为避免汽车在行驶过程中产生的振动和冲击使人感到不舒服、疲劳甚

至损害健康，或使货物损坏的性能。

6-2简述路面不平度。

解：

路面不平度是路面高低不平的程度，随道路的延伸而变化，通常把路面相对基准平面的

高度q沿道路走向长度I的变化式/)称为路面纵剖面曲线或不平度函数，如图6-4所示，可

用水准仪或路面计测得路面不平度函数9(/)。

6-3简述人体对振动的反应的客观和主观因素。

人体对振动的反应的客观因索包括振动的频率、强度、作用方向和持续时间；人体对垂

直方向的4〜12.5Hz的振动频率及水平方向的0.5〜2Hz的振动频率最敏感，对水平方向的振

动比垂直方向的振动更敏感，对左右方向的振动比前后方向的振动更敏感，人体坐、站姿的

振动比卧姿的振动更敏感，人对不同方向的结振动与角振动的敏感程度不同，人面向汽车前

进方向和背向汽车前进方向对振动的敏感程度不同，这与人的心脏、心脏周周的肌肉和胸腔

有美，还与头及下方的颈部结构有大：振动的强度与加速度、振幅和冲击有关，传至人体的

振动加速度大小及振幅影响人体对振动的反应，振动加速度及振幅大，人体受力大，汽车受

冲击时人体受冲击载荷，这些使人体不舒适，如红灯前汽车制动，加速度大，伴随人体受冲

击，人体有较强地不舒适；振动的持续时间长，人体会疲劳，人的身体有差异，不同的人，

抗持续振动和冲击的能力不同，如道路不畅、汽车进站时频繁制动，人体不舒适，易产生恶

心、呕吐的运动病。

人体对振动的反应的主观因素包括每个人的生理与心理素质不同，对振动的敏感程度有

很大差异。人体有胖、瘦、高、矮，相应的共振频率不同，抗振能力不同；人的年龄、性别

有差异，人的身体状况有差异，老年人、青年人和小孩的体质不同，病人和健康人的体质不

同，饥饿与不饥饿的体质不同，思想有负担和没负担人的心情不同，大脑在思考问题和没思

考问题时的大脑状态不同，相应的抗振能力不同。随着人的年龄的增长，人的抗振能力发生

变化。在抗振过程中，人的生理与心理还会产生变化，影响人的抗振能力。

6-4简述人体坐姿的受振模型。

解：

人体坐姿的受振模型，如图6-4所示。在进行平顺性评价中，考虑座椅支承面处输入点

3个方向的线振动，还考思该点3个方向的角振动.以及座椅靠背和脚支承面两个输入点各

3个方向的线振动，共3个输入点12个轴向的振动，从中选取振动，进行平顺性的评价。

6-5简述汽车平顺性的评价方法。

解：

根据GB/T13441.1-2007,振动对人体影响的评价包括振动对人体的健康、舒适、感知

（感知振动）、运动病（头晕、呕叶.、恶心）4个方面影晌的评价。当振动波形峰值系数（也

称为波形因数，它是加权加速度时间历程的峰值与加权加速度均方根值的比值）小于或等于

9时，用基本评价方法，即用加权加速度均方根值来评价振动对人体的健康、舒适和感知的

影响，振