汽车理论第五版_课后习题答案

第一章 汽车的动力性

确定一轻型货车的动力性能（货车可装用4挡或5挡变速器，任选其中的一种进行整车性能计算）：

1）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。

3）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70km/h 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70km/h 的加速时间。

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 n n n n 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n min =600r/min,最高转速n max =4000r/min 。 装载质量 2000kg 整车整备质量 1800kg 总质量 3880kg 车轮半径 传动系机械效率 ηt = 滚动阻力系数 f = 空气阻力系数×迎风面积 C D A = 主减速器传动比 i 0=

飞轮转动惯量 I f =?m 2

二前轮转动惯量 I w1=?m 2

四后轮转动惯量 I w2=?m 2

变速器传动比 ig(数据如下表)

轴距 L= 质心至前轴距离（满载） a= 质心高（满载） hg=

分析：本题主要考察知识点为汽车驱动力－行使阻力平衡图的应用和附着率的计算、等效坡度的概念。只要对汽车行使方程理解正确，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tan i α=。求最大爬坡度时可以对行使方程进行适当简化，可以简化的内容包括两项cos 1α≈和sin tan αα≈，简化的前提是道路坡度角不大，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=

r

i i T t

o g tq η

行驶阻力F f +F w ＋F i +F j ＝G ?f +

2D 21.12A C a u +G ?i+dt

du

m δ 发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为：0

g i n

r 0.377

ua 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。

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

①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，Ua max ＝s 2

。

②汽车的爬坡能力，指汽车在良好路面上克服w f F F +后的余力全部用来（等速）克服坡度阻力时能爬上的坡度，

此时0=dt du

，因此有()w f t i F F F F +-=，可得到汽车爬坡度与车速的关系式：()⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+-=G F F F i w f t arcsin tan ；而汽车最大爬坡度为Ⅰ档时的最大爬坡度。利用MATLAB 计算可得，352.0max =i 。

③如是前轮驱动，1ϕC ＝

q

b hg q L L -；相应的附着率1ϕC 为，不合理，舍去。

如是后轮驱动，2ϕC ＝q

a hg q L L

+；相应的附着率2ϕC 为。

3）绘制汽车行驶加速度倒数曲线，求加速时间

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：

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Ⅱ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到转速时换入高档位；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Ⅱ档起步加速行驶至70km/h 的加速时间约为。

统计数据表明，装有～2L 排量发动机的轿车，若是前置发动机前轮驱动（.）轿车，其平均的前轴负荷为汽车总重力的％；若是前置发动机后轮驱动.)轿车，其平均的前轴负荷为汽车总重力的％。设一轿车的轴距L=，质心高度h=。试比较采用及.形式时的附着力利用情况，分析时其前轴负荷率取相应形式的平均值。确定上述轿车在φ＝及路面上的附着力，并求由附着力所决定的极限最高车速与极限最大爬坡度及极限最大加速度（在求最大爬坡度和最大加速度时可设Fw=0）。其它有关参数为：m =1600kg,C D =,A =,f =,δ≈。

分析：分析本题的核心在于考察汽车的附着力、地面法向反作用力和作用在驱动轮上的地面切向反作用力的理解和应用。应熟知公式（1-13）～（1-16）的意义和推导过程。

分析1）比较附着力利用情况，即比较汽车前（）、后轮.)地面切向反作用力与地面作用于前（）、后轮.)的法向反作用力的比值。解题时应注意，地面法向发作用力包括静态轴荷、动态分量、空气升力和滚动阻力偶矩产生的部分，如若进行简化要对简化的合理性给予说明。地面作用于车轮的地面切向反作用力则包括滚动阻力和空气阻力的反作用力。

2）求极限最高车速的解题思路有两个。一是根据地面作用于驱动轮的地面切向反作用力的表达式（1－15），由附着系数得到最大附着力，滚动阻力已知，即可求得最高车速时的空气阻力和最高车速。二是利用高速行驶时驱动轮附着率的表达式，令附着率为附着系数，带入已知项，即可求得最高车速。

常见错误：地面切向反作用力的计算中滚动阻力的计算错误，把后轮的滚动阻力错计为前轮或整个的滚动阻力。 3）最极限最大爬坡度时依然要明确道路坡度的定义和计算中的简化问题，具体见题的分析。但经过公式推导本题可以不经简化而方便得求得准确最大爬坡度。 解：1. 比较采用及.形式时的附着力利用情况

i> 对于前置发动机前轮驱动（.）式轿车，

空气升力W12Z 1

F 2

Lf r C A u ρ=

， 由m =1600kg ，平均的前轴负荷为汽车总重力的％， 静态轴荷的法向反作用力Fz s1 = = ， ∴汽车前轮法向反作用力的简化形式为： Fz 1= Fz s1-Fz w1＝

22

1

r Lf u A C ρ 地面作用于前轮的切向反作用力为： Fx 1 = F f2+Fw = Gf 385.0+

215.21a D u A C ＝＋2

15

.21a D u A C 附着力利用情况：1

12

2

120.721.1519643.22

D a

X Z Lf r C A u F F C A u ρ+

=

+ ii> 对于前置发动机后轮驱动（.）式轿车同理可得：

2

22

2

174.721.151

6946.22D a

X Z Lr r C A u F F C A u ρ+

=

+ 一般地，C Lr 与 C Lf 相差不大，且空气升力的值远小于静态轴荷的法向反作用力，以此可得12

12

X X Z Z F F F F <，前置发动机前轮驱动有着更多的储备驱动力。

结论： 本例中，前置发动机前轮驱动（）式的轿车附着力利用率高。 2．对.式轿车进行动力性分析

1) 附着系数0.2ϕ=时

i> 求极限最高车速:

忽略空气升力对前轮法向反作用力的影响，Fz 1＝ N 。