第一章
1.11.11.11.1、试说明轮胎滚动阻力的定义、产生机理和作用形式????
答:1)定义:汽车在水平道路上等速行驶时受到的道路在行驶方向
上的分力称为滚动阻力。
2)产生机理:由于轮胎内部摩擦产生弹性轮胎在硬支撑路面上
行驶时加载变形曲线和卸载变形曲线不重合会有能量损失,即弹
性物质的迟滞损失。这种迟滞损失表现为一种阻力偶。
当车轮不滚动时,地面对车轮的法向反作用力的分布是前后对
称的;当车轮滚动时,由于弹性迟滞现象,处于压缩过程的前部
点的地面法向反作用力就会大于处于压缩过程的后部点的地面法
向反作用力,这样,地面法向反作用力的分布前后不对称,而使
他们的合力 Fa 相对于法线前移一个距离 a, 它随弹性迟滞损失的
增大而变大。即滚动时有滚动阻力偶矩 阻碍车轮滚aFT
zf
=
动。
3)作用形式:滚动阻力 (f为滚动fwF
f
=
r
T
F
f
f
=
阻力系数)
1.21.21.21.2、滚动阻力系数与哪些因素有关?
提示:滚动阻力系数与路面种类、行驶车速以及轮胎的构造、
、
气压等有关。
1.31.31.31.3、确定一轻型货车的动力性能(货车可装用 4444档或 5555档变速器,
任选其中的一种进行整车性能计算):
1111)绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图。
2222)求汽车的最高车速、最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率。
3333)绘制汽车行驶加速倒数曲线,用图解积分法求汽车有Ⅱ档起步
加速行驶至 70km/h70km/h70km/h70km/h的车速-时间曲线,或者用计算机求汽车用Ⅱ
档起步加速至 70km/h70km/h70km/h70km/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 TqTqTqTq—nnnn曲线的拟合公式为
432 )
1000
(8445.3)
1000
(874.40)
1000
(44.165)
1000
(27.25913.19
nnnn
Tq −+−+−=
式中,,,, TqTqTqTq为发功机转矩(N(N(N(N·m)m)m)m);nnnn为发动机转速(r(r(r(r/min)min)min)min)。
发动机的最低转速 nnnnminminminmin=600r/min=600r/min=600r/min=600r/min ,最高转速 nnnnmaxmaxmaxmax=4000=4000=4000=4000 rrrr
/minminminmin
装载质量 2000kg2000kg2000kg2000kg
整车整备质量 1800kg1800kg1800kg1800kg
总质量 3880388038803880 kgkgkgkg
车轮半径 0.3670.3670.3670.367 mmmm
传动系机械效率 ηт=0.850.850.850.85
波动阻力系数 ffff=0.0130.0130.0130.013
空气阻力系数×迎风面积 CCCCDDDDAAAA=2.772.772.772.77 2m
主减速器传动比 iiii0000=5.835.835.835.83
飞轮转功惯量 IIIIffff=0.218kg0.218kg0.218kg0.218kg· 2m
二前轮转动惯量 IIIIw1w1w1w1=1.798kg1.798kg1.798kg1.798kg· 2m
四后轮转功惯量 IIIIw2w2w2w2=3.598kg3.598kg3.598kg3.598kg· 2m
变速器传动比 iiiigggg((((数据如下表))))
轴距 LLLL=3.2m3.2m3.2m3.2m
质心至前铀距离((((满载)))) α=1.947m1.947m1.947m1.947m
质心高((((满载)))) hhhhgggg=0.9m0.9m0.9m0.9m
解答:
1111)(取四档为例)
由
uF
nu
nTq
TqF
t
t
→⇒
⎪
⎭
⎪
⎬
⎫
→
→
→
即
r
iiT
F
Togq
t
η
=
432 )
1000
(8445.3)
1000
(874.40)
1000
(44.165)
1000
(27.25913.19
nnnn
Tq −+−+−=
og
ii
rn
u
377.0
=
行驶阻力为 :
wf
FF +
2
15.21 a
D
wf
U
AC
GfFF +=+
2131.0312.494
a
U+=
由计算机作图有
※本
也可采用描点法做图:
由发动机转速在 , ,取六个点分别min/600nmin r= min/4000nmax r=
代入公式:
………………………………
2222)⑴最高车速:
有
wft
FFF +=
⇒ 2131.0312.494
at
UF +=
分别代入 和 公式:
a
U
t
F
2)
09.6*83.5
3697.0*377.0
(131.0312.494
367.0
85.0*83.5*9.6*
n
T
q +=
把 的拟和公式也代入可得:
q
T
n>4000
而 r/min4000max =n
∴ Km/h93.94
83.5*0.1
4000*367.0
*377.0max ==U
⑵最大爬坡度:
挂Ⅰ档时速度慢, 可忽略:
Fw
⇒ )(max wfti FFFF +−=
⇒ GfFGi
t
−= max
⇒ 013.0
8.9*3880
14400max
max −=−= f
G
F
i
t
=0.366
(3)克服该坡度时相应的附着率
z
x
F
F
=ϕ
忽略空气阻力和滚动阻力得:
6.0
947.1
2.3*366.0
/
=====
a
il
la
i
F
Fi
z
ϕ
3333)①绘制汽车行驶加速倒数曲线(已装货):40.0626
( 为动力因素))(
1
fDgdu
dt
a −
==
δ
G
FwFt
D
−
=
Ⅱ时, 2
2
0
2
2
11
1
r
iiI
m
r
I
m
Tgf
w
η
δ ++= ∑
2
22
2 367.0
85.0*83.5*09.3*218.0
3800
1
367.0
598.3798.1
3800
1
1 +
+
+=
1.128=
r
iiT
F
Togq
t
η
=
432 )
1000
(8445.3)
1000
(874.40)
1000
(44.165)
1000
(27.25913.19
nnnn
Tq −+−+−=
2
15.21 a
D
w
U
AC
F =
由以上关系可由计算机作出图为:
②用计算机求汽车用Ⅳ档起步加速至 70km/h 的加速时间。
(注:载货时汽车用Ⅱ档起步加速不能至 70km/h)
由运动学可知:
du
a
1
dt =
⇒ Adu == ∫
t
0 a
1
t
即加速时间可用计算机进行积分计算求出,且 曲线下两速
a
u−
a
1
度间的面积就是通过此速度去件的加速时间。
经计算的时间为: 146.0535s
1.41.41.41.4、空车、满载时汽车动力性有无变化?为什么?
答:汽车的动力性指汽车在良好路面上直线行驶时,由纵向外力决定
的所能达到的平均行驶速度。
汽车的动力性有三个指标:1)最高车速 2)加速时间 3)最大
爬坡度
且这三个指标均于汽车是空载、满载时有关 。
1.51.51.51.5、 如何选择汽车发动机功率????
答:依据(原则):
常先从保证汽车预期的最高车速来初步选择发动机应有的功
率。
〔从动力性角度出发〕 这些动力性指标: jtiu ,,max
发动机的最大功率应满足上式的计算结果,但也不宜过大,否则会因
发动机负荷率偏低影响汽车的燃油经济性。(详见第三章课件)
1.61.61.61.6、超车时该不该换入低一档的排档????
答:可参看不同 时的汽车功率平衡图:0i
( )
wf
t
e
PPP +≥
η
1
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+= 3 maxmax 761403600
1
a
D
a
t
e
u
AC
u
Gf
P
η
显而可见,当总的转动比较大时,发动机后备功率大,加速
容易,更易于达到较高车速。
1.71.71.71.7、统计数据表明,装有 0.50.50.50.5~2L2L2L2L排量发动机的轿车,若是前置发
动机前轮驱动(F.F.)(F.F.)(F.F.)(F.F.)轿车,其平均的轴负荷为汽车总重力的 61.561.561.561.5% ;
若是前置发动机后轮驱动(F.R.)(F.R.)(F.R.)(F.R.)轿车,其平均的前轴负荷为汽车总重
力的 55.755.755.755.7%。设一轿车的轴距 LLLL=2.6m2.6m2.6m2.6m,质心高度 hhhh=0.57m0.57m0.57m0.57m。试比
较采用 F.F.F.F.F.F.F.F.及 F.F.F.F. RRRR.形式时的附着力利用情况,
时其前轴负荷率
取相应形式的平均值。确定上述 F.F.F.F. F.F.F.F.型轿车在φφφφ=0.0.0.0. 2222及 0.0.0.0. 7777路面上
的附着力,并求由附着力所决定的权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 FFFFwwww=0)0)0)0)。其他
有关参数为:mmmm=1600kg1600kg1600kg1600kg,CCCCDDDD=0.450.450.450.45,AAAA=2.002.002.002.00 ,ffff=0.020.020.020.02,δ=1.001.001.001.00。2m
答:1>1>1>1> 对于 F-F 型轿车:
最大驱动力等于前轮附着力
ϕϕ
ϕ
mgFF
z
%5.61Fxbmax ===
对于 F-R 型轿车:
最大驱动力等于后轮附着力
ϕϕ
ϕ
mgFF
z
%)7.551(Fxbmax −===
ϕ44.3%mg=
显然 F-F 型轿车总的附着力利用情况较好。
2 > (1)对于 :0.2=ϕ
NFF
z
64.1928Fxbmax === ϕϕ
极限车速:
2
xbmax 15.21
F
a
D
wf
U
AC
GfFF +=+=
⇒ hkm /8.194Uamax =
极限爬坡度: GiGfFF
if
+=+=xbmaxF
⇒ f
G
F
xb −= maxmaxi
⇒ 02.0
8.9*1600
64.1928
imax −=
13.0=
极限加速度:
dt
dU
mGfFF
jf
δ+=+=xbmaxF
⇒ )/(01.1)( max hskm
m
GfF
dt
dU
=
−
=
δ
(2)同理可有:当 时,7.0=ϕ
hkm /0.388Uamax =
4105.0imax =
)/(023.4)( max hskm
dt
dU
=
1.81.81.81.8、一轿车的有关参数如下:
总质量 1600kg1600kg1600kg1600kg;质心位置:a=1450mma=1450mma=1450mma=1450mm,bbbb=1250mm1250mm1250mm1250mm,hhhhgggg=
630mm;630mm;630mm;630mm; 发动机最大扭矩MMMMemaxemaxemaxemax=140N140N140N140N· m;m;m;m; IIII挡传动比 iiiiIIII=0.380.380.380.385555;
主减速器传动比 iiiioooo=4444.08;08;08;08;传动效率ηmmmm=0.90.90.90.9;车轮半径 rrrr=300m300m300m300mm;m;m;m;
飞轮转动惯量 IIIIffff=0.25kg0.25kg0.25kg0.25kg· ;全部车轮的转动惯量∑IIIIwwww=2m
4.5kg4.5kg4.5kg4.5kg· ((((其中,前轮的 IIIIwwww =2.252.252.252.25 kgkgkgkg· ,后轮的 IIIIwwww =2.252.252.252.252m 2m
kgkgkgkg· ))))。2m
若该轿车为前轮驱动,问:当地面附着系数为 0.60.60.60.6时,在加速
过程中发动机扭矩能否充分发挥而产生应有的最大加速度?应如
何调整重心在前、后方向的位置((((即 bbbb值)))),才可以保证获得应有的
最大加速度。若令 ×100100100100%为前轴负荷率,求原车的质心位置改
L
b
变后,该车的前轴负荷率。
解题时,为计算方便,可忽略滚动阻力与空气阻力。
解:<1><1><1><1> 先求汽车质量换算系数 :δ
2
2
0
2
2
11
1
r
iiI
m
r
I
m
Tgfw
η
δ ++= ∑
代入数据有: =1.4168δ
若地面不发生打滑,此时,地面最大驱动力
r
iiT
F
tgtq
t
η0
xb1maxF ==
⇒ N36.6597Fxb1max =
由于不记滚动阻力与空气阻力,即 、
f
F 0=
w
F
这时汽车行驶方程式变为
当 代入有:MNMT eMaxQ ⋅== 140
91.2)
dt
du
( max =⇒
再由
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
++−=
w
g
z
F
dt
du
mG
L
h
L
b
GF αsin1
jit
FFF +=
dt
du
mGi
r
iiT
tgtq
δ
η
+=0
dt
du
m
L
h
L
b
G
g−=
将 代入上试有max)dt
du
(
NF
z
27.6180min1 =
此时:
6.0
1
1 >
z
xb
F
F
将出现打滑现象,
所以:在加速过程中发动机扭矩不能否充分发挥。
<2> 调整:
要使发动机扭矩能否充分发挥,则:
应使:
6.0
1
1 =
z
xb
F
F
其中: 不变,N36.6597Fxb1 =
则由公式:
dt
du
m
L
h
L
b
GF
g
z
−=1
得出:b=1704.6mm
前轴负荷率为:∴ %100*)14501250(
6.1704
%100*
+
=
L
b
%1.63=
1.91.91.91.9、一辆后袖驱动汽车的总质量 2152kg2152kg2152kg2152kg,前轴负荷 52525252%,后轴负
荷 48484848%,主传动比 iiiioooo=4.554.554.554.55,变速器传动比:一挡:3.793.793.793.79,二挡:2.172.172.172.17,
三挡:1.411.411.411.41,四挡:1.001.001.001.00,五挡:0.0.0.0. 86868686。质心高度 hhhhgggg =0.57m0.57m0.57m0.57m,CCCCDDDDAAAA
=1.51.51.51.5 ,轴距 LLLL=2.300m2.300m2.300m2.300m,飞轮转动惯量 IIIIffff=kgkgkgkg·m2m2m2m2,四个车轮2m
总的转动惯量 IIIIwwww=3.6kg3.6kg3.6kg3.6kg· ,车轮半径 rrrr=0.367m0.367m0.367m0.367m。该车在附着2m
系数Ψ=0.60.60.60.6的路面上低速滑行曲线和直接挡加速曲线如习题图 1111
所示。国上给出了滑行数据的拟合直线 vvvv=19.7619.7619.7619.76-0.590.590.590.59TTTT,vvvv的单位
为 km/hkm/hkm/hkm/h,TTTT 的单位为 ssss,直接挡最大加速度αmaxmaxmaxmax=0.75m/0.75m/0.75m/0.75m/ 2s
((((uuuussss=50km/h)=50km/h)=50km/h)=50km/h)。设各挡传动效率均为 0.900.900.900.90,求:
1)1)1)1)汽车在该路面上的波动阻力系数。
2)2)2)2)求直接挡的最大动力因素。
3)3)3)3)在此路面上该车的最大爬坡度。
答:1>1>1>1> 由汽车行驶方程式:
jiwft
FFFFF +++=
低速滑行时, ,
此时:
由低速滑行曲线拟台直线公式可得:
060.0
)59.076.19(
=
−
==
gdt
T
gdt
dv
f
δδ
2>2>2>2> 直接档, <以四档为例>1ig =
先求汽车质量换算系数 :δ
2
2
0
2
2
11
1
r
iiI
m
r
I
m
Tgfw
η
δ ++= ∑
代入数据得: 0266.1=δ
再有动力因素公式:
gdt
dUδ
φ +=D
其中: 060.00if =+=+= fφ
所以: maxmax )(D
dt
dU
g
δ
φ +=
而: 2max /75.0)( sm
dt
dU
=
∴ 6.3*75.0*
81.9
0266.1
060.0Dmax +=
34255.0=
0≈
w
F
0≈
j
F
ft
FF ≈
3>3>3>3> 由 maxmax )(D
dt
dU
g
δ
φ +=
可得,最大爬坡度为:
fD −= maxmaxi
⇒ 28255.0max =i
⇒
�41.16max =α