汽車?yán)碚撜n后題答案

1、名師整理 _優(yōu)秀資源第一章汽車的動力性1.1試說明輪胎滾動阻力的定義，產(chǎn)生機(jī)理和作用形式。答：車輪滾動時，由于車輪的彈性變形、路面變形和車轍摩擦等原因所產(chǎn)生的阻礙汽車行駛的力稱為輪胎滾動阻力。產(chǎn)生機(jī)理和作用形式：Fz并不沿車（1）彈性輪胎在硬路面上滾動時，輪胎的變形是主要的，由于輪胎有內(nèi)部摩擦，產(chǎn)生彈性遲滯損失，使輪胎變形時對它做的功不能全部回收。由于彈性遲滯，地面對車輪的法向作用力并不是前后對稱的，這樣形成的合力輪中心（向車輪前進(jìn)方向偏移 a）。如果將法向反作用力平移至與通過車輪中心的垂線重合，貝U有一附加的滾動阻力偶矩Tf二Fz a。為克服該滾動阻力偶矩，需要在車輪中心加一推力Fp與地面切

2、向反作用力構(gòu)成一力偶矩。（2）輪胎在松軟路面上滾動時，由于車輪使地面變形下陷，在車輪前方實際形成了具有一定坡度的斜面，對車 輪前進(jìn)產(chǎn)生阻力。（3 ）輪胎在松軟地面滾動時，輪轍摩擦?xí)鸶郊幼枇Α＃?）車輪行駛在不平路面上時，引起車身振蕩、減振器壓縮和伸長時做功，也是滾動阻力的作用形式。 1.2滾動阻力系數(shù)與哪些因素有關(guān)？答：滾動阻力系數(shù)與路面的種類、行駛車速以及輪胎的構(gòu)造、材料和氣壓有關(guān)。這些因素對滾動阻力系數(shù)的具體 影響參考課本P9。1.3確定一輕型貨車的動力性能（貨車可裝用 4擋或5擋變速器，任選其中的一種進(jìn)行整車性能計算）：1）繪制汽車驅(qū)動力與行駛阻力平衡圖。2）求汽車最高車速，最大爬坡

3、度及克服該坡度時相應(yīng)的附著率。3） 繪制汽車行駛加速度倒數(shù)曲線，用圖解積分法求汽車用2檔起步加速行駛至 70km/h的車速-時間曲線，或者 用計算機(jī)求汽車用 2檔起步加速行駛至 70km/h的加速時間。輕型貨車的有關(guān)數(shù)據(jù)：汽油發(fā)動機(jī)使用外特性的Tq-n曲線的擬合公式為Tq 二-19.313 295.27()-165.4440.874(1000 1000 1000式中，Tq為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩（N?m） ;n為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min ）。發(fā)動機(jī)的最低轉(zhuǎn)速nmin=600r/min,最高轉(zhuǎn)速nmax=4000r/min。裝載質(zhì)里2000kg整車整備質(zhì)里1800kg總質(zhì)量3880kg車輪半徑0.367m傳動

4、系機(jī)械效率n t=0.85滾動阻力系數(shù)f=0.013空氣阻力系數(shù)池風(fēng)面積2CDA=2.77m主減速器傳動比i 0=5.83飛輪轉(zhuǎn)動慣量2If=0.218kg?m二前輪轉(zhuǎn)動慣量2Iw1=1.798kg ?m四后輪轉(zhuǎn)動慣量2Iw2=3.598kg ?m變速器傳動比ig（數(shù)據(jù)如下表）3一3.8445（盤4質(zhì)心至前軸距離（滿載）質(zhì)心高（滿載）I檔n檔川檔"檔V檔四檔變速器丁6.093.091.711.00-五檔變速器5.562.7691.6441.000.793軸距L=3.2ma=1.974mhg=0.9m分析：本題主要考察知識點為汽車驅(qū)動力-行使阻力平衡圖的應(yīng)用和附著率的計算、等效坡度的概

5、念。只要對汽車行使方程理解正確，本題的編程和求解都不會有太大困難。常見錯誤是未將車速的單位進(jìn)行換算。2） 首先應(yīng)明確道路的坡度的定義i二tan。求最大爬坡度時可以對行使方程進(jìn)行適當(dāng)簡化，可以簡化的內(nèi)容包 括兩項cos和si ：、ta n ，簡化的前提是道路坡度角不大，當(dāng)坡度角較大時簡化帶來的誤差會增大。計算時， 要說明做了怎樣的簡化并對簡化的合理性進(jìn)行評估。3）已知條件沒有說明汽車的驅(qū)動情況，可以分開討論然后判斷，也可以根據(jù)常識判斷輕型貨車的驅(qū)動情況。解：1）繪制汽車驅(qū)動力與行駛阻力平衡圖汽車驅(qū)動力Ft= Ttqigio七r行駛阻力 Ff+Fw + Fi+Fj = G?f + CD A U2+

6、G?i+ m dU21.12dtr n發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與汽車行駛速度之間的關(guān)系式為：ua = 0.377igio由本題的已知條件，即可求得汽車驅(qū)動力和行駛阻力與車速的關(guān)系，編程即可得到汽車驅(qū)動力與行駛阻力平衡圖。2）求汽車最高車速，最大爬坡度及克服該坡度時相應(yīng)的附著率 由1）得驅(qū)動力與行駛阻力平衡圖，汽車的最高車速出現(xiàn)在 5檔時汽車的驅(qū)動力曲線與行駛阻力曲線的交點處,2Uamax= 99.08m/s。 汽車的爬坡能力，指汽車在良好路面上克服Ff Fw后的余力全部用來（等速）克服坡度阻力時能爬上的坡度，*Ft-(Ff +Fw)i = tan arcsinIG 丿而汽du此時一 =0 ,因此有Fi二Ft

7、 - Ff Fw ,可得到汽車爬坡度與車速的關(guān)系式:dt車最大爬坡度imax為I檔時的最大爬坡度。利用 MATLAB計算可得，imax= 0.352。如是前輪驅(qū)動，C hgL相應(yīng)的附著率C 1為1.20，不合理，舍去。如是后輪驅(qū)動，a hgl 7q相應(yīng)的附著率C 2 為 0.50。名師整理優(yōu)秀資源3）繪制汽車行駛加速度倒數(shù)曲線，求加速時間 求得各檔的汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)-如下表所示:汽車旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)i檔n檔川檔"檔V檔,d Z Iw lfi20T6 9 十2+g 2mrmr1.38291.10271.04291.02241.0179利用MATLAB畫出汽車的行駛加速度圖和汽車的加

8、速度倒數(shù)曲線圖:結(jié)26.0s。忽略原地起步時的離合器打滑過程，假設(shè)在初時刻時，汽車已具有n檔的最低車速。由于各檔加速度曲線不相交（如圖三所示），即各低檔位加速行駛至發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到最到轉(zhuǎn)速時換入高檔位；并且忽略換檔過程所經(jīng)歷的時間果用MATLAB!出汽車加速時間曲線如圖五所示。如圖所示，汽車用H檔起步加速行駛至 70km/h的加速時間約為附錄MATLAB程序公用部分n=600:10:4000;Tq=-19.313+295.27*( n/1000)-165.44*( n/1000).A2+40.874*(n/1000).A3-3.8445.*( n/1000).A4 m=3880;g=9.8;G=

9、m*g;yitaT=0.85;r=0.367;f=0.013;CdA=2.77;i0=5.83;lf=0.218;lw1= 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;Ft仁 Tq*ig(1)*i0*yitaT/r;Ft2=Tq*ig(2)*iO*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/

10、ig(2)/i0;ua3=0.377*r* n/ig( 3)/i0;ua4=0.377*r* n/ig(4)/iO;ua5=0.377*r* n/ig( 5)/i0;求驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖ua=0:5:120Ff=G*f;Fw=CdA*ua.A2/21.15;Fz=Ff+Fwplot(ua1,Ft1,ua2,Ft2,ua3,Ft3,ua4,Ft4,ua5,Ft5,ua,Fz)title('驅(qū)動力-行駛阻力平衡圖')xlabel('ua-km/h')ylabel('F-N')gtext('Ft1'),gtext('Ft2&

11、#39;),gtext('Ft3'),gtext('Ft4'),gtext('Ft5'),gtext('Ff+Fw')求一擋最大爬坡度Ftt= Ft1-Fzimax=ta n(asi n( max(Ftt/G);imax求行駛加速度曲線、加速度倒數(shù)曲線圖deta1=1+(Iw1+Iw2)/(m*rA2)+(If*(ig(1)A2*i0A2*yitaT)/(m*rA2);deta2=1+(Iw1+Iw2)/(m*rA2)+(If*(ig(2)A2*i0A2*yitaT)/(m*rA2);deta3=1+(Iw1+Iw2)/(m*rA

12、2)+(If*(ig(3)A2*i0A2*yitaT)/(m*rA2);deta4=1+(Iw1+Iw2)/(m*rA2)+(If*(ig(4)A2*i0A2*yitaT)/(m*rA2);deta5=1+(Iw1+Iw2)/(m*rA2)+(If*(ig(5)A2*i0A2*yitaT)/(m*rA2);a1=(Ft1-Ff-Fw1)/(deta1*m);i nv_a1=1./a1;a2=(Ft2-Ff-Fw2)/(deta2*m);i nv_a2=1./a2;a3=(Ft3-Ff-Fw3)/(deta3*m);i nv_a3=1./a3;a4=(Ft4-Ff-Fw4)/(deta4*m);

13、i nv_a4=1./a4;a5=(Ft5-Ff-Fw5)/(deta5*m);i nv_a5=1./a5Plot(ua1,a1,ua2,a2,ua3,a3,ua4,a4,ua5,a5)axis(0 99 0 2.5)title('汽車的行駛加速度曲線')xlabel('ua-km/h')ylabel('a-m/sA2')plot(ua1,i nv_a1,ua2,i nv_a2,ua3,i nv_a3,ua4,i nv_a4,ua5,i nv_a5)axis(O 99 0 10)title('汽車的加速度倒數(shù)曲線')gtext(&

14、#39; I ')gtext(' n ')gtext('川')gtext('W ')gtext(' V ')求加速時間曲線圖m=3880;g=9.8;G=m*g;yitaT=0.85;r=0.367;f=0.013;CdA=2.77;i0=5.83;lf=0.218;lw1= 1.798;lw2=3.598;L=3.2;a=1.947;hg=0.9;ig=5.56 2.769 1.644 1.00 0.793;nmin=600;nm ax=4000;u1=0.377*r* nmin ./ig/iO;u2=0.377*r*

15、nm ax./ig/i0;deta=0*ig;for i=1:5deta(i)=1+(Iw1+Iw2)/(m*rA2)+(If*(ig(i)A2*i0A2*yitaT)/(m*rA2);enddeta_u=0.01;ua=6:deta_u:99;N=le ngth(ua); n=0;Tq=0;Ft=0;i nv_a=0*ua;delta=0*ua;Ff=G*f;Fw=CdA*ua.A2/21.15;for i=1:Nk=i;if ua(i)<=u2 (2)n=ua(i)*(ig (2)*i0/r)/0.377;Tq=-19.313+295.27*( n/1000)-165.44*( &q

16、uot;1000)人2+40.874*( "1000)人3-3.8445*(門/1000)人4;Ft=Tq*ig (2)*i0*yitaT/r;in v_a(i)=(deta (2)*m)/(Ft-Ff-Fw(i);delta(i)=deta_u*i nv_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*( "1000)人2+40.874*( "1000)人3-3.8445*(門/1000)人4;Ft=Tq*ig (3)*i

17、0*yitaT/r;in v_a(i)=(deta(3)*m)/(Ft-Ff-Fw(i);delta(i)=deta_u*i nv_a(i)/3.6;elseif ua(i)<=u2 (4)n=ua(i)*(ig (4) *i0/r)/0.377;Tq=-19.313+295.27*( n/1000)-165.44*( "1000)人2+40.874*( "1000)人3-3.8445*(門/1000)人4;Ft=Tq*ig (4) *i0*yitaT/r;in v_a(i)=(deta (4) *m)/(Ft-Ff-Fw(i);delta(i)=deta_u*i n

18、v_a(i)/3.6;名師整理優(yōu)秀資源elsen=ua(i)*(ig (5)*i0/r)/0.377;Tq=-19.313+295.27*( n/1000)-165.44*( "1000)2+40.874*( "1000)7-3.8445*( n/1000)A4;Ft=Tq*ig (5)*i0*yitaT/r;in v_a(i)=(deta(5)*m)/(Ft-Ff-Fw(i);delta(i)=deta_u*i nv_a(i)/3.6;enda=delta(1:k);t(i)=sum(a);endplot(t,ua),gridaxis(0 100 0 60)title(&

19、#39;汽車加速時間曲線')xlabel('t-s')ylabel('ua-km/h')1.4空車、滿載時汽車動力性有無變化？為什么？答：動力性會發(fā)生變化。因為滿載時汽車的質(zhì)量會增大，重心的位置也會發(fā)生改變。質(zhì)量增大，滾動阻力、坡度 阻力和加速阻力都會增大，加速時間會增加，最高車速降低。重心位置的改變會影響車輪附著率，從而影響最大爬坡 度。1.5如何選擇汽車發(fā)動機(jī)功率？答：發(fā)動機(jī)功率的選擇常先從保證汽車預(yù)期的最高車速來初步確定。若給出了期望的最高車速，選擇的發(fā)動機(jī)功1 GfC A率應(yīng)大體等于，但不小于以最高車速行駛時的行駛阻力功率之和，即Pe二丄(一Ua

20、max D U3amax)。叫 360076140在實際工作中，還利用現(xiàn)有汽車統(tǒng)計數(shù)據(jù)初步估計汽車比功率來確定發(fā)動機(jī)應(yīng)有功率。不少國家還對車輛應(yīng)有的 最小比功率作出規(guī)定，以保證路上行駛車輛的動力性不低于一定水平，防止某些性能差的車輛阻礙車流。1.6超車時該不該換入低一擋的排擋？答：超車時排擋的選擇，應(yīng)該使車輛在最短的時間內(nèi)加速到較高的車速，所以是否應(yīng)該換入低一擋的排擋應(yīng)該由 汽車的加速度倒數(shù)曲線決定。如果在該車速時，汽車在此排檔的加速度倒數(shù)大于低排擋時的加速度倒數(shù)，則應(yīng)該換入 低一檔，否則不應(yīng)換入低一擋。1.7統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，裝有 0.52L排量發(fā)動機(jī)的轎車，若是前置發(fā)動機(jī)前輪驅(qū)動( F.F.)

21、轎車，其平均的前軸負(fù) 荷為汽車總重力的61.5 %;若是前置發(fā)動機(jī)后輪驅(qū)動(F.R.)轎車，其平均的前軸負(fù)荷為汽車總重力的55.7 %。設(shè)一轎車的軸距L=2.6m,質(zhì)心高度h=0.57m。試比較采用F.F及F.R.形式時的附著力利用情況，分析時其前軸負(fù)荷率取相應(yīng) 形式的平均值。確定上述F.F轎車在 片0.2及0.7路面上的附著力，并求由附著力所決定的極限最高車速與極限最大爬坡度及極限最大加速度(在求最大爬坡度和最大加速度時可設(shè)Fw=0) o其它有關(guān)參數(shù)為：2m=1600kg, G)=0.45, A=2.00m , f =0.02, S 1.00。分析：分析本題的核心在于考察汽車的附著力、地面法

22、向反作用力和作用在驅(qū)動輪上的地面切向反作用力的理解 和應(yīng)用。應(yīng)熟知公式(1-13)(1-16)的意義和推導(dǎo)過程。分析1 )比較附著力利用情況，即比較汽車前( F.F )、后輪(F.R.)地面切向反作用力與地面作用于前( F.F )、后輪(F.R.)的法向反作用力的比值。解題時應(yīng)注意，地面法向發(fā)作用力包括靜態(tài)軸荷、動態(tài)分量、空氣升力和滾動阻力偶矩產(chǎn)生的部分，如若進(jìn)行簡化要對簡化的合理性給予說明。地面作用于車輪的地面切向反作用力則包括滾動阻力和空氣阻力的反作用力。1 - 15),由2)求極限最高車速的解題思路有兩個。一是根據(jù)地面作用于驅(qū)動輪的地面切向反作用力的表達(dá)式(附著系數(shù)得到最大附著力，滾動阻

23、力已知，即可求得最高車速時的空氣阻力和最高車速。二是利用高速行駛時驅(qū)動輪 附著率的表達(dá)式，令附著率為附著系數(shù)，帶入已知項，即可求得最高車速。常見錯誤：地面切向反作用力的計算中滾動阻力的計算錯誤，把后輪的滾動阻力錯計為前輪或整個的滾動阻力。具體見1.3題的分析。但經(jīng)過公式推導(dǎo)3）最極限最大爬坡度時依然要明確道路坡度的定義和計算中的簡化問題,本題可以不經(jīng)簡化而方便得求得準(zhǔn)確最大爬坡度。解：1.比較采用F.F及F.R.形式時的附著力利用情況i對于前置發(fā)動機(jī)前輪驅(qū)動（F.F.）式轎車，1 2空氣升力 FZW1 = CLf A ur，由m=1600kg，平均的前軸負(fù)荷為汽車總重力的 61.5%,靜態(tài)軸荷

24、的法向反作用力Fzs1 = 0.615X1600X9.8 = 9643.2N 汽車前輪法向反作用力的簡化形式為：1 2Fz1= Fzs1-Fzw1 = 9643.2 CLf A ： ur2地面作用于前輪的切向反作用力為：Fx1 = Ff2+Fw = 0.385Gf處 U； = 120.7+ 2Au：21.1521.1512°.7歸疋附著力利用情況：匚F乙9643.2 CLf A2ii對于前置發(fā)動機(jī)后輪驅(qū)動（F.R.）式轎車同理可得:174.7 "CDAu；21.15X1Fx2 _Fz2 69462沖廿以此可得鳥：皂,前置發(fā)動F Z1FZ2般地，CLr與CLf相差不大，且空氣

25、升力的值遠(yuǎn)小于靜態(tài)軸荷的法向反作用力, 機(jī)前輪驅(qū)動有著更多的儲備驅(qū)動力。結(jié)論：本例中，前置發(fā)動機(jī)前輪驅(qū)動（F.F）式的轎車附著力利用率高。2.對F.F.式轎車進(jìn)行動力性分析1）附著系數(shù)=0.2時i求極限最高車速：忽略空氣升力對前輪法向反作用力的影響，F(xiàn)Z1= 9643.2 N。最大附著力 F1= |_Fz1=1928.6 N。令加速度和坡度均為零，則由書中式（1- 15）有：FFxFw+F ,則 Fw 二 F 1 -忌=1928.6-0.02X0.385X1600X9.8= 1807.9 NCdA21.152uamax由此可推出其極限最高車速:Uamax = 206.1 km/h。ii>

26、求極限最大爬坡度計算最大爬坡度時加速度為零，忽略空氣阻力。bhg前輪的地面反作用力Fz1 =G（cosg _Sin a）最大附著力F1_Fz1a由書中式（1- 15）,有 Ftp 二FiFi+Ff? =Gsin a + GL：Lcosafb® -af以上三式聯(lián)立得：imax = ta n= 0.095。maxL+hg®iii求極限最大加速度：令坡度阻力和空氣阻力均為0, Fz1= 9643.2 NF 1= LFz1 = 1928.6N由書中式（1 15） F 1 =FX1 =Ff2mamax解得 amax =1.13。2）當(dāng)附著系數(shù)Q= 0.7時，同理可得：最咼車速：Uam

27、ax = 394.7 km/h。最大爬坡度：imax =0.347。最大加速度：amax =4.14方法二：忽略空氣阻力與滾動阻力，有：b / lq 二，最大爬坡度imax =q，最大加速度amaq.g1/hg /L所以，=0.2 時，imax =0.118,amax =1.16m/s2。= 0.7 時,imax = 0.373,amax = 3.66m/s21.8 一轎車的有關(guān)參數(shù)如下：總質(zhì)量 1600kg;質(zhì)心位置：a=1450mm,b=1250mm, hg=630mm ;發(fā)動機(jī)最大扭矩 Memax=140Nm2, I 檔傳動比 h=3.85 ;主減速器傳動比i°=4.08 ;傳

28、動效率n m=0.9 ;車輪半徑 r=300mm ;飛輪轉(zhuǎn)動慣量If=0.25kg m2；全部車輪慣量2 2 2EI w=4.5kg m （其中后輪Iw=2.25 kg m ,前輪的Iw=2.25 kg m ）。若該轎車為前輪驅(qū)動，問：當(dāng)?shù)孛娓街禂?shù)為0.6時，在加速過程中發(fā)動機(jī)扭矩能否充分發(fā)揮而產(chǎn)生應(yīng)有的最大加速度？應(yīng)如何調(diào)整重心在前后方向的位置（b位置），K才可以保證獲得應(yīng)有的最大加速度。若令-為前軸負(fù)荷率，求原車得質(zhì)心位置改變后，該車的前軸負(fù)荷率。L如果前者分析：本題的解題思路為比較由發(fā)動機(jī)扭矩決定的最大加速度和附著系數(shù)決定的最大加速度的大小關(guān)系。大于后者，則發(fā)動機(jī)扭矩將不能充分發(fā)揮而產(chǎn)

29、生應(yīng)有的加速度。解：忽略滾動阻力和空氣阻力，若發(fā)動機(jī)能夠充分發(fā)揮其扭矩則maxFt max ；3 mFtmaxMemaxLi°ii m = 6597.4 N ;f22”j.=1 12 + Iflll02m =1.42 ;mr mr解得 amax =2.91m/ s2。前輪驅(qū)動汽車的附著率hg等效坡度q =旦鳴=0.297。g貝U有，Cl= 0.754>0.6,所以該車在加速過程中不能產(chǎn)生應(yīng)有的最大加速度。為在題給條件下產(chǎn)生應(yīng)有的最大加速度，令01= 0.6 ,代入 q=0.297 , hg=0.63m , L=2.7m ,解得b1524mm，則前軸負(fù)荷率應(yīng)變?yōu)閎/L= 0.56

30、4，即可保證獲得應(yīng)有的最大加速度。1.9 一輛后軸驅(qū)動汽車的總質(zhì)量 2152kg,前軸負(fù)荷52%，后軸負(fù)荷48%，主傳動比i°=4.55，變速器傳動比：一擋：3.79，二檔：2.17,三檔：1.41，四檔：1.00,五檔：0.86。質(zhì)心高度 hg= 0.57m, CDA=1.5m2，軸距 L=2.300m，飛輪轉(zhuǎn)動慣量lf=0.22kg m2，四個車輪總的轉(zhuǎn)動慣量lw=3.6kg m2，車輪半徑r = 0.367m。該車在附著系數(shù)即-0.6的路面上低速滑行曲線和直接檔加速曲線如習(xí)題圖1所示。圖上給出了滑行數(shù)據(jù)的擬合直線v=19.76-0.59T , v的單位km/h ,T的單位為s,

31、直接檔最大加速度 amax= 0.75m/s2 (Ua= 50km/h)。設(shè)各檔傳動效率均為 0.90，求：1) 汽車在該路面上的滾動阻力系數(shù)。解：1 )求滾動阻力系數(shù)汽車在路面上滑行時，驅(qū)動力為0,飛輪空轉(zhuǎn),=1 t =1362=1.012。mr22152 0.3672行駛方程退化為：mdU=0，減速度:dt根據(jù)滑行數(shù)據(jù)的擬合直線可得：du 0.59dt3.6質(zhì)量系數(shù)中該項為2)3)求直接檔的最大動力因數(shù)。 在此路面上該車的最大爬坡度。2=0.164m/s 。du GLdt 、m0。解得:f = - -LdU -0.0169。 g dt2) 求直接檔最大動力因數(shù)| l 2l 2i -直接檔：

32、-=1: + lf|4l02m =1.027。mr mr動力因數(shù)：D = fdU。gdt最大動力因數(shù)：Dmax = famax =0.0169 1.027 0.75 =0.096。g9.83）在此路面上該車的最大爬坡度由動力因數(shù)的定義，直接檔的最大驅(qū)動力為：Ftmax4二Fw Dmax4G二丄豈二r最大爬坡度是指一擋時的最大爬坡度：TtqmaxLid1 t =Gf Gimaxr以上兩式聯(lián)立得:Gf Gimax _ FwDmax4Giii4imaxii(-CD21.15G2u a D max4 ) _二 0.654由地面附著條件，汽車可能通過的最大坡度為:q 出 0.338。1/-hg/L所以該

33、車的最大爬坡度為 0.338。第二章 汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性2.1 “車開得慢，油門踩得小，就一定省油”，或者“只要發(fā)動機(jī)省油，汽車就一定省油”這兩種說法對不對？答：不對。由汽車百公里等速耗油量圖，汽車一般在接近低速的中等車速時燃油消耗量最低，并不是在車速越低 越省油。由汽車等速百公里油耗算式（2-1）知，汽車油耗量不僅與發(fā)動機(jī)燃油消耗率有關(guān)，而且還與發(fā)動機(jī)功率以及車速有關(guān)，發(fā)動機(jī)省油時汽車不一定就省油。2.2試述無級變速器與汽車動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系。答：為了最大限度提高汽車的動力性，要求無級變速器的傳動比似的發(fā)動機(jī)在任何車速下都能發(fā)出最大功率。為 了提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)該根據(jù)“最小燃油消耗

34、特性”曲線確定無級變速器的調(diào)節(jié)特性。二者的要求是不一致的，一般地，無級變速器的工作模式應(yīng)該在加速階段具有良好的動力性，在正常行駛狀態(tài)具有較好的經(jīng)濟(jì)性。2.3用發(fā)動機(jī)的“最小燃油消耗特性”和克服行駛阻力應(yīng)提供的功率曲線，確定保證發(fā)動機(jī)在最經(jīng)濟(jì)狀況下工作 的“無級變速器調(diào)節(jié)特性”。答：由發(fā)動機(jī)在各種轉(zhuǎn)速下的負(fù)荷特性曲線的包絡(luò)線即為發(fā)動機(jī)提供一定功率時的最低燃油消耗率曲線，如課本圖2-9a。利用此圖可以找出發(fā)動機(jī)提供一定功率時的最經(jīng)濟(jì)狀況（轉(zhuǎn)速與負(fù)荷）。把各功率下最經(jīng)濟(jì)狀況運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速與負(fù)荷率表明在外特性曲線上，便得到“最小燃油消耗特性”。無級變速器的傳動比i'與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n及汽車行駛速度nr

35、之間關(guān)系（i'=0.377），便可確定無級變速器的調(diào)節(jié)特性，具體方法參見課本P47。2.4如何從改進(jìn)汽車底盤設(shè)計方面來提高燃油經(jīng)濟(jì)性？答：汽車底盤設(shè)計應(yīng)該從合理匹配傳動系傳動比、縮減尺寸和減輕質(zhì)量來提高燃油經(jīng)濟(jì)性。2.5為什么汽車發(fā)動機(jī)與傳動系統(tǒng)匹配不好會影響汽車燃油經(jīng)濟(jì)性與動力性？試舉例說明。答：在一定道路條件下和車速下，雖然發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率相同，但傳動比大時，后備功率越大，加速和爬坡能力 越強(qiáng)，但發(fā)動機(jī)負(fù)荷率越低，燃油消耗率越高，百公里燃油消耗量就越大，傳動比小時則相反。所以傳動系統(tǒng)的設(shè)計 應(yīng)該綜合考慮動力性和經(jīng)濟(jì)性因素。如最小傳動比的選擇，根據(jù)汽車功率平衡圖可得到最高車速Umax

36、 （驅(qū)動力曲線與行駛阻力曲線的交點處車速），發(fā)動機(jī)達(dá)到最大功率時的車速為Up。當(dāng)主傳動比較小時，Up>Umax,汽車后備功率小，動力性差，燃油經(jīng)濟(jì)性好。當(dāng)主傳動比較大時，則相反。最小傳動比的選擇則應(yīng)使Up與Umax相近，不可為追求單純的的動力性或經(jīng)濟(jì)性而降低另一方面的性能。2.6試分析超速檔對汽車動力性和燃油經(jīng)濟(jì)性的影響。答：汽車在超速檔行駛時，發(fā)動機(jī)負(fù)荷率高，燃油經(jīng)濟(jì)性好。但此時，汽車后備功率小，所以需要設(shè)計合適的次 一擋傳動比保證汽車的動力性需要。2.7已知貨車裝用汽油發(fā)動機(jī)的負(fù)荷特性與萬有特性。負(fù)荷特性曲線的擬合公式為：b 二 b。BiPe dp；比巳3 B4R4其中，b為燃油消耗

37、率g/（kW?h） ；Pe為發(fā)動機(jī)凈功率（kW）;擬合式中的系數(shù)隨轉(zhuǎn)速n變化。怠速油耗= 0.299mL/s（怠速轉(zhuǎn)速 400r/min ）。計算與繪制題1.3中貨車的1）汽車功率平衡圖。2）最高檔與次高檔的等速百公里油耗曲線3） 利用計算機(jī)求貨車按JB3352-83規(guī)定的六工況循環(huán)行駛的百公里油耗。計算中確定燃油消耗值b時，若發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷特性中給定的轉(zhuǎn)速不相等，可由相鄰轉(zhuǎn)速的兩根曲線用插值法求得。注意：發(fā)動機(jī)凈功率和外特性功率的概念不同。發(fā)動機(jī)外特性功率是發(fā)動機(jī)節(jié)氣門全開時的功率，計算公式為 “蠱，在某一轉(zhuǎn)速下，外特性功率是唯一確定的。發(fā)動機(jī)凈功率則表示發(fā)動機(jī)的實際發(fā)出功率，可以根據(jù)汽車

38、 行駛時的功率平衡求得，和轉(zhuǎn)速沒有一一對應(yīng)關(guān)系。解：（1）汽車功率平衡圖P + P發(fā)動機(jī)功率在各檔下的功率Pe、汽車經(jīng)常遇到的阻力功率f t W對車速Ua的關(guān)系曲線即為汽車功率平衡圖,其中:2了6010ji30000Ttqn(kW)，Uaigi。0.377r-Tq為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩（單位為 N m）Pf+ pW1GfUa 丄 Cd Au； '360076140 丿編程計算，汽車的功率平衡圖為:2）最高檔和次高檔的等速百公里油耗曲線先確定最高檔和次高檔的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的范圍，然后利用ua =0.377n，求出對應(yīng)檔位的車速。由于汽車是等速行i°ig駛，因此發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率應(yīng)該與汽車受到的

39、阻力功率折合到曲軸上的功率相等，即(Ff + Fw)Ua pe -3600 t。然后根據(jù)不同的F和n,用題中給出的擬合公式求出對應(yīng)工況的燃油消耗率。先利用表中的數(shù)據(jù)，使用插值法，求出每個n值所對應(yīng)的擬合式系數(shù)：B°,Bl,B2, B3,B4。在這里為了保證曲線的光滑性，使用了三次樣條插值。利用求得的各個車速對應(yīng)下的功率求出對應(yīng)的耗油量燃油消耗率b。利用公式:QsPb，即可求出對應(yīng)的車速的百公里油耗1.02Uag(L/100 km )。實際繪出的最高檔與次高檔的等速百公里油耗曲線如下:華萬檔與次髙檔萼週口瓷里準(zhǔn)國亡連2E161E22QMLdOOkrr2012010203040 fW M

40、 90 1W從圖上可以明顯看出，第三檔的油耗比在同一車速下，四檔的油耗高得多。這是因為在同一車速等速行駛下，汽 車所受到的阻力基本相等，因此P基本相等，但是在同一車速下，三檔的負(fù)荷率要比四檔小。這就導(dǎo)致了四檔的油耗較小。但是上圖存在一個問題，就是在兩頭百公里油耗的變化比較奇怪。這是由于插值點的范圍比節(jié)點的范圍要來得大， 于是在轉(zhuǎn)速超出了數(shù)據(jù)給出的范圍的部分，插值的結(jié)果是不可信的。但是這對處在中部的插值結(jié)果影響不大。而且在完成后面部分的時候發(fā)現(xiàn)，其實只需使用到中間的部分即可。(3)按JB3352-83規(guī)定的六工況循環(huán)行駛的百公里油耗。從功率平衡圖上面可以發(fā)現(xiàn)，III檔與IV檔可以滿足六工況測試的

41、速度范圍要求。分為III檔和IV檔進(jìn)行計算。先求勻速行駛部分的油耗(Ff +FW)ua先使用Fef W a，求出在各個速度下，發(fā)動機(jī)所應(yīng)該提供的功率。然后利用插值法求出，三個勻速行駛3600片速度對應(yīng)的燃油消耗率b。由QPbs102蟲也求出三段勻速行駛部分的燃油消耗量mL)。計算的結(jié)果如下：勻速行駛階段：勻速行駛速度/(km/h)第一段25第二段40第三段50持續(xù)距離/(m)50250250發(fā)動機(jī)功率R/(kw)4.70739.200813.4170燃油消耗率b/g/(kW山)三檔678.3233563.0756581.3972四檔492.3757426.5637372.6138燃油消耗量Q/

42、(ml)三檔8.868144.964454.2024四檔6.437134.063234.7380再求勻加速階段：對于每個區(qū)段，以1km/h為區(qū)間對速度區(qū)段劃分。對應(yīng)每一個車速ua ,都可以求出對應(yīng)的發(fā)動機(jī)功率:3p化P = Gfu+CDAu +omu1du 。此時，車速與功率的關(guān)系已經(jīng)發(fā)生改變，因此應(yīng)該要重新對燃油消耗率的擬 叫 <3600761403600 dt /合公式中的系數(shù)進(jìn)行插值。插值求出對應(yīng)的各個車速的燃油消耗率b，進(jìn)而用Qt =Pb367.1 為求出每個速度對應(yīng)的燃1油消耗率Qt0,Qt1,Qt2,Qtn。每小段的加速時間：建。每一個小區(qū)間的燃油消耗量：du3.6 -dt1

43、Qn(Qt(nl) 'Qtnpt。對每個區(qū)間的燃油消耗量求和就可以得出加速過程的燃油消耗量。計算結(jié)果如下:加速階段第一段第二段最大速度uamax/(km/h)4050最小速度 uamin /(km/h):2540加速度a/(m/s2)0.25 (注：書中的數(shù) 據(jù)有誤)0.20燃油消耗量Qa /(mL)三檔38.370544.2181四檔30.100138.4012勻減速階段:對于勻減速階段，發(fā)動機(jī)處在怠速工況。怠速燃油消耗率Qid是一定值。只要知道勻減速階段的時間，就可以求出耗油量：Qd二Qidt。Qd =Qidt = 0.299mL/s 19.3s = 5.77mL。根據(jù)以上的計算，

44、可以求出該汽車分別在三檔和四檔的六工況耗油量：三檔：Q8.868144.9644 54.202438.3705 44.21815.77Q = 100100s1075= 18.2692L四檔：Z Q6.4371 +34.0632 +34.7380 +30.1001 +38.4012 +5.77Qs100100s1075= 13.9079L計算程序：主函數(shù)(chazhi.m):%2-7題的2、3問的程序clearglobal f G CDA yita m r If Iw1 Iw2 pg i0 B0 B1 B2 B3 B4 n% 聲明全局變量ig=6.09,3.09,1.71,1.00;r=0.36

45、7;i0=5.83;yita=0.85;CDA=2.77;f=0.013;G=(3880)*9.8;lf=0.218;lw 仁1.798;lw2=3.598;m=3880;% 汽車的基本參數(shù)設(shè)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

46、.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=spli ne(n 0,B00, n);B1=spli ne(n 0,B10, n);B2=spli ne(n 0,B20, n);B3=spli ne(n 0,B30, n);

47、B4=spli ne(n 0,B40, n); ua3=0.377*r.* n./(i0*ig(3);%使用三次樣條插值，保證曲線的光滑連續(xù)ua4=0.377*r.* n./(i0*ig(4);F3=f*G+CDA*(ua3.A2)/21.15;F4=f*G+CDA*(ua4.A2)/21.15;P_fw3=F3.*ua3./(yita*3.6*1000);P_fw4=F4.*ua4./(yita*3.6*1000); for i=1:1:3401%求出滾動阻力和空氣阻力的和%求出阻力功率%用擬合公式求出各個燃油消耗率b3(i)=B0(i)+B1(i)*P_fw3(i)+B2(i)*(P_fw

48、3(i)A2+B3(i)*(P_fw3(i)A3+B4(i)*(P_fw3(i)A4; b4(i)=B0(i)+B1(i)*P_fw4(i)+B2(i)*(P_fw4(i)A2+B3(i)*(P_fw4(i)A3+B4(i)*(P_fw4(i)A4; endpg=7.06;%汽油的重度取 7.06N/LQ3=P_fw3.*b3./(1.02.*ua3.*pg);Q4=P_fw4.*b4./(1.02.*ua4.*pg);plot(ua3,Q3, 'r')%繪制等速百公里燃油消耗率曲線hold onplot(ua4,Q4)gtext('車速 u_a/(km/h)'

49、 ),gtext(百公里油耗 ua3_m=25,40,50;s_m=50,250,250;b3_m=spli ne(ua3,b3,ua3_m);F3_m=f*G+CDA*(ua3_m.A2)/21.15;P_fw3_m=F3_m.*ua3_m./(yita*3.6*1000)Q3_m=P_fw3_m.*b3_m.*s_m./(102.*ua3_n ua4_m=25,40,50;Qs/L(100km)A-1' ),gtext('III'),gtext('IV');%勻速階段的車速%每段勻速走過的距離%插值得出對應(yīng)速度的燃油消耗率%車速對應(yīng)的阻力%發(fā)動機(jī)功率

50、*pg)%求燃油消耗量%勻速階段的車速%求出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)對應(yīng)的III、IV檔車速s_m=50,250,250;%每段勻速走過的距離b4_m=spli ne(ua4,b4,ua4_m);%插值得出對應(yīng)速度的燃油消耗率F4_m=f*G+CDA*(ua4_m.A2)/21.15;%車速對應(yīng)的阻力P_fw4_m=F4_m.*ua4_m./(yita*3.6*1000)% 發(fā)動機(jī)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)%調(diào)用函數(shù)，求出每段的燃油消耗量Q3_a2=jiasu(50,40,i

51、g (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;%求出減速階段的燃油消耗量Q3all=(sum(Q3_m)+Q3_a1+Q3_a2+Q_i)*100/s %III 檔六工況百公里燃油消耗量Q4all=(sum(Q4_m)+Q4_a1+Q4_a2+Q_i)*100/s %IV 檔六工況百公里燃油消耗量子程序(jiasu.m)%加速階段處理函數(shù)function q=jiasu(umax,u min ,ig,a

52、,uaO);global f G CDA yita m r If Iw1 Iw2 pg i0 BO B1 B2 B3 B4 n;ua1=umin:1:umax;%把速度范圍以1km/h為間隔進(jìn)行劃分delta=1+(Iw1+Iw2)/(m*rA2)+(If*igA2*iOA2*yita)/(m*rA2);P0=(G*f.*ua0./3600+CDA.*ua0.A3/76140+(delta*m.*ua0/3600)*a)/yita; P=(G*f.*ua1/3600+CDA.*ua1.A3/76140+(delta*m.*ua1/3600)*a)/yita;dt=1/(3.6*a) ;%速度每

53、增加1km/h所需要的時間for i=1:1:3401%重新利用擬合公式求出b與ua的關(guān)系b0(i)=B0(i)+B1(i)*P0(i)+B2(i)*(P0(i)A2+B3(i)*(P0(i)A3+B4(i)*(P0(i)A4;endb1=i nterp1(ua0,b0,ua1);%插值出各個速度節(jié)點的燃油消耗率Qt=P.*b1./(367.1.*pg);%求出各個速度節(jié)點的燃油消耗率i1=size(Qt);i=i1(2);Qt 仁Qt(2:i-1)q=(Qt(1)+Qt(i)*dt./2+sum(Qt1)*dt%求該加速階段的燃油消耗量討論：一、關(guān)于插值方法的討論：在完成本題的第二個小問題，

54、即求等速百公里油耗曲線的時候，處理題中所給的擬合函數(shù)的時候有兩種處理方法：一是先使用已經(jīng)給出的節(jié)點數(shù)據(jù)，使用插值方法，得出轉(zhuǎn)速插值點的對應(yīng)燃油消耗率b。然后再進(jìn)而求出對應(yīng)車速的等速燃油消耗量。在這里的處理方法就是這種。從得到的等速百公里油耗曲線上可以發(fā)現(xiàn)，曲線有比較多的曲折。估 計這是使用三次樣條插值方法得到的結(jié)果。因為三次樣條插值具有很好的光滑性。如果改用線形內(nèi)插法的話，得到的 曲線雖然不光滑，但是能夠體現(xiàn)一個大體的趨勢。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，使用三次樣條插值得到的曲線中部與線形內(nèi)插得到的 曲線十分相似。碎怎勺冶雖曲肚曲建511 11-/-( / I/ /-百舍卑疽軋III/-14-111 1 1 1 1 1F102030和5005GW車連u AKr諭)1C但是使用線形內(nèi)插的最大問題在于，對于超出節(jié)點兩頭的地方無法插值。在處理的時候，如果把頭尾的轉(zhuǎn)速去掉， 即只考慮n從815rpm到3804rpm的時候。在完成全部的計算任務(wù)之后，得到的三、四檔的六工況百公里油耗如下：三檔：18.4090L（與