汽车理论第五版-课后习题答案(正确)

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第 一 章 汽 车 的 动 力 性1.1试 说 明 轮 胎 滚 动 阻 力 的 定 义 , 产 生 机 理 和 作 用 形 式 。答 车 轮 滚 动 时 ,由 于 车 轮 的 弹 性 变 形 、 路 面 变 形 和 车 辙 摩 擦 等 原 因 所 产 生 的 阻 碍 汽 车 行 驶 的 力 称 为 轮 胎 滚 动 阻力 。 产 生 机 理 和 作 用 形 式 1弹 性 轮 胎 在 硬 路 面 上 滚 动 时 , 轮 胎 的 变 形 是 主 要 的 , 由 于 轮 胎 有 内 部 摩 擦 , 产 生 弹 性 迟 滞 损 失 , 使 轮 胎 变 形时 对 它 做 的 功 不 能 全 部 回 收 。 由 于 弹 性 迟 滞 , 地 面 对 车 轮 的 法 向 作 用 力 并 不 是 前 后 对 称 的 , 这 样 形 成 的 合 力 zF 并 不 沿车 轮 中 心 ( 向 车 轮 前 进 方 向 偏 移 a) 。 如 果 将 法 向 反 作 用 力 平 移 至 与 通 过 车 轮 中 心 的 垂 线 重 合 , 则 有 一 附 加 的 滚 动 阻 力偶 矩 f zT F a 。 为 克 服 该 滚 动 阻 力 偶 矩 , 需 要 在 车 轮 中 心 加 一 推 力 PF 与 地 面 切 向 反 作 用 力 构 成 一 力 偶 矩 。( 2) 轮 胎 在 松 软 路 面 上 滚 动 时 , 由 于 车 轮 使 地 面 变 形 下 陷 , 在 车 轮 前 方 实 际 形 成 了 具 有 一 定 坡 度 的 斜 面 , 对 车轮 前 进 产 生 阻 力 。 ( 3) 轮 胎 在 松 软 地 面 滚 动 时 , 轮 辙 摩 擦 会 引 起 附 加 阻 力 。( 4) 车 轮 行 驶 在 不 平 路 面 上 时 , 引 起 车 身 振 荡 、 减 振 器 压 缩 和 伸 长 时 做 功 , 也 是 滚 动 阻 力 的 作 用 形 式 。1.2滚 动 阻 力 系 数 与 哪 些 因 素 有 关 答 滚 动 阻 力 系 数 与 路 面 的 种 类 、 行 驶 车 速 以 及 轮 胎 的 构 造 、 材 料 和 气 压 有 关 。 这 些 因 素 对 滚 动 阻 力 系 数 的 具 体影 响 参 考 课 本 P9。1.3 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2 3 419.313 295.27 165.44 40.874 3.8445 1000 1000 1000 1000q n n n nT 式 中 , Tq为 发 动 机 转 矩 ( Nm) ;n为 发 动 机 转 速 ( r/min) 。发 动 机 的 最 低 转 速 nmin600r/min,最 高 转 速 nmax4000r/min。装 载 质 量 2000kg整 车 整 备 质 量 1800kg总 质 量 3880kg车 轮 半 径 0.367m传 动 系 机 械 效 率 t0.85滚 动 阻 力 系 数 f0.013空 气 阻 力 系 数 迎 风 面 积 C DA2.77m2主 减 速 器 传 动 比 i05.83飞 轮 转 动 惯 量 If0.218kgm2二 前 轮 转 动 惯 量 Iw11.798kgm2四 后 轮 转 动 惯 量 Iw23.598kgm2变 速 器 传 动 比 ig数 据 如 下 表 档 档 档 档 档四 档 变 速 器 6.09 3.09 1.71 1.00 -五 档 变 速 器 5.56 2.769 1.644 1.00 0.793轴 距 L3.2m质 心 至 前 轴 距 离 ( 满 载 ) a1.974m质 心 高 ( 满 载 ) hg0.9m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 tani 。 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 1 和 sin tan , 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 riiT togtq 行 驶 阻 力 F fFw FiFj Gf 2D21.12AC au Gi dtdum发 动 机 转 速 与 汽 车 行 驶 速 度 之 间 的 关 系 式 为 0gi nr0.377ua 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 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 ,Uamax 99.08m/s2。 汽 车 的 爬 坡 能 力 , 指 汽 车 在 良 好 路 面 上 克 服 wf FF 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 0dtdu , 因 此 有 wfti FFFF , 可 得 到 汽 车 爬 坡 度 与 车 速 的 关 系 式 G FFFi wftarcsintan ; 而 汽车 最 大 爬 坡 度 maxi 为 档 时 的 最 大 爬 坡 度 。 利 用 MATLAB计 算 可 得 , 352.0max i 。 如 是 前 轮 驱 动 , 1C qb hg qL L ; 相 应 的 附 着 率 1C 为 1.20, 不 合 理 , 舍 去 。 如 是 后 轮 驱 动 , 2C qa hg qL L ; 相 应 的 附 着 率 2C 为 0.50。3) 绘 制 汽 车 行 驶 加 速 度 倒 数 曲 线 , 求 加 速 时 间求 得 各 档 的 汽 车 旋 转 质 量 换 算 系 数 如 下 表 所 示 汽 车 旋 转 质 量 换 算 系 数 档 档 档 档 档220221 mriiImrI Tgfw 1.3829 1.1027 1.0429 1.0224 1.0179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 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 档 起 步 加 速 行 驶 至 70km/h的 加 速 时 间 约 为 26.0s。 第 4 页 共 30 页 1.4空 车 、 满 载 时 汽 车 动 力 性 有 无 变 化 为 什 么 答 动 力 性 会 发 生 变 化 。 因 为 满 载 时 汽 车 的 质 量 会 增 大 , 重 心 的 位 置 也 会 发 生 改 变 。 质 量 增 大 , 滚 动 阻 力 、 坡 度阻 力 和 加 速 阻 力 都 会 增 大 , 加 速 时 间 会 增 加 , 最 高 车 速 降 低 。 重 心 位 置 的 改 变 会 影 响 车 轮 附 着 率 , 从 而 影 响 最 大 爬 坡度 。 1.5如 何 选 择 汽 车 发 动 机 功 率 答 发 动 机 功 率 的 选 择 常 先 从 保 证 汽 车 预 期 的 最 高 车 速 来 初 步 确 定 。 若 给 出 了 期 望 的 最 高 车 速 , 选 择 的 发 动 机 功率 应 大 体 等 于 , 但 不 小 于 以 最 高 车 速 行 驶 时 的 行 驶 阻 力 功 率 之 和 , 即 7614036001 max3max aDat uACuGfPe 。在 实 际 工 作 中 , 还 利 用 现 有 汽 车 统 计 数 据 初 步 估 计 汽 车 比 功 率 来 确 定 发 动 机 应 有 功 率 。 不 少 国 家 还 对 车 辆 应 有 的最 小 比 功 率 作 出 规 定 , 以 保 证 路 上 行 驶 车 辆 的 动 力 性 不 低 于 一 定 水 平 , 防 止 某 些 性 能 差 的 车 辆 阻 碍 车 流 。1.6超 车 时 该 不 该 换 入 低 一 挡 的 排 挡 答 超 车 时 排 挡 的 选 择 , 应 该 使 车 辆 在 最 短 的 时 间 内 加 速 到 较 高 的 车 速 , 所 以 是 否 应 该 换 入 低 一 挡 的 排 挡 应 该 由 汽 车 的 加 速 度 倒 数 曲 线 决 定 。 如 果 在 该 车 速 时 , 汽 车 在 此 排 档 的 加 速 度 倒 数 大 于 低 排 挡 时 的 加 速 度 倒 数 , 则 应 该 换 入低 一 档 , 否 则 不 应 换 入 低 一 挡 。1.7 统 计 数 据 表 明 , 装 有 0.5 2L排 量 发 动 机 的 轿 车 , 若 是 前 置 发 动 机 前 轮 驱 动 ( F.F.) 轿 车 , 其 平 均 的 前 轴 负荷 为 汽 车 总 重 力 的 61.5 ; 若 是 前 置 发 动 机 后 轮 驱 动 F.R.轿 车 , 其 平 均 的 前 轴 负 荷 为 汽 车 总 重 力 的 55.7 。 设 一 轿车 的 轴 距 L2.6m, 质 心 高 度 h0.57m。 试 比 较 采 用 F.F及 F.R.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 F.F 轿 车 在 0.2及 0.7 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 Fw0 ) 。 其 它 有 关 参 数 为 m1600kg,C D0.45,A2.00m2,f0.02, 1.00。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 ( F.F) 、 后 轮 F.R.地 面 切 向 反 作 用 力 与 地 面 作 用 于 前 ( F.F) 、 后轮 F.R.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 1.3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 F.F及 F.R.形 式 时 的 附 着 力 利 用 情 况i 对 于 前 置 发 动 机 前 轮 驱 动 ( F.F.) 式 轿 车 ,空 气 升 力 W1 2Z 1F 2 Lf rC A u ,由 m1600kg, 平 均 的 前 轴 负 荷 为 汽 车 总 重 力 的 61.5 ,静 态 轴 荷 的 法 向 反 作 用 力 Fzs1 0.615X1600X9.8 9643.2N , 汽 车 前 轮 法 向 反 作 用 力 的 简 化 形 式 为 Fz 1 Fzs1-Fzw1 9643.2-- 221 rLf uAC 地 面 作 用 于 前 轮 的 切 向 反 作 用 力 为 Fx1 Ff2Fw Gf385.0 215.21 aD uAC 120.7 215.21 aD uAC 第 5 页 共 30 页 附 着 力 利 用 情 况 11 2 2120.7 21.1519643.2 2 D aXZ Lf rC A uFF C A u ii 对 于 前 置 发 动 机 后 轮 驱 动 ( F.R.) 式 轿 车 同 理 可 得 22 22 174.7 21.1516946.2 2 D aXZ Lr rC A uFF C A u 一 般 地 , C Lr与 CLf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 1 21 2X XZ ZF FF 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 ( F.F) 式 的 轿 车 附 着 力 利 用 率 高 。2 对 F.F.式 轿 车 进 行 动 力 性 分 析1 附 着 系 数 0.2 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 9643.2 N。最 大 附 着 力 1 z1F F 1928.6 N 。令 加 速 度 和 坡 度 均 为 零 , 则 由 书 中 式 ( 1 15) 有 1 X1 W f2F F F F ,则 W 1 f2F F F 1928.6-0.02X0.385X1600X9.8 1807.9 N,又 2W maxF 21.15D aC A u由 此 可 推 出 其 极 限 最 高 车 速 maxau 206.1 km/h。ii 求 极 限 最 大 爬 坡 度 计 算 最 大 爬 坡 度 时 加 速 度 为 零 , 忽 略 空 气 阻 力 。 前 轮 的 地 面 反 作 用 力 11 cos sin s gz z hbF F G L L 最 大 附 着 力 1 z1F F 由 书 中 式 ( 1 15) , 有 1 X1 i f2F F FF sin cosaG G fL 以 上 三 式 联 立 得 max tan gb afi L h 0.095。iii 求 极 限 最 大 加 速 度 令 坡 度 阻 力 和 空 气 阻 力 均 为 0, Fz 1 9643.2 N1 z1F F 1928.6N由 书 中 式 ( 1 15) 1 X1 f2 maxF F F ma 解 得 maxa 1.13。 第 6 页 共 30 页 2 当 附 着 系 数 0.7时 , 同 理 可 得 最 高 车 速 maxau 394.7 km/h。最 大 爬 坡 度 max 0.347i 。最 大 加 速 度 maxa 4.14方 法 二 忽 略 空 气 阻 力 与 滚 动 阻 力 , 有 /1/ /gb Lq h L , 最 大 爬 坡 度 maxi q , 最 大 加 速 度 max .a q g 所 以 0.2 时 , 2max max0.118, 1.16 /i a m s 。0.7 时 , 2max max0.373, 3.66 /i a m s 1.8 一 轿 车 的 有 关 参 数 如 下 总 质 量 1600kg; 质 心 位 置 a1450mm,b1250mm,hg630mm; 发 动 机 最 大 扭 矩 Memax140Nm2, 档 传 动 比 i13.85;主 减 速 器 传 动 比 i04.08; 传 动 效 率 m0.9; 车 轮 半 径 r300mm; 飞 轮 转 动 惯 量 If0.25kg m2; 全 部 车 轮 惯 量 I w4.5kg m2其 中 后 轮 Iw2.25 kg m2,前 轮 的 Iw2.25 kg m2。 若 该 轿 车 为 前 轮 驱 动 , 问 当 地 面 附 着 系 数 为 0.6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 ( b 位 置 ) ,才 可 以 保 证 获 得 应 有 的 最 大 加 速 度 。 若 令 bL 为 前 轴 负 荷 率 , 求 原 车 得 质 心 位 置 改 变 后 , 该 车 的 前 轴 负 荷 率 。分 析 本 题 的 解 题 思 路 为 比 较 由 发 动 机 扭 矩 决 定 的 最 大 加 速 度 和 附 着 系 数 决 定 的 最 大 加 速 度 的 大 小 关 系 。 如 果 前 者大 于 后 者 , 则 发 动 机 扭 矩 将 不 能 充 分 发 挥 而 产 生 应 有 的 加 速 度 。解 忽 略 滚 动 阻 力 和 空 气 阻 力 , 若 发 动 机 能 够 充 分 发 挥 其 扭 矩 则 max maxFta m ;0 1max maxr mMe i iFt 6597.4 N;2 2w f 1 02 2I I1 mi imr mr 1.42; 解 得 2max 2.91 /a m s 。前 轮 驱 动 汽 车 的 附 着 率 1 qC b hg qL L ;等 效 坡 度 max 0.297aq g 。则 有 , C 1 0.7540.6,所 以 该 车 在 加 速 过 程 中 不 能 产 生 应 有 的 最 大 加 速 度 。为 在 题 给 条 件 下 产 生 应 有 的 最 大 加 速 度 , 令 C 1 0.6,代 入 q0.297, hg0.63m, L2.7m,解 得 b 1524mm, 则 前 轴 负 荷 率 应 变 为 b/L 0.564, 即 可 保 证 获 得 应 有 的 最 大 加 速 度 。1.9一 辆 后 轴 驱 动 汽 车 的 总 质 量 2152kg,前 轴 负 荷 52 , 后 轴 负 荷 48 , 主 传 动 比 i 04.55, 变 速 器 传 动 比 一 挡 3.79, 二 档 2.17, 三 档 1.41, 四 档 1.00, 五 档 0.86。 质 心 高 度 hg 0.57m, CDA1.5m2, 轴 距 L2.300m, 飞 轮转 动 惯 量 If0.22kg m2, 四 个 车 轮 总 的 转 动 惯 量 Iw3.6kg m2, 车 轮 半 径 r 0.367m。 该 车 在 附 着 系 数 0.6 的 路 面上 低 速 滑 行 曲 线 和 直 接 档 加 速 曲 线 如 习 题 图 1 所 示 。 图 上 给 出 了 滑 行 数 据 的 拟 合 直 线 v19.76-0.59T, v 的 单 位 km/h, 第 7 页 共 30 页 T 的 单 位 为 s, 直 接 档 最 大 加 速 度 amax 0.75m/s2( ua 50km/h) 。 设 各 档 传 动 效 率 均 为 0.90, 求 1) 汽 车 在 该 路 面 上 的 滚 动 阻 力 系 数 。2) 求 直 接 档 的 最 大 动 力 因 数 。3) 在 此 路 面 上 该 车 的 最 大 爬 坡 度 。解 1) 求 滚 动 阻 力 系 数汽 车 在 路 面 上 滑 行 时 , 驱 动 力 为 0, 飞 轮 空 转 , 质 量 系 数 中 该 项 为 0。w2 2I 3.61 1 1.0122152 0.367mr 。行 驶 方 程 退 化 为 0duGf m dt , 减 速 度 du Gfdt m 。根 据 滑 行 数 据 的 拟 合 直 线 可 得 20.59 0.164 /3.6du m sdt 。 解 得 0.0169duf g dt 。2) 求 直 接 档 最 大 动 力 因 数直 接 档 2 2w f 4 02 2I I1 1.027mi imr mr 。动 力 因 数 duD f gdt 。最 大 动 力 因 数 max max 1.0270.0169 0.75 0.0969.8D f ag 。 3) 在 此 路 面 上 该 车 的 最 大 爬 坡 度由 动 力 因 数 的 定 义 , 直 接 档 的 最 大 驱 动 力 为 max 0 4max4 max4 rtq tt w T i iF F D G 最 大 爬 坡 度 是 指 一 挡 时 的 最 大 爬 坡 度 max 0 1 maxrtq tT i i Gf Gi 以 上 两 式 联 立 得 max max41 4wGf Gi F D Gi i 2max 1 max4 0.65421.15D aC Ai i u D fG 由 地 面 附 着 条 件 , 汽 车 可 能 通 过 的 最 大 坡 度 为 / 0.3381/ / ga Lq h L 。所 以 该 车 的 最 大 爬 坡 度 为 0.338。 第 二 章 汽 车 的 燃 油 经 济 性2.1“ 车 开 得 慢 , 油 门 踩 得 小 , 就 一 定 省 油 ” , 或 者 “ 只 要 发 动 机 省 油 , 汽 车 就 一 定 省 油 ” 这 两 种 说 法 对 不 对 答 不 对 。 由 汽 车 百 公 里 等 速 耗 油 量 图 , 汽 车 一 般 在 接 近 低 速 的 中 等 车 速 时 燃 油 消 耗 量 最 低 , 并 不 是 在 车 速 越 低越 省 油 。 由 汽 车 等 速 百 公 里 油 耗 算 式 ( 2-1) 知 , 汽 车 油 耗 量 不 仅 与 发 动 机 燃 油 消 耗 率 有 关 , 而 且 还 与 发 动 机 功 率 以 及车 速 有 关 , 发 动 机 省 油 时 汽 车 不 一 定 就 省 油 。2.2试 述 无 级 变 速 器 与 汽 车 动 力 性 、 燃 油 经 济 性 的 关 系 。答 为 了 最 大 限 度 提 高 汽 车 的 动 力 性 , 要 求 无 级 变 速 器 的 传 动 比 似 的 发 动 机 在 任 何 车 速 下 都 能 发 出 最 大 功 率 。 为 第 8 页 共 30 页 了 提 高 汽 车 的 燃 油 经 济 性 , 应 该 根 据 “ 最 小 燃 油 消 耗 特 性 ” 曲 线 确 定 无 级 变 速 器 的 调 节 特 性 。 二 者 的 要 求 是 不 一 致 的 ,一 般 地 , 无 级 变 速 器 的 工 作 模 式 应 该 在 加 速 阶 段 具 有 良 好 的 动 力 性 , 在 正 常 行 驶 状 态 具 有 较 好 的 经 济 性 。2.3用 发 动 机 的 “ 最 小 燃 油 消 耗 特 性 ” 和 克 服 行 驶 阻 力 应 提 供 的 功 率 曲 线 , 确 定 保 证 发 动 机 在 最 经 济 状 况 下 工 作的 “ 无 级 变 速 器 调 节 特 性 ” 。答 由 发 动 机 在 各 种 转 速 下 的 负 荷 特 性 曲 线 的 包 络 线 即 为 发 动 机 提 供 一 定 功 率 时 的 最 低 燃 油 消 耗 率 曲 线 , 如 课 本图 2-9a。 利 用 此 图 可 以 找 出 发 动 机 提 供 一 定 功 率 时 的 最 经 济 状 况 ( 转 速 与 负 荷 ) 。 把 各 功 率 下 最 经 济 状 况 运 转 的 转 速与 负 荷 率 表 明 在 外 特 性 曲 线 上 , 便 得 到 “ 最 小 燃 油 消 耗 特 性 ” 。 无 级 变 速 器 的 传 动 比 i与 发 动 机 转 速 n 及 汽 车 行 驶 速度 之 间 关 系 ( 0 0.377 anri i u ) , 便 可 确 定 无 级 变 速 器 的 调 节 特 性 , 具 体 方 法 参 见 课 本 P47。2.4如 何 从 改 进 汽 车 底 盘 设 计 方 面 来 提 高 燃 油 经 济 性 答 汽 车 底 盘 设 计 应 该 从 合 理 匹 配 传 动 系 传 动 比 、 缩 减 尺 寸 和 减 轻 质 量 来 提 高 燃 油 经 济 性 。2.5为 什 么 汽 车 发 动 机 与 传 动 系 统 匹 配 不 好 会 影 响 汽 车 燃 油 经 济 性 与 动 力 性 试 举 例 说 明 。 答 在 一 定 道 路 条 件 下 和 车 速 下 , 虽 然 发 动 机 发 出 的 功 率 相 同 , 但 传 动 比 大 时 , 后 备 功 率 越 大 , 加 速 和 爬 坡 能 力越 强 , 但 发 动 机 负 荷 率 越 低 , 燃 油 消 耗 率 越 高 , 百 公 里 燃 油 消 耗 量 就 越 大 , 传 动 比 小 时 则 相 反 。 所 以 传 动 系 统 的 设 计应 该 综 合 考 虑 动 力 性 和 经 济 性 因 素 。 如 最 小 传 动 比 的 选 择 , 根 据 汽 车 功 率 平 衡 图 可 得 到 最 高 车 速 umax驱 动 力 曲 线 与 行驶 阻 力 曲 线 的 交 点 处 车 速 , 发 动 机 达 到 最 大 功 率 时 的 车 速 为 up。 当 主 传 动 比 较 小 时 , upumax, 汽 车 后 备 功 率 小 , 动 力性 差 , 燃 油 经 济 性 好 。 当 主 传 动 比 较 大 时 , 则 相 反 。 最 小 传 动 比 的 选 择 则 应 使 up与 umax相 近 , 不 可 为 追 求 单 纯 的 的 动力 性 或 经 济 性 而 降 低 另 一 方 面 的 性 能 。2.6试 分 析 超 速 档 对 汽 车 动 力 性 和 燃 油 经 济 性 的 影 响 。答 汽 车 在 超 速 档 行 驶 时 , 发 动 机 负 荷 率 高 , 燃 油 经 济 性 好 。 但 此 时 , 汽 车 后 备 功 率 小 , 所 以 需 要 设 计 合 适 的 次一 挡 传 动 比 保 证 汽 车 的 动 力 性 需 要 。2.7 已 知 货 车 装 用 汽 油 发 动 机 的 负 荷 特 性 与 万 有 特 性 。 负 荷 特 性 曲 线 的 拟 合 公 式 为 44332210 eeee PBPBPBPBBb 其 中 , b为 燃 油 消 耗 率 g/kWh; Pe为 发 动 机 净 功 率 ( kW) ; 拟 合 式 中 的 系 数 随 转 速 n变 化 。 怠 速 油 耗 smLQid /299.0( 怠 速 转 速 400r/min) 。计 算 与 绘 制 题 1.3中 货 车 的1) 汽 车 功 率 平 衡 图 。2) 最 高 档 与 次 高 档 的 等 速 百 公 里 油 耗 曲 线3) 利 用 计 算 机 求 货 车 按 JB3352-83 规 定 的 六 工 况 循 环 行 驶 的 百 公 里 油 耗 。 计 算 中 确 定 燃 油 消 耗 值 b 时 , 若 发 动机 转 速 与 负 荷 特 性 中 给 定 的 转 速 不 相 等 , 可 由 相 邻 转 速 的 两 根 曲 线 用 插 值 法 求 得 。注 意 发 动 机 净 功 率 和 外 特 性 功 率 的 概 念 不 同 。 发 动 机 外 特 性 功 率 是 发 动 机 节 气 门 全 开 时 的 功 率 , 计 算 公 式 为9550tqe T nP , 在 某 一 转 速 下 , 外 特 性 功 率 是 唯 一 确 定 的 。 发 动 机 净 功 率 则 表 示 发 动 机 的 实 际 发 出 功 率 , 可 以 根 据 汽 车行 驶 时 的 功 率 平 衡 求 得 , 和 转 速 没 有 一 一 对 应 关 系 。 解 ( 1) 汽 车 功 率 平 衡 图发 动 机 功 率 在 各 档 下 的 功 率 eP 、 汽 车 经 常 遇 到 的 阻 力 功 率 T Wf PP 对 车 速 au 的 关 系 曲 线 即 为 汽 车 功 率 平 衡 图 ,其 中 3000010602 3 kWnTnTP tqtqe , 00.377a gu i in r tqT 为 发 动 机 转 矩 ( 单 位 为 mN ) 第 9 页 共 30 页 7614036001 3aDaTT Wf AuCGfuPP 编 程 计 算 , 汽 车 的 功 率 平 衡 图 为 2) 最 高 档 和 次 高 档 的 等 速 百 公 里 油 耗 曲 线先 确 定 最 高 档 和 次 高 档 的 发 动 机 转 速 的 范 围 , 然 后 利 用 00.377a g rnu i i , 求 出 对 应 档 位 的 车 速 。 由 于 汽 车 是 等 速 行驶 , 因 此 发 动 机 发 出 的 功 率 应 该 与 汽 车 受 到 的 阻 力 功 率 折 合 到 曲 轴 上 的 功 率 相 等 , 即 3600f W ae TF F uP 。 然 后 根 据 不同 的 eP 和 n, 用 题 中 给 出 的 拟 合 公 式 求 出 对 应 工 况 的 燃 油 消 耗 率 。 先 利 用 表 中 的 数 据 , 使 用 插 值 法 , 求 出 每 个 n值 所对 应 的 拟 合 式 系 数 0 1 2 3 4, , , ,B B B B B 。 在 这 里 为 了 保 证 曲 线 的 光 滑 性 , 使 用 了 三 次 样 条 插 值 。 利 用 求 得 的 各 个 车 速对 应 下 的 功 率 求 出 对 应 的 耗 油 量 燃 油 消 耗 率 b 。 利 用 公 式 1.02s aPbQ u g , 即 可 求 出 对 应 的 车 速 的 百 公 里 油 耗 ( /100L km) 。实 际 绘 出 的 最 高 档 与 次 高 档 的 等 速 百 公 里 油 耗 曲 线 如 下 从 图 上 可 以 明 显 看 出 , 第 三 档 的 油 耗 比 在 同 一 车 速 下 , 四 档 的 油 耗 高 得 多 。 这 是 因 为 在 同 一 车 速 等 速 行 驶 下 , 汽车 所 受 到 的 阻 力 基 本 相 等 , 因 此 eP 基 本 相 等 , 但 是 在 同 一 车 速 下 , 三 档 的 负 荷 率 要 比 四 档 小 。 这 就 导 致 了 四 档 的 油 耗 第 10 页 共 30 页 较 小 。但 是 上 图 存 在 一 个 问 题 , 就 是 在 两 头 百 公 里 油 耗 的 变 化 比 较 奇 怪 。 这 是 由 于 插 值 点 的 范 围 比 节 点 的 范 围 要 来 得 大 ,于 是 在 转 速 超 出 了 数 据 给 出 的 范 围 的 部 分 , 插 值 的 结 果 是 不 可 信 的 。 但 是 这 对 处 在 中 部 的 插 值 结 果 影 响 不 大 。 而 且 在完 成 后 面 部 分 的 时 候 发 现 , 其 实 只 需 使 用 到 中 间 的 部 分 即 可 。( 3) 按 JB3352-83 规 定 的 六 工 况 循 环 行 驶 的 百 公 里 油 耗 。从 功 率 平 衡 图 上 面 可 以 发 现 , III档 与 IV档 可 以 满 足 六 工 况 测 试 的 速 度 范 围 要 求 。 分 为 III档 和 IV档 进 行 计 算 。先 求 匀 速 行 驶 部 分 的 油 耗先 使 用 3600f W ae TF F uP , 求 出 在 各 个 速 度 下 , 发 动 机 所 应 该 提 供 的 功 率 。 然 后 利 用 插 值 法 求 出 , 三 个 匀 速 行 驶速 度 对 应 的 燃 油 消 耗 率 b 。 由 102 aPbsQ u g 求 出 三 段 匀 速 行 驶 部 分 的 燃 油 消 耗 量 ( mL) 。 计 算 的 结 果 如 下 匀 速 行 驶 阶 段 第 一 段 第 二
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