汽车理论期末考试试卷及答案(2007)
2007年 期末考试题目及答案要点(以B卷为例)
1. 分析影响汽车燃油经济性的主要因素,并分析汽车传动系统相关参数对汽车燃油经济性的影响。(15分) 汽车等速百公里油耗的公式为Qs=PbCFb或Qs=,其中,C为常数,F为行1.02uaρgηT
驶阻力。…………(3分)
由上述分析可知,汽车燃油经济性和发动机燃油消耗率成正比(2分),和行驶阻力成正比(2分)和传动效率成反比(2分)。
发动机的燃油消耗率,一方面和发动机的种类,涉及制造水平有关;另一方面又和汽车行驶时发动机的负荷率有关。负荷率低时,燃油消耗率b增大。
(评分标准:每一点给3分,发动机的燃油消耗率、行驶阻力以及传动比)
传动系统的参数有三个,一是最大、最小传动比,二是档位数目、三是各档位之间的分布规律。
最小传动比影响到最高车速以及发动机的负荷率,最小传动比的合理选择可以使得汽车高速时的发动机负荷率高,提高燃油经济性。 …………………………………(2分)
档位数目越多,提高了发动机在最经济工况下工作的可能性,有利于提高燃油经济性。 ……………………………………(2分) 各档位之间的分布,采用等比分布的车辆,可以提高汽车的加速能力。但是目前大多利用非等比级数来分配传动比。这主要是考虑到各档利用率差别很大的缘故。在高档处的传动比间隔小写,可以提高汽车的燃油经济性。 ……………………………………(2分)
2. 试分析汽车质心的位置对汽车的动力性、制动性和稳态转向特性的影响。(15分) 动力性:(共5分)
质心位置对于动力性的影响和驱动方式相关。(1分)
对于前驱汽车,质心位置靠前有利于提高前轴的垂直载荷分量,提高前轴(驱动轴)可利用的最大附着力,进而提高加速能力。(2分)
对于后驱汽车,质心位置靠后有利于提高动力性。(2分)
同时,质心的高度不同,在加速时造成的载荷转移也不同,这也会动力性造成影响。(1,说明,如果前面已经得到5分,则不再给这分,)
制动性:
同步附着系数的表达式为ϕ0=Lβ−b,因此质心离前后轴的距离以及质心的高度hg
都会影响同步附着系数,进而影响在制动时哪个车轮先抱死。(5分)
稳态转向特性: 稳定性因数K=mab(−),汽车质心离前后轴的距离影响稳定性因素,进而影响稳2Lk2k1
态转向特性。(5分)
3. 试说明轮胎滚动阻力的定义,产生机理和作用形式。(5分)
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。(1分)
产生机理和作用形式:
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(见下图)。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Fz并不沿车轮中心(向车轮前进方向偏
。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移a)
矩Tf=Fz⋅a。为克服该滚动阻力偶矩,需要在车轮中心加一推力FP与地面切向反作用力构成一力偶矩。(4分)
4. 如何在不改变质心位置、轴距、轮距和轮胎类型的情况下,纠正汽车过大的不足转向
特性。举出3种改善其稳态转向特性的方法。(共30分)
(1) 在后轴加横向稳定杆。转向时,后轴的内外侧车轮的载荷转移量增大,根据轮胎侧
向力的非线性特性(如下图),后轴总的侧偏刚度减小,后轴的侧偏角加大,因此可以减小不足转向特性。…(10分)
(2) 前悬架的设计使得前束具有压缩时增大,复原时减小的特性(如下图),转弯时前轮
向弯道内侧转动,这样可以减小汽车的不足转向特性。
……………………………………(10分)
压缩行程/mm
前束/mm (3) 减小稳定性因数的值,可以减小不足转向特性。这点可以通过改变轮胎气压来实现。
减小后轮的胎压,可以减小后轮的侧偏刚度k2,进而减小稳定性因数K的值(见下面的公式),使得汽车不足转向特性减弱。
……………………………………(10分)
K=mab(− 2Lk2k1
(4) 利用车辆侧倾转向效应。使得发生侧倾转向时,后轮向弯道外侧转动,可以减小转
弯半径,减小不足转向特性。例如货车可以改变钢板弹簧的布置产生轴转向。 ……………………………………(10分)
说明,最高30分,答对的就给分,但是总分不能超过30。不一定要图表公式俱全,但是一定要说清楚原理。如果在叙述过程中有原理性错误的,酌情扣分。
5. 分析影响汽车制动性的主要因素,并从原理上分析ABS如何可以提高汽车的制动性
(15分)
汽车的制动性由以下三方面来评价:(共3分)
1) 制动效能,即制动距离与制动减速度 …………(1分)
2) 制动效能的恒定性,即抗热衰退能力 …………(1分)
3) 制动时的方向稳定性,即制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及失去转向能力的性
能…………(1分)
制动效能: (共2分)
制动减速度反映了地面制动力的大小,与制动器制动力(车轮滚动时)及附着力(车轮抱死拖滑时)有关。 …………(1分)
制动距离与制动器作用时间、最大制动减速度即附着力以及初始制动车速相关。附着力大,初始制动车速低,制动距离短。 …………(1分)
制动的恒定性:(共2分)
与制动器摩擦材料(1分)及制动器结构有关(1分)。不同的摩擦片材料的摩擦因数和温度的关系是不同的,盘式制动器的抗热衰退能力好于鼓式制动器。
制动的方向稳定性:(共2分)
汽车的制动跑偏,主要有两个原因,一是左右侧车轮,特别是前轴左右侧车轮的制动力不相等;二是制动时悬架导向杆系和转向系拉杆在运动学上的不协调 …………(1分) 制动时后轴的侧滑与前轴转向能力的丧失。后轴先抱死,则后轴发生侧滑;前轴先抱死,则丧失转向能力。 …………(1分)
结合下面的图指明ABS的工作区域,使得制动时车轮的滑移率在峰值附着系数附近波
动(2分),峰值附着系数大于滑动附着系数;这可以提供在X方向最大的制动力(2分);同时又保证了一定的侧向力系数,保证制动时的方向稳定性(2分)。(说明: ABS的合计6分)
6. 图1为Skyhook 悬架的车身单质量系统模型,请回答以下问题。
(1) 写出Skyhook 悬架车身垂直位移z对路面输入q的频率响应函数和幅频特性表达式。(5分)
(2)设上述系统的幅频特性Z用双对数坐标表示如图2所示,路面不平度系数Gq(n0)=41.48×10−6m3
,参考空间频率n0=0.1m−1
。设车速u=60km/h,计算0.1—10HZ 频率范围内车身加速度的均方根值σ