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1、汽车理论 一页开卷汽车性能：动力性，燃油经济性，制动性，操纵稳定性，平顺性，通过性。 汽车动力性指汽车在 良好路面上直线行驶时由汽车受到的纵向外力决定的，所能达到的平均行驶速度。汽车动力性指标： 最高车速 uamax，加速时间 t，最大爬坡度 imax。Ps：最高车速指在水平路面上。加速时间表示加 速能力，可以用原地起步加速时间与超车加速时间来表示，原地起步加速时间指汽车从档或档 起步，以最大加速强度换至最高档后达到某一车速或距离所需时间。超车加速时间是用最高档或次 高档全力加速至某一高速时间。最大爬坡度表示汽车满载时在良好路面上的上坡能力。驱动力与行 驶阻力：驱动力是由发动机的转矩经传动系传
2、至驱动轮上得到的。 为发动机发出最大功率时的转速。液力变矩器优点：操作简便，起步换挡平顺，发动机不易 熄火。用无因次特性来表征液力变矩器的特性。无因次特性给出了变矩比 K、效率及泵轮转矩系数 p 随速比 i 变化的规律。变矩比 K 为涡轮输出转矩 矩 TPTT 与泵轮输入转 T 之比。变矩器速比 i 为涡轮转速 与泵轮转速之比 。效率为输出效率和输入效率之比p F = T *i *i *h / r 发动机的外特性曲线和部分特性曲线都是不带附件设备的。 g 0 t tq T 发动机的外特性曲线指在节气门全开的情况下，而部分特性曲线则是指节气门部分开启。 P = T * n / 9550 带上全部
3、附件设备的是使用外特性曲线。传动系的功率损失包括机 tq e u = 0.377 * r * n /(i *i ) 滚动阻力 Ff：车轮滚动时，轮胎与路面接触区域产生法 =Ki。 泵轮转矩系数 l p 是泵轮转矩式 中的比例常数。非透过性变矩器：在任何速 比下， l p 维持不变。透过性的变矩器， l p 不是常数。变矩器最好是透过性的，换挡时刻是有节气 械损失和液力损失。自由半径：车轮处于无载时的半径。静力半径：汽车静止时，车轮中心至轮胎 与道路接触面间的距离。驱动力图：用根据发动机外特性确定的驱动力与车速之间的函数关系曲线。 门开度与行驶车速两个参数决定的。透过度 。 和 为涡轮不转动时，
4、泵 a g 0 向，切向的相互作用力以及相应的轮胎和支承路面的变形.产生原因：轮胎内部存在迟滞损失。 滚动阻力系数 f 是车轮在一定条件下滚动时所需之推力与车轮负荷之比。若车速达到某一临界车速 左右时，轮胎会发生驻波现象，轮胎会大量发热，导致轮胎破损或爆裂。轮胎最重要的参数;极限 速度和承载量。在转弯时，轮胎发生侧偏，滚动阻力大幅度增加。空气阻力：空气作用力在行驶方 向上的分力。它分为压力阻力和摩擦阻力。压力阻力分为形状阻力，干 扰阻力，内循环阻力，诱导阻力。其中形状阻力占大多数。 F w = CD * r *ua /2。低 Cd 值的轿车车身应遵循的：车身前部：发动机盖应向前下倾。 置，应有
5、高效率的冷却水箱。坡度阻力：汽车重力沿坡度的分力。 2轮的转矩及系数，和为耦合器工况，K=1。P=11.2，非透过性；p1.2 透过性。 第二章、汽车燃油经济性：在保证动力性的条件下，汽车以尽量少的燃油消耗量经济行驶的能力。燃 油经济性指标的单位：L/100km，其数值越大，汽车燃油经济性越差，美国为 MPG 或 mile/USgal,这个数值越大，汽车燃油经济性越好。我国控制乘 用车燃料消耗量的第一个强制国家标准乘用车燃料消耗量限值。碳平衡法依据的基本原理是质量 守恒定律汽油经过发动机燃烧后，排气中碳质量的总和与燃烧前的燃油中碳质量总和应该 相等。在万有特性图上有等燃油消耗率曲线。根据这些曲
6、线。可以确定发动机在一定转速 n,发出一定 功率 P 时的燃油消耗率 b。等速百公里燃油消耗量为 Qs=Pe*b/1.02Uag 其中 pe 的等式是在 50 页。或 Qs=CFb/t,式中，C 为常数；F 为行驶阻力，F=Ft+Fw。 整车:整个车身应向前倾斜 1 度-2 度。汽车后部：最好采用舱背式或直背式。车身底部：所有零部 件应在车身下平面且较平整，最好有光滑的盖板。发动机冷却系统：仔细选择进风口和出风口的位 由上式可知，等速百公里燃油消耗量正比于等速行驶时的行驶阻力与燃油消耗率，反比于传动效率。 发动机的燃油消耗率，一方面取决于发动机的种类，设计制造水平：另一方面又与汽车行驶时发动机
7、 的负荷率有关。从万有特性图上可知，发动机负荷率低时，b 值显著增大。 从汽车的使用方面来提高燃油经济性 1）选择合理的行驶车速。汽车在接近低速的中等车速行驶时百公里燃油消耗量较低，高速行驶时百公 里燃油消耗量增大。因为在高速行驶时，虽然发动机的负荷率较高，但汽车的行驶阻力增加很多。2） 正确选用挡位。在同一道路条件与车速下，虽然发动机发出的功率相同，但挡位越低，后备功率越大， 发动机的负荷率越低，燃油消耗率越高，百公里燃油消耗量越大，而使用高挡时的情况则相反。3）应 用挂车。汽车带挂车后省油，一个原因是拖带挂车后阻力增加，发动机的负荷率增加，燃油消耗率下 降；另一个原因是提高了汽车列车的质量
8、利用系数。4）正确地 保养与调整。汽车的调整与保养会影响到发动机的性能与汽车的行驶阻力，所以对百公里燃油消耗量 有影响。 从改进汽车底盘设计方面来提高燃油经济性 1）缩减轿车总尺寸和减轻质量 大型轿车费油的原因是大幅度地增加了滚动阻力、空气阻力、坡度 阻力和加速阻力。为了保证高动力性而装用的大排量发动机，行驶中负荷率低也是原因之一。2）汽车 C D 值和采用子午线轮胎，可显著提高燃油经济性。3）发动机方面提高现有汽油机发 外形与轮胎降低 动机的热效率与机械效率。4）传动系档位数多，也增加了发动机在低燃油消耗率区工作的可能性，降 低了油耗，燃油经济性也较好。采用档位无限的无极变速器 用无级变速后
9、，使发动机在最经济工况 机会增多，提高了燃油经济性。 第三章、总：汽车动力装置参数指发动机功率和传动系传动比。它们对动力性和燃油经济性有很大影 响一、发动机功率：1.设计中以保证汽车预期的最高车速来初步选择发动机的功率 F = G *sina 。道路阻 i 力包括坡度阻力和滚动阻力。道路阻力系数：y = f + i 。 F = Gy 。加速阻力：汽 y 车加速行驶时，需要克服其质量加速运动时的惯性力。 d ：汽车旋转质量换算系数。 F = dm du j 式： dt 。 d =1+ 1 m * I w r 2 + 1 I *i 2 *i 2 *h m * f g 0 T r 2 。汽车行驶方程
10、 C * A du g 0 T tq = Gfcosa + D * u 2 。 a + Gsina +dm r 21.15 dt 无级变速器传动比是随时间而变化的。汽车驱动力行驶阻力平衡图：在驱动力图上把汽车行驶中 经常碰到的滚动阻力和空气阻力也算出并画上。滚动阻力和空气阻力的曲线和 5 档曲线的交点即为 最高车速。若无交点，则最高转速 时的车速为最高车速。P = 1 * ( Gf *u + C D A u 3 ) 2.最高车速也反应汽车的加速和爬 关于换挡时间，若 1 档和 2 档加速度曲线有交点，则在交点对应车速换挡， a max a max e h 3600 76140 若无交点，则在行
11、驶到最高转速时换挡。汽车的爬坡能力：在良好路面克服了 F + F 后的余 T f w 坡能力 3.比功率 kW/t：单位汽车总质量具有的发动机功率， F - F 。动力特性图： 力全部用来克服坡度阻力时所能爬上的坡度。动力因数 D： 1000P fg C A 3 D G u比功率= e = u a max + 各车 f,t,Cd 和 汽车在各档时动力因数与车速的关系曲线图。 D - f 1- D 2 + f 2 m 3.6hT 76.14mhT T *i *i *h t w a max a = arcsin Im ax max 1+ f Im ax 2 。汽车动力性好坏主要是由驱动力装置决定
12、Uamax 都差不多，但质量变化范围大。不同货车比功率随质量增加而减少 4.一些国家规定了最小比功 率，保证汽车动力性，防止性能差的车阻碍车流 5.可根据同质量且同类型车的比功率统计数据来初步 选择发动机功率 6.比功率上升，Umax 上升 的。汽车的动力性能不只受驱动力的制约，还受轮胎和地面附着条件的制约。附着力 ：地面 j 与轮胎切向反作用力的极限值，在硬路面上它与驱动轮法向反作用力 Fz 成正比： FF = F = F *j 。 j Xmax j Z ：附着系数，由路面与轮胎决定。汽车行驶充分必要条件 最小传动比 1.汽车以最高档行驶即以最小传动比挡位行驶 it=igi0ic ig 变速
13、器传动比，i0 主减速器 传动比，ic 分动器传动比 2.图形分析 i01i02 R 0 汽车具有不足转向特性 a 1 - a 2 0 则R 则向特性 1 a -a 思考：如何得到 2 ？ aw bw r - r a = + a = - a b Lw r 1 2 u u ， 1 u 1 ， 2 u a -a = r + r + = u + 已知 u、r、 a 即可确定 -a 2 。 2）转向半径的比 R/R0：已知 R = R0 1 + Ku 2 () R 0 即： R = 1 + Ku 2 K=0， R/R0=1，汽车具有中 性转向特点；K0， R/R01，汽车具有不足转向特点；K0， R/
14、R01，汽车具有过多转向特点。 3）用静态储备系数 S.M.来表征汽车稳态响应 中性转向点：使汽车前、后轮产生相等侧偏角的侧向力作用点。 静态储备系数 S.M.：中性转向点到前轮的距离 。线：实际前后轮制动器制动力分配线。f 线组：后 a 与汽车质心到前轴距离 a 之差与轴距 L 之比。 FY 2L a = S.M. = a - a = k2 - a = k2 L 轮没有抱死，在各种值路面上前轮抱死时的前后地面制动力的关系曲线。r 线组：前轮没有抱死而后轮抱死时的前后地面制动力关系曲线。 同步附着系数： 当0 时，线位于 I 曲线上方，制动时总是后轮先抱死。，制动时总是前轮 先抱死。 =0，在
15、制动时汽车的前后轮 将同时抱死。利用附着系数越接近制动强度，地面的附着条件发挥得越充分，汽车制动力分配的合 理程度越高。制动效率：车轮不锁死的最大制动强度与车轮和地面间附着系数的比值。防抱死制动 装置：在制动过程中防止车轮被制动抱死，提高汽车的方向稳定性和转向操作能力，缩短 制动距离的装置。一般把 ABS 和牵引力控制装置结合为一体，组成汽车统一的防滑控制系 统。汽车制动性实验：试验路段应为干净、平整、坡度不大于 1%的硬路面。路面附着系数不应小 于 0.720.75.试验时，风速应小于 5m/s，气温在 035C。试验前，汽车应充分预热，以 0.8 0.9Umax 行驶 1h 以上。为了保证
16、试验结果的可靠性，一般应该进行 200 次的制动器的磨合试验， 制动减速度为 3.5m/s2。室内试验装置主要有平板式及滚筒式。 第五章、轮胎的坐标系与地面作用于轮胎的力和力矩： 稳态响应特性有三种类型：不足转向 u R a ；中性转向 u R a 不变；过多转向 u R a 。 1.侧偏力 FY：地面作用于车轮的侧向反作用 F 力。只有当侧向力 y 大于车轮与 路面间的侧向附着力时，车轮的运动方向才会 改变。 2.侧偏现象:当车轮有侧向弹性时，即使 FY 没有达到侧向 附着极限，车轮行驶方向也将偏离车轮平面的方向。 3. 轮胎的尺寸、型式和结构参数对侧偏刚度有显著影 响。侧偏刚度大:大尺寸轮
17、胎、子午线轮胎、钢丝子午线 轮胎; 侧偏刚度小:斜交轮胎、纤维子午线轮胎。 FY = kg 一定时1.外倾侧向力， 越大 FY， ，F k外倾刚度。 Y 越大。增加的 FY 是由 作用的结 果。 2.有外倾时 FY 与 、 的关系 F = F = k g Y 1）=0 Y ；2）0 F = F + F = ka + k g Y Y Y ka +kg =0 a = - kg 3）有 ，FY=0，即 a 点 k K = m a b K稳定性因数。其单位 s 2 / m 2 ,是表征汽车稳态响应的一个重要参数。 2 - L k2 k 1 K=0，中性转向；K0，不足转向， uch = 1 K ；K0
18、 ay L aa -a = 0 a -a 01 2 0，不足转向 K=0，中性转向 1 2 Ka S.M.0 1 + k2 L a a 不足转向；a a S.M.0 a 1 2 a 过多转向。 1 2 汽车滚动阻力的定义：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。产生机理和作用形式：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
19、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 aFTzf= 阻碍车轮滚动。 3）作用形式：滚动阻力 fw=Ff。 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、材料、气压等有关。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 如何选择汽车发动
20、机功率?依据： 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 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。“车开得慢，油门踩得小，就定省油”，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：均不正确。 由燃油消耗率曲线知：汽车在中等转速、较大档位上才是最省油的此时，后备功率较小，发动机负荷率较高燃油消耗率低，百公里燃油消耗量较小。 发动机负荷率高只是汽车省油的一个方面，另一方面汽车列车的质量利用系数大小也关系汽车是否省油。试述无级变速器与汽车动力性、燃油经济性的关系。 提示：采用无级变速后，理论
21、上克服了发动机特性曲线的缺陷，使汽车具有 与等功率发动机一样的驱动功率，充分发挥了内燃机的功率，大地改善了汽车动力性。同时，发动机的负荷率高，用无级变速后，使发动机在最经济工况机会增多，提高了燃油经济性用发动机的“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工况下工作的“无级变速器调节特性”。=无级变速器传动比I与发动机转速及期限和行驶速度之间有如下关系： 当汽车一速度ua在一定道路沙锅行驶时，根据应该提供的功率： 由“最小燃油消耗特性”曲线可求出发动机经济的工作转速为en。 将ua，en代入上式，即得无级变速器应有的传动比i。带同一值的道路上，不同车速时无级变速
22、器的调节特性。如何从改进汽车底盘设计方面来提高燃油经济性? 提示： 缩减轿车总尺寸和减轻质量 大型轿车费油的原因是大幅度地增加了滚动阻力、空气阻力、坡度阻力和加速阻力。为了保证高动力性而装用的大排量发动机，行驶中负荷率低也是原因之一。 汽车外形与轮胎 降低DC值和采用子午线轮胎，可显著提高燃油经济性。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。 提示：发动机最大功率要满足动力性要求 最小传动比的选择很重要， 若最小传动比选择较大，后备功率大，动力性较好，但发动机负荷率较低，燃油经济性较差。若最小传动比选择较小，后备功率较小，发动机负荷率较高，燃油经济性较好，但动
23、力性差。 若最大传动比的选择较小，汽车通过性会降低；若选择较大，则变速器传动比变化范围较大，档数多，结构复杂。 同时，传动比档数多，增加了发动机发挥最大功率的机会，提高了汽车的加速和爬坡能力，动力性较好；档位数多，也增加了发动机在低燃油消耗率区工作的可能性，降低了油耗，燃油经济性也较好。试分析超速挡对汽车动力性和燃油经济性的影响根据发动机的油耗曲线分析,发动机的油耗是随着转速增加由高到低再增高的曲线.超速造成发动机燃烧恶化,油耗升高,燃油经济性恶化.长期处于高速挡,使发动机汽缸,曲轴连杆,气门等零部件过度磨损,发动机冷却不足,导致发动机过热,发动机机体等强度下降,从而影响发动机寿命.由于燃烧恶
24、化,会导致发动机动力下降.为什么公共汽车起步后，驾驶员很快换入高档? 提示：汽车起步后换入高档,此时,发动机负荷率大,后备功率小,燃油经济性较高. 达到动力性最佳的换挡时机是什么？达到燃油经济性最佳的换档时机是什么?二者是否相同?动力性最佳： 燃油经济性最佳要求发动机负荷率高，后备功率低。 由下图知，在最高档时，后备功率最低，燃油经济性最佳。在第四章第三节二中举出了CA700轿车的制动系由真空助力改为压缩空气助力后的制动试验结果。试由表中所列数据估算2221的数值，以说明制动 器作用时间的重要性。 可以认为制动器起作用时间的减少是缩短制动距离的主要原因在汽车法规中，对双轴汽车前、后轴制功力的分
25、配有何规定。说明作出这种规定的理由? 为了保证制动时汽车的方向稳定性和有足够的制动效率，联合国欧洲经济委员会制定的ECE R13制动对双轴汽车前、后轮制动器制动力提出了明确的要求。我国的行业标准ZBT24000789也提出了类似的要求。下面以轿车和最大总质量大于3.5t的货车为例予以说明。法规规定： 对于8.02.0=之间的各种车辆，要求制动强度 车辆在各种装载状态时，前轴利用附着系数曲线应在后轴利用附着系数曲线之上。对于最大总质量大于3.5t的货车，在制动强度3.015.0=z之间，每根轴的利用附着系数曲线位于08.0=z=两条平行于理想附着系数直线的平行线之间；而制动强度3.0=z时，后轴
26、的利用附着系数满足关系式 )38.0(74.03.0z，则认为也满足了法规的要求。但是对于轿车而言，制动强度在0.30.4之间，后轴利用附着系数曲线不超过直线05.0z的条件下 允许后轴利用系数曲线在前轴利用附着系数曲线的上方。 6450轻型客车在试验中发现过多转向和中性转向现象，工程师们在前悬架上加装前横向稳定杆以提高前悬架的侧倾角刚度，结果汽车的转向特性变为不足转向。试分析其理论根据(要求有必要的公式和曲线)。 汽车的稳态响应有哪几种类型?表征稳态响应的具体参数有哪些?它们彼此之间的关系如何(要求有必要的公式和曲线)？ 汽车稳态响应有三种类型 ：中性转向、不足转向、过多转向。几个表征稳态转向的参数： 1前后轮侧偏角绝对值之差(1-2）转向半径的比R/R0; 3静态储备系数S.M举出三种表示汽车稳态转向特性的方法，并说明汽车重心前后位置和内、外轮负荷转移如何影响稳态转向特性 1.0时为不足转向，=0时为中性转向，（1-21时为不足转向，R/R0=1时为中性转向，R/R00时为不足转
