汽車理論 習題及答案 第1-7章 汽車的動力性-汽車的通過性

第1章汽車的動力性習題解答

1-1簡述汽車的最高車速、原地起步加速時間的定義、最大爬坡度的定義.

解:

汽車的最高車速是指在水平良好的路面（瀝青或混凝十?的路面）上汽車直線行駛所能達

到的最高行駛車速，單位為km/h。

原地起步加速時間指汽車從靜止狀態下，由I擋或H擋起步，并以最大的加速強度（包括

選擇恰當的換擋時機）逐步換至最高擋后到某一預定的距離或車速所需的時間。

汽車的最大爬坡度是指汽車滿載時用變速器最低擋位在良好路面上等速行駛所能爬的

最大坡度。

1-2寫出汽車的驅動力、傳動系統的傳動效率的計算公式。

解：

汽車的驅動力：K="紜。%

r

汽車傳動系統的傳動效率：一?一彷，7J7J7077c

1-3根據表1-3和表1-5,繪制汽車的驅動力圖。

解?:

繪制所得汽車的驅動力圖見圖1-4。

1-4寫出車輪的滾動阻力、驅動輪受到的地面的縱向力、汽車的空氣阻力、汽車的坡度阻力、

汽車的加速阻力的表達式，

解：

車輪的滾動阻力：Ft=^V=fFz

驅動輪受到的地面的縱向力：=豈一%=￡-工

rr

汽車的空氣阻力：憑=5^空

21.15

汽車的坡度阻力：Ft=Gsina

汽車的加速阻力：尸產加+七=fm'+Z4］包工&n電

JJJ-尸drdr

1-5寫出汽車的行駛平衡方程式的一般形式。

解:

汽午的行映平衡方程式：=Ft+Fw+Fl+F）

1-6寫出后輪、前輪和全輪為驅動輪時的汽車行駛的驅動-附著條件。

解：

后輪為驅動輪時的汽車行駛的驅動-附著條件：入+凡G工心2。

前輪為驅動輪時的汽車行駛的驅動-附著條件為：Ff+Fw+Fi<Ft<FZi(p

全輪為驅動輪時的汽車行駛的驅動-附著條件為：Ft.+Fw+Ft<Ft<F7(p

1-7汽車的質量加=1600kg,空氣阻力系數CD=0.34,迎風面枳A=2.3nR后輪驅動，行

駛在a=5'的坡度上，滾動阻力系數戶0.015,前輪的法向反作用力%】=6500N,試計

算汽車在附著系數夕=0.3路面上行駛時，由附著力所決定的最高車速，并與例1-2比較，

分析結果。

解；

汽車的驅動力等于附著力時，汽車具有最高車速，根據式(1-37),得

耳+F,+F.=FZ2(p

將耳二mgfcosa、6sin。及五亞代入上式，得

CDAU-.

mgjcosa+.+mgsina=Fn(p

再將m=16(X)kg、g=9.8W/52、f=0.015、a=5"、CD=0.34、A=2.3m?、

Fzi=Fz-Fz\=cosa-65(X)=912().3329N及。=().3代入上式，得汽車的最高車

速為

心二175.2212knYh

后輪驅動時汽車的最高車速〃“=175.2212knVh明顯高于前輪驅動時汽車的最高車速

ua=97.1678kin/h,這是由于心？>Bi，另上坡時，約2增大，提高了汽車的最高車速。

1-8根據表1-3和表1-5,用汽車的驅動力-行駛阻力平衡圖法或動力因數圖法，繪制汽車的

驅動力-行駛阻力圖。

解：

繪制所得汽車的驅動力-行駛阻力圖見圖?17。

1-9寫出動力因數D定義。

解：

動力因數D定義為：D=F「FW

G

1-10根據表1-3和表1-5,繪制汽車的動力特性圖，確定汽車的最高車速。

解：

繪制所得汽車的動力特性圖見圖1-22。D-小曲線與如小曲線交點所對應的車速，就是汽

車的最高車速“amax。

1-11寫出裝液力變矩器的燃油汽車動力性的計算方法。

解：

動力性的計算方法：求解得到液力變矩器的輸出特性后，將液力變矩器的輸出轉矩TT再輸出

轉速〃T作為變速器的輸入轉矩和輸入轉速，采用1.2節中的燃油汽車動力性的評價指標和

1.3?1.5節中燃油汽車中預力性的計算公式和方法，用?和〃T分別替換幾、〃，計算和分析裝

液力變矩器的燃油汽車動力性，仍可采用驅動力一行駛阻力平衡圖或動力特性圖來確定有液

力變矩沸的燃油汽車的動力性指標，仍可采用功率平衡圖分折有液力變矩器的燃油汽車的功

率平衡。

1-12寫出純電動汽車動力性的評價指標。

解：

根據GB/T18385-2024《純電動汽車動力性能試驗方法》中的規定，純電動汽車的動

力性仍然由最高車速、加速性能和爬坡性能三個方面的指標來評定。

純電動汽車的最高車速采用30min最高車速和最高車速指標。30min最高車速是指純電

動汽車能夠持續30min的最高平均車速。最高車速是指純電動汽車保持最高平均車速至少穩

定行駛200m?

加速性能包括原地起步加速能力和超越加速能力。原地起步加速能力是指純電動汽車由

靜止狀態加速到終了車速所經歷的最短時間，一般為O-dOOkm小的最短加速時間。超越加

速能力是指純電動汽車由規定的起始車速加速到規定的終了車速經歷的最短時間；對于最高

車速大于70km/h的車輛，一般為60km/h->100km/h的最短加速時間；對于最高車速小于

70km/h的車輛，一般為30km/h—>100km/h的最短加速時間。

爬坡性能包括爬坡車速、最大爬坡度和坡道起步能刀。爬坡車速是指純電動汽車在給定

坡度的坡道上能夠持續行駛1km以上的最高平均車速，包括4%和12%坡度的爬坡車速,4%和12%

坡度的爬坡車速是指分別在4%和12%坡度的坡道上能夠持續行駛1km以上的最高平均車速。最

大爬坡度是指純電動汽車在良好路面上、滿載狀態下所能通過的極限坡度值（坡度值為坡度

垂直高度與水平距離的百分比）。坡道起步能力是指純電動汽車在坡道上能起動且Imin向上

行駛至少10m（l（）m/min的平均速度）的最大坡度。

1-13寫出純電動汽車動力性計算公式和分析的特點。

解：

（1）評價指標仍然是最高車速、加速性能和爬坡性能，但評價指標的內容有增加且有

變化，只有車輛最大爬坡度的評價內容沒有變化。

（2）將1.3?1.5節中發動機的轉矩"換為電動機的轉矩，”，則動力性計算公式的

型式相同，計算方法相同；純電動汽車的傳動系統采用變速器時，乙為變速器的傳動比；傳

動系統采用減速器時，4C*為減速器的傳動比，也是單擋傳動比；力取為純電動汽車的旋轉質

量換算系數；則燃油汽車動力性的計算公式變為純電動汽車動力性的計算公式。

(3)動力性指標的計算仍采用驅動力-行駛阻力平衡圖法和動力特性圖法，功率分析仍

采用功率平衡圖。

1-14根據表1-8和表1-9,用汽車的驅動力-行駛阻力平衡圖法或動力因數圖法，繪制純電動

汽車的驅動力-行駛阻力平衡圖、加速度曲線圖和加速時間曲線。

解：

繪制所得的純電動汽車的驅動力-行駛阻力平衡圖、加速度曲線圖和加速時間曲線分別

見圖1-35、圖1-36和圖1-37。

1-15簡述增程式電動汽車動力性的評價指標及其計算方法。

解：

增程式電動汽車動力性的評價指標：增程式電動汽主的動力性仍然由最高車速、加速性

能和爬坡性能二個方面的指標來評定，并用純電動汽車的動力性指標進行評價。

增程式電動汽車動力性的計算方法：增程式電動汽主只由電動機驅動，與純電動汽車的

驅動相同，因此，增程式電動汽車與純電動汽車動力性的計算方法相同。

1-16簡述混合動力電動汽車動力性的評價指標及其計算方法。

解：

混合動力電動汽車動力性的評價指標：根據GB/T19752-2024《混合動力電動汽車動力

性能試驗方法》的規定，混合動力電動的動力性指標仍然由最高車速、加速性能和爬坡性

能三個方面的指標來評定，混合動力電動汽車與純電動汽車的最高車速和加速性能的指標分

別相同，混合動力電動汽車爬坡性能包恬最大爬坡度和坡道起步能力，與純電動汽車的最大

爬坡度和坡道起步能力的指標分別相同，沒有4%和12%坡度的爬坡車速的指標。

混合動力電動汽車動力性的計算方法:將混合動力驅動系統輸出的最大轉矩及相應的轉

速作為離合器或液力變矩器的輸入轉矩及轉速，采用燃油汽車中動力性的計算公式和方法，

計算和分析混合動力電動汽車的動力性，仍可采用驅動力一行駛阻力平衡圖或動力特性圖來

確定混合動力電動汽車的動力性指標，仍可采用功率平衡圖分析混合動力電動汽車的班率平

衡。

1-17簡述燃料電池電動汽車動力性的評價指標及其計算方法。

解：

燃料電池電動汽車動力性的評價指標：根據GB/T26991-2023《燃料電池電動汽車動

力性能試驗方法》中的規定，燃料電池電動汽車的動力性仍然由最高車速、加速性能和爬

坡性能三個方面的指標來評定，最高車速、和爬坡性能的指標與純電動汽車動力性的相應指

標相同，加速性能的指標與純電動汽車動力性的相應指標有少量不同。

加速性能包括原地起步加速能力和超越加速能力。原地起步加速能力是指燃料電池電動

汽車由靜止狀態加速到終了車速所經歷的最短時間，一股為0-100km/h的最短加速時間和

()~400m的最短加速時間。超越加速能力是指純電動汽車由規定的起始車速加速到規定的終

了車速經歷的最短時間：對于M「類、Ni類車輛，一般為50km/h或60km/hT100knVh的最短

加速時間；對于Mi類、NI類以外的最高車速大于70km/h的車輛，一般為60km/h-l()()km/h

的最短加速時間；對于M1類、N1類以外的最高車速不大于70km/h的車輛，一般為30km/h->100

km/h的最短加速時間。

燃料電池電動汽車動力性的計算方法：燃料電池只提供電能，電能用來驅動電動機和給

動力蓄電池充電。燃料電池電動汽車只由電動機驅動，與純電動汽車的驅動相同，因此，燃

料電池電動汽車與純電動汽車動力性的計算方法相同。

1-18簡述智能汽車的結構及控制系統對汽車動力性的影響。

解：

智能汽車的結構特點是無駕駛員和無駕駛室，駕駛座椅變乘客座椅，駕駛室變貨箱或貨

物平臺；這使汽車的質量減小，可減小滾動阻力、坡度阻力和加速阻力；另外，貨車沒有駕

駛室，汽車的高度明顯減小，迎風面積減小，空氣阻力減小；這些，可較大地提高汽車的動

力性。

智能汽車的控制特點是用陀螺儀、激光雷達、亳米波雷達、視覺、衛星導航等傳感器替

代駕駛員的感知，用控制器駕駛員操控汽車，用電機替代駕駛員操縱轉向輪轉向、制動器制

動、發動機節氣門的開度、變速器換擋等，用電器控制元件控制燈光、喇叭等；傳感器、控

制器、電機、電器控制元件等控制系統的器件要消耗能量，降低汽車的動力性。

控制系統的器件消耗的能量低于汽車結構變化節省的能量，因此，總體上，智能汽車的

動力性變好。

第2章汽車的經濟性習題解答

2-1簡述汽車燃油經濟性的評價指標。

解：

燃油汽車采用百公里油耗量和等速百公里油耗量評價汽車的經濟性。汽車的百公里油耗

量是指汽車行駛100km所消耗的燃油升數。汽車的等速百公里油耗量是指汽車在?定的我荷

下，以最高擋在水平良好珞面上、等速行駛100km的燃油消耗量。

2-2寫出汽車等速行駛工況的燃油消耗量和百公里燃油消耗量的計算公式。

解：

行駛車速為ua(km/h),行程為s(m),所需的燃油消耗量(mL)：Q=

102Vg

行駛車速為〃a(km/h)、行程為s(m)的等速百公里油耗量：Q、-f"

1.02%國

2-3簡述發動機對汽車燃油經濟性的影響。

解：

發動機是對汽車燃油經濟性最有影響的部件。發動機中的熱損失與機械損耗占燃油化學

能中的65%左右，顯然，發動機是時汽車燃油經濟性最有影響的部件。在選擇發動機時，盡

量選擇燃油經濟性好的選擇發動機，并考慮以下幾個方面：

1)采用熱效率與機械效率高的發動機。

2)采用渦輪增壓、多氣門發動機。

3)采用電噴等電子控制技術。

4)采用稀薄燃燒和缸內直接噴射技術等先進燃燒技術.

5)采用發動機自動啟停技術，減少等紅綠燈或交通短時堵塞時發動機怠速的燃油消耗。

2-4簡述能最回收系統對?汽車燃油經濟性的影響。

解：

能量回收系統能回收制動過程中的能量，并轉變為電能，供汽車使用，可減少發動機提

供的電能，從而減小燃油消耗量。

2-5簡述最小燃油消耗特性曲線的繪制方法。

解：

從最小燃油消耗率特性曲線上取得功率及相應的轉速，再繪制在圖2-4b和外特性曲線圖

上，便得到最小燃油消耗特性曲線，即圖2-4b中的粗實線，相應的發動機的負荷率約為90%；

圖2-處中的虛實線為功率Pe曲線。

2-6簡述純電動汽車的經濟性評價指標。

解：

純電動汽車的經濟性評價指標有兩個，即：能量消耗率和續駛里程。

能展消耗率是指電動汽車經過規定的試驗循環后對動力蓄電池重新充電至試驗前的容

量，從電網上得到的電能除以續駛里程所得的值即為能量消耗率，單位為W-h/km。

續駛里程是指電動汽車在動力蓄電池完全充電狀態下，以一定的行駛工況，能連續行駛

的最大距離稱為續駛里程，單位為km。電動汽車的續駛里程分為循等速工況和環工況續駛

里程。

2-7簡述純電動汽車的電池、驅動電機系統的效率。

解：

電池的效率%可定義為電池放電時輸出的電量與充電時輸入電池的電量之比。

驅動電機系統的效率〃m為電機輸出功率與輸入電機控制器的功率的比值。

2-8寫出純電動汽車的等速行駛工況能量消耗率和續駛里程的計算公式。

解：

等速行駛工況下純電動汽車的能量消耗率(W.h/km)為：

C=—!—(Gf+CL)Au；,)[—--出

3.6切T21.15

純電動汽車等速行駛的續駛里程(km)為：

_3.6仄豆1c萬3.6仄鼠萬mj小Q

K+乙

G"驍

2-9簡述影響純電動汽車經濟性的主要因素。

解：

根據式(235),純電動汽車的滾動阻力、空氣阻力越大，電池的效率入、電機控制器

的效率"me、電機的效率。mj和傳動系統的效率/越小，能量消耗率越大，純電動汽車經濟

性越差。

根據式（2-47）,電驅動系統回收的電能越大，整個循環工況的能量消耗率2z越

小，能量消耗率越小，純電動汽車經濟性越好。

電池的比能量影響純電動汽車的續駛里程。純電動汽車攜帶電池的總量一定時，電池的

比能量大，續駛里程長。

2-10寫出增程式電動汽車的百公里油耗量的計算公式。

解：

增程式電動汽車百公里燃油消耗量為

0」00（Qim+Qc）Qm+Qc

l（XX）0+&）10（4+凡）

式中，Qun為純電動續駛里程的等效燃油消耗量（mL）：Qe為增程續駛里程的燃油消耗量

（mL）；%為純電動續駛里程，km；s,為增程續駛里程，km。

2-11簡述混合動力電動汽車的經濟性評價指標。

解:

混合動力電動汽車的經濟性評價指標為燃油消耗量和續駛里程。

燃油消耗量是指混合動力電動汽車經過規定的循環工況后，在電池儲存的容量與運行前

保持同一水平條件下所消耗的燃油量，單位為L/K）0km。燃油消耗量用于評價汽車的燃油經

濟性，

純電動續駛里程是指混合動力電動汽車在動力蓄電池完全充電狀態下，以一定的行駛工

況，能連續行駛的最大距離，單位為km。

2-12寫出燃料電池電動汽車等速行駛的續駛里程的計算公式。

燃料電池電動汽車等速行駛的續駛里程（km）為

Gf_1_F.+F?

2-13簡述智能駕駛系統和駕駛員的質量對汽車經濟性的影響。

解：

汽車智能駕駛中，轉向、制動、換擋等由人操縱改為ECU控制下的電機操縱，ECU和電機

要消耗電能，降低了汽車經濟性；智能駕駛后，可不需要駕駛員，降低了汽車的質量，提高

了汽車經濟性。汽車質量越大，ECU和電機的耗能越大，減少駕駛員的質量對耗能的影響及

影響的占比越小。汽車質量越小，ECL.和電機的耗能越小，減少駕駛員的質量對耗能的影響

及影響的占比越大。對于汽車總質量小的小型或微型智能汽車，如車間、庫房、餐廳、醫院

病房中的小微型智能汽車，車人質量比（汽車總質量與人的質量比）大，減沙駕駛員的質量

對?減少耗能的意義較大，也有利于提高動力性或減小驅動裝置的功率，此外，減沙駕駛員后,

汽車質心的高度降低，有利于提高轉彎時防側翻的穩定性；車人質量比越大，越能顯示這些

優點。

第3章汽車動力裝置的功率和傳動系統傳動比的選擇習題

解答

3-1寫出根據燃油汽車的最高車速計算發動機功率的公式。

解：

根據燃油汽車的最高車速計算發動機功率的公式：

e一二360076140

3-2寫出汽車的比功率的定義及根據汽車的比功率計算發動機功率的公式。

解：

汽車的比功率凡是汽車發動機的額定功率Pc(kW)與汽車總質量〃z(t)的比值。

根據汽車的比功率計算發動機功率的公式：

100(叱_%ka.品4位x

/V——?

m3.6%76.14，〃%

3-3寫出根據最大爬坡度確定燃油汽車最大傳動比和變速器I擋傳動比的計算公式。

解：

根據最大爬坡度確定最大傳動比的計算公式：

i=i：=G(/cosamax+sinanw>

zonax-"gl，0一7

，lqmax〃T

根據最大爬坡度確定變速器I擋傳動比的計算公式：

；—G-cosamax+sinamax》

，一T?

/(qmax〃T'O

3-4已知整車滿載總質曷=25()0kg,滾動阻力系數戶0.015,傳動系統總效率力-0.85,發動

機的最大轉矩"mx=245N-m,車輪滾動半徑LO.358m,主減速器傳動比％=3.5,后輪

為驅動輪，后輪的地面法向力々2nl與OON,路面附著系數夕=0.8,要求最大坡度角

amax=10°，試根據最大爬坡度和驅動輪與路面的附著力確定傳動系統的最大傳動比和變速

器的I擋傳動比。

解：

1確定傳動系統的最大傳動比

根據式(3-5),得汽車滿足最大爬坡度條件的傳動系統的最大傳動比

i=〃一(/cosamax+SinOmaxl

ftmax—rp

tqmax^T

2500x9.8x(0.015xcosl():+sinl0°)x().358、

=----------------------------------------------------------L------=7.9358

245x0.85

根據式(3-8),汽車滿足驅動輪與路面的附著力的傳動系統的最大傳動比

(max<NJ2500x。.8x。.358=g909

Zqmax^T245x0.85

取傳動系統的最大傳動比心共=7.9358o

2確定變速器的I擋傳動比

根據/tmax=/jo，得變速器的I擋傳動比

7.9358

=2.2674

,3.5

3-5已知5擋變速器的I擋傳動比&=3.6,IV擋的傳動比如=1,取&,=0.985,

k.=0.975,匈=1.31,試按等比級數和降比分配各擋的傳動比。

解：

1按等比級數分配各擋傳動比

變速器有5擋，〃=5。根據式(3T8),各擋之間的公比為

q="加=Vl6=1.5326

根據式(3T6),其余各擋的傳動比為

Zg5=Zg47^=1/1.5326=0.6525

43=式4=15326x1=1.5326

2

zg2==1.5326x1=2.3489

按等比級數分配的V擋傳動比ig5=0.6525太小。

2按降比分配的各擋傳動比

取&=0.985,&=0.975,a=1.31。根據式(3-20),Llk=r,,r4k=/4，得

zg5k=k5ig5=1.31x0.6525=0.8547

，=&=0.975x1.5326=1.4943

/2k=3%=0.985x2.3489=2.3137

ig2k3.6/2.3137=1.5560

ia2k兒3k=2.3137/1.4943=1.5438

M*=1.4943/1=1.4943

isA/zg5k=1/0.8547=1.1699

41.42k.43k.L

"g2k"g3kzg41g5k

3-6簡述純電動汽車的電動機功率的選擇方法。

汽電動機功率的選擇方法：根據汽車的最高車速、最大爬坡度和加速性能，分別計算電

動機的功率，再取其中的最大者作為電動機的功率。

3-7寫出純電動汽車滿足續駛里程時動力電池組的容量和數目的計算公式。

解:

純電動汽車滿足續駛里程時動力電池組的容量為

C=員>________________________(Gf+CQA"：)

及一Ub-3.6加a21.15

純電動汽車滿足續駛里程時動力電池組數目為

wbs=-^>-------------------——T--------------+

ON3.6加和加外(1-九X4GN21.15

3-8寫出增程式電動汽車油箱容積的計算公式。

解：

增程式電動汽車油箱容積為

V=Q=

102人外

3-9寫出混合動力電動汽車發動機功率的計算公式。

解：

混合動力電動汽車發動機功率為

G

P_1(fucCDAul

360076140

3-10寫出燃料電池電動汽車燃料電池功率的計算公式。

解：

p(=―!—

布儲1360076140

第4章汽車的制動性習題解答

4-1簡述汽車的制動原理,

解：

汽車制動時，駕駛員踩下制動踏板，前、后輪制動器產生制動力，地面分別作用在前上

后車輪上與汽車前進速度巴方向相反的地面制動力和&b2,同時，汽車受到空氣阻力

Fw，在地面制動力和&b2、空氣阻力Av作用下，汽車減速直至停車。

4-2簡述汽車制動性的評價指標。

解：

汽車制動性的評價指標包括：制動效能、制動效能的恒定性和制動時汽車行駛的方向穩

定性。

制動效能包括汽車的制動距離和制動減速度。它是指汽車在良好路面上以一定初速度制

動到停車所駛過的距離和制動時汽車的減速度的大小。

制動效能的恒定性主要是指汽車制動器的抗熱衰退性能。抗熱衰退性能是指汽車高速行

駛情況下制動或下長坡連續制動時，制動效能保持的程度。

制動時汽車行駛的方向穩定性是指制動時汽車按給定路徑行駛的能力，不跑偏，不側滑

及不失去轉向能力。

4-3簡述地面制動力、制動器制動力及它們的區別。

解：

地面制動力是地面作用于車輪上的制動力，受到地面附著力的限制，不超過地面附著力:

制動器制動力是在輪胎周緣沿切線方向作用力，車輪半徑L定時，制動器制動力受到車輪

制動器的最大制動力矩的限制，不超過車輪制動器的最大制動力矩產生的制動相制動力。

4-4簡述地面制動力、制動器制動力與附著力之間的關系。

地面制動力、制動器制動力與附著力之間的關系曲線如圖I所示。

駕駛員踩下制動器踏板后，地面制動力Fxb和制動器制動力8由零開始，按線性關系增

長，此時，地面制動力等于制動器制動力，即&b=&。

當地面制動力〃Xb達到附著力心值，地面制動力8b達到最大值Fxbmax.此時，

尸Xbmax=4=/。

當制動器踏板力尸P或制動系油壓力〃超過制動系油壓力小后，地面制動力不增長，并

按Gbmax二心的線變化；&卜皿二心=耳不受地面附著力的限制，沿圖44中的虛線繼

續增長。

4-5某4x2汽車，車輪中心速度〃120內山隊求車輪半徑與車輪角速度的乘積

分別為0.65，%、OSO，..、0.28,9和0時的車輪滑移率；另車輪半徑與車輪角速度的乘積

RM為多少時車輪純滾動？

解:

車輪半徑與車輪角速度的乘積凡%.為0.65〃卬時的車輪滑移率，

,=%一R。％=--0.55〃“,=°35

uwuw

同理可得，車輪半徑與車輪角速度的乘積6分別為0.50〃卬、0.28%,和0時的車輪

滑移率為0.50、0.72和1。

車輪半徑與車輪角速度的乘積叫為1時車輪純滾動。

4-6分析汽車最大制動減速度。

解：

汽車最大制動減速度：4bmax=Wbg。汽車最大制動減速度大，汽車的制動距離短。根

據汽車最大制動減速度，制動力系數外最大時，汽車最大制動減速度最大，化為峰值制動

力系數，即。b=0p時，汽車最大制動減速度最大。因此，應使汽車在峰值制動力系數下制

動，這樣，汽車的制動距離最短，此時，滑動率S=15%?20%,車輪一邊滾動，一邊滑動,

并以滾動為主。

4-7介紹充分發出的平均減速度。

解：

汽車制動時的充分發出的平均減速度：

d-〃：一-

25.92（Se-5b）

式中，dm為充分發出的平均減速度，m/度〃b為S8〃o的試驗車速，km/h；/為0.1〃。的試

驗車速，km/h；〃。為試驗車制動初速度，km/h；Sj,為與到人車輛行駛的距離，m；S。為劭

到人車輛行駛的距離，m,

4-8已知某電動汽車制動初速度/0=120km,求消除制動系統間隙的時間Y分別為0.05s

和0.Is時的制動距離，不計空氣阻力和滾動阻力。汽車的質量對消除制動系統間隙的時間內

的制動距離有何影響？

解：

在消除制動系統間隙的時間r；內，不計空氣阻力和滾動阻力，由于時間短，可以認為

汽車作勻速運動，汽車駛過的距離為：

消除制動系統間隙的時間工；為0.05s時的制動距離：

s；=wor；=120x0.05/3.6=1.667m

消除制動系統間隙的時間1為0.1s時的制動距離：

s；==120x0.1/3.6=3.333m

汽車的質展對消除制動系統間隙的時間內的制動距離沒有影響，消除制動系統間隙的時

間內的制動距離不變。（1分）

4-9分析不同形式制動搖的熱稔定性。

圖4-11是不同形式制動器的制動效能因數與摩擦系數的關系曲線。由圖可知，對于雙向

自增力式（曲線1）及雙領蹈式（曲線2）制動器，由于結構上的幾何力學的關系產生增力作用，

具有較大的制動效能因數,摩擦系數增大時制動效能按非線性關系迅速增大，曲線的斜率

大，摩擦因數的微小改變，能引起制動效能大幅度變化，即制動器的穩定性差。盤式機動器

（曲線4）的情況與之相反。領、從蹄式制動器（曲線3.1和曲線3.2）介于二者之間。

4-10介紹汽車制動時跑偏的原因。

解：

汽車制動時跑偏的原因有兩個：

1）汽車左、右車輪，特別是前軸左、右車輪（轉向輪）制動器的制動力不相等。

2）制動時懸架導向檸系與轉向系拉桿在運動學上的不協調（互相干涉）。

其中，第一個原因是制造、調整誤差造成的，汽車究竟向左或向右跑偏，要根據具體情

況而定；而第二個原因是設計造成的，制動時汽車總是向左（或向右）一方跑偏。

4-11分析汽車前軸側滑的穩定性。

解:

汽車前軸側滑時的運動情況如圖4-19所示。設轉向盤固定不動，前輪抱死，后輪滾動，

前軸如受側向力作用將發生側滑，因此前軸中點A的前進速度〃A與汽車縱軸線的夾角為

后軸因未發生側滑，所以〃B的方向仍為汽車縱軸方向。此時，汽車將發生類似轉彎的順時針

運動，其瞬時回轉中心為速度〃A、兩垂線的交點O；汽車作圓周運動時產生了作用于質心

C的慣性力片。從圖4-19看出，鳥的方向與汽車側滑的方向相反，就是說《能起到減小或阻止

前軸側滑的作用，即汽車處于一種穩定狀態。

4-12分析汽車后軸側滑的穩定性。

解：

汽車后軸側滑時的運動情況如圖4-20所示。設后輪制動抱死，前輪滾動。如有側向力作

川，后軸發生側滑的方向正好與慣性力《的方向一致，于是慣性力加劇后軸側滑；后軸側滑

又加劇慣性力6，汽車將急劇轉動。因此，后軸側滑是一種不穩定的、危險的工況。

4-13繪制汽車制動時受力圖。

解：

汽車制動時受力圖如利4-21所示。

4-14根據式(4-21),繪制理想的前、后制動器制動力分配曲線。

根據式(4-21),繪得理想的前、后制動器制動力分配曲線，如圖4-23中的I曲線。

4-15某4x2汽車，質心高度％=0.78m,質心至前軸距離。=3.85m,軸距離L=4.55m,前

輪制動器制動力“=350N時，后輪制動器制動力82=450N,前后輪均沒有抱死，求該

車質心至后軸距離、前輪地面制動力、后輪地面制動力、前后輪地面總制動力、前后輪制動

器總制動力、制動器制動力分配系數和同步附著系數。

質心至后軸距離：h=L-a=4.55-3.85=().7〃？

前輪地面制動力：&I=%=35ON

后輪地面制動力：&2=%=45()N

前后輪地面總制動力：&+7^2=35。+450=800N

前后輪制動器總制動力：1=與1+&2=350+450=800N

制動器制動力分配系數：力=￡&=—=0.4375

880()

日止-w蚪L”b4.55x0.4375-2.2八

同步附著系數夕0=笠一=---------------=0.4367

h&0.78

4-16根據式(4-26)和式&-27),繪帝。線組和啜組。

解：

根據式(4-26)和式(4-27),繪得劇組和「線組，如圖4-25所示。

4-17簡述利用附著系數、制動效率。

解：

利用附著系數又稱被利用的附著系數，是指以地面制動力等于制動器制動力進行制動，

第i軸的地面制動力與其地面法向反力之比。

制動效率定義為車輪將要抱死時的地面制動力(車輪制動輸出力)與制動器制動力(車

輪制動輸入力)的比值，也就是車輪將要抱死時的制動強度與利用附著系數之比。

4-18簡述ABS的控制參數,

解：

ABS用車輪的角減速度cky/山作為ABS的主要控制目標參數，并以do/訓.為控制目

Imin

標，用車輪的角速度0=0判別車輪抱死，車輪的角減速度和車輪的角速度為零的信息來自

車輪轉速傳感器，用制動力調節車輪的角減速度，使車輪的角減速度do/dr在Cky/dr|.附

近，也即使汽車在峰值制動力系數%附近。

ABS也可用車輪的角減速度do/df作為ABS的主要控制目標參數，并以do/df|.為控

制目標，用車輪的角速度0=0判別車輪抱死，車輪的角減速度和車輪的角速度為零的信息

來自車輪轉速傳感器，汨制動力調節車輪的角減速度，使車輪的角減速度(1口/山在

cky/drl*附近，也即使汽車在峰值制動力系數外附近。

ABS也可將車輪的滑劭率作為第二控制目標參數。如根據每個車輪的輪速傳感器測得的

車輪的實際轉速和加速度傳感器測得的汽車的車速，計算車輪的滑動率：或根據每個車輪的

實際轉速，通過減速關系可推算出一個理想的參考車速，計算車輪的滑動率，由于推算出車

速，造成控制的埋論誤差；再根據車輪的滑動率，控制車輪在峰值制動力系數色附近工作。

4-19簡述汽車后輪駐車制動時可能停駐的極限坡路傾角和極限坡度值。

解：

汽車后輪駐車制動時可能停駐的極限坡路傾角：

,(pa

a=arctan----------

L+嘰

汽車后輪駐車制動時極限坡度值：

.,(pci

i>=tana=---------

°L+嘰

第5章汽車的操縱穩定性習題解答

5-1簡述汽車操縱穩定性的概念。

解：

汽車的操縱穩定性是指對于人駕駛的汽車來說，在駕駛者不感到過分緊張、疲勞的條件

下，汽車能遵循駕駛者通過轉向系及轉向車輪給定的方問行駛，對于智能駕駛汽車來說，汽

車能遵循控制器通過轉向系及轉向車輪給定的方向行駛，且當遭遇外界干擾時，汽車能抵抗

干擾而保持穩定行駛的能力。

5-2簡述汽車坐標系并繪制汽車坐標系。

解：

汽車坐標系Oxyz又稱車輛坐標系，如圖5-1所示，是固定在車身上的直角坐標系，也是

一個隨車運動的動坐標系，坐標原點在汽車的質心，汽車的質心在汽車的對稱平面上，略去

汽車質量在橫向分布不均的影響；x軸為車身縱向水平軸，方向由車尾指向車頭；z軸垂直于

地面向上；y軸水平向左，可按右手螺旋定則確定。

5-3簡述智能汽車的閉路系統。

解：

智能汽車用控制系統替代駕駛人，形成智能汽車的九路系統，如圖5-3所示，控制系統

包括控制器、傳感器和執夕亍電機。人給智能汽車一個行駛區間的指令，汽車起動。汽車起動

后，控制器根據交通狀況、路面狀況和氣候，通過車輪轉向、制器制動等不同的執行電機，

使汽車以一定的速度行駛、加速、轉彎等；汽車行駛中，受側向風、路面不平等影響；汽車

轉彎時，車身橫擺、側傾，汽車起步、制動時，車身俯仰；汽車的行駛速度、加速、轉彎、

車身橫擺、側傾、俯仰等信息，通過陀螺儀、激光雷達、亳米波雷達、視覺、衛星導航等傳

感器傳遞給控制器，控制器通過執行電機，使汽車完成行駛區間的穩定行駛。

5-4簡述輪胎坐標系。

解：

輪胎坐標系如圖5-4所示，坐標系的原點。為車輪平面和地平面的交線與輪旋轉軸線

在地平面上投影線的交點，車輪平面為垂直于車輪旋轉軸線的輪胎中分平面。車輪平面與地

平面的交線取為X軸，規定向前為正。Z軸與地平面垂直，規定指向上方為正。y軸按右手

螺旋定則確定。

5-5簡述在側向力作用下輪胎側偏角a產生的原因。

解：

如圖5-5b所示。在輪胎胎面中心線上標出Ao、Ai、A2>A3…各點，隨著車輪向前滾動，

上述各點將依次落于地面上相應的A'。、A\、A%、A'3、…各點上。從圖5-5b可以看

出，靠近地面的胎面上，A'o、A、、A)、A'3、…各點連線是一條斜線，因此，它們落

在地面相應各點A'o、A'、A'2、A'3、…的連線并不垂直于車輪旋轉軸線，即與車輪平

面cc的延長線有夾角a。當輪胎與路面沒有側向滑動時，A'。、A\、A'2、A'3、…的連

線就是接地印跡的中心線，也是車輪滾動時在地面上留下的痕跡，即車輪并沒有按照車輪平

面cc的方向向前滾動，而是沿著側偏角a的方向滾動，產生下輪胎側偏角a。

5-6寫出前輪先階躍輸入下汽車的橫擺角速度方程。

解：

前輪角階躍輸入下汽車的橫擺角速度方程式(5T8L

5-7寫出()</<1時的前輪角階躍輸入下汽車的橫擺角速度，并繪制前輪角階躍輸入卜.汽

車的橫擺角速度瞬態響應曲線。

時的前輪角階躍輸入下汽車的橫擺角速度見式(5-27)和式(5-28),繪得前

輪角階躍輸入下汽車的橫擺角速度瞬態響應曲線，如圖5T1所示。

5-8簡述不同穩定性因數K下汽車的穩定性。

解：

當穩定性因數K=0時，汽車中性轉向是穩定轉向，不產生側翻。

當穩定性因數K>0時，汽車不足轉向更穩定。

當穩定性因數K<0時，汽車過多轉向不穩定。

5-9簡述一定的前輪轉角下的轉向半徑的特性，繪制汽車在定轉向半徑R。的圓內外轉動軌跡

曲線。

解：

當穩定性因數K=0時，R=R。，汽車呈現中性轉向的特性，汽車的轉向半徑不隨車速

變化，汽車繞轉向半徑場的圓行駛，汽車轉向是穩定的c

當Q0時，R>R。,汽車呈現出不足轉向的特性，汽車的轉向半徑將隨著車速的增大

而增大，且轉向半徑大于中性轉向時的半徑Ro,汽車趨向直線行駛，汽車轉向是穩定的。

當K<0時，R<Ro,汽車呈現為過多轉向的特性，汽車的轉向半徑將隨著車速的增大

而減小，且轉向半徑小于中性轉向時的半徑Ro,汽車趨向圓心行駛，會出現汽車急轉后惻翻,

汽車轉向是不穩定的。

在極坐標下汽車在定轉向半徑R）的圓內外轉動軌跡曲線如圖5T7所示。

5-1（）簡述汽車的穩定性因數與前、后輪側偏角絕對?值之差的關系。

解：

當穩定性因數K=0時，汽車中性轉向，必一。2二0；

當穩定性因數K>0時，汽車不足轉向，

當穩定性因數K>0時，汽車過多轉向，囚一。2<（）。

5-11簡述靜態儲備系數SM與汽車穩定性的關系。

解：

當SM=0時，中性轉向點與汽車的質心相重合，因此在質心位置上作用的側向力相使汽

車前、后車輪上的側偏角相等，即前、后輪側偏角之差為0,故使汽車具有中性轉向的特性。

當SM>0時，汽車的質心處于汽車的中性轉向點之前，在質心位置上作用的側向力將引

起汽車前軸上的側偏角四的絕對?值大于后軸上的側偏角的的絕對值，將使汽車具有不足轉向

的特性。

當SM<0時，汽車的質心處于汽車的中性轉向點之后，在質心位置上作用的側向力將引

起汽車前軸上的側偏角⑴的絕對值小于后軸上的側偏角的絕對值，將使汽車具有過多轉向

的特性。

5-12簡述汽車質心位置對汽車穩態響應特性的影響。

解：

質心后移，汽車質心所受離心力后移，使前輪所受到的側偏力FY1減小，相應的前輪胎的

側偏角a1的絕對值減小；后輪所受到的側偏力%增大，相應的后輪胎的側偏角a2的絕對值

增大，穩定性因數K減小，不足轉向減小，汽車的操縱穩定性減小；反之，質心前移，穩定

性因數K增大，不足轉向增大，汽車的操縱穩定性增大。

汽車重新布置后，會使質心后移，轎車的后備箱重物超重、客車后面乘客過多、渣土車

超載等均會使質心后移，穩定性因數K減小，不足轉向減小，汽車的操縱穩定性減小；極限

情況下將使得K<0,汽車穩態響應特性變為過多轉向特性，使汽車的操縱穩定性變壞，這也

是一些超載汽車經常發生車禍的直接原因之一。

5-13用反轉法繪出雙橫臂獨立懸架上車廂的側傾中心。

解：

雙橫臂獨立懸架上車廂的側傾中心如圖5-24所示。分別作兩個四連桿機構的過較鏈中心

的延長線，得Or和0/點，則Or點為右側四連桿機構的車輪與車廂的瞬心，0/點為左側四連桿

機構的車輪與車廂的瞬心，根據車輪是剛性的且與地面無相對滑動的假定，地面與輪胎接觸

點D、G的分別是左、右車輪與地面的瞬心。又根據三心定理，分別作O「點與G點、0,點與D

點的連線，兩連線相交于0m點，則點為車廂相對地面轉動的瞬時中心。

5-14繪圖說明確定雙橫臂獨立懸架的車輪外傾角的方法。

簡述用運動合成的方法確定上、下橫臂長度相等且平行的雙橫臂獨立懸架的車輪外傾角。

用運動合成的方法確定雙橫臂獨立懸架的車輪外傾角：上、下橫臂長度相等且平行的雙

橫臂獨立懸架的車輪外傾侑如圖5-27所示。先假設車廂不動，使地面向相反方向轉過一個車

廂側傾角，這樣便可根據不同懸架導向桿系運動學的關系，找出車輪與車廂的相對轉動角

度，然后使地面與汽車一起回轉一個側傾角，此時，地面回到原來的狀態，便可確定外傾

角的數值。

5-15簡述減小空氣流動產生的升力、俯仰力矩、側向力、側傾力矩和橫擺力矩的措施。

解：

減小空氣流動產生的升力和俯仰力矩的措施：減小車身上、下壓力差，使大量的氣流

流經側面，可以減小升力和俯仰力矩。壓低發動機罩前端，減緩前風窗的傾角，發動機罩和

前風窗成前低后高的楔形結構，下壓前部；乘用車身前部發動機處薄，尾部行李箱處厚，使

風壓重心位于汽車重心之前且接近汽車重心；汽車底部的平面應與地面傾斜，后懸架比前懸

架高一些，形成前端低后端高的空氣楔；發動機前置，前端重，使前端低，可減少前端的升

力和使前端上升的俯仰力矩，增大車輪的附著力；這些，可提高汽車的操縱性，及提高汽車

高速行駛的直線性及側向穩定性，防止汽車上下點頭。汽車車身后端上翹的鴨尾式外形可使

后輪的空氣壓力增大，助力后輪驅動，且可降低空氣阻力系數CD值，但也使后輪懸架彈簧

壓縮，并使車身下部前端低后端高的空氣楔減小，升力增大，不利于前輪附著。。

減小空氣流動產生的側向力、側傾力矩和橫擺力矩的措施：空氣流動產生的側向力的合

力作用在中性轉向點之后時，產生的擺力矩使汽車前部向著風的相向方向；汽車車身的底部

寬、車頂窄且車頂與車身側面之間采用大曲面過度，降低車身高度，可減小側向力、側傾力

矩、和橫擺力矩；采用車身后部行李箱較大厚度的結構，都可使風壓中心后移，減小橫擺力

矩；箱式車需要降低車箱的高度，減小側傾力矩；這些，可提高汽車行駛的穩定性。

5-16簡述剛性汽車的準靜態側翻的側翻閾值及側翻閾值范圍。

解：

剛性汽車的準靜態側翻的側翻閾值見式（5-54）,側翻閾值范圍見表5-3。

5-17簡述汽車防側翻的控制的方法。

解：

在汽車設計中，應盡可能增加輪距B和降低質心的高度hg,在汽車使用中，應盡可能降

低質心的高度hg,以提高汽車準靜態側翻的閾值。

在汽車曲線行駛時，可減小車廂的側傾角小，使項接近零或略大于零，以提高汽車準

靜態側翻的閾值。車廂的側傾角4）與懸架彈簧的剛度有關，在智能控制的汽車上，可設計變

彈簧剛度的懸架，可通陀螺儀檢測汽車的車廂的側傾處，再通過控制內外懸架彈簧的剛度，

減小車廂的側傾角小。

可通過控制系統，減小轉向輪轉角，增大轉向半徑，降低汽車行駛速度，減小汽車的側

向加速度，進而減小。Jg,使其小于汽車準靜態側翻的閾值，防止汽車側翻。在智能控

制的汽車上，可通過車速傳感器檢測汽車的車速，通過加速度傳感器檢測汽車的側向加速度，

再通過轉向系統控制轉向輪的轉角，通過燃油汽車的供油系統、燃氫汽車的供氫系統或電動

汽車的電機控制系統控制車速，防止汽車側翻。

在智能控制的汽車匕可設計變阻尼的減振器，通陀螺儀檢測汽車的車廂的側傾角，再

通過減振器，控制懸架的皿尼，減小汽車側傾角的超調量，防止汽車瞬態側翻.

5-18簡述直接橫擺力偶延控制汽車操縱穩定性的基本原理。

解：

直接橫擺力偶矩控制汽車操縱穩定性的基本原理：直接橫擺力偶矩的控制（DYC）借助

附加在汽車上的橫擺力偶矩來改變汽車運動姿態，阻止橫擺角速度增至極大，防止汽車偏離

預定的軌跡行駛，使汽車穩定及按預定的軌跡行駛。直接橫擺力偶矩可由制動力和驅動力產

生。制動力產生直接橫擺力偶矩控制汽車操縱穩定性用于汽車減速或制動時汽車操縱穩定性

的控制，驅動力產生直接橫擺力偶矩控制汽車操縱穩定性用于汽車加速或驅動時汽車操縱穩

定性的控制。

5-19簡述電子穩定程序控制過多轉向的措施。

解：

電子穩定程序控制過多轉向的措施：過多轉向時ESP系統的控制如圖5-38所示。當ESP

系統判定汽車出現過多轉向時，控制驅動力系統減小驅動力或停止驅動，使縱向加速度減小

或變為零，橫搜角加速度的減小或變為零，式（5-63）趨向于變為式（5-62）,汽車趨向于

作圓周運動，汽車作圓周運動是穩定的，因此，汽車趨向于穩定行駛。若僅依靠減小驅動力

或停止驅動還不能制止開始發生的不穩定狀態，控制系統將自動對車輪實施瞬時制動，產生

一個與橫擺方向相反的力矩Mres,使汽車回到理想軌跡上穩定行駛。

5-20簡述智能汽車過多轉向時的控制措施。

解：

智能汽車過多轉向時的控制措施：當智能汽車的電子控制系統通過橫擺角速度傳感器等

判定汽車出現過多轉向時，控制驅動力系統減小驅動力或停止驅動，控制制動系統對車輪實

施瞬時制動，產生一個與橫擺方向相反的力矩，同時，車上的衛星定位系統確定汽車的位置

和速度，使汽車回到電子地圖上的行路線上穩定行駛。

第6章汽車的平順性習題解答

6-1簡述汽車平順性的定義。

解：

汽車的平順性定義為避免汽車在行駛過程中產生的振動和沖擊使人感到不舒服、疲勞甚

至損害健康，或使貨物損壞的性能。

6-2簡述路面不平度。

解：

路面不平度是路面高低不平的程度，隨道路的延伸而變化，通常把路面相對基準平面的

高度q沿道路走向長度I的變化式/)稱為路面縱剖面曲線或不平度函數，如圖6-4所示，可

用水準儀或路面計測得路面不平度函數9(/)。

6-3簡述人體對振動的反應的客觀和主觀因素。

人體對振動的反應的客觀因索包括振動的頻率、強度、作用方向和持續時間；人體對垂

直方向的4?12.5Hz的振動頻率及水平方向的0.5?2Hz的振動頻率最敏感，對水平方向的振

動比垂直方向的振動更敏感，對左右方向的振動比前后方向的振動更敏感，人體坐、站姿的

振動比臥姿的振動更敏感，人對不同方向的結振動與角振動的敏感程度不同，人面向汽車前

進方向和背向汽車前進方向對振動的敏感程度不同，這與人的心臟、心臟周周的肌肉和胸腔

有美，還與頭及下方的頸部結構有大：振動的強度與加速度、振幅和沖擊有關，傳至人體的

振動加速度大小及振幅影響人體對振動的反應，振動加速度及振幅大，人體受力大，汽車受

沖擊時人體受沖擊載荷，這些使人體不舒適，如紅燈前汽車制動，加速度大，伴隨人體受沖

擊，人體有較強地不舒適；振動的持續時間長，人體會疲勞，人的身體有差異，不同的人，

抗持續振動和沖擊的能力不同，如道路不暢、汽車進站時頻繁制動，人體不舒適，易產生惡

心、嘔吐的運動病。

人體對振動的反應的主觀因素包括每個人的生理與心理素質不同，對振動的敏感程度有

很大差異。人體有胖、瘦、高、矮，相應的共振頻率不同，抗振能力不同；人的年齡、性別

有差異，人的身體狀況有差異，老年人、青年人和小孩的體質不同，病人和健康人的體質不

同，饑餓與不饑餓的體質不同，思想有負擔和沒負擔人的心情不同，大腦在思考問題和沒思

考問題時的大腦狀態不同，相應的抗振能力不同。隨著人的年齡的增長，人的抗振能力發生

變化。在抗振過程中，人的生理與心理還會產生變化，影響人的抗振能力。

6-4簡述人體坐姿的受振模型。

解：

人體坐姿的受振模型，如圖6-4所示。在進行平順性評價中，考慮座椅支承面處輸入點

3個方向的線振動，還考思該點3個方向的角振動.以及座椅靠背和腳支承面兩個輸入點各

3個方向的線振動，共3個輸入點12個軸向的振動，從中選取振動，進行平順性的評價。

6-5簡述汽車平順性的評價方法。

解：

根據GB/T13441.1-2007,振動對人體影響的評價包括振動對人體的健康、舒適、感知

（感知振動）、運動病（頭暈、嘔葉.、惡心）4個方面影晌的評價。當振動波形峰值系數（也

稱為波形因數，它是加權加速度時間歷程的峰值與加權加速度均方根值的比值）小于或等于

9時，用基本評價方法，即用加權加速度均方根值來評價振動對人體的健康、舒適和感知的

影響，振