1、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1.02saPbQug= 或sTCFbQ= ，其中， C 为常数， F 为行驶阻力。 （ 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
2、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
3、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0gLbh= ， 因此质心离前后轴的距离以及质心的高度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
4、） 稳态转向特性： 稳定性因数221()ma bKLk k=，汽车质心离前后轴的距离影响稳定性因素，进而影响稳态转向特性。 （ 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zF并不沿车轮中心（向车轮前进方向偏移a） 。如果将法向反
5、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fzTFa=。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。 (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
6、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 （ 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） 221()ma bKLk k= （ 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
7、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
8、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
9、动时车轮的滑移率在峰值附着系数附近波前束 /mm 复原行程 /mm 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qZ用双对数坐标表示如图 2 所示，路面不平度系数630( ) 41.48 10qGn m=，参考空
10、间频率101.0= mn。设车速 u=60km/h，计算 0.110HZ 频率范围内车身加速度的均方根值z。 （ 10 分）6 解 1） 系统运动方程如下： ()Mzczkqz= + 整理得到： Mzczkzkq+= （ 2 分） 两边同时做傅里叶变换，得到其频率响应函数为 2() ()zkqMj cj k=+ （ 1 分） 从而得到其幅频特性为 22 2 2()zkqkM c =+ （ 2 分） 2） 由图 2 可知，传递函数zq和频率 f 之间满足关系 10.1 11110fzfqf= （ 4 分） 已知630( ) 41.48 10qGn m= ， 故可推出： 422200() 16 ( )qqGf Gnnuf Af=，其中， 01077.0)(162004= unnGAq （ 4 分） 故 222222() () () ()0.1 1110zq qqzz zGf Gf Gf Gfqq qAf f= = = （ 4 分） 所以得到 22/12/111.010122/1101.0/317.0055.3)( smAAdfdfAfdffGZz=+= （ 3 分）
