汽车理论总结(考研笔记)

备注：各课次内容中：用红色字标记的是重点，加粗且斜体标记的是难点，既用红色标记又加粗斜体标记的既是重点也是难点。课次1：内容：第一章、汽车的动力性§1-1汽车的动力性指标§1-2汽车的驱动力与行驶阻力一、汽车驱的驱动力：发动机的外特性，传动系的机械效率，车轮半径，汽车的驱动力图。课次2：二、汽车的行驶阻力：滚动阻力及滚动阻力系数，空气阻力及空气阻力系数，上坡阻力，加速阻力。课次3：三、汽车的行驶方程式§1-3汽车行驶的驱动与附着条件，附着力与附着利用率课次4：§1-4汽车的驱动力——行驶阻力平衡：驱动力—行驶阻力平衡图，利用驱动力—行驶阻力平衡图分析汽车的动力性指标。§1-5汽车的动力因数与动力特性图：利用动力特性图分析汽车的动力性指标。课次5：§1-6汽车的功率平衡：利用功率平衡图分析汽车的动力性指标。课后习题：汽车动力性习题试验1：汽车动力性路上试验课次6：第二章汽车的燃油经济性§2-1汽车燃油经济性的评价指标§2-2汽车的燃油经济性计算：汽车发动机的负荷特性与万有特性，汽车稳定行驶时燃油经济性的计算课次7：§2-2汽车的燃油经济性计算：汽车的加速、减速与停车怠速的耗油量计算。§2-3影响汽车燃没油经济性的因素：影响汽车燃油经济性的使用因素，影响汽车燃油经济性的结构因素，提高汽车燃油经济性的途径。试验2：汽车燃油经济性实验课次8：第三章汽车发动机功率与传动系传动比的选择§3-1发动机功率的选择§3-2传动系最小传动比的确定课次9：§3-3传动系最大传动比的确定§3-4传动系档数与各档传动比的确定课后习题：汽车燃油经济性及传动系统参数选择习题课次10：第四章汽车的制动性§4-1制动性的评价指标§4-2制动时车轮的受力：地面制动力、制动器制动力与附着力的关系，滑动率与附着系数的关系。课次11：§4-3汽车的制动效能：汽车的制动减速度，制动距离，汽车制动效能的恒定性§4-4制动时汽车的方向稳定性：制动跑偏，制动侧滑。课次12：§4-5前后制动器制动力的比例关系：一、地面对前、后车轮的法向反作用力，前、后制动器制动力的理想分配曲线，二、具有固定比值的前、后制动器制动力实际分配线，同步附着系数及其选择，制动过程分析课次13：三、在附着系数不同的道路上的制动过程分析、利用附着系数与附着效率。§4-6制动力调节：制动力调节原理，制动系限压阀、比例阀，防抱制动系统。课次14：第七章汽车的通过性§7-1汽车通过性概述§7-2汽车间隙失效、通过性的几何参数§7-3汽车越过台阶、壕沟的能力课后习题：汽车制动性和通过性习题课次15：第五章汽车的操纵稳定性§5-1概述：操纵稳定性概念，车辆坐标系，刚体运动微分方程。§5-2轮胎的侧偏特性：轮胎坐标系，轮胎侧偏现象与侧偏特性，课次16：§5-2轮胎的侧偏特性：影响侧偏特性的诸因素，有外倾角时轮胎的滚动。§5-3线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应：汽车操纵系统的简化模型对前轮角输入的响应：二自由度汽车的运动微分方程式课次17：§5-3线性二自由度汽车模型对前轮角输入的响应：汽车的稳态响应，汽车的瞬态响应。§5-4汽车操纵稳定性与悬架、转向系的关系：悬架的侧倾特性，侧倾时左右车轮垂直载荷变化对汽车转向性能的影响课次18：§5-4汽车操纵稳定性与悬架、转向系的关系：侧倾时车轮外倾角的变化对汽车转向性能的影响，运动侧偏对汽车转向性能的影响。课次19：§5-5侧偏柔度、不足转向量及气车时域响应的计算课后习题：汽车操纵稳定性习题试验3：汽车稳态转向试验课次20：第六章汽车的行驶平顺性§6-1人体对振动的反应和平顺性的评价：人体对振动的反应，汽车行驶平顺性的评价方法与主要指标，研究汽车行驶平顺性的基本方法。2课次21：§6-2路面的统计特性：路面功率谱，空间频率谱密度转化为时间频率谱密度，路面输入谱。课次22：§6-3汽车振动系统的简化，单质量系统的振动:单质量系统的自由振动，单质量系统的频率响应特性，单质量系统在路面随机激励下的响应，谱分析与方差（均方根值）的计算。课次23§6-4车身与车轮双质量系统的振动课次24§6-4车身与车轮双质量系统的振动复习课后习题：汽车行驶平顺性习题课次25：考试汽车理论汽车理论是研究汽车主要使用性能的科学，是在分析汽车运动基本规律的基础上研究汽车主要使用性能与其结构之间的内在联系，分析汽车主要使用性能的各种影响因素，从而指出正确设计汽车和合理使用汽车的基本途径。对汽车提出的使用性能的要求是多方面的，汽车理论主要研究汽车的动力性、燃油经济性、制动性、操纵稳定性、平顺性和通过性等。汽车的动力性学习目标通过本章的学习，应重点掌握汽车的动力性指标，熟练分析汽车的受力情况，深入理解汽车的行驶方程式，并熟练运用汽车的力平衡图和功率平衡图分析汽车的动力性指标。汽车的动力性是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。汽车是一种高效率的运输工具，运输效率之高低很大程度上取决于汽车的动力性。所以，动力性是汽车各种性能中最基本最重要的性能。1.1节汽车动力性指标从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽车的动力性主要有以下三个评价指标。1.1.1汽车的最高车速maxau最高车速是指在水平良好的路面(混凝土或沥青)上，汽车能达到的最高行驶车速。1.1.2汽车的加速时间t汽车的加速时间表示汽车的加速能力，它对平均行驶车速有很大影响。常用原地起步加速时间与超车加速时间来表明汽车的加速能力。原地起步加速时间，指汽车由Ⅰ档或Ⅱ档起步，并以最大的加速强度(包括选择恰当的换档时机)逐步换至最高档后，到某一预定的距离或车速所需的时间。超车加速时间，指用最高档或次高档由某一较低车速全力加速至某一高速所需的时间。由于超车时两车辆并行，容易发生安全事故，所以超车加速能力强，并行行程短，行驶就安全。一般常用0→400m或0→100km/h所需的时间来表明汽车的原地起步加速能力。对超车加速能力还没有一致的规定，采用较多的是用最高档或次高档，由某一中等车速全力加速行驶至某一高速所需的时间。轿车对加速时间尤为重视。1.1.3汽车的最大爬坡度i汽车满载时，在良好路面上的最大爬坡度，表示汽车的上坡能力。显然，汽车的最大爬坡度指Ⅰ档最大爬坡度。轿车最高车速大，加速时间短，经常在较好的道路上行驶，一般不强调它的爬坡能力；而且它的Ⅰ档加速能力大，故爬坡能力也强。货车在各种地区的各种道路上行驶，所以必须具有足够的爬坡能力。实际上，maxi代表了汽车的极限爬坡能力，它应比实际行驶中遇到的道路最大爬坡度超出很多。这是因为应考虑到在坡道上停车后，顺利起步加速、克服松软坡道路面的大阻力等要求的缘故。一般货车maxi在30%即16.7°左右，越野汽车要在坏路或无路条件下行驶，因而爬坡能力是一个很重要的指标，它的最大爬坡度可达60%即31°左右。三个指标的测定，均应在无风的条件下进行。确定汽车的动力性，就是确定汽车沿行驶方向的运动状态。因此，需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车上的各种外力，即驱动力与行驶阻力。根据这些力的平衡关系，建立汽车行驶方程式，就可以估算汽车的最高车速、加速时间和最大爬坡度。8.2节汽车的驱动力与行驶阻力确定汽车的动力性，就是确定汽车沿行驶方向的运动状况。为此需要掌握沿汽车行驶方向作用于汽车的各种外力，即驱动力与行驶阻力。根据这些力的平衡关系，建立汽车行驶方程式，就可以估算汽车的各项动力性能指标。汽车的行驶方程式为tF∑F式中tF——汽车驱动力；∑F——行驶阻力之和。1.2.1汽车的驱动力在汽车行驶中，发动机发出的有效转矩tqT，经变速器、传动轴、主减速器等后，由半轴传给驱动车轮。如果变速器传动比为gi、主减速比为0i、传动系的机械效率为T，则传到驱动轮上的转矩tT，即驱动力矩为TgtqtiiTT0如图1.1所示，此时作用于驱动轮上的转矩tT，产生对地面的圆周力0F，则地面对驱动轮的反作用力tF，即为汽车驱动力。如果驱动车轮的滚动半径为r，就有rTFtt/，因而，汽车驱动力为图1.1汽车的驱动力riiTFTgtqt0(1.1)下面将对式(1.1)中发动机转矩丁tqT、传动系机械效率T及车轮半径r等作进一步讨论，并作出汽车的驱动力图。1.2.1.1发动机的外特性发动机的功率、转矩及燃油消耗率与发动机曲轴转速的变化关系，即为发动机的速度特性。当发动机节气门全开，或高压油泵处于最大供油量位置时，此特性称为发动机的外特性，对应的关系曲线称为外特性曲线；如果节气门部分开启，则称为发动机部分负荷特性曲线。图1.2为某发动机的外特性曲线。minn为发动1.2.1.2传动系的机械效率发动机发出的功率eP，经传动系传到驱动车轮的过程中，要克服传动系各部件的摩擦而有一定的损失。若损失的功率为TP，则传到驱动轮的功率为eP-TP，传动系的机械效率T为eTeTeTPPPPP1(1.5)1.2.1.3车轮半径轮胎的尺寸及结构直接影响汽车的动力性。车轮按规定气压充好气后，处于无载时的半径，称为自由半径。在汽车重力作用下，轮胎发生径向变形。车轮中心与轮胎接地面的距离称为静力半径sr。静力半径小于其自由半径，它取决于载荷、轮胎的径向刚度，以及支承面的刚度。作用于车轮上除径向载荷外，还有转矩。车轮中心至轮胎与道路接触面切向反作用力之间的距离为动力半径。此时轮胎不仅产生径向变形，同时还产生切向变形。其切向变形取决于轮胎的切向刚度、轮胎承受的转矩及转动时的离心惯性力等。以车轮转动圈数n与车轮实际滚动距离S之间关系换算得出的车轮半径，称为车轮的运动半径(滚动半径)rr，即nSrr2(1.6)显然，对汽车作动力学分析时，应该用静力半径sr；而作运动学分析时应该用滚动半径rr。但在一般的分析中常不计它们的差别，统称为车轮半径r，即认为rrrrs1.2.1.4汽车的驱动力图在各个排档上，汽车驱动力tF与车速au之间的函数关系曲线，称为汽车驱动力图。它直观地显示变速器处于各档位时，驱动力随车速变化的规律。当已知发动机外特性曲线、传动系的传动比及机械效率、车轮半径等参数时，即可作出汽车驱动力图。具体方法如下：（1）从发动机外特性曲线上取若干(en、tqT)。（2）根据选定的不同档位传动比，按式(1)算出驱动力值。（3）根据转速en、变速器传动比gi及主减速比0i，由下式计算与所求tF对应的速度：0377.0iirnugea(1.7)（4）建立tF-au坐标，选好比例尺，对每个档位，将计算出的值(tF，au)分别描点并连成曲线，即得驱动力图。图1.3即为某五档变速器货车的驱动力图。从驱动力图中可以看出驱动力与其行驶速度的关系及不同档位驱动力的变化。驱动力图可以作为工具用来分析汽车的动力性。1.2.2汽车的行驶阻力汽车在水平道路上等速行驶时必须克服来自地面的滚动阻力fF和来自空气的空气阻力WF；当汽车在坡道上上坡行驶时，还必须克服图1.3汽车驱动力图重力沿坡道的分力，即坡度阻力iF；另外汽车加速行驶时还需要克服的阻力即加速阻力jF。因此汽车行驶的总阻力为∑FfF+wF+iF+jF(1.8)上述各种阻力中，滚动阻力和空气阻力是在任何行驶条件下均存在的。坡度阻力和加速阻力仅在一定行驶条件下存在。水平道路上等速行驶时就没有坡度阻力和加速阻力。1.2.2.1滚动阻力汽车行驶时，车轮与地面在接触区域的径向、切向和侧向均产生相互作用力，轮胎与地面亦存在相应的变形。无论是轮胎还是地面，其变形过程必然伴随着一定的能量损失。这些能量损失是使车轮转动时产生滚动阻力的根本原因。1.2.2.1.1弹性车轮在径向加载后卸载过程中形成的弹性迟滞损失当汽车车轮在水平路面上，且不受侧向力作用时，车轮与地面间将产生径向和切向的相互作用力。图1.4为轮胎在硬支承路面上受径向载荷时的变形过程及对应的曲线。图1.4轮胎径向变形曲线a)轮胎受力b)变形曲线从图1.4中可见，当弹性车轮在硬支承路面上，对其进行加载和卸载的过程中，径向载荷W与由其引起的轮胎径向变形量A之间的对应关系。加载变形曲线DCA与卸载变形曲线ADE并不重合，则可