汽车动力学试题及答案

《汽车动力学》试题一、名词解释（每题3分）1.回正力矩答：在轮胎发生侧偏时，产生作用于轮胎绕OZ轴(轮胎坐标系)的力矩，即为回正力矩。2.轮胎侧偏现象答：当车轮有侧向弹性时，即使侧向力没有达到附着极限，车轮行驶方向亦将偏离车轮平面，这就是轮胎的侧偏现象。3.同步附着系数答：对于前后制动器制动力为固定比值的汽车，车辆制动时使得车辆前后轮同时抱死的路面附着系数即为同步附着系数。（或采用β线与I线交点说明也可以，但是必须交代β线与I线的具体含义）4.旋转质量换算系数答：汽车的质量分为平移质量和旋转质量两部分。汽车加速时，不仅平移质量产生惯性力，旋转质量也要产生惯性力偶矩。为了便于计算，一般把旋转质量的惯性力偶矩转化为平移质量的惯性力，对于固定传动比的汽车，常以常数δ作为计入旋转质量惯性力偶矩后的汽车旋转质量换算系数。5.理想的制动力分配特性答：汽车制动时，前、后车轮同时抱死时前、后轮制动器制动力的分配特性。二、简答题（每题5分）1.汽车的驱动附着条件是什么？答：汽车驱动条件：tFF阻；汽车附着条件：1,21,2XZFF；上式中，tF表示驱动力，F阻表示行驶阻力，1,2XF表示作用在驱动轮上的转矩引起的地面切向反作用力，1,2ZF表示驱动轮法向反作用力（亦可以直接指定驱动轮后进行描述），为附着系数。2.汽车制动性能主要由哪几个方面评价？答：主要由以下三个方面评价：1）制动效能，及制动距离与制动减速度；2）制动效能的恒定性，即抗热衰退性能。3）制动时汽车的方向稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑以及市区专项能力的性能。3.汽车制动跑偏的原因主要有哪些？答：制动时汽车跑偏的原因有两个：1）汽车左、右车轮，特别是前轴左、右车轮（转向轮）制动器的制动力不相等。2）制动时悬架导向杆与转向系在运动学上的不协调（互相干涉）。4.汽车的稳态转向特性有几种类型？实际的汽车应具有哪种稳态转向特性，简述理由。答：汽车的稳态转向特性分为三种类型：不足转向、中性转向和过多转向。实际汽车应具有不足转向的特性，由于不足转向时汽车的转向半径增大，这有利于汽车的操纵稳定性。5.汽车转向轮摆振有哪两种类型？如何加以区分？答：汽车转向轮的摆振类型主要有两种：强迫振动类型和自激振动类型。区别二者可以从摆振自身特点加以判断：1）当车轮发生强迫振动类型的摆阵时，必然存在周期性的外界激励持续作用，如车轮不平衡。在波形路面上的陀螺力矩、悬架与转向系运动不协调等，系统的振动频率与激励频率一致，摆振明显发生在共振区域，而共振车速范围较窄；激励的存在于振动体运动无关；2）当转向轮发生自激振动形式的摆振时，系统无须有持续周期作用的激励，只要有单次性激励、系统的振动频率接近系统绕主销振动的固有频率，与车轮的转动频率等不一致，发生振动的车速范围较宽，激励力伴随振动体的运动而产生，振动体运动停止，激励力消失。6.叙述建立“二自由度汽车转向系统模型”的简化假设条件。答：“二自由度汽车转向系统模型”的简化假设条件有以下几点：1）分析过程忽略转向系统的影响，直接以前轮转角作为输入；2)忽略悬架的作用，认为汽车车厢只作平行与地面的平面运动；3）汽车沿某一方向匀速前进；4）汽车的侧向加速度限定在0.4g以下，轮胎侧偏特性处于线性范围；5）假设驱动力不大，不考虑地面切向力对轮胎侧偏特性的影响，没有空气动力作用，忽略左右车轮由于载荷的变化而引起轮胎特性的变化以及轮胎回正力矩的作用。三、计算与分析题1.已知某汽车的总质量kgm4600，75.0DC，24mA，旋转质量换算系数δ=1.35，道路坡度角5，滚动阻力系数015.0f，传动系效率85.0T，加速度2/2.0smdtdu，hkmua/30，此时克服各种阻力需要的发动机输出转矩是多少？【5分】解：由汽车行驶方程为：tfwijFFFFF02cossin21.15tqgTDaTiiCAduGfuGmrdt30.754301046009.80.015cos546009.8sin51.3546000.221.153600669.4381.18268.5212421981.14则可得发动机输出转矩：02330.8tqgTrii式中，tF为驱动力，fF为滚动阻力，wF为风阻，iF为坡道阻力，jF为加速阻力。2.试用恰当的稳态转向特性表征参数说明：（1）汽车装载后，重心后移，对汽车转向特性的影响；（2）将汽车后轮换为扁平率小的轮胎，对转向特性的影响。【10分】答：1）汽车装载后，重心后移，后轴左右侧车轮垂向载荷增大。根据第5版汽车理论P138页垂直载荷（W/N）与侧偏刚度（K）关系可知，此时汽车后轴车轮侧偏刚度2k大于前轴车轮1k。由YYYFFFkk可知，当k与YF保持不变时，k增大，则减小。故当车装载后，前后轴车轮受到相同的侧向反作用力时，应有12＞。由表征稳态响应的参数：前后轮侧偏角绝对值之差120＞，故为不足转向。但是当汽车过载时，后轮侧偏刚度反而下降，因此汽车变为过多转向。2）将其车后轮换为扁平率小的轮胎后，后轮侧偏刚度增大，同样采用前后轮侧偏角绝对值之差可知，汽车为不足转向。3.绘图并说明：制动器制动力、地面制动力和地面附着力三者之间的关系。【6分】答：oFXbFFF，，F=XbFFaPPPFmax=XbFF在制动时，若只考虑车轮的运动为滚动与抱死拖滑两种状况，当制动踏板力较小时，制动器摩擦力矩不大，地面与轮胎之间的摩擦力即地面制动力，足以克服制动器摩擦力距而使车轮滚动。显然，车轮滚动式的地面制动力就等于制动器制动力，且随着踏板力的增长成正比地增长，它的值不能超过附着力，即XbzFFF。当制动器踏板力pF或制动系液压力p上升到某一值（ap）、地面制动力XbF达到附着力F时，车轮即抱死不转而出现拖滑现象。制动系液压力app＞时，制动器制动力F由于制动器摩擦力矩的增长而仍按照直线关系继续上升。但是，若作用在车轮上的法向载荷为常数，地面制动力XbF达到附着力F的值后就不再增加。4.绘图并分析说明：制动时后轴侧滑是一种不稳定的工况。【6分】答：OCFj离心力uBBAuFY1
0FY20θ根据刚体平面运动微分方程：12++0YYjFFF，即地面侧向反力与侧向惯性力平衡；12+0YYjFaFbM,jM=zrI（式中，zI为汽车绕通过质心C垂直地面轴线的转动惯量，r为汽车的角加速度）。即地面侧向反力对质心的力矩之和与惯性力矩平衡。这时，20YF，前轮地面侧向反作用力1YF对C点的力矩增大了汽车角速度，汽车在一定条件下出现难以控制的急剧转弯。5.已知某4×2小客车前、后轮为单胎，总质量为2010kg，轴距L为3.2m，前轴荷为55%，前轮胎总的侧偏刚度为-38920N/rad，后轮胎总的侧偏刚度为-38300N/rad，试确定（1）该车的稳态转向特性是哪种性质？（2）特征（或临界）车速是多少？（3）如果该车以36km/h的速度、前轮转角为15°作定圆周等速行驶，求此时汽车的横摆角速度是多少？【10分】答：（1）由题意：(155%)L1.44ma,1.76mb，则由稳定性因数221mabKlkk，代入上述参数可得0.00150K＞，即该车具有不足转向特性；（2）临界车速：125.82m/schuK；（3）36km/h=10m/s,15°=0.262rad,则有2/1ruLKu，带入相关参数，可得0.71/rrads。6.说明：ABS系统的目的和主要组成装置；简述电子控制防抱装置的调节控制过程。【8分】答:ABS系统目的：在汽车制动时，避免车轮抱死，使汽车在制动状态下仍能转向，保证汽车的制动方向的稳定性，防止产生侧滑和跑偏。主要组成装置：传感器、电子控制装置和执行器。电子控制防抱装置的调节控制过程：在常见的ABS系统中，每个车轮上安装一个转速传感器，将有关车轮转速的信号输入电子控制装置。电子控制装置根据各车轮转速传感器输入的信号对各个车轮的运动状态进行检测和判定，并形成相应的控制指令。制动压力调节装置主要由调压电磁阀组成，电动泵组成和储液器等组成一个独立的整体，通过制动管路与制动主缸和各制动轮缸相连。制动压力调节装置受电子控制装置的控制，对各制动轮缸的制动压力进行调节。7.建立路面不平输入下车身单质量系统振动模型，列写微分方程，给出车身垂直振动位移频响函数。【10分】mzqKc车身垂直位移坐标z的原点取在静力平衡位置，根据牛顿第二定律，得到描述系统运动的微分方程为0mzCzqKzq(1)由输出、输入谐量复振幅z与q的比值或z(t)与q(t)的傅里叶变换z(w)与q(w)的比值，可以求出系统的频率响应函数，记为ZHjwQzq将微分方程(1)进行傅里叶变换并将复振幅2100;jjzeqezq带入，即令2,,,,zqzjzqjqzzzq，得复数方程2zmjCKqjCK所以，2KjCHjwmKjCzq令频率比00()Km和阻尼比/2CKm有221212Hjjjw