汽车理论复习题

发动机转速与汽车行驶速度之间的关系式为 ua＝0.377rn/( ig i0)

式中，ua为汽车行驶速度（km／h）；n为发动机转速（r／min）；r为车轮半径（m）；ig为变速器传动比；i0为主减速器传动比。

2、（P18）为了清晰而形象地表明汽车行驶时的受力情况及其平衡关系，一般是将汽车行驶方程式用图解法来进行分析的。就是说在图⒈8所示汽车驱动力图上把汽车行驶中经常遇到的滚动阻力和空气阻力也算出并画上，作出汽车驱动力-行驶阻力平衡图，并以它来确定汽车的动力性。

在图上可以看出，Ft5与Ff+Fw曲线的交点就是最高车速，此时驱动力和形式阻力相等，汽车处于稳定平衡状态。

当车速低于最高车速时，驱动力大于行驶阻力。这样，汽车就可以利用剩余的驱动力加速或爬坡。剩余驱动力最大的点处，就是爬坡度最大的点。

44、（思考）如何选择汽车发动机功率？

（P30）汽车行驶时，不仅驱动力和行驶阻力互相平衡，发动机功率和汽车行驶的阻力功

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率也总是平衡的。就是说，在汽车行驶的每一瞬间，发动机发出的功率始终等于机械传动损失功率与全部运动阻力所消耗的功率。

汽车功率平衡方程式（式中功率单位为kW）

以纵坐标表示功率，横坐标表示车速，将发动机功率Pe、汽车经常遇到的阻力功率1/ηT

（Pf＋Pw）对车速的关系曲线绘在坐标图上，即得汽车功率平衡图。

（1）在不同挡位时，功率的大小不变，只是各挡发动机功率曲线所对应的车速位置不同，且低挡时车速低，所占速度变化区域窄；高挡时车速高，所占变化区域宽。

（2）阻力功率曲线（Pf＋Pw）/ηT－ua是一条斜率越来越大的曲线。高速行驶时，汽车主要克服空气阻力功率。

（3）该轿车的V挡是经济档位，其发动机最大功率相对应的车速up大于uamax，所以用该挡行驶时发动机负荷率高，燃油消耗量低。

45、（P31）Pe－（Pf＋Pw）/ηT称为汽车的后备功率。汽车的后备功率越大，汽车的动力性越好。

46、（P32）无级变速器与汽车动力性的关系。

当变速器挡数无限增多，即采用无级变速器，且设无级变速器的机械效率等于分级式变速器时，活塞式内燃机就可能总是在最大功率Pemax下工作，汽车的驱动功率总等于ηT Pemax，即具有与等功率发动机汽车同样的动力性。

要使发动机在任何车速下都能发出最大功率，无级变速器的传动比应随车速按下式规律变化

ig＝0．377rnp/(uai0) 式中，np为发动机发出最大功率时的转速（r／min）。

汽车活塞式内燃机配备高传动效率的无级变速器后，克服了发劫机特性曲线的缺陷，使汽车具有与等功率发动机一样的驱动功率，充分发挥了活塞式内燃吨的功率，大大地改善了汽车的动力性。

只有当无级变速器的传动效率高到与一般齿轮变速器接近，且按照要求的传动比变化规

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律变换传动比时，才能达到以上要求。若不符合这些条件，装有无级变运器的汽车可能反而会降低汽车的动力性。

汽车上用得最多的无级传动是动液传动，即液力变矩器。 由于变矩器的转矩变化范围较小，一般都同三挡或四挡自动机械变速器串联使用。采用液力变矩器并不着眼于改善汽车在良好路面上的动力性，而是操作简便，起步、换挡平顺，且发动机不易熄火。

47、（P34）在节气门全开时，液力变矩器的输出转矩TT与输出转速的关系曲线称为液力变矩器的输出特性。根据此输出特性可以确定汽车的动力性。

思考题：

（1）试说明轮胎滚动阻力的定义、产生机理和作用形式？ （2）滚动阻力系数与哪些因素有关？

（3）空车、满栽时汽车动力性有无变化？为什么？ （4）如何选择汽车发动机功率？（P74） （5）如何应用有关公式进行计算？

第二章 汽车的燃油经济性

1、（P40）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，称作汽车的燃油经济性。

2、（P40）发动机的燃油消耗率与排放污染是有密切关系的，只能在保证排放达到有关法规要求的前提下来降低发动机的燃油消耗率，提高汽车的燃油经济性。

3、（P40）汽车的燃油经济性常用一定运行工况下汽车行驶百公里的燃油消耗量或一定燃油量能使汽车行驶的里程来衡量。在我国及欧洲，燃油经济性指标的单位为L／100km，即行驶100km所消耗的燃油升数。其数值越大，汽车燃油经济性越差。

4、（P40）等速行驶百公里燃油消耗量是常用的一种评价指标，指汽车在一定载荷（我国标准规定轿车为半载、货车为满载）下，以最高挡在水平良好路面上等速行驶100km的燃油消耗量。

5、（P40）等速百公里燃油消耗量曲线是指等速行驶百公里燃油消耗量与速度的关系曲线。用它来评价汽车的燃油经济性。

6、（P40）等速行驶工况并没有全面反映汽车的下实际运行情况，特别是在市区行驶中频繁出现的加速、减速、怠速停车等行驶工况。因此，在对实际行驶车辆进行跟踪测试统计的基础上，各国都制定了一些典型的循环行驶试验工况来模拟实际汽车运行状况，并以其百公里燃油消耗量（或MPG）来评定相应行驶工况的燃油经济性。

7、（P42）我国控制乘用车燃料消耗量的第一个强制性国家标准《乘用车燃料消耗量限值》，于2004年9月2日经国家质检总局和国家标准委员会批准发布，2005年7月1日正式实施。对于新开发车型，从2005年7月1日开始执行第一阶段限值要求，第二阶段的执行日期为2008年1月1日。对于在生产车型，从2006年7月1日开始执行第一阶段限值要求，第二阶段的执行日期为2009年1月1日，比新开发车型推迟1年实施。

具体测量方法按照GB／T19233－2003《轻型汽车燃料消耗量试验方法》进行。试验在专用的底盘测功器上进行，用专用仪器测出排气中以克每千米（g/km）计的CO2、CO及HC的排放量。用碳平衡法便可求得燃油消耗量。

碳平衡法依据的基本原理是质量守恒定律——汽（柴）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。与直接测量汽车燃油消耗量的方法相比，这种间接的碳平衡法具有大体上一样的精度和相当高的试验稳定性。

8、（P45）在汽车设计与开发工作中，常需要根据发动机台架试验得到的万有特性图与汽车功率平衡图，对汽车燃油经济性进行估算。

9、（P46）燃油经济性循环行驶试验工况包括：等速行驶、加速、减速和怠速停车等行驶

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工况。

10、（P46）在万有特性图上有等燃油消耗率曲线。根据这些曲线，可以确定发动机在一定转速n、发出一定功率Pe时的燃油消耗率b。

11、（P46）汽车在水平路面上等速行驶时，为克服滚动阻力与空气阻力，发动机应提供的功率为(Pf＋PW)/ηT。

12、（P46）根据等速行驶车速ua及阻力功率P，在万有特性图上（利用插值法）可确定相应的燃油消耗率b，从而计算出汽车等速行驶等速百公里燃油消耗量（L／100km）为

式中， b为燃油消耗率［g /kw. h）；ρ为燃油的密度（kg／L）；g为重力加速度（m／s2），阻力功率P＝(Pf＋PW)/ηT。

13、（P46）在汽车加速行驶时，发动机还要提供为克服加速阻力所消耗的功率。若加速度为du／dt (m/s2），则发动机提供的功率P（kw）应为

P＝(Pf＋PW＋Pj)/ηT

加速区段内汽车行驶的距离（m）为

14、（P48）减速工况燃油消耗量等于减速行驶时间与怠速油耗的乘积。 （1）减速时间（s）为

（2）减速过程燃油消耗量（mL）为

式中，Qi为怠速燃油消耗率（mL／s）。 （3）减速区段内汽车行驶的距离（m）为

15、（P48）怠速停车时的燃油消耗量

16、（P49）对于由等速、等加速、等减速、怠速停车等行驶工况组成的循环，其整个试验循环的百公里燃油消耗量（L／100km）为

式中，∑Q为所有过程油耗量之和（mL）；s为整个循环的行驶距离（m）。 17、（P49）汽车等速百公里燃油消耗量为

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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。

18、（P49）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。

19、（P50）影响汽车燃油经济性的因素：（从使用与汽车结构两个方面讨论） 1）使用方面 （1）行驶车速

b曲线中间低两端高。 （2）档位选择

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，百公里燃油消耗量就越大，而使用高挡时的情况则相反。

（3）挂车的应用

拖带挂车后节省燃油的原因有两个：一是带挂车后阻力增加，发动机的负荷率增加，使燃油消耗率b下降；另一个原因是汽车列车的质量利用系数（即装载质景与整车整备质量之比）较大。

（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行驶阻力，所以对百公里油耗有相当影响。

2）汽车结构方面

在汽车结构方面，可以通过下述途径来改善燃油经济性。 （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，行驶中负荷率氏也是原因之。

为了减轻质量，轿车选用材料中的铝与复合材料的比例日益增加。 （2）发动机

发动机中的热损失与机械损耗占燃油化学能中的65%左右。显然，发动机是对汽车燃油经济性最有影响的部件。目前看来提高发动机经济性的主要途径为：

a.提高现有汽油发动机的热效率与机械效率。

b.扩大柴油发动机的应用范围（1996年西欧柴油轿车的市场份额已达21．5％）。 c.增压化（目前常提供选用的增压汽油机，采用增压的柴油机已很普遍）。

d.广泛采用电子计算机控制技术（如电控汽油喷射系统、柴油机的高压共轨系统、可变进气流量控制和可变配气相位控制等）。

（3）传动系

传动系的挡位增多后，增加了选用合适挡位使发动机处于经济工作状况的机会，有利于提高燃油经济性。

挡数无限的无级变速器，在任何条件下都提供了使发动机在最经济工况下工作的可能性。若无级变速器始终能维持较高的机械效率，则汽车的燃油经济性将显著提高。

（4）汽车外形与轮胎

降低CD值是节约燃油的有效途径。 滚动阻力对油耗的影响。

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汽车对轮胎提出各种要求，如强度、耐磨性、耐久性及要求它保证动力、经济等各种使用性能。现在公认子午线轮胎的综合性能最好。

20、（P56）对装有液力传动装置的汽车，其燃油经济性的计算与普通变速器的汽车有些不同。除要知道发动机的特性外，还要知道有关液力传动装置的特性，即泵轮的转矩曲线和无因次特性。且发动机的节流特性常用 Ttq＝ƒ（n，a）及Qt＝ƒ（n，a）的形式表示。

泵轮的转矩曲线： Tp＝ƒ（np） 涡轮的转矩曲线： T t＝ƒ（n t）

变矩比K： 车速与转速：

汽车在不同道路阻力系数ψ下等速行驶时，克服行驶阻力所需的涡轮转矩Tc与行驶速度ua的关系为

Tc与T t的交点决定了汽车在一定道路阻力系数（例如ψl）下的汽车行驶速度与发动机节气门位置，并由所得速度在n p＝ƒ（n t）曲线上确定n p（即n）。于是，相应的小时燃油消耗量Qt即可由图⒉17b的Qt＝ƒ（n，a）曲线求出。而百公里燃油消耗量Qs（L／100km），可按下式求得

这样，汽车的百公里燃油消耗量曲线Qs-ua便可求出。

思考题： （1）“车开得慢，油门踩得小，就一定省油”，或者“只要发动机省油，汽车就一定省油”这两种说法对不对？

（2）试述无级变速器与汽车动力性、燃油经济性的关系。 （3）如何从改进汽车底盘设计方面来提高燃油经济性？

（4）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？ （5）试分析超速挡对汽车动力性和燃油经济性的影响。 （6）轮胎对汽车动力性、燃油经济性有些什么影响？ （7）为什么公共汽车起步后，驾驶员很快换入高挡？

（8）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挡时机是什么？二者是否相同？

第三章 汽车动力装置参数的选定

1、（P74）汽车动力装置参数系指发动机的功率、传动系的传动比。它们对汽车的动力性与燃油经济性有很大影响。

2、如何选择汽车发动机功率？

（P74）设计中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。最高车速虽然仅是动力性中的一个指标，但它实质上也反映了汽车的加速能力与爬坡能力。这是因为最高车速越高，要求的发动机功率越大，汽车后备功率大，加速与爬坡能力必然较好。

若给出了期望的最高车速，选择的发动机功率应大体等于，但不小于以最高车速行驶时

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行驶阻力功率之和，即

CDA31GfPuu eamaxamaxt360076140

在实际工作中，还利用现有汽车统计数据初步估计汽车比功率来确定发动机应有功率。汽车比功率是单位汽车总质量具有的发动机功率，比功率的常用单位为kW／t。

3、（P74）各种货车的ƒ、ηT及CD值大致相等且最高车速亦相差不多，但总质量变化范围很大。不同货车的比功率将随其总质量的增大而逐步减少，但大于单位质量应克服的滚动阻力功率。

货车的比功率是随其总质量的增大而逐步变小，一般货车的比功率约为10kw／t。小于2～3t的轻型货车常是轿车或微型旅行车的变型车，动力性能很好，比功率很大。重型货车、汽车列车的最高速度低，比功率较小。

4、（P76）货车可以根据同样总质量与同样类型车辆的比功率统计数据，初步选择发动机功率。

我国有关大客车的标准明确规定了最高车速与功率的数值，可以作为初步确定发动机功率的依据。

轿车行驶车速高，且不同轿车动力性能相差可以很大，其最高车速在125～300km／h之间。设计中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。

5、（P77）汽车大多数时间是以最高挡行驶的，即用最小传动比的挡位行驶。因此，最小传动比的选定是很重要的。

6、（P77）传动系的总传动比是传动系中各部件传动比的乘积，即 it=ig.i0.ic

式中，ig为变速器的传动比；i0为主减速器的传动比；ic为分动器或副变速器的传动比。 7、（P77）最小传动比应为变速器最高挡传动比与主传动比的乘积。 8、（P77）讨论变速器最小传动比为1时的汽车最小传动比，即主减速器传动比i0的选择。 （1）先分析uamax 由图知 （交点处） 1Pemax2PfPw

t

uamax2＝up2

uamax1up1amax3p3uuuamax1、uamax3uamax2

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ί0选择到汽车的最高车速相当于发动机最大功率时的车速时，最高车速是最大的。 （2）再分析后备功率

i01 < i02 ，若选i01，其后备功率较小，动力性较差，但经济性Qs较好； i03 > i02 ，若选i03，其后备功率较大，动力性较好，但经济性Qs较差； 过去，若不强调 Qs ，则 i0 应使 uamax＝up 或 up 稍小于uamax；（即选i02或i03） 现在，强调 Qs，则 i0 应使 up 稍大于 uamax，出现减小 i0 的趋势。 （即选i01） 9、（P78）最小传动比还受到驾驶性能的限制。

驾驶性能是包括平稳性在内的加速性，系指动力装置的转矩响应、噪声和振动。它只能由驾驶员通过主观评价来确定。影响驾驶性能的因素有：发动机的排量、气缸的数目、最小传动比或最高挡时发动机转速与行驶车速的比值n/ua以及传动系的刚度等。

最小传动比过大，燃油经济性差，发动机高速运转噪声大。 10、（P79）确定最大传动比时，要考虑三方面的问题：最大爬坡度、附着率及汽车最低稳定车速。

就普通汽车而言，传动系最大传动比ίtmax是变速器Ⅰ挡传动比ίg1与主减速器传动比ί0的乘积。当ί0已知时，确定传动系最大传动比也就是确定变速器Ⅰ挡传动比。

Gfcosmaxsinmaxr ig1Ttqmaxi0t

若最低稳定车速为uamin，则传动系最大传动比应为

nminrr itmax0.377uamin

轿车也应具有爬上30％坡道的能力。实际上轿车的最大传动比是根据其加速能力来确定的。可参考同一等级的轿车选择最大传动比。

最大传动比确定后，还应计算驱动轮的附着率，检查附着条件是否满足上坡或加速的要求。必要时，只能从汽车总体布置和结构着手，改善汽车的附着能力。

11、（P79）不同类型的汽车具有不同的传动系挡位数。其原因在于它们的使用条件不同，对整车性能要求不同，汽车本身的功率不同。而传动系的挡位数与汽车的动力性、燃油经济性有着密切的关系。

就动力性而言，挡位数多，增加了发动机发挥最大功率附近高功率的机会，提高了汽车的加速与爬坡能力。就燃油经济性而言，挡位数多，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。所以增加挡位数会改善汽车的动力性和燃油经济性。

挡数多少还影响到挡与挡之间的传动比比值。比值过大会造成换挡困难。一般认为比值不宜大于1．7～1．8。因此，如最大传动比与最小传动比之比值越大，挡位数也应越多。

轿车的行驶车速高，比功率大，最高挡的后备功率也大，即相对而言最高挡的驱动力与Ⅰ挡驱动力间的范围小，即ίtmax／iamin小。

轻型货车和中型货车比功率小，所以一般采用5挡变速器。 越野汽车遇到的使用条件最复杂，还要经常牵引火炮或挂车，所以ίtmax／iamin的比值很大，其传动系的挡位数较同吨位的普通货车常多一倍左右。

12、（P80）实际上，汽车传动系各挡的传动比大体上是按等比级数分配的。 一般汽车各挡传动比大致符合如下关系

式中，q为常数，也就是各挡之间的公比。因此，各挡的传动比为

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若为5挡变速器，且ίg5＝1，则各挡传动比与q便有如下关系 或

所以各挡传动比与Ⅰ挡传动比的关系为

13、（P80）用等比级数的办法来分配变速器各挡传动比有什么好处。

若每次发动机都是提高到转速n2换挡，只要发动机都降到同一低转速n1，离合器就能无冲击地接合。就是说，换挡过程中，发动机总在同一转速范围n1～n2内工作。这样，驾驶员在起步加速时操作就方便得多了。

按等比级数分配传动比的主要目的还在于充分利用发动机提供的功率，提高汽车的动力性。

当汽车需要大功率（如全力加速或上坡）时，若排挡选择恰当，具有按等比级数分配传动比的变速器，能使发动机经常在接近外特性最大功率Pemax处的大功率范围内运转，从而增加了汽车的后备功率，提高了汽车的加速或上坡能力。

按等比级数分配传动比的（主）变速器，还便于和副变速器结合构成更多挡位的变速器。

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如一具有5挡位的主变速器，各挡间的公比为q，其传动比序列为1、q、q、q、q。若结合一后置两挡副（减速）变速器，其传动比为1、q，便可构成一具有10挡位的变速器，各挡间的公比为q，其传动比序列为1、q 、q2、q3、q4、q5、q6、q7、q8、q9。

14、（P83）实际上，对于挡位较少（如此5挡位以下）的主变速器，各挡传动比之间的比值常常并不正好相等，即并不是正好接等比级数来分配传动比的。

这主要是考虑到各挡利用率差别很大的缘故。汽车主要是用较高挡位行驶的，例如中型货车5挡变速器中的1、2、3三个挡位的总利率仅为10％～15％，所以较高挡位相邻两挡间的传动比的间隔应小些，特别是最高挡与次高挡之间更应小些。因此，实际上各挡传动比常按下面的关系分布

15、（P84）利用燃油经济性—加速时间曲线确定动力装置参数

初步选择参数之后，可拟定供选用参数数值的范围。进一步具体分析、计算不同参数匹配下汽车的燃油经济性与动力性，然后综合考虑各方面因素．最终确定动力装置的参数。通常以循环工况油耗Q（L／100km）代表燃油经济性，以原地起步加速时间代表动力性，作出不同参数匹配下的燃油经济性一加速时间曲线，并根据此曲线确定动力装置参数。

（1）主减速器传动比的确定

在动力装置其他参数不变的条件下。若要选定最佳主减速器传动比，可根据燃油经济性与动力性的计算，绘制不同ί0时的燃油经济性一加速时间曲线。

若选定适中的ί0值作为主减器传动比，则能兼汽车的燃油经济性与动力性。若以动力性为主要目标，则可选用较大的ί0值；若以燃油经济性为主要目标，可选较小的ί0值。

燃油经济性一加速时间曲线通常大体上呈C形。所以有称之为C曲线的。 （2）变速器与主减速器传动比的确定

在不改变发动机的条件下，可利用C曲线从数种变速器中选一合适的变速器和一合适的主减速器传动比。

“最佳燃油经济性一动力性曲线”： 数条C曲线的包络线。它表示数种挡变速器与不同传动比主减速器匹配时，在一定加速时间的要求下燃油经济性的极限值。

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（3）发动机、变速器与主减速器传动比的确定

考虑不同排量发动机、不同变速器与不同主减速器传动比的动力装置参数确定。 先选择发动机，然后利用发动机的C曲线确定最佳主减速器传动比。

为了便于进行不同变速器的选定，还画出一条数种不同排量发动机C曲线的包络线，也称作“最佳燃油经济性和动力性曲线”。它表明该轿车装用一种变速器、装用不同排量发动机与匹配不同主减速器传动比时，一定加速时间的动力性要求下所能达到的燃油经济性的极限值。

上述用燃油经济性一加速时间曲线来确定动力装置参数的方法，是一种经常采用的方法。

思考题：

（1）讨论不同ί0值对汽车性能的影响和采用不同变速器对汽车性能的影响。

第四章 汽车的制动性

1、（P89）汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下长坡时能维持一定车速的能力，称为汽车的制动性。

2、（P89）汽车的制动性主要由下列三方面来评价： 1）制动效能，即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、侧滑以及失去转向能力的性能。

3、（P89）制动效能是指在良好路面上，汽车以一定初速制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度。它是制动性能最基本的评价指标。汽车高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度，称为抗热衰退性能。

4、（P89）制动时汽车的方向稳定性，常用制动时汽车按给定路径行驶的能力来评价。若制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力，则汽车将偏离原来的路径。

5、（P89）地面制动力越大，制动减速度越大，制动距离也越短，所以地面制动力对汽车制动性具有决定性影响。

6、（P90）影响汽车地面制动力的主要因素。

地面制动力是使汽车制动而减速行驶的外力，但是地面制动力取决于两个摩擦副的摩擦力：一个是制动器内制动摩擦片与制动鼓或制动盘问的摩擦力，一个是轮胎与地面间的摩擦力——附着力。 （Fxb＝Tμ/r）

7、（P90）制动器制动力仅由制动器结构参数所决定，即取决于制动器的形式、结构尺寸、制动器摩擦副的摩擦因数以及车轮半径，并与制动踏板力，即制动系的液压或空气压力成正比。 （Fμ＝Tμ/r）

8、（P91）汽车的地面制动力首先取决于制动器制动力，但同时又受地面附着条件的限制，所以只有汽车具有足够的制动器制动力，同时地面又能提供高的附着力时，才能获得足够的地面制动力。（Fxb≤Fφ＝Fzφ）

9、（P92）随着制动强度的增加，车轮滚动成分越来越少，而滑动成分越来越多。一般用滑动率s来说明这个过程中滑动成分的多少。滑动率越大、滑动成分越多。

10、（P92）地面制动力与垂直载荷之比称为制动力系数φb，则在不同滑动率时，φb的数值不同。制动力系数的最大值称为峰值附着系数φp，一般出现在s＝15％～20％。s＝100％

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的制动力系数称为滑动附着系数φs。滑动率大于零的原因是轮胎的滚动半径变大。滚动半径rr随地面制动力的加大而加大。

11、（P93）侧向力系数为侧向力与垂直载荷之比。曲线表明，滑动率越低，同一侧偏角条件下的侧向力系数φl越大，即轮胎保持转向、防止侧滑的能力越大。所以，制动时若能使滑动率保持在较低值，便可获得较大的制动力系数与较高的侧向力系数。这样，制动性能最好，侧向稳定性也很好。

12、（P93）附着系数的数值主要决定于道路的材料、路面的状况与轮胎结构、胎面花纹、材料以及汽车运动的速度等因素。

13、（P95）高速行驶的汽车经过有积水层的路面，在某一车速下，在胎面下的动水压力的升力等于垂直载荷时，轮胎将完全漂浮在水膜上面而与路面毫不接触。这就是滑水现象。估算滑水车速（单位为km／h）

式中，Pi为轮胎充气气压（kPa）。

14、（P96）汽车的制动效能是指汽车迅速降低车速直至停车的能力。评定制动效能的指标是制动距离和制动减速度。

15、（P97）制动距离是指汽车速度为uo时，从驾驶员开始操纵制动控制装置（制动踏板）到汽车完全停住为止所驶过的距离。制动距离与制动踏板力、路面附着条件、车辆载荷、发动机是否结合等许多因素有关。

16、（P97）制动减速度是制动时车速对时间的导数，即du/dt它反映了地面制动力的大小，因此与制动器制动力（车轮滚动时）及附着力（车轮抱死拖滑时）有关。

17、（P98）从制动的全过程来看，总共包括驾驶员见到信号后作出行动反应、制动器起作用、持续制动和放松制动器四个阶段。

一般所指制动距离是开始踩着制动踏板到完全停车的距离。它包括制动器起作用和持续制动两个阶段中汽车驶过的距离。

18、（P99）决定汽车制动距离的主要因素是：制动器起作用时间、最大制动减速度即附着力（或最大制动器制动力）以及起始制动车速。附着力（或制动器制动力）越大、起始制动车速越低，制动距离越短。

改进制动器结构，减少制动器起作用时间，是缩短制动距离的一项有效措施。 19、（P100）制动器温度上升后，摩擦力矩常会有显著下降，这种现象称为制动器的热衰退。热衰退是目前制动器不可避免的现象，只是程度上有所差别。制动效能的恒定性主要指的是抗热衰退性能。

制动器抗热衰退性能一般用一系列连续制动时制动效能的保持程度来衡量。 抗热衰退性能与制动器摩擦副材料及制动器结构有关。

摩擦因数的微小改变，能引起制动效能大幅度变化，即制动器的稳定性差。 20、（P102）一般称汽车在制动过程中维持直线行驶或按预定弯道行驶的能力为制动时汽车的方向稳定性。

制动时汽车自动向左或向右偏驶称为“制动跑偏”。侧滑是指制动时汽车的某一轴或两轴发生横向移动。最危险的情况是在高速制动时发生后轴侧滑，此时汽车常发生不规则的急剧回转运动而失去控制。跑偏与侧滑是有联系的，严重的跑偏有时会引起后轴侧滑，易于发生侧滑的汽车也有加剧跑偏的趋势。

前轮失去转向能力，是指弯道制动时汽车不再按原来的弯道行驶而沿弯道切线方向驶出。失去转向能力和后轴侧滑也是有联系的，一般如果汽车后轴不会侧滑，前轮就可能失去转向

11

能力；后轴侧滑，前轮常仍有转向能力。

制动跑偏、侧滑与前轮失去转向能力是造成交通事故的重要原因。 21、（P102）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。 （原因是制造、调整误差造成的）

2）制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上的不协调（互相干涉）。 （原因是设计造成的。）

左、右车轮制动力之差用不相等度表示， 即

我国GB 7258一2004规定，前轴的不相等度不应大于20％，后轴的不应大于24％。 制动跑偏随着不相等度的增加而增大；当后轮抱死时，跑偏的程度会加大。 22、（P105）制动时发生侧滑，特别是后轴侧滑，将引起汽车剧烈的回转运动，严重时可使汽车调头。制动时若后轴车轮比前轴车轮先抱死拖滑，就可能发生后轴侧滑。若能使前、后轴车轮同时抱死或前轴车轮先把死，后轴车轮再抱死或不抱死，则能防止后轴侧滑。不过前轴车轮抱死后将失去转向能力。

1）制动过程中，若是只有前轮抱死或前轮先把死拖滑，汽车基本上沿直线向前行驶（减速停车）；汽车处于稳定状态，但丧失转向能力。

2）若后轮比前轮提前一定时间先抱死拖滑，且车速超过某一数值时．汽车在轻微的侧向力作用下就会发生面越滑、制动距离和制动时间越长，后轴侧滑越剧烈。

后轴侧滑是一种不稳定的、危险的工况。

只有后轮抱死或后轮提前抱死，在一定车速条件下，后轴才将发生侧滑。

只有前轮抱死或前轮先抱死时，因为侧向力系数为零，不能产生任何地面侧向反作用力，汽车无去按原弯道行驶而沿切线方向驶出，即失去了转向能力。

因此，从保证汽车方向稳定性的角度出发，首先不能出现只有后轴车轮抱死或后轴车轮比前轴车轮先抱死的情况，以防止危险的后轴侧滑；其次，尽量少出现只有前轴车轮抱死或前、后车轮都抱死的情况，以维持汽车的转向能力。最理想的情况就是防止任何车轮抱死，前、后车轮都处于滚动状态，这样就可以确保制动时的方向稳定性。

23、（P108）对于一般汽车而言，根据其前、后轴制动器制动力的分配、载荷情况及道路附着系数和坡度等因素，当制动器制动力足够时，制动过程可能出现如下三种情况，即：

1）前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑。（稳定工况） 2）后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑。（不稳定工况） 3）前、后轮同时拖死拖滑。（较好工况）

所以，前、后制动器制动力分配的比例将影响汽车制动时的方向稳定性和附着条件程度，是设计汽车制动系必须妥善处理的问题。

24、（P109）当制动强度或附着系数改变时，前、后轮法向反作用力的变化是很大的。 25、（P109）制动时前、后车轮同时抱死，对附着条件的利用、制动时汽车的方向稳定性均较为有利。此时的前、后轮制动器制动力Fµl和Fµ2的关系曲线，常称为理想的前、后轮制动器制动力分配曲线。

在任何附着系数φ的路面上，前、后轮同时抱死的条件是：前、后轮制动器制动力之和等于附着力，并且前、后轮制动器制动力分别等于各自的附着力，即

F1F2G

F1Fz1

 F2Fz2 12

F2

由式（4-10）画成的曲线，即为前、后车轮同时抱死时前、后轮制动器制动力的关系曲线——理想的前、后轮制动器制动力分配曲线，简称I曲线。

一般可用作图法直接求得I曲线。只要给出汽车的总质量（或汽车的重力）、汽车的质心位置（a、b和hg），就能作出I曲线。

26、（P110）I曲线是踏板力增长到前、后车轮同时抱死拖滑时的前、后制动器制动力分配曲线。I曲线也是前、后轮都抱死后的Fφl和Fφ2的关系曲线。（Fµl＝Fxbl＝Fφl，Fµ2＝Fxb2＝Fφ2）

27、（P110）前制动器制动力与汽车总制动器制动力之比称为制动器制动力分配系数，并以符号β表示，即

β＝Fµl/Fµ

Fµl/Fµ2＝β/（1一β）

Fµ2＝B（Fµ1）

这条直线称为实际前、后制动器制动力分配线，简称β线。 28、（P111）β线与I曲线交点处的附着系数为同步附着系数，所对应的制动减速度称为临界减速度。同步附着系数是由汽车结构参数决定的、反映汽车制动性能的一个参数。

同步附着系数说明，前、后制动器制动力为固定比值的汽车，只有在一种附着系数，即同步附着系数路面上制动时才能使前、后车轮同时抱死。

1G2hgb24hgLGF1Gb2F1hg（4-10）

29、（P111）利用β线与I曲线的配合，就可以分析前、后制动器制动力具有固定比值的汽车在各种路面上的制动情况。

ƒ线组是后轮没有抱死，在各种φ值路面上前轮抱死时的前、后地面制动力关系曲线；

当Fxb2＝0时，Fxb1＝φGb/(L－φhg)。利用此式可求出在不同φ值时相应的Fxb1值。

r线组是前轮没有抱死而后轮抱死时的前、后地面制动力关系曲线。

当Fxb1＝0时，Fxb2＝φGa/(L十φhg)。由此，可求出不同φ值时对应的Fxb2值。

对于同一φ值下ƒ线组与r线组的交点是前、后车轮都（包含同时）抱死的点，即为I曲线。

当φ＜φ0时，β线位于I曲线下方，制动时总是前轮先抱死。前轮先抱死虽是一种稳定工况，但丧失转向能力。

当φ＞φ0时，β线位于I曲线上方，制动时总是后轮先抱死，因而容易发生后轴侧滑使汽车失去方向稳定性。

当φ＝φ0时，在制动时汽车的前、后轮将同时抱死，此时的减速度为φ0g，也是一种稳定工况，但也失去转向能力。

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30、（P114）只有在φ＝φ0的路面上，地面的附着条件才得到较好的利用。而在φ＜φ0或φ＞φ0的路面上，出现前轮或后轮提前抱死情况时，地面附着条件均未得到较好的利用。

汽车以一定减速度制动时，除去制动强度z＝φ0以外，不发生车轮抱死所要求的（最小）路面附着系数总大于其制动强度。

利用附着系数 φi＝Fxbi/ Fzi

（P115）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。

通常以利用附着系数与制动强度的关系曲线来描述汽车制动力分配的合理性。最理想的情况是利用附着系数总是等于制动强度（φ＝z）。

前轴的利用附着系数φf

后轴的利用附着系数φr

在φ＜φ0的路面上，前轮提前抱死；在φ＞φ0的路面上，后轮提前抱死。 空车时φ r全在45°对角线上面，汽车总是出现后轮先抱死的工况，φ r曲线就是汽车的利用附着系数曲线，而且此时利用附着系数远远大于制动强度，汽车的制动力分配是不合理的。

31、制动效率定义为车轮不锁死的最大制动减速度与车轮和地面间附着系数的比值。也就是车轮将要抱死时的制动强度与被利用的附着系数之比。

前轴的制动效率为

后轴的制动效率为

32、对前、后制动器制动力分配的要求

（P116）为了防止后轴抱死发生危险的侧滑，汽车制动系的实际前后制动力分配线（β线）应总是在理想的制动力分配线（I曲线）下方；为了减少制动时前轮抱死而失去转向能力的机会，提高附着效率，β线应越靠近I曲线越好。

若按利用附着系数曲线图来考虑，为了防止后轮抱死并提高制动效率，前轴利用附着系数曲线应总在45°对角线上方，即总在后轴利用附着系数曲线的上方，同时还应靠近图中的对角线（φ＝z）。

33、（P116）ECE制动法规

(以轿车和最大总质量大于3．5t的货车为例)法规规定：

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对于φ＝0．2～0．8之间的各种车辆，要求制动强度 z≥0．1十0．85（φ一0．2）

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g＝0．15～0．3之间，每根轴的利用附着系数曲线位于φ＝z±0．08两条平行于理想的附着系数直线的平行线之间；而制动强度g≥0．3时，后轴的利用附着系数满足关系式z≥0．3＋0．74（φ一0．38），则认为也满足了法规的要求。

对于轿车而言，制动强度在0．3～0．4之间，后轴利用附着系数曲线不超过直线φ＝z十0．05的条件下，允许后轴利用附着系数曲线在前轴利用附着系数曲线的上方。

34、（P117）具有变化值的前、后制动器制动力的分配特性

对于具有固定比值的前、后制动器制动力的制动系特性，其实际制动力分配曲线与理想的制动力分配曲线相差很大，制动效率低，前轮可能因抱死而丧失转向能力，后轮也可能抱死而使汽车有发生后轴侧滑的危险。因此，现代汽车均装有比例阀或载荷比例阀等制动力调节装置，可根据制动强度、载荷等因素来改变前、后制动器制动力的比值，使之接近于理想制动力分配曲线，满足制动法规的要求。

其制动力分配曲线的设计仍然考虑的是兼顾制动稳定性和最短制动距离但优先稳定性的原则。

35、（P120）制动防抱死装置（ABS）：是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纵能力，缩短制动距离的安全装置。

ASR：是在驱动过程中防止驱动车轮发生滑转的控制系统，又称为牵引力控制系统（TCS）。 防滑控制系统：ABS＋ASR

车轮的角速度、角加速度、滑动率是表明车轮运动状态的重要参数。ECU对轮速信息的处理就是计算车轮的角加速度值、车辆的参考车速以及车轮的滑动率。

对于防抱系统来说，根据哪些运动参数来判断车轮即将抱死应该减压或抱死现象已消失需要重新加压制动是很重要的。一般常用的参数有：车轮角减（加）速度和滑动率、车轮角加速度与半径的乘积、汽车的参考车速和汽车的减速度等。如Benz轿车装有以车轮角减速度作为参量的“ABS”防抱系统。

36、（P126）汽车的制动性主要通过路上试验来评定。一般要测定冷制动及高温下汽车的制动距离、制动减速度、制动时间等参数。另外，还要测定在转弯与变更车道时汽车制动的方向稳定性。

路面试验的主要仪器为第五车轮、减速度计和压力传感器。

在汽车使用企业及一般车辆检测单位，常用室内试验装置测试汽车制动器的摩擦力矩，来检查汽车的制动性。

室内试验装置主要有平板式及滚筒式两种。

第五章 汽车的操纵稳定性

1、（P130）汽车的操纵稳定性是指在驾驶者不感到过分紧张、疲劳的条件下，汽车能遵循驾驶者通过转向系及转向车轮给定的方向行驶，且当遭遇外界干扰时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的能力。

在汽车操纵稳定性的研究中，常把汽车作为一控制系统，求出汽车曲线行驶的时域响应与频域响应，并以它们来表征汽车的操纵稳定性能。

汽车曲线行驶的时域响应系指汽车在转向盘输入或外界侧向干扰输人下的侧向运动响应。

转向盘输入有两种形式：角位移输入、力矩输入。 2、（P131）横摆角速度频率响应特性是转向盘转角正弦输人下，频率由0→∞时，汽车横摆角速度转向盘转角的振幅比及相位差的变化规律。它是另一个重要的表征汽车操纵稳定性的基础特性。

3、转向盘中间位置操纵稳定性是转向盘小转角、低频正弦输人下汽车高速行驶时的操纵

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稳定性。

4、转向半径是评价汽车机动灵活性的物理参量。 5、转向轻便性是评价转动转向盘轻便程度的特性。

6、汽车的直线行驶性能是评价汽车操纵稳定性的另一个重要方面。其中，侧向风敏感性与路面不平敏感性是汽车直线行驶时在外界侧向干扰输人下的时域响应。

7、典型行驶工况性能（Task Performance）是指汽车通过某种模拟典型驾驶操作的通道的性能，它们能更如实地反映汽车的操纵稳定性。

8、极限行驶性能是指汽车在处于正常行驶与异常危险运动之间的运动状态下的特性。它表明了汽车安全行驶的极限性能。

9、（P133）汽车的时域响应可分为稳态晌应和瞬态响应。

10、转向盘角阶跃输入下的瞬态响应是指在等速直线行驶与等速圆周行驶这两个稳态运动之间的过渡过程瞬态运动响应。

11、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。一般汽车不应具有过多转向特性，也不应具有中性转向特性。

12、在人一汽车系统中，通过驾驶者把系统的输出参数反馈到输入控制中去，所以人一汽车系统是一个闭路系统。人一汽车系统的汽车操纵稳定性只能用试验方法来实际测定。

13、（P135）汽车性能最后应通过试验来进行测定与评价。试验中的性能评价有主观评价和客观评价两种方法。

客观评价法是通过测试仪器测出表征性能的物理量如横摆角速度、侧向加速度、侧倾角及转向力等来评价操纵稳定性的方法。

主观评价法就是感觉评价，其方法是让试验评价人员根据试验时自己的感觉来进行评价。并按规定的项目和评分办法进行评分。

研究汽车本身特性的开路系统只采用客观评价法。研究人一汽车闭路系统的试验常同时采用客观评价与主观评价两种方法。

确定稳态响应与瞬态响应的转向盘角阶跃输入试验、确定横摆角速度频率响应特性的转向盘角脉冲输入试验以及转向盘中间位置操纵稳定性试验，就是由长期汽车工程实践与专门的主观评价试验所肯定下来的开路系统客观评价试验方法。

14、（P136）侧偏现象：在侧偏力作用下，当车轮有侧向弹性时，即使侧偏力没有达到附着极限，车轮行驶方向亦将偏离车轮平面的现象。

15、（P138）侧偏刚度κ：是指侧偏力与侧偏角的比值，单位为N／rad或N／（°）。 侧偏力与侧偏角的线性关系 FY＝κa

负的侧偏力产生正的侧偏角，因此侧偏刚度为负值。

侧偏刚度是决定操纵稳定性的重要轮胎参数。轮胎应有高的侧偏刚度（指绝对值），以保证汽车良好的操纵稳定性。

轮胎的最大侧偏力决定于附着条件，即垂直载荷，轮胎胎面花纹、材料、结构、充气压力，路面的材料、结构、潮湿程度以及车轮的外倾角等。一般而言，最大侧偏力越大，汽车的极限性能越好，如按圆周行驶的极限侧向加速度就越高。

汽车行驶时，轮胎的垂直载荷常有变化。例如转向时，内侧车轮轮胎的垂直载荷减小，外侧车轮轮胎的垂直载荷增大。垂直载荷的变化对轮胎侧偏特性有显著影响。

16、（P140）附着椭圆确定了在一定附着条件下切向力与侧偏力合力的极限值。 17、（P140）回正力矩：是指在轮胎发生侧偏时，产生作用于轮胎绕OZ轴的力矩。它是使转向车轮恢复到直线行驶位置的主要恢复力矩之一。

回正力矩随垂直载荷的增大而增加。

在同样侧偏角下，尺寸大的轮胎一般回正力矩较大。子午线轮胎的回正力矩比斜交轮胎大。

轮胎的气压低，接地印迹长，轮胎拖距大，回正力矩也就大。

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18、（P143）有外倾角时轮胎的滚动。外倾侧向力与外倾角成线性关系为 FYγ＝kγ γ （5--2）

按轮胎坐标系规定，kγ为负值，称作外倾刚度，单位为N／rad或N／（°）。

1）侧偏角为零时的地面侧向力便是外倾侧向力FYγ，即FYγ＝kγ γ。当外倾角为正值时，FYγ为负值。

2）外倾角为正值时，侧偏角为a的地面侧向反作用力为外倾角等于零时的侧偏力与外倾侧向力之和。

有外倾角时的地面侧向反作用力与外倾角、侧偏角的关系式为

FY＝FYa十FYγ＝ka十kγ γ （5-3） 式中，FYa为只有侧偏角而外倾角为零时的侧偏力；FYγ为只有外倾角而侧偏角为零时的外倾侧向力；a为侧偏角；γ为外倾角。

随着外倾角的增大，胎面与路面的接触情况越来越差，会影响最大地面侧向反作用力（侧向附着力）而损害汽车的极限性能（降低极限侧向加速度）。所以，高速轿车特别是采用超宽断面轮胎的竞赛车，转弯行驶时承受大部分前侧向力的前外轮应尽量垂直于地面，即外倾角等于零。摩托车转弯时，车轮外倾角很大，为了保证最大地面侧向反作用力，摩托车轮胎具有圆形断面。

车轮有外倾角时还产生回正力矩。 19、（P144）按照轮胎坐标系的规定，正侧偏角对应于负的侧偏力与正的回正力矩；正外倾角对应于负的外倾侧向力与负的外倾回正力矩。

20、（P147）前轮角阶跃输入下进入的汽车稳态响应——等速圆周行驶

汽车等速行驶时，在前轮角阶跃输入下进人的稳态响应就是等速圆周行驶。

稳态横摆角速度增益：是指稳态的横摆角速度与前轮转角之比。也称为转向灵敏度，以符号ωr/δ)s表示。

（5－11）

稳定性因数K：，其单位为s2／m2，是表征汽车稳态响应的一个重要参数。 21、（P147）稳态响应的三种类型 （1）中性转向

K＝0时，ωr/δ)s＝u／L，即横摆角速度增益与车速成线性关系，斜率为1／L。这种稳态称为中性转向。

（2）不足转向

当K＞0时，式（5－11）分母大于1，横摆角速度增益ωr/δ)s比中性转向时要小。具有这样特性的汽车称为不足转向汽车。K值越大，横摆角速度增益曲线越低，不足转向量越大。

当车速为uch＝√1／K时，汽车稳态横摆角速度增益达到最大值，而且其横摆角速度增益为与轴距L相等的中性转向汽车横摆角速度增益的一半。uch称为特征车速，是表征不足转向量的一个参数。当不足转向量增加时，K增大，特征车速uch降低。

（3）过多转向

当K＜0时，式（5－11）中的分母小于1，横摆角速度增益ωr/δ)s比中性转向时大。具有这种特性的汽车称为过多转向汽车。K值越小，（即K的绝对值越大），过多转向量越大。

显然，当车速为ucr＝√－1／K时，稳态横摆角速度增益趋于无穷大。ucr称为临界车速，是表征过多转向量的一个参数。临界车速越低，过多转向量越大。

过多转向汽车达到临界车速时将失去稳定性。 汽车都应具有适度的不足转向特性。

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22、（P149）几个表征稳态响应的参数

除稳定性因数K外，还采用一些别的参数来描述和评价汽车的稳态响应。 （1）前、后轮侧偏角绝对值之差（α1－α2）

当α当α当α（α

1－α2＞0

时，K＞0，为不足转向；

1－α2＝0时，K＝0，为中性转向： 1－α2＜0时，K＜0，为过多转向。

1－α2）与ay成线性关系，其斜率为LK。

（2）转向半径的比R／R0

当R／R0＝1时，K＝0，即中性转向汽车的转向半径不随车速发生变化，始终为R0。 当R／R0＞1时，K＞0，即不足转向汽车的转向半径总大于R0，转向半径将随手速增加而增大；

当R／R0＜1时，K＜0，即过多转向汽车的转向半径总小于R0，转向半径将随车速的增加而减小。

（3）静态储备系数S．M． 中性转向点至前轴距离a＇

静态储备系数S．M，就是中性转向点至前轴距离a＇和汽车质心至前轴距离a之差（a′－a）与轴距L之比值，即

当S．M．＝0时，中性转向点与质心重合，在质心位置上作用的侧向力引起前、后轮的侧偏角相等，汽车具有中性转向特性。

当S．M．＞0时，质心在中性转向点之前，a＇＞a，在质心位置上作用的侧向力引起的前轮侧偏角α1大于后轮侧偏角α2，汽车具有不足转向特性。

当S．M．＜0时，质心在中性转向点之后，a＇＜a，在质心位量上作用的侧向力引起的后轮侧偏角α2大于前轮侧偏角α1，汽车具有过多转向特性。

23、（P154）前轮角阶跃输入下的瞬态响应 固有圆频率ω0

ω02＝c/m'

阻尼比ζ

ζ＝h/(2ω0m')

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ζ＞1，称为大阻尼，横摆角速度响应ωr（t）是单调上升的。随着时间的增长，ωr趋近于稳态横摆角速度ωr0；但当车速超过临界车速u c r后，ωr是发散的，趋于无穷大，此时汽车失去稳定性。

ζ＝1，称为临界阻尼，横摆角速度ωr（t）也是单调上升且趋近于ωr0。

ζ＜1，称为小阻尼，横摆角速度ωr（t）是一条收敛于ωr0的减幅正弦曲线。 由于正常的汽车都具有小阻尼的瞬态响应。显然ζ＜1时横摆角速度为

这就是给汽车前轮一个角阶跃输入时，汽车的横摆角速度瞬态响应。 当t＝0时，ωr＝0。

当t＝∞时，e－ξω0 t＝0，ωr（∞）＝ωr/δ）s δ0＝ωr0，即横摆角速度最后趋于稳态横摆角速度ωr0。

当t＝0～∞时，ωr（t）是衰减正弦函数。显然，阻尼比越大，衰减越快。 24、（P154）通常也用瞬态响应中的几个参数来表征响应品质的好坏。 （1）横摆角速度ωr波动时的固有（圆）频率ω0

ω0值是评价汽车瞬态响应的一个重要参数。ω0值应高些为好。 固有频率ƒ0＝ω0／2π。 （2）阻尼比ζ

（3）反应时间τ

（4）达到第一峰值ωr1的时间ε（峰值反应时间）

近代轿车的ε＝0．23～0．59s；而峰值反应时间与质心侧偏角的乘积εβ，即汽车因数T．B．，为0．25～1．453（°），相应的试验工况为u＝31．3m／s（70 mile／h），ay＝0．4g。

25、（P158）瞬态响应的稳定条件

当ζ≤1时，只要ζω0为正值，就收敛；否则发散而不稳定。当ζ≤1时，齐次微分方程的解均收敛而趋于零。

当ζ＞1时，特征根必须为负值，齐次微分方程的解才收敛趋于零，才收敛。换言之，即ω02应为正值，汽车的横摆角速度才收敛。

（5－38）

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（5－39）

即汽车具有不足转向特性时，K＞0，（akl－bk2）＞0，式（5－38）中第一项为正；汽车为过多转向时，K＜0，（akl－bk2）＜0，第一项为负。

式（5－38）中第二项恒为正。当车速很低时，它是很大的值，因此不论第一项为正还是为负，ω02均为正值，即汽车横摆角速度ωr2（t）收敛，汽车是稳定的。随着车速的增加，第二项越来越小。当汽车为过多转向而（akl－bk2）为负值时，ω02就可能为负值，ωr2（t）发散，汽车是不稳定的。

过多转向汽车使ω02＝0的车速，称为临界车速ucr。当车速大于ucr之后，ω02＜0，便是不稳定的。令式（5－38）等于零，可求得临界车速为

它和稳态响应中的临界车速是一样的。 26、（P159）横摆角速度频率响应特性

一个线性系统，如输入为一正弦函数，达到稳定状态时的输出亦为具有相同频率的正弦函数，但两者的幅值不同，相位也要发生变化。输出、输人的幅值比是频率ƒ的函数，记为A（ƒ），称为幅频特性。相位差也是ƒ的函数，记为Φ（ƒ），称为相频特性。两者统称为频率特性。

在汽车操纵稳定性中，常以前轮转角δ或转向盘转角δSW为输入，汽车横摆角速度ωr为输出的汽车横摆角速度频率响应特性来表征汽车的动特性。 实际汽车的横摆角速度频率特性是通过转向盘角脉冲输人瞬态响应试验求得的。 有人用横摆角速度频率特性上的五个参数来评定汽车操纵稳定性。它们是： 1）频率为零时的幅值比，即稳态增益（图中以a表示）。 2）共振峰频率ƒr，ƒr值越高，操纵稳定性越好。 3）共振时的增幅比b/a，增幅比b/a应小些。

4）ƒ＝0．1Hz 时的相位滞后角∠Φƒ＝0．1，它代表缓慢转动转向盘时响应的快慢，这个数值应接近于零。

5）∠Φƒ＝0．6＝o．6，ƒ＝0．6Hz时的相位滞后角，它代表较快速度转动转向盘时响应的快慢，其值应当小些。

27、（P161）汽车前、后轮（总）侧偏角应当包括：

（1）考虑到垂直载荷与外倾角变动等因素的弹性侧偏角。 （2）侧倾转向角。 （3）变形转向角。

这三个角度数值的大小，不只取决于汽车质心位置和轮胎特性，而且在很大程度上决定于悬架、转向和传动系的结构形式及其结构参数。因此，为了更准确地分析汽车响应，必须进一步考虑悬架、转向和传动系统对前、后轮侧偏角的影响。

28、（P163）悬架的侧倾角刚度是指侧倾时（车轮保持在地面上），单位车厢转角下，悬架系统给车厢总的弹性恢复力偶矩。

悬架的线刚度指的是车轮保持在地面上而车厢作垂直运动时，单位车厢位移下，悬架系统给车厢的总弹性恢复力。

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单横臂独立悬架的线刚度为

单横臂独立景架的侧倾角刚度为

一般轿车及客车常装有横向稳定杆，它是影响悬架侧倾刚度的一个重要零件。 29、（P166）车厢在侧向力作用下绕侧倾轴线的转角为车厢侧倾角。

侧倾力矩主要由下列三部分组成。

（1）悬挂质量离心力引起的侧倾力矩MΦrI

（2）侧倾后，悬挂质量重力引起的侧倾力矩MΦrⅡ

（3）独立悬架中，非悬挂质量的离心力引起的侧倾力矩MΦrⅢ 因此，汽车作稳态圆周运动时，其侧倾力矩为

悬架总的侧倾角刚度ΣKΦr等于前、后悬架及横向稳定杆的侧倾角刚度之和。 已知MΦr及ΣKΦr，即可求得车厢侧倾角Φr。 30、（P168）在正常工作状态下，汽车左、右车轮的垂直载荷大体上是相等的。但曲线行驶时，由于侧倾力矩的作用，垂直载荷在左、右车轮上是不相等的。这将影响轮胎的侧偏特性，导致汽车稳态响应发生变化。有的汽车甚至会从不足转向变为过多转向。

（P170）在侧向力作用下，若汽车前轴左、有车轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于增加不足转向量；若后轴左、右车轮垂直载荷变动量较大，汽车趋于减少不足转向量。汽车前轴及后轴左、右车轮载荷变动量决定于：前、后悬架的侧倾角刚度、悬挂质量、非悬挂质量、质心位量以及前、后悬架侧倾中心位置等一系列参数的数值。

31、（P170）侧倾时车轮外倾角的变化

车轮外倾角的变化会引起外倾侧向力或者说引起轮胎侧偏角的改变。

FY为正值而外倾角为负值时，外倾角的作用是使侧偏角的代数值增大、绝对值减小。若外倾角为正值时，使侧偏角的代数值减小、绝对值增大。换言之，当车轮外倾倾斜的方向与地面侧向反作用力一致时，侧偏角绝对值减小；反之则增大。

车厢侧倾引起的车轮外倾角的变化可由下式计算

式中∂γ/∂Φr车厢侧倾引起的外倾角变化率［（°）/（°）］，称为侧倾外倾系数。 32、（P172）在侧向力作用下车厢发生侧倾，由车厢侧倾所引起的前转向轮绕主销的转动、后轮绕垂直于地面轴线的转动，即车轮转向角的变动，称为侧倾转向。

33、（P173）悬架导向杆系各元件在各种力、力矩作用下发生的变形，引起车轮绕主销或垂直于地面轴线的转动，称为变形转向，其转角叫做变形转向角。

34、（P175）受到侧向力的独立悬架杆系的变形会引起车轮外倾角的变化，称为变形外倾。

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35、（P176）转向盘力随汽车运动状况而变化的规律称为转向盘力特性。 36、（P178）不同工况下对燥纵稳定性的要求

汽车在原地、小半径弯道低速行驶时，要防止转向盘过于沉重；而在高速行驶时，转向盘力却不宜过小而应维持一定数值，以帮助驾驶者稳定驾驶。

37、（P180）转向系与汽车横摆角速度稳态响应的关系 （1）侧倾时转向系统与悬架的运动干涉 （2）转向系刚度与转向车轮的变形转向

为了全面满己操纵稳定性的要求，特别是为了获得轿车在高速行驶时的“良好路感”，转向系的刚度应高些为好，尤其是转向盘中间位置小转角范围内应有尽可能高的刚度。

38、（P181）地面切向反作用力与“不足-过多转向特性”的关系

1）当汽车在弯道上以大驱动力加速行驶时，前轴垂直载荷明显减轻，后轴垂直载荷相应增加。一般载荷范围内，轮胎侧偏刚度是随载荷的增大、减少而增减的，因此，加速时前轴侧偏角增加，后轴侧偏角减小，汽车有增加不足转向的趋势。

2）车轮驱动时，随着驱动力的增加，同一侧偏角下的侧偏力下降。因此，节气门开大汽车在弯道上加速行驶时，为了提供要求的侧偏力，前轮侧偏角必然增大，这是前驱动汽车有不足转向趋势的另一个原因。

地面随着条件差时，如冰雪路面，这种现象更为突出。 3）前轮受半轴驱动转矩的影响会产生不足变形转向，增加了前驱动汽车不足转向的趋势。 4）随着驱动力的增加，轮胎回正力矩通常也有所增大，这也增加了不足转向趋势。 综上所述，驱动力的作用是增加前驱动汽车的不足转向趋势。

显然，当用发动机进行制动时，上述1、3、4项的影响将使汽车有增加过多转向的趋势。正是因此缘故，大功率的前驱动汽车在加速过程中，若将加速踏板踩到底后突然松开。则汽车的转向特性会发生明显的变化，甚至成为过多转向。因此，汽车会发生出乎意料的突然驶向弯道内侧的“卷人”现象。可以通过采用自动变速器、有限差速作用差速器（LSD）和使驱动轮在制动时能产生不足变形转向的悬架来减少、消除卷入现象。

后轮驱动汽车在进行发动机制动时，由于制动力的作用增大了后轴侧偏角，产生过多转向的趋势，加上其他因素的综合影响，后驱动汽车也常有“卷人”现象。

39、（P183）地面切向反作用力控制转向特性的基本概念 切向反作用力控制可分为三种类型： （1）总切向反作用力控制

（2）前、后轮间切向力分配比例的控制 （3）内、外侧车轮间切向力分配的控制

改变前、后轮间驱动力分配比例的控制方式的本质也是横摆力偶矩的控制，因此改变前、后轮间驱动力分配比例的控制方式常称为间接横摆力偶矩控制，而改变内、外侧车轮驱动力分配比例的控制方式则称为直接横摆力偶矩控制。

40、（P186）防抱死制动系统（ABS）与驱动力控制系统（TCS）都是提高操纵稳定性的电子控制系统。

41、（P193）汽车侧翻是指汽车在行驶过程中绕其纵轴线转动90°或更大的角度，以至车身与地面相接触的一种极其危险的侧向运动。

有很多因素可能引起汽车的侧翻，包括汽车结构、驾驶员和道路条件等。

汽车侧翻大体上可分为两大类，一类是曲线运动引起的侧翻，另一类是绊倒侧翻。 42、（P194）刚性汽车的准静态侧翻

随着侧向加速度ay的增大，FZi逐渐减小。当FZi减小到零时，汽车在侧倾平面内不能保持平衡，从而开始侧翻。汽车开始侧翻时所受的侧向加速度（g）称为侧翻阈值，可由下式给出

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显然，当坡道角β＝0时，侧翻阈值为B／2hg，此值常用来预估汽车的抗侧翻能力。 43、（P195）带悬架汽车的准静态侧翻

与刚性汽车相比，由于悬架弹性变形和外侧轮胎产生弹性变形，其侧翻阈值减少了。另外，当汽车受侧向力作用时，外侧轮胎产生弹性变形，从而轮胎接地中心向内偏够，轮距B减小，这使得侧翻阈值又减小。

44、（P197）汽车操纵稳定性路上试验所需测定的参数和仪器有：

（1）用非接触式车速仪或第五车轮和时间信号发生器测定车速和时间，

（2）用测力转向盘测量转向盘作用转矩及转角（一般在测力转向盘上附装多圈电位器采测量转角），

（3）用加速度计测量侧向加速度（或测出汽车横摆角速度ωr和转弯半径R后，由Rωr求得），

（4）汽车横摆角速度用二自由度角速度陀螺来测量，

（5）汽车的航向角和车厢侧倾角用三自由度的航向陀螺和垂直陀螺来测量。 45、（P197）汽车操纵稳定性路上试验项目有： （1）低速行驶转向轻便性试验 （2）稳态转向特性试验 （3）瞬态横摆响应试验 （4）汽车回正能力试验 （5）转向盘角脉冲试验

（6）转向盘中间位置操纵稳定性试验 （7）最小转弯半径试验 （8）抗侧滑能力试验 （9）抗侧翻能力试验等。

思考题：

1、汽车的稳态响应有哪几种类型？（P133） 中性转向、不足转向、过多转向

表征稳态响应的具体参数有哪些？（P147～151） （1）稳定性因数K、（2）前、后轮侧偏角绝对值之差（α1－α2）、（3）转向半径的比R／R0、（4）静态储备系数S．M．

它们彼此之间的关系如何（要求有必要的公式和曲线）？（P147～151）

2、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

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移如何影响稳态转向特性？（P147～151）

3、汽车转弯时车轮行驶阻力是否与直线行驶时一样？ 4、主销内倾角和后倾角的功能有何不同？ 5、横向稳定杆起什么作用？为什么有的车装在前悬架，有的装在后悬架，有的前后都装？ 6、某种汽车的质心位置、轴距和前后轮胎的型号已定。其稳态转向特性为过多转向，试找出五种改善其转向特性的方法。

7、汽车空载和满载是否具有相同的操纵稳定性？

（汽车行驶时，轮胎的垂直载荷常有变化。例如转向时，内侧车轮轮胎的垂直载荷减小，外侧车轮轮胎的垂直载荷增大。垂直载荷的变化对轮胎侧偏特性有显著影响。

回正力矩随垂直载荷的增大而增加。）

8、证明 ：

9、证明 ： R/R0＝1＋Ku

2

第六章 汽车的平顺性

1、（P202）汽车的平顺性主要是保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响在一定界限之内，因此平顺性主要根据乘员主观感觉的舒适性来评价，对于载货汽车还包在保持货物完好的性能，它是现代高速汽车的主要性能之一。

2、（P202）研究平顺性的主要目的就是控制汽车振动系统的动态特性，使振动的“输出”在给定工况的“输入”下不超过一定界限，以保持乘员的舒适性。

3、（P202）路面不平度和车速形成了对汽车振动系统的“输入”，此“输入”经过由轮胎、悬架、座垫等弹性、阻尼元件和悬挂、非悬挂质量构成的振动系统的传递，得到振动系统的“输出”是悬挂质量或进一步经座椅传至人体的加速度，此加速度通过人体对振动的反应——舒适性来评价汽车的平顺性。

4、（P206）作为车辆振动输入的路面不平度，主要采用路面功率谱密度描述其统计特性。路面功率谱密度G q（ｎ）随空间频率n的提高或波长λ的减少而变小。

路面功率谱密度G q（ｎ）指的是垂直位移功率谱密度，还可以采用不平度函数q（I）对纵向长度I的一阶导数，即速度功率谱密度

和二阶导数，即加速度功率谱密度

来

补充描述路面不平度的特性。

5、对汽车振动系统的输入除了路面不平度，还要考虑车速这个因素。 6、（P213）阻尼比ζ对衰减振动有两方面影响。 （1）与有阻尼固有频率ωr有关

（2）决定振幅的衰减程度 7、（P214）输出、输入谐量的幅值比，称为幅频特性。输出与输入谐量的相位差，称为相频特性。

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8、（P217）车轮跳离地面的条件是相对动载Fd／G≥1。 9、（P220）降低固有频率ƒ0可以明显减小车身加速度，这是改善平顺性的一个基本措施。但随着ƒ0降低，动挠度ƒ d增大，[ƒ d］也就必须与固有频率ƒ0成反比相应增大，而限位行程[ƒ d］受结构布置限制不能太大，所以降低ƒ0是有限度的。

轿车舒适性要求高，而行驶的路面相对货车和越野车比较好，悬架动挠度ƒ d引起的撞击限位概率很小，故其车身部分固有频率ƒ0选择得比较低，以减小车身加速度，一般是在1～1．5Hz范围。反之，货车和越野车行驶的路面较差，为减少撞击限位的概率，车身固有频率ƒ0较高，一般选择在1．5～2Hz范围。在固有频率ƒ0比较低、行驶路面又比较差的情况（例如某些越野车）下，动挠度ƒ d会相当大。为了减少撞击限位的概率，此时阻尼比ζ应取偏大值。

10、（P223）降低轮胎刚度Kt能使ωt下降和ξ t加大，这是减小车轮部分高频共振时加速度的有效方法；降低非悬挂质量m l使ωt和ξ t都加大，车轮部分高频共振时的加速度基本不变，但车轮部分动载下降，对降低相对动载Fd／G有利。

11、（P227）为了分析双质量系统车身部分固有频率ƒ0、阻尼比ζ、刚度比γ和质量比µ这4个参数的变化对振动三个响应量、ƒd和Fd／G均方根值的影响，

思考题

P277第3、6题

第七章 汽车的通过性

1、（P251）汽车的通过性（越野性）是指它能以足够高的平均车速通过各种坏路和无路地带（如松软地面、凹凸不平地面等）及各种障碍（如陡坡、侧坡、壕沟、台阶、灌木丛、水障等）的能力。

2、（P251）根据地面对汽车通过性影响的原因，它又分为支承通过性和几何通过性。 3、（P251）汽车的通过性主要取决于地面的物理性质及汽车的结构参数和几何参数。同时，它还与汽车的其他性能，如动力性、平顺性、机动性、稳定性、视野性等密切相关。

4、（P251）常采用牵引系数、牵引效率及燃油利用指数三项指标来评价汽车的支承通过性。

5、（P251）由于汽车与地面间的间隙不足而被地面托住、无法通过的情况，称为间隙失效。当车辆中间底部的零件碰到地面而被顶住时，称为“顶起失效”；当车辆前端或尾部触及地面而不能通过时，则分别称为“触头失效”和“托尾失效”。显然，后两种情况属同一类失效。

6、（P251）与间隙失效有关的汽车整车几何尺寸，称为汽车通过性的几何参数。这些参数包括最小离地间隙、纵向通过角、接近角、离去角、最小转弯直径等。

7、（P256）挂钩牵引力为土壤推力与土壤阻力之差，当车辆在松软地面上行驶时，轮胎或履带对土壤的压实和推移将产生压实阻力和推土阻力；充气轮胎的变形将引起弹滞损耗阻力。

8、（P257）增加车轮直径D比增加车轮宽度b对减少压实阻力更有效。当接地面积和负荷一定时，大直径的窄轮胎要比小直径的宽轮胎推土阻力小。

9、（P257）充气轮胎在松软地面上会遇到压实阻力、推土阻力及轮胎弹滞损耗阻力。刚性轮胎在松软地面上会遇到压实阻力、推土阻力。

10、（P264）汽车顶起失效的障碍条件为

触头失效踟障碍条件为

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