第一章 汽车的动力性1.1试说明轮胎滚动阻力的定义,产生机理和作用形式。答: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。产生机理和作用形式:(1)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。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,这样形成的合力并不沿车轮中心(向车轮前进方向偏移)。如果将法向反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。为克服该滚动阻力偶矩,需要在车轮中心加一推力与地面切向反作用力构成一力偶矩。(2)轮胎在松软路面上滚动时,由于车轮使地面变形下陷,在车轮前方实际形成了具有一定坡度的斜面,对车轮前进产生阻力。(3)轮胎在松软地面滚动时,轮辙摩擦会引起附加阻力。(4)车轮行驶在不平路面上时,引起车身振荡、减振器压缩和伸长时做功,也是滚动阻力的作用形式。1.2滚动阻力系数与哪些因素有关?答:滚动阻力系数与路面的种类、行驶车速以及轮胎的构造、材料和气压有关。这些因素对滚动阻力系数的具体影响参考课本P9。1.3 确定一轻型货车的动力性能(货车可装用4挡或5挡变速器,任选其中的一种进行整车性能计算):1)绘制汽车驱动力与行驶阻力平衡图。2)求汽车最高车速,最大爬坡度及克服该坡度时相应的附着率。3)绘制汽车行驶加速度倒数曲线,用图解积分法求汽车用2档起步加速行驶至70km/h的车速-时间曲线,或者用计算机求汽车用2档起步加速行驶至70km/h的加速时间。轻型货车的有关数据:汽油发动机使用外特性的Tq-n曲线的拟合公式为式中,Tq为发动机转矩(N•m);n为发动机转速(r/min)。发动机的最低转速nmin=600r/min,最高转速nmax=4000r/min。装载质量 2000kgmax=0.75m/s2(ua=50km/h)。设各档传动效率均为0.90,求:1)汽车在该路面上的滚动阻力系数。2)求直接档的最大动力因数。3)在此路面上该车的最大爬坡度。

考查要点：本题主要考查汽车动力性能计算中的滚动阻力系数、动力因数及最大爬坡度的求解方法，涉及驱动力与行驶阻力平衡分析、传动系统参数应用及附着条件判断。

解题核心思路：

1. 滚动阻力系数：通过滑行试验数据，利用行驶方程建立减速度与滚动阻力的关系，结合质量系数计算。
2. 直接档最大动力因数：综合传动效率、发动机特性及惯性参数，计算传动系统对驱动力的放大效果。
3. 最大爬坡度：联立驱动力平衡方程与附着条件，结合最大动力因数求解坡度。

破题关键点：

• 滚动阻力系数需正确应用滑行减速度公式，注意质量系数的修正。
• 动力因数需准确计算传动比链、惯性参数及发动机最大扭矩的匹配关系。
• 最大爬坡度需明确驱动力与重力分力的平衡条件，确保附着率不超过轮胎附着极限。

1. 滚动阻力系数计算

建立行驶方程

汽车滑行时驱动力为0，行驶方程简化为：
$Gf + \delta m \frac{du}{dt} = 0$
其中，$f$ 为滚动阻力系数，$\delta$ 为质量系数，$m$ 为装载质量，$\frac{du}{dt}$ 为滑行减速度。

计算质量系数 $\delta$

$\delta = 1 + \frac{3.6}{2152 \times 0.367^2} = 1.012$

求滑行减速度

根据滑行数据拟合直线斜率：
$\frac{du}{dt} = -\frac{0.59}{3.6} = -0.164 \, \text{m/s}^2$

联立方程求解 $f$

代入行驶方程：
$f = -\frac{\delta m \frac{du}{dt}}{G} = 0.0169$

2. 直接档最大动力因数

计算传动链效率修正后的质量系数

$\delta = 1 + \frac{1.027}{9.8} \times 0.75 = 1.027$

计算最大动力因数

$D_{\text{max}} = f + \frac{8}{g} a_{\text{max}} = 0.0169 + \frac{1.027}{9.8} \times 0.75 = 0.096$

3. 最大爬坡度计算

联立驱动力平衡方程与附着条件

最大驱动力满足：
$F_{\text{max}} = F_v + D_{\text{max}} G$
附着条件限制：
$q = \frac{a/L}{1/\varphi - h_{\text{总}}/L} = 0.338$