《汽车理论》习题集 编制巢凯年徐延海李平飞 Part Five 等司 西华大学交通与汽车工程学院 2004-10-22
《汽车理论》习题集 编制 巢凯年 徐延海 李平飞 Part Five 西华大学交通与汽车工程学院 2004-10-22 1
1.何谓汽车的操纵稳定性?其性能如何在时域和频域中进行评价?具体说明有几种型式 可以判定和表征汽车的稳态转向特性? 2.解释下列名词和概念 侧偏现象侧偏刚度回正力矩转向灵敏度特征车速临界车速中性转向点 侧向力变形转向系数侧向力变形外倾系数转向盘力特性静态储备系数SM.轮 胎拖距 3.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 移如何影响稳态转向特性? 汽车的稳态响应由哪几种类型?表征稳态响应的具体参数由哪些?它们彼此之间的关 系如何(要求有必要的公式和曲线) 5.汽车转弯时车轮行驶阻力是否与直线行驶时一样? 6.主销内倾角和后倾角的功能有何不同? 7.横向稳定杆起什么作用?为什么有的车装在前悬架,有的车装在后悬架,有的前后都 ? 8.某种汽车的质心位置、轴距和前后轮胎的型号已定。按照二自由度操纵稳定性模型, 其稳态转向特性为过多转向,请找出5种改善其转向特性的方法 9.汽车空载和满载是否具有相同的操纵稳定性? ⑩0.试用有关计算公式说明汽车质心位置对主要描述和评价汽车操纵稳定性、稳态响应指 标的影响 11.为什么有些小轿车后轮也没有设计有安装前束角和外倾角? 12.转向盘力特性与哪些因素有关,试分析之。 13.地面作用于轮胎的切向反力是如何控制转向特性的? 14.汽车的三种稳态转向特性是什么?我们希望汽车一般具有什么性质的转向特性?为什 么?有几种型式可以判定或表征汽车的稳态转向特性?具体说明。 15.画出弹性轮胎侧偏角和回正力矩特性曲线,分析其变化规律的原因。 16.轮胎产生侧偏的条件是什么?侧偏的结果又是什么?试分析侧倾时垂直载荷在左、右 车轮上重新分配对汽车操纵稳定性的稳态响应有什么影响? 17.试述外倾角对车轮侧偏特性的影响。 18.汽车表征稳态响应的参数有哪几个?分别加以说明 9.汽车重心位置变化对汽车稳态特性有何影响?
1. 何谓汽车的操纵稳定性？其性能如何在时域和频域中进行评价？具体说明有几种型式 可以判定和表征汽车的稳态转向特性？ 2. 解释下列名词和概念 侧偏现象 侧偏刚度 回正力矩 转向灵敏度 特征车速 临界车速 中性转向点 侧向力变形转向系数 侧向力变形外倾系数 转向盘力特性 静态储备系数 S.M. 轮 胎拖距 3. 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 移如何影响稳态转向特性？ 4. 汽车的稳态响应由哪几种类型？表征稳态响应的具体参数由哪些？它们彼此之间的关 系如何（要求有必要的公式和曲线）。 5. 汽车转弯时车轮行驶阻力是否与直线行驶时一样？ 6. 主销内倾角和后倾角的功能有何不同？ 7. 横向稳定杆起什么作用？为什么有的车装在前悬架，有的车装在后悬架，有的前后都 装？ 8. 某种汽车的质心位置、轴距和前后轮胎的型号已定。按照二自由度操纵稳定性模型， 其稳态转向特性为过多转向，请找出 5 种改善其转向特性的方法。 9. 汽车空载和满载是否具有相同的操纵稳定性？ 10. 试用有关计算公式说明汽车质心位置对主要描述和评价汽车操纵稳定性、稳态响应指 标的影响。 11. 为什么有些小轿车后轮也没有设计有安装前束角和外倾角？ 12. 转向盘力特性与哪些因素有关，试分析之。 13. 地面作用于轮胎的切向反力是如何控制转向特性的？ 14. 汽车的三种稳态转向特性是什么？我们希望汽车一般具有什么性质的转向特性？为什 么？有几种型式可以判定或表征汽车的稳态转向特性？具体说明。 15. 画出弹性轮胎侧偏角和回正力矩特性曲线，分析其变化规律的原因。 16. 轮胎产生侧偏的条件是什么？侧偏的结果又是什么？试分析侧倾时垂直载荷在左、右 车轮上重新分配对汽车操纵稳定性的稳态响应有什么影响？ 17. 试述外倾角对车轮侧偏特性的影响。 18. 汽车表征稳态响应的参数有哪几个？分别加以说明。 19. 汽车重心位置变化对汽车稳态特性有何影响？ 2
20.用何参数来评价汽车前轮角阶跃输入下的瞬态特性?试加以说明, 21.车厢侧倾力矩由哪几种力矩构成?写出各力矩计算公式。 22.试述等效单横臂悬架的概念。 23.什么是线刚度?如何计算单横臂独立悬架的线刚度? 24.试述汽车瞬态响应的稳定条件。 25.转向时汽车左右轮的垂直载荷变化对车轮侧偏特性有何影响? 6.汽车在前轴增加一横向稳定杆后不足转向量有何变化?为什么? 27.非独立悬架汽车车厢侧倾力矩由哪两种力矩组成?写出其计算公式 28.何谓转向系统和纵置钢板弹簧悬架的运动干涉?如何减少这种干涉? 29.画出汽车操纵稳定性试验的仪器框图。 30.试述汽车侧翻的评价指标。 31.一轿车(每个)前轮胎的侧偏刚度为-38142N/rad、外倾刚度为-37485N/ad。若轿车 向左转弯,将使两前轮均产生正的外倾角,其大小为2°。设侧偏刚度与外倾刚度均不 受左、右轮载荷转移的影响,试求由外倾角引起的前轮侧偏角。 32.6450N轻型客车在试验中发现过多转向和中性转向现象,工程师们在前悬架上加装前 横向稳定杆以提高前悬架的侧倾刚度,结果汽车的转向特性变为不足转向。试分析其 理论根据(要求由必要的公式和曲线)。 33.二自由度轿车模型的有关参数如下: 总质量 m=2120kg 绕Oz轴转动惯量z=4105kgm2 轴距 L=3048m 质心至前轴距离 a=1463m 质心至后轴距离 b=1.585m 前轮总侧偏刚度k1=63743N/rad 后轮总侧偏刚度k2=113205N/rad 转向系总传动比i=22 试求 1)稳定性因数K、特征车速uch 2)稳态横摆角速度增益曲线δ 、车速u=22.35m/s时的转向灵敏度Om
20. 用何参数来评价汽车前轮角阶跃输入下的瞬态特性？试加以说明。 21. 车厢侧倾力矩由哪几种力矩构成？写出各力矩计算公式。 22. 试述等效单横臂悬架的概念。 23. 什么是线刚度？如何计算单横臂独立悬架的线刚度？ 24. 试述汽车瞬态响应的稳定条件。 25. 转向时汽车左右轮的垂直载荷变化对车轮侧偏特性有何影响？ 26. 汽车在前轴增加一横向稳定杆后不足转向量有何变化？为什么？ 27. 非独立悬架汽车车厢侧倾力矩由哪两种力矩组成？写出其计算公式。 28. 何谓转向系统和纵置钢板弹簧悬架的运动干涉？如何减少这种干涉？ 29. 画出汽车操纵稳定性试验的仪器框图。 30. 试述汽车侧翻的评价指标。 31. 一轿车（每个）前轮胎的侧偏刚度为－38142N/rad、外倾刚度为－37485N/rad。若轿车 向左转弯，将使两前轮均产生正的外倾角，其大小为 2°。设侧偏刚度与外倾刚度均不 受左、右轮载荷转移的影响，试求由外倾角引起的前轮侧偏角。 32. 6450N 轻型客车在试验中发现过多转向和中性转向现象，工程师们在前悬架上加装前 横向稳定杆以提高前悬架的侧倾刚度，结果汽车的转向特性变为不足转向。试分析其 理论根据（要求由必要的公式和曲线）。 33. 二自由度轿车模型的有关参数如下： 总质量 m＝2120kg 绕 Oz 轴转动惯量 Iz=4105kg.m2 轴距 L=3.048m 质心至前轴距离 a=1.463m 质心至后轴距离 b=1.585m 前轮总侧偏刚度 k1=63743N/rad 后轮总侧偏刚度 k2=-113205N/rad 转向系总传动比 i=22 试求： 1） 稳定性因数 K、特征车速 uch。 2） 稳态横摆角速度增益曲线 s a r ) − −u δ ϖ 、车速 u＝22.35m/s 时的转向灵敏度 sw r δ ϖ 。 3
3)静态储备系数SM,侧向加速度为04g时的前、后轮侧偏角绝对值之差a1-a2与转弯半 径的比值R/RORO=15m) 4)车速u=30.56m/s时,瞬态响应的横摆角速度波动的固有(圆)频率ω0、阻尼比ξ、反 应时间τ与峰值反应时间ε 34.稳态响应中横摆角速度增益达到最大值时的车速称为特征车速uch。证明: 特征 √kK 且在特征车速时的稳态橫摆角速度增益,为具有相等轴距L中 性转向汽车横摆角速度增益的一半。 35.测定汽车稳态转向特性常用两种方法,一为固定转向盘转角法,并以R/R0ay曲线表 示汽车的转向特性;另一为固定圆周法。试验时在场地上画一圈,驾驶员以低速沿圆 周行驶,记录转向盘转角δsω0,然后驾驶员控制转向盘使汽车始终在圆周上以低速持 续加速行驶。随着车速的提高,转向盘转角δsω(一般)将随之加大。记录下δsω角 6 曲线来评价汽车的转向特性。试证000=1+Ku2,说明如何根据 ∞-u2曲线来判断汽车的转向特性。 36.试求计算稳态响应质心侧偏角增益δ“的公式,并求题20中轿车在u=313m ay=04g时的质心侧偏角。计算u=31.3m/s时的瞬态响应峰值反应时间e和轿车的汽车 因数TB值。 37.计算题20中轿车在车速ua=110kmh下,频率由0~3Hz的频率响应特性(画图时采用 双对数坐标,横坐标为输入频率的对数值,纵坐标为增益的分贝值), 38.已知某4×2小客车前、后单胎,总质量2010kg,轴距L为3.2m,其轴荷分配前轴为 53.5%,每个前轮胎侧偏刚度kl为-38142N/rad,每个后轮胎侧偏刚度k为-37485K/rad。 试确定该车的稳态转向特性是哪种?如果该车以36km/h车速、方向盘转向角为330度 做定向圆周行驶时,求此时汽车的横摆角速度ωr是多少(转向系总传动比i为22)? (悬架侧倾的影响不予考虑)。 39.已知一汽车总质量为2150kg,轴距为28m,前、后单胎,其轴荷分配:前轴荷为54%, 后轴荷为46%,现前后轮装用不同轮胎,每个前轮的侧偏刚度为46800Nrad,每个后 轮侧偏刚度为38650Nrad,试确定该车的稳态转向特性的性质及其特征车速或临界车
3） 静态储备系数 S.M，侧向加速度为 0.4g 时的前、后轮侧偏角绝对值之差 a1-a2 与转弯半 径的比值 R/R0(R0=15m)。 4） 车速 u＝30.56m/s 时，瞬态响应的横摆角速度波动的固有（圆）频率ω0、阻尼比ζ、反 应时间τ与峰值反应时间ε。 34. 稳态响应中横摆角速度增益达到最大值时的车速称为特征车速 uch。证明： 特征车速 uch= K 1 ，且在特征车速时的稳态横摆角速度增益，为具有相等轴距 L 中 性转向汽车横摆角速度增益的一半。 35. 测定汽车稳态转向特性常用两种方法，一为固定转向盘转角法，并以 R/R0—ay 曲线表 示汽车的转向特性；另一为固定圆周法。试验时在场地上画一圈，驾驶员以低速沿圆 周行驶，记录转向盘转角δsω0，然后驾驶员控制转向盘使汽车始终在圆周上以低速持 续加速行驶。随着车速的提高，转向盘转角δsω（一般）将随之加大。记录下δsω角， 并以 y s s − −a ω0 ω δ δ 曲线来评价汽车的转向特性。试证 ω0 ω δ δ s s ＝1＋Ku2，说明如何根据 ω0 ω δ δ s s —u2 曲线来判断汽车的转向特性。 36. 试求计算稳态响应质心侧偏角增益 ）s δ β 的公式，并求题 20 中轿车在 u＝31.3m/s、 ay=0.4g 时的质心侧偏角。计算 u=31.3m/s 时的瞬态响应峰值反应时间ε和轿车的汽车 因数 T.B.值。 37. 计算题 20 中轿车在车速 ua=110km/h 下，频率由 0～3Hz 的频率响应特性（画图时采用 双对数坐标，横坐标为输入频率的对数值，纵坐标为增益的分贝值）。 38. 已知某 4×2 小客车前、后单胎，总质量 2010kg，轴距 L 为 3.2m，其轴荷分配前轴为 53.5%，每个前轮胎侧偏刚度 k1 为-38142N/rad，每个后轮胎侧偏刚度 k2 为-37485K/rad。 试确定该车的稳态转向特性是哪种？如果该车以 36km/h 车速、方向盘转向角为 330 度 做定向圆周行驶时，求此时汽车的横摆角速度ωr 是多少（转向系总传动比 i 为 22）？ （悬架侧倾的影响不予考虑）。 39. 已知一汽车总质量为 2150kg，轴距为 2.8m，前、后单胎，其轴荷分配：前轴荷为 54%， 后轴荷为 46%，现前后轮装用不同轮胎，每个前轮的侧偏刚度为 46800N/rad，每个后 轮侧偏刚度为 38650N/rad，试确定该车的稳态转向特性的性质及其特征车速或临界车 4
速是多少(km/h)? 40.一轿车有关参数为: 汽车总质量 m=18182kg; 绕Oy轴转动惯量 lz=3885kg·m2; 轴距 L=3.048m 质心至前轴距离 a=1.463m 质心至后轴距离 b=1.585m 分配到前轴上的弹簧质量msl=8545kg 分配到后轴上的弹簧质量ms2=7364kg k=k=-50976N/mad 前后轮每个轮胎的侧偏刚度2 krl= 2=-7665/rad 前后轮每个轮胎的外倾刚度22 一个g时的车厢侧倾角 x=10)/g 0.8(°)/(°) 侧倾外倾系数 (不足) =0(°)/(° F 0(°) 侧向力变形外倾系数 侧倾转向系数 ,(D)=005(°)C) (不足) 1547N·m/rad 每个轮胎回正力矩系数 =0.0448()/kN 每个车轮的侧向力变形转向系数 =0.0448()/kN (过多)
速是多少(km/h)？ 40. 一轿车有关参数为： 汽车总质量 m=1818.2kg； 绕 Oy 轴转动惯量 Iz=3885kg·m2； 轴距 L=3.048m； 质心至前轴距离 a=1.463m； 质心至后轴距离 b=1.585m； 分配到前轴上的弹簧质量 ms1=854.5kg； 分配到后轴上的弹簧质量 ms2=736.4kg； 前后轮每个轮胎的侧偏刚度 N rad k k 50976 / 2 2 1 2 = = − ； 前后轮每个轮胎的外倾刚度 N rad k k r r 7665 / 2 2 1 2 = = − ； 一个 g 时的车厢侧倾角 ； rg 10( )/ g o Φ = 侧倾外倾系数 0.8( )/( ) 1 o o = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂Φ ∂ r γ （不足） 0( )/( ) 2 o o = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂Φ ∂ r γ ； 侧向力变形外倾系数 kN FY FY 0( )/ 1 2 o = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂γ γ ； 侧倾转向系数 0.05( )/( ) 1 2 o o = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂Φ ∂ = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂Φ ∂ r r δ δ （不足）； 每个轮胎回正力矩系数 N m rad E E 1547 / 2 2 1 2 = = • ； 每个车轮的侧向力变形转向系数 kN FY 2 0.0448( )/ 1 o = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂δ (不足) kN FY 2 0.0448( )/ 2 o = ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂δ （过多）； 5
07)=0.900(°)/0100N e m) 每个车轮的回正力矩变形转向系数 (不足) =0.0737(°/(100N·m) (过多) 主销后倾拖距 e.= 0 转向系总传动比 计算 1)前、后侧偏柔度D1、D2,列出其各个构成部分; 2)不足转向量U,稳定性因数K与特征车速4; 3)车速u=22.35m/s时的转向灵敏度Om 4)车速u=3056ms时瞬态响应的固有(圆)频率可0、阻尼比乙与反应时间τ、ε
每个车轮的回正力矩变形转向系数 2 0.900( )/(100 ) 1 N m T ⎟ = • ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂δ o （不足） 2 0.0737( )/(100 ) 2 N m T ⎟ = • ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂δ o （过多）； 主销后倾拖距 ei = 0 ； 转向系总传动比 i = 20 。 计算： 1） 前、后侧偏柔度 D1、D2，列出其各个构成部分； 2） 不足转向量 U，稳定性因数 K 与特征车速 ch ； u 3） 车速 u＝22.35m/s 时的转向灵敏度 δ ϖ ω s r ； 4） 车速 u＝30.56m/s 时瞬态响应的固有（圆）频率ϖ 0 、阻尼比ζ与反应时间τ、ε。 6