《汽车运用工程》复习

汽车驱动力

Ft是发动机曲轴输出转矩经离合器、变速器（包括分动器）、传动轴、主减

速器、差速器、半轴（及轮边减速器）传递至车轮作用于路面的力于车轮圆周上切向反作用力

F0，而由路面产生作用

Ft。习惯将

Ft称为汽车驱动力。如果忽略轮胎和地面的变形，

则

FtTtr，TtTtqigi0T。式中，Tt为传输至驱动轮圆周的转矩；r为车轮半径；Ttq为

ig为变速器传动比；0主减速器传动比；

汽车发动机输出转矩；

iT为汽车传动系机械效率。

制动力习惯上是指汽车制动时地面作用于车轮上的与汽车行驶方向相反的地面切向反作用

FF＝T/rF力b。制动器制动力等于为了克服制动器摩擦力矩而在轮胎轮缘作用的力。

式中：

T是车轮制动器摩擦副的摩擦力矩。从力矩平衡可得地面制动力

。地面制动力

Fb为

Fb＝T/rFFb是使汽车减速的外力。它不但与制动器制动力

F有关，

而且还受地面附着力

F的制约。

（本题5分）

2汽车（转向特性）的稳态响应

在汽车等速直线行驶时，若急速转动转向盘至某一转角并维持此转角不变时，即给汽车转向盘一个角阶跃输入。一般汽车经短暂时间后便进入等速圆周行驶，这也是一种稳态，称为转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应。汽车等速圆周行驶，即汽车转向盘角阶跃输入下进入的稳态响应，在实际行驶中不常出现，但却是表征汽车操纵稳定性的一个重要的时域响应，称为汽

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车稳态转向特性。汽车稳态转向特性分为不足转向、中性转向和过度转向三种类型。（本题5分）

3等速行驶燃料经济特性

等速行驶燃料经济特性是汽车燃料经济性的一种常见评价指标。它是指汽车在额定载荷条件下，以最高档或次高档在水平良好路面上等速行驶100km的燃油消耗量。通常测出或计算出10km/h或20km/h速度间隔的等速百公里燃油消耗量，然后在图上绘制曲线，称为等速百公里燃油消耗量曲线，也称为等速行驶燃料经济特性。

4最小燃油消耗特性

发动机负荷特性的曲线族的包络线是发动机提供一定功率时的最低燃油消耗率曲线。利用包络线就可找出发动机提供一定功率时的最经济工况（负荷和转速）。把各功率下最经济工况的转速和负荷率标明在外特性曲线图上，便得到最小燃油消耗特性。

5弹性轮胎的侧偏现象与侧偏特性

汽车行驶过程中，因路面侧向倾斜、侧向风或曲线行驶时离心力等的作用，车轮中心沿Y轴方向将作用有侧向力

Fy，在地面上产生相应的地面侧向反作用力

FY，FY也称为侧偏力。

轮胎的侧偏现象，是指当车轮有侧向弹性时，即使

FY没有达到附着极限，车轮行驶方向也

将偏离车轮平面的方向。不同载荷和不同道路上轮胎的侧偏力-侧偏角关系曲线一般称为弹性轮胎的侧偏特性。侧偏特性曲线表明，侧偏角不超过5°时，

FY与成线性关系。汽车

正常行驶时，侧向加速度不超过0.4g，侧偏角不超过4°~5°，可以认为侧偏角与侧偏力成线性关系。

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6附着系数

FtF 轮胎传递的轮缘切向力受到接触面的制约。当车轮驱动力超过某值（附着力）时，。

车轮就会滑转。因此,汽车行驶的约束条件（必要充分条件）为附着力

FfFiFwFtFF的计算式为

FFz。式中，

Fz接触面对车轮的法向反作用力；为滑动附着

系数，通常简称为附着系数。

7汽车操纵稳定性

汽车操纵稳定性，是指在驾驶员不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按照驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方向（直线或转弯）行驶；且当受到外界干扰（路不平、侧风、货物或乘客偏载）时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的性能。汽车操纵稳定性不仅影响汽车驾驶操作的方便程度，而且也是决定汽车高速行驶安全的一个重要性能 8 I曲线

在设计汽车制动系时，如果在不同道路附着条件下制动均能保证前、后制动器同时抱死，则此时的前、后制动器制动力

F1

和

F2的关系曲线，被称为前、后制动器制动力的理

想分配曲线，通常简称为I曲线。在任何附着条件路面上前、后轮制动器同时抱死，则前、后制动器制动力必定等于各自的附着力，且前、后制动器制动力（或地面制动力）之和等于附着力。

三、问答与计算题：

1.为什么前轮较后轮先制动抱死不易产生剧烈侧滑？后轮较前轮先制动抱死易产生“甩尾”现象？（10分）

答：如果前轮在制动力作用下还在滚动，而后轮已经抱死。若在制动惯性力

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的基础上还存在一个侧向干扰力，那么合力将与车辆纵轴线成一定夹角。侧向干扰力必须用地面作用在车轮上的等值侧向力来平衡，因为后轮已经滑移，所以侧向力实际上只能作用在前轮上，由侧向干扰力与地面侧向形成的力矩使合力与车辆纵轴线形成的夹角增大，汽车回转趋势增大，处于不稳定状态，易发生甩尾现象（6分）；如果前轮抱死，后轮仍继续滚动，则相应的力矩将使上述的夹角减小，车辆处于稳定状态，车辆将继续沿着原来的方向运动，既不易产生侧滑（4分）。

2.已知车速Va＝30km/h，道路坡度i＝0.1，汽车总重Ga＝38000N，车轮动力半径rd＝0.367m，传动效率t＝0.85，滚动阻力系数f'＝0.013，空气阻力系数CD＝0.75，汽车迎风面积A＝3.8m2汽油机i0ig＝18。求发动机的输出扭矩Me。（10分）

解：

Mei0igtrGaiGafCDA2Gadvava（5分）21.15gdtdv因为：a0（2分）dt2CDAva(Ga(if)21.15r106Nm（Me3分）i0igt

3写出计算汽车动力因数的详细步骤，并说明其在计算汽车动力性的用途。

D 根据公式

FtFwG，求出不同转速和档位对应的车速，并根据传动系效率、传

动系速比求出驱动力，根据车速求出空气阻力，然后求出动力因素D，将不同档位和车速

u下的D绘制在a-D直角坐标系中，并将滚动阻力系数也绘制到坐标系中，就制成动力特

性图。利用动力特性图就可求出汽车的动力性评价指标：最高车速、最大爬坡度（汽车最大爬坡度和直接档最大爬坡度）和加速能力（加速时间或距离）。

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4汽车的燃料经济性评价试验方法有哪些？

① 常选取单位行程的燃料消耗量，即L/100km，或单位运输工作的燃料消耗量，即L/100tkm、L/kpkm。前者用于比较相同容量的汽车燃料经济性，也可用于分析不同部件(如发动机、传动系等)装在同一种汽车上对汽车燃料经济性的影响；后者常用于比较和评价不同容载量的汽车燃料经济性。其数值越大，汽车燃料经济性越差。

② 汽车燃料经济性也可用单位量燃料消耗汽车所经过的行程，即km/L作为评价指标，称为汽车经济性因数。例如，美国采用每加仑燃料能行驶的英里数，即MPG或mile/USgal。其数值越大，汽车燃料经济性越好。

③ 汽车在使用过程中，载荷和道路条件对汽车燃料的消耗影响很大，也可采用燃料消耗量Q(单位为L/100km)与有效载荷G (单位为t)之间的关系曲线，评价在不同道路条件下的汽车燃料经济性。

55 分析汽车发动机后备功率对汽车动力性和燃料经济性的影响

通过功率平衡图可容易地分析在不同档位和不同车速条件下汽车发动机功率的利用情况。

汽车在良好平直的路面上以等速

ua3

行驶，此时阻力功率为

PfPwt 发动机功率克服常见阻力功率后的剩余功率

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PsPsPe1(PfPw)T

该剩余功率被称为后备功率。如果驾驶员仍将加速踏板踩到最大行程，则后备功率就

被用于加速或者克服坡道阻力。为了保持汽车以等速

ua3行驶，必需减少加速踏板行程，使

得功率曲线为图中虚线，即在部分负荷下工作。另外，当汽车速度为

ua1和

ua2时，使用不

同档位时，汽车后备功率也不同。汽车后备功率越大，汽车的动力性越好。利用后备功率也可确定汽车的爬坡度和加速度。功率平衡图也可用于分析汽车行驶时的发动机负荷率，有利于分析汽车的燃油经济性。后备功率越小，汽车燃料经济性就越好。通常后备功率约10％～20％时，汽车燃料经济性最好。但后备功率太小会造成发动机经常在全负荷工况下工作，反而不利于提高汽车燃料经济性。

6试用驱动力－行驶阻力平衡图分析汽车的最高车速uamax。

驱动力FtFt1Ft(FfFw)imaxtgsin1[]mgFt2Ft3Ft4FfFwFfua km/huauamax图2－23 汽车驱动力－行驶阻力平衡图 第 6 页 共 21 页

为了形象地说明汽车行驶时驱动力和行驶阻力的关系，通常将汽车驱动力在的两个行驶阻力

Ft以及始终存

Ff和

Fw绘制成力和车速的关系曲线图，称为汽车驱动力-行驶阻力平衡

图，见图2-23。这样就可利用图解法来分析汽车的动力性。

驱动力-行驶阻力平衡图清楚地描述了不同档位、不同车速条件下驱动力和常见行驶阻

力的关系。利用驱动力-行驶阻力平衡图可方便地确定汽车的最高车速力曲线

uamax，即最高档驱动

Fi4ua和常见阻力曲线

(FfFw)ua的平衡点（两条曲线交点）对应的车速 。

7汽车制动过程从时间上大致可以分为几个阶段，并绘图说明？

FpjFpjfde01abc'\"'\"221gt34 12 汽车反应时间

1，包括驾驶员发现、识别障碍并做出决定的反应时间1，把脚从加速踏

板换到制动踏板上的时间加）时间

1，制动力上升

以及消除制动踏板的间隙等所需要的时间2，（增

，持续制动时间3（汽车制动减速度达到最大平均值），解除制动时间4。 28已知某汽车的总质量m=4600kg,CD=0.75,A=4m2,旋转质量换算系数1＝0.035,20.03,坡

ii0ig9度角α=5°,f=0.017,传动系机械效率T0.84,传动系总传动比,假想发动机外特性

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转矩为Te=4000N·m, 车轮半径r0.367m，加速度dV/dt=0.3m/s2,ua=30km/h,此时克服各种阻力功率需要的发动机输出功率是多少？

3muadu1GfuacosGuasinCDAuaPe()t36003600761403600dt1(46000.0179.8130cos546009.8130sin50.840.75430311.0654600300.30)76140360061.18kw 

2.某乘用车总重Ga＝1000kg，汽车滚动阻力系数f'＝0.013，汽车

迎风面积CDA＝0.8m2，车速Va＝30km/h，传动效率t＝0.8，汽油密度ρ=0.714kg/L(7N/L)，发动机的比油耗ge＝280g/kWh。求汽车上坡（i=0.1）时的百公里油耗。

解：

QgeCDA2G(if)va(5分）a3672t21.152800.830210000(0.10.013)36720.80.721.1516L/100km（5分）

4.在高温条件下使用的汽车，因发动机过热会产生哪些问题？为什么？ 答：

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（1）气温越高，空气密度越小，导致发动机充气能力下降； （2）环境温度高，进入气缸的混合气温度也高，发动机整个工作循环的温度上升。在爆燃敏感的运转条件下，更易于引起爆燃现象； （3）在炎热干燥地带，空气中灰尘多；而湿热带，空气中水蒸气浓度大。灰尘和水蒸气由进气系统或曲轴箱通风口进入发动机污染机油，导致机油变质。

（4）机油温度高，粘度下降，油性变差，使零件磨损加剧； （5）供油系受热后，部分汽油蒸发，使供油系产生气阻。 5.发动机排出的三种主要污染物形成的主要原因和主要影响因素是什么？

答：CO是碳氢燃料在燃烧过程中的中间产物，主要影响因素为混合气的浓度；HC既有未燃燃料，又有燃烧不完全的产物，也有部分被分解的产物，主要影响因素为混合气过浓、过稀，燃料雾化不良，或混入废气过多等一切妨碍燃料燃烧的条件；NOx是空气中的氧与氮在高温高压下反应生成的，为主要影响因素为燃烧气体的温度和氧的浓度，以及停留在高温下的时间。 1.汽车传动系的功率损失有哪些？分析其影响因素。

答：传动系的功率损失有：（1）机械损失；（2）液力损失。机械损失是指齿轮、传动副、轴承、油封等处的磨擦损失,与相互啮和

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齿轮的对数、传递的扭矩有关。液力损失指消耗于润滑油的搅动、润滑油与旋转零件之间的表面磨擦等功率损失,与润滑油的品种、温度、箱体内的油面高度以及齿轮等旋转零件的转速有关.

1，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。

2汽车动力性的评价指标：a.最高车速uamax b.加速时间t c.最大爬坡度imax

3发动机的转速特性发动机的转速特性，即发动机的功率Pe、转矩Ttq、燃油消耗率b与发动机曲轴转速n之间的函数f（n）关系曲线。

4传动系损失的功率PT可分为：机械损失和液力损失

5汽车行驶方程式 6动力特性图

由动力特性图确定动力性评价指标 d u fidu   D gdtgd t

7附着条件

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uamax

8后备功率 发动机功率与滚动阻力和空气阻力消耗的发动机功率的差值是后备功率。后备功率用于加速和爬坡。 19电动汽车PeT(PfPw)的类型：纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池电动汽车。10混合动力电动汽车的结构根据动力源的数量以及动力系统结构形式的不同，可以分为串联式、并联式和混联式。

11混合动力电动汽车的节油原理1）为了满足急加速、以最高车速行驶与快速上坡对驱动功率的要求，传统的内燃机汽车所配备的发动机功率往往相当大。储能元件的补偿作用平滑了内燃机的工况波动，在汽车的一般行驶中吸收、储存电能，而在需要提供大功率时提供电能，从而可以采用小型的发动机，工作中发动机的负荷率较高，并可以使发动机的工作点处于高效率的最优工作区域内；2）在汽车停车等候或低速滑行等工况下，可以关闭内燃机，以节约燃油；3）在混合动力电动汽车的电力驱动部分中，电动机能够作为发动机工作。汽车减速滑行或紧急制动时，可以利用发电机回收部分制动能量，转化成电能存入蓄电池，进一步提高汽车的燃油经济性。

12制动性的评价指标包括：制动效能—制动距离与制动减速度；制动效能恒定性；制动时的方向稳定性。 13汽车的制动跑偏的原因： 1）.左右车轮制动力

FFFFFμlFXblXbrμlμr不相等制动力不相等度2）.悬架导向杆系ΔFμbμb100%Fμb与转向系拉杆在运动学上不协调 14（1）前轮抱死时，Fj的方向与前轴侧滑的方向相反，Fj能阻止或减小前轴侧滑，汽车处于稳定状态。（2）后轮抱死时，Fj与后轴侧滑方向一致，惯性力加剧后轴侧滑，后轴侧滑又加剧惯性力，汽车将急剧转动，处于不稳定状态。

15 I 曲线：在各种附着系数的路面上制动时，要使前、后车轮同时抱死，前、后轮制动器制动力应满足的关系曲线。 16.ECE制动法规 1最小燃油消耗特性 第 11 页 共 21 页

发动机负荷特性的曲线族的包络线是发动机提供一定功率时的最低燃油消耗率曲线。利用包络线就可找出发动机提供一定功率时的最经济工况（负荷和转速）。把各功率下最经济工况的转速和负荷率标明在外特性曲线图上，便得到最小燃油消耗特性。（叙述4分，整体1分） 2汽车操纵稳定性

汽车操纵稳定性，是指在驾驶员不感觉过分紧张、疲劳的条件下，汽车能按照驾驶员通过转向系及转向车轮给定的方向（直线或转弯）行驶；且当受到外界干扰（路不平、侧风、货物或乘客偏载）时，汽车能抵抗干扰而保持稳定行驶的性能。汽车操纵稳定性不仅影响汽车驾驶操作的方便程度，而且也是决定汽车高速行驶安全的一个重要性能。（叙述4分，整体1分） 3 附着椭圆

汽车运动时，在轮胎上常同时作用有侧向力与切向力。一些试验结果曲线表明，一定侧偏角下，驱动力增加时，侧偏力逐渐有所减小，这是由于轮胎侧向弹性有所改变的关系。当驱动力相当大时，侧偏力显著下降，因为此时接近附着极限，切向力已耗去大部分附着力，而侧向能利用的附着力很少。作用有制动力时，侧偏力也有相似的变化。驱动力或制动力在不通侧偏角条件下的曲线包络线接近于椭圆，一般称为附着椭圆。它确定了在一定附着条件下切向力与侧偏力合力的极限值。（叙述4分，整体1分） 4 汽车制动性能

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汽车制动性能，是指汽车在行驶时能在短距离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。另外也包括在一定坡道能长时间停放的能力。汽车制动性能是汽车的重要使用性能之一。它属于主动安全的范畴。制动效能低下，制动方向失去稳定性常常是导致交通安全事故的直接原因之一。（叙述4分，整体1分） 5 汽车最小离地间隙

汽车最小离地间隙C是汽车除车轮之外的最低点与路面之间的距离。它表征汽车无碰撞地越过石块、树桩等障碍物的能力。汽车的前桥、飞轮壳、变速器壳、消声器和主传动器外壳等通常有较小的离地间隙。汽车前桥的离地间隙一般比飞轮壳的还要小，以便利用前桥保护较弱的飞轮壳免受冲碰。后桥内装有直径较大的主传动齿轮，一般离地间隙最小。在设计越野汽车时，应

保证有较大的最小离地间隙。（叙述4分，整体1分）

1汽车的燃料经济性评价试验方法有哪些？

① 常选取单位行程的燃料消耗量，即L/100km，或单位运输工作的燃料消耗量，即L/100tkm、L/kpkm。前者用于比较相同容量的汽车燃料经济性，也可用于分析不同部件(如发动机、传动系等)装在同一种汽车上对汽车燃料经济性的影响；后者常用于比较和评价不同容载量的汽车燃料经济性。其数

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值越大，汽车燃料经济性越差。

② 汽车燃料经济性也可用单位量燃料消耗汽车所经过的行程，即km/L作为评价指标，称为汽车经济性因数。例如，美国采用每加仑燃料能行驶的英里数，即MPG或mile/USgal。其数值越大，汽车燃料经济性越好。 ③ 汽车在使用过程中，载荷和道路条件对汽车燃料的消耗影响很大，也可采用燃料消耗量Q(单位为L/100km)与有效载荷G (单位为t)之间的关系曲线，评价在不同道路条件下的汽车燃料经济性。

（每一步3分，整体1分）

2试用汽车的驱动力－行驶阻力平衡或者动力特性分析汽车的动力性。 ①根据汽车行驶方程式

FtFfFwFiFj，即

Ttqi0ikt

rd2CDAuadumgfcosmgsinm21.15dt

制作汽车的驱动力－行驶阻力平衡图，从而计算出汽车最高车速

FtFfFw、

最大爬坡度

FtFfFi和加速能力

FtFfFwFj。

②

DFtFwFFwDt＝fcossinGG。当D0可求出最高车速；当时

可求出最大爬坡度；

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当

DFtFwFFw＝jmaxDtGG时可求出最大加速度，而可计算汽车加速能

力。

（每一步4分，整体2分）

3从受力分析出发，叙述汽车前轮抱死拖滑和后轮抱死拖滑对汽车制动方向稳定性的影响。

从受力情况分析，也可确定前轮或后轮抱死对制动方向稳定性的影响。

(a) 前轴侧滑 (b) 后轴侧滑

例图 汽车侧滑移分析

例图a是当前轮抱死、后轮自由滚动时，在干扰作用下，发生前轮偏离角

（航向角）。若保持转向盘固定不动，因前轮侧偏转向产生的离心惯性力FC第 15 页 共 21 页

与偏离角的方向相反,状态。

FC起到减小或阻止前轴侧滑的作用，即汽车处于稳定

例图 b为当后轮抱死、前轮自由滚动时，在干扰作用下，发生后轴偏离角（航向角）。若保持转向盘固定不动，因后轮侧偏产生的离心惯性力偏离角的方向相同，

FCFC与

起到加剧后轴侧滑的作用，即汽车处于不稳定状态。

由此周而复始，导致侧滑回转，直至翻车。

在弯道制动行驶条件下，若只有后轮抱死或提前一定时间抱死，在一定车速条件下，后轴将发生侧滑；而只有前轮抱死或前轮先抱死时，因侧向力系数几乎为零，不能产生地面侧向反作用力，汽车无法按照转向盘给定的方向行驶，而是沿着弯道切线方向驶出道路，即丧失转向能力。（每图4分，整体2分）

1请推导出公式

axduddurdtdtdt (15分)。

u0u和0

[(uu)cos()sin]uuuuu

(其中cos1和sin)

axlimudurtdtt0

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yVVxuuyVux（每一步3分，整体1分）

2 已知某车总质量为8025kg,L=4m(轴距),质心离前轴的距离为a=2.5m,至后轴距离为b=1.5m,质心高度hg=1.15m,在纵坡度为i=3.5的良好路面上等速下坡时 ,求轴荷再分配系数(注:再分配系数mf1=FZ1/FZ,mf2=FZ2/FZ)。（10分）

Fz180251.580252.59.8130099.81NFz29.8150169.81N44,

mf13009/80250.375mf210.3750.625,（写出公式4分，每一步3

分）

1、问答题（10分）：利用图形对r曲线进行解释。

简单地说，r线组就是当后轮制动抱死时，汽车前后轮制动力关系。当后

Fxb2Fz2轮抱死时，存在

mgL1FxbhgmgL1hgLLLFxb2，所以有

。因为

，

Fxbmg，并且

FxbFxb1Fxb2mgL1(Fxb1Fxb2)hgLL将式表示成

Fxb2f(Fxb1)的函数形式，则得出汽车在不同路面上只有后轮抱死

Fxb2时的前、后地面制动力的关系式为

hgmgL1Fxb1LhgLhg，不同值代

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入式中，就得到r线组，见下图。r线组与横坐标的交点为

mgL1hg，而与的取

值无关。当

Fxb1＝0Fxb2时，

mgL1mgL1L＋hgh。由于r线组是经过（g，0）的射

线，所以取不同的值就可得出r线组

（每一个公式2分，图2分，叙述3分，整体1分） 2、计算题（7分）：

已知某汽车的总质量m=4600kg,CD=0.75,A=4m2,旋转质量换算系数δ1=0.03,δ2=0.03,坡度角α=5°,f=0.015,传动系机械效率ηT=0.85, 传动系总速比

ii0ig8.4ig1，,车轮滚动半径rr0.368m，加速度

Fxb2Fxb1mgL1(,0)hgdu/dt=0.2m/s2,ua=30km/h,

请计算此时汽车克服各种阻力需要的发动机输出功率。

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3muadu1GfuacosGuasinCDAuaPe()t36003600761403600dt1(46000.0159.8130cos546009.8130sin50.850.75430311.064600300.20)76140360054.79kw

（公式3分，计算4分） 3、问答题（10分）：

分析汽车发动机后备功率对汽车动力性和燃料经济性的影响

通过功率平衡图可容易地分析在不同档位和不同车速条件下汽车发动机功率的利用情况。

汽车在良好平直的路面上以等速

PfPwtua3

行驶，此时阻力功率为

,

发动机功率克服常见阻力功率后的剩余功率

Pe1(PfPw)T PsPs该剩余功率被称为后备功率。如果驾驶员仍将加速踏板踩到最大行程，

ua3则后备功率就被用于加速或者克服坡道阻力。为了保持汽车以等速行驶，

必需减少加速踏板行程，使得功率曲线为图中虚线，即在部分负荷下工作。另外，当汽车速度为

ua1和

ua2

时，使用不同档位时，汽车后备功率也不同。汽车

后备功率越大，汽车的动力性越好。利用后备功率也可确定汽车的爬坡度和加

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