《汽车理论》教案
中国农业大学工学院车辆与交通工程系
2009年12月
绪论
1．教学目标：介绍汽车理论的学习方法和教学内容，主要参考书目等。
2．重点和难点：本课程的特点和教学要求，学习方法。
3．教学内容：汽车理论研究的内容；学习方法；主要参考书目；教学要求、教学资源和考核方法。
4．教学过程设计：由当前汽车工业的发展引出问题；汽车理论研究的内容即基本性能；学习思路；教学要求、教学资源和考核方法。
5．板书设计：性能—评价指标—力学模型—分析影响性能指标的因素—解决工程问题的技术途径
学时数：1 学时
第一章汽车的动力性
第一节汽车的动力性指标
教学目标：掌握汽车动力性的评价指标和不同车型对动力性的要求。
重点和难点：动力性评价的三个指标
教学内容：动力性的定义；动力性的具体评价指标：最高车速、加速时间、最大爬坡度。
教学过程设计：
（1）引入动力性定义（学生讨论或提问具体的指标值？）。
（2）引出三个评价指标；不同车型最高车速数据及讨论：不同类型汽车的最高车速的区别？轿车最高车速与车型间的关系？为什么？MT 和AT 的区
别？陆地最高车速记录。
（3）加速时间及加速过程曲线：原地起步加速；超车加速；常见车型参数。提问原地起步加速更快还是超车加速更快？
（4）坡度的概念，越野车的最大爬坡度，常见车型具体参数；轿车对爬坡的要求。
学时数：1 学时
第二节汽车的驱动力与行驶阻力
教学目标：计算并分析汽车行驶过程中的驱动力和行驶阻力
重点和难点：滚动阻力的成因，旋转质量换算系数，功率平衡法推导汽车的行驶方程式。
教学内容：汽车的驱动力；汽车的行驶阻力；汽车行驶方程式。
教学过程设计：
（1）汽车驱动力的定义及计算公式，影响因素分析，包括：发动机的转速特性、传动系统的机械效率、车轮半径。
（2）汽车车速计算；驱动力图。
（3）汽车的行驶阻力：滚动阻力，重点分析轮胎的迟滞损失及其与滚动阻力的关系，影响滚动阻力的因素；空气阻力，空气阻力的组成，空气阻力的计算，空气阻力系数及其对汽车空气阻力的评价，分析空气阻力与车身结构；坡度阻力，坡度阻力的计算，常见路面的坡度，道路阻力；加速阻力，加速
阻力的计算，分析平动质量和旋转质量对加速的影响，旋转质量换算系数的计算及针对不同车型的分析。
（4）汽车行驶方程式，用功率方程推导行驶方程式，定速比和CVT 的行驶方程式。
（5）总结并提出问题：动力性指标如何计算？ 板书设计：r i i T F T
0g tq t η=；0g a 377.0i i rn u =；Wf F =f ；15
.212a D w u A C F ρ=；Gi G G F =≈=ααtan sin i ，t
u m F d d j δ= 学时数：3 学时
第三节 汽车的驱动力-行驶阻力平衡图与动力特性图
教学目标：用图示方法了解动力性指标的计算方法
重点和难点：在驱动力—行驶阻力平衡图的基础上，确定汽车动力性指标。 教学内容：汽车的驱动力—行驶阻力平衡图；汽车的动力特性图。
教学过程设计：
（1）由行驶方程式引出问题：汽车在行驶过程中最常遇到的阻力？汽车的驱动力—行驶阻力平衡图；介绍驱动力—行驶阻力平衡图；最高车速的确定和讨论；
（2）加速时间的计算；
（3）最大爬坡度的计算（引出问题：是否可以达到计算所得的最大爬坡度？） （4）汽车动力因数的定义及及计算，汽车的动力特性图，由动力特性图确定动力性指标。 板书设计：保留公式r i i T F T 0g tq t η=，0
g a 377.0i i rn u =，j w i f t F F F F F +++= 学时数：1.5 学时
第四节 汽车行驶的附着条件与汽车的附着率
教学目标：理解附着力、附着条件、附着率等基本概念，掌握坡道行驶时的受力分析和附着条件
重点和难点：附着条件的基本概念和不同条件下附着率的推导
教学内容：汽车行驶的附着条件；汽车的附着力与地面的法向反作用力；作用在驱动轮上的地面切向反作用力；附着率
教学过程设计：
（1）汽车行驶的附着条件，雪天打滑引出附着力的概念，常见路面的平均附着系数，胎面结构和附着系数的关系，附着条件、附着率（车轮打滑视频），不同驾驶条件下附着利用的讨论；TCS 的设计思想。
（2）坡道行驶时的受力，分析得出汽车的附着力与地面的法向反作用力，不同驱动型式的讨论。
（3）坡道行驶时的受力，分析作用在驱动轮上的地面切向反作用力。
（4）附着率，后轮驱动情况分析，前轮驱动情况分析，全轮驱动情况分析，加速工况分析
板书设计：ϕϕZ X F F F ==max ，
ϕ222f t Z X F F r T T ≤=−，ϕ≤22Z X F F ，ϕϕ≤2C  学时数：3 学时
第五节 汽车的功率平衡
教学目标：掌握功率平衡图，掌握后备功率的概念，后备功率图的绘制和分析。
重点和难点：驱动力—行驶阻力平衡图与功率平衡图的关系，后备功率的作用。
教学内容：汽车的功率平衡图；后备功率，后备功率图。
教学过程设计：
（1）由驱动力—行驶阻力平衡图引入功率平衡图的概念，功率平衡图的绘制；最高车速的确定；
（2）后备功率的定义；后备功率图的绘制；后备功率的作用。 板书设计：后备功率即)(1w f T e P P P +−
η
学时数 0.5 学时
第二章 汽车的燃油经济性
第一节 汽车燃油经济性的评价指标
教学目标：理解中国、美国和欧洲燃油经济性的评价指标，了解燃油消耗量
的限值及法规。
重点和难点：工况和燃油经济性的关系，测量燃油经济性的方法。
教学内容：等速工况；循环行驶试验工况；燃油消耗量的限值与法规。
教学过程设计：
（1）引入能源对经济发展的讨论，燃油经济性的指标，提问：为什么要用工况法？等速工况燃油消耗与车速的关系图表，讨论等速百公里油耗和车速的关系；讨论“经济车速”的概念；循环行驶试验工况，ECE 工况，EPA 工况，中国工况，给出几种车型的油耗数据，讨论，为后续的提高燃油经济性技术途径做准备。
（2）燃油消耗量的限值与法规，燃油消耗量试验方法，限值与法规，碳平衡法简介。
板书设计：
学时数 0.5 学时
第二节汽车燃油经济性的计算
教学目标：掌握汽车在等速、等加速、等减速和怠速等工况下百公里燃油消耗量的计算方法
重点和难点：等加速工况的离散化处理
教学内容：等速行驶工况燃油消耗量的计算；等加速行驶工况燃油消耗量的计算；等减速行驶工况燃油消耗量的计算；汽车怠速时的燃油消耗量的计算；整个循环工况的燃油消耗量计算。
教学过程设计：
（1）引入燃油经济性计算的思路：发动机万有特性曲线，汽车行驶的功率平衡图。
节油汽车（2）等速行驶工况燃油消耗量的计算，结合万有特性图给出计算的步骤，推导等速百公里油耗的计算公式。
（3）等加速行驶工况燃油消耗量的计算，提问：和等速工况的差别以及处理方法，给出假设条件：忽略发动机功率变化对万有特性的影响；对车速的离散化处理，计算步骤和公式。
（4）等减速行驶工况燃油消耗量的计算，提问：和等加速工况的差别以及处理方法，给出假设条件：不考虑发动机制动以及stop-start 功能，发动机工作在怠速模式，计算步骤和公式。
（5）汽车怠速时的燃油消耗量的计算。
（6）整个循环工况的燃油消耗量计算。
板书设计：g
u Pb Q ρa s 02.1= 学时数： 0.5 学时
第三节 影响汽车燃油经济性的因素
教学目标：从汽车设计和使用两个方面分析影响燃油经济性的因素，讨论减少燃油消耗量的技术途径
重点和难点：影响燃油经济性的两大方面
教学内容：汽车运行油耗方程式；从使用角度提高燃油经济性的途径；从设计角度提高燃油经济性的途径。
教学过程设计：
（1）汽车运行油耗方程式，续前节保留的公式讨论，得出三个关键的参数：发动机，燃油消耗率、总的行驶阻力、传动系效率。
（2）给出一定工况条件下车辆的能量消耗分析，在EPA 城市和功率循环下分别有25%和7.3%的燃油消耗于怠速、附件和制动，讨论，如何减少这些消耗？
（3）从使用角度提高燃油经济性的途径：车速、挡位、带挂车、正确保养与维护。
（4）从设计角度提高燃油经济性的途径：整车质量、发动机、传动系、外形与轮胎。特别分析传动系对经济性的影响。 板书设计：保留g u Pb Q ρa s 02.1=
学时数：2 学时
第五节 电动汽车的研究
教学目标：了解汽车工业发展面临的能源和环境问题，明确电动汽车的分类和各自的特点，掌握纯电动汽车的动力性和能量消耗计算方法，定性分析混合动力汽车节油的途径并对整车能量管理算法有初步了解。
重点和难点：电机和电池的特性分析，纯电动汽车能量消耗计算，混合动力汽车提高能量效率的途径分析，整车能量管理算法。
教学内容：电动汽车（Electric Vehicle ）的分类和特点；纯电动汽车（Battery EV ）的动力性、经济性计算；混合动力电动汽车（Hybrid EV ）的节油原理；丰田Prius 混合动力电动汽车的工作模式。
教学过程设计：
（1）讲述和提问汽车的能量消耗分布？提问：汽车发展面临的问题？归纳三大问题；可能的替代能源和动力系统途径，讲述用数据说明三大问题；一次能源、二次能源、能源多样化模式；以石油为基础的提高能量效率和能源替代模式。