正在播放：汽车理论教学(车辆工程&汽车工程)-清华大学

汽车理论课程是车辆工程和汽车工程专业同学的必修课，也可以为汽车行业人员深入了解汽车提供必备的知识。 汽车理论采用动力学的方法探讨汽车性能如何评价，建立汽车性能与汽车结构参数的关系并且研究如何提高汽车动力学性能。汽车理论MOOC课程包罗六章的内容：第一章，汽车的动力性；第二章，汽车的燃油经济性；第三章，汽车动力装置参数的选定；第四章，汽车的制动性；第五章，汽车的把持不变性；第六章，汽车的平顺性。每一章基本上都从该性能如何评价开始，之后建立性能评价指标与汽车结构参数的关系，探讨影响性能指标的主要因素和改善性能的方法。

1、教学目标

1.1 教学目标

掌握汽车使用性能的含义、评价指标、评价方法与影响因素等汽车理论专业知识；应用汽车理论专业知识建立汽车性能预测模型；应用汽车理论专业知识设计实验、分析和解释数据进而综合获得有效结论；应用汽车理论专业知识设计复杂车辆工程问题解决方案时，能够充分考虑汽车使用性能法规所涉及的试验方法与性能指标的影响。

本课程达成如下业务能力培养要求：

1. 能够掌握汽车理论知识；应用汽车理论知识设计/开发复杂车辆工程问题解决方案。

必要掌握并应用的汽车理论知识包罗：

(1)汽车使用性能的概念与评价指标；

(2)基于动力学原理的汽车性能预测模型；

(3)汽车使用性能评价指标参数计算方法；

(4)人-车-路环境参数对汽车使用性能影响规律；

(5)改善汽车性能的设计和使用方面的原则和方法。

2. 能够针对复杂工程问题，应用汽车理论知识进行实验研究并获得科学有效结论。

须具备的汽车使用性能实验研究能力包罗：

(1)基于汽车理论的原理和方法进行汽车动力性实验研究的能力；

(2)基于汽车理论的原理和方法进行汽车燃油经济性实验研究的能力；

(3)基于汽车理论的原理和方法进行汽车制动性实验研究的能力；

(4)基于汽车理论的原理和方法进行汽车把持不变性实验研究的能力；

(5)基于汽车理论的原理和方法进行汽车平顺性实验研究的能力。

3. 能够在应用汽车理论知识设计复杂车辆工程问题解决方案时，充分考虑汽车使用性能的试验方法（包罗计算方法）与性能指标的影响。

(1) 汽车动力性、燃油经济性、制动性、把持不变性、平顺性等使用性能的计算分析方法；

(2) 汽车动力性、燃油经济性、制动性、把持不变性、平顺性等使用性能的实验研究方法。

1.2 教学目标与毕业要求指标点对应关系

表1 教学目标与毕业要求指标点对应关系

教学目标

毕业要求指标点（二级）

教学目标1：能够掌握汽车理论知识；应用汽车理论知识设计/开发复杂车辆工程问题解决方案。

1.5掌握并能够将车辆工程基础知识应用于车辆工程项目的设计中。

教学目标2：能够针对复杂工程问题，应用汽车理论知识进行实验研究并获得科学有效结论。

4.2能够按照研究方案制定实验方案，并选择合适的手段进行实验设计，进而分析结果与解释数据，综合得到合理有效结论。

教学目标3：能够在应用汽车理论知识设计复杂车辆工程问题解决方案时，充分考虑汽车使用性能的试验方法（包罗计算方法）与性能指标的影响。

3.2在设计车辆工程领域复杂工程问题解决方案时，能充分考虑社会、健康、安全、法律、文化或环境等因素。

2、教学要求

教师要积极备课，认真准备课程实验与课程作业；在课堂内进行大纲解读，使学生清楚本课程具体的课程目标，通过该课程的学习应掌握的知识和获得的能力；对课程内容要融会贯通，切忌照本（幕）宣科。注重知识的拓展，并在课堂上加强思政教育。

通过课堂理论教学，结合课程实验和课程作业，使学生掌握汽车理论的知识，具备分析与解决车辆工程领域复杂工程问题、并充分考虑相关问题的能力。

成绩评价体系标准真实、严谨、公平、公正、公开，能促进学生学习的积极性。

3、预备知识或先修课程要求

《高等数学》，《理论力学》，《汽车构造》等课程。

4、教学方式

表2教学方法（与教学目标对应）

教学方法

教学目标

理论知识部分，以课堂讲授为主，辅以自主学习和问题讨论；课程实验采取综合性实验和设计性实验方式；课程作业采取自主完成的独立大作业方式。

教学目标1：能够掌握汽车理论知识；应用汽车理论知识设计/开发复杂车辆工程问题解决方案。

教学目标2：能够针对复杂工程问题，应用汽车理论知识进行实验研究并获得科学有效结论。

教学目标3：能够在应用汽车理论知识设计复杂车辆工程问题解决方案时，充分考虑汽车使用性能的试验方法（包罗计算方法）与性能指标的影响。

5、实验环境和设备

安全、平整、开阔的实验道路和符合技术标准要求的实验室。具体仪器、设备，详见表4。

6、课程教学内容及学时分配

6.1课程内容

0、大纲解读。

向学生解读教学大纲，帮手学生理解课程目标（应掌握知识与具备能力）及其达成途径（课堂授课、课程作业与课程实验），并帮手学生建立课程学习、课程考核与各项能力达成之间的关系；引导学生在课程学习中自查学习行为，调整学习方法并达成学习效果。

1、能够掌握汽车理论知识。

第一章  汽车的动力性（8学时）

第一节  概述

知识点1 汽车理论导言

知识点2 汽车动力性的含义与评价指标

知识点3 评价指标的灵活性

第二节  汽车驱动动力学分析

知识点1 汽车的驱动力

知识点2 驱动力的影响因素

知识点3 滚动阻力与滚动阻力系数

知识点4 空气阻力

知识点5 坡度阻力与道路阻力

知识点6 旋转质量换算系数的推导

知识点7 汽车的真实受力分析与受力平衡方程

知识点8 汽车的功率平衡

第三节  汽车动力性的分析计算方法

知识点1 用于动力性分析的曲线图

知识点2 最高车速的求解

知识点3 加速时间的计算和处理

知识点4 爬坡度图与最大爬坡度的精确解

第四节  附着问题

知识点1 汽车行驶的附着条件与附着率

知识点2 一般工况下的车轮地面法向力

知识点3 作用在驱动轮上的地面切向力

知识点4 加速爬坡时的附着率分析

知识点5 高速行驶时的附着率分析

本章重点、难点：汽车一般工况的受力分析；汽车行驶方程式的建立；利用受力平衡和功率平衡思想计算动力性评价指标；附着率与附着系数的关系、典型工况的附着率计算。

第二章  汽车的燃油经济性（3学时）

第一节  概述

知识点1 燃油经济性的含义和评价指标

知识点2 燃油经济性的评价工况

第二节  汽车燃油经济性的分析计算方法

知识点1 万有特性与负荷特性

知识点2 不同工况燃油消耗量的计算

知识点3 燃油经济性的影响因素

知识点4 设计方面提高燃油经济性的途径

知识点5 使用方面提高燃油经济性的途径

第三节 电动汽车动力性和能量经济性评价方法

知识点1 电动汽车的基本分类和性能特点

知识点2 电动汽车的动力性基本评价方法

知识点3 电动汽车的能量经济性基本评价方法

本章重点、难点：燃油消耗量与功率平衡的关系；典型工况燃油消耗量的计算；汽车燃油经济性的影响因素与提高途径。

第三章  汽车动力装置的特性设计和参数拔取 （3学时）

第一节  发动机特性和重要参数的确定

知识点1 最大功率的拔取

知识点2 油耗特性的讨论

第二节  传动系传动比的确定

知识点1 传动系匹配功能概述

知识点2 传动比数目和间隔

知识点3 最大传动比和最小传动比的拔取

第三节  换挡规律分析

知识点1 动力性换挡规律

知识点2 燃油经济性换挡规律

本章重点、难点：利用预期车速和比功率初选发动机功率；最小传动比与汽车动力性、燃油经济性的关系；最大传动比的考虑因素；传动系挡位数目和数值的确定原理。

第四章  汽车的制动性（8学时）

第一节  汽车制动性的含义和评价指标

知识点1 含义与评价指标

第二节  制动力分析

知识点1 制动器制动力、地面制动力与附着力

知识点2 地面附着系数的变化

第三节  制动效能的评价

知识点1 制动过程分析

知识点2 制动距离及其影响因素

知识点3 制动减速度

第四节  制动时汽车标的目的不变性的研究

知识点1 汽车的制动跑偏及其影响因素

知识点2 制动时侧滑与失去转向能力

第五节  前、后轮制动器制动力的分配对汽车制动性的影响

知识点1 车轮抱死次序的讨论

知识点2 β线

知识点3 轴荷转移与I曲线

知识点4 同步附着系数及其影响因素

知识点5 f线组与r线组

知识点6 利用制动力变化曲线分析制动过程

知识点7 利用附着系数与制动效率、相关法规

知识点8 制动器制动力的调节

第六节 抗制动衰退的性能

知识点1 抗制动衰退性能

本章重点、难点： 制动器制动力、地面制动力和附着力的关系；附着力（变化规律）的不同理解；制动距离的计算和影响因素；汽车制动时失去标的目的不变性的原因；分析制动力分配合理性的几种曲线（组）及其运用；利用附着系数与制动效率；热不变性问题。

第五章  汽车的把持不变性（14学时）

第一节  概述

知识点1 基本概念和主要研究内容

知识点2 评价指标体系

知识点3 研究模型与评价方法

知识点4 抱负的转向运动关系

第二节  轮胎的侧偏特性

知识点1 侧偏现象

知识点2 侧偏特性

知识点3 侧偏特性的影响因素

第三节  线性二自由度汽车模型的建立

知识点1 物理模型的简化

知识点2 微分方程的推导

知识点3 汽车系统输入与响应特性的定义

第四节  线性二自由度汽车模型的稳态响应特性

知识点1 稳态响应的数学描述

知识点2 稳态响应的三种类型、基本表述

知识点3 稳态响应的其他表述方法与评价参数

第五节  线性二自由度汽车模型的瞬态响应特性和频率响应特性

知识点1 非稳态响应的基本数学模型

知识点2 瞬态响应的不变条件

知识点3 瞬态响应品质的评价

知识点4 频率响应特性简介

知识点5 利用频率响应特性评价汽车的把持不变性

第六节  对线性二自由度汽车模型的修正

知识点1 总论

知识点2 侧倾与侧倾轴线

知识点2 侧倾力矩

知识点3 侧倾角刚度

知识点4轮胎地面法向力的变化对汽车把持不变性的影响

知识点5车轮外倾角的改变对汽车把持不变性的影响

知识点6轮胎地面纵向力的变化对汽车把持不变性的影响

第七节  对线性二自由度汽车模型的补充

知识点1 侧倾转向

知识点2 侧倾干涉转向

知识点3 变形转向

知识点4 回正力矩的影响

第八节  路感与侧翻

知识点1 路感

知识点2 侧翻

本章重点、难点：汽车把持不变性的含义和研究内容；典型行驶工况与驾驶员输入特性；轮胎的侧偏特性及影响因素；线性二自由度汽车模型的建立；利用线性二自由度汽车模型评价汽车的稳态响应；瞬态响应和频率响应特性；对线性二自由度汽车模型的修正；对线性二自由度汽车模型的补充。

第六章  汽车的平顺性（9学时）

第一节  综述

知识点1 平顺性的定义、研究内容和研究方法

知识点2 平顺性的振动响应量

知识点3基于试验标准的平顺性的评价方法

第二节  路面激励的统计特性

知识点1 路面不服度及其空间频率的功率谱密度

知识点2 时间频率的谱密度

知识点3 速度谱和加速度谱

第三节  单质量系统模型的平顺性分析

知识点1振动响应量的定量计算的基本原理

知识点2 振动系统的简化

知识点3 单质量系统的数学模型、固有频率和阻尼比

知识点4 振动响应量的功率谱密度分析

知识点5 悬架系统参数的拔取

第四节  其他振动模型的平顺性分析

知识点1 双质量系统的数学模型

知识点2 响应量均方根值计算的基本原理与流程

知识点3 车辆系统参数对平顺性振动响应量的影响

知识点4 三质量系统的平顺性分析

知识点5 电控悬架简介

本章重点、难点：平顺性的系统分析方法；基于试验方法的平顺性评价；路面谱；汽车振动系统逐级简化的条件；振动响应量的定量计算原理；以单质量系统模型评价汽车的平顺性；多质量模型的传递特性；汽车参数对平顺性的影响趋势。

第七章  汽车的通过性（1学时）

第一节  概述

知识点1 通过性的含义、研究内容与特点

第二节 几何通过性

知识点1 与几何通过性有关的车辆参数

本章重点、难点：通过性的定义和评价指标体系。

2、能够将汽车理论知识应用于设计/开发复杂车辆工程问题解决方案，并能够考虑汽车使用性能的计算方法与性能指标的影响。

(1)具备基于汽车理论的原理和方法进行汽车动力性分析计算的能力

教学内容：运用汽车受力平衡方程及驱动力-行驶阻力平衡图等求解汽车动力性评价指标，包罗最高车速、加速时间、最大爬坡度。

(2)具备基于汽车理论的原理和方法进行汽车燃油经济性分析计算的能力

教学内容：能够运用汽车功率平衡方程式及发动机燃油经济特性求解汽车等速工况和循环工况的燃油经济性。

(3)具备基于汽车理论的原理和方法进行汽车制动性分析计算的能力

教学内容：能够运用制动工况下汽车受力分析平衡方程求解汽车制动距离，绘制制动效率曲线、制动力分配曲线和利用附着系数曲线；能够运用制动效率曲线分析汽车的制动效率；能够运用利用附着系数曲线、制动力分配曲线分析制动的标的目的不变性。

(4)具备基于汽车理论的原理和方法进行汽车把持不变性分析计算的能力

教学内容：能够运用线性二自由度汽车动力学模型的运动微分方程，求解汽车稳态响应和瞬态响应参数，绘制横摆角速度增益曲线，计算横摆系统频率响应特性参数。