4.1.2 关键子系统及零部件

R&H性能与整车的很多子系统（如转向系统、悬架、车轮、发动机悬置、副车架及隔振部件、车身、座椅等）都密切相关。

1．转向系统

转向系统跟车辆的转向性能和操纵稳定性直接相关，根据助力方式不同，转向系统可分为液压助力转向系统和电动助力转向系统。以前液压助力转向系统由于价格低、系统可靠且稳定，应用非常普遍。而相比液压助力转向系统，电动助力转向系统的转向手力可调性更好，可以做到低速时轻便，高速时又能保持较大的手力而更稳定。同时随着传感器及电子控制更灵敏，电动助力转向系统还可以集成很多新的功能，如抑制光滑路面抖动等，另外一个优点是更加节能，通常可节能1%～2%。鉴于此，在乘用车市场，液压助力转向系统基本被电动助力转向系统所取代。

根据助力电机位置的不同，电动助力转向系统可以分为三种类型，即管柱式电动助力转向系统（CEPS）、蜗轮蜗杆传动转向机式电动助力转向系统（Dual Pinion REPS）及带传动转向机式电动助力转向系统（Belt Drive REPS），如图4-2所示。每种电动助力转向系统因助力位置不同导致结构不同，因而价格和性能也有较大差异。

2．悬架系统

悬架系统是与R&H关系最密切的系统，路面各方向的受力通过轮胎经悬架传递到副车架和车身，同时驾驶人通过转向盘输入，带动转向系统和悬架，转动轮胎，使车辆转弯。悬架有多种分类方式，从左右侧运动是否关联可分为独立悬架和非独立悬架，也有将扭杆梁悬架分为半独立悬架，因为扭杆梁连接左右侧摆臂；从是否有主动能量介入又可分为被动悬架、半主动悬架和主动悬架。以下对目前市场上在售车辆典型悬架及其在R&H性能上的设计特点进行介绍。

（1）双球节悬架 通过对麦弗逊悬架下控制臂进行分解处理，得到虚拟的下控制臂与转向节旋转点，如图4-3所示，从而获得更大的主销内倾。该悬架最早在宝马车上运用，目前已普及到很多主机厂，多运用于中、高级轿车的前悬架。

（2）双横臂悬架（带虚拟主销） 跟双球节悬架的设计理念类似，对上、下控制臂都进行了分解，得到上、下两个虚拟转动点，从而得到更靠外侧的主销结构，主销的角度设计也更自由和灵活，对空间的布置也有更多的可能。图4-4所示为奥迪的双横臂前悬架及虚拟主销。

（3）高性能麦弗逊悬架 同样是对麦弗逊悬架的改进，通用汽车采用了另外一种方式，对转向节进行了一系列复杂的设计，如图4-5所示。该设计彻底改变了转向节与下控制臂及弹簧减振器总成的连接方式，使转向节可以独立于二者进行转动，这样的做法彻底改变了传统麦弗逊悬架转向主销的位置和原理，从而获得更优的主销倾角参数和主销轴线距离。具体对比如图4-5所示。该设计的另外一个创新之处在于可以跟传统麦弗逊悬架共用相同的车身安装位置和结构设计，包括上减振塔、控制臂与副车架连接的两个衬套，这就是为什么可以在相同的架构中，通过系统局部改型，得到两种不同R&H性能的设计原理。该悬架被命名为高性能麦弗逊悬架，在其中级车平台上有广泛应用。

（4）扭杆梁与瓦特连杆 扭杆梁广泛应用在轿车后悬架，在中小尺寸的入门级车型上最常见，大型MPV考虑到两、三排座椅布置和空间利用率，也大量使用。该悬架最大的弊端是对横向载荷的支撑完全依赖连接拖曳臂与车身的衬套，衬套受力复杂，性能和耐久性难以平衡，同时侧向力过度转向问题无法避免。

为了解决这些不足之处，通用创造性地引入了瓦特连杆，如图4-6所示。当两个等长的连杆臂的其中一个被向内侧推时，另一个会在中间连杆的带动下也向内侧移动，这样中间连杆中点的轨迹在一定行程内会非常接近于一条直线，通过连杆机构的布置可以让这条直线轨迹沿垂直方向。这样，瓦特连杆机构可以在完全不约束后桥垂向位移的前提下，在汽车转向时，极大地减小后桥在侧向力下相对于车身的侧向位移，侧向力转向可以从过度转向改善为中性转向或者不足转向，侧向力变形也大大减小，车辆响应更快。同时，使衬套所受横向力大大减小，此时的衬套可以做的大而软，甚至可以做成液压结构，大大改善舒适性和NVH（噪声、振动与声振粗糙度）性能。

3．车轮轮胎系统

车轮轮胎系统对R&H有重要影响，路面各方向的受力都是通过轮胎传递给悬架再到乘员的。轮胎性能不仅对R&H至关重要，对车辆其他很多性能和功能都有影响，如图4-7所示。正因为轮胎影响面大，在进行轮胎开发时要同时考虑多种要求，制定完整的轮胎子系统参数指标，如图4-8所示。

图4-9所示为车辆静止、右转弯及制动时的应力分布云图。单个轮胎与地面所能产生的最大摩擦力与轮胎所受到的正压力及轮胎与路面间的摩擦系数相关，从R&H的角度出发，可以近似地将轮胎受力用摩擦圆表示，圆的半径表示最大摩擦力。

图4-10所示，纵坐标为加速和制动，横坐标为向左、向右转弯，图中的矢量箭头表示车辆右转弯并同时制动，其长度最大只能与摩擦圆半径相等，此时X、Y坐标上的分力小于最大附着力，此时如果增大转角或制动力，轮胎就会打滑，带有ABS和ESP功能的车辆，系统就会介入。摩擦圆理论也是赛道驾驶的经典原理和基础，是底盘控制和R&H调试工程师经常需要用到的一个概念。

摩擦圆将接地面的受力理想地用圆来表达，实际上轮胎是一个高度非线性的结构，车辆行驶也是一个动态的过程，各方向载荷不断转移和变化。侧向力随着正向载荷的增加而增加，但呈非线性，且逐渐减弱。