后轮转向器、后轮转向系统及车辆的制作方法

1.本公开涉及车辆转向技术领域，具体地，涉及一种后轮转向器、后轮转向系统及车辆。


背景技术：

2.后轮转向系统是对前轮转向系统和车辆稳定控制系统功能的扩展和补充。在低速或者出现转向不足时，使后轮与前轮呈反向偏转，减小转弯半径，有利于提高车辆的灵活性；在车辆转向过度例如高速甩尾的趋势时，使后轮与前轮呈同向转动，减少车辆质心偏转角，降低车辆横摆率的稳态超调量，实现变道平稳，提高车辆行驶的稳定性。
3.在面对例如后轮转向失效的情况时，相关技术对后轮车的驱动仍旧是可逆的，即无法保持后轮转向系统的刚性，从而对车辆行驶的稳定性和驾乘人员的安全性产生不利影响。


技术实现要素：

4.为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种后轮转向器、后轮转向系统及车辆。
5.根据本公开实施例的第一方面，提供一种后轮转向器，包括：电机和转向执行机构，所述转向执行机构包括驱动轴总成以及设置在所述电机和驱动轴总成之间的减速机构，所述电机通过所述减速机构驱动所述驱动轴总成沿轴向运动，所述驱动轴总成与后桥转向节连接以驱动后轮转向，所述后轮转向器还包括能够断开或接合的离合机构，在断开位置，所述电机带动所述驱动轴总成沿轴向运动，在接合位置，所述离合机构锁止所述驱动轴总成。
6.可选地，所述电机包括电机定子以及可转动地套设在所述电机定子内部的电机转子，所述驱动轴总成包括能够沿轴向运动的传动轴，所述离合机构包括固定连接于所述传动轴上的第一摩擦件和活动地连接于后轮转向器壳体上的第二摩擦件，所述第二摩擦件配置成能够靠近且接合所述第一摩擦件以使所述离合机构位于接合位置；
7.所述第二摩擦件还配置成远离且断开所述第一摩擦件以使所述离合机构位于断开位置。
8.可选地，所述第二摩擦件上设置有第一电磁件，所述离合机构还包括连接于所述后轮转向器壳体上的第二电磁件，所述第二电磁件用于与所述第一电磁件配合以驱动所述第二摩擦件靠近或远离所述第一摩擦件。
9.可选地，所述离合机构还包括设置于所述后轮转向器壳体和所述第二摩擦件之间的弹性件，所述弹性件能够提供用于驱动所述第二摩擦件向靠近所述第一摩擦件方向运动的弹性力。
10.可选地，所述减速机构包括与所述电机转子连接的一级减速机构以及设置在所述一级减速机构和所述驱动轴总成之间的二级减速机构。
11.可选地，所述一级减速机构为行星齿轮机构，包括：太阳轮、齿圈、行星轮和行星架，其中，所述太阳轮与所述电机转子连接，所述齿圈与所述后轮转向器壳体固定连接，所述行星架上的行星轮啮合在齿圈与太阳轮之间，所述行星架通过所述二级减速机构与所述传动轴连接。
12.可选地，所述驱动轴总成还包括与所述传动轴同轴转动连接的丝杠轴，所述二级减速机构包括用于与所述丝杠轴传动配合的丝杠螺母，其中，所述丝杠螺母与所述行星架连接。
13.可选地，所述驱动轴总成的端部设置有供所述丝杠轴部分地伸入的安装孔，所述安装孔内周壁设置有内螺纹，所述丝杠轴的端部设置有用于与所述内螺纹配合的外螺纹。
14.可选地，所述后轮转向器还包括用于检测电机转子转动角度的角度传感器和用于检测所述驱动轴总成轴向位移的位移传感器，所述角度传感器设置在所述电机转子上，所述位移传感器包括感应磁铁和传感器读头，所述感应磁铁设置在驱动轴总成上并能够随所述驱动轴总成一同轴向移动，所述传感器读头设置在所述后轮转向器的壳体上。
15.可选地，所述驱动轴总成和所述后桥转向节之间还设置有拉杆总成，所述拉杆总成包括与所述驱动轴总成连接的第一拉杆和与所述后桥转向节连接的第二拉杆，所述第一拉杆和所述第二拉杆之间通过调节螺母连接。
16.根据本公开实施例的第二方面，提供一种后轮转向系统，包括：
17.车轮；
18.根据上述任意一项的后轮转向器，用于控制车轮转向；以及
19.控制器，与所述后轮转向器的电机连接，响应于获取到的整车状态信息，向所述后轮转向器发出转向指令。
20.根据本公开实施例的第三方面，提供一种车辆，包括上述的后轮转向系统。
21.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：当关闭后轮转向功能或者后轮转向功能失效时，通过离合机构能够实现驱动轴总成的锁止，即，通过离合机构限制驱动轴总成的轴向移动，使得后车轮无法在驱动轴总成的驱动下转向，从而够维持后轮转向系统的刚性，避免因路面状况引起的后轮转向系统的扰动，防止轮胎受侧向力时发生偏移，提高车辆行驶的稳定性和驾乘人员的安全性。
22.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
23.附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
24.图1是本公开示例性实施方式提供的后轮转向器的示意图。
25.图2是图1后轮转向器中执行机构的放大图。
26.图3是图1后轮转向器中离合机构的放大图。
27.图4是图1后轮转向器中拉杆总成的放大图。
28.图5是正转时电机电角度与系统电角度对应关系。
29.图6是反转时电机电角度与系统电角度对应关系。
30.图7是本公开示例性实施方式提供的后轮转向系统的示意图。
31.附图标记说明
32.1-电机，11-电机定子，12-电机转子，2-驱动轴总成，21-传动轴，211-安装孔，3-减速机构，311-太阳轮，312-行星轮，313-齿圈，314-行星架，321-丝杠螺母，322-丝杠轴，4-离合机构，41-第一摩擦件，42-第二摩擦件，43-第一电磁件，44-弹性件，45-第二电磁件，5-拉杆总成，51-第一拉杆，52-第二拉杆，53-调节螺母，61-感应磁铁，62-传感器读头，71-第一壳体，72-第二壳体，1000-后轮转向器，2000-后车轮，3000-控制器。
具体实施方式
33.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
34.在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”是根据相应附图指示的方向进行定义的，而“内”、“外”是指相应部件本身轮廓的内和外。此外，本公开使用的术语“第一”、“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。
35.如图1至图4所示，本公开提供一种后轮转向器1000，该后轮转向器1000包括电机1和转向执行机构，转向执行机构包括驱动轴总成2以及设置在电机1和驱动轴总成2之间的减速机构3，电机1通过减速机构3驱动驱动轴总成2沿轴向运动，驱动轴总成2与后桥转向节连接以驱动后车轮2000转向。本公开的后轮转向器1000还包括能够断开或接合的离合机构4，在断开位置，电机1带动驱动轴总成2沿轴向运动，在接合位置，离合机构4锁止驱动轴总成2。
36.具体来说，离合机构4在断开位置时，并不影响电机1驱动驱动轴总成2沿轴向运动的动力传递，在接合位置，驱动轴总成2被锁止而无法沿轴向运动，进而不再驱动后车轮2000转向。值得说明的是，离合机构4对驱动轴总成2的锁止可以是直接也可以是间接实现的，例如，离合机构4可以被配置为在接合位置锁止电机1或者减速机构3，相当于动力传递源或中间路径被切断，从而间接地锁止驱动轴总成2，或者也可以被配置为直接锁止驱动轴总成2，此时电机1和减速机构3即使正常工作也不会驱动驱动轴总成2轴向运动。
37.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：当关闭后轮转向功能或者后轮转向功能失效时，通过离合机构4能够实现驱动轴总成2的锁止，即，通过离合机构4限制驱动轴总成2的轴向移动，使得后车轮2000无法在驱动轴总成2的驱动下转向，从而够维持后轮转向系统的刚性，避免因路面状况引起的后轮转向系统的扰动，防止轮胎受侧向力时发生偏移，提高车辆行驶的稳定性和驾乘人员的安全性。举例来说，在关闭后轮转向模式的场景下，待后轮回正后，使得离合机构4锁止驱动轴总成2，此时相当于只有前车轮转向的常规模式。
38.根据本公开的一些实施方式，电机1配置成包括电机定子11以及可转动地套设在电机定子11内部的电机转子12。驱动轴总成2至少包括一根传动轴21，传动轴21能够沿轴向运动，即，电机转子12与传动轴21为同轴空套的关系，这种结构有利于缩短后轮转向器整体在轴向上的体积。离合机构4可以包括固定连接于传动轴21上的第一摩擦件41和活动地连接于后轮转向器壳体上的第二摩擦件42，第二摩擦件42配置成能够靠近且接合第一摩擦件
41以使离合机构4位于接合位置，第二摩擦件42还被配置成远离且断开第一摩擦件41以使离合机构4位于断开位置。可选地，第一摩擦件41和第二摩擦件42可以构造为盘状，从而增大接触面积，提高接合的稳定性。在其他一些实施方式中，为实现对传动轴21的锁止，第一摩擦件41还可以固定设置在电机转子12上，或者在下面将会介绍的实施方式中，电机转子12内部同轴转动地套设有太阳轮311时，第一摩擦件41也可以固定设置在太阳轮311上，本公开对此不做限定，只要能够实现对电机1的锁止即可。
39.后轮转向器壳体相对后轮转向器是固定的，例如，可以包括分别从轴向的两侧套入的第一壳体71和第二壳体72，第一壳体71和第二壳体72可以通过螺纹连接件可拆卸连接。驱动轴总成2在后轮转向器壳体内可以通过轴承支撑。这样，当连接于后轮转向器壳体的第二摩擦件42与连接于传动轴21的第一摩擦件41接合时，实际上相当于将驱动轴总成2与后轮转向器壳体固定连接，从而实现锁止的目的。应当理解的是，本公开并不旨在限制第二摩擦件42的位置，第二摩擦件42可以设置在任何相对于后轮转向器固定的位置，仍然能够实现本公开锁止驱动轴总成2的目的。
40.本公开的离合机构4可以采用机械式离合器也可以采用电磁式离合器或或者其他任意能够实现发明目的的形式。在一些实施方式中，同时参考图2和图3，第二摩擦件42上可以设置有第一电磁件43，离合机构4还包括固定连接于后轮转向器壳体上的第二电磁件45，第二电磁件45用于与第一电磁件43配合以驱动第二摩擦件42靠近或远离第一摩擦件41。举例来说，第一电磁件43可以构造为电磁铁吸盘，电磁铁吸盘上附带摩擦盘，第二电磁件45构造为电磁线圈。这样，可以改变通过电磁线圈电流的流向实现第一摩擦件41和第二摩擦件42之间相互靠近或远离的关系。
41.在一些实施方式中，离合机构4还可以包括设置于后轮转向器壳体和第二摩擦件42之间的弹性件44，弹性件44能够提供用于驱动第二摩擦件42向靠近第一摩擦件41方向运动的弹性力，换句话说，第二摩擦件42通过弹性件44活动地连接于后轮转向器壳体。可选地，弹性件44可以构造为喇叭状，这样便可以在不改变电流的流向的情况下实现第二摩擦件42的运动，简化了控制逻辑。具体来说，第二电磁件45断电时，第二摩擦件42在弹性件44的弹性力的作用下与第一摩擦件41压紧接合，锁止驱动轴总成2；第二电磁件45通电时，第一电磁件43被第二电磁件45吸引而连同第二摩擦件42克服弹性件44的弹性力，朝向第二电磁件45的方向运动，从而使第二摩擦件42与第一摩擦件41脱离。
42.根据本公开的实施方式，如图2所示，减速机构3可以包括与电机转子12连接的一级减速机构以及设置在一级减速机构和驱动轴总成2之间的二级减速机构，也就是说，电机转子12的动力经过两级减速后传递至驱动轴总成2。相较于相关技术中在电机和驱动轴总成之间仅设置一级减速机构的方式，传动比更大，因而对控制精度要求较低，控制难度小，且需要的电机额定扭矩小，相同功率下电机具有较高转速，使转向器的灵敏度提高。
43.如图2所示，在一些实施方式中，一级减速机构可以为行星齿轮机构，具体的，一级减速机构可以包括太阳轮311、齿圈313、行星轮312和行星架314，其中，太阳轮311与电机转子12连接，例如，太阳轮311同轴转动地套设于电机转子12内。示例性地，太阳轮311可以构造为套筒状，驱动轴总成2，具体可以是传动轴21，同轴空套于太阳轮311内。太阳轮311例如可以通过花键等与电机转子12传动连接，或者太阳轮311还可以构造为一体成型在电机转子12内周壁的轮齿结构。齿圈313与后轮转向器壳体固定连接。行星架314通过二级减速机
构与传动轴21连接。具体的，由于行星架314上的行星轮312啮合于太阳轮311和齿圈313之间，使得行星轮312在自转的同时还能够绕太阳轮311的转动轴线公转，并通过行星架314将动力传递给二级减速机构。采用行星齿轮减速机构，在相同减速比下，结构更紧凑且尺寸更小，而在相同尺寸下则能够提供更大的传动比，对紧凑型车辆的空间布局更加有利。
44.在一些实施方式中，驱动轴总成2还包括与传动轴21同轴转动连接的丝杠轴322。二级减速机构包括用于与丝杠轴322传动配合的丝杠螺母321，其中，丝杠螺母321与行星架314连接。这里将丝杠轴322描述为驱动轴总成2的组成部分，应当理解的是，丝杠轴322同时也可以看作是第二减速机构的组成部分，即，二级减速机构配置为滚珠丝杠机构，无论是将丝杠轴322看作是驱动轴总成2还是二级减速机构的组成部分都不影响功能的实现。丝杠螺母321可以通过球轴承安装在后轮转向器壳体内，球轴承通过固定设置的齿圈313锁死压紧。其中，丝杠螺母321与行星架314连接，以使得动力从一级减速机构传递至二级减速机构。丝杠轴322与丝杠螺母321配合，以将丝杠螺母321的旋转运动转化为丝杠轴322的轴向运动。丝杠螺母321通过钢珠与加工有螺旋圆弧槽的丝杠轴322啮合，传动噪声更小。在一些实施例中，丝杠轴322和传动轴21用于连接两侧的后桥转向节。
45.在其他一些实施方式中，为了便于传动轴2和丝杠轴322的拆装，如图2所示，传动轴21的端部设置有供丝杠轴322部分地伸入的安装孔211，安装孔211内周壁设置有内螺纹，丝杠轴322的端部设置有用于与所述内螺纹配合的外螺纹。
46.根据本公开实施方式，如图2所示，后轮转向器还可以包括用于检测电机转子12转动角度的角度传感器和用于检测所述驱动轴总成2轴向位移的位移传感器。角度传感器设置在电机转子12上。角度传感器可以采用旋转变压器或磁阻编码器等且用于反馈电机电角度pmw信号。位移传感器可以为直线位移传感器，包括感应磁铁61和传感器读头62，感应磁铁61设置在驱动轴总成2上并能够随驱动轴总成2一同轴向移动，例如在图2中示出为设置在丝杠轴322上，当然根据实际需要也可以设置在传动轴21上。传感器读头62设置在后轮转向器的壳体上，以便于实时反馈丝杠轴322的位移信息。通过设置角度传感器和位移传感器，能够监测后轮转向后的角度，根据后轮转向的角度，控制电机以便于抑制来自路面车轮带来的反向作用力，避免路面冲击造成后轮转向干扰。
47.角度传感器和位移出传感器可以被用来标定零位，即当产品装车完成四轮定位后，将角度传感器和位移传感器标记为系统上的零位。如规定电机逆时针旋转为正方向，电机正转时，如图5所示，系统电角度不断增加，经过电气零点，系统电角度增加2π；反转时，如图6所示，系统电角度不断减小，经过电气零点，系统电角度减小2π。可以得出，丝杠轴位移与系统电角度存在机械上的对应关系：s/θ＝k；其中，s为丝杠轴位移，θ为系统电角度，k为一常量。所以，若已知系统电角度，则根据上述关系式得出丝杠轴的位移量。考虑到丝杠轴位移量的采样频率远小于系统电角度的采样频率，若位移传感器出现异常，可用系统电角度推算出当前的丝杠轴位移量，电机伺服系统仍能正常工作。如角度传感器出现异常，则可以切换电机角度估算算法。
48.如图4所示，驱动轴总成2和后桥转向节之间还可以设置有拉杆总成5，拉杆总成5包括与驱动轴总成2连接的第一拉杆51和与后桥转向节连接的第二拉杆52，第一拉杆51和第二拉杆52之间通过调节螺母53连接。当需要调整后轮定位参数时，松开调节螺母53，调整第一拉杆51即可。驱动轴总成2的机械形成可以通过拉杆总成5来实现。具体来说，后轮转向
器壳体可以采用分体式设计，包括第一壳体和第二壳体72，采用螺栓可拆卸连接。第一壳体71和第二壳体72被配置为能够限制第一拉杆51在轴向上的移动距离，例如，行程为
±
10
㎜
。可选地，为了防止执行机构形成极限位置撞击异响，第一拉杆51与端盖之间可以设置缓冲垫。
49.根据本公开实施例的第二方面，如图7所示，提供一种后轮转向系统，包括后车轮2000、后轮转向器1000和控制器3000。其中，后轮转向器1000为上述任一实施例的后轮转向器，并具有其所有的有益效果，用于控制后车轮2000转向。控制器3000与后轮转向器1000的电机连接，响应于获取到的整车状态信息，例如，故障、方向盘转角、转速等，车速，四轮转速，横摆角速度，横向加速度，纵向加速度，制动状态，后轮转向装置状态如：故障、位移、电机角度位置及转速等信息，然后向后轮转向器发出转向指令，控制电机以便于抑制来自路面车轮带来的反向作用力，避免路面冲击造成后轮转向干扰。
50.根据本公开实施例的第三方面，提供一种车辆，包括上述的后轮转向系统，并具有其所有的有益效果，此处不再赘述。
51.以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
52.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
53.此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。