后轮转向系统的制作方法

1.本发明总体上涉及一种后轮转向系统，其能够在后轮转向马达正向输入的情况下以高效率操作，同时在没有后轮转向马达输入或在后轮反向输入的情况下便于可靠地执行自锁。


背景技术：

2.后轮转向(rear wheel steering，rws)系统旨在使后轮能够与前轮一起转向。在较低速度下，rws系统控制后轮转向角与前轮转向角反相或反向，以减小转弯半径。在较高速度下，rws系统控制后轮转向角与前轮转向角同相或同向，以提高驾驶稳定性。
3.在后轮反向输入的情况下，由于后轮的不稳定性，后轮转向系统难以实现直线驾驶。因此，需要获得后轮的驾驶稳定性并防止反向驾驶，以提供针对后轮转向系统故障的故障保护功能。
4.为此，相关技术的后轮转向系统使用包括导螺杆的自锁齿轮机构。
5.导螺杆具有自锁特性，其中在特定条件(例如，摩擦特性和导程角)下反向效率为零(0)。然而，在这种条件下，存在正向效率也显著降低的问题。
6.因此，随着齿轮机构的正向效率降低，需要相应地增加马达的输出功率，从而也增加了马达的尺寸、成本、能量损失等。
7.特别是，在后轮转向角的当前范围即
±3°
内具有与前轮相同水平的转向角的rws系统或者支持大的后轮转向角并有利于完整运动的后轮转向系统需要更大的输出功率，因此，本质上需要提高正向效率。
8.为了克服正向效率降低的这种缺点，已经提出了一种装置，该装置使用具有比导螺杆更高的效率的机构(例如，滚珠丝杠或行星滚柱丝杠)并且可以在特定条件下通过控制电磁阀来附加地实现锁定操作。
9.然而，根据该装置，锁定被间歇地激活，并且需要控制电磁阀的附加操作。因此，存在后轮转向系统的响应性降低的问题。
10.背景技术部分中包含的内容仅用于增强对本发明的一般背景的理解，并且不能被视为该内容形成了本领域技术人员已知的现有技术的承认或任何形式的暗示。


技术实现要素：

11.本发明的各方面旨在提供一种后轮转向系统，其能够在后轮转向马达正向输入的情况下以高效率操作，同时在没有后轮转向马达输入的情况下或在后轮反向输入的情况下便于可靠地执行自锁。
12.在本发明的各方面中，提供一种后轮转向系统，其包括：后轮转向马达，被配置为产生旋转力；运动转换器，具有联接到车轮转向马达的转换部，并且被构造成通过被施加在转换部上的磁流变(mr)流体，将从后轮转向马达传递的旋转力转换成线性运动；逆变器，连接到车轮转向马达，并被配置为控制后轮转向马达的驱动；以及磁开关，连接到逆变器，并
被配置为与逆变器协同工作以改变磁场以选择性地向运动转换器的mr流体提供磁场。
13.当电流施加到逆变器时，可以从mr流体消除磁开关的磁场。当没有电流施加到逆变器时，可以将磁开关的磁场提供给mr流体。
14.磁开关可以包括：电磁体，连接到逆变器，并响应于从逆变器接收到电流而磁化以产生磁场；以及永磁体，通过导电连接器连接到电磁体的铁芯的第一端部和第二端部。
15.永磁体设置在电磁体和mr流体之间。
16.mr流体可以施加在被构造成由后轮转向马达的旋转力旋转的导螺母和与导螺母接合并被构造成响应于导螺母的旋转而线性运动的丝杠之间。磁开关可以设置为缠绕在导螺母周围的形状。
17.永磁体可以被设置为比电磁体更靠近导螺母。
18.根据本发明的各种示例性实施例，当驱动后轮转向马达时，通过mr流体的软状态或mr流体的软化将动力传递到后轮。当未驱动后轮转向马达时，阻断后轮的反向输入，以实现自锁操作。
19.此外，当后轮转向系统断电时，mr流体可以保持在硬化状态以启用自锁功能，也可以获得故障保护功能。
20.此外，与相关技术的自锁机构相比，锁定操作可以不是间歇性的，并且可以快速执行锁定和释放以提高可操作性。可以提高齿轮箱的效率，从而降低马达的容量。无需增加控制器或传感器即可实现自锁操作，降低成本和重量。
21.本发明的方法和装置具有其它特征和优点，这些特征和优点将从一起用于解释本发明的某些原理的并入本文的附图和以下具体实施方式中变得明显或在附图和具体实施方式中更详细地阐述。
附图说明
22.图1是示出根据本发明的各种示例性实施例的响应于驱动后轮转向马达的mr流体的软化的示图；
23.图2是示出根据本发明的各种示例性实施例的响应于未驱动后轮转向马达的mr流体的硬化的示图；
24.图3是示出图1所示的磁开关的操作关系的示图；以及
25.图4是示出图2所示的磁开关的操作关系的示图。
26.可以理解的是，附图不一定按比例绘制，而是呈现了说明本发明基本原理的各种特征的稍微简化的表示。本公开所包括的本发明的具体设计特征，包括例如具体尺寸、取向、位置和形状，将部分地由特别预期的应用和使用环境确定。
27.在附图中，附图标记在附图的多幅图中指代本发明的相同或等同部分。
具体实施方式
28.现在将详细参考在附图中示出并在下面描述的本发明的各种示例性实施例。尽管将结合本发明的示例性实施例来描述本发明，但是将理解的是，本公开并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。另一方面，本发明旨在不仅涵盖本发明的示例性实施例，而且涵盖可以包括在如所附权利要求书所限定的本发明的思想和范围内的各种替代、修改、等同
形式和其它实施例。
29.在下文中，将参照附图详细描述本发明的各种示例性实施例。
30.图1是示出根据本发明的各种示例性实施例的响应于驱动后轮转向马达100的磁流变(magnetorheological，mr)流体250的软化的示图，图2是示出根据本发明的各种示例性实施例的响应于未驱动后轮转向马达100的mr流体250的硬化的示图。
31.参照图1和图2，根据本发明的各种示例性实施例的后轮转向系统可以包括：后轮转向马达100，产生旋转力；运动转换器200，具有联接到车轮转向马达的转换部，并且被构造成通过被施加在转换部上的mr流体250将从后轮转向马达100传递的旋转力转换成线性运动；逆变器300，被配置为控制后轮转向马达100的驱动；以及磁开关400，被配置为与逆变器300的电路协同工作以改变磁场以选择性地向mr流体250提供磁场。
32.此处，运动转换器200包括马达皮带轮210，马达皮带轮210的轴联接到后轮转向马达100的输出轴，使得马达皮带轮210可旋转。马达皮带轮210和导螺母230通过皮带220连接，使得导螺母230可旋转。
33.此外，导螺母230由轴承260可旋转地支撑。丝杠240延伸穿过导螺母230以可线性移动。
34.即，在驱动后轮转向马达100时，马达皮带轮210旋转，使得导螺母230通过皮带220响应地旋转。响应导螺母230的旋转，丝杠240转变为线性运动，并且沿横向移动，提供后轮的转向角。
35.此处，具有相对大的导程角的丝杠240被用作将后轮转向马达100的旋转转换为直线运动的齿轮机构，从而获得比相关技术的螺杆更高的正向效率。
36.此外，mr流体250是凝胶型材料，例如mr润滑脂(grease)，具有磁化成分。当电流流过这种mr流体250时，mr流体250以特定阵列排列，因此在被磁化的同时硬化。当没有电流流动时，mr流体250软化或保持在软凝胶状态，执行类似润滑脂的功能。
37.此外，逆变器300用于控制后轮转向马达100的驱动。当电流响应于施加到逆变器300的绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)的信号而流过逆变器300以控制后轮转向马达100时，逆变器300的电路将电流供应到磁开关400。
38.因此，磁开关400被配置为根据通过逆变器300供应的电流控制施加到mr流体250的磁场，同时改变磁场。
39.根据上述配置，在驱动后轮转向马达100时，磁开关400的磁场被流过逆变器300的电流改变，导致mr流体250软化。相反，在未驱动后轮转向马达100时，停止通过逆变器300供应电流，因此，磁开关400的磁场改变，导致mr流体250硬化。
40.因此，在驱动后轮转向马达100时，运动转换器200通过软化的mr流体250将动力传递到后轮。在后轮反向输入的情况下，可以通过硬化的mr流体250可靠地实现运动转换器200的自锁功能，并且可以利用前轮线控换挡(shift-by wire，sbw)系统来实现支持大后轮转向角的后轮转向(rws)系统。
41.此外，不仅在未驱动后轮转向马达100的情况下，而且在断电的情况下，可以通过硬化的mr流体250自动实现自锁功能，也获得故障保护功能。
42.此外，本发明可以被配置为，当电流施加到逆变器300时，从mr流体250中消除磁开关400的磁场，并且当没有电流施加到逆变器300时，将磁开关400的磁场提供给mr流体250。
43.即，在驱动后轮转向马达100时，磁开关400可以在后轮转向马达100实际运动之前消除已经提供给mr流体250的磁场以软化mr流体250。因此，至少要求磁开关400的操作早于后轮转向马达100的驱动。
44.为此，在附加地提供用于控制磁开关400的控制器的情况下，需要感测后轮转向马达100的运动，并且需要进行复杂且快速的判断，例如用于在感测之前操作磁开关400的控制时序管理。
45.然而，根据本发明的各种示例性实施例，在磁开关400与控制后轮转向马达100的逆变器300协同工作并且磁开关400的操作由来自逆变器300的电流控制的情况下，电流先流过磁开关400，然后流过后轮转向马达100，以在实际驱动后轮转向马达100之前激活磁开关400并改变磁场，从而使mr流体250软化。
46.因此，可以在驱动后轮转向马达100之前操作磁开关400，而不增加例如单独的高性能控制器或传感器，从而可靠地驱动后轮转向马达100，同时降低成本。
47.图3是示出图1所示的磁开关400的操作关系的示图，图4是示出图2所示的磁开关400的操作关系的示图。
48.参照图3和图4，磁开关400包括：电磁体410，响应于逆变器300提供的电流而磁化；永磁体420，通过导电连接器430连接到电磁体410的铁芯412的两端部。
49.此外，永磁体420是设置在电磁体410和mr流体250之间的结构。
50.例如，线圈414缠绕在铁芯412上以形成电磁体410，并且线圈414的两端部连接到逆变器300，使得电流可以流过线圈414。
51.此外，铁芯412的两端部和永磁体420的两端部通过导电连接器430并联连接，使得电流可以流过电磁体410和永磁体420。
52.如图3所示，当电流响应于逆变器300的电路的操作而流过电磁体410时，仅在电磁体410和永磁体420之间产生磁场，在电磁体410或永磁体420之外不产生磁场。因此，磁场对mr流体250没有影响。
53.因此，mr流体250软化以充当润滑脂，使后轮转向马达100提供的动力通过运动转换器200传递到后轮。
54.相反，如图4所示，当响应于逆变器300的电路的不操作而没有电流流过电磁体410时，永磁体420的磁场不仅施加到电磁体410，而且还指向mr流体250，对mr流体250产生影响。
55.因此，mr流体250硬化，因而可靠地实现运动转换器200的自锁操作。
56.此外，参照图2，根据本发明的各种示例性实施例，mr流体250可以施加在被配置为通过后轮转向马达100的旋转力旋转的导螺母230和被配置为响应于导螺母230的旋转而线性移动的丝杠240之间，并且磁开关400可以设置为缠绕在导螺母230周围的形状。
57.此外，永磁体420可以被设置成比电磁体410更靠近导螺母230。
58.即，导螺母230由导体制成，并且mr流体250施加在导螺母230和丝杠240之间。
59.因此，当没有电流流过电磁体410时，永磁体420的磁场被施加到导螺母230，对施加在导螺母230和丝杠240之间的mr流体250产生影响。
60.因此，磁场不仅被施加到电磁体410，而且被施加到mr流体250，对mr流体250产生影响。因此，mr流体250硬化，因此，可靠地实现运动转换器200的自锁操作。
61.在下文中，将描述根据本发明的各种示例性实施例的后轮转向系统的操作关系。
62.如图1所示，当逆变器300被操作以驱动后轮转向马达100时，电流流过逆变器300。
63.因此，在逆变器300中产生的电流被提供给磁开关400的电磁体410，使电磁体410磁化。
64.因此，通过流过电磁体410的电流，仅在电磁体410和永磁体420之间产生磁场，并且磁场不指向导螺母230，对施加在导螺母230和丝杠240之间的mr流体250没有影响。
65.因此，mr流体250软化，作为导螺母230和丝杠240之间的润滑脂提供。
66.此外，响应于逆变器300的操作，后轮转向马达100被控制以操作。
67.此处，由于在驱动后轮转向马达100之前电流从逆变器300流到磁开关400，所以在导螺母230和丝杠240之间能够平滑地进行运动转换。因此，由后轮转向马达100提供的动力通过运动转换器200可靠地传递到后轮。
68.相反，如图2所示，当逆变器300的操作停止时，没有电流流过逆变器300，因此没有电流提供给电磁体410。
69.因此，如图4所示，永磁体420的磁场不仅施加到电磁体410，还施加到导螺母230，对施加在导螺母230和丝杠240之间的mr流体250产生影响。
70.因此，mr流体250硬化，因此不能在导螺母230和丝杠240之间实现运动转换。因此，实现了运动转换器200的自锁操作。
71.如上所述，根据本发明的各种示例性实施例，当驱动后轮转向马达100时，通过mr流体250的软化将动力传递到后轮。当未驱动后轮转向马达100时，阻断后轮的反向输入，实现自锁操作，因而可以利用前轮sbw系统实现支持大后轮转向角的rws系统。
72.此外，当后轮转向系统断电时，mr流体250可以保持在硬化状态以启用自锁功能。因此，也可以获得故障保护功能。
73.此外，与相关技术的自锁机构相比，锁定操作可以不是间歇性的，并且可以快速执行锁定和释放以提高可操作性。可以提高齿轮箱的效率，从而降低马达的容量。无需增加控制器或传感器即可实现自锁操作，降低成本和重量。
74.此外，与诸如“控制器”、“控制单元”、“控制装置”或“控制模块”等的控制装置相关的术语是指包括存储器和被配置为执行被解释为算法结构的一个或多个步骤的处理器的硬件装置。存储器存储算法步骤，并且处理器执行算法步骤以执行根据本发明的各种示例性实施例的方法的一个或多个过程。根据本发明示例性实施例的控制装置可以通过被配置为存储用于控制车辆的各种组件的操作的算法或存储关于用于执行算法的软件命令的数据的非易失性存储器和被配置为利用存储在存储器中的数据来执行上述操作的处理器来实现。存储器和处理器可以是单独的芯片。或者，存储器和处理器可以集成在单个芯片中。处理器可以实现为一个或多个处理器。处理器可包括各种逻辑电路和运算电路，可以根据存储器提供的程序处理数据，并可以根据处理结果产生控制信号。
75.控制装置可以是由预定程序操作的至少一个微处理器，该预定程序可以包括用于执行在本发明的上述各种示例性实施例中公开的方法的一系列命令。
76.上述本发明还可以体现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机可读记录介质是可以存储随后可由计算机系统读取的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括硬盘驱动器(hdd)、固态硬盘(ssd)、硅磁盘驱动器(sdd)、只读存储器
(rom)、随机存取存储器(ram)、cd-rom、磁带、软盘、光学数据存储装置等以及作为载波(例如，通过互联网传输)的实施方式。
77.在本发明的各种示例性实施例中，上述每个操作可以由控制装置执行，并且控制装置可以配置为多个控制装置或集成的单个控制装置。
78.在本发明的各种示例性实施例中，控制装置可以以硬件或软件的形式来实现，或者可以以硬件和软件的组合来实现。
79.为了方便解释和准确限定所附权利要求，参照示例性实施例的特征在图中显示的位置，利用术语“上部的”、“下部的”、“内部的”、“外部的”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“后面”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“之内”、“之外”、“向前”和“向后”来描述这些特征。将进一步理解的是，术语“连接”或其派生词既指直接连接又指间接连接。
80.为了说明和描述的目的，公开了本发明的具体示例性实施例的前述描述。这些描述并非旨在穷举本发明或将本发明限制为所公开的特定形式，并且显然，根据以上教导，许多修改和变化是可能的。所选择和描述的示例性实施例用于解释本发明的某些原理及其实际应用，以使本领域的其他技术人员能够实施和利用本发明的各种示例性实施例及其各种替代形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等同内容来限定。