防反转离合器的制作方法

1.本发明涉及一种防反转离合器，该防反转离合器被构造成在向输入轴正向输入动力时保持高效率并且在没有向输入轴输入动力或向输出轴反向输入动力时执行稳定的自锁。


背景技术：

2.在能够使后轮和前轮转向的后轮转向系统(rws)中，在低速情况下，通过以与前轮转向角度相反的反相位控制后轮转向角度来减小旋转半径，并且在高速情况下，通过以与前轮转向角度相同的相位控制后轮转向角度来提高行驶稳定性。
3.在后轮转向系统中，由于向后轮反向输入动力时后轮不稳定而难以直行，因此必须防止反向操作，以不仅保证后轮的行驶稳定性，而且作为后轮转向系统故障的故障保护。
4.为此，传统的后轮转向系统采用能够执行自锁的导螺杆式齿轮机构。
5.导螺杆虽然具有反向效率在某些条件(与摩擦特性或导程角有关)下降低到零以下的自锁特性，但还具有在这些条件下正向效率急剧降低的缺点。
6.因此，当齿轮机构的正向效率降低时，必须增加相应的马达的输出以补偿降低的效率，从而增加马达的尺寸、制造成本、能耗等。
7.由于在与典型的当前后轮转向角度的约
±3°
水平下具有与前轮的转向角度几乎相同的转向角度的后轮转向系统(rws)或者具有宽转向角度范围的能够执行完整运动的系统需要较高的输出，因此必须提高正向效率。
8.在本背景技术部分中公开的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，并且不得被视为对该信息形成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：

9.本发明的各方面旨在提供一种防反转离合器装置，该防反转离合器装置被构造成在向输入轴正向输入动力时保持高效率并且在没有向输入轴输入动力或向输出轴反向输入动力时执行稳定的自锁。
10.根据本发明的各方面，上述和其它目的可以通过提供一种防反转离合器装置来实现，该防反转离合器装置包括：输入轴，通过提供到输入轴的旋转力旋转并且设置有从输入轴径向突出的推柄；输出轴，与输入轴同轴安装并且相对于输入轴可旋转；离合器壳体，包括沿离合器壳体的内圆周表面形成的内齿轮；以及锁定块，安装在输出轴和离合器壳体的内圆周表面之间并且与输出轴一起旋转，该锁定块包括沿锁定块的外圆周表面形成以与内齿轮啮合的外齿轮，并且该锁定块在推柄旋转时通过在推柄和锁定块之间形成的倾斜表面结构而在输出轴的径向方向上线性移动，使得外齿轮与内齿轮啮合或脱离。
11.推柄的端部的两横向侧可以分别设置有外表面上具有倾斜推压面的楔形的推压部，并且锁定块的与推柄邻近的端部的两横向侧可以分别设置有具有与相应一个倾斜推压面相对应的倾斜滑动面的楔形的滑动部。
12.两个倾斜推压面和两个倾斜滑动面中的每一个可以被构造成以径向向外横向展开的形状倾斜。
13.防反转离合器装置可以进一步包括：引导单元，通过引导孔和引导突起之间的接合将输出轴连接到锁定块，以引导锁定块的径向线性移动，同时限制锁定块相对于输出轴旋转。
14.引导单元可以包括：引导突起，形成在输出轴和锁定块的面对的表面中的一个上；以及引导孔，形成在输出轴和锁定块的面对的表面中的其余一个中并具有与引导突起相对应的形状，从而在引导孔中接收引导突起。
15.防反转离合器装置可以进一步包括：恢复单元，被构造成为锁定块提供恢复力，以使通过推柄径向移动的锁定块恢复到锁定块的原始静止位置。
16.恢复单元可以是恢复弹簧，该恢复弹簧装配在引导突起上，该恢复弹簧的一个端部由输出轴支撑并且该恢复弹簧的另一端部由锁定块支撑。
17.防反转离合器装置可以进一步包括：后轮转向马达，被构造成向输入轴提供旋转力；以及运动转换单元，被构造成将传递到输出轴的旋转力转换为连接到后轮的螺杆的线性移动，从而使后轮转向。
18.防反转离合器装置可以进一步包括：控制器，被配置为基于后轮转向马达的旋转角度、推柄的旋转角度和运动转换单元的齿轮比确定螺杆的位置。
19.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显而易见或在附图和具体实施方式中更详细地阐述。
附图说明
20.图1是示例性地示出根据本发明的各种示例性实施例的防反转离合器装置的结构的视图；
21.图2a、图2b、图2c和图2d是示例性地示出根据本发明的示例性实施例的防反转离合器装置的操作的视图；
22.图3a和图3b是示例性地示出根据本发明的示例性实施例的引导单元和恢复单元的结构和操作的视图；
23.图4a和图4b是示例性地示出根据本发明的各种示例性实施例的引导单元的结构和操作的视图；
24.图5是示例性地示出根据本发明的示例性实施例的防反转离合器装置的侧剖视图；以及
25.图6是示例性地示出应用于后轮转向系统的根据本发明的示例性实施例的防反转离合器装置的视图。
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的基本原理的各种特征的稍微简化的表示。如本文所包括的本发明的包括例如具体尺寸、取向、位置和形状的具体设计特征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个附图中指代本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
28.现在将详细参照本发明的各种实施例，本发明的各种实施例的示例在附图中示出并在下面描述。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，本描述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形式、修改形式、等同形式和其它实施例。
29.现在将详细参照本发明的示例性实施例，本发明的示例性实施例的示例在附图中示出。只要可能，将在整个附图中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部分。
30.在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。
31.图1是示例性地示出根据本发明的各种示例性实施例的防反转离合器20的结构的视图。
32.参照附图，根据本发明的示例性实施例的防反转离合器20包括：输入轴100，接收旋转力并围绕旋转轴旋转，并且输入轴100设置有从输入轴100径向延伸的推柄200；输出轴400，与输入轴100同轴设置并且相对于输入轴100可旋转；离合器壳体500，包括沿离合器壳体500的内圆周表面形成的内齿轮510；以及锁定块300，与输出轴400一起旋转并包括与内齿轮510啮合的外齿轮320，并且锁定块300根据推柄200的旋转通过锁定块300的与推柄200接触的倾斜表面而在输出轴400的径向方向上线性移动，以使外齿轮320与内齿轮510啮合或脱离。
33.诸如电动马达的旋转驱动源连接到输入轴100，使得输入轴100通过来自旋转驱动源的驱动力而旋转。推柄200以输入轴100的旋转轴为中心径向延伸并与输入轴100的外表面一体形成，以与输入轴100一起旋转。
34.输出轴400与输入轴100同轴设置并且相对于输入轴100可旋转。具有扇形形状的锁定块300位于距输出轴400的旋转轴的预定径向距离处。
35.推柄200的横向侧表面和锁定块300的横向侧表面具有彼此表面接触的倾斜表面。
36.因此，当推柄200旋转时，锁定块300通过倾斜表面结构相对于输出轴400的旋转轴径向向外和向内移动。
37.此外，锁定块300的径向向外端部设置有拱形外齿轮320，使得锁定块300具有扇形齿轮形状。
38.离合器壳体500被不可移动地构造成具有圆柱形形状，并且离合器壳体500的中心与输入轴100和输出轴400的旋转轴同轴。离合器壳体500的内圆周表面设置有内齿轮510。
39.因此，由于锁定块300的外齿轮320通过锁定块300的径向移动与离合器壳体500的内齿轮510啮合或脱离，因此输出轴400通过输入到输入轴100的旋转力旋转，而输入轴100不通过反向输入到输出轴400的旋转力旋转。
40.当来自马达的驱动力被提供到输入轴100时，外齿轮320与内齿轮510脱离，因此驱动力被传递到输出轴400。另一方面，当来自马达的驱动力没有输入到输入轴100或旋转力反向输入到输出轴400时，外齿轮320与内齿轮510啮合，因此不仅输出轴400的旋转被锁定，而且输入轴100的旋转也被锁定。
41.因此，由于与传统的用于自锁的导螺杆式防反转机构相比，齿轮箱的效率提高，因此可以减小马达容量，从而降低重量和制造成本。
42.此外，由于锁定结构通过齿之间的啮合实现，因此对于大旋转力的反向输入也可以可靠地执行锁定功能。此外，由于当供应到连接到输入轴100的马达的电力被断开时自动执行锁定功能，因此还可以通过防反转离合器20提供故障保护。
43.图2a、图2b、图2c和图2d是示例性地示出根据本发明的示例性实施例的防反转离合器的操作的视图。
44.将参照附图描述推柄200和锁定块300之间的联接关系。在推柄200的端部的两横向侧分别形成有外表面上具有倾斜推压面212的楔形的推压部210，并且在锁定块300的与推柄200邻近的端部的两横向侧分别形成有楔形的滑动部310，并且在滑动部310的内表面形成有与倾斜推压面212相对应的倾斜滑动面312。
45.一对倾斜推压面212和一对倾斜滑动面312中的每一个可以被构造成以径向向外横向展开的形状倾斜。
46.例如，在锁定块300的中央区域形成有凹槽状的操作空间，并且在操作空间的两横向侧分别形成有倾斜滑动面312。
47.一对倾斜推压部210设置在操作空间中，并且与倾斜滑动面312相对应的倾斜推压面212形成在倾斜推压部的各个外表面上。因此，倾斜推压面212与倾斜滑动面312表面接触。
48.因此，当在锁定块300的外齿轮320与离合器壳体500的内齿轮510啮合的状态下推柄200通过输入轴100的旋转而旋转时，一对倾斜推压面212中的位于旋转方向前端部的一个倾斜推压面212与倾斜滑动面312接触并在旋转方向上推动倾斜滑动面312，从而使锁定块300通过倾斜表面朝向旋转中心移动。此处，倾斜滑动面312可以被构造成长于倾斜推压面212，使得倾斜推压面212沿倾斜滑动面稳定地滑动。
49.因此，由于外齿轮320与内齿轮510脱离而释放了外齿轮320与内齿轮510之间的啮合，因此锁定块300与推柄200一起旋转，并且输出轴400也随之一起旋转。
50.根据本发明的示例性实施例的防反转离合器进一步包括引导单元，该引导单元通过引导孔和引导突起之间的接合将输出轴400连接到锁定块300，以引导锁定块300的径向线性移动，同时限制锁定块300相对于输出轴400旋转。
51.图3a和图3b是示例性地示出根据本发明的示例性实施例的引导单元和恢复单元的结构和操作的视图。
52.现在将参照附图描述引导单元。引导单元包括：引导突起，形成在输出轴400和锁定块300的面对的表面中的一个上；以及引导孔，形成在输出轴400和锁定块300的面对的表面中的另一个中并具有与引导突起相对应的形状，从而在引导孔中接收引导突起。
53.例如，在输出轴400的在径向方向上面对锁定块300的表面上的两个位置形成有分别具有圆柱或多边形柱形状的一对第一引导突起430，并且在锁定块300的在径向方向上面对输出轴400的表面上的两个位置形成有分别具有与相应一个第一引导突起430相对应的形状的一对第一引导孔330。
54.由于第一引导突起430和第一引导孔330中的每一个延伸为具有预定长度，并且第一引导突起430装配到第一引导孔330中并在第一引导孔330中线性移动，因此锁定块300被引导以仅在径向方向上线性移动。
55.此处，衬套332可以装配到第一引导孔330的每个内圆周表面中以支撑第一引导突
起430的线性移动。
56.图4a和图4b是示例性地示出根据本发明的各种示例性实施例的引导单元的结构和操作的视图。图5是示例性地示出根据本发明的示例性实施例的防反转离合器20的侧剖视图。
57.参照附图，除了包括第一引导突起430和第一引导孔330的引导单元之外，根据本发明的示例性实施例的防反转离合器可以进一步包括附加的引导结构，以提高锁定块300的操作可靠性。
58.为此，输出轴400的一部分朝向锁定块300径向延伸。
59.在锁定块300的在轴向方向上面对输出轴400的延伸部分的端部形成有一对第二引导突起340，并且在输出轴400的在轴向方向上面对锁定块300的端部形成有长的一对第二引导孔(或引导槽)440。
60.此处，第二引导孔440被构造成在径向方向上延伸，并且第二引导突起340可移动地设置在第二引导孔440中，由此锁定块300被引导以仅在径向方向上线性移动。
61.如图3a和图3b所示，根据本发明的示例性实施例的防反转离合器进一步包括恢复单元，该恢复单元被构造成为锁定块300提供恢复力，以使通过推柄200径向移动的锁定块300恢复到原始静止位置。
62.恢复单元可以是被构造成具有螺旋弹簧形状的恢复弹簧450，恢复弹簧450装配在引导突起上，恢复弹簧450的一个端部由输出轴440支撑并且恢复弹簧450的另一端部由锁定块300支撑。
63.因此，当在锁定块300朝向输出轴400的旋转中心径向向内移动的状态下传递到推柄200的旋转力被移除时，恢复弹簧450的弹性恢复力施加到锁定块300，从而使锁定块300径向向外移动。
64.因此，锁定块300的外齿轮320与离合器壳体500的内齿轮510啮合，从而执行输出轴400的自锁。
65.图6是示例性地示出应用于后轮转向系统的根据本发明的示例性实施例的防反转离合器20的视图。
66.如图所示，根据本发明的示例性实施例的防反转离合器20可以应用于后轮转向系统。在这种情况下，防反转离合器20进一步包括：后轮转向马达10，被构造成向输入轴100提供旋转力；以及运动转换单元30，被构造成将传递到输出轴400的旋转力转换为连接到后轮的螺杆的线性移动，从而使后轮转向。
67.运动转换单元30被构造成使得马达带轮31联接到输出轴400并且马达带轮31和滚珠螺母带轮33通过带32彼此连接。此外，滚珠螺母34固定在滚珠螺母带轮33中，并通过轴承35被可旋转地支撑。滚珠螺杆36延伸穿过滚珠螺母34。
68.因此，当输出轴400通过后轮转向马达10旋转时，马达带轮31旋转，并且滚珠螺母带轮33和滚珠螺母34利用经由带32传递的旋转力旋转。当滚珠螺母34旋转时，滚珠螺杆36在横向方向上线性移动，从而调整后轮的转向角度。
69.此处，由于滚珠螺杆被用作被构造成将后轮转向马达10的旋转运动转换为线性移动的运动转换单元30的组件，因此与传统的导螺杆相比，可以提供高正向效率。
70.根据本发明的示例性实施例，由于防反转离合器20设置在后轮转向马达10和运动
转换单元30之间，因此从后轮转向马达10向防反转离合器20输入驱动力。输入驱动力时通过防反转离合器20传递动力。同时，当从运动转换单元30向防反转离合器20输入力时，防反转离合器20保持在锁定状态，从而执行自锁功能。
71.因此，由于仅在后轮转向马达10操作时才传递力，并且在反向输入力时稳定地实现自锁功能，因此实现了被构造成利用前轮sbw在整个宽转向角度范围操作的后轮转向系统(rws)。
72.此外，由于不仅在后轮转向马达10不操作时自动实现自锁，而且在电力断开时也自动实现自锁，因此还可以执行故障保护功能。
73.根据本发明的示例性实施例的防反转离合器20可以进一步包括控制器，该控制器被配置为基于后轮转向马达10的旋转角度、推柄200的旋转角度和运动转换单元30的齿轮比确定螺杆的位置。
74.作为参考，根据本发明的各种示例性实施例的控制器可以通过非易失性存储器和处理器实施，非易失性存储器被配置为存储与被配置为控制车辆的各个组件的操作的算法或用于执行该算法的软件指令相关的数据，处理器被配置为利用存储在存储器中的数据来执行将在下面描述的操作。此处，存储器和处理器可以实施为单独的芯片。或者，存储器和处理器可以实施为集成存储器和处理器的单个芯片。处理器可以实施为一个或多个处理器。
75.例如，当后轮转向马达10不操作时，保持推柄200和锁定块300位于相同旋转角度的状态。
76.螺杆的位置利用以下公式(1)来确定。后轮转向马达10的角度由马达位置传感器确定。
77.x
screw
＝r
gear
×
θ
mps
……
(1)
78.(此处，x
screw
是螺杆的位置，r
gear
是运动转换单元30的齿轮比(mm/rev)，θ
mps
是后轮转向马达的角度。)
79.然而，由于当后轮转向马达10顺时针旋转时，推柄200比锁定块300顺时针旋转得更多，因此推柄200和锁定块300之间存在角度差。
80.因此，在顺时针操作状态下的螺杆的位置利用以下公式(2)来确定。
81.x
screw
＝r
gear
×
(θ
mps-θ
release
)
……
(2)
82.(此处，x
screw
是螺杆的位置，r
gear
是运动转换单元30的齿轮比(mm/rev)，θ
mps
是后轮转向马达的角度，θ
release
是用于释放锁定块300的锁定的角度(推柄200和锁定块300之间的角度差)。)
83.另一方面，由于当后轮转向马达10逆时针旋转时，推柄200比锁定块300逆时针旋转得更多，因此推柄200和锁定块300之间也存在角度差。
84.因此，在逆时针操作状态下的螺杆的位置利用以下公式(3)来确定。
85.x
screw
＝r
gear
×
(θ
mps
θ
release
)
……
(3)
86.(此处，x
screw
是螺杆的位置，r
gear
是运动转换单元30的齿轮比(mm/rev)，θ
mps
是后轮转向马达的角度，θ
release
是用于释放锁定块300的锁定的角度(推柄200和锁定块300之间的角度差)。)
87.以目前的方式，本发明的示例性实施例被配置为能够确定在释放锁定块300的锁
定状态期间发生的间隙(backlash)，并通过将确定的值应用于确定螺杆的位置来执行后轮转向系统的更精确的位置控制。
88.在下文中，将描述根据本发明的示例性实施例的防反转离合器20应用于后轮转向系统的结构的操作。
89.当通过后轮转向马达10向输入轴100施加逆时针驱动扭矩时，推柄200围绕旋转轴逆时针旋转，如图2a所示。
90.因此，由于推柄200的倾斜推压面212推动锁定块300的作为滑动部310的逆时针方向前端部的倾斜滑动面312，因此推柄200被构造成通过倾斜表面结构朝向旋转中心拉动锁定块300。
91.当推柄200逆时针旋转预定角度时，推柄200和锁定块300之间形成角度差，并且锁定块300在径向向内方向上朝向旋转中心线性移动。
92.因此，锁定块300的外齿轮320与离合器壳体500的内齿轮510脱离，从而允许锁定块300旋转。
93.由于推柄200在逆时针连续推动锁定块300的同时向锁定块300提供旋转力，因此通过引导单元连接到锁定块300的输出轴400也逆时针旋转，如图2b所示。
94.另一方面，当在输出轴400旋转期间不提供后轮转向马达10的驱动扭矩时，锁定块300在径向向外方向上远离旋转中心移动。
95.随后，锁定块300的外齿轮320与内齿轮510啮合，从而限制锁定块400旋转，如图2c所示。
96.此后，通过倾斜滑动面312和倾斜推压面212之间的滑动结构，推柄200恢复到推柄200旋转之前的原始位置，并且推柄200的角度与锁定块300的角度一致，如图2d所示。
97.因此，可以使锁定块300和输出轴400都保持在锁定状态。
98.如上所述，当根据本发明的示例性实施例的防反转离合器20应用于后轮转向系统时，仅在后轮转向马达10操作时才传递力，并且在反向输入力时实现稳定的自锁，从而实现了被构造成利用前轮sbw在整个宽转向角度范围操作的后轮转向系统(rws)。
99.此外，由于不仅在后轮转向马达10不操作时自动执行自锁，而且在电力断开时也自动执行自锁，因此可以执行故障保护功能。
100.此外，通过齿轮齿之间啮合的锁定结构，即使在大的力反向输入时也可以稳定地执行锁定功能。此外，由于与传统的用于自锁的导螺杆式防反转机构相比，齿轮箱的效率提高，因此可以减小马达容量，从而降低制造成本和重量。
101.如从上面的描述中显而易见的，当根据本发明的各种示例性实施例的防反转离合器应用于后轮转向系统时，具有以下优点：仅在后轮转向马达操作时才允许传递动力，并在反向输入动力时实现稳定的自锁功能，并且由于不仅在后轮转向马达不操作时自动执行自锁，而且在电力断开时也自动执行自锁，因此可以执行故障保护功能。
102.此外，通过齿轮齿之间啮合实现的锁定结构，即使在大的力反向输入时也可以稳定地执行锁定功能。此外，由于与传统的用于自锁的导螺杆式防反转机构相比，齿轮箱的效率提高，因此可以减小马达容量，从而降低制造成本和重量。
103.另外，与诸如“控制器”、“控制单元”、“控制设备”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。根据本发明的示例性实施例的控制装置可以通过非易失性存储器和处理器来实施，非易失性存储器被配置为存储与用于控制车辆的各个组件的操作的算法或用于执行算法的软件命令有关的数据，处理器被配置为利用存储在存储器中的数据来执行上述操作。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。处理器可以实施为一个或多个处理器。处理器可以包括各种逻辑电路和运算电路，可以根据从存储器提供的程序处理数据，并且可以根据处理结果生成控制信号。
104.控制装置可以是通过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。
105.上述发明还可以实施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以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如载波(例如，通过互联网传输)的实施方式。
106.在本发明的示例性实施例中，上述每个操作可以由控制装置执行，并且控制装置可以由多个控制装置或集成的单个控制装置配置。
107.在本发明的示例性实施例中，控制装置可以以硬件或软件的形式来实施，或者可以以硬件和软件的组合来实施。
108.为了方便解释和所附权利要求书中的准确限定，参照在图中示出的示例性实施例的特征的位置，利用术语“上部”、“下部”、“内部”、“外部”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“前”、“后”、“后面”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“里面”、“外面”、“内”、“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。
109.为了说明和描述的目的，给出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精确形式，并且显然，根据以上教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述示例性实施例以解释本发明的某些原理及其实际应用，以使本领域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。