CN110171472B - 一种双模式后轮主动转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双模式后轮主动转向装置，包括：转向电机，其输出端设置有输入齿轮；主轴，其一端通过两级齿轮传动系与第一后轮运动转换机构驱动第一后轮转向运动，其另一端通过行星齿轮耦合机构与第二后轮运动转换机构驱动第二后轮转向运动；在所述主轴上设置有中间齿轮、传递齿轮和所述行星齿轮耦合机构的太阳轮，中间齿轮与所述输入齿轮啮合传动；模式切换总成，其一端设置有与所述传递齿轮啮合的模式切换输入齿轮，另一端设置有与所述行星齿轮耦合机构内齿圈啮合的模式切换输出齿轮，用于通过电磁离合器装置选择性的驱动或锁止所述行星齿轮耦合机构内齿圈，并通过恰当设计齿轮速比能够实现将转向电机驱动左右车轮等幅同向或反向的转向运动。

Description

一种双模式后轮主动转向装置

技术领域

本发明涉及汽车转向安全领域，更具体的是，本发明涉及一种双模式后轮主动转向装置。

背景技术

后轮转向作为一种辅助转向技术，能够在一定程度上提高转向灵活性和驾驶稳定性。以雪铁龙的PSS为代表的后轮随动转向技术能够被动地在有限程度下满足驾驶员对转向辅助的要求，但其容易产生连接部件的磨损，可控性也不高。相较而言，后轮主动转向能弥补这类缺陷。后轮主动转向技术具有非常明显的优势，使汽车在低速行驶状态下具有抑制转向不足特性，提高转向横摆增益，改善在狭小空间转向行驶的灵活性；在高速行驶时能抑制过多转向特性，降低转向横摆增益，改善高速行驶的稳定性。

近年来，各国陆续出现不同的后轮主动转向技术，而现阶段市场上已经有部分高端车型装备了后轮主动转向***，例如，凯迪拉克在CT6中使用ARS后轮主动转向，采用了伺服电机配合五连杆悬挂实现最大3.5°的后轮转向角；宝马公司也在新7系轿车中装备了Integral主动转向，其采用的为电机驱动螺母，由螺杆产生轴向位移以实现最大3°的后轮转向角；采埃孚(ZF)公司研发出的AKC后轮主动转向装置使用直流无刷电机驱动连杆机构改变后轮前束值以提供最大6°的转角，在奥迪新A8L和最新的保时捷Panamera上均配备了该***的中央执行器版。上述产品均采用的是中央执行器方案，即在后桥附近仅设置一个电机，通过转向横拉杆对左右后轮输出同向的转动；而在保时捷911Turbo和911GT3上配备了ZF公司AKC技术的双执行器版本，即在左后轮与右后轮附近各设置一套相同的电机执行器，带动两个后轮分别实现同向的转动。

但后轮除了在转向工况下可以改善车辆的灵活性、稳定性之外，在制动工况下后轴若出现侧滑则整车极易出现失稳这种危险的情况，故控制后轮前束变小，即左右轮同时超车身内侧反向转向，还可以用于改善车辆制动时的方向稳定性；目前市场上暂时只有本田讴歌TXL应用了这一技术并实现了量产，其在左右后轮附近分别布置电机，相当于双执行器分别完成对后轮转角的控制。

相对来说，双执行器实现后轮不同方向转动较容易，但执行器偏多、成本高昂，且可靠性较差，一旦单侧电机执行器损坏将破坏左右后轮协调运动的规律，导致危险事故发生。

发明内容

本发明设计开发一种双模式后轮主动转向装置，利用一个电机和耦合机构控制两个后轮在不同工况下实现同向或反向转动，使后轮主动转向装置具有转向和制动两种模式。

本发明提供的技术方案为：

一种双模式后轮主动转向装置，包括：

壳体，其上固定设置有转向电机，所述转向电机输出端同轴固定设置有输入齿轮；以及

主轴，其可旋转设置在所述壳体中部，其一端通过外圆柱两级齿轮传动系与第一后轮运动转换机构连接，用于驱动第一后轮转向运动，其另一端通过行星齿轮耦合机构与第二后轮运动转换机构连接，用于驱动第二后轮转向运动；

中间齿轮，其同轴固定设置在所述主轴上，并与所述外圆柱两级齿轮传动系同轴设置，且与所述输入齿轮啮合传动；

行星齿轮耦合机构，其由太阳轮、多个行星轮、行星架、内齿圈套、第一内齿圈、第二内齿圈等构成，其包括：

太阳轮，其同轴固定设置在所述主轴另一端；

内齿圈套，其可旋转设置在所述壳体内部；

第一内齿圈，其设置在与所述太阳轮同心的所述内齿圈套一侧内；

多个行星轮，其周向均匀设置在所述太阳轮外侧，且分别与所述太阳轮和所述第一内齿圈啮合传动；

行星架，其与所述太阳轮同轴间隔设置，且与第二后轮运动转换机构同轴连接，用于驱动第二后轮转动；

多个行星轮销轴，其一端分别可旋转穿过对应所述行星轮，另一端固定设置在所述行星架上；

第二内齿圈，其设置在所述内齿圈套另一侧内；

传递齿轮，其同轴固定设置在位于所述太阳轮和所述中间齿轮之间的主轴上；

模式切换总成，其一端同轴设置有与所述传递齿轮啮合传动的模式切换输入齿轮，另一端同轴设置有与所述第二内齿圈啮合传动的模式切换输出齿轮；用于选择性的驱动或锁止所述第一内齿圈；

其中，当所述模式切换总成断开时，所述第一内齿圈通过所述模式切换总成与所述壳体连接锁止，仅由所述主轴上的太阳轮驱动行星架，进而驱动第二后轮运动转换机构动作；当所述模式切换总成接合时，所述主轴通过所述太阳轮和所述模式切换总成驱动的所述第一内齿圈和第二内齿圈，实现转速耦合并驱动第二后轮运动转换机构。

优选的是，所述模式切换总成包括：

切换总成壳体，其中心贯穿有同轴第一通孔、第二通孔和第三通孔，且与所述壳体螺栓固定连接；以及

模式切换输入齿轮，其布置在所述切换总成壳体输入侧外部，与所述传递齿轮啮合；

输入轴，其一端通过轴承可旋转支承在所述第一通孔内并伸入所述切换总成壳体内，另一端与所述模式切换输入齿轮同轴平键连接；

动子摩擦盘，其为圆环形，设置在所述切换总成壳体内，且同轴与所述输入轴伸入所述切换总成内部的端面固定连接；

输出轴，其一端通过轴承可旋转支承在所述第三通孔内并伸入所述切换总成壳体内，且与所述输入轴同轴可旋转支承，另一端与所述模式切换输出齿轮同轴花键连接；

圆形凹槽，其同轴设置在与所述动子摩擦盘相对的切换总成壳体内壁上；

线圈，其内嵌固定设置在所述圆形凹槽内；

磁轭，其通过花键副可滑动套设在位于所述动子摩擦盘和线圈之间的输出轴上；

力矩调整环，其设置在所述切换总成壳体第二通孔内且与孔保持较大间隙，其中心螺纹套设在所述输出轴上，其外圆柱面设置有使其能通过工具迫使其在所述输出轴上旋转的调节齿，且其面向所述磁轭的端面设置有一圈弧面凹槽；

定子摩擦盘，其为环形，且空套放置在所述线圈外侧，并固定设置在所述第二通孔周向的切换总成壳体内壁上；

多个弹簧，其均匀设置在位于所述磁轭和力矩调整环之间的输出轴周围，且一端与所述磁轭接触，另一端与所述力矩调整环圆弧形凹槽可滑动接触，并通过力矩调整环的旋转调节所述多个弹簧压紧力；

其中，当所述线圈通电时，所述磁轭压缩弹簧紧靠在所述定子摩擦盘上，被切换总成壳体锁止，同时所述磁轭与所述动子摩擦盘分离；当所述线圈断电时，所述弹簧压紧所述磁轭抵靠在所述动子摩擦盘上，所述动子摩擦盘与所述磁轭连接并同步转动。

优选的是，所述外圆柱两级齿轮传动系包括：

第一小齿轮，其同轴固定套设在位于所述中间齿轮外侧的所述主轴上；

二级传动轴，其两端可旋转设置在位于所述第一小齿轮下方的壳体上；

第一大齿轮，其同轴固定套设在位于所述第一小齿轮正下方的二级传动轴上，并与所述第一小齿轮啮合传动；

第二小齿轮，其同轴套设在位于所述第一大齿轮外侧的二级传动轴上；

第二大齿轮，其设置在所述第二小齿轮正上方，且与所述第二小齿轮啮合传动，所述第二大齿轮与所述第一后轮转向运动转换机构同轴固定连接。

优选的是，所述第一后轮运动转换机构和第二后轮运动转换机构结构组成相同，均包括：

螺母，其可旋转设置在所述壳体上；

丝杠，其一端通过滚珠间隙配合设置在所述螺母内且能够沿所述螺母轴向运动，另一端穿出所述壳体；

转向横拉杆，其一端通过球头销与所述丝杠另一端连接，另一端通过球头销与对应车轮的转向节臂连接，实现车轮偏转运动；

防尘罩，其套设在位于所述壳体外侧的所述丝杠上，且两端分别通过卡箍固定在所述壳体和所述丝杠上。

优选的是，所述模式切换总成还包括：

凸台，其设置在位于所述磁轭和所述力矩调整环之间的输出轴上，且与所述输出轴一体成型；

多个通孔，其周向均匀设置在所述凸台上；

弹簧座，其为异性圆柱体，其平面一端与所述弹簧另一端接触，且设置在对应所述通孔内，能够沿所述通孔轴向运动，所述弹簧座弧面一端与所述力矩调整环可滑动接触；

动子摩擦片，其为环形，且同轴固定设置在于所述磁轭相对的所述动子摩擦盘一侧；

定子摩擦片，其为环形，其同轴固定设置在于所述磁轭相对的所述定子摩擦盘一侧。

优选的是，所述第一后轮运动转换机构的丝杠和螺母与第二后轮运动转换机构的丝杠和螺母除旋向完全相反外，其余参数完全相同。

优选的是，所述主轴另一端可旋转的支承在所述行星架上。

优选的是，所述可旋转设置或者可旋转支承均通过轴承实现。

优选的是，所述第一小齿轮、第二小齿轮、第一大齿轮、第二大齿轮的齿数满足：

z₂₉₀+z₂₆₀＝z₂₇₀+z₂₈₀；

其中，α为所述第一内齿圈齿数z_q与所述太阳轮齿数z_t之比，z₂₆₀为所述第一大齿轮齿数，z₂₉₀为所述第一小齿轮齿数，z₂₇₀为所述第二小齿轮齿数，z₂₈₀为所述第二大齿轮齿数。

优选的是，所述模式切换总成的输入端齿轮传动比与输出端齿轮传动比满足：

其中，i_t为所述模式切换总成输入端传动比，i_c为所述模式切换总成输出端传动比。

本发明所述的有益效果：

1.本发明提供一种双模式后轮主动转向装置，利用一套电机执行机构即可在车辆转向和制动两种不同行驶工况下控制两个后轮实现同向或反向转动，使后轮主动转向装置具有转向工况同向转动和制动工况反向转动这两种工作模式。且即使电机失效时，因丝杠螺母副的机械自锁作用，确保了稳定可靠的机械连接，确保行车安全。

2.本发明采用2K-H型行星齿轮机构，具有较大的传动比变化范围，有益于完成双模式切换时的转速耦合并可匹配不同型号的转向电机；其结构紧凑、体积小，易于匹配整车。

3.本发明采用2K-H型行星齿轮机构，仅采用一个电机、行星齿轮耦合传动机构以及一个模式切换装置，即可完成转向/制动这两种工况下的两后轮同向、逆向双模式主动转向控制，减少了执行器电机数量，降低了***的复杂度和成本。

4.本发明采用丝杠螺母机构作为运动转换机构，可以将电机及所有传动轴的旋转运动转化为横拉杆的平动；且由于丝杠螺母副的自锁作用，可以在无转向、制动要求时允许电机卸载，利用丝杠螺母的机械作用抵抗路面的扰动，降低工作能耗。

5.本发明所设计的机械结构在更为常见的转向工况下能够利用机械自身摩擦而维持该模式，不需要额外能量输入，极大降低了工作能耗，也提高了可靠性。

附图说明

图1为本发明所述双模式后轮主动转向装置在后桥上布置方案的示意图。

图2为本发明所述双模式后轮主动转向装置的结构示意图。

图3为本发明所述模式切换总成结构示意图。

图4为本发明所述运动转换机构结构示意图。

图5为本发明所述双模式后轮主动转向装置的制动工作原理图。

图6为本发明所述双模式后轮主动转向装置的转向工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，为本发明所述的新型双模式后轮主动转向装置在后桥上的布置方案示意图。本发明所述的新型双模式后轮主动转向装置主要包括：转向电机(伺服电机110)、传动匹配齿轮组、模式切换总成、行星齿轮齿轮耦合机构、外壳体500、运动转换机构、转向横拉杆750、后轮780等。其中，转向电机水平固定在后桥副车架770上，且其轴线与汽车纵轴线垂直布置。转向电机与外壳体500沿横向依次排列，且转向电机的输出轴120与传动匹配齿轮组的输入轴230通过花键连接，并由传动匹配齿轮组向A侧进行减速增扭，直接输出给该侧的运动转换机构(第一)；向B侧则分别输出给模式切换总成和行星齿轮齿轮耦合机构，其中，模式切换总成可实现与行星齿轮齿轮耦合机构的连接或断开，B侧的运动转换机构布置在行星齿轮齿轮耦合机构的输出端；两侧的运动转换机构均将绕各自轴线的旋转运动转换为沿该轴线的平动。需要补充说明的是，一般仅前轮转向的汽车，一般在后悬架存在着一个后轮前束控制臂用来手动维修调整后轮的前束。而对于四轮转向的汽车，可以通过取消此后束控制臂与车架的连接、而改为与主动转向装置的运动转换机构的输出端球头销连接的方式来实时自动控制两侧后轮转向运动；同时由于后轮需同时满足跳动和转动两种运动的耦合，因此将原有控制臂与车轮之间的销轴连接改为转向横拉杆750与后轮转向节臂760间的球头销连接。为此，运动转换机构的左右两个输出端分别通过球头销I730与左右两侧转向横拉杆750连接，左右两侧的转向横拉杆750另一端通过球头销II740再与左右后轮的各自转向节臂760连接，从而将运动转换机构的两端输出的平动传递至对转向节臂的拖拽、直至带动左右后轮780完成偏转的运动。

如图2所示，为本发明所述双模式后轮主动转向装置的结构，主要包括转向电机、传动匹配齿轮组、模式切换总成、行星齿轮齿轮耦合机构、外壳体500和运动转换机构。其中，外壳体500可分为4个部分，匹配段壳体510主要容纳A侧的运动转换机构、传动匹配齿轮组输入端以及向A侧传动的部分结构，模式段壳体520主要容纳模式切换总成以及传动匹配齿轮组向B侧传动所需的零件，耦合段壳体530主要容纳行星齿轮齿轮耦合机构，端面壳体540主要容纳B侧输出端的运动转换机构。用连接螺钉I511、连接螺钉II521、连接螺栓531依次连接匹配段壳体510、模式段壳体520、耦合段壳体530和端面壳体540。

本发明所述转向电机需要满足可双向旋转、旋转角度精确可控、反应迅速、有较大转矩过载能力、运行平稳的要求，且有较小的转动惯量和结构尺寸。优选的选用直流伺服电机110，如图2所示，所述直流伺服电机110需要受到控制器信号的控制，故需要连接信号线和外部直流电源输入，优选的是在电机外壳上设计电机接线柱140，所述电机接线柱140由直流电源输入线和连接控制器的信号线组成。

如图1、图2所示，所述转向电机输出端设计有电机端面法兰130，周向上设置有通孔(优选的为6个)，外壳体500的匹配段壳体510输入端上部设计有凸缘，在所述凸缘及壳体上对应位置设计有同样尺寸的通孔，使用电机固定螺栓131将电机端面法兰130与匹配段壳体510连接在一起，从而完成电机与壳体500的连接。伺服电机110转子的转动由电机输出轴120输出给传动匹配齿轮组。

本发明所述传动匹配齿轮组传递由电机输出的转矩，将该旋转运动分配到A、B两侧，并保证A侧传动比与B侧行星齿轮齿轮的传动比相匹配，减速增扭，使两侧车轮转角相匹配。

如图2所示，传动匹配齿轮组实际上是外圆柱两级齿轮，主要包括：输入齿轮210；中间齿轮220；输入轴230；输入轴轴承231；传递齿轮240；主轴250；一级大齿轮260；一二级传动轴261；二级小齿轮270；二级大齿轮280；减速输出轴281；一级小齿轮290。输入轴230端面设计有盲孔，所述盲孔内限定有内花键，相应的电机输出轴120表面限定有外花键，二者通过花键副连接。输入轴230一端通过输入轴轴承231支承在模式段壳体520上，所述输入轴230通过键连接与输入齿轮210连接并传递转动。主轴250上从A侧至B侧依次布置一级小齿轮290、中间齿轮220、传递齿轮240、行星齿轮齿轮太阳轮450，所述各齿轮均与主轴250平键连接，即与主轴250均保持同向相同转速的转动。主轴250一端通过主轴第一轴承251支承在模式段壳体520上，另一端通过主轴第二轴承252支承在耦合段壳体530上。中间齿轮220与输入齿轮210斜齿齿轮外啮合，传动比为i_in，所述中间齿轮220带动主轴250同步转动。

一二级传动轴261通过轴承支承在匹配段壳体510上，传动轴261右端支承在壳体的通孔中，左端支承在盲孔中，所述传动轴261通过平键分别与一级大齿轮260、二级小齿轮270连接，保证三者的同向同转速旋转。一级小齿轮290与一级大齿轮260外啮合传动；二级小齿轮270与二级大齿轮280外啮合传动。经过所述两级外啮合齿轮传动，完成A侧转动的减速增扭，二级大齿轮280通过平键与减速输出轴281连接。而B侧输出端的转速则由主轴250、模式切换总成、行星齿轮齿轮耦合机构共同决定。

如图3所示，本发明所述模式切换总成设计为一个独立的、可整体替换的结构，输入和输出端结构简单、连接方便，有利于维修和装配；所述模式切换总成的功能在于决定行星齿轮齿轮耦合机构的内齿圈是否有转速输入。模式切换总成主要包括：切换总成输入齿轮310；输入齿轮毂平键311；切换总成输出齿轮320；切换总成输出轴330；输出轴壳体轴承I331；输出轴小端轴承332；输出轴壳体轴承II333；输出轴壳体轴承III334；切换总成输入轴340；切换总成输入轴轴承341；切换总成壳体350；总成壳体法兰351；总成法兰螺钉352；动子摩擦盘360；动子摩擦片361；动子摩擦盘螺钉362；磁轭370；线圈371；弹簧372；弹簧座373；力矩调整环374；卡环375；定子摩擦盘380；定子摩擦片381；定子摩擦盘螺钉382。

如图2、图3所示，传递齿轮240与切换总成输入齿轮310外啮合连接，传动比为i_t(符号为负，表示旋转方向反向)，切换总成输入轴340上铣出键槽，通过输入齿轮毂平键311与切换总成输入齿轮310连接。切换总成壳体350中心贯穿有同轴第一通孔，第二通孔和第三通孔，所述切换总成输入轴340一端支承在模式段壳体520上，另一端穿过切换总成输入轴齿轮341支承在切换总成壳体350的所述第一通孔上，所述总成输入轴340在总成内部的轴段设计为如图3所示的大尺寸圆盘，且端面限定有阶梯形盲孔，其内部限定有输出轴小端轴承332，用来支承输出轴330的小端。由于无论在哪种工况下只要转向电机上电工作，总成输入轴340就始终随着主轴250在旋转，所以可以将其定义为动子，动子摩擦盘360通过动子摩擦盘螺钉362固连在输入轴340上，优选的使用6个螺钉；动子摩擦片361焊接或粘接在摩擦盘360上，磁轭370一侧可以与所述动子摩擦片361接触并压紧，此时为更为常见的转向工况，本发明能够利用弹簧及机械自身摩擦而维持该模式，不需要额外能量输入，极大降低了工作能耗，也提高了可靠性。

所述磁轭370可滑动地与切换总成输出轴330花键连接，且所述磁轭370的另一侧可与定子摩擦片381接触并压紧，定子摩擦片381通过粘接或焊接固连在定子摩擦盘380表面，所述定子摩擦盘380则通过定子摩擦盘螺钉382固定在切换总成壳体350上。线圈371粘接在壳体350内表面，其轴线与磁轭370平行。切换总成输出轴330设计为带有异形凸台的结构，凸台在周向上设计分布有优选的为6～8个通孔，所述孔中限定有弹簧372，所述弹簧372一端与磁轭370接触，另一端与弹簧座373接触，所述弹簧座373为异性圆柱体，其平面一端与所述弹簧另一端接触，且设置在对应所述通孔内，能够沿所述通孔轴向运动，弧面一端与所述力矩调整环可滑动接触；所述力矩调整环374设置在所述切换总成壳体第二通孔内且与孔保持较大间隙，其通过螺纹连接在输出轴330外表面，并与输出轴330共同转动，其外圆柱面设置有使其能通过工具迫使其在所述输出轴上旋转的调节齿；通过转动力矩调整环374可以改变其轴向位置，从而推动弹簧座373压紧弹簧，这样可以弥补由于动子摩擦片361的磨损减薄而产生的压紧力不足(需要解释的是，此处的转动力矩调整环374是在整个机构停止运作的情况下，人为的进行压紧力的调整。可以认为是一种调校或者维修方式，为了保证有足够的压紧力)，卡环375限定在力矩调整环374外端面，防止其由于随着输出轴330的转动而向外窜动。切换总成输出轴330大端由输出轴壳体轴承I331支承在切换总成壳体350的所述第三通孔上，由输出轴壳体轴承II333、输出轴壳体轴承III334支承在耦合段壳体530上，所述轴承II333、轴承III334之间的输出轴轴段外表面限定有外花键，为了装配时该段能从耦合段壳体530的通孔中穿过，花键顶直径不大于输出轴330输出端直径，切换总成输出齿轮320齿轮毂内表面限定有内花键，与所述切换总成输出轴330以花键副连接。

如图2所示，所述模式切换总成壳体350上设计有总成壳体法兰351，通过总成法兰螺钉352，优选的为4个，与模式段壳体520螺钉连接，将模式切换总成与壳体500固连。

本发明所述行星齿轮耦合机构可以实现两个功能：第一，可以将由主轴250传递到B侧的转动减速增扭；第二，可以通过行星齿轮内齿圈420的转速输入完成转速耦合，改变输出的转动方向。采用2K-H型行星齿轮机构，具有较大的传动比变化范围，有益于完成双模式切换时的转速耦合，易于匹配不同型号的转向电机；结构紧凑、体积小，可以减小执行器体积，易于匹配整车。

如图2所示，行星齿轮耦合机构主要包括：行星齿轮输入齿圈410(第二内齿圈)；行星齿轮内齿圈420(第一内齿圈)；内齿圈套轴承421；内齿圈套422；行星齿轮行星轮430；行星齿轮行星架440；行星架轴承441；行星齿轮太阳轮450。

内齿圈套422通过内齿圈套轴承421支承在耦合段壳体530内伸入容腔内部的结构表面，所述内齿圈套422一端通过粘接或焊接与行星齿轮输入齿圈410固连，另一端通过粘接或者焊接与行星齿轮内齿圈420固连；所述行星齿轮输入齿圈410与切换总成输出齿轮320通过斜齿内啮合连接，传动比为i_c，即输入齿圈410通过带动内齿圈套422转动从而带动行星齿轮内齿圈420转动。所述行星齿轮内齿圈420与行星齿轮行星轮430(优选的有4个行星轮)通过斜齿内啮合连接，所述行星轮430可转动地空套在行星齿轮行星架440的销轴外表面，行星齿轮太阳轮450通过平键与传动匹配齿轮组的主轴250连接，并与所述行星齿轮行星轮430通过斜齿圆柱齿轮外啮合连接。行星齿轮行星架440端面限定有盲孔，内表面限定有行星架轴承441，所述轴承441内表面限定在主轴250外表面，用于支承行星架440，所述行星架440另一端与B侧螺母端面焊接或粘接为整体。

可以看出，仅采用一个电机，通过改变输入端的个数及其运动状态，就可以完成转向/制动这两种模式的后轮主动转向控制，减少了电机数量，降低***的复杂度，也极大降低了成本。

本发明所述运动转换机构采用滚珠丝杠机构，其功能在于分别将行星齿轮耦合机构从行星架440和传动匹配齿轮组输出的旋转运动转换为拖拽转向横拉杆750的平动；此外，由于丝杠螺母副的自锁作用，可以在无转向、制动要求时允许电机卸载，利用丝杠螺母的机械作用抵抗路面的扰动，降低工作能耗。

特别地，A侧滚珠丝杠与B侧滚珠丝杠的导程、尺寸相同但旋向相反。

如图4所示，以本发明所述B侧的后轮运动转换机构为例，行星齿轮行星架440与B侧螺母610焊接或铆接连接，所述螺母610外表面加工为带有一个小凸台的光轴，通过所述凸台限定B侧螺母轴承611的位置，所述螺母轴承611内圈限定于螺母610的外表面，外圈限定于端面壳体540的内表面；所述B侧螺母610内表面限定有可供滚珠650滚动的圆弧形螺旋滚道，B侧丝杠620外表面加工出对应的圆弧形螺旋滚道，二者相互间隙配合形成滚珠650的滚道；所述B侧螺母610还加工有内循环滚道，使滚珠可以循环滚动。B侧丝杠620可滑动的穿过端面壳体540端部的通孔，在所述丝杠620外伸端和端面壳体540端部分别加工有环槽，用大卡箍514和小卡箍515将防尘罩513限定于丝杠620外表面，以保护运动转换机构内部不受污染。B侧丝杠620末端与球头销I730的一个活动端焊接为一个整体。

本发明所述外壳体500通过地脚螺钉710(优选的为4个)固定在托盘720上，所述托盘720焊接在副车架770上，如图1所示。在装配本发明所述双模式后轮主动转向装置时，由于各部分壳体内部支承结构较复杂，如图2所示，几处装配需要按照一定顺序进行：先把模式段壳体520和耦合段壳体530内部结构一起安装，再把匹配段壳体510和电机一起安装，最后把各部分以及端面壳体540装配为一个整体。

安装模式切换总成时，切换总成输入齿轮310和切换总成输出齿轮320单独安装，将输入齿轮310事先装在切换总成输入轴340上，将总成输入轴340插进模式段壳体520左端面的轴承中，用总成法兰螺钉352固定在模式段壳体520上，再安装主轴250和传递齿轮240；之后将事先放入切换总成输出齿轮320的耦合段壳体530连接模式段壳体520，使切换总成输出轴330穿过耦合段壳体530上的通孔并使轴330端部花键与输出齿轮320轮毂内花键相配合，再安装主轴第二轴承252支承主轴250，之后安装内齿圈套422、行星齿轮太阳轮450，最后安装行星轮430和行星架440。

在匹配段壳体510中，先安装二级小齿轮270、一级大齿轮260和一二级转动轴261，再安装二级大齿轮280、减速输出轴281和运动转换机构在A侧的零件；之后连接电机，并将电机输出轴120与传动匹配齿轮组输入轴230花键连接，最后将模式段壳体520和匹配段壳体510螺钉连接，事先安装好一级小齿轮290、中间齿轮220的主轴250伸入匹配段壳体510内部使一级小齿轮290与一级大齿轮260外啮合，事先安装输入齿轮210的输入轴230插进安装在模式段壳体520内部的轴承231内圈中。

定义行星齿轮特征参数α为内齿圈420齿数z_q与太阳轮450齿数z_t之比，一级大齿轮260齿数z₂₆₀，一级小齿轮290齿数z₂₉₀，二级小齿轮270齿数z₂₇₀，二级大齿轮280齿数z₂₈₀。本发明所述双模式后轮主动转向装置的工作原理及设计要求如下：

1)当电机正转，模式切换总成上电，即线圈371通电将磁轭370压紧在壳体上保持静止时，如图5所示，行星齿轮内齿圈420锁死，此时行星架440输出转速满足：

n_t＝(1+α)n_j (1)

A侧螺母630转速即减速输出轴281转速满足：

由表7可知，此时处于制动模式，两侧丝杠的平动方向相反，但由于两侧滚珠丝杠旋向相反，所以A侧输出转速应与B侧转速相同、方向相同，且为保持两侧输出轴线同轴，则有上述齿轮齿数设计要求应满足：

z₂₉₀+z₂₆₀＝z₂₇₀+z₂₈₀ (4)

2)当电机正转，模式切换总成不上电，即弹簧372将磁轭370压紧在输入轴340上一起旋转时，如图6所示，切换总成输出齿轮320带动输入齿圈410转动，从而通过内齿圈套422带动行星齿轮内齿圈420向行星齿轮输入转速。此时行星齿轮齿轮耦合机构有内齿圈和太阳轮这两个转速输入，行星架440输出转速满足：

n_t+αn_q＝(1+α)n_j′ (5)

其中内齿圈转速与模式切换总成输入输出端的传动比有关：

其中，i_t为模式切换总成输入端传动比，i_c为模式切换总成输出端传动比，i_t符号为负，表示外啮合改变旋转方向。由表7可知，此时处于转向模式，两侧丝杠的平动方向同为B侧，但由于两侧滚珠丝杠旋向相反，所以A侧输出转速应与B侧转速相同、方向相反，相对上述1)中同样的A侧转速，此时行星架输出转速应等大反向，所以模式切换总成输入输出端齿轮齿数设计应满足：

3)由表7可知，当电机反转，模式切换总成不上电时，与情况2)相比，只有电机转向发生变化，其余转速传递路径均相同，所以仍处于转向模式，但丝杠运动方向变为A侧，即由电机转向控制后轮主动转向方向。

综上，本发明所述双模式后轮主动转向装置中有关各齿轮的设计匹配要求应满足上式(3)、(4)、(7)，两侧滚珠丝杠旋向相反，而具体的模式选择则由表1所示的模式切换表决定。

表1双模式后轮主动转向装置各执行器工作模式切换表

在另一实施例中，取消传动匹配齿轮组中的两级减速齿轮组，由主轴250直接输出给A侧螺母630，但在该实施例中A侧滚珠丝杠的传动比大于B侧滚珠丝杠副的传动比，即在A侧的运动转换机构中完成A、B两侧的转速匹配。该实施例原理上仍然是对A侧转速的匹配，选用的只是减速方式不同，而对于本发明所述的双模式切换原理并无改进，故不认为是对本发明的创新。

本发明提供一种双模式后轮主动转向装置，利用一个电机和耦合机构即可控制两个后轮在不同工况下实现同向或反向转动，使后轮主动转向装置具有转向和制动两种模式。且即使电机失效时，因丝杠螺母副的机械自锁作用，确保了稳定可靠的机械连接，确保行车安全。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种双模式后轮主动转向装置，其特征在于，包括：

壳体，其上固定设置有转向电机，所述转向电机输出端同轴固定设置有输入齿轮；以及

主轴，其可旋转设置在所述壳体中部，其一端通过外圆柱两级齿轮传动系与第一后轮运动转换机构连接，用于驱动第一后轮转向运动，其另一端通过行星齿轮耦合机构与第二后轮运动转换机构连接，用于驱动第二后轮转向运动；

中间齿轮，其同轴固定设置在所述主轴上，并与所述外圆柱两级齿轮传动系同轴设置，且与所述输入齿轮啮合传动；

行星齿轮耦合机构，其由太阳轮、多个行星轮、行星架、内齿圈套、第一内齿圈、第二内齿圈等构成，其包括：

太阳轮，其同轴固定设置在所述主轴另一端；

内齿圈套，其可旋转设置在所述壳体内部；

第一内齿圈，其设置在与所述太阳轮同心的所述内齿圈套一侧内；

多个行星轮，其周向均匀设置在所述太阳轮外侧，且分别与所述太阳轮和所述第一内齿圈啮合传动；

行星架，其与所述太阳轮同轴间隔设置，且与第二后轮运动转换机构同轴连接，用于驱动第二后轮转动；

多个行星轮销轴，其一端分别可旋转穿过对应所述行星轮，另一端固定设置在所述行星架上；

第二内齿圈，其设置在所述内齿圈套另一侧内；

传递齿轮，其同轴固定设置在位于所述太阳轮和所述中间齿轮之间的主轴上；

模式切换总成，其一端同轴设置有与所述传递齿轮啮合传动的模式切换输入齿轮，另一端同轴设置有与所述第二内齿圈啮合传动的模式切换输出齿轮；用于选择性的驱动或锁止所述第一内齿圈；

其中，当所述模式切换总成断开时，所述第一内齿圈通过所述模式切换总成与所述壳体连接锁止，仅由所述主轴上的太阳轮驱动行星架，进而驱动第二后轮运动转换机构动作；当所述模式切换总成接合时，所述主轴通过所述太阳轮和所述模式切换总成驱动的所述第一内齿圈和第二内齿圈，实现转速耦合并驱动第二后轮运动转换机构。

2.如权利要求1所述的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，所述模式切换总成包括：

切换总成壳体，其中心贯穿有同轴第一通孔、第二通孔和第三通孔，且与所述壳体螺栓固定连接；以及

模式切换输入齿轮，其布置在所述切换总成壳体输入侧外部，与所述传递齿轮啮合；

输入轴，其一端通过轴承可旋转支承在所述第一通孔内并伸入所述切换总成壳体内，另一端与所述模式切换输入齿轮同轴平键连接；

动子摩擦盘，其为圆环形，设置在所述切换总成壳体内，且同轴与所述输入轴伸入所述切换总成内部的端面固定连接；

输出轴，其一端通过轴承可旋转支承在所述第三通孔内并伸入所述切换总成壳体内，且与所述输入轴同轴可旋转支承，另一端与所述模式切换输出齿轮同轴花键连接；

圆形凹槽，其同轴设置在与所述动子摩擦盘相对的切换总成壳体内壁上；

线圈，其内嵌固定设置在所述圆形凹槽内；

磁轭，其通过花键副可滑动套设在位于所述动子摩擦盘和线圈之间的输出轴上；

力矩调整环，其设置在所述切换总成壳体第二通孔内且与孔保持较大间隙，其中心螺纹套设在所述输出轴上，其外圆柱面设置有使其能通过工具迫使其在所述输出轴上旋转的调节齿，且其面向所述磁轭的端面设置有一圈弧面凹槽；

定子摩擦盘，其为环形，且空套放置在所述线圈外侧，并固定设置在所述第二通孔周向的切换总成壳体内壁上；

多个弹簧，其均匀设置在位于所述磁轭和力矩调整环之间的输出轴周围，且一端与所述磁轭接触，另一端与所述力矩调整环圆弧形凹槽可滑动接触，并通过力矩调整环的旋转调节所述多个弹簧压紧力；

其中，当所述线圈通电时，所述磁轭压缩弹簧紧靠在所述定子摩擦盘上，被切换总成壳体锁止，同时所述磁轭与所述动子摩擦盘分离；当所述线圈断电时，所述弹簧压紧所述磁轭抵靠在所述动子摩擦盘上，所述动子摩擦盘与所述磁轭连接并同步转动。

3.如权利要求1所述的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，所述外圆柱两级齿轮传动系包括：

第一小齿轮，其同轴固定套设在位于所述中间齿轮外侧的所述主轴上；

二级传动轴，其两端可旋转设置在位于所述第一小齿轮下方的壳体上；

第一大齿轮，其同轴固定套设在位于所述第一小齿轮正下方的二级传动轴上，并与所述第一小齿轮啮合传动；

第二小齿轮，其同轴套设在位于所述第一大齿轮外侧的二级传动轴上；

第二大齿轮，其设置在所述第二小齿轮正上方，且与所述第二小齿轮啮合传动，所述第二大齿轮与所述第一后轮转向运动转换机构同轴固定连接。

4.如权利要求1所述的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，所述第一后轮运动转换机构和第二后轮运动转换机构结构组成相同，均包括：

螺母，其可旋转设置在所述壳体上；

丝杠，其一端通过滚珠间隙配合设置在所述螺母内且能够沿所述螺母轴向运动，另一端穿出所述壳体；

转向横拉杆，其一端通过球头销与所述丝杠另一端连接，另一端通过球头销与对应车轮的转向节臂连接，实现车轮偏转运动；

防尘罩，其套设在位于所述壳体外侧的所述丝杠上，且两端分别通过卡箍固定在所述壳体和所述丝杠上。

5.如权利要求2所述的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，所述模式切换总成还包括：

凸台，其设置在位于所述磁轭和所述力矩调整环之间的输出轴上，且与所述输出轴一体成型；

多个通孔，其周向均匀设置在所述凸台上；

弹簧座，其为异性圆柱体，其平面一端与所述弹簧另一端接触，且设置在对应所述通孔内，能够沿所述通孔轴向运动，所述弹簧座弧面一端与所述力矩调整环可滑动接触；

动子摩擦片，其为环形，且同轴固定设置在于所述磁轭相对的所述动子摩擦盘一侧；

定子摩擦片，其为环形，其同轴固定设置在于所述磁轭相对的所述定子摩擦盘一侧。

6.如权利要求4所述的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，所述第一后轮运动转换机构的丝杠和螺母与第二后轮运动转换机构的丝杠和螺母除旋向完全相反外，其余参数完全相同。

7.如权利要求1或3所述的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，所述主轴另一端可旋转的支承在所述行星架上。

8.如权利要求1、2、3或4所述的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，所述可旋转设置或者可旋转支承均通过轴承实现。

9.如权利要求3所述的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，所述第一小齿轮、第二小齿轮、第一大齿轮、第二大齿轮的齿数满足：

z₂₉₀+z₂₆₀＝z₂₇₀+z₂₈₀；

其中，α为所述第一内齿圈齿数z_q与所述太阳轮齿数z_t之比，z₂₆₀为所述第一大齿轮齿数，z₂₉₀为所述第一小齿轮齿数，z₂₇₀为所述第二小齿轮齿数，z₂₈₀为所述第二大齿轮齿数。

10.如权利要求1、2或9所述的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，所述模式切换总成的输入端齿轮传动比与输出端齿轮传动比满足：

其中，i_t为所述模式切换总成输入端传动比，i_c为所述模式切换总成输出端传动比。

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