CN114194286B - 一种基于差速原理的双模式后轮主动转向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于差速原理的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，包括：后轮转角控制电机，其输出端与减速机构相连；减速机构，大齿轮与差速机构总成内的第一半轴形成一体；差速机构总成，为圆锥齿轮差速器，且其第一、第二半轴外端中心孔内具有滚珠滚道，可与丝杠配合，构成滚珠丝杠运动副；转向执行机构；电磁离合器，第一电磁离合器控制差速机构壳体与机架的结合或断开，第二电磁离合器则控制差速机构壳体与第二半轴之间的结合或断开；通过电磁离合器对差速机构运动方式的进行选择性控制，即可实现利用后轮转角控制电机驱动左右两个后轮同向转向或相向转向，从而使汽车在低速转向、高速转向、高速制动的工况下可以获得更好的转向特性。

Description

一种基于差速原理的双模式后轮主动转向装置
技术领域
本发明涉及汽车转向领域，更具体的是，本发明涉及到基于差速原理的双模式后轮主动转向装置。
背景技术
相对于传统前轮转向汽车，四轮转向汽车在进行前轮转向的同时还可以对后轮转向进行控制，其本质优点即源于系统对后轮轮胎侧向力独立控制的能力。后轮随动转向技术，如雪铁龙的PSS技术，利用转向过程中的悬架侧向变形实现后轮的被动转向，一定程度上改善了不同工况下汽车的转向特性，但后轮转角的不可主动调节限制了该系统在改善汽车性能方向上的应用。后轮主动转向则可以根据汽车行驶过程中反馈的各项车辆状态信息(如车速、横摆角速度、车身侧偏角等)对后轮转角进行主动控制来调节汽车状态，使汽车具有低速转向灵活、高速行驶稳定、制动稳定的优点。由于四轮转向汽车在车辆行驶中引入了后轮转角控制，因此在提升汽车性能，改善转向响应方面相比较于前轮转向汽车有更大的优势，同时也具有同其他安全技术协同工作，共同在车辆控制方面上发挥作用的能力。
由于后轮主动转向技术在改善汽车转向特性以及在主动安全方面的潜力，许多车企发展出了其各自的后轮主动转向系统，且已经将其配置在了许多高端车型上。如凯迪拉克CT6上配备的ARS系统，利用转角控制电机配合多连杆悬架可以实现最大3.5°的后轮转角。但上述后轮控制是由单一执行器通过转向机构实现后轮的主动转向，即两个后轮的转角由后轮转向机构决定，二者并非解耦关系。采埃孚公司发展的主动后轮转向系统，通过两个分布在左右车轮的驱动电机，实现对后轮转角的分别控制，实现了左右两个车轮转角的解耦，并且装设在了保时捷911Turbo和911GT3轿车上，带动两个后轮同向转向，并可以实现后轮最大约3°的后轮转角。
后轮转向系统不仅可以在汽车转向工况下改善汽车的转向特性，从而提升汽车低速转向行驶工况下的机动性，提升汽车高速行驶工况下的转向稳定性。但是后轮的主动转向技术还可以通过使两车轮同向偏转，从而提升汽车制动时的方向稳定性。而真正将后轮主动转向技术应用在该安全领域的实车装置仅有讴歌的PAWS，即精准四轮转向技术，通过分布式的两个执行器实现对后轮转角的分别控制，使其同时向车身内侧偏转一个角度，从而提升汽车高速制动时的方向稳定性。
讴歌的精准四轮转向技术虽然可以在转向工况下改善转向特性、在高速制动工况下提升汽车的方向稳定性，但由于该系统是由两个后轮独立转向执行电机控制形成的，故而执行器的数量偏多，价格过高，并且两个执行器的存在使得整个系统的可靠性较差，一旦单一转向电机失效而另一电机正常工作，将会导致整个汽车的转向运动不协调，极易导致危险的发生。
发明内容
有后轮转向技术存在的各种问题，本发明设计开发了一种基于差速原理的双模式后轮主动转向装置，利用差速器的工作原理和电磁离合器的选择性控制使两个后轮实现同向偏转或是相向偏转，使该后轮主动转向装置具有转向、制动两种工作模式，即利用一套机械机构即可控制两个后轮的转角，可靠性更高，可以有效避免执行器数量过多引起的系统可靠性降低的问题，同时保证了该转向系统结构简单、便于拆装，且具有较高的同轴度，减小了该双模后轮主动转向系统的轴向尺寸，便于在汽车上进行安装应用，便于该系统实现进一步的实车应用。
本发明的技术方案如下：
后轮转向系统壳体；
第一半轴，用于驱动一侧车轮偏转；
第二半轴，用于驱动另一侧车轮偏转；
转角控制电机，用于驱动后轮转向并精确控制后轮转角；
运动转换机构，用于将所述第一半轴和所述第二半轴的旋转运动转换为转向横拉杆的平动推动左右车轮偏转；
减速机构，用于对所述转角控制电机输入转矩进行减速增扭；
差速机构总成，利用差速原理传递所述减速机构输入的运动至另外一侧车轮；
第一电磁离合器，布置在所述差速机构总成与所述减速机构之间，用于控制所述差速机构总成的壳体和所述后轮转向系统壳体之间的连接或断开；
第二电磁离合器，布置在所述差速机构总成的另一侧，用于控制所述差速机构总成的壳体和所述第二半轴之间的连接或断开；
优选的是，所述后轮转向系统壳体包括：
前壳体，用于容置所述减速机构和一端的所述运动转换机构；
主壳体，用于容置所述差速机构总成和所述第二电磁离合器；
优选的是，所述减速机构包括：
输入齿轮，旋转支撑在所述后轮转向系统壳体内部，并通过联轴器和所述转角控制电机的输出端同轴连接传递动力；
输出齿轮，与第一半轴外端部制成一体，并旋转支撑在所述后轮转向系统壳体内部且与所述输入齿轮啮合传动；
优选的是，所述差速机构总成包括：
差速器壳体，布置并同轴旋转支撑在所述后轮转向系统壳体内部，并内部容置差速器所有零件；
第一半轴齿轮，与所述第一半轴花键连接，且其轴颈安装在所述差速器壳对应的左右座孔中；
第二半轴齿轮，与所述第二半轴花键连接，且其轴颈安装在所述差速器壳对应的左右座孔中；
十字轴，其以螺钉固定在所述差速器壳体内部；
行星齿轮，其空套在所述十字轴上自由旋转，并同时与所述第一半轴齿轮和所述第二半轴齿轮啮合传动；
推力垫片，安装在所述第一、第二半轴齿轮与所述差速器壳体之间，调整所述第一、第二半轴齿轮和所述行星齿轮间的啮合间隙并减小运动时的磨损；
行星齿轮球面垫片，安装在所述行星齿轮与所述差速器壳体之间，用于减小其绕所述十字轴自转运动时的磨损；
优选的是，所述第一电磁离合器包括：
第一电磁离合器壳体，左右两端分别与所述前壳体和主壳体以螺钉同轴连接；
第一电磁线圈，固定在所述第一电磁离合器壳体凹槽中；
第一衔铁，以花键连接的形式滑动套设在所述差速器壳体从所述主壳体伸出的外伸端部分的轴径上；
第一力矩调整环，其与所述第一半轴以螺纹相连接；
第一弹簧，一端与支撑在所述第一力矩调整环的凹槽中，一端固定连接在所述第一衔铁上；
第一弹簧定位环，以楔键连接固定在所述第一半轴上；
第一摩擦片，通过螺钉固定安装在所述后轮转向系统壳体上；
优选的是，所述第一电磁线圈的供电线路从其壳体直接接入；
其中，所述第一电磁线圈断电时，所述第一弹簧通过自身的弹簧力将所述第一衔铁紧压在第一摩擦片上，从而使得所述差速器壳体与所述后轮转向系统壳体锁止在一起。当所述第一电磁线圈通电时，第一线圈产生的电磁力吸引第一衔铁轴向滑动远离所述第一摩擦片，从而使所述差速器壳体可以自由转动；
优选的是，所述第二电磁离合器包括：
第二电磁离合器壳体，与所述差速器壳体以螺栓同轴连接，可与所述差速器壳体一起围绕其自身轴线自由旋转；
第二电磁线圈，固定在所述第二电磁离合器壳体凹槽中；
第二衔铁，以花键连接的形式滑动套设在所述第二半轴上；
第二力矩调整环，其与所述第二半轴以螺纹相连接；
多个弹簧，其一端支撑在所述第二力矩调整环的凹槽中，一端固定连接在所述第二衔铁上；
第二弹簧定位环，以楔键连接固定在所述第二半轴上，其轴向开有通孔以用于定位弹簧；
第二摩擦片，通过螺钉安装在所述第二离合器壳体上；
优选的是，所述第二电磁离合器的供电线路从其壳体端部的滑环触电再经所述后轮转向系统壳体接入；
其中，所述第二电磁线圈断电时，所述第二弹簧通过自身的弹簧力将所述第二衔铁紧压在第二半轴花键部分尾端，从而使得所述第二半轴可以自由转动；当所述第二电磁线圈通电时，所述第二线圈产生的电磁吸力将所述第二衔铁紧压在固定在第二电磁离合器壳体上的第二摩擦片上，从而将第二半轴与所述差速器壳体固定连接在一起，所述第二半轴与所述第二差速器壳体将以同步转动；
优选的是，所述运动转换机构包括第一运动转换机构和第二运动转换机构，分别用于控制左后轮、右后轮的转角；
优选的是，所述第一运动转换机构包括：
第一丝杠，其里端与所述第一半轴外端部中心内孔加工的滚珠循环滚道通过一组滚珠相配合形成内循环滚珠丝杠螺母副，从而将第一半轴的旋转运动转换为第一丝杠的直线运动；
第一转向拉杆，其一端通过球头销与所述第一丝杠外端连接，另一端通过球头销与对应车轮的转向节臂连接，从而实现拖拽对应后轮的偏转；
防尘罩，其套设在所述后轮转向系统壳体外侧的所述第一丝杠上，且其两端分别通过卡箍固定在所述后轮转向系统壳体和所述第一丝杠上；
优选的是，所述第二转换机构包括：
第二丝杠，其里端与所述第二半轴外端部中心内孔加工的滚珠循环滚道通过一组滚珠相配合形成内循环滚珠丝杠螺母副，从而将第二半轴的旋转运动转换为第二丝杠的直线运动；
第二转向拉杆，其一端通过球头销与所述第二丝杠外端连接，另一端通过球头销与对应车轮的转向节臂连接，从而实现拖拽对应后轮的偏转；
优选的是，所述第一转向执行机构中的所述第一丝杠和所述第二转向执行机构中的所述第二丝杠的参数除旋向外均完全相同，仅旋向相反；
优选的是，所述差速机构总成，在所述第一电磁离合器和所述第二电磁离合器的控制下，可以完成两种工作模式的切换；
所述差速器壳体、所述第一半轴、所述第二半轴运动满足：
n1+n2＝2*n0；
其中，n0为所述差速器壳体的转速、n1为所述第一半轴的转速、n2为所述第二半轴的转速；
优选的是，当所述第一电磁离合器和所述第二电磁离合器同时处于失电状态时，则此时所述第一电磁离合器将所述差速器壳体和固连在汽车上的所述后轮转向系统壳体固连在一起，故而所述差速器壳体的转速n0＝0rad/s；即所述第一半轴的转速n1与所述第二半轴的转速n2满足：
n1+n2＝0；
即第一半轴和第二半轴的转速大小相同、方向相反，故此时所述第一丝杠和所述第二丝杠的运动行程相同，运动方向相同，即此时左右两个后轮的转角方向相同，故而此时处于转向工作模式下；
优选的是，当所述第一电磁离合器和所述第二电磁离合器同时通电时，此时所述差速器壳体和所述后轮转向系统壳体断开连接，故所述差速器壳体可以自由转动；所述差速器壳体和所述第二半轴固定连接在一起，即此时所述差速器壳体、所述第一半轴、所述第二半轴的转速满足关系式：
n1+n2＝2*n0，且有n2＝n0，故而n1＝n2＝n0；
即所述第一半轴和所述第二半轴的转速大小、方向均相同，即所述第一丝杠和所述第二丝杠的运动行程相同，运动方向相反，即此时左右两个后轮的转角方向相反，故此时处于制动工作模式下；
优选的是，当所述第一电磁离合器断电，所述第二电磁离合器通电时，此时所述差速器壳体、所述后轮转向系统壳体、所述第二半轴、三者固定连接在一起，，即此时所述差速器壳体、所述第一半轴、所述第二半轴的转速满足关系式：
n1＝n2＝n0＝0；
即所述第一半轴、所述第二半轴和所述差速器壳体的转速均为0，即整个转向系统被锁死，不会出现因外界扰动而引起的后轮受迫转向的情况；
本发明的有益效果：
1.本发明设计了一种基于差速原理的双模式后轮主动转向装置，利用一系列机电执行系统即可在车辆转向或制动两种工况下工作，使该后轮转向系统具有转向、制动两种工作模式，相比较于一些只在转向过程中起到改善汽车转向特性的后轮主动转向系统，本发明可以在更多工况下起到改善汽车转向和制动性能，提升汽车安全性的作用。
2.本发明在传统的对称式锥齿轮差速器的基础上对各个部件进行改进，利用改进的差速器和两个电磁离合器即可实现后轮的双模转向，同时将齿轮与半轴进行一体化设计，极大程度上精简了整个后轮转向系统的结构，减小了系统体积，同时分体式的壳体设计，使得整个后轮转向系统拆装维修方便。
3.本发明经过设计，实现了在两个电磁离合器断电的情况下，可以在更为常见的转向工况下进行左右轮同向转向工作，即转向工作模式下减少了不必要的电能消耗，同时由于整个转向工作模式是由机械结构所保证的，故而整个系统的可靠性得以提升。
4.本发明实现了在只有一个电机驱动的情况下，能够实现转向、制动两种工作模式，而并非两个电机分别驱动两个后轮转向的实施方案，减少了执行电机的数量，降低了系统的复杂度，同时也避免了一侧电机正常工作而另一个电机失效从而导致的汽车转向动作不协调这一危险现象的发生。
5.本发明可以利用通过实现对两个电磁离合器的控制从而实现对整个后轮转动系统的自锁，从而避免了在不平路面或是障碍物的冲击等情况下后轮受迫而出现的摆振现象，避免了这种危险情况的发生，有效地增加了系统的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明所述基于差速原理的双模式后轮主动转向装置布置实物图。
图2为本发明所述基于差速原理的双模式后轮主动转向装置的结构剖视图。
图3为本发明所述基于差速原理的双模式后轮主动转向装置处于转向模式下的传递运动简图。
图4为本发明所述基于差速原理的双模式后轮主动转向装置处于制动模式下的传递运动简图。
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得以实现；
如图1所示，为本发明所述的一种基于差速原理的双模后轮主动转向装置在后桥上的布置方案示意图；本发明所述的基于差速原理的双模式后轮主动转向装置主要由转角控制电机110、减速机构、差速机构总成、电磁离合器、运动转换机构等组成。其中，后轮主动转向装置的后轮转向系统壳体630通过安装底座650安装在汽车的后桥副车架上，且该壳体的轴线与车辆坐标系中的XZ平面相垂直。转角控制电机110通过安装法兰140安装在外壳体上，且二者的轴线相互平行。电机轴130通过联轴器220与输入轴260相连，并由以键连接安装在输入轴260上的小齿轮将动力传递给与差速机构总成中的第一半轴340形成一体的大齿轮中，实现减速增扭。转向工作模式下，第一电磁离合器620和第二电磁离合器410均处于断电状态，此时差速器壳体310与后轮主动转向装置的外壳体630固定在一起，即差速器壳体固定不动，转速n＝0rad/s；第二半轴360与固定在差速器壳体310上的第二减速器壳体410断开连接，可以自由转动，故由差速器的差速原理n1+n2＝2*n0,可知第一半轴340和第二半轴360二者转速大小相同，方向相反，且与二者共同形成滚珠丝杠螺母副的第一丝杠740和第二丝杠730除旋向外的所有参数均相同，即二者的旋向相反，并由其将转角控制电机的旋转运动转换为丝杠的直线运动，且此时第一丝杠740和第二丝杠730的运动方向相同及其行程均相等。对于传统前轮转向汽车，在其后悬位置一般具有用于调节后轮前束角的后轮前束控制臂，故针对与此种类型的汽车，可以取消该控制臂与车架之间的连接而改为与后轮主动转向装置的运动转换机构对应的输出端以球头销的形式相连接，从而有运动转换机构的输出端，也即丝杠螺母副中的丝杠的直线运动即可带动后轮进行主动转向，从而使传动前轮转向汽车具有主动后轮转向的功能。同时由于后轮同时参与到了汽车转向系统和悬架系统中的运动中，故原有的控制臂与车轮之间的销轴连接应该改为转向拉杆820与转向节臂840二者之间的球头销连接，从而避免转向运动和悬架运动之间的运动干涉现象出现。故运动转换机构的第一、第二两个输出端，即第一、第二丝杠分别通过球头销810与左右两后轮的转向拉杆820相连接，再由转向拉杆820通过球头销830与左右两后轮各自的转向节臂840相连接，从而由丝杠的平动带动横拉杆的直线运动，从而带动转向节臂围绕主销转动，从而使得左右两个后轮进行转向。
如图2所示，为本发明所述基于差速原理的双模式后轮主动转向装置的结构示意图，主要包括转角控制电机、减速机构、差速机构总成、运动转换机构、电磁离合器以及后轮转向系统壳体630。其中后轮转向系统壳体630为分段式壳体，其由三部分共同组成，分别为：前壳体610、主壳体650以及后端盖640。其中，前壳体610主要容纳电机轴和输入轴以及连接二者的联轴器，和减速机构部分；主壳体650主要容纳差速机构和第二电磁离合器；后端盖640主要容纳运动转换机构部分。由连接螺钉611、连接螺钉631、连接螺钉643以及相应的垫片依次将所述前壳体610、主壳体650、后端盖640连接在一起，形成整个双模后轮转向系统壳体。
本发明所述转角控制电机用于驱动并控制后轮转角。对于后轮转角的控制必须满足响应速度快、角度精确可控且转角变化过程中应当尽量平稳，防止车身出现突然抖动等条件，故而所述转角控制电机性能上应当具有可双向运转、旋转角度精确可调、运行平稳、执行速度快以及可靠性高等优点，同时结构上应该具有结构紧凑、方便布置等特点。优选的是直流伺服电机110，并由电机接线柱150向直流电动机提供直流动力电源以及相应的控制信号。
如图1、2所示，所述转角控制电机的输出端具有安装法兰140，并通过电机连接螺栓141和相应的垫片固定在后轮转向系统壳体630中的前壳体610上，并保证二者的轴线相互平行。转角控制电机110的电机轴130通过联轴器220与减速机构中的输入轴260连接在一起，实现动力传递。
如图2所示，减速机构的输入轴260上具有以键连接固定在其上的小齿轮250，并通过大齿轮实现减速增扭。优选的是，所述大齿轮与差速机构总成中的第一半轴340形成一体，即后轮转角控制电机输出的动力通过一级减速直接传递至差速机构总成中的所述第一半轴340。且所述第一半轴340通过花键连接的方式与第一半轴齿轮连接在一起，故所述后轮转角控制电机产生的动力直接作用于差速机构总成中的第一半轴齿轮上，通过控制两个电磁离合器的选择性的断开和结合，从而控制动力在差速机构总成中的流通过程，以实现转向、制动两种工作模式。
如图2所示，所述差速机构总成是在传统锥齿轮差速器的基础上改进而来的，主要包括：差速器壳体310、第一半轴340、第一半轴齿轮370、直齿圆锥行星齿轮320、十字轴330、十字轴连接螺钉331、第二半轴360、第二半轴齿轮350、行星齿轮球面垫片321、半轴齿轮推力垫片351。十字轴330的四个轴颈嵌在差速器壳体310的四个凹槽中，且四个直齿圆锥行星齿轮(320)浮套在所述十字轴330的四个轴颈上，它们均与两个半轴齿轮相互啮合。两个半轴齿轮的轴颈分别支承在差速器壳体相应的左右两个座孔中，且均以花键与两个半轴相连接。
如图2所示，第二电磁离合器壳体410通过连接螺钉460以及相应的垫片461固定在所述差速器壳体310上。差速器壳体310以及固定在其上的第二电磁离合器壳体410通过一对角接触球轴承380安装在主壳体650中。且该第二电磁离合器的供电线路从差速器壳体310端部的滑环触电再经所述主客体650接入。通过第一电磁离合器620可以控制所述第二差速器壳体310与后轮转向系统壳体630之间的连接与断开。第一电磁离合器620断电时，差速器壳体310与后轮转向系统壳体630固定连接在一起，即差速器壳体此时固定不可转动；第一电磁离合器620通电时，差速器壳体310与后轮转向系统壳体630断开连接，即差速器壳体此时可以在后轮转向系统壳体630中自由转动。
如图2所示，第一电磁离合器620主要包括第一电磁离合器壳体620、第一力矩调整环545、第一弹簧支撑底座544、第一弹簧定位环543、第一弹簧541、第一摩擦片510、第一衔铁520、第一磁轭531、第一线圈530组成。如图2所示，所述第一电磁离合器壳体620通过电磁离合器连接螺钉631以及垫片固定在主壳体630上，优选的是6个周向均匀分布的螺钉连接。所述第一电磁离合器的第一磁轭531以及第一线圈530固定在所述第一电磁离合器壳体620上。
优选的是，所述第一力矩调整环545通过螺纹连接轴向固定在第一半轴340上，即第一半轴340对应连接部分具有外螺纹，从而允许拨动第一力矩调整环545在其上转动。优选的是，所述第一弹簧定位环543通过楔键连接固定在第一半轴340上，其与第一电磁离合器壳体620共同对第一弹簧541进行周向定位。优选的是，第一弹簧541一端倚靠在装设在第一力矩调整环545对应凹槽部分的第一弹簧支撑底座544上，而另一端则倚靠在第一衔铁520上。如图2所示，差速器壳体310超出主壳体650的轴段部分也属于第一电磁离合器620的结构组成，所述部分开有花键槽并与所述第一衔铁520通过花键相连接，从而使得第一衔铁520可以在上述轴段部分上轴向滑动。优选的是，第一摩擦片510通过周向均匀布置的连接螺钉固定在在主壳体650上，且第一电磁离合器620的供电线路从第一电磁离合器壳体620处直接接入。
优选的是，如图2所示，当所述第一电磁离合器620处于断电时，第一弹簧541通过自身的弹簧力将第一衔铁520紧压在固定在主壳体630上的第一摩擦片上，从而使得差速器壳体被锁止。当所述第一电磁离合器620处于通电状态时，第一线圈530产生相应的电磁吸力，从而吸引第一衔铁520沿着所述差速器壳体310超出主壳体630的轴段部分的花键段轴向滑动，并在电磁力作用下紧靠在所述花键段的尾端，从而断开了主壳体630与差速器壳体310之间的固定连接关系，从而使得差速器壳体310可以自由转动。
优选的是，通过拨动以螺纹连接固定在第一半轴上的第一力矩调整环545，可以改变第一弹簧541的初始压缩量，从而改变电磁离合器的预紧力矩，可以解决由于该双模后轮主动转向系统运行过程中由于摩擦片逐渐磨损而引起的电磁离合器的工作力矩下降的问题，使得整个双模后轮主动转向系统工作更加可靠。
如图2所示，第二电磁离合器410主要由第二电磁离合器壳体410、第二力矩调整环450、第二弹簧支撑底座454、第二弹簧定位环452、第二弹簧453、第二摩擦片440、第二衔铁430、第二线圈420、第二磁轭421组成。所述第二电磁离合器的各个组件的连接关系与第一电磁离合器的各个组件的连接关系大致相同，因此不再赘述。不同的是，所述第二电磁离合器壳体410通过连接螺钉460以及相应的垫片固定连接在差速器壳体310上，第二摩擦片440通过圆周方向上均匀布置的连接螺钉固定在第二电磁离合器壳体410上。优选的是，第二衔铁430通过花键连接的方式滑套在第二半轴360上，且第二电磁离合器410的供电线路从其壳体端部的滑环触电再经所述后轮转向系统壳体630处接入。当第二电磁离合器处于断电状态时，第二弹簧453产生的弹簧力使第二衔铁430沿着第二半轴360的花键部分轴向移动并紧靠在第二半轴360的花键部分尾端，从而使第二半轴360与第二电磁离合器断开连接，使第二半轴360可以自由转动。当第二电磁离合器410通电时，第二线圈420产生电磁吸力从而将第二衔铁430紧压在固定在第二电磁离合器壳体410上的第二摩擦片上，从而将第二半轴360与第二差速器壳体410固定连接在一起，即此时第二半轴与第二差速器壳体将以相同的转速转动。
如图2所示，本发明所述的运动转换机构利用滚珠丝杠螺母副来实现运动方式的转换，即将转角控制电机的旋转运动转换为运动转换机构中的丝杠的平动，从而带动转向拉杆直线运动以实现对后轮转角的控制。
优选的是，第一丝杠740和第二丝杠730除旋向外所有设计参数均相同，以实现在两个电磁离合器均不通电的情况下，使整个后轮主动转向系统工作在更为常见的转向工作模式下，即在工作过程中左右两后轮同向偏转，以减少不必要的能源消耗，环保性更好，可靠性也更高。
如图2所示，第一半轴340与第二半轴360在其输出端开有孔道，即为内循环滚珠丝杠螺母副中的螺母部分，其孔道内部开有可供滚珠循环的内循环滚道，使滚珠可以循环滚动。相应的丝杠部分也开有用于滚珠循环滚动的环槽，与半轴共同形成内循环滚珠丝杠螺母副。优选的是，第一半轴340和第二半轴360超出后轮转向系统壳体的部分通过密封毡圈来保证一定的密封作用。另一方面通过一端固定在丝杠、一端固定在后轮转向装置壳体上的防尘罩来实现进一步的密封，防止灰尘等杂质进入整个后轮转向装置中，避免造成污染。
本发明所述基于差速原理的双模后轮主动转向装置，能够实现转向、制动两种工作模式，进一步的，在恶劣路面条件下行驶时，该后轮主动转向系统还可以实现自锁，从而避免因路面冲击后轮抖振动现象的发生。本发明所述基于差速原理的双模后轮主动转向装置的工作原理如下：
转向工作模式下，第一电磁离合器620处于断电时，此时第一弹簧541通过自身的弹簧力将第一衔铁520紧压在固定在主壳体650上的第一摩擦片上，从而使得差速器壳体310被锁止。即差速器壳体310的转速n0＝0rad/s；第二电磁离合器410同样处于断电状态，此时第二弹簧453产生的弹簧力使第二衔铁430沿着第二半轴360的花键部分轴向移动并紧靠在第二半轴360的花键部分尾端，从而使第二半轴360与第二电磁离合器410断开连接，使第二半轴360可以自由转动。由差速器的工作原理方程可知，第一半轴340、第二半轴360、差速器壳体310三者的转速满足方程式：
n1+n2＝2*n0(1)
上述公式中，n1、n2分别为第一半轴340、第二半轴360的转速，n0为差速器壳体310的转速，在转向工作模式下，差速器壳体310的转速n0＝0rad/s，故此时第一半轴340和第二半轴360的转速满足方程：
n1+n2＝0(2)
对应于整个差速机构总成，差速器壳体310以及十字轴330固定不动；同时直齿圆锥行星齿轮围绕其自身轴线做旋转运动；第一半轴齿轮370和第二半轴齿轮350转速大小相同，方向相反，即第一半轴340与第二半轴360的转速大小相同、方向相反。而由于第一丝杠740和第二丝杠730的旋向相反，故对于运动执行机构来说，第一丝杠740、第二丝杠730的运动方向相同，运动行程相等，故由第一丝杠740、第二丝杠的直线运动引起的转向横拉杆的直线运动从而使得左右两后轮的转向节臂的旋转方向相同，故此时左右两后轮的偏转方向相同，即处于转向工作模式下。
制动工作模式下，所述第一电磁离合器620处于通电状态，第一线圈530产生相应的电磁吸力，从而吸引第一衔铁520沿着所述差速器壳体310超出主壳体650的轴段部分的花键段轴向滑动，并在电磁力作用下紧靠在所述花键段的尾端，从而断开了主壳体650与差速器壳体310之间的固定连接关系，从而使得差速器壳体310可以自由转动。第二电磁离合器410处于通电状态，第二线圈420产生电磁吸力从而将第二衔铁430紧压在固定在第二电磁离合器壳体410上的第二摩擦片上，从而将第二半轴360与固定在差速器壳体310上的第二离合器壳体410固定连接在一起，即此时第二半轴360与差速器壳体310将以相同的转速转动，故此时第一半轴340的转速n1、第二半轴360的转速n2以及差速器壳体310的转速n0满足方程式：
n1＝n2＝n0(3)
对应于整个差速机构总成，差速器壳体310以及十字轴330围绕差速器壳体310的轴线做旋转运动；直齿圆锥行星齿轮320不仅围绕其自身轴线自转，还围绕差速器壳体310的轴线公转；第一半轴齿轮370和第二半轴齿轮350转速大小、方向均相同，即第一半轴340与第二半轴360的转速大小、方向均相同。但由于第一丝杠、第二丝杠的旋向相反，故而对于运动执行机构来说，第一丝杠740、第二丝杠730的运动方向相反，运动行程相等，故由第一丝杠740、第二丝杠730的直线运动引起的转向横拉杆的直线运动从而使得左右两后轮的转向节臂的旋转方向相反，故此时左右两后轮的偏转方向相反，即两后轮同时朝车身内侧转动一个转角，即处于制动工作模式下。
自锁模式下，所述第一电磁离合器620处于断电状态，此时第一弹簧541通过自身的弹簧力将第一衔铁520紧压在固定在主壳体650上的第一摩擦片上，从而使得差速器壳体310和主壳体650被锁止在一起，即此时差速器壳体310的转速n0＝0rad/s；第二电磁离合器410处于通电状态，第二线圈420产生电磁吸力从而将第二衔铁430紧压在固定在第二电磁离合器壳体410上的第二摩擦片440上，从而将第二半轴360与固定在差速器壳体310上的第二离合器壳体410固定连接在一起，即第二半轴360与差速器壳体310固定在一起。故此时第一半轴340的转速n1、第二半轴360的转速n2以及差速器壳体310的转速满足方程式：
n1+n2＝2n0,且有n0＝n2＝0rad/s，故而有n1＝n2＝n0＝0rad/s。
即此时差速器壳体310与第二半轴360共同与主壳体630被锁止在一起，即此时整个后轮主动转向系统被锁死，从而使得在不平路面输入以及障碍物冲击等情况下后轮不会发生摆振现象，从而避免危险情况的发生。
综上所述，本发明所述基于差速原理的双模式后轮主动转向系统可以实现转向、制动两种工作模式，优选的是，还可以在不平路面冲击过大等情况下实现整个后轮转向系统的自锁，从而避免危险现象的发生。上述工作模式之间的切换是通过控制两个电磁离合器的通断来实现的，相应的工作模式切换如表一所示的模式切换表决定。
表一、基于差速原理的双模式后轮主动转向系统模式切换表
在另一实施例中，利用圆柱齿轮差速器代替本发明所述的锥齿轮差速器，该实施例原理上依旧是利用差速器的工作原理来实现双模后轮主动转向以及自锁，对工作原理并没有创新，故而不认为是对本发明的创新。
本发明提出一种基于差速原理的双模后轮主动转向装置，利用一个电机共同控制两个后轮的转角，从而使两后轮可以根据汽车当前的行驶工况选择性的同向偏转或是相向偏转，即同时具备转向、制动两种工作模式。同时，该装置还具有自锁工作模式，即在不平路面冲击等情况下，不会出现两后轮自发转向并且摆振的问题,确保了行车安全，避免了危险现象的发生。
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的应用，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，可容易地实现另外地修改，因此在不背离权利要求及同等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的图例。

Claims (8)

1.一种基于差速原理的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，包括：
后轮转向系统壳体；
转角控制电机，其壳体固定在所述后轮转向系统壳体一端，用于驱动后轮转向并精确控制后轮转角；
减速机构，用于对所述转角控制电机输入转矩进行减速增扭；
第一半轴，用于驱动一侧车轮偏转；
第二半轴，用于驱动另一侧车轮偏转；
差速机构总成，利用差速原理传递所述减速机构输入的运动至另外一侧车轮，包括：
差速器壳体，其布置并同轴旋转支撑在所述后轮转向系统壳体内部，并内部容置差速器所有零件；第一半轴齿轮，与所述第一半轴内端部花键连接；第二半轴齿轮，与所述第二半轴内端部花键连接；十字轴，其以螺钉固定在所述差速器壳体内部；行星齿轮，其空套在所述十字轴上自由旋转，并同时与所述第一半轴齿轮和所述第二半轴齿轮啮合传动；推力垫片，安装在所述第一、第二半轴齿轮与所述差速器壳体之间，调整所述第一、第二半轴齿轮和所述行星齿轮间的啮合间隙并减小运动时的磨损；行星齿轮球面垫片，安装在所述行星齿轮与所述差速器壳体之间，用于减小其绕所述十字轴自转运动时的磨损；
第一电磁离合器，布置在所述差速机构总成与所述减速机构之间，用于控制所述差速机构总成的壳体和所述后轮转向系统壳体之间的连接或断开；
第二电磁离合器，布置在所述差速机构总成的另一侧，用于控制所述差速机构总成的壳体和所述第二半轴之间的连接或断开；
通过控制第一电磁离合器和第二电磁离合器的通断，可以控制所述第一半轴和第二半轴的相同方向运动或相反方向运动，从而带动两后轮实现不同的转向动作；
运动转换机构，利用滚珠丝杠螺母副来实现运动方式的转换，包括丝杠旋向相反但其余参数完全相同的第一运动转换机构和第二运动转换机构，用于将所述第一半轴和所述第二半轴的旋转运动转换为转向横拉杆的平动推动左右车轮偏转。
2.如权利要求1所述的基于差速原理的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，所述后轮转向系统壳体包括：
前壳体，用于容置所述减速机构和一端的所述运动转换机构；
主壳体，用于容置所述差速机构总成和所述第二电磁离合器；
后端盖，用于容置另一端的所述运动转换机构。
3.如权利要求1所述的基于差速原理的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，所述减速机构包括：
输入齿轮，旋转支撑在所述后轮转向系统壳体内部，并通过联轴器和所述转角控制电机的输出端同轴连接传递动力；
输出齿轮，与第一半轴外端部制成一体，并旋转支撑在所述后轮转向系统壳体内部且与所述输入齿轮啮合传动。
4.如权利要求1所述的基于差速原理的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，所述第一电磁离合器包括：
第一电磁离合器壳体，以螺钉连接的方式安装在所述后轮转向系统壳体上；
第一电磁线圈，固定在所述第一电磁离合器壳体凹槽中；
第一衔铁，以花键连接的形式滑动套设在所述差速器壳体上；
第一力矩调整环，其与所述第一半轴以螺纹相连接；
第一弹簧，一端与支撑在所述第一力矩调整环的凹槽中，一端固定连接在所述第一衔铁上；
第一弹簧定位环，以楔键连接固定在所述第一半轴上；
第一摩擦片，通过螺钉固定安装在所述后轮转向系统壳体上；
其中，所述第一电磁线圈断电时，所述第一弹簧通过自身的弹簧力将所述第一衔铁紧压在第一摩擦片上，从而使得所述差速器壳体与所述后轮转向系统壳体锁止在一起；当所述第一电磁线圈通电时，第一线圈产生的电磁力吸引第一衔铁轴向滑动远离所述第一摩擦片，从而使所述差速器壳体可以自由转动。
5.如权利要求1所述的基于差速原理的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，所述第二电磁离合器包括：
第二电磁离合器壳体，与所述差速器壳体以螺栓同轴连接，可与所述差速器壳体一起围绕其自身轴线自由旋转；
第二电磁线圈，固定在所述第二电磁离合器壳体凹槽中；
第二衔铁，以花键连接的形式滑动套设在所述第二半轴上；
第二力矩调整环，其与所述第二半轴以螺纹相连接；
第二弹簧，其一端支撑在所述第二力矩调整环的凹槽中，一端固定连接在所述第二衔铁上；
第二弹簧定位环，以楔键连接固定在所述第二半轴上，其轴向开有通孔以用于定位弹簧；
第二摩擦片，通过螺钉安装在所述第二电磁离合器壳体上；
其中，所述第二电磁线圈断电时，所述第二弹簧通过自身的弹簧力将所述第二衔铁紧压在第二半轴花键部分尾端，从而使得所述第二半轴可以自由转动；当所述第二电磁线圈通电时，所述第二电磁线圈产生的电磁吸力将所述第二衔铁紧压在固定在第二电磁离合器壳体上的第二摩擦片上，从而将第二半轴与所述差速器壳体固定连接在一起，所述第二半轴与所述差速器壳体将以同步转动。
6.如权利要求1所述的基于差速原理的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，所述运动转换机构包括：
第一运动转换机构，其包括：
第一丝杠，其里端与所述第一半轴外端部中心内孔加工的滚珠循环滚道通过一组滚珠相配合形成内循环滚珠丝杠螺母副，从而将第一半轴的旋转运动转换为第一丝杠的直线运动；
第一转向拉杆，其一端通过球头销与所述第一丝杠外端连接，另一端通过球头销与对应车轮的转向节臂连接，从而实现拖拽对应后轮的偏转；
防尘罩，其套设在所述后轮转向系统壳体外侧的所述第一丝杠上，且其两端分别通过卡箍固定在所述后轮转向系统壳体和所述第一丝杠上；
第二运动转换机构，其包括：
第二丝杠，其里端与所述第二半轴外端部中心内孔加工的滚珠循环滚道通过一组滚珠相配合形成内循环滚珠丝杠螺母副，从而将第二半轴的旋转运动转换为第二丝杠的直线运动；
第二转向拉杆，其一端通过球头销与所述第二丝杠外端连接，另一端通过球头销与对应车轮的转向节臂连接，从而实现拖拽对应后轮的偏转；
所述第一丝杠和第二丝杠旋向相反。
7.如权利要求1所述的基于差速原理的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，所述第一电磁离合器的供电线路从其壳体直接接入；所述第二电磁离合器的供电线路从其壳体端部的滑环触电再经所述后轮转向系统壳体接入。
8.如权利要求3所述的基于差速原理的双模式后轮主动转向装置，其特征在于，所述旋转支撑均通过角接触球轴承实现。
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