后轮转向系统、方法及车辆与流程

本公开涉及控制技术领域，具体地，涉及一种后轮转向系统、方法及车辆。

背景技术：

随着汽车在人们的日常生活中扮演的角色越来越重要，汽车各方面性能的提高就成了大家十分关注的问题。由于人们对汽车舒适度的要求，汽车的车内空间不断增大，相应的汽车的轴距也不断加长，在舒适度提高的同时，也对汽车操纵性带来了一定的影响，例如，当汽车在低速行驶的状态下转弯，转弯半径变大，降低汽车的灵活度，进一步的当汽车高速行驶的状态下，汽车的稳定性也会降低。通过加入后轮转向技术，增加了后轮小角度转向功能，能够弥补传统转向系统的不足。

目前，后轮转向系统通常为一级传动，传动比小，要求电机的额定扭矩大。在设计过程中，需要将电机转子设计为空心轴，使传动螺杆贯穿其中才能实现后轮转向，同时传动螺杆的旋转运动仅由位移传感器中的磁铁块进行限制，容易对器件造成磨损变形，产生噪声，增加了设计难度和开发成本。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种后轮转向系统、方法及车辆，用以解决后轮转向系统对电机额定扭矩要求高、设计难度大开发成本高的问题。

为了实现上述目的，根据本公开实施例的第一方面，提供一种后轮转向系统，应用于车辆，包括：丝杆、螺母皮带轮、控制臂、位移传感器、皮带、电机和电子控制单元ecu；

所述控制臂的分别与所述车辆的后轮和所述丝杆相连，所述螺母皮带轮套接在所述丝杆上，且所述螺母皮带轮通过所述皮带与所述电机连接，所述位移传感器设置在所述丝杆上；

当所述ecu控制所述电机转动时，所述电机通过所述皮带带动所述螺母皮带轮转动，使所述螺母皮带轮驱动所述丝杆移动，以使所述丝杆通过所述控制臂驱动所述后轮转动；

所述位移传感器用于检测所述丝杆移动的位移。

可选地，所述控制臂包括左后轮控制臂和右后轮控制臂，所述左后轮控制臂的两端分别与左后轮和所述丝杆的一端连接，所述右后轮控制臂的两端分别与右后轮和所述丝杆的另一端连接；

所述螺母皮带轮的内螺纹与所述丝杆进行螺纹连接，所述皮带套接在所述螺母皮带轮的外部；

所述螺母皮带轮为梯形螺母皮带轮。

可选的，所述位移传感器为磁阻式位移传感器，所述丝杆上还设置有齿条，所述磁阻式位移传感器包括：齿轮，所述齿轮和所述齿条啮合；

当所述丝杆移动时，所述齿条带动所述齿轮转动，所述磁阻式位移传感器能够根据所述齿轮转动的角度获取所述丝杆的位移。

可选的，所述磁阻式位移传感器还包括：传动杆、壳体、巨磁阻型gmr磁场传感器芯片、圆形两极永磁体和轴承；

所述传动杆的第一端与所述齿轮相连，所述轴承固定在所述壳体上，且所述传动杆套接在所述轴承中，所述传动杆的第二端与所述圆形两极永磁体相连，所述gmr磁场传感器芯片设置在所述壳体内与所述圆形两极永磁体正对的位置，所述gmr磁场传感器芯片与所述圆形两极永磁体之间的距离为预设距离；

所述齿轮转动时通过所述传动杆带动所述圆形两极永磁体转动，所述gmr磁场传感器芯片根据所述圆形两极永磁体转动产生的磁场变化获取所述齿轮转动的角度。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种后轮转向控制方法，应用于上述实施例的第一方面提供的任一种后轮转向系统，所述方法包括：

获取车辆的后轮需要转动的第一角度；

根据所述第一角度确定所述丝杆需要移动的第一位移；

根据所述第一位移确定所述电机需要转动的第二角度；

根据所述第二角度控制所述电机转动，使所述电机通过所述皮带带动所述螺母皮带轮转动，使所述螺母皮带轮的驱动所述丝杆移动，以使所述丝杆通过所述控制臂驱动所述后轮转动。

可选的，所述方法还包括：

通过所述位移传感器获取所述丝杆实际的第二位移；

获取所述第二位移与所述第一位移的误差；

判断所述误差是否大于预设的误差阈值；

当所述误差小于或等于所述误差阈值时，确定所述后轮的转动满足所述第一角度；

当所述误差大于所述误差阈值时，确定所述后轮的转动不满足所述第一角度。

可选的，所述位移传感器为磁阻式位移传感器，所述丝杆上设置有齿条，所述磁阻式位移传感器包括：齿轮，所述齿轮和所述齿条啮合；当所述丝杆移动时，所述齿条能够带动所述齿轮转动，所述通过所述位移传感器获取所述丝杆实际的第二位移，包括：

通过所述磁阻式位移传感器获取所述齿轮转动的第三角度；

根据所述第三角度确定所述丝杆实际的所述第二位移。

可选的，所述磁阻式位移传感器还包括：传动杆、壳体、巨磁阻型gmr磁场传感器芯片、圆形两极永磁体和轴承，所述传动杆的第一端与所述齿轮相连，所述轴承固定在所述壳体上，且所述传动杆套接在所述轴承中，所述传动杆的第二端与所述圆形两极永磁体相连，所述gmr磁场传感器芯片设置在所述壳体内与所述圆形两极永磁体正对的位置，所述gmr磁场传感器芯片与所述圆形两极永磁体之间的距离为预设距离，当所述齿轮转动时能够通过所述传动杆带动所述圆形两极永磁体转动；所述通过所述磁阻式位移传感器获取所述齿轮转动的第三角度，包括：

通过所述gmr磁场传感器芯片获取所述圆形两极永磁体转动产生的磁场变化量；

根据所述磁场变化量获取所述齿轮转动的所述第三角度。

根据本公开实施例的第三方面，提供一种车辆，包括上述实施例的第一方面提供的任一种后轮转向系统。

通过上述技术方案，本公开在电子控制单元控制电机转动时，通过与电机相连的皮带带动螺母皮带轮转动，与丝杆套接的螺母皮带轮，通过接触式的连接方式，能够将螺母皮带轮的转动转化为丝杆的位移，从而驱动丝杆移动，进一步使丝杆能够将移动传递给控制臂来驱动后轮转动。皮带轮的传动方式便于设计和生产，降低设计难度和开发成本，同时能够增加扭矩，从而降低对电机额定扭矩的要求。

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，应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

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：

图1是根据一示例性实施例示出的一种后轮转向系统的框图；

图2a是根据一示例性实施例示出的一种后轮转向系统的磁阻式位移传感器的框图；

图2b是根据图2a所示的磁阻式位移传感器中gmr磁场传感器芯片的信号示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种后轮转向系统的电子控制单元的框图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种后轮转向控制方法的示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的另一种后轮转向控制方法的示意图；

图6是根据一示例性实施例示出的又一种后轮转向控制方法的示意图。

附图标记说明

1丝杆3螺母皮带轮

5齿轮6齿条

7控制臂71左后轮控制臂

72右后轮控制臂8后轮

81左后轮9右后轮

9位移传感器10皮带

11电机12ecu电子控制单元

14传动杆15壳体

18巨磁阻型gmr磁场传感器芯片

19圆形两极永磁体20轴承

21电源管理模块22车身信号处理模块

23位移传感器信号处理模块

24电机传感器信号处理模块

25主控芯片mcu26电机驱动模块

27eeprom28防反接模块

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明，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。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右、前、后”通常对应于车辆的上、下、左、右、前、后，需要注意的是，上述方位名词仅用于解释和说明本公开，并不用于限制。

在对本公开提供的后轮转向系统、方法及车辆说明前，首先对本公开各个实施例所涉及应用场景进行介绍。该应用场景为任意一种车辆，该车辆不限于传统汽车、纯电动汽车或是混动汽车，其中车辆的车轮分为前轮和后轮两种，分别由连接车辆的前轴和后轴，车辆的前轮设置有转向系统，同时后轮设置有后轮转向系统，能够控制后轮转向。

图1是根据一示例性实施例示出的一种后轮转向系统的框图，如图1所示，该系统应用于车辆，包括丝杆1、螺母皮带轮3、控制臂7、位移传感器9、皮带10、电机11和ecu(英文：electroniccontrolunit，中文：电子控制单元)12。

控制臂7的分别与车辆的后轮8和丝杆1相连，螺母皮带轮3套接在丝杆1上，且螺母皮带轮3通过皮带10与电机11连接，位移传感器9设置在丝杆1上。

当ecu12控制电机11转动时，电机11通过皮带10带动螺母皮带轮3转动，使螺母皮带轮3驱动丝杆1移动，以使丝杆1通过控制臂7驱动后轮8转动。

位移传感器9用于检测丝杆1移动的位移。

举例来说，车辆在行驶过程中，需要后轮转向系统控制后轮转向时，ecu12可以通过can(英文：controllerareanetwork，中文：控制器局域网络)总线接收来自车辆主控系统，能够反映车身当前状态的状态信号，之后ecu12根据状态信号确定当前需要后轮偏转的目标角度，再根据目标角度输出控制信号控制电机11转动。电机11转动从而通过皮带10带动螺母皮带轮3转动，与丝杆1套接的螺母皮带轮3，通过接触式的连接方式，能够将螺母皮带轮3的转动转化为丝杆1的位移，从而驱动丝杆1横向位移，进一步使丝杆1将横向位移传递给控制臂7来驱动后轮8转动。其中位移传感器9能够检测丝杆1的横向位移。

可选的，如图1所示，控制臂7包括左后轮控制臂71和右后轮控制臂72，左后轮控制臂71的两端分别与左后轮81和丝杆1的一端连接，右后轮控制臂72的两端分别与右后轮82和丝杆1的另一端连接。

螺母皮带轮3的内螺纹与丝杆1进行螺纹连接，皮带10套接在螺母皮带轮3的外部。

螺母皮带轮3为梯形螺母皮带轮。

示例的，螺母皮带轮3套接在丝杆1上，可以是通过螺母皮带轮3的内螺纹与丝杆1上的螺旋槽进行螺纹连接，即当螺母皮带轮3转动时，螺母皮带轮3的内螺纹将螺母皮带轮3的转动角度通过接触式的连接传递给了丝杆1上的螺旋槽，丝杆1上的螺旋槽跟着螺母皮带轮3旋转，带动丝杆1横向唯一，从而实现了转动角度到位移量的转换。其中螺母皮带轮可以是梯形螺母皮带轮。

可选的，位移传感器9为磁阻式位移传感器，丝杆1上还设置有齿条6，磁阻式位移传感器9包括：齿轮5，齿轮5和齿条6啮合。

当丝杆1移动时，齿条6带动齿轮5转动，磁阻式位移传感器9能够根据齿轮5转动的角度获取丝杆1的位移。

举例来说，位移传感器9可以是磁阻式位移传感器，还可以是其他能够将检测丝杆1的位移量的传感器。以磁阻式位移传感器为例，磁阻式位移传感器9包括齿轮5，齿轮5与丝杆1上的齿条6啮合，当ecu12要控制后轮8转动时，电机11通过螺母皮带轮的传动将转动角度传递给丝杆1移动，丝杆1的实际位移量能够通过齿条6反应出来，因此齿条6能够将丝杆1的实际位移量传递给齿轮5，带动齿轮5转动，进一步的，磁阻式位移传感器9根据齿轮5的转动角度能够检测出丝杆1的实际位移量。

图2a是根据一示例性实施例示出的一种后轮转向系统的磁阻式位移传感器的框图，如图2a所示，磁阻式位移传感器9还包括：传动杆14、壳体15、gmr(英文：giantmagneticresistance，中文：巨磁电阻)磁场传感器芯片18、圆形两极永磁体19和轴承20。

传动杆14的第一端与齿轮5相连，轴承20固定在壳体15上，且传动杆14套接在轴承20中，传动杆14的第二端与圆形两极永磁体19相连，gmr磁场传感器芯片18设置在壳体15内与圆形两极永磁体19正对的位置，gmr磁场传感器芯片18与圆形两极永磁体19之间的距离为预设距离。

齿轮5转动时通过传动杆14带动圆形两极永磁体19转动，gmr磁场传感器芯片18根据圆形两极永磁体19转动产生的磁场变化获取齿轮5转动的角度。

示例的，当ecu12要控制后轮8转动时，电机11通过螺母皮带轮的传动将转动角度传递给丝杆1移动，丝杆1的实际位移量能够通过齿条6带动齿轮5转动，齿轮5通过传动杆14将转动传递给圆形两极永磁体19，圆形两极永磁体19的转动使磁场发生变化，从而使与圆形两极永磁体19正对的gmr磁场传感器芯片18检测出磁场的变化量，进一步根据磁场的变化量获得丝杆1的实际位移量，从而实现圆形两极永磁体19的转动角度到丝杆1的实际位移量的转换。其中，预设距离可以根据磁阻式位移传感器9的尺寸和敏感度来设置。

具体的，根据磁场的变化量获得丝杆1的实际位移量可以通过以下cordic(英文：coordinaterotationdigitalcomputer，中文：坐标旋转数字计算方法)算法来实现，即丝杆1的实际位移量δs与圆形两极永磁体19的转动角度δθ之间的关系一一对应：δs＝k*δθ，其中k为常量。在本实施例中，可以设置丝杆1最大的横向位移对应圆形两极永磁体19的转动角度小于一周。圆形两极永磁体19旋转时，gmr磁场传感器芯片18输出的两路相位差为π/2的正弦信号：sin信号和cos信号，正转时，sin信号超前cos信号π/2，反转时，cos信号超前sin信号π/2。如图2b所示，坐标零点表示丝杆1的中点，丝杆1的横向位移在距离中点左右各s距离，对应为在丝杆1位移坐标的+s和-s。后轮8回正时丝杆1的位移量，对应圆形两极永磁体19的转动角度为θ0，当圆形两极永磁体19正转时，丝杆1的横向位移是-s，对应圆形两极永磁体19的转动角度是θ1，丝杆1的横向位移是+s，对应圆形两极永磁体19的转动角度是θ2。当圆形两极永磁体19反转时，丝杆1的横向位移是+s，丝杆1的横向位移是-s，对应圆形两极永磁体19的转动角度是θ11，丝杆1的横向位移是+s，对应圆形两极永磁体19的转动角度是θ22。

由于丝杆1最大的横向位移对应圆形两极永磁体19的转动角度小于一周，可得：

θ2-θ1＜2π

θ11-θ22＜2π

因此在磁阻式位移传感器9检测得到圆形两极永磁体19的转动角度δθ后，即可根据δs＝k*δθ获得丝杆1的实际位移量δs。

需要说明的，图1、图2a所示实施例中后轮转动系统的ecu12的结构如图3所示，可以包括：电源管理模块21、车身信号处理模块22、位移传感器信号处理模块23、电机传感器信号处理模块24、主控芯片mcu(英文：microcontrollerunit，中文：微控制单元)25、电机驱动模块26和防反接模块28。其中，电源管理模块21，用于给ecu12提供稳压电源。车身信号处理模块22，用于处理车身状态信号。位移传感器信号处理模块23，用于处理磁阻式位移传感器9的信号。电机传感器信号处理模块24，用于对电机11的角度传感器信号进行信号处理和角度解码。主控芯片mcu25，用于获取角度信号和位移信号、接收车身状态信号和输出控制电机11转动的控制信号。电机驱动模块26，用于根据控制信号驱动电机11。

综上所述，本公开在电子控制单元控制电机转动时，通过与电机相连的皮带带动螺母皮带轮转动，与丝杆套接的螺母皮带轮，通过接触式的连接方式，能够将螺母皮带轮的转动转化为丝杆的位移，从而驱动丝杆移动，进一步使丝杆能够将移动传递给控制臂来驱动后轮转动。皮带轮的传动方式便于设计和生产，降低设计难度和开发成本，同时能够增加扭矩，从而降低对电机额定扭矩的要求。

图4是根据一示例性实施例示出的一种后轮转向控制方法的示意图，如图4所示，应用于图1、图2a中所示的任一种后轮转向系统，该方法包括：

步骤101，获取车辆的后轮需要转动的第一角度。

步骤102，根据第一角度确定丝杆需要移动的第一位移。

步骤103，根据第一位移确定电机需要转动的第二角度。

步骤104，根据第二角度控制电机转动，使电机通过皮带带动螺母皮带轮转动，使螺母皮带轮的驱动丝杆移动，以使丝杆通过控制臂驱动后轮转动。

举例来说，ecu根据来自车辆主控系统的状态信号获取当前需要后轮偏转的目标角度，即第一角度，之后ecu根据第一角度获取对应需要丝杆移动的目标位移，即第一位移，由第一位移来确定ecu需要控制电机转动的目标角度，即第二角度，并根据第二角度控制电机转动从而带动丝杆横向移动，实现后轮的偏转。

图5是根据一示例性实施例示出的另一种后轮转向控制方法的示意图，如图5所示，该方法还包括：

步骤105，通过位移传感器获取丝杆实际的第二位移。

步骤106，获取第二位移与第一位移的误差。

步骤107，判断误差是否大于预设的误差阈值。

步骤108a，当误差小于或等于误差阈值时，确定后轮的转动满足第一角度。

步骤108b，当误差大于误差阈值时，确定后轮的转动不满足第一角度。

示例的，在步骤104中电机转动带动丝杆横向移动时，位移传感器能够检测丝杆的实际产生的位移，即第二位移。将第二位移和步骤102中确定的第一位移进行比较，目的是将根据车辆主控系统的状态信号确定的丝杆的目标位移和在控制过程中丝杆产生的实际位移进行比较，从而使后轮转向系统实现闭环控制。可以预先设置一个误差阈值，当误差小于或等于误差阈值时，能够确定后轮实际的转动角度满足第一角度(后轮偏转的目标角度)，表示后轮转动系统有效地控制了后轮的偏转。当误差大于误差阈值时，能够确定后轮实际的转动角度不满足第一角度，表示后轮转动系统当前对后轮偏转的控制不足。同时，还可以将第二位移与第一位移的差值作为一个参考量，作为后轮转动系统之后控制后轮偏转时的参考，例如，当第二位移与第一位移的差值为负时，后轮转动系统之后控制后轮偏转时可以适量增加电机的转动角度，当第二位移与第一位移的差值为正时，后轮转动系统之后控制后轮偏转时可以适量减少电机的转动角度

图6是根据一示例性实施例示出的又一种后轮转向控制方法的示意图，如图6所示，其中位移传感器为磁阻式位移传感器，丝杆上设置有齿条，磁阻式位移传感器包括：齿轮，齿轮和齿条啮合。当丝杆移动时，齿条能够带动齿轮转动。步骤105包括：

步骤1051，通过磁阻式位移传感器获取齿轮转动的第三角度。

步骤1052，根据第三角度确定丝杆实际的第二位移。

示例的，在步骤104中电机转动带动丝杆横向移动时，丝杆上的齿条能够带动磁阻式位移传感器的齿轮转动，从而获得齿轮转动的第三角度，磁阻式位移传感器能够根据第三角度将转动角度转化为横向位移，即第二位移。

可选的，磁阻式位移传感器还包括：传动杆、壳体、巨磁阻型gmr磁场传感器芯片、圆形两极永磁体和轴承，传动杆的第一端与齿轮相连，轴承固定在壳体上，且传动杆套接在轴承中，传动杆的第二端与圆形两极永磁体相连，gmr磁场传感器芯片设置在壳体内与圆形两极永磁体正对的位置，gmr磁场传感器芯片与圆形两极永磁体之间的距离为预设距离，当齿轮转动时能够通过传动杆带动圆形两极永磁体转动。步骤1051包括：

通过gmr磁场传感器芯片获取圆形两极永磁体转动产生的磁场变化量。

根据磁场变化量获取齿轮转动的第三角度。

示例的，丝杆上的齿条能够带动磁阻式位移传感器的齿轮转动，齿轮通过传动杆将转动传递给圆形两极永磁体，圆形两极永磁体转动使磁场发生变化，从而使与圆形两极永磁体正对的gmr磁场传感器芯片检测出磁场的变化量，进一步根据磁场的变化量能够获得齿轮的转动角度，即第三角度。

关于上述实施例中的后轮转向系统，其中各个部件的连接关系已经在有关该系统的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

综上所述，本公开在电子控制单元控制电机转动时，通过与电机相连的皮带带动螺母皮带轮转动，与丝杆套接的螺母皮带轮，通过接触式的连接方式，能够将螺母皮带轮的转动转化为丝杆的位移，从而驱动丝杆移动，进一步使丝杆能够将移动传递给控制臂来驱动后轮转动。皮带轮的传动方式便于设计和生产，降低设计难度和开发成本，同时能够增加扭矩，从而降低对电机额定扭矩的要求。

本公开根据一示例性实施例还可以提供一种车辆，该车辆包括图1、图2a所示的任一种后轮转向系统。

综上所述，本公开在电子控制单元控制电机转动时，通过与电机相连的皮带带动螺母皮带轮转动，与丝杆套接的螺母皮带轮，通过接触式的连接方式，能够将螺母皮带轮的转动转化为丝杆的位移，从而驱动丝杆移动，进一步使丝杆能够将移动传递给控制臂来驱动后轮转动。皮带轮的传动方式便于设计和生产，降低设计难度和开发成本，同时能够增加扭矩，从而降低对电机额定扭矩的要求。

本领域技术人员在考虑说明书及实践本公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变，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。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。