四挡中置式链条传动电驱动自适应变速系统

本发明涉及两轮车电驱动系统技术领域，具体涉及一种四挡中置式链条传动电驱动自适应变速系统。

背景技术：

链条传动的设计结构具有结构简单、轻巧、成本低等优点，而且可以通过更换链轮便能容易改变末级减速比的优点，因此被大多数两轮车采用。此外，链条可以缓冲车辆加减速的冲击，又能减小悬挂系统上下震荡造成链轮之间的距离变化。

现有的能够换挡的两轮车电驱动系统通常都将动力输入机构(电机等)和减速换挡机构都设置在两轮车的中部(座位下方)，再通过链条传动组件直接带动车轮转动。由于电机的转速远高于内燃机，导致减速机构相对较为复杂，体积较大。但是，由于两轮车的结构特点，安装空间极为有限，难以设置较大减速比的减速换挡机构，因此导致不能采用高转速电机，电机效率始终不够理想，影响续航里程。

并且，现有的两轮车电驱动系统不能根据阻力情况而自动换挡，从而不能根据行驶阻力自适应匹配车速输出扭矩。为了保证普通路况的性能和能耗，导致电动两轮车不具备强大的爬坡和重载能力，使电动两轮车在爬坡和重载能力时，电机不处于高效平台上，从而电机不仅效率低下，而且能耗过高。

而且，两轮车电驱动系统的挡位普遍较少，最多只能实现两挡换挡，不能满足一些应用需求。

解决以上问题成为当务之急。

技术实现要素：

为解决以上的技术问题，本发明提供了一种四挡中置式链条传动电驱动自适应变速系统。

其技术方案如下：

一种四挡中置式链条传动电驱动自适应变速系统，其要点在于，包括动力输入机构、驱动轮、设置在轮外中间轴上的高速挡传动机构和低速挡传动机构、通过链条传动组件与轮外中间轴连接的车轮安装轴以及设置在车轮安装轴上的两挡传动机构，所述车轮安装轴穿设在驱动轮上，所述动力输入机构通过高速挡传动机构或低速挡传动机构将动力传递给轮外中间轴，轮外中间轴再依次通过链条传动组件和两挡传动机构将动力传递给驱动轮；

所述高速挡传动机构包括摩擦离合器和用于对摩擦离合器施加预紧力的弹性元件组，所述摩擦离合器包括外片花件套、内片螺旋滚道套以及交替设置在外片花件套和内片螺旋滚道套之间的外摩擦片和内摩擦片，各外摩擦片能够沿外片花件套轴向滑动，各内摩擦片能够沿内片螺旋滚道套轴向滑动，所述内片螺旋滚道套套装在轮外中间轴上，并与轮外中间轴之间形成螺旋传动副，以使内片螺旋滚道套能够沿轮外中间轴轴向滑动，所述动力输入机构能够通过摩擦离合器将动力传递给轮外中间轴；

所述低速挡传动机构包括副轴传动组件和套装在轮外中间轴上的第一超越离合器，所述内片螺旋滚道套与第一超越离合器的第一内心轮相互靠近的一端端面均为凸轮型面，以共同构成端面凸轮配合，所述动力输入机构能够通过外片花件套依次将动力传递给副轴传动组件、第一超越离合器、内片螺旋滚道套和轮外中间轴；

所述两挡传动机构包括单侧同步器、第二超越离合器和输出减速组件，所述单侧同步器、第二超越离合器与输出减速组件的输出一级主动齿轮均套装在车轮安装轴上，且第二超越离合器和输出一级主动齿轮分别位于单侧同步器的两侧，所述输出一级主动齿轮与车轮安装轴同步转动，动力输出套、第二超越离合器的第二内心轮以及驱动轮同步转动，所述单侧同步器能够在换挡拨叉的作用下与第二内心轮结合或分离；

当单侧同步器与第二内心轮结合时，第二超越离合器处于超越状态，车轮安装轴输出的动力依次经单侧同步器和第二内心轮传递给动力输出套；当单侧同步器与第二内心轮分离时，第二超越离合器处于结合状态，车轮安装轴输出的动力依次经输出减速组件和第二超越离合器传递给动力输出套。

采用以上结构，将动力输入机构、高速挡传动机构和低速挡传动机构设置在原始的两轮车中间位置，在驱动轮的位置增设两挡传动机构，不仅形成四挡变速，提高了传动效率，增加了续航里程，而且延长了减速传动路径，增大了减速比，从而能够采用高速电机作为驱动，使电机处于高效输出平台上，大幅提高了电机效率，增加了续航里程，同时保留链条传动的方式，不仅可以缓冲两轮车加减速的冲击，又能减小悬挂系统上下震荡造成链轮之间的距离变化，并且，能够根据阻力情况，自适应匹配电动交通工具的实际行驶工况与电机工况，使电动汽车具有强大的爬坡和重载能力的同时，使电机始终处于高效平台上，大大提高了电机在爬坡和重载情况下的效率，降低了电机能耗，能够在不切断驱动力的情况下就能够自适应随行驶阻力变化自动进行前进挡的高低速换挡变速。

作为优选：所述动力输出套通过传动传感机构将动力传递给驱动轮，所述驱动轮的轮毂通过安装配合套可转动地套装在车轮安装轴上，所述传动传感机构包括套装在安装配合套上的传动传感凸轮套、用于驱使传动传感凸轮套靠近动力输出套的弹性复位元件以及用于检测实时功率的检测装置，所述传动传感凸轮套与安装配合套之间形成螺旋传动副，并能够沿安装配合套轴向滑动，所述动力输出套和传动传感凸轮套的相邻端面构成端面凸轮配合。采用以上结构，能够在传动的同时准确监测实时功率，简单可靠；若传感传动机构测得的实时功率大于设定的功率目标，单侧同步器处于结合状态，处于相对高速的挡位；若传感传动机构测得的实时功率小于设定的功率目标，单侧同步器处于断开状态，处于相对低速的挡位。

作为优选：所述检测装置包括均设置在传动传感凸轮套上的转速检测永磁体和位移检测永磁体以及均设置在外壳体上的转速检测霍尔元件和位移检测霍尔元件。采用以上结构，能够通过检测传动传感凸轮套的转速和位移获悉实时功率，抗干扰能力强，成本低廉，简单可靠。

作为优选：所述单侧同步器包括与第二内心轮同步转动的高速挡结合套、同步转动地套装在车轮安装轴上的同步器花键毂以及同步转动地套装在同步器花键毂上的同步器结合套，所述同步器花键毂靠近高速挡结合套的一侧设置有沿径向向外依次套设的高速挡摩擦内片、高速挡摩擦外片和高速挡同步环，所述同步器花键毂的外周上设置有若干与同步器结合套同步滑动的同步器滑块，所述换挡拨叉能够带动同步器结合套轴向滑动；

当同步器结合套朝高速挡结合套滑动时，同步器滑块能够驱使高速挡同步环带动高速挡摩擦外片将高速挡摩擦内片压紧在高速挡结合套上，以使同步器结合套与高速挡结合套在同步转动后结合。

采用以上结构，设计巧妙，简单可靠，能够稳定可靠地在两个档位之间切换，不会发生换挡卡滞和难以进挡的情况。

作为优选：所述输出减速组件包括与车轮安装轴平行的输出减速轴、同步转动地套装在输出减速轴上的输出一级从动齿轮和输出二级主动齿轮，所述输出一级从动齿轮与输出一级主动齿轮啮合，所述输出二级主动齿轮与第二超越离合器的外圈上设置的输出二级从动齿啮合。采用以上结构，能够稳定可靠地进行减速传动。

作为优选：所述外片花件套包括依次连接的动力输入部、压紧配合部和动力输出部，所述动力输入部和动力输出部均为圆环结构，且动力输入部的直径大于动力输出部的直径，所述压紧配合部为圆盘结构，各外摩擦片能够沿动力输入部的内壁轴向滑动；

所述内片螺旋滚道套包括呈圆环结构的内片滑动部和呈圆盘结构的摩擦片压紧部，所述内片滑动部与主轴之间形成螺旋传动副，各内摩擦片能够沿内片滑动部的外壁轴向滑动，各外摩擦片和内摩擦片位于压紧配合部和摩擦片压紧部之间，所述弹性元件组与摩擦片压紧部抵接。

采用以上结构，不仅设计巧妙，易于装配，而且能够内片螺旋滚道套和外片花件套均能够实现多种功能，既减少了零部件数量，降低了生产成本，又提高了可靠性。

作为优选：所述动力输入机构包括电机和输入减速组件，所述输入减速组件包括同步转动地套装在与电机的电机轴上的输入一级主动齿轮、与电机轴平行的输入轴和同步转动地套装在输入轴上的输入一级从动齿轮，所述输入一级主动齿轮与输入一级从动齿轮啮合，所述输入轴上具有输入二级主动齿，所述动力输入部上具有与输入二级主动齿啮合的输入二级从动齿。采用以上结构，能够稳定可靠地进行减速传动。

作为优选：所述副轴传动组件包括与轮外中间轴平行的副轴以及同步转动地套装在副轴的低速一级从动齿轮，所述动力输出部上具有与低速一级从动齿轮啮合的低速一级主动齿，所述副轴上具有低速二级主动齿，所述超越离合器的外圈上具有与低速二级主动齿啮合的低速二级从动齿。采用以上结构，能够稳定可靠地进行减速传动。

作为优选：沿所述各内心轮外周分布的滚动体由交替设置的粗滚动体和细滚动体组成，在所述内心轮的外周面上设置有两个相对的保持架，在每个保持架的内壁上均开设有一圈环形槽，各个细滚动体的两端分别均可滑动地插入对应的环形槽中。采用以上结构，使各个细滚动体能够随动，提高了整体的稳定性和可靠性，增加了使用寿命。

作为优选：所述链条传动组件包括同步转动地套装在轮外中间轴上的主动链轮、同步转动地套装在车轮安装轴上的从动链轮以及连接主动链轮和从动链轮的链条，所述从动链轮与减速传动机构分别位于驱动轮的两侧。采用以上结构，驱动轮附近采用中央驱动的形式，兼具了轮毂电机和侧挂式结构的优势，弥补了轮毂电机和侧挂式结构的不足，不仅能够很好地保证转动输出部件的平衡性，而且具有极高的机械效率，较小的发热量，更佳的散热能力和更轻的重量。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

采用以上技术方案的四挡中置式链条传动电驱动自适应变速系统，结构新颖，设计巧妙，易于实现，将动力输入机构、高速挡传动机构和低速挡传动机构设置在原始的两轮车中间位置，在驱动轮的位置增设两挡传动机构，不仅形成四挡变速，提高了传动效率，增加了续航里程，而且延长了减速传动路径，增大了减速比，从而能够采用高速电机作为驱动，使电机处于高效输出平台上，大幅提高了电机效率，增加了续航里程，同时保留链条传动的方式，不仅可以缓冲两轮车加减速的冲击，又能减小悬挂系统上下震荡造成链轮之间的距离变化，并且，能够根据阻力情况，自适应匹配电动交通工具的实际行驶工况与电机工况，使电动汽车具有强大的爬坡和重载能力的同时，使电机始终处于高效平台上，大大提高了电机在爬坡和重载情况下的效率，降低了电机能耗，能够在不切断驱动力的情况下就能够自适应随行驶阻力变化自动进行前进挡的高低速换挡变速。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为动力输入机构、轮外中间轴、高速挡传动机构和低速挡传动机构的配合关系示意图；

图3为摩擦离合器与周围零部件的配合关系示意图；

图4为第一超越离合器的结构示意图；

图5为驱动轮、车轮安装轴和两挡传动机构的配合关系示意图；

图6为单侧同步器的结构示意图；

图7为传动传感机构与相关零部件的配合关系示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2和图5所示，一种四挡中置式链条传动电驱动自适应变速系统，其主要包括动力输入机构、驱动轮2、设置在轮外中间轴4上的高速挡传动机构和低速挡传动机构、通过链条传动组件与轮外中间轴4连接的车轮安装轴17以及设置在车轮安装轴17上的两挡传动机构，车轮安装轴17穿设在驱动轮2上，动力输入机构通过高速挡传动机构或低速挡传动机构将动力传递给轮外中间轴4，轮外中间轴4再依次通过链条传动组件和两挡传动机构将动力传递给驱动轮2。

请参见图1-图3，高速挡传动机构包括摩擦离合器5和用于对摩擦离合器5施加预紧力的弹性元件组3，摩擦离合器5包括外片花件套5a、内片螺旋滚道套5b以及交替设置在外片花件套5a和内片螺旋滚道套5b之间的外摩擦片5c和内摩擦片5d，各外摩擦片5c能够沿外片花件套5a轴向滑动，各内摩擦片5d能够沿内片螺旋滚道套5b轴向滑动，内片螺旋滚道套5b套装在轮外中间轴4上，并与轮外中间轴4之间形成螺旋传动副，以使内片螺旋滚道套5b能够沿轮外中间轴4轴向滑动，动力输入机构能够通过摩擦离合器5将动力传递给轮外中间轴4。相对于传统盘式摩擦离合器，本实例中的摩擦离合器5，长期使用，各内摩擦片5d和外摩擦片5c的磨损情况基本一致，降低了滑摩损耗，提高了摩擦离合器5的耐磨性、稳定性和可靠性，延长摩擦离合器5的使用寿命。

外片花件套5a包括依次连接的动力输入部5a1、压紧配合部5a2和动力输出部5a3，动力输入部5a1和动力输出部5a3均为圆环结构，且动力输入部5a1的直径大于动力输出部5a3的直径，压紧配合部5a2为圆盘结构，各外摩擦片5c能够沿动力输入部5a1的内壁轴向滑动。

内片螺旋滚道套5b包括呈圆环结构的内片滑动部5b1和呈圆盘结构的摩擦片压紧部5b2，内片滑动部5b1与主轴1之间形成螺旋传动副，各内摩擦片5d能够沿内片滑动部5b1的外壁轴向滑动，各外摩擦片5c和内摩擦片5d位于压紧配合部5a2和摩擦片压紧部5b2之间，弹性元件组3与摩擦片压紧部5b2抵接。

并且，动力输入部5a1与各外摩擦片5c花键配合，内片滑动部5b1与各内摩擦片5d花键配合，简单可靠，易于加工成型。

螺旋传动副包括成型在轮外中间轴4外周面上的外螺旋滚道4a、成型在内片螺旋滚道套5b内壁上的内螺旋滚道5b1以及若干能够在对应外螺旋滚道4a和内螺旋滚道5b1之间滚动的滚珠18，以保证轴向滑动的稳定性。

请参见图1-图4，低速挡传动机构包括副轴传动组件和套装在轮外中间轴4上的第一超越离合器9，内片螺旋滚道套5b与第一超越离合器9的第一内心轮9c相互靠近的一端端面均为凸轮型面，以共同构成端面凸轮配合，动力输入机构能够通过外片花件套5a依次将动力传递给副轴传动组件、第一超越离合器9、内片螺旋滚道套5b和轮外中间轴4。

副轴传动组件包括与轮外中间轴4平行的副轴12以及同步转动地套装在副轴12的低速一级从动齿轮6，动力输出部5a3上具有与低速一级从动齿轮6啮合的低速一级主动齿5a4，副轴12上具有低速二级主动齿12a，超越离合器9的外圈9a上具有与低速二级主动齿12a啮合的低速二级从动齿9b。

沿各内心轮9c外周分布的滚动体由交替设置的粗滚动体9d和细滚动体9e组成，在内心轮9c的外周面上设置有两个相对的保持架9f，在每个保持架9f的内壁上均开设有一圈环形槽9f1，各个细滚动体9e的两端分别均可滑动地插入对应的环形槽9f1中。

内心轮9c的外周上设置有与粗滚动体9d相适应的外齿9c1，内心轮9c的内花键齿数为外齿9c1齿数的两倍。便于安装和调试，以解决各个内圈不同步的问题。

外齿9c1包括顶弧段9c12以及分别位于顶弧段9c12两侧的短边段9c11和长边段9c13，短边段9c11为向内凹陷的弧形结构，长边段9c13为向外凸出的弧形结构，短边段9c11的曲率小于长边段9c13的曲率。采用以上结构，能够保证单向传动功能的稳定性和可靠性。

请参见图1和图2，动力输入机构包括电机7和输入减速组件，输入减速组件包括同步转动地套装在与电机7的电机轴7a上的输入一级主动齿轮8、与电机轴7a平行的输入轴10和同步转动地套装在输入轴10上的输入一级从动齿轮11，输入一级主动齿轮8与输入一级从动齿轮11啮合，输入轴10上具有输入二级主动齿10a，动力输入部5a1上具有与输入二级主动齿10a啮合的输入二级从动齿5a5。

请参见图1，链条传动组件包括同步转动地套装在轮外中间轴4上的主动链轮19、同步转动地套装在车轮安装轴17上的从动链轮20以及连接主动链轮19和从动链轮20的链条21，从动链轮20与减速传动机构分别位于驱动轮2的两侧，驱动轮附近采用中央驱动的形式，兼具了轮毂电机和侧挂式结构的优势，弥补了轮毂电机和侧挂式结构的不足，不仅能够很好地保证转动输出部件的平衡性，而且具有极高的机械效率，较小的发热量，更佳的散热能力和更轻的重量。

请参见图1、图5和图7，驱动轮2包括组合式轮毂2a以及设置在组合式轮毂2a上轮胎2b，组合式轮毂2a包括轮毂外圈2a2和轮毂内圈2a1，轮胎2b套装在轮毂外圈2a2上，轮毂内圈2a1可转动地套装在车轮安装轴17上，轮毂外圈2a2的內缘与轮毂内圈2a1的外缘通过若干螺栓2a3连接。

请参见图5和图6，单侧同步器22包括与第二内心轮23c同步转动的高速挡结合套22a、同步转动地套装在车轮安装轴17上的同步器花键毂22c以及同步转动地套装在同步器花键毂22c上的同步器结合套22d，同步器花键毂22c靠近高速挡结合套22a的一侧设置有沿径向向外依次套设的高速挡摩擦内片22k、高速挡摩擦外片22e和高速挡同步环22f，同步器花键毂22c的外周上设置有若干与同步器结合套22d同步滑动的同步器滑块22j，换挡拨叉26能够带动同步器结合套22d轴向滑动。

当同步器结合套22d朝高速挡结合套22a滑动时，同步器滑块22j能够驱使高速挡同步环22f带动高速挡摩擦外片22e将高速挡摩擦内片22k压紧在高速挡结合套22a上，以使同步器结合套22d与高速挡结合套22a在同步转动后结合，处于高速挡。当同步器结合套22d反向滑动，使同步器结合套22d与高速挡结合套22a分离(不同步转动)时，处于低速挡。

高速挡摩擦外片22e的两侧表面分别与高速挡摩擦内片22k和高速挡同步环22f斜面配合，能够更加稳定、可靠且快速地使同步器结合套与高速挡结合套实现同步转动。

具体地说，高速挡摩擦外片22e包括一体成型的安装部和斜面配合部，安装部为圆环形的片状结构，并套装在同步器花键毂22c上，斜面配合部为自安装部外缘向外倾斜延伸的圆筒形结构，其直径朝着远离安装部的方向逐渐增大，且斜面配合部的两侧面分别与高速挡摩擦内片22k和高速挡同步环22f对应的斜面配合，兼顾了安装的可靠性和摩擦斜面配合的可靠性。

进一步地，同步器花键毂22c靠近高速挡结合套22a的一侧端面凹陷成型有摩擦结构安装腔22c1，高速挡摩擦外片22e、高速挡摩擦内片22k和高速挡同步环22f均部分位于摩擦结构安装腔22c1中，提高摩擦配合相关零部件安装的可靠性。

请参见图,5和图7，动力输出套25通过传动传感机构将动力传递给驱动轮2，驱动轮2的轮毂2a通过安装配合套2a11可转动地套装在车轮安装轴17上，传动传感机构包括套装在安装配合套2a11上的传动传感凸轮套28、用于驱使传动传感凸轮套28靠近动力输出套27的弹性复位元件29以及用于检测实时功率的检测装置，传动传感凸轮套28与安装配合套2a11之间形成螺旋传动副，并能够沿安装配合套2a11轴向滑动，动力输出套25和传动传感凸轮套28的相邻端面构成端面凸轮配合。

其中，螺旋传动副包括沿周向分布在传动传感凸轮套8内壁上的内螺旋滚道以及沿周向分布在安装配合套2a11外壁上的外螺旋滚道，在每个外螺旋滚道中均嵌设有若干向外凸出的滚珠，各个滚珠分别能够在对应的内螺旋滚道和外螺旋滚道中滚动。当传动传感凸轮套8相对安装配合套2a11转动时，能够相对安装配合套2a11进行轴向移动。

检测装置包括均设置在传动传感凸轮套28上的转速检测永磁体30和位移检测永磁体31以及均设置在外壳体上的转速检测霍尔元件和位移检测霍尔元件。

请参见图1和图5，两挡传动机构包括单侧同步器22、第二超越离合器23和输出减速组件，单侧同步器22、第二超越离合器23与输出减速组件的输出一级主动齿轮24均套装在车轮安装轴17上，且第二超越离合器23和输出一级主动齿轮24分别位于单侧同步器22的两侧，输出一级主动齿轮24与车轮安装轴17同步转动，动力输出套25、第二超越离合器23的第二内心轮23c以及驱动轮2同步转动，单侧同步器22能够在换挡拨叉26的作用下与第二内心轮23c结合或分离。

当单侧同步器22与第二内心轮23c结合时，第二超越离合器23处于超越状态，车轮安装轴17输出的动力依次经单侧同步器22和第二内心轮23c传递给动力输出套25；当单侧同步器22与第二内心轮23c分离时，第二超越离合器23处于结合状态，车轮安装轴17输出的动力依次经输出减速组件和第二超越离合器23传递给动力输出套25。

输出减速组件包括与车轮安装轴17平行的输出减速轴27、同步转动地套装在输出减速轴27上的输出一级从动齿轮32和输出二级主动齿轮33，输出一级从动齿轮32与输出一级主动齿轮24啮合，输出二级主动齿轮33与第二超越离合器23的外圈23a上设置的输出二级从动齿23b啮合。

一挡传动路线：电机7→输入一级主动齿轮8→输入一级从动齿轮11→输入轴10→外片花件套5a→低速一级从动齿轮6→副轴12→第一超越离合器9→内片螺旋滚道套5b→轮外中间轴4→主动链轮19→链条21→从动链轮20→车轮安装轴17→输出一级主动齿轮24→输出减速轴27→输出二级主动齿轮33→第二超越离合器23→动力输出套25→传动传感凸轮套28→驱动轮2。

二挡传动路线：电机7→输入一级主动齿轮8→输入一级从动齿轮11→输入轴10→外片花件套5a→低速一级从动齿轮6→副轴12→第一超越离合器9→内片螺旋滚道套5b→轮外中间轴4→主动链轮19→链条21→从动链轮20→车轮安装轴17→单侧同步器22→第二内心轮23c→动力输出套25→传动传感凸轮套28→驱动轮2。

三挡传动路线：电机7→输入一级主动齿轮8→输入一级从动齿轮11→输入轴10→外片花件套5a→各外摩擦片5c和内摩擦片5d→内片螺旋滚道套5b→轮外中间轴4→主动链轮19→链条21→从动链轮20→车轮安装轴17→输出一级主动齿轮24→输出减速轴27→输出二级主动齿轮33→第二超越离合器23→动力输出套25→传动传感凸轮套28→驱动轮2。

四挡传动路线：电机7→输入一级主动齿轮8→输入一级从动齿轮11→输入轴10→外片花件套5a→各外摩擦片5c和内摩擦片5d→内片螺旋滚道套5b→轮外中间轴4→主动链轮19→链条21→从动链轮20→车轮安装轴17→单侧同步器22→第二内心轮23c→动力输出套25→传动传感凸轮套28→驱动轮2。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。