中置式传动传感自动换挡电驱动系统

技术领域

本发明涉及交通工具电驱动系统技术领域，具体涉及一种中置式传动传感自动换挡电驱动系统。

背景技术

随着环保法规的日益严苛，以纯电为动力的汽车、两轮车、三轮车为代表的新能源交通工具取代传统燃油交通工具已经是大势所趋。现有的两轮电动车普遍采用轮毂电机和电机侧挂式结构。

轮毂电机采用低速直流电机直接驱动，不仅效率相对较低，发热量大，还由于电机体积大、重量重，打破了车轮结构原有的平衡，对操控性能及安全性方面会有一定影响。

侧挂式结构将电机和变速系统(变速箱或减速器)置于驱动轮的同一侧，尽管可以采用高速电机以提高机械效率，但变速机构与电机的重量较重，导致车轮的平衡性不佳，尤其对于两轮车的影响更为明显。

因此，申请人曾设计了一种采用中置式结构的电驱动系统，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。

但是，现有的中置式电驱动系统不能根据阻力情况而自动换挡，不能根据阻力情况，自适应匹配电动两轮车的实际行驶工况与电机工况，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。解决以上问题成为当务之急。

发明内容

为解决以上的技术问题，本发明提供了一种中置式传动传感自动换挡电驱动系统。

其技术方案如下：

一种中置式传动传感自动换挡电驱动系统，包括动力机构、变速传动机构、传动传感机构、主轴以及同步转动地套装在主轴上的动力输出套，其要点在于：所述传动传感机构位于动力输出套的一侧，所述动力机构和变速传动机构位于动力输出套的另一侧；

所述变速传动机构包括换挡减速组件以及均套装在主轴上的换挡同步器和动力输入元件，所述动力输入元件和换挡减速组件的低速结合齿轮分别位于换挡同步器的两侧，所述动力输入元件和低速结合齿轮均能够相对主轴转动，所述换挡同步器能够在换挡拨叉的作用下与动力输入元件或低速结合齿轮结合；

当换挡同步器与动力输入元件结合时，动力机构输出的动力依次经动力输入元件和换挡同步器传递给主轴；当换挡同步器与低速结合齿轮结合时，动力机构输出的动力依次经动力输入元件和换挡减速组件传递给主轴。

作为优选：所述换挡同步器包括与动力输入元件同步转动的高速挡结合套、与低速结合齿轮同步转动的低速挡结合套、同步转动地套装在主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，所述同步器花键毂靠近低速挡结合套的一侧设置有沿径向向外依次套设的低速挡摩擦内片、低速挡摩擦外片和低速挡同步环，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；

当同步器结合套朝低速挡结合套滑动时，同步器滑块能够驱使低速挡同步环带动低速挡摩擦外片将低速挡摩擦内片压紧在低速挡结合套上，以使同步器结合套与低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，能够稳定可靠地在高速挡、空挡和低速挡之间切换，不会发生换挡卡滞和难以进挡的情况。

作为优选：所述低速挡摩擦外片的两侧表面分别与低速挡摩擦内片和低速挡同步环斜面配合，所述高速挡摩擦外片的两侧表面分别与高速挡摩擦内片和高速挡同步环斜面配合。采用以上结构，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或低速挡结合套实现同步转动。

作为优选：所述低速挡摩擦外片和高速挡摩擦外片均包括一体成型的安装部和斜面配合部，所述安装部为圆环形的片状结构，并套装在同步器花键毂上，所述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或分别与对应的低速挡摩擦内片和低速挡同步环斜面配合，或分别与对应的高速挡摩擦内片和高速挡同步环斜面配合。采用以上结构，兼顾了安装的可靠性和摩擦斜面配合的可靠性。

作为优选：所述同步器花键毂的两侧端面均凹陷成型有摩擦结构安装腔，所述低速挡摩擦外片、低速挡摩擦内片、低速挡同步环、高速挡摩擦外片、高速挡摩擦内片和高速挡同步环均部分位于对应的摩擦结构安装腔中。采用以上结构，提高摩擦配合相关零部件安装的可靠性。

作为优选：所述动力机构包括电机和输入减速组件，所述输入减速组件包括通过联轴套与电机的电机轴同轴转动的第一齿轮轴、与第一齿轮轴平行的第二齿轮轴以及同步转动地套装在第二齿轮轴上的减速一级从动齿轮，所述第一齿轮轴上具有与减速一级从动齿轮啮合的减速一级主动齿，所述第二齿轮轴上具有减速二级主动齿，所述动力输入元件上具有与减速二级主动齿啮合的减速二级从动齿。采用以上结构，能够稳定可靠地进行减速传动。

作为优选：所述换挡减速组件包括与主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，所述动力输入元件上具有与低速一级从动齿轮啮合的低速一级主动齿，所述副轴上具有与低速结合齿轮啮合的低速二级主动齿。采用以上结构，能够稳定可靠地进行减速传动。

作为优选：所述传动传感机构包括可转动地套装在主轴上的传动传感安装套、套装在传动传感安装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传动传感安装套之间形成螺旋传动副，并能够沿传动传感安装套轴向滑动，所述动力输出套与传动传感凸轮套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。采用以上结构，能够准确监测实时功率，简单可靠。

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传动传感箱体上的转速检测霍尔元件和位移检测霍尔元件，所述转速检测霍尔元件与转速检测永磁体相适配，所述位移检测霍尔元件与位移检测永磁体相适配。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：所述动力输出套与主轴花键配合，并与传动传感安装套之间设置有滚针轴承。采用以上结构，保证了动力输出套进行动力输出的稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

采用以上技术方案的中置式传动传感自动换挡电驱动系统，结构新颖，设计巧妙，若传感传动机构测得的实时功率大于设定的功率目标，换挡同步器与动力输入元件结合，电驱动系统处于高速挡；若传感传动机构测得的实时功率小于设定的功率目标，换挡同步器与低速结合齿轮结合，电驱动系统处于低速挡；换挡同步器与动力输入元件和低速结合齿轮均不结合时，处于空挡；通过以上方式，不仅具备中置式结构的优势，而且能够根据实时功率情况进行自动换挡的功能，使电动两轮车能够根据阻力情况，自适应匹配实际行驶工况与电机工况，不仅使电动两轮车具有强大的爬坡和重载能力，而且使电机能够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。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为动力机构、变速传动机构和主轴的配合关系示意图；

图3为传动传感机构、主轴和动力输出套的配合关系示意图；

图4为换挡同步器的结构示意图。

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所示，一种中置式传动传感自动换挡电驱动系统，其主要包括动力机构、变速传动机构、传动传感机构、主轴1以及同步转动地套装在主轴1上的动力输出套2，传动传感机构位于动力输出套2的一侧，动力机构和变速传动机构位于动力输出套2的另一侧，构成中置式结构布置，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和图2，变速传动机构包括换挡减速组件以及均套装在主轴1上的换挡同步器4和动力输入元件3，动力输入元件3和换挡减速组件的低速结合齿轮9分别位于换挡同步器4的两侧，动力输入元件3和低速结合齿轮9均能够相对主轴1转动，换挡同步器4能够在换挡拨叉的作用下与动力输入元件3或低速结合齿轮9结合。

当换挡同步器4与动力输入元件3结合时，动力机构输出的动力依次经动力输入元件3和换挡同步器4传递给主轴1，最终由动力输出套2输出；当换挡同步器4与低速结合齿轮9结合时，动力机构输出的动力依次经动力输入元件3和换挡减速组件传递给主轴1，最终由动力输出套2输出。

请参见图2和图4，换挡同步器4包括与动力输入元件3同步转动的高速挡结合套4a、与低速结合齿轮9同步转动的低速挡结合套4b、同步转动地套装在主轴1上的同步器花键毂4c以及同步转动地套装在同步器花键毂4c上的同步器结合套4d，同步器花键毂4c靠近高速挡结合套4a的一侧设置有沿径向向外依次套设的高速挡摩擦内片4k、高速挡摩擦外片4e和高速挡同步环4f，同步器花键毂4c靠近低速挡结合套4b的一侧设置有沿径向向外依次套设的低速挡摩擦内片4g、低速挡摩擦外片4h和低速挡同步环4i，同步器花键毂4c的外周上设置有若干与同步器结合套4d同步滑动的同步器滑块4j，换挡拨叉5能够带动同步器结合套4d轴向滑动。

当同步器结合套4d朝高速挡结合套4a滑动时，同步器滑块4j能够驱使高速挡同步环4f带动高速挡摩擦外片4e将高速挡摩擦内片4k压紧在高速挡结合套4a上，以使同步器结合套4d与高速挡结合套4a在同步转动后结合，处于高速挡；当同步器结合套4d朝低速挡结合套4b滑动时，同步器滑块4j能够驱使低速挡同步环4i带动低速挡摩擦外片4h将低速挡摩擦内片4g压紧在低速挡结合套4b上，以使同步器结合套4d与低速挡结合套4b在同步转动后结合，处于低速挡；当同步器结合套4d位于中间位置时，即当同步器结合套4d既不与高速挡结合套4a结合，又不与低速挡结合套4b结合，处于空挡，动力断开。

低速挡摩擦外片4h的两侧表面分别与低速挡摩擦内片4g和低速挡同步环4i斜面配合，高速挡摩擦外片4e的两侧表面分别与高速挡摩擦内片4k和高速挡同步环4f斜面配合。

具体地说，同步器花键毂4c的外周面上设置有花键毂外花键，同步器结合套4d的内壁上设置有与花键毂外花键相适应的结合套内花键，即结合套内花键与花键毂外花键花键配合，以使同步器结合套4d不能相对同步器花键毂4c转动，只能沿同步器花键毂4c轴线滑动。相应的，低速挡同步环4i、高速挡同步环4f、低速挡结合套4b和高速挡结合套4a的外周面上均具有能够与结合套内花键花键配合的结合外花键。

进一步地，低速挡摩擦外片4h和高速挡摩擦外片4e均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4c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或分别与对应的低速挡摩擦内片4g和低速挡同步环4i斜面配合，或分别与对应的高速挡摩擦内片4k和高速挡同步环4f斜面配合。

同步器花键毂4c的两侧端面均凹陷成型有摩擦结构安装腔4c1，低速挡摩擦外片4h、低速挡摩擦内片4g、低速挡同步环4i、高速挡摩擦外片4e、高速挡摩擦内片4k和高速挡同步环4f均部分位于对应的摩擦结构安装腔4c1中。

请参见图1和图2，动力机构包括电机7和输入减速组件，输入减速组件包括通过联轴套8与电机7的电机轴7a同轴转动的第一齿轮轴10、与第一齿轮轴10平行的第二齿轮轴11以及同步转动地套装在第二齿轮轴11上的减速一级从动齿轮12，第一齿轮轴10上具有与减速一级从动齿轮12啮合的减速一级主动齿10a，第二齿轮轴11上具有减速二级主动齿11a，动力输入元件3上具有与减速二级主动齿11a啮合的减速二级从动齿3a。其中，第一齿轮轴10与电机轴7a均插入联轴套8中，并均与联轴套8花键配合，简单可靠，易于装配。

请参见图1和图2，换挡减速组件包括与主轴1平行的副轴5以及同步转动地套装在副轴5的低速一级从动齿轮6，动力输入元件3上具有与低速一级从动齿轮6啮合的低速一级主动齿3b，副轴5上具有与低速结合齿轮9啮合的低速二级主动齿5a。

请参见图1和图3，传动传感机构包括可转动地套装在主轴1上的传动传感安装套13、套装在传动传感安装套13上的传动传感凸轮套14、用于驱使传动传感凸轮套14靠近动力输出套2的弹性复位元件18以及用于检测实时功率的检测装置，传动传感凸轮套14与传动传感安装套13之间形成螺旋传动副，并能够沿传动传感安装套13轴向滑动，动力输出套2与传动传感凸轮套14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。传动传感安装套13的外壁上具有外螺旋滚道，在外螺旋滚道中设置有若干滚珠，传动传感凸轮套14的内壁上具有与外螺旋滚道相适应的内螺旋滚道，各滚珠能够在外螺旋滚道和内螺旋滚道中滚动，以保证轴向滑动的稳定性。

检测装置包括均设置在传动传感凸轮套14上的转速检测永磁体15和位移检测永磁体16以及均设置在传动传感箱体上的转速检测霍尔元件和位移检测霍尔元件，转速检测霍尔元件与转速检测永磁体15相适配，位移检测霍尔元件与位移检测永磁体16相适配。通过采集到的转速和位移数据，能够计算得到实时功率。

并且，为了保证动力输出套2进行动力输出的稳定性，动力输出套2与主轴1花键配合，并与传动传感安装套13之间设置有滚针轴承17。

高速挡传动路线：电机7→联轴套8→第一齿轮轴10→减速一级从动齿轮12→第二齿轮轴11→动力输入元件3→换挡同步器4→主轴1→输出套2。

低速挡传动路线：电机7→联轴套8→第一齿轮轴10→减速一级从动齿轮12→第二齿轮轴11→动力输入元件3→低速一级从动齿轮6→副轴5→低速结合齿轮9→换挡同步器4→主轴1→输出套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。