陈志龙，陆洪兰，周 吉，杨敬益

(1.金龙联合汽车工业(苏州)有限公司，江苏 苏州 215026；2.苏州四季硕机电科技有限公司，江苏 苏州 215138)

近年来，客车已经成为中国制造的一张亮丽名片，2016年至2020年每年的出口数量都是全球第一。在客车出口销售的过程中也暴露了一些缺陷，如备胎装卸的劳动强度大、效率低等。目前越野车和改装车偶有备胎装卸电动化结构，但由于客车的特殊性，暂无合适的相关产品可匹配。本文在原客车备胎手动升降系统的基础上，开发一套既可电动也可手动的双升降系统，以提高产品适应性。

1 双升降系统备胎架总体设计方案

新设计的客车备胎电动手动双升降系统总体结构如图1所示，其设计原则是：电动升降和手动升降的结构要有通用性；升降机构总体外观尺寸要满足现有客车安装空间要求；匹配小型减速电机；采用CAN总线控制实现备胎架升降；将备胎状态同步到仪表显示，实时提供警示信息和操作提示。

为了使备胎升降机构同时具备电动和手动两种操作模式，升降机构中蜗杆一端为手动输入端5，另一端加长与有刷电机1输出轴采用轴套2及联动螺栓3连接，既可保证电机输出轴与蜗杆之间的等效、等速传动，也可在电机失效状态下手动拆卸联动螺栓3实现电动解锁，确保手动升降的可操作性。电动时通过备胎8压动接触式触碰开关7，电动升降系统可自感应升降终点位置，并及时自动终止运动。双升降系统中手动升降系统是成熟结构，下文介绍电动升降机构的主要设计内容。

1-有刷电机；2-轴套；3-联动螺栓；4-蜗轮蜗杆箱；5-蜗杆手动输入端；6-备胎支架；7-接触式触碰开关；8-备胎

2 双升降系统电机的匹配选型

备胎电动升降系统的重点之一是电机扭矩、功率及转速的匹配选型。该电动升降系统是在现有蜗轮蜗杆式手动升降器基础上进行匹配改进设计，现有蜗轮蜗杆的主要参数如下：蜗杆齿形角ɑ=20°，蜗轮分度圆直径=68 mm,蜗轮蜗杆传动比=17,传动效率=0.8。

备胎手动升降系统正常使用时，蜗杆转速为 50～70 r/min。由于电动升降系统采用与手动系统同轴模式，因此电动升降系统的输出转速设定为60 r/min。系统中蜗轮蜗杆结构的简化受力分析如图2所示。

图2 蜗轮蜗杆受力分析简化模型

备胎升降器工作过程中，电机主要克服备胎重力产生的阻力矩，备胎最大质量=120 kg,则蜗杆需要提供最低工作扭矩即电机最小扭矩：

=(·)=·(2)(·)=·tan·(2)(·)=8078 N·m

升降器正常工作时蜗杆所需最小功率即电机最小功率：

=(·)9 550=0051 kW=51 W

根据扭矩、功率和转速需求，并预留一定的功率扭矩储备系统，从配套资源中选择性价比相对较高的有刷直流减速电机，电机参数如下：型号DM08RC-150i11RV12，额定功率120 W,额定扭矩10 N·m，输出转速60 r/min。

3 双升降系统的控制电路设计

3.1 控制系统的电路原理

备胎电动升降系统的控制电路原理如图3所示，包括钥匙开关1、组合仪表2、保险3、电机正转控制继电器4、导向5、电机反转控制继电器6、备胎上升下降开关7、有刷电机8、备胎升降器9、调速旋钮10、直流无极调速器11、接触式触碰开关12、蓄电池13。

图3 备胎电动升降系统控制电路原理图

1) 备胎升降开关在0档时，系统通电状态下(即打开钥匙开关)，有刷电机不工作，也就是备胎升降系统不工作。

2) 点按备胎升降开关上升按钮，即备胎升降开关在I档时，有刷电机正转，备胎上升且触碰到接触式触碰开关时，电机正转控制继电器工作，常开触点吸合，直流无极调速器断电，也就是有刷电机断电，备胎升降器停止工作，备胎上升动作停止。同时，接触式触碰开关闭合，组合仪表接收负信号，组合仪表不做任何状态提醒。

3) 点按备胎升降开关下降按钮，即备胎升降开关在II档时，有刷电机反转，电机反转控制继电器工作，继电器常开触点吸合，给直流无极调速器供电，备胎下降且脱离接触式触碰开关，接触式触碰开关断开，电机正转控制继电器常闭触点闭合，也同时给直流无极调速器供电，即给有刷电机供电。同时，组合仪表接收到接触式触碰开关的悬空信号实现备胎松脱报警。组合仪表报警状态通过文字显示：备胎脱落(红色字体)，蜂鸣器报警且循环报警3次。也可考虑增加黄色报警指示灯。

4) 当备胎下降到所需的高度时，停止按备胎升降开关的下降档，有刷电机断电，备胎下降动作停止。

3.2 控制系统的电路设计关键

1) 备胎升降开关采用双档带复位的翘板开关。双档功能是为了控制有刷电机的正转或反转，否则不能实现备胎上升和下降两种不同方向的运动；复位功能是为了实现手动按键即能停止电机运转，防止备胎到达限定位置后电机未能及时停止而导致过载发热，从而影响其使用寿命。

2) 备胎升降速度的调节。为了适应不同节奏的使用场景，通过增加调速旋钮，并选用可以实现瞬间反转和调速的有刷电机来实现备胎升降及其速度的调节。如采用无刷电机，需要配合电机控制器及相应软件才能实现这些功能，成本较高。

3) 接触式触碰开关位置的确定。接触式触碰开关安装位置需控制在备胎上平面可接触的范围内，以保证备胎上升到限定位置时有刷电机能自动断电，防止在视线不良或环境限制的条件下，操作人员未能及时松开复位开关，导致有刷电机过载运行、缩短使用寿命。

4 结束语

本文介绍了在客车紧凑使用空间下一种双升降备胎系统的设计，用以降低备胎更换的劳动强度，提高备胎的更换效率。