太陽能下的汽車車衣結(jié)構(gòu)與電路設(shè)計

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摘要:汽車車衣可有效解決汽車被弄臟、被高溫暴曬和被刮花等問題，文中設(shè)計了一種采用太陽能供電的汽車車衣結(jié)構(gòu)，首先利用UGNX8．0軟件對汽車車衣進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后根據(jù)車衣的結(jié)構(gòu)和功能要求對車衣進行了電路設(shè)計，繪制出了電氣原理圖，并完成了車衣電氣元件的選型，最后完成了車衣電控部分實物制作和實驗，實驗結(jié)果驗證了電路設(shè)計的合理性。該車衣具有手動和自動操作功能，節(jié)能環(huán)保、操作簡單等優(yōu)點，為汽車車衣的后續(xù)研究提供了一定的參考。

關(guān)鍵詞:太陽能;車衣;結(jié)構(gòu)設(shè)計;電路設(shè)計

我國汽車使用量成指數(shù)上升的趨勢，室內(nèi)停車場的匱乏，導(dǎo)致很多車主被迫將車停放在室外。室外停車帶來了諸多問題，如灰塵會弄臟汽車，夏季汽車在高溫下暴曬，影響駕駛員操作的舒適性，冬季掉落到汽車上的雨雪冰雹也會損壞汽車，同時室外停車也極易被其他車刮傷。近年來有學(xué)者針對室外停車問題展開了研究，其研究方向有三個，一是給汽車包裹車衣，最典型的是劉思緲等人［1－5］設(shè)計的車衣，此類車衣重點研究了車衣結(jié)構(gòu)和控制方法，車衣使用需要人協(xié)助完成，屬于半自動化車衣，該車衣需要定時給電瓶充電，操作不便，能源消耗大。二是給汽車安裝遮陽傘，最典型的是王開寶等人［6－12］使用液壓連桿機構(gòu)實現(xiàn)遮陽傘的打開和收回，具有使用方便等優(yōu)點，但不能將汽車全面包裹，防護效果較差。三是使用車棚，包括固定式和移動式車棚。最典型的是黃朝陽等人［10－11］設(shè)計的移動式車棚，防護效果較好，但是需要有較大的安裝空間，安裝復(fù)雜，局限性較大，難以推廣使用。以上三種汽車防護車衣操作方式和功能并不完善，因此設(shè)計新型汽車車衣意義重大。文中闡述了一種采用太陽能供電，具有防盜報警功能，可手動和自動操作的新型汽車車衣設(shè)計過程，重點對車衣的結(jié)構(gòu)和控制電路進行研究。

1結(jié)構(gòu)設(shè)計

1．1關(guān)鍵尺寸確定

汽車車衣通過橡膠吸盤安裝在汽車車頂正中間位置，為保證車衣適用于各種車型，設(shè)計之初便進行了大量的調(diào)查，通過對調(diào)查數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，確定了車衣長、寬、高尺寸，分別為500mm、400mm和170mm。

1．2功能定位

如圖1所示，該車衣具有太陽能充電功能，防盜報警功能，防護功能和手、自動操作功能。其中太陽能充電功能可以通過安裝在車衣頂蓋上的太陽能電池板及其附件來實現(xiàn)，報警功能可以通過安裝在車衣上的報警器來實現(xiàn)，防護功能可以通過安裝在車衣上的防暴曬和防刮傷包布來實現(xiàn)，手、自動操作功能可以通過手輪和電磁離合器配合使用來實現(xiàn)。

1．3三維建模

綜合考慮了汽車車衣的關(guān)鍵尺寸和功能，利用三維建模軟件UGNX8．0對汽車車衣進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計。圖2是車衣整體結(jié)構(gòu)圖，圖3是車衣整體結(jié)構(gòu)主視圖，圖4車衣內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。該車衣主要由殼體、手輪、滾筒、氣壓缸、齒輪機構(gòu)、直流電機、報警器、電磁離合器、橡膠吸盤、包布等元件組成。當(dāng)裝置電源未接通時，可以通過轉(zhuǎn)動手輪打開和收回包布;當(dāng)裝置通電后，可以通過按鈕實現(xiàn)包布的自動打開和收回。圖5是齒輪機構(gòu)圖，圖6是氣壓機構(gòu)圖，圖7是導(dǎo)環(huán)結(jié)構(gòu)圖，圖8是滾筒包布結(jié)構(gòu)圖，圖9是車衣與汽車整體結(jié)構(gòu)圖。圖9(a)和圖9(b)分別是車衣未打開和車衣打開時的汽車整體結(jié)構(gòu)圖。從圖9(b)中可以看出，車衣打開后，前后左右包布可以將汽車車身全面包裹起來，實現(xiàn)汽車的全面防護。如圖2～圖8所示，組成汽車車衣的各個零件的功能及其加工方法如表1所示。

2電路設(shè)計

2．1工作流程

圖10是車衣工作流程圖。用手抓住車衣上的手環(huán)，然后利用車衣底部的橡膠吸盤將車衣固定在汽車車頂正中間位置。車衣電源開關(guān)斷開，車衣處于手動工作模式，用手先后順時針方向搖動兩個手輪，纏繞在滾筒上的前后包布打開，等包布打開到合適位置時，停止轉(zhuǎn)動手輪，然后用手先后抓住氣壓機構(gòu)上的拉手，將氣壓桿拉出氣壓缸，固定在氣壓桿上的左右包布被打開，同時，通過導(dǎo)環(huán)和細繩連接的前后包布被拉開，直到前后左右包布能夠?qū)⑵囓嚿砣姘鼤r，停止拉出氣壓桿。若要手動收回包布，只需先將氣壓桿壓回氣壓缸，收回左右包布，然后逆時針搖動兩個手輪，即可收回前后包布。車衣電源開關(guān)接通，車衣處于自動工作模式下，此時車衣由太陽能電池板供電。按下遙控器上的打開按鈕，兩臺直流電機順時針轉(zhuǎn)動，驅(qū)動齒輪機構(gòu)運動，齒輪機構(gòu)的輸出軸通過電磁離合器與滾筒軸相連，滾筒軸順時針轉(zhuǎn)動，纏繞在滾筒上的前后包布打開。與此同時，氣壓缸通電工作，氣壓桿伸出氣壓缸，打開左右包布，當(dāng)前后、左右包布打開到能夠全面包裹汽車車身時，按下遙控器上的停止按鈕，車衣斷電，直流電機和氣壓缸停止工作，完成包布的打開。若要自動收回包布，按下遙控器上的收回按鈕，氣壓桿縮回氣壓缸，左右包布被收回，同時，滾筒逆時針轉(zhuǎn)動，打開的前后包布纏繞在滾筒上，當(dāng)前后、左右包布均收回后，按下遙控器上的停止按鈕，車衣斷電，完成包布的收回。無論車衣處于手動還是自動工作模式下，車衣報警器通過橡膠吸盤內(nèi)部的傳感器控制，當(dāng)橡膠吸盤內(nèi)部的報警器開關(guān)打開時，只要車衣上的橡膠吸盤離開汽車車頂，防盜報警器就會響起。

2．2控制電路

車衣電氣原理圖如圖11所示，圖中的電氣符號對應(yīng)的電氣元件如表2所示。如圖11所示，按下常開按鈕SB2，接觸器線圈KM1得電，主觸點KM1閉合，主電路接通，同時輔助觸點KM1－1閉合，形成局部自鎖回路，保持主電路持續(xù)接通。安裝在可吸附吸盤上的傳感器開關(guān)SM處于常開狀態(tài)，報警器斷路，不響鈴，若此時將吸盤與汽車外殼車頂分離，便會觸發(fā)傳感器開關(guān)，使其閉合，報警器接通，報警器響鈴。在主電路接通的狀態(tài)下，按下電動機正轉(zhuǎn)按鈕SB4，反轉(zhuǎn)回路被切斷，接觸器線圈KM2得電，其主觸點KM2閉合，電動機M1、M2和液壓缸HC1、HC2正向接通，電動機正轉(zhuǎn)，氣壓桿伸出氣壓缸，前后左右包布打開，同時接觸器KM2的輔助觸點KM2－1閉合，形成自鎖回路;若按下電動機反轉(zhuǎn)按鈕SB5，正轉(zhuǎn)回路被切斷，接觸器線圈KM3線圈得電，主觸點KM3閉合，輔助觸點KM3－2斷開，電動機M1、M2和氣壓缸HC1、HC2反向接通，電動機反轉(zhuǎn)，氣壓桿被壓回氣壓缸，前后左右包布收回，同時接觸器KM3的輔助觸點KM3－1閉合，形成自鎖回路;當(dāng)包布打開或收回到位時，按下停止按鈕SB3，電動機和氣壓缸控制回路被切斷;若要取下車衣，按下總電源斷開按鈕SB1后，報警器回路被切斷，取下即可。

3電氣元件選型與實物圖

3．1電氣元件選型

圖12是汽車車衣電氣元件構(gòu)成圖，由太陽能電池板、電瓶、按鈕、繼電器、直流電機、報警器、氣壓缸組成，表3是電氣元件選型表。

3．2實物圖

圖13是汽車車衣電控部分實物圖，對其進行實驗，實驗結(jié)果表明該電路能夠?qū)崿F(xiàn)電動機正向、反向接通和停止，具有自鎖和互鎖功能，從而驗證了車衣電路設(shè)計的合理性。

4結(jié)論

(1)設(shè)計了一種采用太陽能供電的汽車車衣結(jié)構(gòu)，利用UGNX8．0軟件對車衣進行了詳細的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定了車衣的關(guān)鍵尺寸，完成了車衣關(guān)鍵零件的三維建模和整體裝配。(2)完成了車衣電路設(shè)計和電控部分實物制作，通過實驗證明了電路設(shè)計的合理性。所設(shè)計的車衣采用太陽能供電，利用直流電機、齒輪機構(gòu)、氣壓缸、滾筒和手輪等實現(xiàn)包布的打開與收回，具有防盜報警、防護效果好、自動和手動操作等優(yōu)點。

作者：牟如強 徐一心 魏永峭 單位：成都理工大學(xué)