太阳能下的汽车车衣结构与电路设计

摘要:汽车车衣可有效解决汽车被弄脏、被高温暴晒和被刮花等问题，文中设计了一种采用太阳能供电的汽车车衣结构，首先利用UGNX8．0软件对汽车车衣进行了结构设计，然后根据车衣的结构和功能要求对车衣进行了电路设计，绘制出了电气原理图，并完成了车衣电气元件的选型，最后完成了车衣电控部分实物制作和实验，实验结果验证了电路设计的合理性。该车衣具有手动和自动操作功能，节能环保、操作简单等优点，为汽车车衣的后续研究提供了一定的参考。

关键词:太阳能;车衣;结构设计;电路设计

我国汽车使用量成指数上升的趋势，室内停车场的匮乏，导致很多车主被迫将车停放在室外。室外停车带来了诸多问题，如灰尘会弄脏汽车，夏季汽车在高温下暴晒，影响驾驶员操作的舒适性，冬季掉落到汽车上的雨雪冰雹也会损坏汽车，同时室外停车也极易被其他车刮伤。近年来有学者针对室外停车问题展开了研究，其研究方向有三个，一是给汽车包裹车衣，最典型的是刘思缈等人［1－5］设计的车衣，此类车衣重点研究了车衣结构和控制方法，车衣使用需要人协助完成，属于半自动化车衣，该车衣需要定时给电瓶充电，操作不便，能源消耗大。二是给汽车安装遮阳伞，最典型的是王开宝等人［6－12］使用液压连杆机构实现遮阳伞的打开和收回，具有使用方便等优点，但不能将汽车全面包裹，防护效果较差。三是使用车棚，包括固定式和移动式车棚。最典型的是黄朝阳等人［10－11］设计的移动式车棚，防护效果较好，但是需要有较大的安装空间，安装复杂，局限性较大，难以推广使用。以上三种汽车防护车衣操作方式和功能并不完善，因此设计新型汽车车衣意义重大。文中阐述了一种采用太阳能供电，具有防盗报警功能，可手动和自动操作的新型汽车车衣设计过程，重点对车衣的结构和控制电路进行研究。

1结构设计

1．1关键尺寸确定

汽车车衣通过橡胶吸盘安装在汽车车顶正中间位置，为保证车衣适用于各种车型，设计之初便进行了大量的调查，通过对调查数据的统计分析，确定了车衣长、宽、高尺寸，分别为500mm、400mm和170mm。

1．2功能定位

如图1所示，该车衣具有太阳能充电功能，防盗报警功能，防护功能和手、自动操作功能。其中太阳能充电功能可以通过安装在车衣顶盖上的太阳能电池板及其附件来实现，报警功能可以通过安装在车衣上的报警器来实现，防护功能可以通过安装在车衣上的防暴晒和防刮伤包布来实现，手、自动操作功能可以通过手轮和电磁离合器配合使用来实现。

1．3三维建模

综合考虑了汽车车衣的关键尺寸和功能，利用三维建模软件UGNX8．0对汽车车衣进行了结构设计。图2是车衣整体结构图，图3是车衣整体结构主视图，图4车衣内部结构图。该车衣主要由壳体、手轮、滚筒、气压缸、齿轮机构、直流电机、报警器、电磁离合器、橡胶吸盘、包布等元件组成。当装置电源未接通时，可以通过转动手轮打开和收回包布;当装置通电后，可以通过按钮实现包布的自动打开和收回。图5是齿轮机构图，图6是气压机构图，图7是导环结构图，图8是滚筒包布结构图，图9是车衣与汽车整体结构图。图9(a)和图9(b)分别是车衣未打开和车衣打开时的汽车整体结构图。从图9(b)中可以看出，车衣打开后，前后左右包布可以将汽车车身全面包裹起来，实现汽车的全面防护。如图2～图8所示，组成汽车车衣的各个零件的功能及其加工方法如表1所示。

2电路设计

2．1工作流程

图10是车衣工作流程图。用手抓住车衣上的手环，然后利用车衣底部的橡胶吸盘将车衣固定在汽车车顶正中间位置。车衣电源开关断开，车衣处于手动工作模式，用手先后顺时针方向摇动两个手轮，缠绕在滚筒上的前后包布打开，等包布打开到合适位置时，停止转动手轮，然后用手先后抓住气压机构上的拉手，将气压杆拉出气压缸，固定在气压杆上的左右包布被打开，同时，通过导环和细绳连接的前后包布被拉开，直到前后左右包布能够将汽车车身全面包裹时，停止拉出气压杆。若要手动收回包布，只需先将气压杆压回气压缸，收回左右包布，然后逆时针摇动两个手轮，即可收回前后包布。车衣电源开关接通，车衣处于自动工作模式下，此时车衣由太阳能电池板供电。按下遥控器上的打开按钮，两台直流电机顺时针转动，驱动齿轮机构运动，齿轮机构的输出轴通过电磁离合器与滚筒轴相连，滚筒轴顺时针转动，缠绕在滚筒上的前后包布打开。与此同时，气压缸通电工作，气压杆伸出气压缸，打开左右包布，当前后、左右包布打开到能够全面包裹汽车车身时，按下遥控器上的停止按钮，车衣断电，直流电机和气压缸停止工作，完成包布的打开。若要自动收回包布，按下遥控器上的收回按钮，气压杆缩回气压缸，左右包布被收回，同时，滚筒逆时针转动，打开的前后包布缠绕在滚筒上，当前后、左右包布均收回后，按下遥控器上的停止按钮，车衣断电，完成包布的收回。无论车衣处于手动还是自动工作模式下，车衣报警器通过橡胶吸盘内部的传感器控制，当橡胶吸盘内部的报警器开关打开时，只要车衣上的橡胶吸盘离开汽车车顶，防盗报警器就会响起。

2．2控制电路

车衣电气原理图如图11所示，图中的电气符号对应的电气元件如表2所示。如图11所示，按下常开按钮SB2，接触器线圈KM1得电，主触点KM1闭合，主电路接通，同时辅助触点KM1－1闭合，形成局部自锁回路，保持主电路持续接通。安装在可吸附吸盘上的传感器开关SM处于常开状态，报警器断路，不响铃，若此时将吸盘与汽车外壳车顶分离，便会触发传感器开关，使其闭合，报警器接通，报警器响铃。在主电路接通的状态下，按下电动机正转按钮SB4，反转回路被切断，接触器线圈KM2得电，其主触点KM2闭合，电动机M1、M2和液压缸HC1、HC2正向接通，电动机正转，气压杆伸出气压缸，前后左右包布打开，同时接触器KM2的辅助触点KM2－1闭合，形成自锁回路;若按下电动机反转按钮SB5，正转回路被切断，接触器线圈KM3线圈得电，主触点KM3闭合，辅助触点KM3－2断开，电动机M1、M2和气压缸HC1、HC2反向接通，电动机反转，气压杆被压回气压缸，前后左右包布收回，同时接触器KM3的辅助触点KM3－1闭合，形成自锁回路;当包布打开或收回到位时，按下停止按钮SB3，电动机和气压缸控制回路被切断;若要取下车衣，按下总电源断开按钮SB1后，报警器回路被切断，取下即可。

3电气元件选型与实物图

3．1电气元件选型

图12是汽车车衣电气元件构成图，由太阳能电池板、电瓶、按钮、继电器、直流电机、报警器、气压缸组成，表3是电气元件选型表。

3．2实物图

图13是汽车车衣电控部分实物图，对其进行实验，实验结果表明该电路能够实现电动机正向、反向接通和停止，具有自锁和互锁功能，从而验证了车衣电路设计的合理性。

4结论

(1)设计了一种采用太阳能供电的汽车车衣结构，利用UGNX8．0软件对车衣进行了详细的结构设计，确定了车衣的关键尺寸，完成了车衣关键零件的三维建模和整体装配。(2)完成了车衣电路设计和电控部分实物制作，通过实验证明了电路设计的合理性。所设计的车衣采用太阳能供电，利用直流电机、齿轮机构、气压缸、滚筒和手轮等实现包布的打开与收回，具有防盗报警、防护效果好、自动和手动操作等优点。

作者：牟如强 徐一心 魏永峭 单位：成都理工大学