基于Solid Works的新型智能后視鏡雨刮設(shè)計(jì)

陳若明，馬天宇，周宇翔，竇 煒，胡 辰

（揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225000）

后視鏡是汽車安全行駛所需的重要部件，駕駛員在變道或者轉(zhuǎn)向時(shí)通過(guò)后視鏡觀察后方車輛，對(duì)于駕駛員安全行駛尤為重要[1]。在雨水較多的我國(guó)南方地帶，后視鏡常常在雨滴和霧氣的雙重作用下變得模糊不清，給駕駛員帶來(lái)了很大的困擾，有的駕駛員一邊開(kāi)車一邊擦拭后視鏡，有很大安全隱患。數(shù)據(jù)表明，大雨導(dǎo)致的后視鏡不清晰造成的車輛事故在雨天事故中占有較大比重。本文設(shè)計(jì)了一種新型后視鏡雨刮裝置，運(yùn)用類似前擋風(fēng)玻璃雨刮器的原理，在汽車后視鏡上增加智能后視鏡雨刮裝置。該裝置在感受到雨滴后自動(dòng)控制電機(jī)工作，帶動(dòng)滾珠絲杠副等機(jī)構(gòu)驅(qū)使雨刮上下運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)智能有效地清理后視鏡上雨水的功能，對(duì)提高雨天行駛的安全性具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 設(shè)計(jì)原理

1）當(dāng)前解決后視鏡雨霧的措施。針對(duì)后視鏡在雨天模糊不清的情況，當(dāng)前有以下3種解決方式。一是后視鏡加熱。仿照后擋風(fēng)玻璃的加熱絲裝置，部分整車廠家設(shè)計(jì)了帶加熱功能的后視鏡[2]，但其防水滴效果并不顯著，特別是大雨天氣，常常起不到什么作用。究其原因是不同于后擋風(fēng)玻璃，后視鏡完全暴露在車外，工作狀況比后擋風(fēng)玻璃惡劣很多。二是后視鏡玻璃噴灑“防雨”水。類似以前老駕駛員在后視鏡上用肥皂打一層薄膜，維修保養(yǎng)店售賣一些噴涂水，其原理都是使后視鏡像荷葉一樣不沾水滴[3]。但是從長(zhǎng)期客戶使用反饋看，其作用非常微弱，在雨水較大時(shí)幾乎起不到什么作用。另外，這些噴涂方法往往時(shí)效很短，駕駛員很難預(yù)料天氣情況從而在雨天前噴涂好，面對(duì)突如其來(lái)的大雨駕駛員無(wú)法在行駛中處理。三是后視鏡遮雨板。有些車輛駕駛員通過(guò)加裝后視鏡遮雨板來(lái)緩解雨滴落在后視鏡上造成的影響[4]，但從實(shí)際的使用反饋看，該裝置只能在小雨時(shí)起到一定的作用，對(duì)于風(fēng)雨交加的天氣，后視鏡依然不能很好地被遮擋。

2）新型后視鏡雨刮。新型后視鏡雨刮是利用類似前擋風(fēng)玻璃的雨刮功能設(shè)計(jì)的后視鏡。后視鏡雨刮系統(tǒng)以雨滴傳感器檢測(cè)出的信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)雨刮工作的智能化[5]。以電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力源，通過(guò)帶動(dòng)滾珠絲杠副做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，把動(dòng)力傳遞給雨刮臂，雨刮臂帶動(dòng)可變式雨刮條完成在鏡面上上下往復(fù)擦刷運(yùn)動(dòng)，從而除去雨水。新型后視鏡雨刮裝置的結(jié)構(gòu)主要包括：滾珠絲杠副、雨刮臂、可伸縮的雨刮條、雨滴傳感器等。新型后視鏡雨刮智能且刮雨效果明顯，可伸縮式的雨刮條使新型后視鏡雨刮在鏡面上工作不存在死角。不下雨的時(shí)候，雨刮條停留在后視鏡上部，不遮擋后視鏡鏡面；雨天雨刮自動(dòng)運(yùn)行，雨刮條上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，刮去鏡面上的雨滴，從而使鏡面變得清晰，駕駛員能及時(shí)了解汽車后方的路況[6]。

2 結(jié)構(gòu)及電控設(shè)計(jì)

1）基于SolidWorks的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。運(yùn)用Solid－Works軟件建模功能對(duì)后視鏡雨刮系統(tǒng)的各個(gè)子部件（如滾珠絲杠副、雨刮臂、可伸縮的雨刮條等）建立三維模型。

滾珠絲杠副模型見(jiàn)第109頁(yè)圖1，該機(jī)構(gòu)是由絲杠及螺母配套組成。由電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)通過(guò)絲杠傳遞給螺母，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)。雨刮臂和可伸縮的雨刮條模型見(jiàn)圖2。雨刮臂是鏈接滾珠絲杠副和雨刮條的部件，通過(guò)雨刮臂帶動(dòng)雨刮上下運(yùn)動(dòng)?？缮炜s的雨刮條是為了適應(yīng)后視鏡鏡面寬度變化的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)，雨刮臂由里外相套的兩個(gè)雨刮膠條組成，雨刮兩端有兩個(gè)圓柱狀銷鎖，嵌在后視鏡外殼導(dǎo)軌凹槽內(nèi)。

圖1 滾珠絲杠副模型

圖2 雨刮臂和可伸縮雨刮條模型

利用SolidWorks裝配功能將設(shè)計(jì)的后視鏡雨刮的三維零部件進(jìn)行裝配，完成的總成結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 后視鏡雨刮總成結(jié)構(gòu)

2）電路控制策略。單片微控制器以紅外雨滴傳感器檢測(cè)到的雨滴及其大小作為信號(hào)輸入源。雨滴傳感器以壓電信號(hào)傳遞至微控制器，微控制器通過(guò)對(duì)壓電信號(hào)進(jìn)行分析，判斷是否下雨以及雨量的大小，進(jìn)而從單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)并控制其轉(zhuǎn)速和方向，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雨刮器的智能控制[7]。本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)控制電路模塊、雨滴傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊等組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

3）新型后視鏡雨刮的工作過(guò)程。雨滴落下，紅外雨滴傳感器發(fā)出信號(hào)，單片機(jī)接收到信號(hào)指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)作，見(jiàn)圖5。當(dāng)雨刮處于后視鏡上部時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)通過(guò)齒輪副帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，滾珠絲杠副配合帶動(dòng)滾珠副機(jī)構(gòu)向下運(yùn)行，從而帶動(dòng)雨刮臂，雨刮臂帶動(dòng)伸縮式雨刮條沿著后視鏡導(dǎo)軌向下運(yùn)動(dòng)，刮除鏡面上的雨水[8]。當(dāng)雨刮運(yùn)行至下端時(shí)，單片機(jī)檢測(cè)到達(dá)到限位行程，控制電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)滾珠絲杠反向轉(zhuǎn)動(dòng)，控制雨刮臂和雨刮條沿著導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)。雨刮器在鏡面上上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，除去鏡面上的雨水，使后視鏡鏡面保持清晰，保證駕駛員對(duì)后方路況清晰了然。

圖5 后視鏡雨刮的工作原理圖

1—驅(qū)動(dòng)電機(jī)；2—齒輪副；3—滾珠絲杠；4—滾珠副機(jī)構(gòu)；5—雨刮臂；6—雨刮條；7—鏡面