淺析全自動(dòng)車衣設(shè)計(jì)

張桂昌，蘆嘉磊，王駟騏，馬一凡，牟俐蓉，劉春陽(yáng)

（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710300）

近年來(lái)，汽車產(chǎn)業(yè)的蒸蒸日上帶動(dòng)了汽車附加產(chǎn)品的發(fā)展。其中車衣對(duì)于汽車的日常保護(hù)有非常重要的作用，但是，我國(guó)的車衣產(chǎn)業(yè)并不成熟，尚處在起步階段，由于大多數(shù)車衣展開(kāi)和回收需要消耗車主大量的時(shí)間和精力，這導(dǎo)致大多數(shù)車主放棄使用車衣，從而導(dǎo)致汽車不得不經(jīng)受風(fēng)吹日曬，給汽車造成人為、自然等多種傷害。現(xiàn)有大多數(shù)車衣是按汽車的外形尺寸用柔韌耐磨材料制作的外罩衣，使用時(shí)需要人為將車衣套在汽車上，通過(guò)松緊帶來(lái)固定在汽車上，這需要花費(fèi)車主的大量時(shí)間和精力。本文介紹的新型自動(dòng)車衣是在傳統(tǒng)的車衣基礎(chǔ)上使用伺服電機(jī)控制，使用者只需要通過(guò)遙控器或APP 操控即可完成展開(kāi)和回收，大大方便了車衣的使用。

1 總體設(shè)計(jì)

全自動(dòng)車衣總體方案見(jiàn)圖1，包括單片機(jī)控制器、驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)、機(jī)械機(jī)構(gòu)等。裝置整體是一個(gè)長(zhǎng)方體，內(nèi)部包括機(jī)械結(jié)構(gòu)和電動(dòng)機(jī)以及車衣。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分主用轉(zhuǎn)軸和齒輪傳動(dòng)，動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)提供；控制部分采用STC89C52 單片機(jī)作為核心控制模塊，控制各部分的正常工作。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)通過(guò)Soild Works 進(jìn)行設(shè)計(jì)，軟件部分在Keilu Vision 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)上利用匯編語(yǔ)言編寫而成。

圖1 全自動(dòng)車衣總體結(jié)構(gòu)

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

裝置展開(kāi)狀態(tài)如圖1 所示，該裝置主要由外殼、底座、長(zhǎng)轉(zhuǎn)軸、第一轉(zhuǎn)臂、第一車衣、第一控制盒、第一伺服電機(jī)、第一齒輪組、短轉(zhuǎn)軸、第二轉(zhuǎn)臂、第二車衣、第二控制盒、第二伺服電機(jī)和第二齒輪組組成。具體地，在外殼內(nèi)壁上設(shè)置底座，底座上分別配置長(zhǎng)轉(zhuǎn)軸和短轉(zhuǎn)軸，長(zhǎng)轉(zhuǎn)軸的軸身上安裝第一轉(zhuǎn)臂，第一轉(zhuǎn)臂上設(shè)置第一車衣；短轉(zhuǎn)軸的軸身上安裝第二轉(zhuǎn)臂，第二轉(zhuǎn)臂上設(shè)置第二車衣。該裝置的第一車衣和第二車衣均通過(guò)螺絲固定于轉(zhuǎn)臂之上，可以根據(jù)汽車的大小和實(shí)際需求拆卸及更換合適的車衣。

以第一轉(zhuǎn)臂為例，第一轉(zhuǎn)臂包括第一上臂，第一上臂的一端配置于長(zhǎng)轉(zhuǎn)軸的軸身上，另一端配置有第一舵機(jī)，第一舵機(jī)的一側(cè)配置有第一舵機(jī)臂，另一側(cè)配置有第一下臂，第一下臂與第一車衣相連接，本裝置中的第一轉(zhuǎn)臂由上臂和下臂構(gòu)成，兩節(jié)轉(zhuǎn)臂通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接使轉(zhuǎn)動(dòng)更加靈活，能夠更方便的完成車衣的展開(kāi)及收納。

長(zhǎng)轉(zhuǎn)軸底部一側(cè)的底座上配置第一控制盒，第一控制盒與第一伺服電機(jī)的信號(hào)輸入端相連接，第一伺服電機(jī)的動(dòng)力輸出軸與第一齒輪組相連，第一齒輪組與長(zhǎng)轉(zhuǎn)軸的一端相連接。同樣地，短轉(zhuǎn)軸底部一側(cè)的底座上配置第二控制盒，第二控制盒與第二伺服電機(jī)的信號(hào)輸入端相連接，第二伺服電機(jī)的動(dòng)力輸出軸與第二齒輪組相連，第二齒輪組與短轉(zhuǎn)軸的一端相連接。整個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊，能夠?qū)崿F(xiàn)車衣的自動(dòng)展開(kāi)和收回，具有可靠的工作和優(yōu)良的遮擋效果等特點(diǎn)。

裝置回收如圖2 所示，第一齒輪組包括第一電機(jī)齒輪和第一轉(zhuǎn)軸齒輪，其中第一電機(jī)齒輪連接在第一伺服電機(jī)的動(dòng)力輸出軸上，并與第一轉(zhuǎn)軸齒輪相嚙合，第一轉(zhuǎn)軸齒輪位于長(zhǎng)轉(zhuǎn)軸的一端；同樣地，第二齒輪組包括第二電機(jī)齒輪和第二轉(zhuǎn)軸齒輪，其中第二電機(jī)齒輪連接在第二伺服電機(jī)的動(dòng)力輸出軸上，并與第二轉(zhuǎn)軸齒輪相嚙合，第二轉(zhuǎn)軸齒輪位于短轉(zhuǎn)軸的一端。

圖2 車衣的機(jī)械結(jié)構(gòu)展開(kāi)圖

外臂的收起和展開(kāi)通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)使用車衣時(shí)，電動(dòng)機(jī)工作帶動(dòng)第一轉(zhuǎn)軸齒輪的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)第二轉(zhuǎn)軸齒輪旋轉(zhuǎn)，第二齒輪再帶動(dòng)短轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)第一轉(zhuǎn)臂的向外展開(kāi)，第一轉(zhuǎn)臂帶動(dòng)第二轉(zhuǎn)臂展開(kāi)，進(jìn)而車衣展開(kāi)，覆蓋整個(gè)車頂；當(dāng)需要將車衣收起時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)齒輪向相反反向轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而轉(zhuǎn)臂和上臂帶動(dòng)車衣將其收入箱體中。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)接收控制信號(hào)進(jìn)行正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，控制車衣的打開(kāi)與關(guān)閉。

所述的伺服電機(jī)由車載電池供電，伺服電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度、方向也在變化，所有這些任務(wù)都由單片機(jī)控制器進(jìn)行。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)車衣的自動(dòng)展開(kāi)及回收功能，我們采用以下控制流程來(lái)達(dá)到我們的控制目的。參見(jiàn)圖3。

圖3 車衣裝置閉合結(jié)構(gòu)圖

其中，單片機(jī)控制器我們采用STC89C52 單片機(jī)作為核心控制模塊，與天線模塊、藍(lán)牙模塊等進(jìn)行連接，通過(guò)STC89C52 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)和舵機(jī)的精準(zhǔn)控制。如圖4 所示，我們將天線接收器、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)器放置于同一個(gè)控制盒內(nèi)，共分為兩個(gè)控制盒，以實(shí)現(xiàn)對(duì)其硬件的保護(hù)。

圖4 控制流程圖

圖5 第一控制盒

以第一控制盒為例，第一控制盒包括第一天線接收器，第一天線接收器的信號(hào)輸出端與第一單片機(jī)控制器的信號(hào)輸入端相連接，第一單片機(jī)控制器的信號(hào)輸出端與第一伺服驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入端相連接，第一伺服驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸出端與第一伺服電機(jī)的信號(hào)輸入端相連接，第一天線接收器、第一單片機(jī)控制器、第一伺服驅(qū)動(dòng)器、第一伺服電機(jī)分別與第一電源的供電端相連接，第一電源可由太陽(yáng)能-蓄電池的方式供電。

車衣裝置運(yùn)行過(guò)程，車主將自動(dòng)展開(kāi)的裝置放置于車頂，使用手機(jī)或者遙控器發(fā)出指令，天線接收器接收到指令傳給控制器，控制器對(duì)指令進(jìn)行分析處理，驅(qū)動(dòng)器按照指令，伺服電機(jī)接收到指令，利用傳動(dòng)裝置，帶動(dòng)盒內(nèi)的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸上外臂在電機(jī)的帶動(dòng)下將車衣進(jìn)行展開(kāi)或者收回，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的保護(hù)。控制盒可控制車衣的展開(kāi)及收回，使本裝置可以被遠(yuǎn)程控制，且可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整車衣的展開(kāi)程度。整個(gè)過(guò)程車主只需要在手機(jī)或者遙控器上發(fā)出指令，更方便快捷。

另外設(shè)計(jì)一款簡(jiǎn)潔實(shí)用的遙控器，它只有開(kāi)和關(guān)兩個(gè)狀態(tài)按鍵。遙控器的造型需要符合產(chǎn)品系列的風(fēng)格。設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮不同用戶的使用方式和習(xí)慣，可以將其設(shè)計(jì)為車載遙控裝置或隨身攜帶的產(chǎn)品。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)市場(chǎng)需求，設(shè)計(jì)一款基于單片機(jī)的全自動(dòng)防曬、防雨車衣。全自動(dòng)車衣設(shè)計(jì)是一項(xiàng)能夠幫助車主解放雙手，實(shí)現(xiàn)汽車停放時(shí)對(duì)汽車的保護(hù)的重要研究。該車衣采用緊湊的機(jī)械結(jié)構(gòu)和便捷的控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)展開(kāi)和回收，具有很高的實(shí)用性和遮擋效果，面對(duì)迅速發(fā)展的汽車和汽配市場(chǎng)，研發(fā)這種自動(dòng)化的車衣裝置不僅可以幫助車主解決一定的汽車保養(yǎng)停放等問(wèn)題，也同時(shí)具有一定的市場(chǎng)價(jià)值，隨著科技的不斷發(fā)展自動(dòng)車衣的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛，未來(lái)可能會(huì)成為車輛智能化的重要組成部分之一。