基于太阳能的货车用自动车衣设计*

赵洋 陈明亮 潘子成 宁启立 赵志巍

合肥工业大学 安徽 合肥 230000

引言

随着社会的进步和经济的发展，货车作为当今主流的公路运输工具，其使用量也在迅猛提高。而每当夏天来临，货车很难像轿车那样存放于地下车库，这就将带来一个很严重的问题——货车在经过长时间的暴晒，车内温度将会达到一个非常惊人的水平，且车内材质大多为塑料或者皮制品，久晒车内饰中的非金属材料和黏结剂的大量应用使得车厢中积聚苯、甲苯、乙苯、二甲苯、甲醛、乙醛等有害物质，对人的身体健康造成严重危害。曾有全光谱环境实验室模拟汽车连续在灼日下暴晒的情况。实验室用高强度灯光和暖气将室内温度提高到45摄氏度，湿度保持在35%。这足以使汽车部件的温度飙升：在测试过程中，仪表盘和汽车支柱的温度分别达到107 摄氏度和100 摄氏度，足以烤熟一个鸡蛋。除此之外，高温对于货车上的电子电器、橡胶或塑料制品会造成其加速老化。货车司机由于其工作性质和工作环境，往往需要在白天在驾驶室内睡眠休息，在强光和高温的条件下，司机很难得到有效休息，这将直接影响行驶的安全性。因此，设计针对货车用的防晒车衣意义重大，本文阐述了一种采用太阳能供电，具有自动升降功能，可自动操作的新型货车车衣设计，重点对货车车衣自动展开装置的结构原理设计进行研究。

1 研发主要创新点

1.1 货车专用车衣

这种车衣专为货车设计，填补了目前市面上没有货车用防晒装备的空白，这本身就是极具创新性的。现在的车衣大多为家用轿车设计，货车还没有相匹配的防晒产品或装备，但货车又经常遭受曝晒，处于高温环境，故与其对应的防晒隔热设备有较大的需求。

1.2 自动化收放

由于货车车身较高，人为收放车衣较为困难，故我们设计了能实现自动收放的内部结构，通过外部遥控器，将产生的电磁波信号传入MCU中的接收器，从而产生控制信号，控制电机转动，实现车衣的自动收放，极大地提高了使用的便利性和效率。

1.3 太阳能环保设计

在外部装置上表面设置太阳能电池板，利用太阳能实现车衣内部结构能源的自给自足，不需要另装电池或从货车本身取电。这种节能环保设计，巧妙的在防晒隔热的同时利用了太阳能，符合当下绿色环保的设计理念[1]。

2 车衣装置的总体设计

2.1 收纳盒结构设计

本货车用自动车衣整个装置通过吸盘吸附在货车驾驶室顶，与驾驶室顶面积等大。如图1所示，装置顶部置太阳能晶板，上表面成平面利于太阳能的吸收，侧面成斜梯形，降低对货车行驶过程中的影响的同时还扩大了装置内部空间。

图1 车衣结构示意图

收纳盒内部结构如图2所示，布置了蓄电池、控制电路板、驱动电机、减速箱、主转轴、两侧转轴，车前及两侧车衣分别蜷缩于主转轴与两侧转轴上，存储在装置内，车衣末端连接半圆柱重杆与装置外侧边开出的半圆槽相啮合。蓄电池为电机提供电力；控制电路板控制电机；驱动电机通过减速箱与转轴相连。

图2 内部结构简图

2.2 车衣收放设计

通过操控遥控器控制整个装置的启动，当MCU中的接收器收到遥控器产生的展开车衣的电磁波信号后，驱动车衣转动主轴与两侧转轴同时做出旋转运动，车前及两侧车衣则由车衣转轴的旋转驱动，在半圆形车衣负重棍（使车衣展开的更为全面，且具有防风作用）的重力牵引作用下驱动展开。如图3所示，未展开时的车衣负重棍与收纳盒外侧半圆相啮合。车衣的收缩只需通过发送收车衣的电磁波信号传入MCU，调整车衣转轴的旋转方向，车衣便能实现全自动展开收缩。

图3 车衣负重棍示意图

2.3 控制系统设计

展开控制：本设计采用MATLAB中SIMULINK仿真进行了电机系统控制设计，通过程序运行来产生控制信号控制电机的启动和运转时间，进而完成电机启停和车衣收放的统一，控制分为两个部分，分别为车衣展开控制和车衣收缩控制[2]。启动控制过程为：程序运行产生的信号传入MCU中的接收器中，然后传入电机起动控制器内部并产生控制信号导通驱动电机电路从而使电枢转动。通电的驱动电机电枢具有较高的转速和较低的转矩，因此需要借助减速箱结构降低电机电枢输入减速箱的转速，同时提升输出转矩。从减速箱输出较低的转速和较高的转矩带动结构9-标准圆柱齿轮旋转进而使8-标准圆柱齿轮来带动主轴旋转，在主轴旋转的过程中收缩的车衣被缓缓放下展开。由于主轴两端带有4-锥形齿轮和6-锥形齿轮并依次和2-锥形齿轮，3-锥形齿轮啮合从而使主轴旋转的同时带动两侧转轴以相同速度旋转并展开两侧车衣。由于最初的控制结构MCU内部具有定时功能(定时时间为10s)，在规定的时间内运行电机，达到6s时间后，产生信号控制电机停止运转，自动车衣展开完毕。

收缩控制过程为：当车衣完全展开时，在持续时间内（设定为60s）内部各部分结构无工作状况，60s后产生控制信号导入电机起动控制器MCU内部驱动电机电路从而使电机反转，在经过定时时间（设定为10s）后，电机停止运转。内部各结构运行情况同展开原理一样只是方向相反，反方向旋转的三根转轴在规定的时间内带动车衣回收实现收缩功能[3]。

3 使用说明

将车衣安装于车顶之后，当不需要使用的时候，车衣整体收在车衣盒体。当需要使用时，使用配备的遥控器，按下启动开关，电机主轴旋转经传动机构带动车衣转轴旋转，经过10s电机运转时间放下车衣，覆盖车身，实现一键启动。当车辆准备行驶或是不需要使用车衣的时候车主可通过遥控器上的回收按钮，来启动装置回收程序，控制车衣在10s电机运转过程中收回车衣。这便是整个车衣的一个完整的收放工作流程，整个收放过程连续进行时间大约在20～21s内完成。整个装置采用太阳能供电，除非出现极端天气，否则无需将车衣取下另行充电[4]。

4 结束语

随着时代的发展，物流行业和公路运输还会有较大的进步，货车车衣在一定程度上延长了货车的使用寿命，缓解了其内部设备因高温而造成的老化，减弱了其内部电子设备因高温而造成的误差。其太阳能电池板设计以及隔热之后空调使用量的减少，都能实现节能减排，符合当下绿色环保的设计理念。而自动化收放设计，为车主提供了便利，也与当今产品设计自动化的趋势不谋而合。

综上所述，相比现在货车防晒的方法，如货车防晒垫、窗帘、防晒膜等，货车车衣更方便，效率更好，同时更加节能环保。它可以显著提高货车司机的驾驶体验，减少车内有毒物质的产生，保障货车司机的身体健康。故货车自动车衣有良好的市场前景。