基于太陽能的貨車用自動車衣設計*

趙洋 陳明亮 潘子成 寧啟立 趙志巍

合肥工業大學 安徽 合肥 230000

引言

隨著社會的進步和經濟的發展，貨車作為當今主流的公路運輸工具，其使用量也在迅猛提高。而每當夏天來臨，貨車很難像轎車那樣存放于地下車庫，這就將帶來一個很嚴重的問題——貨車在經過長時間的暴曬，車內溫度將會達到一個非常驚人的水平，且車內材質大多為塑料或者皮制品，久曬車內飾中的非金屬材料和黏結劑的大量應用使得車廂中積聚苯、甲苯、乙苯、二甲苯、甲醛、乙醛等有害物質，對人的身體健康造成嚴重危害。曾有全光譜環境實驗室模擬汽車連續在灼日下暴曬的情況。實驗室用高強度燈光和暖氣將室內溫度提高到45攝氏度，濕度保持在35%。這足以使汽車部件的溫度飆升：在測試過程中，儀表盤和汽車支柱的溫度分別達到107 攝氏度和100 攝氏度，足以烤熟一個雞蛋。除此之外，高溫對于貨車上的電子電器、橡膠或塑料制品會造成其加速老化。貨車司機由于其工作性質和工作環境，往往需要在白天在駕駛室內睡眠休息，在強光和高溫的條件下，司機很難得到有效休息，這將直接影響行駛的安全性。因此，設計針對貨車用的防曬車衣意義重大，本文闡述了一種采用太陽能供電，具有自動升降功能，可自動操作的新型貨車車衣設計，重點對貨車車衣自動展開裝置的結構原理設計進行研究。

1 研發主要創新點

1.1 貨車專用車衣

這種車衣專為貨車設計，填補了目前市面上沒有貨車用防曬裝備的空白，這本身就是極具創新性的。現在的車衣大多為家用轎車設計，貨車還沒有相匹配的防曬產品或裝備，但貨車又經常遭受曝曬，處于高溫環境，故與其對應的防曬隔熱設備有較大的需求。

1.2 自動化收放

由于貨車車身較高，人為收放車衣較為困難，故我們設計了能實現自動收放的內部結構，通過外部遙控器，將產生的電磁波信號傳入MCU中的接收器，從而產生控制信號，控制電機轉動，實現車衣的自動收放，極大地提高了使用的便利性和效率。

1.3 太陽能環保設計

在外部裝置上表面設置太陽能電池板，利用太陽能實現車衣內部結構能源的自給自足，不需要另裝電池或從貨車本身取電。這種節能環保設計，巧妙的在防曬隔熱的同時利用了太陽能，符合當下綠色環保的設計理念[1]。

2 車衣裝置的總體設計

2.1 收納盒結構設計

本貨車用自動車衣整個裝置通過吸盤吸附在貨車駕駛室頂，與駕駛室頂面積等大。如圖1所示，裝置頂部置太陽能晶板，上表面成平面利于太陽能的吸收，側面成斜梯形，降低對貨車行駛過程中的影響的同時還擴大了裝置內部空間。

圖1 車衣結構示意圖

收納盒內部結構如圖2所示，布置了蓄電池、控制電路板、驅動電機、減速箱、主轉軸、兩側轉軸，車前及兩側車衣分別蜷縮于主轉軸與兩側轉軸上，存儲在裝置內，車衣末端連接半圓柱重桿與裝置外側邊開出的半圓槽相嚙合。蓄電池為電機提供電力；控制電路板控制電機；驅動電機通過減速箱與轉軸相連。

圖2 內部結構簡圖

2.2 車衣收放設計

通過操控遙控器控制整個裝置的啟動，當MCU中的接收器收到遙控器產生的展開車衣的電磁波信號后，驅動車衣轉動主軸與兩側轉軸同時做出旋轉運動，車前及兩側車衣則由車衣轉軸的旋轉驅動，在半圓形車衣負重棍（使車衣展開的更為全面，且具有防風作用）的重力牽引作用下驅動展開。如圖3所示，未展開時的車衣負重棍與收納盒外側半圓相嚙合。車衣的收縮只需通過發送收車衣的電磁波信號傳入MCU，調整車衣轉軸的旋轉方向，車衣便能實現全自動展開收縮。

圖3 車衣負重棍示意圖

2.3 控制系統設計

展開控制：本設計采用MATLAB中SIMULINK仿真進行了電機系統控制設計，通過程序運行來產生控制信號控制電機的啟動和運轉時間，進而完成電機啟停和車衣收放的統一，控制分為兩個部分，分別為車衣展開控制和車衣收縮控制[2]。啟動控制過程為：程序運行產生的信號傳入MCU中的接收器中，然后傳入電機起動控制器內部并產生控制信號導通驅動電機電路從而使電樞轉動。通電的驅動電機電樞具有較高的轉速和較低的轉矩，因此需要借助減速箱結構降低電機電樞輸入減速箱的轉速，同時提升輸出轉矩。從減速箱輸出較低的轉速和較高的轉矩帶動結構9-標準圓柱齒輪旋轉進而使8-標準圓柱齒輪來帶動主軸旋轉，在主軸旋轉的過程中收縮的車衣被緩緩放下展開。由于主軸兩端帶有4-錐形齒輪和6-錐形齒輪并依次和2-錐形齒輪，3-錐形齒輪嚙合從而使主軸旋轉的同時帶動兩側轉軸以相同速度旋轉并展開兩側車衣。由于最初的控制結構MCU內部具有定時功能(定時時間為10s)，在規定的時間內運行電機，達到6s時間后，產生信號控制電機停止運轉，自動車衣展開完畢。

收縮控制過程為：當車衣完全展開時，在持續時間內（設定為60s）內部各部分結構無工作狀況，60s后產生控制信號導入電機起動控制器MCU內部驅動電機電路從而使電機反轉，在經過定時時間（設定為10s）后，電機停止運轉。內部各結構運行情況同展開原理一樣只是方向相反，反方向旋轉的三根轉軸在規定的時間內帶動車衣回收實現收縮功能[3]。

3 使用說明

將車衣安裝于車頂之后，當不需要使用的時候，車衣整體收在車衣盒體。當需要使用時，使用配備的遙控器，按下啟動開關，電機主軸旋轉經傳動機構帶動車衣轉軸旋轉，經過10s電機運轉時間放下車衣，覆蓋車身，實現一鍵啟動。當車輛準備行駛或是不需要使用車衣的時候車主可通過遙控器上的回收按鈕，來啟動裝置回收程序，控制車衣在10s電機運轉過程中收回車衣。這便是整個車衣的一個完整的收放工作流程，整個收放過程連續進行時間大約在20～21s內完成。整個裝置采用太陽能供電，除非出現極端天氣，否則無需將車衣取下另行充電[4]。

4 結束語

隨著時代的發展，物流行業和公路運輸還會有較大的進步，貨車車衣在一定程度上延長了貨車的使用壽命，緩解了其內部設備因高溫而造成的老化，減弱了其內部電子設備因高溫而造成的誤差。其太陽能電池板設計以及隔熱之后空調使用量的減少，都能實現節能減排，符合當下綠色環保的設計理念。而自動化收放設計，為車主提供了便利，也與當今產品設計自動化的趨勢不謀而合。

綜上所述，相比現在貨車防曬的方法，如貨車防曬墊、窗簾、防曬膜等，貨車車衣更方便，效率更好，同時更加節能環保。它可以顯著提高貨車司機的駕駛體驗，減少車內有毒物質的產生，保障貨車司機的身體健康。故貨車自動車衣有良好的市場前景。