基于Solid Works的新型智能后視鏡雨刮設計

陳若明，馬天宇，周宇翔，竇 煒，胡 辰

（揚州工業職業技術學院，江蘇 揚州 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向時通過后視鏡觀察后方車輛，對于駕駛員安全行駛尤為重要[1]。在雨水較多的我國南方地帶，后視鏡常常在雨滴和霧氣的雙重作用下變得模糊不清，給駕駛員帶來了很大的困擾，有的駕駛員一邊開車一邊擦拭后視鏡，有很大安全隱患。數據表明，大雨導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。本文設計了一種新型后視鏡雨刮裝置，運用類似前擋風玻璃雨刮器的原理，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控制電機工作，帶動滾珠絲杠副等機構驅使雨刮上下運動，從而實現智能有效地清理后視鏡上雨水的功能，對提高雨天行駛的安全性具有重要的理論和實踐意義。

1 設計原理

1）當前解決后視鏡雨霧的措施。針對后視鏡在雨天模糊不清的情況，當前有以下3種解決方式。一是后視鏡加熱。仿照后擋風玻璃的加熱絲裝置，部分整車廠家設計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玻璃，后視鏡完全暴露在車外，工作狀況比后擋風玻璃惡劣很多。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]。但是從長期客戶使用反饋看，其作用非常微弱，在雨水較大時幾乎起不到什么作用。另外，這些噴涂方法往往時效很短，駕駛員很難預料天氣情況從而在雨天前噴涂好，面對突如其來的大雨駕駛員無法在行駛中處理。三是后視鏡遮雨板。有些車輛駕駛員通過加裝后視鏡遮雨板來緩解雨滴落在后視鏡上造成的影響[4]，但從實際的使用反饋看，該裝置只能在小雨時起到一定的作用，對于風雨交加的天氣，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玻璃的雨刮功能設計的后視鏡。后視鏡雨刮系統以雨滴傳感器檢測出的信號作為驅動信號，實現雨刮工作的智能化[5]。以電機作為驅動動力源，通過帶動滾珠絲杠副做上下往復運動，把動力傳遞給雨刮臂，雨刮臂帶動可變式雨刮條完成在鏡面上上下往復擦刷運動，從而除去雨水。新型后視鏡雨刮裝置的結構主要包括：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；雨天雨刮自動運行，雨刮條上下往復運動，刮去鏡面上的雨滴，從而使鏡面變得清晰，駕駛員能及時了解汽車后方的路況[6]。

2 結構及電控設計

1）基于SolidWorks的結構設計。運用Solid－Works軟件建模功能對后視鏡雨刮系統的各個子部件（如滾珠絲杠副、雨刮臂、可伸縮的雨刮條等）建立三維模型。

滾珠絲杠副模型見第109頁圖1，該機構是由絲杠及螺母配套組成。由電機驅動控制，電機的正反轉通過絲杠傳遞給螺母，將回轉運動轉化為直線運動。雨刮臂和可伸縮的雨刮條模型見圖2。雨刮臂是鏈接滾珠絲杠副和雨刮條的部件，通過雨刮臂帶動雨刮上下運動。可伸縮的雨刮條是為了適應后視鏡鏡面寬度變化的特點而設計，雨刮臂由里外相套的兩個雨刮膠條組成，雨刮兩端有兩個圓柱狀銷鎖，嵌在后視鏡外殼導軌凹槽內。

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裝配功能將設計的后視鏡雨刮的三維零部件進行裝配，完成的總成結構見圖3。

圖3 后視鏡雨刮總成結構

2）電路控制策略。單片微控制器以紅外雨滴傳感器檢測到的雨滴及其大小作為信號輸入源。雨滴傳感器以壓電信號傳遞至微控制器，微控制器通過對壓電信號進行分析，判斷是否下雨以及雨量的大小，進而從單片機發出控制信號，驅動直流電機并控制其轉速和方向，從而實現對雨刮器的智能控制[7]。本設計主要由單片機控制電路模塊、雨滴傳感器、電機驅動電路模塊等組成，其系統結構見圖4。

3）新型后視鏡雨刮的工作過程。雨滴落下，紅外雨滴傳感器發出信號，單片機接收到信號指令，驅動電機運作，見圖5。當雨刮處于后視鏡上部時，驅動電機正向轉動，電機通過齒輪副帶動滾珠絲杠轉動，滾珠絲杠副配合帶動滾珠副機構向下運行，從而帶動雨刮臂，雨刮臂帶動伸縮式雨刮條沿著后視鏡導軌向下運動，刮除鏡面上的雨水[8]。當雨刮運行至下端時，單片機檢測到達到限位行程，控制電機反向轉動，帶動滾珠絲杠反向轉動，控制雨刮臂和雨刮條沿著導軌向上運動。雨刮器在鏡面上上下往復運動，除去鏡面上的雨水，使后視鏡鏡面保持清晰，保證駕駛員對后方路況清晰了然。

圖5 后視鏡雨刮的工作原理圖

1—驅動電機；2—齒輪副；3—滾珠絲杠；4—滾珠副機構；5—雨刮臂；6—雨刮條；7—鏡面