眼球式除障外后视镜

李瑾雯 陈锟

每天上学，爸爸都会开车送我们。遇到天气不好时，爸爸常会用毛巾去擦拭左右外后视镜镜面，或者摇下车窗把手伸出窗外擦拭外后视镜镜面，常常导致衣服被雨水淋湿。我们问爸爸：“您为什么要擦拭外后视镜镜面啊？”

爸爸告诉我们：“汽车的外后视镜就像是驾驶员的‘后眼睛，可看见车后左右两侧路面的情况，为安全行车提供必要的路面信息。如果外后视镜凝雾、被雨滴遮掩，就像人的眼睛患了白内障一样，驾驶员会看不清车后两侧的路面情况，容易发生交通事故。”

爸爸的话激发了我们的创新火花：能不能设计出一种“不会患‘白内障的外后视镜”，为驾驶员安全行车提供清晰的车后路面信息呢？有了想法，我们立即行动。

一、对现有技术的分析与基本创新思路

（一）对现有技术的分析

通过市场走访、上网查询等调研方式，我们发现针对外后视镜的防雨雾问题，市场上已出现以下三类产品，现分析比较如下：

1. 电加热除雾的外后视镜。电加热除雾外后视镜是在外后视镜中安装了电加热装置，使镜面温度高于气温，用来防止凝雾或使已凝聚的雾水蒸发。但它对雨水的作用不大，特别是持续大雨时无明显效果。

2. 外后视镜专用雨挡。这是一种加装在外后视镜上方的挡雨装置，类似于帽檐，在一定范围内可以挡住一部分雨滴，但不能防止凝雾和驱雾。

3. 外后视镜防雨剂。像擦皮鞋油一样在外后视镜镜面上涂一层防雨剂，令玻璃镜面与空气隔离，从而达到防雨雾的效果。然而，我们咨询的司机叔叔却说：用这种防雨剂跟他们涂洗涤剂、肥皂水、洗发剂等的效果差不多，一遇到雨水冲淋就会失效，故买了一次就不会再去买第二次了。

（二）基本创新思路

1. 在不改变现有外后视镜成像原理、基本功能的前提下，进行创新设计。

2. 在不停车、不开窗、不伸手的条件下，实现在车内完成对外后视镜镜面的除障工作。

3. 运用仿生学原理，设计一种模仿眼帘或眼球的运动机制，来保持外后视镜的镜面清洁，要求可适时清除附着在外后视镜镜面上的雨雾、灰尘等。

二、方案设计与选择

（一）方案构思

我们经过反复琢磨，在老师的指导下，依据仿生学原理，想到了两种方案：第一种是动眼帘方案，第二种是动眼球方案。

1. 动眼帘方案。我们平时眨眼睛，眼球不动，让眼帘主动擦拭眼球，维持眼球的清洁。

如图1-a、图1-b所示，在原外后视镜上，设计一种转动式（方案1）或平移式（方案2）的专用擦拭器，模仿眼帘的运动来清除外后视镜镜面上影响视觉的障碍物，恢复其正常功能。

2. 动眼球方案。我们转动眼球，令眼帘不动，眼球转动接受眼帘擦拭，维持眼球的清洁。

如图1-c所示，把后视镜镜面设计成类似眼球的椭球形，擦拭器固定在镜壳上不动（方案3），模仿眼球的运动来清除外后视镜镜面上影响视觉的障碍物，使其恢复清洁。

（二）方案比较与实验

1. 方案比较

我们通过反反复复分析和纸质模型实验发现：

方案1 镜面不动，擦拭器转动。从图1-a可见，由于清除面为扇形，矩形镜面上的阴影区成为擦拭不到的死角，驾驶员观察不到阴影区的信息。而且据查新，后视镜加装转动式雨刮已有。所以我们决定放弃此方案。

方案2 镜面不动，擦拭器平动。从图1-b可见，镜面上虽然没有擦拭不到的死角了，且查新为0，但其动力传动机构很复杂，发生故障的概率可能会较多，我们只好忍痛割爱淘汰了该方案。

方案3 椭球形镜面转动，擦拭器不动。从图1-c可见，把后视镜的凸透镜设计成类似眼球的椭球形，固定式擦拭器可设计成与球状体弧线相吻合的弧形，当椭球形镜面转动时，镜面固定式弧形擦拭器可与之密切配合，这样一来，镜面上没有擦拭不到的死角，动力传动机构也相对简单，且科技查新结果为0，这个方案就成了我们的优选方案。

2. 擦拭材料选择实验

本实验主要涉及擦拭器的材料选择，其材料的基本要求：吸水能力强、柔韧性好。

材料实验：先用备选的毛巾、海绵、PVA合成麂皮巾吸水，再用天平、量筒测量它们的吸水量，并比较判断它们的柔韧性。

实验结果表明，PVA水溶性高分子聚合材料的性能介于塑料和橡胶之间，吸水能力强、柔韧性好，可作为擦拭器的首选材料。

3. 除雨雾外后视镜结构图

如图2所示，我们设计的“眼球式除障外后视镜”模型的结构，主要由可转动的椭球形镜面、固定式擦拭器、后视镜壳体等部分构成。

三、模型的制作

（一）材料的选择与模拟实验

1. 材料的选择

①椭球形镜面材料的选择

镜面材料必须符合后视镜的成像要求。因市场无椭球形镜面的后视镜，我们只能找其他材料来制作模型，先后用樟木、工程塑料、玻璃等材料制作镜体镀膜，走了一大圈弯路，最后发现都达不到镜面成像要求。后来，我们在地摊上发现了一种不锈钢奶锅，其椭球体外形和成像清晰度基本达到了实验要求，于是，我们决定用它作为椭球形镜面的材料。

②电动机的选择

电动机是驱动椭球形镜面的动力。汽车上蓄电池提供的电源是直流12V，市场上的220V交流电动机是不能用的，平时的电动玩具的电动机虽是直流电机，但功率不够。我们在老师的指导下，在网上购买了12V的慢速直流电机来作为驱动电动机。

2. 椭球形镜面转动方案的模拟实验

①本模拟实验的主要目的是：检验PVA材料能否清除转动的椭球形镜面表面附着物。

②实验设置与材料：PVA合成麂皮巾、洗衣机、粉笔灰、喷水壶、卫生纸等。

③实验方法：利用洗衣机的甩水程序，以洗衣機内壁为镜面，给洗衣机内壁抹上粉笔灰，喷射上水雾，同时把PVA合成麂皮巾轻按在内壁上，开启洗衣机转动一周，再用卫生纸擦拭检验。

④检验结果：洗衣机内壁被PVA材料擦拭处的粉笔灰、水滴均被清除干净，表面清洁光亮，再用卫生纸擦拭被PVA材料擦拭过的地方进行检测，卫生纸仍保持干燥无污渍的原状，这说明PVA材料可清除转动的椭球形镜面附着物。

（二）模型的制作与外观

在材料准备齐全的基础上，我们请五金加工厂的孙师傅和袁师傅，按我们的设计图纸和要求，完成了汽车用“眼球式除障外后视镜”模型的加工制作。

我们设计的模型结构（如图3）主要由可转动的椭球形镜面、固定式擦拭器、后视镜镜壳等部分构成。

（三）模型应用实验检测

模型制作完成后，我们在岳阳市交警支队岳阳楼大队教导员卢叔叔、岳阳市教科院物理研究员唐叔叔和科学课李老师等的见证下，进行测试和检验。我们接通电源，电机驱动椭球形镜面转动，然后用喷雾器对“眼球式除障外后视镜”镜面喷雾。实验结果表明，喷射到镜面上的雾水被擦拭器全部清除干净（如图4），不锈钢镜面光洁，成像未受影响，用卫生纸擦拭检验，卫生纸保持干净。

虽说手工制作的模型比较粗糙，外观不够精美，擦拭器与镜体的弧度配合未完全达到设计要求，但实验结果基本达到了镜面清晰无障的设计目的，这说明我们的设计是具有可行性的。

卢叔叔和唐叔叔评价说：“你们设计的汽车用眼球式除障外后视镜，可有效地清除附着在镜面上的雾水，能为行车安全提供相应保障，但模型的镜面材料和外观设计、加工精度等还有待进一步完善。”

四、主要贡献和改进思路

（一）主要贡献

1. 设计了一种可转动的椭球形镜体除雾水、灰尘的外后视镜。通过转动的镜体与固定擦拭器的相互作用，遇恶劣气候时，可不停车、不摇下车窗、不伸手擦拭镜面，自动完成镜面的除障工作。

2. 设计的擦拭器材料——吸水除尘能力强、柔韧性好的聚乙烯醇（PVA）水溶性高分子聚合物材料，能在恶劣条件下确保镜面的洁净度。

3. 设计的固定式擦拭器结构，其弧度与椭球形镜体吻合，且可调节擦拭器与镜面之间的间隙，可拆卸安装，便于及时清洗、保养。

（二）进一步改进思路

1. 本设计还可加设自动控制系统。例如在雨遮上加装一个湿度传感器，当传感器上的湿度达到影响镜面视觉时，通过控制器的识别，自动启动电动机运转，就可达到全自动除障要求了。当然，应该设有手动和自动两种控制模式，方便驾驶员按需选用。

2. 本设计还可作为“公路弯道安全凸面镜”（图5），帮助驾驶员观察弯道前方的路况信息，减少交通事故。只是要增加太阳能供电系统，为椭球形镜体的转动提供电能。

五、研制体会

我们在设计和研制过程中，学习了上网搜寻资料的一些基本方法，感觉到网上的知识真丰富，很多不知道的困惑，在这里都可能会迎刃而解，比玩游戏要有意思得多。

在市场调研过程中，我们发现汽车用的后视镜品种繁多，在基本功能一样的前提下，其外观结构令人眼花缭乱，其辅助功能也花样百出。由此我们感悟到，创新的空间真大，只要不违背科学规律，按人们的需求去认真琢磨，大胆设计，就可能创造出实用的新东西来。

我们在观摩师傅们下料、打孔、焊接等时，感受到了完成一件创新作品真的要付出很多。设计与制作过程中往往会发生很多思想碰撞，需要反复磨合调整。每一次的失敗，都将为再设计提供新的正确方案，如果因为某次失败而放弃，那就永远体会不到成功的快乐了。所以，我们认为进行发明创造时，知识固然很重要，毅力和执着也同样重要。人的才干、能力都是在创新实践中逐步提高的。

由此，我们将再接再厉，认真学习科学文化知识，积极参与各项有益的实践活动，不断提升自己的才干和综合能力，让自己能成为对社会有用的人！

六、鸣谢

在研制过程中，我们得到了学校校长、科学老师、学校聘请的校外科技辅导员、五金加工厂师傅、交警、研究员等长辈们的精心指导和全力帮助，得到了老爸老妈和同学们的大力支持，在此对他们表示深深的感谢！

（指导教师 李宏亮 编    辑 白 鸟）