基于Solid Works的新型智能后视镜雨刮设计

陈若明，马天宇，周宇翔，窦 炜，胡 辰

（扬州工业职业技术学院，江苏 扬州 225000）

后视镜是汽车安全行驶所需的重要部件，驾驶员在变道或者转向时通过后视镜观察后方车辆，对于驾驶员安全行驶尤为重要[1]。在雨水较多的我国南方地带，后视镜常常在雨滴和雾气的双重作用下变得模糊不清，给驾驶员带来了很大的困扰，有的驾驶员一边开车一边擦拭后视镜，有很大安全隐患。数据表明，大雨导致的后视镜不清晰造成的车辆事故在雨天事故中占有较大比重。本文设计了一种新型后视镜雨刮装置，运用类似前挡风玻璃雨刮器的原理，在汽车后视镜上增加智能后视镜雨刮装置。该装置在感受到雨滴后自动控制电机工作，带动滚珠丝杠副等机构驱使雨刮上下运动，从而实现智能有效地清理后视镜上雨水的功能，对提高雨天行驶的安全性具有重要的理论和实践意义。

1 设计原理

1）当前解决后视镜雨雾的措施。针对后视镜在雨天模糊不清的情况，当前有以下3种解决方式。一是后视镜加热。仿照后挡风玻璃的加热丝装置，部分整车厂家设计了带加热功能的后视镜[2]，但其防水滴效果并不显著，特别是大雨天气，常常起不到什么作用。究其原因是不同于后挡风玻璃，后视镜完全暴露在车外，工作状况比后挡风玻璃恶劣很多。二是后视镜玻璃喷洒“防雨”水。类似以前老驾驶员在后视镜上用肥皂打一层薄膜，维修保养店售卖一些喷涂水，其原理都是使后视镜像荷叶一样不沾水滴[3]。但是从长期客户使用反馈看，其作用非常微弱，在雨水较大时几乎起不到什么作用。另外，这些喷涂方法往往时效很短，驾驶员很难预料天气情况从而在雨天前喷涂好，面对突如其来的大雨驾驶员无法在行驶中处理。三是后视镜遮雨板。有些车辆驾驶员通过加装后视镜遮雨板来缓解雨滴落在后视镜上造成的影响[4]，但从实际的使用反馈看，该装置只能在小雨时起到一定的作用，对于风雨交加的天气，后视镜依然不能很好地被遮挡。

2）新型后视镜雨刮。新型后视镜雨刮是利用类似前挡风玻璃的雨刮功能设计的后视镜。后视镜雨刮系统以雨滴传感器检测出的信号作为驱动信号，实现雨刮工作的智能化[5]。以电机作为驱动动力源，通过带动滚珠丝杠副做上下往复运动，把动力传递给雨刮臂，雨刮臂带动可变式雨刮条完成在镜面上上下往复擦刷运动，从而除去雨水。新型后视镜雨刮装置的结构主要包括：滚珠丝杠副、雨刮臂、可伸缩的雨刮条、雨滴传感器等。新型后视镜雨刮智能且刮雨效果明显，可伸缩式的雨刮条使新型后视镜雨刮在镜面上工作不存在死角。不下雨的时候，雨刮条停留在后视镜上部，不遮挡后视镜镜面；雨天雨刮自动运行，雨刮条上下往复运动，刮去镜面上的雨滴，从而使镜面变得清晰，驾驶员能及时了解汽车后方的路况[6]。

2 结构及电控设计

1）基于SolidWorks的结构设计。运用Solid－Works软件建模功能对后视镜雨刮系统的各个子部件（如滚珠丝杠副、雨刮臂、可伸缩的雨刮条等）建立三维模型。

滚珠丝杠副模型见第109页图1，该机构是由丝杠及螺母配套组成。由电机驱动控制，电机的正反转通过丝杠传递给螺母，将回转运动转化为直线运动。雨刮臂和可伸缩的雨刮条模型见图2。雨刮臂是链接滚珠丝杠副和雨刮条的部件，通过雨刮臂带动雨刮上下运动。可伸缩的雨刮条是为了适应后视镜镜面宽度变化的特点而设计，雨刮臂由里外相套的两个雨刮胶条组成，雨刮两端有两个圆柱状销锁，嵌在后视镜外壳导轨凹槽内。

图1 滚珠丝杠副模型

图2 雨刮臂和可伸缩雨刮条模型

利用SolidWorks装配功能将设计的后视镜雨刮的三维零部件进行装配，完成的总成结构见图3。

图3 后视镜雨刮总成结构

2）电路控制策略。单片微控制器以红外雨滴传感器检测到的雨滴及其大小作为信号输入源。雨滴传感器以压电信号传递至微控制器，微控制器通过对压电信号进行分析，判断是否下雨以及雨量的大小，进而从单片机发出控制信号，驱动直流电机并控制其转速和方向，从而实现对雨刮器的智能控制[7]。本设计主要由单片机控制电路模块、雨滴传感器、电机驱动电路模块等组成，其系统结构见图4。

3）新型后视镜雨刮的工作过程。雨滴落下，红外雨滴传感器发出信号，单片机接收到信号指令，驱动电机运作，见图5。当雨刮处于后视镜上部时，驱动电机正向转动，电机通过齿轮副带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠副配合带动滚珠副机构向下运行，从而带动雨刮臂，雨刮臂带动伸缩式雨刮条沿着后视镜导轨向下运动，刮除镜面上的雨水[8]。当雨刮运行至下端时，单片机检测到达到限位行程，控制电机反向转动，带动滚珠丝杠反向转动，控制雨刮臂和雨刮条沿着导轨向上运动。雨刮器在镜面上上下往复运动，除去镜面上的雨水，使后视镜镜面保持清晰，保证驾驶员对后方路况清晰了然。

图5 后视镜雨刮的工作原理图

1—驱动电机；2—齿轮副；3—滚珠丝杠；4—滚珠副机构；5—雨刮臂；6—雨刮条；7—镜面