浅析全自动车衣设计

张桂昌，芦嘉磊，王驷骐，马一凡，牟俐蓉，刘春阳

（西安石油大学，陕西 西安 710300）

近年来，汽车产业的蒸蒸日上带动了汽车附加产品的发展。其中车衣对于汽车的日常保护有非常重要的作用，但是，我国的车衣产业并不成熟，尚处在起步阶段，由于大多数车衣展开和回收需要消耗车主大量的时间和精力，这导致大多数车主放弃使用车衣，从而导致汽车不得不经受风吹日晒，给汽车造成人为、自然等多种伤害。现有大多数车衣是按汽车的外形尺寸用柔韧耐磨材料制作的外罩衣，使用时需要人为将车衣套在汽车上，通过松紧带来固定在汽车上，这需要花费车主的大量时间和精力。本文介绍的新型自动车衣是在传统的车衣基础上使用伺服电机控制，使用者只需要通过遥控器或APP 操控即可完成展开和回收，大大方便了车衣的使用。

1 总体设计

全自动车衣总体方案见图1，包括单片机控制器、驱动器步进电机、机械机构等。装置整体是一个长方体，内部包括机械结构和电动机以及车衣。机械结构部分主用转轴和齿轮传动，动力由电动机提供；控制部分采用STC89C52 单片机作为核心控制模块，控制各部分的正常工作。机械结构部分的设计通过Soild Works 进行设计，软件部分在Keilu Vision 软件开发平台上利用汇编语言编写而成。

图1 全自动车衣总体结构

2 机械结构设计

装置展开状态如图1 所示，该装置主要由外壳、底座、长转轴、第一转臂、第一车衣、第一控制盒、第一伺服电机、第一齿轮组、短转轴、第二转臂、第二车衣、第二控制盒、第二伺服电机和第二齿轮组组成。具体地，在外壳内壁上设置底座，底座上分别配置长转轴和短转轴，长转轴的轴身上安装第一转臂，第一转臂上设置第一车衣；短转轴的轴身上安装第二转臂，第二转臂上设置第二车衣。该装置的第一车衣和第二车衣均通过螺丝固定于转臂之上，可以根据汽车的大小和实际需求拆卸及更换合适的车衣。

以第一转臂为例，第一转臂包括第一上臂，第一上臂的一端配置于长转轴的轴身上，另一端配置有第一舵机，第一舵机的一侧配置有第一舵机臂，另一侧配置有第一下臂，第一下臂与第一车衣相连接，本装置中的第一转臂由上臂和下臂构成，两节转臂通过转动副连接使转动更加灵活，能够更方便的完成车衣的展开及收纳。

长转轴底部一侧的底座上配置第一控制盒，第一控制盒与第一伺服电机的信号输入端相连接，第一伺服电机的动力输出轴与第一齿轮组相连，第一齿轮组与长转轴的一端相连接。同样地，短转轴底部一侧的底座上配置第二控制盒，第二控制盒与第二伺服电机的信号输入端相连接，第二伺服电机的动力输出轴与第二齿轮组相连，第二齿轮组与短转轴的一端相连接。整个结构紧凑，能够实现车衣的自动展开和收回，具有可靠的工作和优良的遮挡效果等特点。

装置回收如图2 所示，第一齿轮组包括第一电机齿轮和第一转轴齿轮，其中第一电机齿轮连接在第一伺服电机的动力输出轴上，并与第一转轴齿轮相啮合，第一转轴齿轮位于长转轴的一端；同样地，第二齿轮组包括第二电机齿轮和第二转轴齿轮，其中第二电机齿轮连接在第二伺服电机的动力输出轴上，并与第二转轴齿轮相啮合，第二转轴齿轮位于短转轴的一端。

图2 车衣的机械结构展开图

外臂的收起和展开通过电机带动齿轮转动进而带动转臂的转动。当使用车衣时，电动机工作带动第一转轴齿轮的旋转，进而带动第二转轴齿轮旋转，第二齿轮再带动短转轴的旋转，进而带动第一转臂的向外展开，第一转臂带动第二转臂展开，进而车衣展开，覆盖整个车顶；当需要将车衣收起时，电机带动齿轮向相反反向转动，进而转臂和上臂带动车衣将其收入箱体中。步进电机通过接收控制信号进行正转与反转，控制车衣的打开与关闭。

所述的伺服电机由车载电池供电，伺服电机实时转动速度、方向也在变化，所有这些任务都由单片机控制器进行。

3 控制系统设计

为了实现车衣的自动展开及回收功能，我们采用以下控制流程来达到我们的控制目的。参见图3。

图3 车衣装置闭合结构图

其中，单片机控制器我们采用STC89C52 单片机作为核心控制模块，与天线模块、蓝牙模块等进行连接，通过STC89C52 来实现对步进电机和舵机的精准控制。如图4 所示，我们将天线接收器、单片机、驱动器放置于同一个控制盒内，共分为两个控制盒，以实现对其硬件的保护。

图4 控制流程图

图5 第一控制盒

以第一控制盒为例，第一控制盒包括第一天线接收器，第一天线接收器的信号输出端与第一单片机控制器的信号输入端相连接，第一单片机控制器的信号输出端与第一伺服驱动器的信号输入端相连接，第一伺服驱动器的信号输出端与第一伺服电机的信号输入端相连接，第一天线接收器、第一单片机控制器、第一伺服驱动器、第一伺服电机分别与第一电源的供电端相连接，第一电源可由太阳能-蓄电池的方式供电。

车衣装置运行过程，车主将自动展开的装置放置于车顶，使用手机或者遥控器发出指令，天线接收器接收到指令传给控制器，控制器对指令进行分析处理，驱动器按照指令，伺服电机接收到指令，利用传动装置，带动盒内的转轴转动，转轴上外臂在电机的带动下将车衣进行展开或者收回，实现对汽车的保护。控制盒可控制车衣的展开及收回，使本装置可以被远程控制，且可根据实际情况调整车衣的展开程度。整个过程车主只需要在手机或者遥控器上发出指令，更方便快捷。

另外设计一款简洁实用的遥控器，它只有开和关两个状态按键。遥控器的造型需要符合产品系列的风格。设计时需要考虑不同用户的使用方式和习惯，可以将其设计为车载遥控装置或随身携带的产品。

4 结语

根据市场需求，设计一款基于单片机的全自动防晒、防雨车衣。全自动车衣设计是一项能够帮助车主解放双手，实现汽车停放时对汽车的保护的重要研究。该车衣采用紧凑的机械结构和便捷的控制系统，可实现自动展开和回收，具有很高的实用性和遮挡效果，面对迅速发展的汽车和汽配市场，研发这种自动化的车衣装置不仅可以帮助车主解决一定的汽车保养停放等问题，也同时具有一定的市场价值，随着科技的不断发展自动车衣的应用会越来越广泛，未来可能会成为车辆智能化的重要组成部分之一。