汽车后视镜除水(霜)装置设计

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摘 要：本实验以汽车后视镜为研究对像,为汽车后视镜设计一款新型的太阳能除水（霜）装置.首先,通过计算清除后视镜水（霜）的所需的最佳气流量,得出所需电动机功率、太阳能板的规格；其次,利用CATIA软件,建立太阳能除水（霜）装置的三维模型；最后,对设计的装置进行试验验证.

关 键 词：后视镜,风速,太阳能电板,除水（霜）

中图分类号：U469.6+96文献标识码：A

基金项目：上海市大学生科创基金

前言

汽车后视镜反映汽车后方、侧方和下方的情况,使驾驶者可以间接看清楚这些位置的情况,它起着“第二只眼睛”的作用,扩大了驾驶者的视野范围【1】.为了使驾驶员在行驶路途中更加安全,减少交通事故的发生,及时的给汽车后视镜除水（霜）是非常有必要的【2】.

汽车后视镜是汽车主动安全配置的重要部分,在并线、超车、倒车、停车、以及对后面车况了解、把握等方面起着至关重要的作用【3】.因此,视觉清晰的后视镜在车辆运行中是必不可少的.通常情况下,汽车在运行中后视镜都是干净清晰的,但在下雨天,尤其是伴随着刮风的下雨天,雨滴往往洒落在汽车后视镜上,使后视视野一片模糊,驾驶员无法了解车辆后边及两侧的情况,从而引发交通事故,轻则车辆受损,重则车毁人亡【4-6】.

市场上现有汽车厂商,包括知名厂商如：奔驰、宝马、通用、丰田等提出了以下一些解决方案例如：1、加装雨挡2、后视镜雨刮器3、电加热4、后视镜涂抹驱水剂【7】.

以上这些方案存在实施效果不理想、实施较为困难或者价格昂贵等问题,因此并未在车辆上实施或广泛使用【8】.

针对以上现实和市场需求,提出以冷热风吹的方式来去除汽车后视镜及侧窗玻璃上霜、雾及水滴,为汽车驾驶员提供良好的视野,确保汽车雨雾天的安全.

1汽车后视镜除水（霜）装置参数的确定

汽车后视镜除水（霜）装置是以人驾车安全性为出发点,进行的对后视镜的研究.本装置追求在不改变汽车外形的情况下达到随时除水（霜）效果,利用太阳能,在不增加汽车本身的功耗的同时实现该功能.在研发过程中力求安装简单,操控方便,实现能源利用的最大化.要达到汽车后视镜除水（霜）的效果,需要足够的风速和热量去除后视镜上的水（霜）,如果风速过大,功耗增加,背离了节能环保的目的.从经济性和实用性考虑,必须选择一个适当的风速.根据匀变速直线运动公式：（其计算方法表示如下：）

根据以上公式,采用实验中的实际采用的后视镜及水滴的平均直径大小h等于10cm,m/s,t等于3s.计算得出所选用的直流电机功率为100W、额定电压为12V,软管直径为8mm.在实际除水（霜）过程中,由于气流在传递过程中的管道阻力,管壁摩擦等传递中的机械效率损失,最终电机选择150W作为气流产生装置功率；根据电机在除水（霜）中能量的损耗选定电池容量20Ah,电池额定电压12V；由于太阳能板不能直接供电,最终选定太阳能板效率较高,较为常用的规格为18V、6A的太阳能板.经过装置理论计算与试验分析选出上诉要求的设备,以达到更好的除水（霜）性能.

2除雾装置建模与设计

汽车后视镜除水（霜）装置是一种新型的集环保与节能于一体的装置,驾驶员可根据行驶过程中后视镜清晰度来确定是否需要除水（霜）.除水（霜）装置的建模直接影响着后续的整体布局.本文通过CATIA软件建立了基于汽车后视镜除水（霜）装置的模型,在模型建立过程中对汽车内部构造作了简化处理（图中未画出其他装置）.如图1所示【9-10】：

基于各种不同车型的发动机内室的构造及后视镜结构的不同,对整体布局的影响,本次外观设计选定别克轿车作为实验用车,装置具体布局要根据车型布置.

汽车后视镜处通风管道的设计是影响整套装置的除水（霜）能力的重要部位,通风管形状,直径大小,通风孔的间距都会影响装置的工作效率及使用性能.固定通风管道时考虑到安装简便,易于拆卸,采用卡扣结构；太阳能板作为气泵的动力来源必须要有足够的采光能力,且安装位置不能影响车的正常行驶,故将太阳能板置于汽车顶端,用支架固定；气流发生装置气泵,需要足够的空间,根据发动机室内部结构,用半圆卷筒将气泵固定于发动机前方.这样也可利用发动机散热时周围产生的较高温气体,使除水（霜）装置性能得到增强.在气泵出气口处,用软管将气体引导至汽车后视镜处用于除水（霜）.电源控制开关装至驾驶室内便于驾驶员根据实际情况决定是否需要进行除雨（霜）.

3除水（霜）性能试验论证

本次实验车辆为实验室实验用车,试验结果受环境影响.为保证试验的可靠性,本实验随机选择一天进行试验,检测其除水（霜）能力.本实验在试验中根据试验内容,在同一测试时间更换不同孔间距的出风管道.分析数据,选出最佳的出风孔间距,使后视镜水（霜）等杂质在最快时间内达到最佳清除效果.等于

实验装置：实验用汽车别克一辆,太阳能板,气压泵,导管,电池,导线,计时器等.

检测标准：镜面光滑无杂质.

实验原理：基于汽车行驶过程中汽车后视镜的水（霜）效果不同,试验将用淋浴喷头模拟雨水,达到降雨效果,通过更换出风管来比较除水霜时间,来确定除水霜性能.

试验过程中,对通风管道孔间距进行设定,并观察记录后视镜除水（霜）效果.试验论证结果如表1所示：

在试验中,选用一种气压泵,使气流通过导管流出出风管时有足够的压力与风速,提高该装置的除水（霜）的性能.由于受数据计算,装置和结构,试验操作过程及外部环境等影响效果有不同,因此试验过程会出现些许偏差,但对整体除水（霜）性能不会有太大的影响.通过表一的试验结果可以看出,在上述试验环境中出风管孔间距对除水（霜）性能的影响,因此选择合适的出风管是除水（霜）的关键.

试验装置结构简图：

4结论

通过计算分析和试验验证,合理地选用气压泵的除水（霜）装置；利用太阳能发电,驱动空气泵产生足够的风力去除后视镜上的水（霜）；建立起合理的装配模型,进行实际的装置装配的试验；对试验情况分析,及时修正实验中产生的问题；根据温度和湿度的变化对除水（霜）进行改进,以减小实际过程中出现问题的概率.选用气压泵的除霜（雾）装置,其性能良好、除水（霜）效果明显.

本试验受环境,经费等因素限制,主要针对对后视镜影响较大的因素进行分析,在实验过程中只是初步的计算和检验指标数据,为达到后视镜除水（霜）效果提供更好的理论与试验分析.