CN101450604B - 全自动汽车遮阳装置 - Google Patents

Abstract

一种全自动汽车遮阳装置，包括底座、吸盘和遮阳布，所述底座下部安装所述吸盘，所述吸盘安装在汽车顶部中央，所述全自动汽车遮阳装置还包括可折叠的桁架机构，展开后的桁架机构的形状与汽车的前顶面或后顶面匹配，所述桁架机构分别安装在所述底座的两侧，与底座连接的铰接单元的第一连杆与底座固定连接，第二连杆与底座可上下滑动地连接，所述另一根连杆和用于驱动连杆上下运动的驱动机构连接，所述遮阳布固定在桁架机构上方。本发明提供一种能够降低成本、减少占用体积、使用方便的全自动汽车遮阳装置。

Description

全自动汽车遮阳装置 

技术领域

本发明涉及一种汽车辅助装置，尤其是一种汽车遮阳装置。 

背景技术

目前，有车族的轿车用户越来越多，各种汽车在停放时，常会遇到风霜雪雨和烈日暴晒，雨雪霜冻都会增加清理难度，烈日会使车体内温度变的很高，降低了汽车的舒适性。尤其夏天在户外停车强烈的阳光直射和接近40度的高温。在较短时间内的阳光直射和高温烘烤，车内温度会迅速升温至65摄氏度左右，会加速车内前部仪器仪表的老化，缩短汽车使用寿命，并影响美观。同时，这些不良环境会促进汽车油漆挥发出有害气体，影响车主的身体健康，因此，发明一种方便有效的汽车遮阳装置十分必要。 

现在常用的车罩仅是一块遮阳布，车体前后一拉一扣，透风性不好，隔热效果不佳，且现有的遮阳装置中，存在如下缺点：1、结构较复杂，体积庞大；2、拆装都需要手动，在车顶安装不十分的方便，操作时间比较长，不容易折叠；3、外形不够美观，与整个汽车不协调；4、遮阳效果不理想 

现有的自动遮阳蓬装置，其蓬布的收拢和展开一般通过卷筒实现，卷筒安装在底座上，底座下部安装所述吸盘，所述吸盘安装在汽车顶部中央，存在的缺陷是：通过电机带动卷筒一方面会增加整个遮阳装置的成本，同时会使整个机构体积扩大。 

发明内容

为了克服已有的自动遮阳蓬的成本高、体积大、使用不方便的不足，本发明提供一种能够降低成本、减少占用体积、使用方便的全自动汽车遮阳装置。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种全自动汽车遮阳装置，包括底座、吸盘和遮阳布，所述底座下部安装所述吸盘，所述吸盘安装在汽车顶部中央，其特征在于：所述全自动汽车遮阳装置还包括可折叠的桁架机构，展开后的桁架机构的形状与汽车的前顶面或后顶面匹配，所述桁架机构由前后连接的铰接单元组成；所述铰接单元包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和第二连杆中部铰接，所述铰接单元中的第一连杆前端与相邻前部的铰接单元的第二连杆的后端铰接，第一连杆后端与相邻后部的铰接单元的第二连杆的前端铰接，所述铰接单元中的第二连杆前端与相邻前部的铰接单元的第一连杆的后端铰接，第二连杆后端与相邻后部的铰接单元的第一连杆的前端铰接；所述铰接单元的中部铰接点到第一连杆和第二连杆的前端的长度之和等于相邻前部的铰接单元的中部铰接点到第一连杆和第二连杆的后端的长度之和；所述桁架机构分别安装在所述底座的两侧，与底座连接的铰接单元的第一连杆与底座固定连接，第二连杆与底座可上下滑动地连接，所述另一根连杆和用于驱动连杆上下运动的驱动机构连接，所述遮阳布固定在桁架机构上方。 

作为优选的一种方案：在所述铰接单元中，中部铰接点到第一连杆下端的长度等于中部铰接点到第二连杆下端的长度。 

作为优选的另一种方案：所述铰接单元的第一连杆的长度等于相邻前部的铰接单元的第二连杆的长度。

作为优选的再一种方案，所述各个连杆的下端的连线与汽车的前顶面或后顶面的横向中心线吻合。 

作为优选的再另一种方案：在所述铰接单元中，第一连杆的前端和第二连杆的前端的连线为垂直线，第一连杆的后端和第二连杆的后端的连接为垂直线。 

进一步，所述遮阳布以百叶窗的形式逐一固定在桁架机构的连杆上。 

再进一步，所述另一根连杆与移动柱销固定连接，所述底座上设有滑轨，所述移动柱销安装在滑块上，所述滑块安装在滑轨内，所述滑块与齿条固定连接，所述齿条与齿轮啮合，所述齿轮与减速机构连接，所述减速机构与可正反转的驱动电机连接，所述驱动电机和减速机构固定在底座上； 

所述两侧的两套桁架机构的驱动机构的齿轮同轴连接。 

更进一步，在所述桁架机构的连杆之间的铰接点安装扭簧。 

所述桁架机构下方设有用以防止刮花汽车表面的柔性保护层。 

本发明的技术构思为：由一个可折叠的桁架机构(该桁架机构可按照汽车面进行抛物线赋形，十分美观)、底座、齿轮齿条机构、遮阳布、连杆和吸盘等组成，桁架机构通过固定柱销和移动柱销固定在底座上，底座通过吸盘安装在车顶，蓬布以百叶窗的形式一片一片地分别固定在两侧桁架机构的连杆上，桁架机构通过底座内部的齿轮齿条机构来实现收拢和展开，如电机正转，齿条下移，带动滑块移动，滑块通过移动柱销联接桁架机构的连杆，使整个机构展开，由于蓬布分别固定在连杆上，故也随桁架机构的展开而展开。同理电机反转，齿条上移， 整个桁架机构开始收拢。在整个收拢和展开过程中，桁架机构的中间铰链点安装了扭簧，收拢时，扭簧被压缩；展开时，通过扭簧的张力展开桁架机构。 

通过对传统的多连杆平面折叠机构的改进设计，研制出了一种新型的可折叠的桁架机构，该机构不但可以自由折叠和展开，而且连杆上的某些点的运动轨迹还可实现抛物线赋形，致使整个遮阳装置收拢时体积比较小，展开时可按汽车面赋形，外形十分美观。 

如图9为多连杆折叠机构的示意图，简化画出了前面八杆，图中圆点代表铰链，其中A点固定在抛物线(此抛物线方程设为y＝-x²/1700)的顶点，对B点施加驱动力沿铅直方向移动，当B点达到指定的位置时，要求C、E、G在指定的抛物线上，同时要求机构在整个运动过程中不发生干涉，且可完全收拢成一个小型长方体。 

假设在任何运动时刻，机构的杆长是恒定的。若如图1所示，当机构展开时，C、E、G(以下依次类推)都在指定抛物线上，即可以实现抛物线赋形，即通过施加合理的约束条件来计算各连杆的长度，并能使整个机构能完全收拢，且不发生干涉，就达到了设计要求。 

给出多连杆折叠机构的约束条件如下： 

(1)为达到最佳收拢效果，且连杆在折叠过程中不发生干涉现象，杆长应满足： 

$L_{{\mathrm{DO}}_1}+L_{{\mathrm{CO}}_1}=L_{{\mathrm{DO}}_2}+L_{{\mathrm{CO}}_2}---\left(1\right)$

(2)铰链点A与B、C与D、E与F的连线在任何运动时刻相互平行且在铅直方向上，保证杆在折叠完全时保持为铅直方向； 

(3)当L_AD＝L_DE，L_CF＝L_FG，理论上能实现抛物线上所有的铰链点在折叠完全时都与A点重合。

如图10所示，以抛物线顶点A点为坐标原点，水平方向为X轴，垂直方向为Y轴(即直线AB方向)。初始时杆AD、BC的位置、长度可设定，即A(a_x，a_y)，B(b_x，b_y)，C(c_x，c_y)，D(d_x，d_y)，O₁(o_x，o_y)的坐标已知，根据约束条件，可求得E(x₁，y₁)(E点在抛物线y＝-x²/1700上)，O₂(x，y)，F(x₂，y₂)的坐标，使其满足： 

①L_AD＝L_DE； ②  $L_{{\mathrm{DO}}_1}+L_{{\mathrm{CO}}_1}=L_{{\mathrm{DO}}_2}+L_{{\mathrm{CO}}_2};$  ③AB//CD//EF 

步骤1：根据条件L_AD＝L_DE，E点在抛物线y＝-x²/1700上联立两非线性方程式： 

$\left\{\begin{array}{cc}{(x_1-d_x)}^2+{(y_1-d_y)}^2={(a_x-d_x)}^2+{(a_y-d_y)}^2& \left(2\right)\\ y_1=-x_1^2/1700& \left(3\right)\end{array}\right.$

式中a_x、a_y、d_x、d_y为已知量，故E的坐标y₁、x₁可由上面两式求解得。 

步骤2：根据条件  $L_{{\mathrm{DO}}_1}+L_{{\mathrm{CO}}_1}=L_{{\mathrm{DO}}_2}+L_{{\mathrm{CO}}_2},$ 且D，E，O₂在同一直线上联立两方程式： 

$\left\{\begin{array}{c}\sqrt{{(x-d_x)}^2+{(y-d_y)}^2}+\sqrt{{(x-c_x)}^2+{(y-c_y)}^2}=\\ \sqrt{{(o_x-d_x)}^2+{(o_y-d_y)}^2}+\sqrt{{(o_x-c_x)}^2+{(o_y-c_y)}^2}\left(4\right)\\ \frac{y-d_y}{x-d_x}=\frac{y-y_1}{x-x_1}\end{array}\right.$ (5) 

式中d_x、d_y、c_x、c_y、o_x、o_y、y₁、x₁为已知量，故O₂的坐标x、y可由上面两式求解得。 

步骤3：根据条件AB//CD//EF，且C，O₂，F在同一直线上联立两方程式： 

$\left\{\begin{array}{cc}{x}_2=x_1& \left(6\right)\\ \frac{y-c_y}{x-c_x}=\frac{y-y_2}{x-x_2}& \left(7\right)\end{array}\right.$

式中x、y、x₁、c_x、c_y为已知量，故F的坐标x₂、y₂可由上面两式求 解得。 

式(2)-(7)均是非线性方程，在工程应用中通常借助MATLAB软件进行计算，运用MATLAB的fsolve函数对上述非线性方程式(通过移项，使方程式右边为0)左边就目标值0寻优求值，其完整的调用格式为： 

[x，fval，exitflag，output]＝fsolve(＠fsolvefun，x0，options)　　(8) 

其中：x——所寻求的最有目标值，即零点； 

　　　fval——表示对应的函数值； 

      exitflag——表示程序退出的类型； 

      output——反映优化信息的变量； 

      fsolvefun——表示二元函数方程式； 

      x0——表示求解的初始值； 

      options——优化迭代所采用的参数选项； 

以计算E点坐标为例，其程序框图如图11，O₂点和F点的坐标计算基本与E点相似。而整个机构的计算即以相邻四根杆为一个计算单元，所有的约束和计算原理都与计算上述E、O₂、F点一致，只是初始值改变 

本发明的有益效果主要表现在：1、能够降低成本、减少占用体积、使用方便；2、遮阳装置与汽车表面有一定的间距，能有效的达到遮阳效果；3、外形美观。 

附图说明

图1是汽车遮阳装置收拢时的示意图。 

图2是汽车遮阳装置展开时的主视图。 

图3是图2的局部放大图。 

图4是汽车遮阳装置展开时的俯视图。 

图5是汽车遮阳装置展开时的左视图。 

图6是汽车遮阳装置底座的俯视图。 

图7是汽车遮阳装置展开时A-A的剖视图。 

图8是汽车遮阳装置展开时B-B的剖视图。 

图9是多连杆折叠机构的示意图。 

图10是另一种多连杆折叠结构的示意图。 

图11是计算E点坐标的程序框图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。 

参照图1～图8，一种全自动汽车遮阳装置，包括底座6、吸盘8和遮阳布5，所述底座6下部安装所述吸盘8，所述吸盘8安装在汽车顶部中央，所述全自动汽车遮阳装置还包括可折叠的桁架机构3，展开后的桁架机构3的形状与汽车的前顶面或后顶面匹配，其中，所述桁架机构3由前后连接的铰接单元组成；所述铰接单元包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和第二连杆中部铰接，所述铰接单元中的第一连杆前端与相邻前部的铰接单元的第二连杆的后端铰接，第一连杆后端与相邻后部的铰接单元的第二连杆的前端铰接，所述铰接单元中的第二连杆前端与相邻前部的铰接单元的第一连杆的后端铰接，第二连杆后端与相邻后部的铰接单元的第一连杆的前端铰接；所述铰接单元的中部铰接点到第一连杆和第二连杆的前端的长度之和等于相邻 前部的铰接单元的中部铰接点到第一连杆和第二连杆的后端的长度之和；所述桁架机构分别安装在所述底座的两侧，与底座连接的铰接单元的第一连杆与底座固定连接，第二连杆与底座可上下滑动地连接，所述另一根连杆和用于驱动连杆上下运动的驱动机构连接，所述遮阳布5固定在桁架机构3上方。 

在所述铰接单元中，中部铰接点到第一连杆下端的长度等于中部铰接点到第二连杆下端的长度。或者是：所述铰接单元的第一连杆的长度等于相邻前部的铰接单元的第二连杆的长度。 

所述各个连杆的下端的连线与汽车的前顶面或后顶面的横向中心线吻合。 

在所述铰接单元中，第一连杆的前端和第二连杆的前端的连线为垂直线，第一连杆的后端和第二连杆的后端的连接为垂直线。 

所述遮阳布5以百叶窗的形式逐一固定在桁架机构3的连杆15上，这样遮阳布就能够随着桁架机构自由展开和收拢，能够减少体积和降低成本。 

驱动机构的具体结构为：所述另一根连杆与移动柱销2固定连接，所述底座6上设有滑轨1，所述移动柱销2安装在滑块11上，所述滑块11安装在滑轨1内，所述滑块11与齿条10固定连接，所述齿条10与齿轮12啮合，所述齿轮12与减速机构连接，所述减速机构与驱动电机连接，所述驱动电机和减速机构固定在底座上；所述两侧的两套桁架机构的驱动机构的齿轮12同轴连接，即通过连接轴14连接起来。 

在所述桁架机构3的连杆之间的铰接点安装扭簧4。 

所述桁架机构下方设有用以防止刮花汽车表面的柔性保护层。 

本实施例中，桁架机构3通过特定的设计原理计算出各连杆长并以铰链相连接，各连杆的中间铰链点都安装了扭簧4，扭簧4在收拢时被压缩，展开时通过扭簧4的张力展开桁架机构。 

整个桁架机构3的各连杆均采用高强轻质材料——铝合金，同时由于整个机构左右对称，故不会产生因重力原因而使伸缩臂下挂的情况。并且在各连杆的底部，外包柔性材料层，能够防止刮花汽车表面。 

整个遮阳装置在展开和收拢过程中要求左右两侧的桁架机构必须保持同步性，所以两侧的齿轮齿条机构中的齿轮10通过连接轴14连接起来，以实现其同步运动，齿条10通过套筒9安装在底座上。 

使用时，只要将整个遮阳装置取出，并将吸盘安放在车顶的中央，只要启动驱动电机正转，底座两侧的桁架机构3能够自动展开，同时遮阳布展开遮住汽车车身，展开到位后关断驱动电机；收拢时，只要启动驱动电机反转，则能够将桁架机构3自动收拢，收拢到位后关断驱动电机。 

Claims (6)

1.一种全自动汽车遮阳装置，包括底座、吸盘和遮阳布，所述底座下部安装所述吸盘，所述吸盘安装在汽车顶部中央，其特征在于：所述全自动汽车遮阳装置还包括可折叠的桁架机构，展开后的桁架机构的形状与汽车的前顶面或后顶面匹配，所述桁架机构由前后连接的铰接单元组成；

所述铰接单元包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和第二连杆中部铰接，所述铰接单元中的第一连杆前端与相邻前部的铰接单元的第二连杆的后端铰接，第一连杆后端与相邻后部的铰接单元的第二连杆的前端铰接，所述铰接单元中的第二连杆前端与相邻前部的铰接单元的第一连杆的后端铰接，第二连杆后端与相邻后部的铰接单元的第一连杆的前端铰接；

所述桁架机构分别安装在所述底座的两侧，与底座连接的铰接单元的第一连杆与底座固定连接，第二连杆与底座可上下滑动地连接，所述第二连杆和用于驱动连杆上下运动的驱动机构连接，所述遮阳布固定在桁架机构上方；

桁架机构的铰接单元满足以下关系：初始时铰接单元的第一连杆AD、第二连杆BC的位置、长度可设定，A(a_x，a_y)为第一连杆AD的后端，D(d_x，d_y)为第一连杆AD的前端，B(b_x，b_y)为第二连杆BC的后端，C(c_x，c_y)为第二连杆BC的前端，第一连杆AD和第二连杆BC的交点为O₁(o_x，o_y)，其中，B(b_x，b_y)位于A(a_x，a_y)的上部，D(d_x，d_y)位于C(c_x，c_y)的上部；相邻前部的铰接单元的第一连杆CF、第二连杆DE，F为第一连杆CF的前端，C(c_x，c_y)为第一连杆CF的后端，D(d_x，d_y)为第二连杆DE的后端，E为第二连杆DE的前端，O₂(x，y)为第一CF连杆和第二连杆DE的交点；以A点为坐标原点，A(a_x，a_y)为抛物线y＝-x²/1700的顶点，C(c_x，c_y)、E在抛物线y＝-x²/1700上，水平方向为X轴，垂直方向为Y轴，直线AB方向为垂直方向，即A(a_x，a_y)，B(b_x，b_y)，C(c_x，c_y)，D(d_x，d_y)，O₁(o_x，o_y)的坐标已知，根据约束条件求得E(x₁，y₁)、O₂(x，y)和F(x₂，y₂)，所述约束条件为：

①L_AD＝L_DE；

② $L_{{\mathrm{DO}}_1}+L_{{\mathrm{CO}}_1}=L_{{\mathrm{DO}}_2}+L_{{\mathrm{CO}}_2};$

③AB//CD//EF；

E、O₂、F的坐标的求解过程如下：

步骤1：根据条件L_AD＝L_DE，E点在抛物线y＝-x²/1700上联立两非线性方程式：

$\left\{\begin{array}{c}{(x_1-d_x)}^2+{(y_1-d_y)}^2={(a_x-d_x)}^2+{(a_y-d_y)}^2\\ y_1=-x_1^2/1700\end{array}\right.$

式中，a_x、a_y、d_x、d_y为已知量，故E的坐标y₁、x₁可由上面两式求解得；

步骤2：根据条件

且D，E，O₂在同一直线上联立两方程式：

$\left\{\begin{array}{c}\sqrt{{(x-d_x)}^2+{(y-d_y)}^2}+\sqrt{{(x-c_x)}^2+{(y-c_y)}^2}=\\ \sqrt{{(o_x-d_x)}^2+{(o_y-d_y)}^2}+\sqrt{{(o_x-c_x)}^2+{(o_y-c_y)}^2}\\ \frac{y-d_y}{x-d_x}=\frac{y-y_1}{x-x_1}\end{array}\right.$

式中，d_x、d_y、c_x、c_y、o_x、o_y、y₁、x₁为已知量，故O₂的坐标x、y可由上面两式求解得；

步骤3：根据条件AB//CD//EF，且C，O₂，F在同一直线上联立两方程式：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_2=x_1\\ \frac{y-x_y}{x-c_x}=\frac{y-y_2}{x-x_2}\end{array}\right.$

式中，x、y、x₁、c_x、c_y为已知量，故F的坐标x₂、y₂由上面两式求解得；

依次类推，桁架机构展开时，根据已知铰接单元的第一连杆和第二连杆的前后端以及交点坐标，依次求得相邻前部铰接单元的第一连杆和第二连杆的未知的两个端点和交点坐标。

2.如权利要求1所述的全自动汽车遮阳装置，其特征在于：在所述铰接单元中，中部铰接点到第一连杆下端的长度等于中部铰接点到第二连杆下端的长度。

3.如权利要求2所述的全自动汽车遮阳装置，其特征在于：所述遮阳布以百叶窗的形式逐一固定在桁架机构的连杆上。

4.如权利要求1或2所述的全自动汽车遮阳装置，其特征在于：与底座连接的铰接单元的第二连杆与移动柱销固定连接，所述底座上设有滑轨，所述移动柱销安装在滑块上，所述滑块安装在滑轨内，所述滑块与齿条固定连接，所述齿条与齿轮啮合，所述齿轮与减速机构连接，所述减速机构与可正反转的驱动电机连接，所述驱动电机和减速机构固定在底座上；所述两侧的两套桁架机构的驱动机构的齿轮同轴连接。

5.如权利要求4所述的全自动汽车遮阳装置，其特征在于：在所述桁架机构的连杆之间的铰接点安装扭簧。

6.如权利要求5所述的全自动汽车遮阳装置，其特征在于：所述桁架机构下方设有用以防止刮花汽车表面的柔性保护层。

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