基于傳感器技術(shù)的汽車擋風(fēng)玻璃防霧系統(tǒng)在商用車上的應(yīng)用研究

李紅 何玉軍

摘要：對汽車擋風(fēng)玻璃形成霧的主要原因進行了闡述，介紹了一種智能自動型防霧系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)在商用車上的應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：汽車擋風(fēng)玻璃；防霧系統(tǒng)；傳感器

中圖分類號：U463.83+5 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1005-2550（2012）02-0016-04

The Research of Application of Sensor about Windshields

Frogproof System on the Commercial Vehicle

LI Hong，HE Yu-Jun

（Dongfeng Commerical Vehicle Technical Center of DFL，Wuhan 430056，China）

Abstract: The principle of vehicle windshield how to bring fog is presented.The intelligent automatic windshields frogproof system for commercial vehicle is detailed described.

Key words: vehicle windshield； frogproof system；sensor

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展， 2010年我國汽車的銷售量已經(jīng)突破1 000萬輛，但是在我國汽車工業(yè)高速發(fā)展給人們帶來方便和歡樂的同時，隱患也隨之而來。2007年我國共發(fā)生道路交通事故327 209起，造成81 649人死亡，380 442人受傷，直接財產(chǎn)損失12億元，這樣的道路事故發(fā)生率遠遠超過了西方發(fā)達國家的平均水平，而在上面的道路事故發(fā)生的起因中，有相當(dāng)一部分事故的發(fā)生是因為在冬天或者下雨天的時候，由于擋風(fēng)玻璃出現(xiàn)霧氣造成司機視線模糊不清，從而引發(fā)了道路事故。因此國內(nèi)外學(xué)者和組織對擋風(fēng)玻璃防霧的研究越來越多。

雖然現(xiàn)在有很多車都具備了“除霧擋”按鈕，對于用戶來說，直接使用這個除霧擋來除霧看起來似乎是一件很簡單的事情，但是事實上很多駕駛者根本不清楚汽車什么時候起霧，什么時候需要除霧，而什么時候又不需要除霧而可以關(guān)閉除霧擋的按鈕，往往用戶們會在不適當(dāng)?shù)臅r候，來不及去啟動除霧的功能，又或者當(dāng)汽車不需要除霧的時候，駕駛者們還繼續(xù)運行著汽車空調(diào)系統(tǒng)進行除霧，大大浪費了能源的消耗，這時候就需要一個智能自動除霧系統(tǒng)來幫助駕駛員確定除霧的必要性和時間，自動除霧系統(tǒng)不單單是對車內(nèi)人員的生命有了一個保障，而且節(jié)省了汽車能源的消耗，在節(jié)省油耗方面起到了不可磨滅的作用。

現(xiàn)今，在很多新型的乘用車比如2007 Acura MDX、VolvoS80、Audi A8、S8、BMW3、5、6等車型，都已經(jīng)開始使用一種智能自動的基于傳感器技術(shù)的汽車擋風(fēng)玻璃防霧系統(tǒng)。本文主要對這項技術(shù)在商用車上的應(yīng)用作一定的研究。

1 擋風(fēng)玻璃形成霧的原因分析

在解釋擋風(fēng)玻璃起霧的成因之前，先從空氣中的水蒸氣、相對濕度和露點的概念說起，畢竟，這是擋風(fēng)玻璃霧氣形成的最基本原因。

在一個給定的溫度環(huán)境下，空氣所能承受的水蒸氣的壓力是一定的，越高的溫度， 大氣能承受水蒸氣的壓力就越大，水汽就越不容易達到飽和氣壓，相反，越低的溫度，水汽就越容易達到飽和，越容易形成露水。

相對濕度是指空氣中實際所含水蒸氣密度和同溫度下飽和水蒸氣密度的百分比值，空氣的相對濕度程度與空氣中所含有的水汽量接近飽和的程度有關(guān)，與空氣中含有水汽的絕對量卻無直接關(guān)系，當(dāng)達到了100% 相對濕度的時候，我們稱之為達到了飽和，如果再增加水份進去，空氣就會超飽和，從而形成水滴。

露點溫度是指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時的溫度。形象地說，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r候的溫度叫露點溫度。

因此，當(dāng)大氣中的水份達到了飽和狀態(tài)后，附在塵土上面就形成水滴或者霧氣，附在清晨的草和植物上面就形成了露水，附在玻璃上面就形成了所謂的霧，這都是因為空氣中的露點溫度很高，空氣中的濕度遇到了冰冷的固體后形成了飽和狀態(tài)。

擋風(fēng)玻璃上面形成霧的最主要原因是擋風(fēng)玻璃的溫度下降并低于了車廂內(nèi)空氣的露點溫度。此現(xiàn)象的產(chǎn)生一方面可以是因為車廂內(nèi)空氣濕度的增加，從而增加了露點的溫度，也可以是因為擋風(fēng)玻璃溫度的持續(xù)下降而使擋風(fēng)玻璃起霧。

下面舉例分析一下?lián)躏L(fēng)玻璃起霧的成因：

（1）在清晨的時候，車廂內(nèi)有部分的濕氣，并且在外部溫度相當(dāng)?shù)偷那闆r下， 擋風(fēng)玻璃的溫度低于了車廂內(nèi)的露點溫度，使擋風(fēng)玻璃起霧。

（2）在車輛起動后，因為車廂內(nèi)乘客的呼吸、流汗，又或者乘客剛洗浴完，從雨里或者雪里面進入車廂等等原因增加了車廂內(nèi)的相對濕度，從而使車廂內(nèi)的露點溫度增加，高于了擋風(fēng)玻璃的溫度，使擋風(fēng)玻璃起霧。

（3）在周圍氣溫比較高的環(huán)境下，突然天空下起了大雨，從而降低了擋風(fēng)玻璃的溫度，當(dāng)擋風(fēng)玻璃的溫度低于車廂內(nèi)的露點溫度時，擋風(fēng)玻璃起霧。

（4）在車廂里面乘客因為呼吸等原因產(chǎn)生穩(wěn)定水蒸氣的過程中，汽車駛進了一個寒冷的山洞環(huán)境下，擋風(fēng)玻璃的溫度降低，低于了車廂內(nèi)的露點溫度，使擋風(fēng)玻璃起霧。

（5）在亞熱帶或者高濕的環(huán)境下，空氣中的相對濕度相當(dāng)?shù)母撸管噹锩娴穆饵c溫度很高，高于了擋風(fēng)玻璃的溫度，使擋風(fēng)玻璃起霧。

2 自動防霧系統(tǒng)在商用車的應(yīng)用研究

前面提到了擋風(fēng)玻璃上面形成霧的最主要原因是擋風(fēng)玻璃的溫度下降并低于了車廂內(nèi)空氣的露點溫度，所以測量和計算的兩大參數(shù)量就是擋風(fēng)玻璃的溫度和車廂內(nèi)的露點溫度。

總體來說， 自動防霧系統(tǒng)包括了三大部分：參數(shù)測量輸入、參數(shù)計算分析和除霧控制。

2.1 參數(shù)測量輸入

為了分析起霧的條件，有三個參數(shù)量是需要測量的，一個是擋風(fēng)玻璃的溫度，還有車廂內(nèi)同一點的相對濕度和溫度，用于計算車廂內(nèi)的露點溫度。現(xiàn)在已有些成熟的傳感器模塊可以緊貼在商用車的擋風(fēng)玻璃上面（見圖1），模塊里面包含了可以測量擋風(fēng)玻璃的溫度傳感器以及測量車廂內(nèi)同一點的溫度和濕度傳感器，通過這些傳感器，實時監(jiān)控了引起起霧發(fā)生的這三大物理量，從而傳送給空調(diào)MCU系統(tǒng)進行分析和計算。

2.2 參數(shù)計算分析

測量得到的擋風(fēng)玻璃的溫度以及車廂內(nèi)同一點相對濕度和溫度的數(shù)據(jù)，送給空調(diào)MCU系統(tǒng)。中央控制器會對數(shù)據(jù)進行分析和比較，首先是把車廂里同一點相對濕度和溫度的數(shù)據(jù)通過一系列公式計算出車廂內(nèi)的露點溫度。然后通過比較露點溫度和擋風(fēng)玻璃的溫度來判定擋風(fēng)玻璃是否起霧。我們用Td來表示露點的溫度，Tws來表示擋風(fēng)玻璃的溫度。Δ 來表示安全系數(shù)。

判斷：當(dāng)Td+ΔTd+Δ≥Tws時，擋風(fēng)玻璃有可能起霧（處于高危起霧區(qū)，除霧控制開始除霧）。

從圖2中可以看出，在使用智能自動除霧系統(tǒng)的時候， 因為剛開始（1~2分鐘）的時候，車廂的擋風(fēng)玻璃溫度偏低， 而車廂內(nèi)由于幾個人的呼吸使車廂內(nèi)的相對濕度不斷的升高，從而車廂內(nèi)的露點溫度也相對升高。當(dāng)露點溫度慢慢接近擋風(fēng)玻璃的溫度的時候，我們可以看見，擋風(fēng)玻璃上面逐漸開始有霧的出現(xiàn)，這時候如果我們不采取任何措施，擋風(fēng)玻璃上面的霧會越來越多，并完全擋住駕駛員的視野，這在道路運行中是相當(dāng)危險的。這時候就要自動打開除霧系統(tǒng)，當(dāng)自動打開除霧系統(tǒng)后，從圖2中（時間3~5分鐘的時間段）我們可以看見，擋風(fēng)玻璃的溫度開始升高，而且車廂內(nèi)的露點溫度逐漸從上升轉(zhuǎn)向了下降，并且越來越遠離擋風(fēng)玻璃的溫度，這時候車廂擋風(fēng)玻璃上面的霧也就會迅速的消失。

由于要在擋風(fēng)玻璃起霧之前提前運作除霧系統(tǒng)，所以先設(shè)定一個安全系數(shù)Δ，當(dāng)露點溫度接近擋風(fēng)玻璃的溫度的時候，也就是當(dāng)Td+Δ≥Tws擋風(fēng)玻璃處于高危起霧區(qū)，這時候就要把除霧控制系統(tǒng)打開，開始除霧；當(dāng)露點溫度與擋風(fēng)玻璃的溫度差距到一定的數(shù)值時候，也就是當(dāng)Td+Δ

在空調(diào)MCU系統(tǒng)判斷需要進行除霧以后，通常有下面幾大方法除去擋風(fēng)玻璃上面出現(xiàn)的霧氣。

（1）當(dāng)車廂內(nèi)的相對濕度很高的時候，保持良好的通風(fēng)，使車外干燥的空氣和車廂內(nèi)潮濕的空氣進行交換，降低車廂內(nèi)的相對濕度從而降低車廂內(nèi)的露點溫度。

（2）直接對車廂擋風(fēng)玻璃開始加熱，使車廂擋風(fēng)玻璃的溫度升高，并高過車廂內(nèi)的露點溫度，或者加速擋風(fēng)玻璃前面空氣的流動，從而降低擋風(fēng)玻璃前面的相對濕度。

（3）打開車內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)并設(shè)置成外循環(huán)，壓縮機會打開，使車廂的相對濕度迅速降低，此時車廂內(nèi)的露點溫度就會降低，低過車廂擋風(fēng)玻璃的溫度。

3 自動防霧系統(tǒng)對油耗所起的貢獻

隨著全球經(jīng)濟的高速發(fā)展和油價的不斷飆升，能源和環(huán)境問題日益突出，節(jié)約能源、保護環(huán)境已成為世界各國共同面臨的重大挑戰(zhàn)，目前我國平均油耗比發(fā)達國家高50%，所以怎樣盡一切的方法來提高效率，是當(dāng)今現(xiàn)代汽車迫不及待需要解決的問題。

在歐洲，當(dāng)溫度小于12度，車廂內(nèi)相對濕度大于80%的時候，汽車的空調(diào)系統(tǒng)就應(yīng)該開始除霧。通過統(tǒng)計，每年有上億噸的燃油使用在了空調(diào)除霧上面。如一般汽車空調(diào)的功率8~10千瓦，汽車的發(fā)動機100千瓦，時速百公里消耗了40升油，那么空調(diào)就耗油差不多4升，如果有效利用空調(diào)的自動除霧系統(tǒng)，每有效利用一個小時，就可以節(jié)省4升的油。

所以，自動防霧系統(tǒng)能夠更有效率、更充分地發(fā)揮汽車空調(diào)系統(tǒng)的除霧功能，在真正有必要除霧的條件下進行智能除霧，大大提高了汽車的功能，節(jié)約了能源，降低了消耗。

4 結(jié)論

通過測量駕駛室擋風(fēng)玻璃溫度和車廂內(nèi)濕度的自動防霧系統(tǒng)，在擋風(fēng)玻璃起霧前，提前智能地通知汽車空調(diào)系統(tǒng)和駕駛者，控制除霧系統(tǒng)開始自動除霧，使車廂內(nèi)的乘客避免處于危險的環(huán)境中，并在一個不會起霧的環(huán)境下自動關(guān)閉除霧系統(tǒng)，大大提高了汽車空調(diào)系統(tǒng)的使用效率，節(jié)約了能源的消耗。

參考文獻：

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