電子防眩目后視鏡原理

黃 珍，方瑞華，葛如海

(1.江蘇大學 汽車與交通工程學院，江蘇鎮江212013;2.上海干巷車鏡實業有限公司，上海201518)

后視鏡作為汽車駕駛員的一種安全輔助設施是很重要的，它的作用是觀察車后的狀況。但當汽車在夜間行駛時，后面尾隨車的前照燈光通過車內后視鏡反射到駕駛員的眼睛上，會對駕駛員產生眩目作用，輕則使駕駛員感到不舒適，重則使其對前方視野內物體的觀察能力減弱，甚至完全喪失，影響司機安全駕駛，電子防眩目后視鏡就是為消除這一危險而設計的。研究發現，眩目會使駕駛員的反應時間增加1.4 s。當汽車以96 km/h車速行駛的車輛，在有眩光時，平均制動距離為80 m，在無眩光時，平均制動距離為42 m，可大大縮短制動距離［1－4］，這對于夜間駕車來說是非常危險的，而電子防眩目后視鏡可以有效地解決駕駛員的眩光反應，保證了汽車夜間行駛的安全性。

1 汽車防眩目后視鏡的現狀

后視鏡是汽車上一個重要的安全零件，防眩目問題是后視鏡技術的一個重要研究方向。為了解決后視鏡的防眩目問題，科研人員在后視鏡設計上做了很多研究。目前汽車所采用的防眩目技術主要有兩種:①中低檔車多采用手動光學防眩目后視鏡棱鏡;②中高檔車一般采用電子防眩目后視鏡。棱鏡防眩目技術比較成熟，已普遍應用于生產，它的優點是結構簡單，價格便宜，基本上免維護［5］。棱鏡鏡片有兩個反射面(圖1)，主反射面鍍銀(反射率大于80%)，副反射面沒有鍍層(反射率小于7%)。當白天行車時，棱鏡處于Day位置，通過主反射面的反光成像觀察后面的物體。當夜間行車時，通過調節手柄(鏡面順時針轉過4°30')使棱鏡處于Night位置，此時通過副反射面的反光成像觀察后面的物體，因為副反射面反射率很低，可以大大消弱后面汽車前大燈的照射光，起到防眩目的作用。當然，這時候從鏡子上看到的后面物體也是很模糊的，所以當倒車時，必須要把后視鏡置于Day位置。利用后視鏡反射率測試儀測量棱鏡在Day Night位置時的反射率如圖2。

圖1 棱鏡鏡片結構Fig.1 Structure of prism’s mirror

圖2 棱鏡在白天和夜間的反射率對比Fig.2 Reflectivity contrast between day and night

采用棱鏡技術可以很好地解決后視鏡的防眩目問題，但棱鏡鏡片只有兩個反射面，只能通過手動調節提供高低不同的兩個反射率，無法根據入射光強度的變化自動的改變反射率。為了進一步解決后視鏡的防眩目問題，發明了電子防眩目后視鏡。電子防眩目后視鏡是在普通反射平面鏡上面放置一塊液晶屏或者電化層，而筆者設計的是通過電致變色降低鏡面反射率的方式來實現的。電致變色后視鏡，也稱 EC(Electro-Chromic)鏡，美國 Gentex公司和Magna Donnelly公司是這方面的佼佼者，特別是負責為通用汽車公司設計和生產后視鏡的美國密歇根州Gentex公司。臺灣在EC鏡技術上也有不錯的業績，臺灣力光科技有限公司以及坤輝公司都可以生產EC鏡。在中國國內汽車市場上EC鏡是剛剛發展起來的一種新型后視鏡，目前在一些中高檔汽車上已經將EC鏡作為選裝件向市場推廣。

2 EC鏡系統工作原理

EC鏡由一面特殊的鏡子和兩個光敏電阻及電子控制器組成［6］。兩個光敏電阻分別設置在后視鏡的前面及背面，分別接收汽車前面及后面射來的光線，控制器根據兩個傳感器的輸入信號，按預先制定的控制策略發出控制指令。在夜晚，當尾隨其汽車的大燈照射到后視鏡時，EC鏡上的光敏電阻測量入射光的強度，將這一個信號傳遞給控制電路，控制電路按照預先設定的控制策略發出控制指令，對EC鏡鏡片加載電壓，加載電壓后，EC鏡鏡片由原來的無色狀態變化為著色狀態，加載的電壓越高，EC鏡鏡片的顏色變化越深，后視鏡的反射率越低，可以由70%左右變化到10%左右，反射光的強度下降，此時即使再強的照射光照到后視鏡上，反射到駕駛員眼睛上都顯示暗光，不會耀眼，不會使駕駛員產生眩目感。當切斷電流時，EC鏡鏡片又從有色狀態變化為無色狀態。在白天，EC鏡鏡片處于無色狀態，反射率維持在70%左右。系統結構圖如圖3。

圖3 系統結構Fig.3 System structure

電子防眩目后視鏡固然能防眩目，但從車庫倒車出來時由于車后面的光線較強而車前光線弱，此時后視鏡如變暗就不利于倒車時看清車后情況，因此便設計成當汽車掛檔時能自動取消防眩目功能。

3 硬件電路設計

3.1 光敏電阻

光敏電阻是采用半導體材料制作，利用內光電效應工作的光電元件。它在光線作用下其阻值往往變小，這種現象稱為光導效應，因此，光敏電阻又稱為光導管。光敏電阻的電阻與光照強度有關，在黑暗環境下，它的阻值很高;當受到光照并且光輻射能量足夠大時，光導材料禁帶中的電子受到能量大于其禁帶寬度的光子激發，由價帶越過禁帶而躍遷到導帶，使其導帶的電子和價帶的空穴增加，電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降，光線愈強，阻值愈低［7］。入射光消失后，由光子激發產生的電子－空穴對將逐漸復合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復原值。光敏電阻的阻值在不受光照射時是受光照射時的100～1 000倍。

在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，受到適當波長的光線照射時，電流會隨光強的增加而變大，從而實現光電轉換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件。

用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常采用涂敷、噴涂、燒結等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，然后接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內，以免受潮影響其靈敏度。本電路選用硫化鎘(CdS)光敏電阻，如圖4。CdS光敏電阻反應速度快，靈敏度高、光譜特性好，具有很高的可靠性而且價格便宜。

圖4 CdS光敏電阻結構圖Fig.4 CdS photoresistor structure

3.2 三極管

三極管是電子電路中最重要的器件。三極管由兩個PN結構成，共用的一個電極成為三極管的基極(用字母b表示)。其他的兩個電極成為集電極(用字母c表示)和發射極(用字母e表示)。由于不同的組合方式，形成了一種是NPN型的三極管，另一種是PNP型的三極管［8］。結構如圖5。

圖5 三極管結構示意Fig.5 Transistor structure

三極管具有電流放大和開關作用，當三極管飽和時，UCE≈0，發射極與集電極之間如同一個開關的接通，其間電阻很小;當晶體管截止時，IC≈0，發射極與集電極之間如同一個開關的斷開，其間電阻很大，筆者利用三極管的開關作用控制是否給EC鏡鏡片加載電壓。

3.3 系統電路圖

系統采用直流電壓供電，經過穩壓電路后供電，不斷檢測身后后面和前面的光線強度并進行比較，根據比較結果判斷是否對EC鏡鏡片加載電壓，改變EC鏡鏡片的反射率。EC鏡控制電路如圖6。

圖6 EC鏡控制電路Fig.6 Control circuit of EC

4 EC鏡性能測試

標準規定，電子防眩目后視鏡未處于防眩目狀態時，內后視鏡反射率不低于55%，在鏡片處于最暗狀態時，要求反射率范圍在4% ～15%之間;就著色褪色時間要求，內后視鏡反射率從50%降低到15%的響應時間不大于6 s;反射率從15%上升到50%的響應時間不大于9 s。對EC鏡進行反射率、著色褪色時間進行測試，數據如表1。

表1 內后視鏡測試數據Table 1 Experimental data of the interior rear-view mirror

利用該控制電路設計的EC鏡，經實驗測試，符合標準要求，但由于EC鏡技術相對不成熟，用于生產實際，需要進一步研究。

5 結論

1)系統在試驗中運行穩定，能夠起到防眩目的作用。

2)與棱鏡相比，EC鏡技術使用方便且實現反射率的無級調節，能夠更好的進一步解決后視鏡的眩目問題，但EC鏡在國內起步相對較晚，成本較高，有待進一步的研究。

3)就市場而言，我國后視鏡市場有很大的潛力，研究EC鏡是適應市場發展變化的需要。

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