一種汽車智能前擋風玻璃調光控制系統的設計*

張紅黨 陳松 楊宏圖 張鳳嬌 王鑫

（1.常州機電職業技術學院；2.江蘇大學汽車與交通工程學院）

GB 7258—2017《機動車運行安全技術條件》規定，前擋風窗玻璃及風窗以外玻璃用于駕駛人視區部位的可見光透射比應大于等于70%。汽車玻璃的透光率一般為75%～80%，車膜的透光率要達到90%以上才能滿足要求[1]。從安全角度來說，深色的車膜會嚴重影響駕駛員的視線，尤其是在光線比較暗的時候，會帶來極大的安全隱患。隨著汽車玻璃功能的不斷升級和更新，不僅對于玻璃的品質要求越來越高，而且由于新技術導入而引發的質量問題也隨之而來[2]。因此，從視覺效果、人性化、智能化等角度考慮，設計一種汽車智能前擋風玻璃控制系統很有必要。

1 調光控制原理

該系統能自動調節變色玻璃的可見光透過率、避免刺激性光線入眼并且保護車內隱私；夜晚開車時，使得玻璃的透光率為100%，讓駕駛者的視野效果最佳[3]。在停車不使用時，系統將電致玻璃調至不透明狀態，竊賊即使打開車門也無法將汽車開走，此時這種調光玻璃還能起到防盜作用。

圖1 示出汽車智能前擋風玻璃控制系統調光控制原理圖。控制原理如下：1）將溫度信號、入射光強度信號、遠程遙控器的遠程控制信號發送給中央處理器；2）中央處理器將外部環境溫度信號、入射光強度信號與設定的溫度閾值和光強閾值進行比較，根據比較結果同時結合遠程控制信號，向控制器發送控制信號；3）中央處理器連接外部電源裝置并將外部電壓轉換為電致變色玻璃組件所需電壓和電流，向控制器發出控制信號，實現玻璃智能調光；4）中央處理器同時接收所述遠程鑰匙遙控器的遠程控制信號，根據所述比較結果以及遠程控制信號，向控制器發送控制信號，使得玻璃完全不透光，即便是車載防盜功能損壞，也無法開走汽車，增強了防盜功能。

圖1 汽車智能前擋風玻璃控制系統調光控制原理圖

為進一步方便人為控制，作為優選，所述電致變色玻璃組件中包括手動控制按鍵，中央處理器同時接收手動控制按鍵的控制信號，根據所述比較結果以及手動控制按鍵的控制信號，向控制器發送控制信號。手動控制按鍵一般有開、關2 種工作擋位，可實現手動調節玻璃完全透光。

2 調光控制系統的設計

該系統主要包括電致變色前擋風玻璃及框架組件、光敏傳感器、車外溫度傳感器、中央處理器、控制器、防盜ECU、車門遙控器、指示燈、車載網絡數據線、電源、安裝支架等。系統控制設計，如圖2 所示。

圖2 汽車智能前擋風玻璃控制系統設計圖

2.1 系統控制器設計

玻璃框架的作用是固定玻璃框架內的電致變色玻璃；溫度傳感器用于收集車外的溫度信號；光敏傳感器用于收集車外的入射光強度信號，同時針對現有多交變光場的光源一致性差、體積大、難集成的問題，采用一種單交變光場傳感器進行高精度光學位移測量[4]；控制器用于控制電致變色玻璃組件工作；防盜ECU 在防盜模式開啟時，給中央處理器提供一個防盜信號。車門遙控器的作用是在鎖車門時給防盜ECU 一個信號，同時給中央處理器提供一個開鎖或解鎖信號。

1）信號接收、信息的采集與傳遞。溫度傳感器和光敏傳感器分別對車外溫度和光線強度進行檢測，把信號傳輸給中央處理器，由控制器對電致玻璃進行供電，同時控制工作指示燈點亮。

2）信息傳輸。系統控制器依靠LIN 線接收中央處理器信號，實現數據的共享和傳輸。控制器可以通過CAN 網絡與儀表控制單元進行數據交換，未來可以利用儀表板指示燈等。

3）中央處理器設計。中央處理器數據設定包括傳感器閾值設定、門鎖信號的采集。通過傳感器傳回的數據與設定閾值對比做出相應計算并回應，若溫度傳感器和光敏傳感器達到某一設定閾值時，控制器通過存儲的數據與現時狀況數據綜合分析得出信息并迅速有效地將其反饋到顯示終端。中央處理器在正常狀態下檢測和處理數據，當出現以下2 種情況時做出相應操作：a.單一傳感器數據低于閾值失效，顯示該傳感器狀態；b.單一傳感器數據高于閾值時，發出控制信號。

4）數據處理。傳感器的數據傳到中央處理器，將通過所得數據和已設定數據計算輸出信號，并傳給系統控制器，控制器對電致玻璃進行控制，信號最終傳給顯示終端，同時控制工作指示燈點亮。

5）系統控制器設計。接收來自中央處理器的信號，控制電致玻璃電流大小，根據玻璃光透射比的閾值對電流做出調整。

6）顯示終端設計。顯示終端采用工作指示燈，正常狀態處于休眠狀態，當接收到中央控制器信號時喚醒控制此系統中的單片機，控制工作指示燈點亮。

7）電源設計。設備均采用獨立電源設計，電壓為12 V，以增強此系統的可靠性和獨立性。

2.2 電致玻璃設計

前擋風玻璃分為3 層，中間層是電致玻璃層，玻璃層從上到下主要有：玻璃或透明基底材料、透明導電層、電致變色層、離子傳導層、離子存儲層、透明導電層、玻璃或透明基底材料。工作時，通過電極在導電層施加電壓，使電致變色器件發生顏色變化，不同層數的電致變色器件可起到顏色疊加或互補的作用[5]。

2.3 系統控制策略

隨著調光控制技術的日趨成熟，可以采用多層結構的防反射玻璃，從功能化玻璃的角度考慮自清潔和能源效率[6]。系統控制器設計考慮發光強度的上位控制器架構，分別設計線性二次型調節器和模型預測控制器，并在以后的研究中分別進行仿真及實車測試[7]。

3 結論

文章設計的汽車智能前擋風玻璃調光控制系統能夠根據環境溫度和光線強度，對電致玻璃實施不同的電流控制，實現玻璃透射比在70%～100%范圍內智能調節，增強視線的清晰度，阻隔紫外線的射入。同時接收防盜ECU 信號和車門遙控器信號，對前擋風玻璃實行通電控制，控制電致玻璃顏色變深，可實現完全不透明，起到防盜作用。該系統的創新點在于前擋風玻璃智能化的設計，隨外部環境的變化調整玻璃透光率，緩解駕駛疲勞，保證行車安全，也為汽車智能前擋風玻璃產品的研發打下基礎。