新型電子后視鏡(CMS)攝像機探析

付紅強 付兵凱

(上海豫興電子科技有限公司，上海，201702)

電子后視鏡(Camera-monitor System，簡稱CMS)是采用攝像機、監視器系統取代汽車玻璃后視鏡的安全件，通過攝像頭進行圖像采集，再通過算法進行圖像處理。相較于傳統后視鏡，CMS的體積更小、視角更靈活、更能夠適應可見度較低的環境狀況。CMS在國外的研發歷史已經超過30年，一些卡車制造企業如戴姆勒卡車已經推出了第2代電子后視鏡。

在我國，GB 15084《機動車輛間接視野裝置性能和安裝要求》將在2022年底或2023年初頒布。該標準的正式頒布，意味著裝配CMS取代玻璃后視鏡的合法性，主機廠在新車型申報公告時就可以有傳統玻璃后視鏡和CMS 2種選擇。

1 新型CMS攝像機探析背景及目的

不同于現有車載攝像機，CMS攝像機的安裝空間非常狹小，是一個壽命要求長達8年的安全件。同時，CMS攝像機防水等級為IP6K9K，意味著攝像機的密封要求非常高。高密封性再加上惡劣工況，讓CMS攝像機內部長期處于高溫、高壓狀態，極易導致CMS攝像機的氣密失效，在CMS生命周期內監視器的影像質量持續下降，從而影響行車安全。

因此，設計一款不同于現有高端車載攝像機，采用充氮氣工藝降低內外壓差、保證8年生命周期內圖像質量持續穩定的新型CMS攝像機是本文探析的目的。

2 新型CMS攝像機的設計背景及解決方案

2.1車(船)電器系統進水主要途徑

(1)依靠水的重力滲入電器模塊，或通過插接件、線束內聯點、線束搭鐵點間接滲入電器模塊中。

(2)由于虹吸現象，使水分子通過多股銅導線之間的縫隙進入電器模塊。虹吸現象是指液體在分子間引力和大氣壓力的作用下，通過曲管流向位置較高的液面，再向下流入較低液面的現象，如圖1所示。在車(船)上，電器模塊工作時內部升溫，停止工作溫度降低時，內部壓力減小，此時在壓差的作用下，水分子通過密封不良的多股導線的縫隙，滲入電器模塊，引起電器故障。

圖1 虹吸現象原理示意圖

2.2雙氣室設計解決內外壓差

2.2.1現有車載攝像機存在的問題(1)攝像機長時間、持續工作后內部溫度急劇上升，產生的壓力無法排出而形成內高壓，對攝像機密封膠墊、電路板等形成反復壓力，加劇老化，影響密封性。

(2)內高壓長時存在，會從多股線束空隙往外排，線束包裹層微孔薄弱部位形成鼓包穿透、或者在連接頭壓迫密封件排出氣體。冷卻時腔體形成負壓，進而從破損處吸入大量水氣，對腔體內電器部分造成損壞。

(3)國內攝像機組裝大多在平原低海拔地區組裝密封，密封時內部壓力已經恒定，不能隨著外部空氣壓力而改變。中國地域遼闊，溫差、氣候變化大，在高海拔地區空氣壓力小，溫差大，攝像機長期在這種內外壓差大的環境工作，會導致攝像機性能下降和縮短使用壽命。

(4)生產組裝時的空氣水分因為腔體密封，工作時高溫高壓無法排出，在腔體內部形成掛壁薄霧，彌散在鏡頭內部影響畫質，造成影像模糊。

(5)反復的高溫霧化水汽附著在鏡頭內部玻璃，會在鏡頭玻璃形成水汽干結污染層，加速鍍膜層脫落，造成畫質下降壽命縮短，不能滿足車(船)使用年限。

(6)攝像機內部反復壓力會給電路板帶來微量畸變，鏡頭和sensor軸心點會產生偏移，出現失焦、部分區域畫質模糊，電器元件也會加速老化。

2.2.2解決方案

基于以上現有車載攝像機存在的問題，設計了雙氣室攝像機(圖2)。該攝像機既能散熱、防水、透氣，還設計有平衡壓差的雙氣室交換機構，防止在高海拔、溫差驟變引起的設備壓差強交換帶來的裝置失效。

圖2 雙氣室攝像機構

利用攝像機原有艙室增加排氣裝置，攝像機工作會產生熱量，熱量會帶來壓力增大，此時防水透氣膜制作的透氣閥，把電器元件產生的高溫、高壓氣體排到第二艙室，經過第二艙室緩沖的高壓與外部空氣交互平衡壓差，保持第一、第二艙室與外界大氣壓力一致；在攝像機停止工作時，第一艙室逐漸冷卻并降壓，此時會通過第二艙室與外界空氣交互平衡壓差不致形成負壓真空。

防水透氣膜具有獨特的透氣功能，能隨著壓力的變化進行氣體互換，保持攝像機工作環境與外界空氣壓力一致，從而減小密封件、電器元件的壓力，增強設備穩定性，延長產品的使用壽命。

2.3 EC鏡片降強光、加熱

2.3.1現有問題

汽車行駛環境復雜，大燈強光會造成攝像機炫光。雖然在sensor選型和軟件圖像算法都進行了很好的處理，但還是不能完全滿足用戶需求。

攝像機內部工作溫度大多在50~70 ℃左右，在外界環境溫度低于0 ℃時，組件因為密封，組裝時封閉在腔體內空氣中水分會液化，沾附在內層玻璃產生薄霧，造成圖像模糊。此外，灰塵、雨水對攝像機鏡頭帶來的影響也不容小覷，鏡片結構設計和材料應用能有效降低污染，達到自清潔目的。

2.3.2解決方案

鏡頭防護采用凸起的電致變色EC鏡片(圖3)，外表鍍疏水膜、抗炫光膜，遇到強光時通過感光電阻給到ECU控制，會自動降低鏡片通光量，消除強光帶來的炫光。

圖3 鏡頭防護用EC鏡片

溫度感應電阻會感知外界溫度并自動加熱，能有效消除攝像機內熱和外部低溫的平衡，消除外部水霧凝結掛壁現象。玻璃表面的水膜淡化蒸發，消除水膜帶來的圖像變形。

2.4防水結構設計

2.4.1現有問題

單純的膠墊設計作為密封裝置，長年累月因為振動和金屬應力變化，會出現密封不嚴的現象，容易引發透氣、進水。

增加液體膠固封干結等于做了雙密封設計，液體膠干結后為軟性膠體，金屬發生應力變化，或者螺絲輕微松動都不會產生漏氣進水。

2.4.2解決方案

圖4所示是一種防水攝像機結構，采用了特殊的羽毛球型結構設計，灌封液體膠固化后形成特殊形態。同時，多折曲線設計也阻止了內外空氣、水氣的交互。

圖4 防水攝像機結構

2.5外形設計

2.5.1現有問題

原有車(船)載攝像機設計大多都是通過膠條密封，或者內部灌膠方法密封，但鏡頭在使用后還是會出現水霧、打膠密封帶來散熱不通暢等問題，使用壽命下降。

2.5.2解決方案

新型攝像機的外形設計(圖5)在解決攝像機排氣、平衡壓差、防水密封方面，做了精細設計，可以顯著提升攝像機的使用安全，并延長其使用壽命。

圖5 攝像機整體外形設計

3 結論

CMS攝像機創新點如下：

(1)攝像機內腔與外界的防水、透氣、平衡壓差技術。

(2)雙氣室緩沖壓差設計原理。

(3)溫度感應、光感電阻、鍍疏水膜與電致鏡的綜合應用，加熱、降強光、疏水。

(4)EC電致鏡凸起設計，增強抗沖擊強度保護，對攝像機鏡頭雙重保護。

(5)EC電致鏡+第一艙室+第二艙室組件之間密封圈、液體膠雙密封設計。