方瑞蓮　蘇通　左明方　區(qū)圣鋒　闞鈞宇

摘 要：目前我國市面上部分中、低檔汽車未配置智能關窗功能，而在車主離開車子鎖門卻忘記關好車窗的例子有不少，如果遇雨水天氣就會遭遇車內(nèi)被淋的現(xiàn)象?！案袘捷o助關窗系統(tǒng)”是借助車子配置有電動車窗的基礎上，由傳感器采集信號給控制器，然后由控制器接通車窗電路而自動關窗，從而降低汽車電器電路故障的幾率。

關鍵詞：電動車窗 雨水感應 輔助關窗

中圖分類號：TN710 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）02（c）-0087-02

自從20世紀80年代以來，汽車發(fā)展開始朝著電子化、智能化的方向發(fā)展了。到了現(xiàn)代，人類已不滿足于汽車現(xiàn)有的傳統(tǒng)簡單功能，人們逐漸淘汰了純機械式汽車，慢慢朝著智能化發(fā)展了。

現(xiàn)在，人們對汽車有了更高的要求，那就是智能汽車。智能汽車已經(jīng)是世界汽車發(fā)展的新潮流，是汽車科技發(fā)展的風向標。

1 基本現(xiàn)狀

汽車車窗系統(tǒng)在汽車電氣設備中是必不可少的。在不需要開空調(diào)的天氣條件下，它可以給車內(nèi)通風，調(diào)節(jié)車內(nèi)溫度。可以使車內(nèi)人員的視野大幅增加，也可以防止雨水側(cè)刮進汽車內(nèi)。而當駕駛員把汽車停在露天環(huán)境的停車場，為了保證車內(nèi)空氣流通而使關閉的車窗保持一道縫隙。如果下起了雨，雨水就可能會被風刮進汽車內(nèi)，會對車內(nèi)的電子設備及內(nèi)飾、座椅等設備造成破壞。還有些車主喜歡自己沖洗愛車。而有的車主在自己沖洗愛車之前忘記關車窗，導致出現(xiàn)了把水沖進駕駛室的尷尬局面。針對這些現(xiàn)象，我們設計了在車子上安裝相應傳感器，通過傳感器采集雨水信號、車窗未關信號等傳給控制器，由控制器接通車窗關閉電路，從而實現(xiàn)“雨天感應輔助關窗”功能，避免此類車子因車主停車時疏忽未好車窗而車內(nèi)被淋的狀況。雖然此設計涉及汽車智能化的深度較小，但也融于現(xiàn)代汽車智能化發(fā)展的潮流之中，也能為推動汽車智能化事業(yè)的發(fā)展盡一股綿薄之力。

2 感應關窗系統(tǒng)的研究

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成

感應式自動關窗系統(tǒng)由兩大系統(tǒng)組成。一是汽車原有的電動車窗升降系統(tǒng)，二是感應控制系統(tǒng)。電動車窗升降系統(tǒng)主要是由控制電路，門窗升降器組成。感應控制系統(tǒng)由傳感器，繼電器組成。

設計的結(jié)構(gòu)不改變原有的車窗舉升器電路，在原有電路控制的電動機上直接加裝設計的電路，通過傳感器觸發(fā)繼電器形成控制電路，原有的電路則為工作電路。而且控制電路在車內(nèi)有乘客的情況下可以斷路，不會觸發(fā)控制電路工作，不影響汽車駕駛員及乘客的自主操作，也不會使駕駛室車窗和其他座車窗控制電路發(fā)生故障，不會影響原有電路下車窗舉升器的使用。

2.2 元器件的選用

2.2.1 電源

通常來說，車窗中舉升器普遍的工作電壓為12V，確定我們要用12V的電源，所以選用電源的規(guī)格是輸出電壓12V，其最大電流8A。也就決定了整個工作電路中的電壓最大不超過8A。

2.2.2 繼電器

繼電器種類繁多，電動轎車采用電磁繼電器。電磁繼電器的工作原理是利用電磁原理，通入電流使繼電器中的鐵芯產(chǎn)生磁場，進而吸合鐵芯上方的鐵片或其他受磁力影響的物體，接通或關閉工作電路。根據(jù)工況確定使用12V5腳常開常閉通用繼電器。

2.2.3 車窗舉升器

因為電源的原因，車窗舉升器的額定工作電壓應為12V，應該采用額定電壓12V的電動車窗舉升器，額定負載80～120N，確定最大電流。

2.2.4 熱變阻器

通過計算確定電源最大輸出功率，電路中的額定功率最大為12V×8A=96W，所以熱變阻器的功率應該在100W左右。需要測定的電阻值范圍12V÷1.2A=10Ω，12V÷0.2A=60Ω。電阻要在10～60Ω。所以要選擇的熱變阻器阻值與功率的范圍就確定了。熱變阻器在電路中起到的是短時斷路的作用，汽車車窗電路中電流電路不高，因此熱變阻器的靈敏度不宜過大。

2.2.5 傳感器

現(xiàn)在普遍應用的主要是光學式傳感器和電容式傳感器這兩種主流傳感器。電容式傳感器，它工作的原理主要是利用水的介電常數(shù)和玻璃的介電常數(shù)有非常大的差異，水的介電常數(shù)是80，玻璃的介電常數(shù)是2。我們平時比較常用的辦法是在汽車擋風玻璃的內(nèi)、外層之間平行安裝兩個體積很小金屬極板，并且使其中一組金屬極板相交錯，不能觸碰到別的金屬極板。當外界天氣晴朗，擋風玻璃沒有沾到雨水的時候，擋風玻璃外表面和每組金屬極板之間就形成了電介質(zhì)空間。當外界處于下雨狀態(tài)，汽車擋風玻璃沾到雨水的時候，汽車擋風玻璃間沾到的雨水量的差異，擋風玻璃的介電常數(shù)就會發(fā)生變化，雨水就觸發(fā)了傳感器并使其工作。可以將傳感器安裝在汽車玻璃的內(nèi)表面，雖然傳感器的靈敏程度會有所下降，但是由于玻璃與水的介電常數(shù)差異非常大，不會影響其使用效果。還有一種傳感器的工作原理利用光線的折射工作的，叫光學傳感器。光學傳感器的工作原理是其中內(nèi)置一個發(fā)光二極管，發(fā)光二極管發(fā)出一束錐形光線穿過汽車擋風玻璃。當外界沒有下雨，汽車擋風玻璃沒有沾到雨水的時候，玻璃介質(zhì)會把絕大部分的光線反射到光學傳感器上，當外界下雨的時候，擋風玻璃上會有雨水滑落，部分光線的反射會發(fā)生變化，這就使光學傳感器接收到光的總量會發(fā)生改變。這就是光學傳感器的工作原理。

決定采用的是電容傳感器中的非接觸式液體傳感器，PNP常閉輸出。它擁有體積小、成本低、靈敏度高、易于操作等特點。選用的電源電壓應為12V，所以傳感器的工作電壓不能小于12V。選用的傳感器規(guī)格為輸入電壓5～24V，額定電流5～100mA，輸出電壓等于供電電壓。

2.2.6 導線

選用的導線在長度為10m時的電阻值為0.6Ω，試驗中使用的最長的長度為1.0m。0.625÷10m=0.06Ω，1.0m×0.06Ω=0.06Ω，在實際中電路中的阻值還要根據(jù)電線長度來確定。

2.3 傳感器的工作原理

采用的傳感器是非接觸式液體傳感器。其采用的是先進的信號處理技術及高速信號處理芯片，可以檢測到厚壁容器內(nèi)的液體。滿足在汽車內(nèi)部玻璃上檢測到雨水的條件。這樣可以避免強酸、強堿或者具有強腐蝕性的液體損壞傳感器表面。非接觸式液體傳感器是利用水的感應電容來檢測是否有液體的存在，感應器沒有接觸到液體或裝有液體的容器時，感應器上有分布電容的存在，此時對地感應的狀態(tài)為靜態(tài)電容，當有水或其他液體存在時，由于液體的導電性，使感應器的電容值增大，變化的電容量轉(zhuǎn)化為電信號的變化量，當電信號的變化量超過一定值，傳感器便會被激發(fā)，輸出信號。

具體連接方法是傳感器總線連接電源正極，藍線和黑線共同接在滑動變阻器1的一端，另一端接在電源負極，黃線接在繼電器線圈一端，繼電器另一端接入一個滑動變阻器2之后再由滑動變阻器2的另一端接入電源負極。此為控制電路。繼電器的兩個常開接頭則連接車窗舉升器電動機。傳感器由電源獨立供電。汽車使用時關閉其電源。駐車后才會啟動電源。

2.4 感應式自動關窗系統(tǒng)的工作原理

電動車窗由控制電路、車窗舉升器組成。主要組成部分是電源、斷路器、繼電器、開關、電動機等。操作車窗升降的有駕駛員和乘客。駕駛員不僅可以操控駕駛位的車窗，也可以操控副駕駛及后排乘客的車窗。而副駕駛及乘客只能操作自己的座位那一側(cè)的車窗。

比如副駕駛車窗的控制。當駕駛員控制時，開關5因鑰匙的轉(zhuǎn)動而閉合。傳感器電路不會接通。駕駛員按下主開關（也就是駕駛位的總開關，下同）時，電路中電流的方向是電源正極→主開關→副駕駛開關左觸點→舉升器電動機→斷路器→副駕駛開關右觸點→主開關→搭鐵→電源負極，就形成了完整電路。該電路中電流的方向使舉升器電動機正轉(zhuǎn)，車窗上升。當車窗下降時，駕駛員按下主開關的下降位置，電路中的電流與之前的方向相反，使電動機反轉(zhuǎn)，車窗下降。而副駕駛操作時，按下車窗上升開關，電路中電流的方向是電源正極→副駕駛開關左觸點→舉升器電動機→斷路器→副駕駛開關右觸點→搭鐵→電源負極，形成完整電路，車窗上升。當車窗下降時，副駕駛按下開關上的下降開關，電路中電流方向與之前的相反，使電動機反轉(zhuǎn)，車窗下降。二極管是為了防止電源正極電流直接流入傳感器的黃色導線。

如果駐車后遇到下雨天而車窗未關緊這種情況時，上述的電路就起作用了。當駕駛員離開汽車時，鑰匙拔出，開關5斷開，繼電器1是常閉型，此時吸合，同時，繼電器3為常開型，此時斷路，防止開關1和開關3所連接的導線形成短路。傳感器電路接通，當傳感器檢測到落在擋風玻璃上的雨水時，傳感器感應到液體，便會輸出信號，繼電器2為常開型，此時吸合，而繼電器控制著舉升器電動機。只要讓電流的方向使電動機正轉(zhuǎn)，車窗便會升起。

3 結(jié)語

可以想象，如果本次設計的成果可以用到實際生活當中去，在使用汽車時會更加方便，更人性化。使用感應式自動車窗的車主就不用擔心下雨會淋濕駕駛艙內(nèi)的問題了。免去了很多因個人的疏忽而導致眾多煩心事的發(fā)生。并且，在汽車智能化不斷發(fā)展的今天，智能車窗必定是一個不可不提的內(nèi)容，智能車窗對汽車用戶對汽車智能化的體驗來說是非常重要的，應該可以算是最基礎的硬件要求。

參考文獻

[1] 古永棋，張偉.汽車電器及電子設備[M].重慶：重慶大學出版社，1999.

[2] 俞阿龍.傳感器原理及其應用[M].南京：南京大學出版社，2010.

[3] 黃俊輝，張南峰.汽車電氣及車身電控技術[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[4] 婁云.汽車電氣[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[5] 毛峰.汽車電氣設備與維修[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[6] 付百學.汽車電器與電子技術[M].北京：人民交通出版社，2005.