盛玉藩 高昊天 王露穎

摘 要：本課題旨在解決汽車擋風(fēng)玻璃霧障的問題，擬利用適宜溫度的水對擋風(fēng)玻璃進行預(yù)加熱以達到除霧目的。課題研究通過實驗展開，在實驗過程中測定影響產(chǎn)生霧及除去霧的相關(guān)因素，對加熱容器裝置及引水噴灑裝置進行實驗安裝調(diào)試，進而對除霧設(shè)備模型進行設(shè)計制造，并不斷改進優(yōu)化其性能；另對于除霧設(shè)備與車輛的適配性進行針對性研究，通過方案調(diào)試，建立與車輛適配的仿真模型。

關(guān)鍵詞：擋風(fēng)玻璃，霧障，研究方案

一、制定除霧方案

（1）實驗測定產(chǎn)生霧及除去霧的可影響因素。

擬使用封閉玻璃缸模擬汽車內(nèi)部環(huán)境，通過人工制造霧的方式模擬擋風(fēng)玻璃產(chǎn)生霧的情況，然后測定此時內(nèi)部與外部的溫度、濕度等可影響霧產(chǎn)生的條件因素，并記錄產(chǎn)生霧的情況。

然后通過對比實驗的方式，在同等另一個封閉玻璃缸表面，通過導(dǎo)管引加熱水進行噴灑的方式，進行玻璃預(yù)熱，使用同樣的人工造霧方式進行造霧操作，然后測定此時內(nèi)部與外部的溫度、濕度等條件因素，并記錄產(chǎn)生霧的情況及除霧效果，計算除霧率。

運用控制變量、進行多次交叉實驗的方式，最終確定影響產(chǎn)生霧及除去霧的環(huán)境條件因素，并可深入探究影響噴灑效果的因素（例如噴灑水溫、噴灑角度、噴灑時間等）對除霧效果的影響，確定后續(xù)研究各影響因素的調(diào)試范圍，為后續(xù)研究規(guī)劃方向。

（2）進行汽車前擋風(fēng)玻璃除霧的具體方案設(shè)計。

為了達到對汽車擋風(fēng)玻璃除霧的目的， 所計劃的大概流程為：在水箱附近將水加熱后，將加熱后的一定溫度的水導(dǎo)至汽車前擋風(fēng)玻璃附近，再通過噴灑操作對玻璃進行預(yù)加熱，使人進入車內(nèi)后產(chǎn)生的濕熱空氣不會遇到冷的前擋風(fēng)玻璃而液化，以此達到除霧的目的。流程中對裝置的兩個主要部分進行了不同的方案設(shè)計。

第一個部分是引加熱后的水到汽車前擋風(fēng)玻璃的方式。 擬定了三種方案。

方案一：經(jīng)過改裝車體前部管道系統(tǒng)后，通過汽車玻璃水的噴水嘴按一定角度和位置噴出溫水；

方案二：不經(jīng)過改裝管道，而是直接在汽車前機蓋上添加一個新的噴水嘴，進行獨立的噴灑操作；

方案三：不通過噴水嘴進行噴灑加熱，而是通過改裝雨刷的構(gòu)造，將加熱后的水通過軟管等類似工具導(dǎo)至雨刷后噴出，從而達到對玻璃進行預(yù)加熱的目的。

第二個部分是對加熱容器位置的方案制定。 擬定了兩種方案。

方案一：直接在水箱的儲水裝置內(nèi)進行加熱，將加熱后的水在進入冷卻裝置前導(dǎo)出，輸送至噴灑裝置進行噴灑操作（此方案需注意要保證加熱后的溫度要低于水箱正常工作的溫度，保證冷卻系統(tǒng)能夠正常運行，具體情況需根據(jù)實驗進行探究）。

方案二：在水箱附近設(shè)置一個獨立的儲水裝置，在這個獨立裝置內(nèi)進行水的加熱處理。而后建立一個全新的管道運輸系統(tǒng)將水運送到噴灑裝置進行噴灑加熱操作。

二、對方案進行實證研究

針對上述方案的第一部分， 設(shè)計了一個對比實驗。就這三種噴灑操作方式進行分別實驗。

分別記錄：經(jīng)過改裝內(nèi)部管道系統(tǒng)后，通過汽車玻璃水的噴水嘴進行噴灑熱水預(yù)熱除霧的各項指標(biāo)；不經(jīng)過改裝管道，在汽車前機蓋上添加新的噴水嘴，進行獨立的噴灑操作除霧的各項指標(biāo)；通過改裝雨刷的構(gòu)造，將加熱后的水導(dǎo)至雨刷后噴出除霧的各項指標(biāo)。完成表 1，通過對三組數(shù)據(jù)進行對比分析，抉擇出除霧率相對最高、作業(yè)時間相對最短、水溫最易控制的最優(yōu)方案。

針對上述方案的第二部分， 也設(shè)計了一個對比實驗。就這兩種加熱容器位置分別進行探究。

分別記錄：直接在水箱的儲水裝置內(nèi)進行加熱，將加熱后的水導(dǎo)出輸送至噴灑裝置進行噴灑操作，此過程需要的時間、與汽車內(nèi)部的空間等因素的適配性及出現(xiàn)的問題；在水箱附近設(shè)置一個獨立的儲水加熱裝置，建立一個全新的管道運輸系統(tǒng)將水運送到噴灑裝置進行噴灑操作，此過程所需時間、與汽車內(nèi)部的空間等因素的適配性及出現(xiàn)的問題。將以上兩組數(shù)據(jù)進行對比分析，完成表 2，抉擇出加熱操作所需時間相對最少、與車輛適配性相對最佳的方案。

此外，還需對在實際實驗探究中出現(xiàn)的未預(yù)料到的因素進行研究。

最后綜合所有實驗數(shù)據(jù)，進行具體分析，得到最優(yōu)方案后，進行模型和實物設(shè)計。

三、設(shè)備性能及結(jié)構(gòu)改進

在已通過實驗獲得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進一步優(yōu)化，尋找最佳參數(shù)并在能實現(xiàn)預(yù)期效果的前提下對除霧設(shè)備除霧效果及外觀結(jié)構(gòu)等進行改進。欲從下面三個方面進行優(yōu)化改進：

①噴水嘴的位置

噴水嘴的位置和噴嘴形狀直接決定了溫水在前擋風(fēng)玻璃上的覆蓋面積，因此，選擇合適的噴嘴形狀和安裝位置至關(guān)重要。通過探究討論，認(rèn)為當(dāng)實驗取得預(yù)期效果以后，應(yīng)更換不同形狀的噴嘴，分別觀察這些噴嘴的噴灑情況，挑選出效果最令人滿意的噴嘴形狀；另一方面，通過移動噴嘴的位置觀察溫水的覆蓋面積，在選擇最佳位置時同時考慮對車輛外觀程度的影響及安裝難易程度的問題，突出簡便安裝，不影響美觀的特點。

②加熱水的溫度及作業(yè)時間的最佳值

過高的水溫難免會造成能源的浪費，而設(shè)備的作業(yè)時間過長將會對車主的時間造成干預(yù)。因此，水溫和作業(yè)時間這兩個變量是實驗調(diào)試的重點。通過合情推理得出車主從準(zhǔn)備開車到進入汽車的時間t，然后通過數(shù)學(xué)公式和實驗數(shù)據(jù)得出水溫T。不斷優(yōu)化這兩個參數(shù)，使設(shè)備符合低能耗，用戶體驗良好的要求。

③可靠且成本低的材料

在實驗取得預(yù)期效果后，本小組擬將設(shè)備制作材料進一步優(yōu)化，例如選擇低成本并滿足需求的材料，選擇性能合適并穩(wěn)定的微控制器，避免出現(xiàn)材料資源過度浪費，進一步縮減設(shè)備整體成本，為設(shè)備未來推廣創(chuàng)造優(yōu)勢。

四、設(shè)備與車輛適應(yīng)性研究

1.電路

現(xiàn)代轎車電氣設(shè)備被設(shè)計為由發(fā)動機帶動電機發(fā)電，將電能存儲在蓄電池中。蓄電池在分壓并連接穩(wěn)流芯片后可以為設(shè)備提供可控、可靠、持續(xù)的直流電壓。若將設(shè)備功率控制在蓄電池可承受范圍內(nèi)，那么在電路方面理論上將設(shè)備并入汽車系統(tǒng)是完全可行的。實際需進一步通過實驗驗證與電路的適配。

2.水路

通過對汽車原有水箱進行改裝或加裝獨立小水箱為設(shè)備提供用水，使用橡膠或塑料導(dǎo)管與集水漏斗構(gòu)成閉合的水回路。對于汽車水箱的改裝，需要既能夠保證水箱原有冷卻系統(tǒng)正常運行，又需達到除霧設(shè)備的熱水供給的目的；另外，對于導(dǎo)管和集水槽的設(shè)置，需要保證其為閉合、聯(lián)通的回路。

3.空間

車輛內(nèi)部并不是嚴(yán)絲合縫而是存在著空余空間，那么利用空余空間安置加熱容器、導(dǎo)管、導(dǎo)線是可行的，同樣對于設(shè)備安裝而言是至關(guān)重要的。通過改裝車輛將車輛內(nèi)部零散的空間整合產(chǎn)生設(shè)備所需空間是解決問題的關(guān)鍵途徑，因此需要對不同的安裝方案進行對比，獲取車輛內(nèi)部空間利用的最佳方案。

結(jié)語：

根據(jù)有關(guān)調(diào)查，汽車擋風(fēng)玻璃霧障是影響交通安全的重要隱患。因此進行汽車擋風(fēng)玻璃除霧方法研究與設(shè)備研制是十分必要的，不僅對于除霧領(lǐng)域設(shè)備研究具有理論意義，更具實際應(yīng)用意義，而且有望創(chuàng)造一定的市場價值。

其次，本項研究旨在利用適宜溫度的水對擋風(fēng)玻璃進行預(yù)加熱以達到除霧目的。該方法具有一定的可行性?？赏ㄟ^具體研究尋找一種除霧效果最好且與車輛適配性最佳的方案。最終欲實現(xiàn)汽車擋風(fēng)玻璃除霧設(shè)備的設(shè)計制造，并使其與車體高度協(xié)調(diào)，以此解決汽車擋風(fēng)玻璃霧障問題。