張榮剛 張玉璽 吳承燕 劉應(yīng)紅 呂娟

（1.福建師范大學(xué)福清分校電子與信息工程學(xué)院；2.無損檢測技術(shù)福建省高等學(xué)校重點實驗室；3.福建冠城瑞閩新能源科技有限公司；4.福建師范大學(xué)福清分校海洋與生化工程學(xué)院）

多雨天氣，空氣濕度較大，當(dāng)溫差增大時，汽車的風(fēng)窗玻璃和外后視鏡就容易起霧。除了濕度大的季節(jié)外，大雨的時候，風(fēng)窗玻璃和外后視鏡會沾滿水珠，變得模糊，駕駛員通過擋風(fēng)玻璃和外后視鏡不能很好地觀察車輛周邊的情況，增加了駕車的危險系數(shù)。國內(nèi)相關(guān)的文獻(xiàn)主要是針對汽車擋風(fēng)玻璃除霧或除霜，研究的內(nèi)容主要集中在分布式測溫智能除霧、除霜系統(tǒng)性能分析、擋風(fēng)玻璃除霜性能數(shù)值模擬、汽車空調(diào)除霜除霧、汽車外后視鏡和側(cè)窗除霧除水的研究[1-8]，另外也有外后視鏡鏡眉防雨滴裝置、疏水化學(xué)涂劑、有骨雨刮器等進(jìn)行除霧除水[9]，但以上研究方法均不能很好地解決外后視鏡起霧沾水的問題，文章重點討論如何解決該問題。

1 系統(tǒng)設(shè)計

為了保證行車安全，機動車在出廠時均配有擋風(fēng)玻璃除霧系統(tǒng)，駕駛員通過手動除霧或自動除霧，能有效解決擋風(fēng)玻璃起霧現(xiàn)象，從而避免因視線模糊帶來安全隱患的問題。對于一些售價較高的車輛，制造商也考慮到外后視鏡起霧沾水可能帶來的危害，在車輛銷售前，已經(jīng)增加了外后視鏡自動除霧除水功能。但部分車輛外后視鏡加熱功能也存在一個較大的缺陷，當(dāng)環(huán)境溫度高于15 ℃時，外后視鏡加熱功能不能啟動，因此限制了外后視鏡自動除霧除水的效果。而對于價格較低的車輛，汽車生產(chǎn)商并未增加此功能，現(xiàn)有車輛有相當(dāng)一部分是不具備自動外后視鏡除霧功能的。

文章設(shè)計了一個基于鋰離子電池供電的外后視鏡智能除水霧系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由嵌入式系統(tǒng)、太陽能電池及鋰離子電池供電系統(tǒng)、水滴傳感器、溫度傳感器、加熱絲、蜂鳴器和微型風(fēng)扇構(gòu)成，系統(tǒng)框圖，如圖1 所示。

圖1 智能除水霧系統(tǒng)框圖

為了能與沒有外后視鏡自動除水除霧功能的車輛相匹配，選用柔性太陽能電池板作為系統(tǒng)的電力來源，其可以直接黏貼在外后視鏡外殼上。為了能將獨立供電的電池放入外后視鏡內(nèi)，采用能量密度較大、體積較小的聚合物鋰離子電池，同時嵌入式系統(tǒng)、微型風(fēng)扇、蜂鳴器等也安裝在外后視鏡內(nèi)部，加熱絲黏貼在鏡片背面，水滴傳感器、溫度傳感器分布在外后視鏡的內(nèi)部和鏡片中下部。外后視鏡示意圖，如圖2 所示。

圖2 外后視鏡示意圖

2 工作過程

系統(tǒng)通過水滴傳感器檢查到外后視鏡有水霧時，將進(jìn)行自動除水霧操作。首先開啟微型風(fēng)扇，通過外后視鏡頂部的一排細(xì)小的出風(fēng)口，利用風(fēng)力盡快將鏡面上的水霧吹走，加快除水霧效果；吹風(fēng)30 s 后，加熱絲開始加熱，微型風(fēng)扇停止運行；加熱絲加熱30 s 后，微型風(fēng)扇開始吹風(fēng)，加熱絲停止加熱，一直循環(huán)執(zhí)行至外后視鏡無水霧。系統(tǒng)自動開啟除水除霧功能，為了避免加熱絲加熱使外后視鏡溫度過高造成意外，當(dāng)溫度超過50 ℃時，加熱絲停止加熱，只啟動微型風(fēng)扇進(jìn)行吹風(fēng)。如果溫度降到40 ℃時，再次啟動加熱絲進(jìn)行加熱，在微型風(fēng)扇和加熱絲工作的時候，仍然會持續(xù)檢測外后視鏡是否有水霧，以決定是否繼續(xù)除水除霧。當(dāng)鏡面持續(xù)一段時間沒有水霧時，系統(tǒng)會自動停止加熱絲和微型風(fēng)扇的工作。延時1 min 后，當(dāng)再次確認(rèn)外后視鏡無水霧后，系統(tǒng)將進(jìn)入低功耗方式，降低能耗。

在雨季，當(dāng)駕駛員把汽車停在戶外，即使沒有開車，也可能由于外后視鏡一直被雨淋或者空氣濕度很大，水滴傳感器反饋回來的信號超過閾值，系統(tǒng)會一直開啟智能除水除霧功能，消耗電池存儲的電量。同時，在下雨天，太陽能電池板能轉(zhuǎn)換的有效能量比較少，如果電池的電量一直在消耗，很可能在駕駛員還沒開車時，鋰離子電池存儲的電量已經(jīng)消耗光了。因此文章設(shè)置了一個置于外后視鏡底部的開關(guān)，當(dāng)一直是雨天時，由駕駛員根據(jù)需求開啟或者關(guān)閉智能除水除霧功能，確保車輛在行駛時有足夠的電量進(jìn)行智能除水除霧。

各地區(qū)的氣候不同，南北方溫度差別很大，實際使用時，需要調(diào)整加熱和排風(fēng)的時間，本系統(tǒng)一共設(shè)置了4 個按鍵，分別是排風(fēng)時間增、減和加熱時間增、減。為了方便用戶操作，使用蜂鳴器作為按鍵是否有效的提示。當(dāng)按鍵按下并且是有效按下的時候，蜂鳴器會發(fā)出滴的一聲，表示該次按鍵輸入有效，用戶根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況設(shè)置好相關(guān)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就按照新的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制輸出，提高系統(tǒng)的實用性。

由于天氣原因造成太陽能電池轉(zhuǎn)換的能量較低，鋰離子電池存儲的能量可能無法支持除水霧操作。在外后視鏡底部增設(shè)了一個緊急外接電源充電接口，駕駛員可以使用充電寶對系統(tǒng)內(nèi)部的聚合物鋰離子電池進(jìn)行應(yīng)急充電，以滿足除水霧的需求。

系統(tǒng)主程序流程圖和除水霧中斷服務(wù)子程序，如圖3 和圖4 所示。

圖3 智能除水霧系統(tǒng)主程序流程圖

圖4 除水霧中斷服務(wù)子程序

3 系統(tǒng)測試

外后視鏡起霧主要是由于汽車從地下車庫開出后，由于溫差造成，起霧的測試可以參照文獻(xiàn)[1]進(jìn)行，文章針對外后視鏡沾水和加熱溫度安全性能的測試，如表1 和表2 所示。

表1 外后視鏡有水測試

表2 加熱溫度安全性能測試

從測試結(jié)果可知，當(dāng)任何一個水滴傳感器檢查到有水沾在外后視鏡上，系統(tǒng)都將自動開啟除水除霧功能；當(dāng)任意溫度探頭檢測的溫度超過50 ℃時，系統(tǒng)都將停止加熱絲工作，使外后視鏡不會由于溫度過高而產(chǎn)生危險。

4 結(jié)論

鋰離子電池供電的外后視鏡智能除水霧系統(tǒng)通過太陽能電池板、聚合物鋰離子電池、電源裝置和控制系統(tǒng)，充分利用太陽能；內(nèi)部的微型風(fēng)扇通過后視鏡頂部的排風(fēng)口吹風(fēng)，有利于加快除水除霧效果；殼體內(nèi)設(shè)置控制裝置、水滴傳感器和溫度傳感器等部件，可以提高智能化除水霧的效果。鋰離子電池供電的外后視鏡智能除水霧系統(tǒng)采用獨立電源供電，無須人為控制，具有良好的智能除水霧功能，性能可靠、實用性強，具有很好的推廣意義。