李紅 何玉軍

摘要：對(duì)汽車擋風(fēng)玻璃形成霧的主要原因進(jìn)行了闡述，介紹了一種智能自動(dòng)型防霧系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)在商用車上的應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：汽車擋風(fēng)玻璃；防霧系統(tǒng)；傳感器

中圖分類號(hào)：U463.83+5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-2550（2012）02-0016-04

The Research of Application of Sensor about Windshields

Frogproof System on the Commercial Vehicle

LI Hong，HE Yu-Jun

（Dongfeng Commerical Vehicle Technical Center of DFL，Wuhan 430056，China）

Abstract: The principle of vehicle windshield how to bring fog is presented.The intelligent automatic windshields frogproof system for commercial vehicle is detailed described.

Key words: vehicle windshield； frogproof system；sensor

隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展， 2010年我國汽車的銷售量已經(jīng)突破1 000萬輛，但是在我國汽車工業(yè)高速發(fā)展給人們帶來方便和歡樂的同時(shí)，隱患也隨之而來。2007年我國共發(fā)生道路交通事故327 209起，造成81 649人死亡，380 442人受傷，直接財(cái)產(chǎn)損失12億元，這樣的道路事故發(fā)生率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了西方發(fā)達(dá)國家的平均水平，而在上面的道路事故發(fā)生的起因中，有相當(dāng)一部分事故的發(fā)生是因?yàn)樵诙旎蛘呦掠晏斓臅r(shí)候，由于擋風(fēng)玻璃出現(xiàn)霧氣造成司機(jī)視線模糊不清，從而引發(fā)了道路事故。因此國內(nèi)外學(xué)者和組織對(duì)擋風(fēng)玻璃防霧的研究越來越多。

雖然現(xiàn)在有很多車都具備了“除霧擋”按鈕，對(duì)于用戶來說，直接使用這個(gè)除霧擋來除霧看起來似乎是一件很簡單的事情，但是事實(shí)上很多駕駛者根本不清楚汽車什么時(shí)候起霧，什么時(shí)候需要除霧，而什么時(shí)候又不需要除霧而可以關(guān)閉除霧擋的按鈕，往往用戶們會(huì)在不適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，來不及去啟動(dòng)除霧的功能，又或者當(dāng)汽車不需要除霧的時(shí)候，駕駛者們還繼續(xù)運(yùn)行著汽車空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行除霧，大大浪費(fèi)了能源的消耗，這時(shí)候就需要一個(gè)智能自動(dòng)除霧系統(tǒng)來幫助駕駛員確定除霧的必要性和時(shí)間，自動(dòng)除霧系統(tǒng)不單單是對(duì)車內(nèi)人員的生命有了一個(gè)保障，而且節(jié)省了汽車能源的消耗，在節(jié)省油耗方面起到了不可磨滅的作用。

現(xiàn)今，在很多新型的乘用車比如2007 Acura MDX、VolvoS80、Audi A8、S8、BMW3、5、6等車型，都已經(jīng)開始使用一種智能自動(dòng)的基于傳感器技術(shù)的汽車擋風(fēng)玻璃防霧系統(tǒng)。本文主要對(duì)這項(xiàng)技術(shù)在商用車上的應(yīng)用作一定的研究。

1 擋風(fēng)玻璃形成霧的原因分析

在解釋擋風(fēng)玻璃起霧的成因之前，先從空氣中的水蒸氣、相對(duì)濕度和露點(diǎn)的概念說起，畢竟，這是擋風(fēng)玻璃霧氣形成的最基本原因。

在一個(gè)給定的溫度環(huán)境下，空氣所能承受的水蒸氣的壓力是一定的，越高的溫度， 大氣能承受水蒸氣的壓力就越大，水汽就越不容易達(dá)到飽和氣壓，相反，越低的溫度，水汽就越容易達(dá)到飽和，越容易形成露水。

相對(duì)濕度是指空氣中實(shí)際所含水蒸氣密度和同溫度下飽和水蒸氣密度的百分比值，空氣的相對(duì)濕度程度與空氣中所含有的水汽量接近飽和的程度有關(guān)，與空氣中含有水汽的絕對(duì)量卻無直接關(guān)系，當(dāng)達(dá)到了100% 相對(duì)濕度的時(shí)候，我們稱之為達(dá)到了飽和，如果再增加水份進(jìn)去，空氣就會(huì)超飽和，從而形成水滴。

露點(diǎn)溫度是指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時(shí)的溫度。形象地說，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r(shí)候的溫度叫露點(diǎn)溫度。

因此，當(dāng)大氣中的水份達(dá)到了飽和狀態(tài)后，附在塵土上面就形成水滴或者霧氣，附在清晨的草和植物上面就形成了露水，附在玻璃上面就形成了所謂的霧，這都是因?yàn)榭諝庵械穆饵c(diǎn)溫度很高，空氣中的濕度遇到了冰冷的固體后形成了飽和狀態(tài)。

擋風(fēng)玻璃上面形成霧的最主要原因是擋風(fēng)玻璃的溫度下降并低于了車廂內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度。此現(xiàn)象的產(chǎn)生一方面可以是因?yàn)檐噹麅?nèi)空氣濕度的增加，從而增加了露點(diǎn)的溫度，也可以是因?yàn)閾躏L(fēng)玻璃溫度的持續(xù)下降而使擋風(fēng)玻璃起霧。

下面舉例分析一下?lián)躏L(fēng)玻璃起霧的成因：

（1）在清晨的時(shí)候，車廂內(nèi)有部分的濕氣，并且在外部溫度相當(dāng)?shù)偷那闆r下， 擋風(fēng)玻璃的溫度低于了車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度，使擋風(fēng)玻璃起霧。

（2）在車輛起動(dòng)后，因?yàn)檐噹麅?nèi)乘客的呼吸、流汗，又或者乘客剛洗浴完，從雨里或者雪里面進(jìn)入車廂等等原因增加了車廂內(nèi)的相對(duì)濕度，從而使車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度增加，高于了擋風(fēng)玻璃的溫度，使擋風(fēng)玻璃起霧。

（3）在周圍氣溫比較高的環(huán)境下，突然天空下起了大雨，從而降低了擋風(fēng)玻璃的溫度，當(dāng)擋風(fēng)玻璃的溫度低于車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度時(shí)，擋風(fēng)玻璃起霧。

（4）在車廂里面乘客因?yàn)楹粑仍虍a(chǎn)生穩(wěn)定水蒸氣的過程中，汽車駛進(jìn)了一個(gè)寒冷的山洞環(huán)境下，擋風(fēng)玻璃的溫度降低，低于了車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度，使擋風(fēng)玻璃起霧。

（5）在亞熱帶或者高濕的環(huán)境下，空氣中的相對(duì)濕度相當(dāng)?shù)母?，使車廂里面的露點(diǎn)溫度很高，高于了擋風(fēng)玻璃的溫度，使擋風(fēng)玻璃起霧。

2 自動(dòng)防霧系統(tǒng)在商用車的應(yīng)用研究

前面提到了擋風(fēng)玻璃上面形成霧的最主要原因是擋風(fēng)玻璃的溫度下降并低于了車廂內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度，所以測(cè)量和計(jì)算的兩大參數(shù)量就是擋風(fēng)玻璃的溫度和車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度。

總體來說， 自動(dòng)防霧系統(tǒng)包括了三大部分：參數(shù)測(cè)量輸入、參數(shù)計(jì)算分析和除霧控制。

2.1 參數(shù)測(cè)量輸入

為了分析起霧的條件，有三個(gè)參數(shù)量是需要測(cè)量的，一個(gè)是擋風(fēng)玻璃的溫度，還有車廂內(nèi)同一點(diǎn)的相對(duì)濕度和溫度，用于計(jì)算車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度?，F(xiàn)在已有些成熟的傳感器模塊可以緊貼在商用車的擋風(fēng)玻璃上面（見圖1），模塊里面包含了可以測(cè)量擋風(fēng)玻璃的溫度傳感器以及測(cè)量車廂內(nèi)同一點(diǎn)的溫度和濕度傳感器，通過這些傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控了引起起霧發(fā)生的這三大物理量，從而傳送給空調(diào)MCU系統(tǒng)進(jìn)行分析和計(jì)算。

2.2 參數(shù)計(jì)算分析

測(cè)量得到的擋風(fēng)玻璃的溫度以及車廂內(nèi)同一點(diǎn)相對(duì)濕度和溫度的數(shù)據(jù)，送給空調(diào)MCU系統(tǒng)。中央控制器會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較，首先是把車廂里同一點(diǎn)相對(duì)濕度和溫度的數(shù)據(jù)通過一系列公式計(jì)算出車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度。然后通過比較露點(diǎn)溫度和擋風(fēng)玻璃的溫度來判定擋風(fēng)玻璃是否起霧。我們用Td來表示露點(diǎn)的溫度，Tws來表示擋風(fēng)玻璃的溫度。Δ 來表示安全系數(shù)。

判斷：當(dāng)Td+ΔTd+Δ≥Tws時(shí)，擋風(fēng)玻璃有可能起霧（處于高危起霧區(qū)，除霧控制開始除霧）。

從圖2中可以看出，在使用智能自動(dòng)除霧系統(tǒng)的時(shí)候， 因?yàn)閯傞_始（1~2分鐘）的時(shí)候，車廂的擋風(fēng)玻璃溫度偏低， 而車廂內(nèi)由于幾個(gè)人的呼吸使車廂內(nèi)的相對(duì)濕度不斷的升高，從而車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度也相對(duì)升高。當(dāng)露點(diǎn)溫度慢慢接近擋風(fēng)玻璃的溫度的時(shí)候，我們可以看見，擋風(fēng)玻璃上面逐漸開始有霧的出現(xiàn)，這時(shí)候如果我們不采取任何措施，擋風(fēng)玻璃上面的霧會(huì)越來越多，并完全擋住駕駛員的視野，這在道路運(yùn)行中是相當(dāng)危險(xiǎn)的。這時(shí)候就要自動(dòng)打開除霧系統(tǒng)，當(dāng)自動(dòng)打開除霧系統(tǒng)后，從圖2中（時(shí)間3~5分鐘的時(shí)間段）我們可以看見，擋風(fēng)玻璃的溫度開始升高，而且車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度逐漸從上升轉(zhuǎn)向了下降，并且越來越遠(yuǎn)離擋風(fēng)玻璃的溫度，這時(shí)候車廂擋風(fēng)玻璃上面的霧也就會(huì)迅速的消失。

由于要在擋風(fēng)玻璃起霧之前提前運(yùn)作除霧系統(tǒng)，所以先設(shè)定一個(gè)安全系數(shù)Δ，當(dāng)露點(diǎn)溫度接近擋風(fēng)玻璃的溫度的時(shí)候，也就是當(dāng)Td+Δ≥Tws擋風(fēng)玻璃處于高危起霧區(qū)，這時(shí)候就要把除霧控制系統(tǒng)打開，開始除霧；當(dāng)露點(diǎn)溫度與擋風(fēng)玻璃的溫度差距到一定的數(shù)值時(shí)候，也就是當(dāng)Td+Δ

在空調(diào)MCU系統(tǒng)判斷需要進(jìn)行除霧以后，通常有下面幾大方法除去擋風(fēng)玻璃上面出現(xiàn)的霧氣。

（1）當(dāng)車廂內(nèi)的相對(duì)濕度很高的時(shí)候，保持良好的通風(fēng)，使車外干燥的空氣和車廂內(nèi)潮濕的空氣進(jìn)行交換，降低車廂內(nèi)的相對(duì)濕度從而降低車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度。

（2）直接對(duì)車廂擋風(fēng)玻璃開始加熱，使車廂擋風(fēng)玻璃的溫度升高，并高過車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度，或者加速擋風(fēng)玻璃前面空氣的流動(dòng)，從而降低擋風(fēng)玻璃前面的相對(duì)濕度。

（3）打開車內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)并設(shè)置成外循環(huán)，壓縮機(jī)會(huì)打開，使車廂的相對(duì)濕度迅速降低，此時(shí)車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度就會(huì)降低，低過車廂擋風(fēng)玻璃的溫度。

3 自動(dòng)防霧系統(tǒng)對(duì)油耗所起的貢獻(xiàn)

隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和油價(jià)的不斷飆升，能源和環(huán)境問題日益突出，節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境已成為世界各國共同面臨的重大挑戰(zhàn)，目前我國平均油耗比發(fā)達(dá)國家高50%，所以怎樣盡一切的方法來提高效率，是當(dāng)今現(xiàn)代汽車迫不及待需要解決的問題。

在歐洲，當(dāng)溫度小于12度，車廂內(nèi)相對(duì)濕度大于80%的時(shí)候，汽車的空調(diào)系統(tǒng)就應(yīng)該開始除霧。通過統(tǒng)計(jì)，每年有上億噸的燃油使用在了空調(diào)除霧上面。如一般汽車空調(diào)的功率8~10千瓦，汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)100千瓦，時(shí)速百公里消耗了40升油，那么空調(diào)就耗油差不多4升，如果有效利用空調(diào)的自動(dòng)除霧系統(tǒng)，每有效利用一個(gè)小時(shí)，就可以節(jié)省4升的油。

所以，自動(dòng)防霧系統(tǒng)能夠更有效率、更充分地發(fā)揮汽車空調(diào)系統(tǒng)的除霧功能，在真正有必要除霧的條件下進(jìn)行智能除霧，大大提高了汽車的功能，節(jié)約了能源，降低了消耗。

4 結(jié)論

通過測(cè)量駕駛室擋風(fēng)玻璃溫度和車廂內(nèi)濕度的自動(dòng)防霧系統(tǒng)，在擋風(fēng)玻璃起霧前，提前智能地通知汽車空調(diào)系統(tǒng)和駕駛者，控制除霧系統(tǒng)開始自動(dòng)除霧，使車廂內(nèi)的乘客避免處于危險(xiǎn)的環(huán)境中，并在一個(gè)不會(huì)起霧的環(huán)境下自動(dòng)關(guān)閉除霧系統(tǒng)，大大提高了汽車空調(diào)系統(tǒng)的使用效率，節(jié)約了能源的消耗。

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