馬詩敏　許昊男　王群　于慧洋

摘 要：冬季，北方下雪天停在室外的汽車前擋風玻璃常會被積雪完全覆蓋，雨刮器被牢牢地凍在車窗上，無法實現(xiàn)車窗除冰的任務(wù)。作品是一種采用電磁感應(yīng)無線供電方式，對汽車雨刮器的橡膠條駐留位置進行加熱，軟化雨刮器上的橡膠條，并使其帶有一定溫度，進而方便為汽車前擋風玻璃除去積雪和冰霜的裝置，可有效解決冬季汽車雨刮器結(jié)冰后無法正常使用的問題，起到亮窗的作用，使駕駛?cè)双@得清晰的視野。該作品無需鋪設(shè)復雜的電路 可適用于絕大多數(shù)車型，節(jié)約熱車化冰時間，并且通過單片機編程實現(xiàn)高溫斷熱和隔時加熱，安全性高，為車主帶來更好的除冰體驗，減少冬季融化雨刮器結(jié)冰對汽車雨刮器本身的傷害及長時間熱車帶來的對汽車渦輪增壓器、引擎的傷害，有效降低汽車冬季熱車油耗及排放！

關(guān)鍵詞：無線供電 雨刮器 亮窗 廣泛適用 節(jié)能減排

Device for Softening and Brightening Automobile Wiper based on Wireless Power Supply Technology

Ma Shimin，Xu Haonan，Wang Qun，Yu Huiyang

Abstract：In winter， the front windshield of a car parked outdoors on a snowy day in the north is often completely covered by snow， and the wiper is firmly frozen on the window， which cannot achieve the task of deicing the window. The article put forward a method， which is a wireless power supply method using electromagnetic induction to heat the rubber strip of the car wiper， soften the rubber strip on the wiper， and make it have a certain temperature， so as to facilitate the removal of snow from the front windshield of the car. The frost device can effectively solve the problem that the wiper of a car cannot be used normally after freezing in winter， and it can brighten the window so that the driver can obtain a clear vision. This work does not need to lay complicated circuits and can be applied to most models， saves the time for hot car to melt the ice， and realizes high temperature insulation and interval heating through single-chip programming. It has high safety and brings better deicing experience to car owners， effectively reducing the damage to the car wiper itself caused by the melting of the wiper icing in the winter and the damage to the car turbocharger and engine caused by the long-term hot car， and reducing the fuel consumption and emissions of the car in the winter.

Key words：wireless power supply， wiper， bright window， widely applicable， energy saving and emission reduction

1 背景簡述

寒冷的冬季，北方下雪天停在室外的汽車前擋風玻璃常會被積雪完全覆蓋。如果此時立即使用雨刮器刮除積雪，可能會由于雨刮器結(jié)冰被牢牢地凍在玻璃上而嚴重損壞雨刮器、刮花車窗玻璃，使駕駛?cè)藷o法獲得清晰的視野。這對于冬季行車安全是非常巨大的隱患，嚴重時將會危及車主的生命與財產(chǎn)安全，所以人們想出了許多的方式去解決這個問題，比較常見的有如下幾種：

（1）雨刮器豎直放置。

（2）擋風玻璃里埋裝電熱絲。

（3）雨刮器內(nèi)部埋裝電熱絲。

（4）熱水/熱風化冰。

（5）怠速熱車。

一般情況下，冬季北方熱車化凍需要十分鐘左右，在更加寒冷的東北則可能需要更長時間，才能完全成功化冰，整個過程大概油耗為0.25L，可產(chǎn)生2.5立方米的尾氣排放，其中主要是一氧化碳、二氧化氮等有害物質(zhì)。但是過長時間的熱車容易導致渦輪增壓器過熱損傷，甚至燒毀，原地怠速熱車也極容易傷害引擎。令人煩惱的是，即使長時間的怠速熱車也存在著部分冰雪無法完全除去。在行車駕駛時仍存在視野不清晰、模糊的問題，給司機及乘客帶來了安全隱患。

可以看到，現(xiàn)有的各種解決方案都不足以解決這項難題，尤其在冬天氣溫極低的東北地區(qū)，受到這種情況的困擾則更為嚴重。針對這種情況，本團隊通過前期的市場調(diào)研與目標用戶訪談，獲取了一手的信息資料，并且根據(jù)用戶的實際需求設(shè)計了一款一種基于無線供電技術(shù)的的汽車雨刮器軟化亮窗裝置。

2 作品簡介

2.1 功能論述

本作品是一種對汽車雨刮器的橡膠條進行加熱，軟化雨刮器上的橡膠條，并使其帶有一定溫度，進而方便為汽車前擋風玻璃除去積雪和冰霜的裝置，可有效地解決冬季汽車雨刮器結(jié)冰后無法正常使用的問題，解凍雨刮器并且輔助整體車窗化凍，達到亮窗的目的。

該作品主要依靠無線電模塊與聚酰亞胺加熱條實現(xiàn)。將無線電發(fā)射模塊與汽車點煙器相連，依靠汽車為無線發(fā)射模塊供電。汽車外部則通過無線接收模塊對貼在車窗外雨刮器下方的聚酰亞胺加熱條加熱，進而對雨刮器和擋風玻璃接觸的地方實現(xiàn)局部加熱，使雨刮器上的橡膠條升溫軟化，達到正常使用的效果，方便除去前擋風玻璃上的冰霜，輔助整體車窗化凍，并且通過主控制板與傳感器模塊實現(xiàn)隔時加熱，以保障除冰的安全有效。

無線供電模塊分為發(fā)射線圈與接收線圈兩部分，發(fā)射線圈接點煙器向由arduino控制的電路中輸入12V的電壓。當溫度傳感器檢測到玻璃溫度超過設(shè)定值的時候，開關(guān)驅(qū)動模塊的信號正極所接的arduino引腳置為低電平，開關(guān)斷開，加熱膜片停止工作，之后溫度傳感器若檢測到溫度低于設(shè)定值，則開關(guān)導通，加熱條開始工作。

2.2 作品創(chuàng)新點

2.2.1 技術(shù)創(chuàng)新

本產(chǎn)品通過受程序控制的觸發(fā)延時開關(guān)驅(qū)動模塊實現(xiàn)隔時加熱、通過溫度傳感器模塊實現(xiàn)高溫斷熱，可以做到加熱5分鐘，停止工作2分鐘，達到高溫（45-50攝氏度）自動斷熱，最大限度保證了汽車硬件安全，不會因為過熱而對玻璃及雨刮產(chǎn)生負面影響。對雨刮器上結(jié)冰的橡膠條直接加熱，使雨刮器橡膠條軟化并且?guī)в幸欢ǖ臏囟龋M而均勻地融化并刮掉玻璃上的冰雪，保證司機視線良好，提升了行車駕駛的安全性。高溫斷熱，不進行不必要的加熱，與市面上現(xiàn)有雨刮器軟化亮窗裝置相比大大降低了對雨刮器的損傷;隔時加熱，為裝置以及裝置使用者提供最大程度的保障，最大限度保證了汽車硬件包括雨刮器及玻璃的安全，不會因為過熱而造成損壞。具有智能、環(huán)保、節(jié)能的特點。

2.2.2 模式創(chuàng)新

作品利用電磁感應(yīng)無線輸電原理傳輸電流，避開了在汽車內(nèi)部埋設(shè)復雜電路的弊端，使用時可隨時拆卸，靈活性強，不受汽車檔次以及車型的影響，無需復雜的改裝與安裝，只需一個裝在汽車點煙器處的轉(zhuǎn)換接口，一個無線輸電模塊，一個無線電接收模塊，就可以為加熱膜供電。避免了由于汽車電路多樣復雜，改裝帶來的風險。

相較于目前市面上在汽車前擋風玻璃上埋裝電熱絲，造價高昂且易影響司機視線，我們的作品利用車內(nèi)的點煙器為加熱膜無線供電，安裝難度小，易拆卸，適用范圍廣，基本適用于所有車型。與用熱水或熱吹風機熱化結(jié)冰的方式相比，本作品采用隔時加熱、高溫斷熱的技術(shù)，更加安全可靠，不會有由于驟冷驟熱交替而導致玻璃及雨刮器炸裂損壞的危險，延長雨刮器使用壽命，間接節(jié)省了更換玻璃及雨刮器的成本。人們常用的豎起雨刮器以預(yù)防冰凍的方法亦存在由于大風暴雪而導致雨刮器斷裂的風險，本作品無需如此，為消費者避免了此種風險。

一般情況下，冬季北方熱車化凍需要十分鐘左右，在更加寒冷的東北則可能需要更長時間才能完全成功化冰，整個過程大概油耗為0.25L。我們的作品與發(fā)動汽車開啟熱風，待冰融化后開啟雨刮器相比，避免了由于過長時間的熱車而導致渦輪增壓器過熱損傷，甚至燒毀的風險，只需用極少的電力，減少熱車時的尾氣排放，更加綠色環(huán)保。

2.2.3 外觀創(chuàng)新

本產(chǎn)品由無線供電無線充電模塊、車載點煙器插頭、受程序控制的觸發(fā)延時開關(guān)驅(qū)動模塊、溫度傳感器模塊及聚酰亞胺加熱膜組成，實現(xiàn)對雨刮器的結(jié)冰區(qū)實現(xiàn)直接加熱，與市面上在橡膠刮片內(nèi)埋加熱絲的方式不同。與同類型產(chǎn)品相比，加熱部位定位更加準確，減少了對雨刮器不必要的損壞，延長雨刮器使用壽命。本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，組成靈活，可隨時拆卸，局部更換，自由度高，便于維修、保養(yǎng)及替換部件，符合用戶使用習慣，會有較好的市場需求。

2.2.4 應(yīng)用創(chuàng)新

本產(chǎn)品基本適用于所有車型，應(yīng)用范圍廣泛，具有可調(diào)節(jié)、可適用的特點，使用本產(chǎn)品可以給予人們舒適便捷的化冰體驗，更大程度上減少因冬季熱車造成的汽車硬件損傷，汽油消耗以及尾氣排放所造成的環(huán)境污染。

3 市場前景

我們的無線供電智能環(huán)保汽車雨刮器軟化亮窗裝置造價遠低于市場同功能產(chǎn)品，成本低廉、便捷安全地解決了汽車雨刮器冬天被凍的問題，降低了汽車冬天熱車帶來的硬件損傷、資源浪費、環(huán)境污染。具有很高的推廣價值。本產(chǎn)品一經(jīng)推廣運用，市場前景廣闊，若能大批量生產(chǎn)及推廣使用，所帶來的社會效益、經(jīng)濟效益與環(huán)保效應(yīng)不容小覷。

3.1 社會效益

（1）易安裝、拆卸，便于保養(yǎng)、更新，合用戶使用習慣，在北方地區(qū)將會有較好的市場需求，可以很好地解決冬季汽車雨刮器凍僵而無法進行前擋風玻璃除冰工作的問題。（2）內(nèi)外安裝，不易受惡劣環(huán)境因素的干擾，具有很強的適應(yīng)性，對汽車硬件要求低，可以廣泛使用、大量生產(chǎn)。本產(chǎn)品不僅適用于小轎車、越野車，在對加熱膜進行尺寸改裝設(shè)計后，還可以很好地適配卡車等大型車輛，能極大意義上解決汽車的車型限制，可以形成廣譜的應(yīng)用。（3）只需用極少電量，化冰除霜，從而減少了因冬季熱車而造成的不必要的尾氣排放，很大程度上減少資源的浪費，符合車主對節(jié)能、環(huán)保及節(jié)油的要求，為綠色節(jié)能型城市的建設(shè)做出貢獻。（4）模塊化設(shè)計成本可控，且能直接安裝在車上，無需改裝電路，推廣方便，并且也極大地降低了改裝車量的安全風險以及更新成本。（5）最大程度保證司機視野清楚，起到亮窗作用，大大提升行車駕駛的安全性，可以減少因車窗積雪過多而造成的安全事故發(fā)生，減少人民群眾生命安全與財產(chǎn)安全的損害風險，具有極強的社會價值與效益。

3.2 經(jīng)濟效益

本產(chǎn)品造價遠低于市場同類產(chǎn)品，又降低對汽車雨刮器、渦輪增壓器及引擎的傷害，可為消費者節(jié)約汽油與裝置購置甚至維修費用，又有效地解決了所面臨的難題，是廣大車主解決冬季雨刮器結(jié)冰問題的不二選擇，具有一定的經(jīng)濟效益。

3.3 環(huán)保效益

本作品可減少冬季融化雨刮器結(jié)冰對汽車裝置及汽車固件的傷害，降低了車主對汽車固件的消耗，在一定程度上降低了車主的用車成本，減少了塑料制品的消耗與使用量。

更為重要的是，本作品省去了汽車冬季發(fā)動熱車的過程，減少了一部分排油量：以“汽車之城”長春為例，長春市有兩百萬輛以上的汽車。冬季每輛為融化雨刮器結(jié)冰熱車十分鐘，每次油耗為0.25L，如果使用我們的產(chǎn)品，則每次熱車節(jié)省的汽油可供一輛普通汽車行駛2.5公里。若有一百輛車使用本產(chǎn)品，則每天可節(jié)約25L左右汽油，若全長春市的汽車都使用本產(chǎn)品，則每天可節(jié)省500000L以上的汽油。

參考文獻：

[1]無線電能傳輸技術(shù)的研究綜述[J].房聰.智慧工廠，2018（07）：35-36.

[2]漸行漸近的無線充電技術(shù)[J].黃達生，黃北京.物理通報.2014（08）.

[3]數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，清華大學電子學教研組編，2006.

[4]磁耦合諧振式無線電能傳輸方向性分析與驗證[J].李陽，楊慶新，閆卓，張超，陳海燕，張獻.電工技術(shù)學報.2014（02）.

[5]基于單片機的汽車智能雨刮器控制系統(tǒng)研究[J].郝志廷通化師范學院學報，2018，39（06）：1-4.