汽車自動除霧系統(tǒng)的研究

汽車自動除霧系統(tǒng)的研究

一、自動除霧系統(tǒng)隨著中國汽車產(chǎn)量的增加，中國汽車產(chǎn)量超過1800萬輛。由于汽車玻璃泄漏引起的事故逐年增加，美國每年發(fā)生6000起事故。這是霧造成的。如何連續(xù)高精度檢測車內(nèi)的露點(diǎn)，控制結(jié)露，提高駕駛安全成為一項(xiàng)新的課題。帶有自動除霧系統(tǒng)的汽車可以為駕駛員提供便利，也可以有效避免一些交通事故所造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。目前，國外汽車研發(fā)機(jī)構(gòu)已生產(chǎn)出具有自動除霧功能的汽車，而我國自主品牌的汽車研發(fā)起點(diǎn)較低，在整車智能控制方面尚不盡如人意。本文提出一種利用汽車防霧傳感器構(gòu)成的汽車自動防霧系統(tǒng)，可以有效的解決擋風(fēng)玻璃結(jié)霧現(xiàn)象。二、處理單元的領(lǐng)域，利用調(diào)節(jié)關(guān)系形成織物的水蒸汽水蒸汽、相對濕度和露點(diǎn)，這是檔風(fēng)玻璃起霧形成的最基本的原因。一定的溫度環(huán)境，空氣所能承受的水蒸汽是一定的，溫度越高，大氣所能承受水蒸汽含量越大，水汽越不容易達(dá)到飽和，氣壓溫度越低，水蒸汽就越容易達(dá)到飽和，越容易形成露水。水汽形成露水的溫度叫露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)在0℃以下結(jié)冰時即為霜點(diǎn)。露水的形成如圖1所示。擋風(fēng)玻璃上結(jié)霧的主要原因：在飽和濕度時，擋風(fēng)玻璃的溫度下降，玻璃溫度低于廂內(nèi)空氣中露點(diǎn)的溫度。1、私家車內(nèi)溫度增加(1）清晨：車廂內(nèi)空氣濕度含量較大時，外部溫度較低的情況下，擋風(fēng)玻璃的溫度低于車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度，使擋風(fēng)玻璃起霧。(2）在車子發(fā)動后：因?yàn)檐噹麅?nèi)的乘客的呼吸、流汗或帶進(jìn)的潮氣等原因，增加了車廂里面的相對濕度，廂內(nèi)溫度升高增加了露點(diǎn)溫度，擋風(fēng)玻璃的溫度較低，使擋風(fēng)玻璃起霧。(3）雨天：氣溫和相對濕度比較高，雨水降低了擋風(fēng)玻璃的溫度，使擋風(fēng)玻璃起霧。(4）汽車駛?cè)牒渖蕉喘h(huán)境下：擋風(fēng)玻璃的溫度降低，車廂內(nèi)相對濕度較大時，擋風(fēng)玻璃起霧。(5）高濕的環(huán)境下：空氣相對濕度相當(dāng)?shù)母?，使車廂里面的露點(diǎn)溫度很高，高于擋風(fēng)玻璃的溫度，使擋風(fēng)玻璃起霧。2、車內(nèi)露點(diǎn)溫度的改善(1）保持良好的通風(fēng)，當(dāng)車廂內(nèi)的相對濕度很高的時候，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)的相對濕度，保持和外界溫度一致，降低的車廂內(nèi)的露點(diǎn)的溫度。(2）直接對車廂擋風(fēng)玻璃開始加熱，使車廂擋風(fēng)玻璃的溫度升高，高過車廂內(nèi)露點(diǎn)的溫度或者加速擋風(fēng)玻璃前面空氣的流動，增加擋風(fēng)玻璃的溫度和擋風(fēng)玻璃面前空氣的交換.降低檔風(fēng)玻璃面前的相對濕度。(3）打開車內(nèi)的HVAC空調(diào)系統(tǒng)，空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置成為外循環(huán)，壓縮機(jī)會打開，使車廂的相對濕度迅速降低，車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度就會降低。以上幾種防霧方法均不能滿足人們對汽車智能化的要求，本文以自動探測防霧傳感器為基礎(chǔ)的防霧系統(tǒng)可以解決這一矛盾。三、抗霧試驗(yàn)的基本原則1、露點(diǎn)溫度判定本文提出的自動除霧系統(tǒng)通過溫濕度傳感器檢測汽車內(nèi)同一點(diǎn)的溫度及濕度汽泡的溫度，ECU對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和比較計(jì)算出車廂內(nèi)露點(diǎn)溫度判定是否起霧，將采集到的露點(diǎn)溫度Td與汽車擋風(fēng)玻璃溫度Tws相比較，在考慮安全裕量Sm的前提下，如果Td+Smuf0b3Tws，則說明汽車擋風(fēng)玻璃有可能會起霧，除霧控制系統(tǒng)開始除霧。如果Td+Sm<Tws，則說明擋風(fēng)玻璃不會起霧，除霧控制關(guān)閉?；诖朔N考慮通過控制電路實(shí)現(xiàn)智能除霧。其自動除霧系統(tǒng)框圖如圖2所示。2、濕度氣泡的溫度由圖2可知，自動除霧系統(tǒng)的關(guān)鍵是計(jì)算出露點(diǎn)溫度Td，而Td與局部范圍空氣壓力（PPTRH）有關(guān)，在求出PPTRH以后，再由PPTRH求取Td的值。計(jì)算公式為：其中，PPTRH—當(dāng)濕度氣泡的溫度為TRH，其周圍空氣的壓力，單位：mmHg;H—外界濕度，單位：%RH;TRH—濕度氣泡的溫度，單位：℃；Td—計(jì)算出來的露點(diǎn)溫度，單位：℃；A,B,C—常數(shù)：A=8.1332,B=1762.39,C=235.65。四、控制板/控制器根據(jù)車廂內(nèi)的溫度、濕度和擋風(fēng)玻璃表面溫度計(jì)算出露點(diǎn)值，以此控制風(fēng)扇速度，加熱器、內(nèi)部循環(huán)和氣流方向，以此來保證舒適度。并把氣流、噪聲、溫度變化對舒適度的影響降到最小。車內(nèi)傳感器安放位置及氣流運(yùn)動方向如圖3所示。五、同一部分溫度和濕度的測量自動防霧系統(tǒng)包含可以測量同一點(diǎn)溫度以及可以測量同一點(diǎn)溫度和濕度的傳感器，通過這些傳感器來實(shí)時的監(jiān)測車廂內(nèi)的溫度和濕度信息，并將其及時的傳送給MCU進(jìn)行處理。1、質(zhì)量測試本文自動防霧的關(guān)鍵器件采用美國精量公司生產(chǎn)的H2TG3551系列防霧傳感器，H2TG3551主要特點(diǎn)如下:(1）產(chǎn)品符合RoHS認(rèn)證；(2）產(chǎn)品可靠高可互換性，超過±3%RH和±0.15°C;(3）長期穩(wěn)定性好典型1～3.6VDC輸出：0～100%RH(5VDC供電）；(4）濕度標(biāo)定：±3%RH@55%RH;(5）溫度測量：NTC10k?±1%直接輸出；(6）比例輸出（標(biāo)準(zhǔn)供電電壓）。汽車防霧檢測傳感器實(shí)物如圖4所示，其最大的特點(diǎn)是以模擬量輸出溫度TRH和TWS的值。2、防水傳感器安裝在車輛上汽車內(nèi)的中鏡、前擋風(fēng)玻璃及兩側(cè)后視鏡為自動防霧系統(tǒng)的重點(diǎn)、防霧傳感器布置實(shí)物圖如圖5所示。六、實(shí)驗(yàn)?zāi)M1、溫濕度傳感器的自動除霧裝置通過實(shí)驗(yàn)對防霧傳感器的性能進(jìn)行驗(yàn)證，設(shè)定車內(nèi)參數(shù)，當(dāng)車內(nèi)氣流設(shè)置為外循環(huán)加濕器為關(guān)閉狀態(tài)時，這時車內(nèi)的相對濕度在80%RH以下，擋風(fēng)玻璃不會起霧，當(dāng)設(shè)定車內(nèi)氣流方向?yàn)閮?nèi)循環(huán)，且將加濕器打開增加車內(nèi)的相對濕度，當(dāng)相對溫度超過80%RH時，擋風(fēng)玻璃開始有霧產(chǎn)生，隨著相對溫度的不斷增加，擋風(fēng)玻璃上的霧也越來越多，如圖6所示。本文提出的自動防霧系統(tǒng)利用溫濕度傳感器進(jìn)行自動除霧，在上述實(shí)驗(yàn)情況下，對H2TG3551防霧傳感器對起霧的預(yù)防性能進(jìn)行了驗(yàn)證，如圖7所示。當(dāng)露點(diǎn)溫度大于擋風(fēng)玻璃的溫度時，擋風(fēng)玻璃將起霧，而本系統(tǒng)中采用的溫濕度傳感器可以有效的檢測到二者溫度的變化并進(jìn)行比較，在還沒有起霧的情況下，就將預(yù)警信號送給車內(nèi)的控制電路進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)自動防霧。2、露點(diǎn)溫度發(fā)生情況通過實(shí)驗(yàn)對自動防霧系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，在具備起霧的條件下，驗(yàn)證自動除霧系統(tǒng)，得到相關(guān)數(shù)據(jù)，如圖8所示。從實(shí)驗(yàn)中可以看出，開始的時候(時間1～2min的時候)，車廂的擋風(fēng)玻璃溫度偏低，由于幾個人的呼吸，車廂里面的相對濕度不斷升高，車廂里面的露點(diǎn)溫度也相對升高，當(dāng)露點(diǎn)溫度接近擋風(fēng)玻璃的溫度的時候，擋風(fēng)玻璃有霧的出現(xiàn)。如果不采取任何措施，擋風(fēng)玻璃上面的霧會越來越多直到完全擋住了開車人視野，這在道路運(yùn)行中是相當(dāng)?shù)奈ｋU的。自動打開除霧系統(tǒng)，3～5min的時間段里，檔風(fēng)玻璃的溫度開始升高，車廂里面的露點(diǎn)溫度逐漸從上升轉(zhuǎn)向了下降，遠(yuǎn)離擋風(fēng)玻璃的溫度，車廂擋風(fēng)玻璃上面的霧迅速的消失。自動防霧系統(tǒng)可以在擋風(fēng)玻璃起霧之前提前運(yùn)作除霧系統(tǒng)，系統(tǒng)引入一個安全系數(shù)Sm，當(dāng)露點(diǎn)溫度接近擋風(fēng)玻璃的溫度時，也就是當(dāng)Td+Sm=Tws時，擋風(fēng)玻璃處于高危起霧區(qū)，系統(tǒng)會自動打開除霧控制系統(tǒng)，開始除霧。當(dāng)露點(diǎn)溫度與擋風(fēng)玻璃的溫度相差到一定的數(shù)值時候，也就是當(dāng)Td+Sm<Tws時，在系統(tǒng)運(yùn)行6～8min的時間段里，系統(tǒng)自動判斷車廂處于一個低危起霧區(qū)，除霧系統(tǒng)關(guān)閉。實(shí)時測量控制除霧系統(tǒng)可以起到智能除霧的效用，擋風(fēng)玻璃不會出現(xiàn)任何霧氣，從而節(jié)省的能源的消耗。七、基于htg336