鋰離子電池供電的外后視鏡智能除水霧系統*

張榮剛 張玉璽 吳承燕 劉應紅 呂娟

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

多雨天氣，空氣濕度較大，當溫差增大時，汽車的風窗玻璃和外后視鏡就容易起霧。除了濕度大的季節外，大雨的時候，風窗玻璃和外后視鏡會沾滿水珠，變得模糊，駕駛員通過擋風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。國內相關的文獻主要是針對汽車擋風玻璃除霧或除霜，研究的內容主要集中在分布式測溫智能除霧、除霜系統性能分析、擋風玻璃除霜性能數值模擬、汽車空調除霜除霧、汽車外后視鏡和側窗除霧除水的研究[1-8]，另外也有外后視鏡鏡眉防雨滴裝置、疏水化學涂劑、有骨雨刮器等進行除霧除水[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 系統設計

為了保證行車安全，機動車在出廠時均配有擋風玻璃除霧系統，駕駛員通過手動除霧或自動除霧，能有效解決擋風玻璃起霧現象，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，當環境溫度高于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，汽車生產商并未增加此功能，現有車輛有相當一部分是不具備自動外后視鏡除霧功能的。

文章設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，系統主要由嵌入式系統、太陽能電池及鋰離子電池供電系統、水滴傳感器、溫度傳感器、加熱絲、蜂鳴器和微型風扇構成，系統框圖，如圖1 所示。

圖1 智能除水霧系統框圖

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，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、微型風扇、蜂鳴器等也安裝在外后視鏡內部，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

系統通過水滴傳感器檢查到外后視鏡有水霧時，將進行自動除水霧操作。首先開啟微型風扇，通過外后視鏡頂部的一排細小的出風口，利用風力盡快將鏡面上的水霧吹走，加快除水霧效果；吹風30 s 后，加熱絲開始加熱，微型風扇停止運行；加熱絲加熱30 s 后，微型風扇開始吹風，加熱絲停止加熱，一直循環執行至外后視鏡無水霧。系統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，當溫度超過50 ℃時，加熱絲停止加熱，只啟動微型風扇進行吹風。如果溫度降到40 ℃時，再次啟動加熱絲進行加熱，在微型風扇和加熱絲工作的時候，仍然會持續檢測外后視鏡是否有水霧，以決定是否繼續除水除霧。當鏡面持續一段時間沒有水霧時，系統會自動停止加熱絲和微型風扇的工作。延時1 min 后，當再次確認外后視鏡無水霧后，系統將進入低功耗方式，降低能耗。

在雨季，當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消耗光了。因此文章設置了一個置于外后視鏡底部的開關，當一直是雨天時，由駕駛員根據需求開啟或者關閉智能除水除霧功能，確保車輛在行駛時有足夠的電量進行智能除水除霧。

各地區的氣候不同，南北方溫度差別很大，實際使用時，需要調整加熱和排風的時間，本系統一共設置了4 個按鍵，分別是排風時間增、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。當按鍵按下并且是有效按下的時候，蜂鳴器會發出滴的一聲，表示該次按鍵輸入有效，用戶根據當地的實際情況設置好相關數據，系統就按照新的數據進行控制輸出，提高系統的實用性。

由于天氣原因造成太陽能電池轉換的能量較低，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內部的聚合物鋰離子電池進行應急充電，以滿足除水霧的需求。

系統主程序流程圖和除水霧中斷服務子程序，如圖3 和圖4 所示。

圖3 智能除水霧系統主程序流程圖

圖4 除水霧中斷服務子程序

3 系統測試

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[1]進行，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

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

4 結論

鋰離子電池供電的外后視鏡智能除水霧系統通過太陽能電池板、聚合物鋰離子電池、電源裝置和控制系統，充分利用太陽能；內部的微型風扇通過后視鏡頂部的排風口吹風，有利于加快除水除霧效果；殼體內設置控制裝置、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。