CN104908718B - 一种基于透过率和相对湿度的汽车玻璃除雾控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于透过率和相对湿度的汽车玻璃自动除雾系统及方法，汽车玻璃自动除雾系统包括多个温度传感器和湿度传感器，除湿管路和风道管路，两个切换风门，此发明利用控制器的终端实时监测汽车内外温湿度状况，能够在汽车玻璃表面产生雾气前自动进行预防克服了检测的滞后性，并且采用基于透过率和相对湿度的控制方法，控制所述第一切换风门和第二切换风门的切换，实现精确、自动除雾，提高驾驶者的舒适性和安全性。

Description

一种基于透过率和相对湿度的汽车玻璃除雾控制方法

技术领域

本发明涉及汽车除雾技术领域，特别涉及一种基于透过率和相对湿度的汽车玻璃除雾控制方法。

背景技术

汽车玻璃内表面起雾从物理上面讲就是“凝露”现象，当雨水天气，或者空气比较潮湿时，如果外部温度较低，车内外温差达到一定范围后，车内潮湿的空气碰到玻璃就会冷凝，形成一层雾气或霜。湿度大、车内外温度差大是雾气形成的两个条件。

机动车辆前挡风玻璃上面起雾后会影响驾驶员的视线，这时候如果没有有效处理的话，一旦前挡风玻璃起雾影响了车主的视线，对乘车人员的安全将造成很大的威胁，尤其当驾驶员对前面的路况不了解时，危险性急剧增加。一些驾驶员发现起雾后会一边开车一边擦去挡风玻璃上面的水汽，这样操作很危险。而且侧窗和后窗起雾后，驾驶员难以通过车内外的后视镜来观察路况。如果道路上出现突发状况，会来不及应急处理，酿成事故。

因此，为提高汽车舒适性和安全性，急需一种自动预防起雾或者在起雾的初步阶段尽快除去雾气的装置。

发明内容

本发明的一个目的是解决上述问题和缺陷，能够实现预防起雾或者在起雾的初步阶段去除雾气，提高成员的舒适性和安全性。

本发明提供的技术方案为：

一种基于透过率和相对湿度的汽车玻璃除雾控制方法，包括以下步骤：

步骤一：采用湿度传感器测量汽车内空气的相对湿度RH_α，汽车外部空气的相对湿度RH_β，采用温度传感器测量汽车内部环境温度T_α，车窗内表面温度T_γ，外部环境温度T_β；

步骤二：控制器接收车内空气的相对湿度RH_α，汽车外部空气的相对湿度RH_β，比较RH_α和RH_β的大小，当RH_α＞RH_β时，控制器控制第一切换风门开启第一进气口，关闭第二进气口，进入空气外循环模式，当RH_α≤RH_β时，控制器控制第一切换风门关闭第一进气口开启第二进气口，进入空气内循环模式；

步骤三：控制器根据温度传感器测得车窗内表面温度T_γ，外部环境温度T_β,计算出玻璃内外表面温差T_op，

To_p＝|T_β-T_γ|

其中，T_op为汽车车窗玻璃内表面和外表面的温度差，单位为K；

根据玻璃内外表面温差T_op和相对湿度RH_α计算出玻璃表面的水汽凝结厚度TH_ω，

TH_ω＝N_ω·M_r·T_op·RH_α·e^-λ·S^-1

其中，TH_ω为汽车玻璃内表面水汽凝结厚度，单位为mm；N_ω为水蒸气物质的量，单位为mol；M_γ为摩尔系数，单位为L/mol；λ为常数，取值0.0654；S为车窗的面积，单位为m²；RH_α为汽车内相对湿度，为百分数；

步骤四：根据求得的水蒸气凝结厚度TH_ω可计算出车窗玻璃凝结水汽后的透过率τ_M

其中,τ_M为玻璃透过率，为百分数，β为吸收系数，等于1/米，TH_g为车窗玻璃厚度，单位为mm。

REα＝[(n_ω-1)/(n_ω+1)]²，RE_β＝[(n_g-1)/(n_g+1)]²，n_ω为水的折射率，n_g为玻璃的折射率；

步骤五：(1)当τ_M＝τ_g时，车窗玻璃内表面没有雾气，不需要进行除雾；

(2)当时，车窗内表面起雾，但是吸附在玻璃内表面的雾气很薄，控制单元控制第二切换风门开启干燥管路，车内空气经进气口进入干燥管路，经排气口垂向车窗实现除雾；

(3)当时，车窗内表面起雾，吸附在玻璃内表面的雾气冷凝结成小水珠，控制单元控制第二切换风门开启除湿管路，车内空气经进气口进入除湿管路除湿，再经干燥管路干燥，经排气口排出实现除雾；

其中，τ_g为玻璃透过率，水汽凝结透过率，并且预先存储在控制器中。

所述基于透过率和相对湿度的汽车玻璃除雾控制方法，使用如下装置：

一种汽车玻璃自动除雾系统，包括：

温度传感器和湿度传感器，其数量为多个，安装在车外和车内风窗位置，测量车内和车外的温度和湿度；

风道管路，其包括除湿管路和风道管路，并具有多个进气口，并在进气口连通处设有第一切换风门，用于切换汽车内空气内循环和外循环；

第二切换风门，其设置在除湿管路和干燥管路的入口交汇处，选择性的切换连通除湿管路和干燥管路之一；

干燥器，其设置干燥管路中，用于管路中空气的除湿；其中，所述除湿管路的出口连通所述干燥器之前的干燥管路；

控制器，其接收所述温度传感器和湿度传感器的信号，控制所述第一切换风门和第二切换风门的切换。

有益效果

本发明所述的玻璃内表面自动除雾系统包含有除湿和干燥两条风道管路，其中除湿风道管路系统为汽车自带空调系统，节约了成本；控制单元通过对温湿度的检测，灵敏度高；除湿风道管路和干燥风道管路之间的自由切换，节能环保；两个进气口可根据季节不同选择空气内循环或外循环，实用性强；控制单元全自动化控制除雾，提高了安全性和舒适性。

附图说明

图1为本发明所述的汽车玻璃内表面自动除雾系统的结构示意图。

图2为本发明所述的汽车玻璃内表面自动除雾系统运行流程图。

图3为本发明所述的控制系统电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供的汽车玻璃内表面除雾系统包括第一进气口110、第二进气口120、第一切换风门130、鼓风机140、第二切换风门150、加热器160、干燥器170、泄水阀180、第一出气口190、第二出气口200、控制器210。

第一进气口110与车外连通，作为机动车内部和外部空气交换口，能够将机动车外部空气引入到机动车内部。

第二进气口120连通机动车内，为汽车内部空气入口，可将车内空调制冷或制热后的空气直接再次导入。

风道管路，其包括除湿管路和风道管路，并具有多个进气口，第一进气口110，第二进气口120，并在进气口连通处设有第一切换风,150，第一切换风门为双通道单开关式设计，当切换风门位于进气口110的通道时，第一进气口110处于关闭状态，而第二进气口120开启；当切换风门位于第二进气口120的通道时，第二进气口处于关闭状态，而第一进气口110开启。

鼓风机140设置风力调节阀，风力调节阀用于调节风速大小。鼓风机风速为三个档位，1～3档，数字越大，风力越大，鼓风机140的输出风路管道在转换口出分成两个管路，即为除湿管路和干燥管路。

第二切换风门150位于风路管道的转换口处，用于风道管路除湿管路和干燥管路之间的切换，采用选择式设计，当风路管道开启时，除湿管路关闭；当除湿管路开启时，干燥管道关闭。

加热器160，设置在除湿管路内，可对流经装置的空气进行加热。

在干燥管路中，干燥器170位于风路管道的出口位置，其内部置有硅胶干燥剂，无毒、无害，对空气中的含水蒸汽有极强的吸附作用。作为一种优选，干燥器底部设有泄水阀180，装置内水分可经泄水阀流出。

在干燥器后的管路，设置第一出气口190和第二出气口200。在干燥器后的管路设置第一出气口190连通车窗吹风口，将除湿后空气吹向车窗实现除雾。作为一种优选，出气口190设置在前风窗、侧窗、后窗玻璃内表面附近，能够将风直接吹向前风窗、侧窗和后窗玻璃。

在干燥器后的管路设置第二出气口200连通车内，将除湿后空气直接排入车内。

控制器210为汽车玻璃内表面除雾系统的自动控制系统，其与第一换风门130、第二切换风门150、鼓风机140、泄水阀180电连接以控制切第一换风门和第二切换风门的开启与关闭；鼓风机的风速以及泄水阀的开启与关闭，并接收温湿度传感器测量的信号，控制器包括有单片机U1,三个温度传感器和四个湿度传感器，和六个控制模块，其中三个温度传感器分别位于汽车内部，汽车玻璃外表面和车窗内表面，用于相应位置的温度测量，四个湿度传感器分别放置于汽车内部，汽车玻璃外表面、车窗内表面和除雾系统内部，用于相应位置的湿度测量，其电路连接图如图3所示。

车内温度传感器，包括热敏电阻R1，其上端接一上拉电阻R2与电源相连，下端接地，上拉电阻R2与车内温度传感器R1的接点与控制单元U1的温度输入引脚T01相连。控制单元U1通过检测该温度输入引脚的电平变化来测得车内温度；

车外温度传感器，包括热敏电阻R3，其上端接一上拉电阻R4与电源相连，下端接地，上拉电阻R4与车外温度传感器R3的接点与控制单元U1的温度输入引脚T02相连。控制单元U1通过检测该温度输入引脚的电平变化测得车外温度；

玻璃内表面传感器，包括热敏电阻R5，其上端接一上拉电阻R6与电源相连，下端接地，上拉电阻R6与传感器R5的接点与控制单元U1的温度输入引脚T03相连。控制单元U1通过检测该温度输入引脚电平的变化测得玻璃内表面温度；

车内湿度传感器，湿敏电阻R23，其一端与运算放大器UI_A4的正端相连，另一端接地。运算放大器UI_A4的负端接一下拉电阻R24后接地。运算放大器UI_A4的输出端经过一滤波电路后与控制单元U1的湿度输入引脚AD01相连，将检测到的车内湿度信号输入到控制单元U1内部。运放的正端通过一参考电阻R22与运放的输出端相连。

车外湿度传感器，湿敏电阻R19，其一端与运算放大器UI_A3的正端相连，另一端接地。运算放大器UI_A3的负端接一下拉电阻R20后接地。运算放大器UI_A3的输出端经过一滤波电路后与控制单元U1的湿度输入引脚AD02相连，将检测到的车外湿度信号输入到控制单元U1内部。运放的正端通过一参考电阻R18与运放的输出端相连。

玻璃内表面湿度传感器，湿敏电阻R15，其一端与运算放大器UI_A2的正端相连，另一端接地。运算放大器UI_A2的负端接一下拉电阻R16后接地。运算放大器UI_A2的输出端经过一滤波电路后与控制单元U1的湿度输入引脚AD03相连，将检测到的玻璃内表面湿度信号输入到控制单元U1内部。运放的正端通过一参考电阻R14与运放的输出端相连。

风道系统湿度传感器，湿敏电阻R11，其一端与运算放大器UI_A1的正端相连，另一端接地。运算放大器UI_A1的负端接一下拉电阻R12后接地。运算放大器UI_A1的输出端经过一滤波电路后与控制单元U1的湿度输入引脚AD04相连，将检测到的除湿系统湿度信号输入到控制单元U1内部。运放的正端通过一参考电阻R10与运放的输出端相连。

第一风门控制模块，包括电动机B2、电动机继电器K2、二极管D2、三极管Q2。电动机继电器K2触点部分上接电源，下端接电动机B2后接地。二极管D2与电动机继电器K2线圈并联，其负极与电源相连，正端与三极管Q2的集电极相接。三极管Q2的发射极接地，基级与控制单元U1的输出引脚EN02相连。控制单元U1分析各输入的温湿度信号后输出信号控制切换风门一130的闭合方向，实现空气内循环和外循环之间的自动切换。

第二风门控制模块，包括电动机B4、电动机继电器K4、二极管D4、三极管Q4。电动机继电器K4触点部分上接电源，下端接电动机B4后接地。二极管D4与电动机继电器K4线圈并联，其负极与电源相连，正端与三极管Q4的集电极相连。三极管Q4的发射极接地，基极与控制单元U1的输出引脚EN04相连。控制单元U1分析各输入信号后输出信号控制切换风门二150的闭合风向，实现除湿管路与干燥管路之间的自动切换。

鼓风机控制模块，包括电动机B1、电机继电器K1、二极管D1、三极管Q1。电动机继电器K1触点部分上接电源，下端接电动机B1后接地。二极管D1与电动机继电器K1线圈并联，其负极与电源相连，正端与三极管Q1的集电极相接。三极管Q1的发射极接地，基级与控制单元U1的输出引脚EN01相连。控制单元U1分析各输入信号后输出信号控制鼓风机140风力。

泄水阀控制模块，包括电动机B3、电动机继电器K3、二极管D3、三极管Q3。电动机继电器K3触点部分上接电源，下端接电动机B3后接地。二极管D3与电动机继电器K3线圈并联，其负极与电源相连，正端与三极管Q3的集电极相连。三极管Q3的发射极接地，基极与控制单元U1的输出引脚EN03相连。控制单元U1分析各输入信号后输出信号控制泄水阀190的开启与关闭。

出气口控制模块，包括三极管Q5，Q6、电动机B5、电动机继电器K5、二极管D5，D6。二极管D6的负极接电动机B5后接到电源，其正极与三极管Q6的集电极相连。三极管Q6的发射极与电动机继电器K5的触点部分相接后接地，基级接到控制单元U1的输出引脚EN06。电动机继电器K5的线圈部分与另一二级管D5并联，该并联二级管D5负极接到电源，正极接到另一三级管Q5的集电极，该三极管Q5的发射极接地，基级接到控制单元U1的输出引脚EN05。控制单元U1根据输入的车内外环境温湿度信号，输出信号控制第一出气口200和第二出气口210的开启与关闭，通过控制两三极管Q5、Q6来选择出风口，更好的实现除雾效果。

实施以汽车玻璃内表面除雾为实施例作进一步的说明，

本发明所述的汽车玻璃内表面自动除雾系统运行流程图，如图2所示，

步骤一：湿度传感器测量汽车内空气的相对湿度RH_α，汽车外部空气的相对湿度RH_β，温度传感器测量汽车内部环境温度T_α，车窗内表面温度T_γ，外部环境温度T_β；

步骤二：控制器接收车内空气的相对湿度RH_α，汽车外部空气的相对湿度RH_β，比较RH_α和RH_β的大小，当RH_α＞RH_β时，控制器控制第一切换风门130开启第一进气口110，关闭第二进气口120，进入空气外循环模式，当RH_α≤RH_β时，控制器控制第一切换风门130关闭第一进气口110开启第二进气口120，进入空气内循环模式；

步骤三：控制器根据温度传感器测得车窗内表面温度T_γ，外部环境温度T_β,计算出玻璃内外表面温差T_op，

T_op＝|T_β-T_γ|

其中，T_op为汽车车窗玻璃内表面和外表面的温度差，单位为K；

根据玻璃内外表面温差T_op和相对湿度RH_α计算出玻璃表面的水汽凝结厚度TH_ω，

TH_ω＝N_ω·M_r·To_p·RH_α·e^-λ·S^-1

其中，TH_ω为汽车玻璃内表面水汽凝结厚度，单位为mm；N_ω为水蒸气物质的量单位为mol；M_γ为摩尔系数，单位为L/mol，λ为常数，取值0.0654，S为车窗的面积，单位为m²,RH_α为汽车内相对湿度，为百分数；

步骤四：根据求得的水蒸气凝结厚度TH_ω可计算出车窗玻璃凝结水汽后的透过率,τ_M

其中,τ_M为玻璃透过率，为百分数，β为吸收系数，等于1M^-1，TH_g为车窗玻璃厚度，单位为mm，RE_α＝[(n_w-1)/(n_ω+1)]²，RE_β＝[(n_g-1)/(n_g+1)]²，n_ω为水的折射率，n_g为玻璃的折射率；

步骤五：(1)当τ_M＝τ_g时，车窗玻璃内表面没有雾气，不需要进行除；

(2)当时，车窗内表面起雾，但是吸附在玻璃内表面的雾气很薄，控制单元控制第二切换风门150开启干燥管路，鼓风机140将空气送入干燥器170进行干燥，最后将除湿后的空气经出气口190吹向前风窗、侧窗、后窗玻璃内表面进行除雾；

(3)当时，车窗内表面起雾，吸附在玻璃内表面的雾气冷凝结成小水珠，，控制单元U1经第二风门控制模块传送控制信号给第二切换风门150，开启除湿管路，鼓风机140将空气加热器160对空气进行加热，接着将加热后的空气送入干燥器170进行干燥，最后将除湿后的空气经出气口200排入车内；

(4)当τ_M＝τ_g时，汽车玻璃内表面自动除雾系统自动停止工作；

其中玻璃透过率τ_g和水汽凝结透过率预先存储在控制器210的单片机中。

在另一实施例中，控制器210可用于调节鼓风机140的风力，在步骤四中，根据温度T_α和相对湿度RH_α计算出玻璃表面的水汽凝结厚度TH_ω

TH_ω＝N_w·M_r·T_op·RH_α·e^-λ·S^-1

其中，TH_ω为汽车玻璃内表面水汽凝结厚度，单位为mm；N_ω为水蒸气物质的量单位为mol；M_γ为摩尔系数，单位为L/mol；λ为常数，取值0.0654；S为车窗的面积，单位为m²,RH_α为汽车内相对湿度，为百分数。

当时，控制器210经鼓风机控制模块控制鼓风机开启，风速为1档。

当时，鼓风机控制模块控制鼓风机调整风速，风速为2挡。

当时，鼓风机控制模块控制鼓风机调整风速，风速为3挡。

在另一实施例中，风道系统湿度传感器对系统内相对湿度进行检测，并把检测到的信号传递给控制单元U1，当湿度值超过95％时，控制系统经泄水阀控制模块开启泄水阀180，将多余水分排出车外，每次开启45～55秒后关闭。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (1)

1.一种基于透过率和相对湿度的汽车玻璃除雾控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：采用湿度传感器测量汽车内空气的相对湿度RH_α，汽车外部空气的相对湿度RH_β，采用温度传感器测量汽车内部环境温度T_α，车窗内表面温度T_γ，外部环境温度T_β；

步骤二：控制器接收车内空气的相对湿度RH_α，汽车外部空气的相对湿度RH_β，比较RH_α和RH_β的大小，当RH_α＞RH_β时，控制器控制第一切换风门开启第一进气口，关闭第二进气口，进入空气外循环模式，当RH_α≤RH_β时，控制器控制第一切换风门关闭第一进气口开启第二进气口，进入空气内循环模式；

步骤三：控制器根据温度传感器测得车窗内表面温度T_γ，外部环境温度T_β,计算出玻璃内外表面温差T_op，

To_p＝|T_β-T_γ|

其中，T_op为汽车车窗玻璃内表面和外表面的温度差，单位为K；

根据玻璃内外表面温差T_op和相对湿度RH_α计算出玻璃表面的水汽凝结厚度TH_ω，

TH_ω＝N_ω·M_r·T_op·RH_α·e^-λ·S^-1

其中，TH_ω为汽车玻璃内表面水汽凝结厚度，单位为mm；N_ω为水蒸气物质的量，单位为mol；M_γ为摩尔系数，单位为L/mol；λ为常数，取值0.0654；S为车窗的面积，单位为m²；RH_α为汽车内相对湿度，为百分数；

步骤四：根据求得的水蒸气凝结厚度TH_ω可计算出车窗玻璃凝结水汽后的透过率τ_M

其中,τ_M为玻璃透过率，为百分数，β为吸收系数，等于1/米，TH_g为车窗玻璃厚度，单位为mm，

RE_α＝[(n_ω-1)/(n_ω+1)]²，RE_β＝[(n_g-1)/(n_g+1)]²，n_ω为水的折射率，n_g为玻璃的折射率；

步骤五：(1)当τ_M＝τ_g时，车窗玻璃内表面没有雾气，不需要进行除雾；

(2)当时，车窗内表面起雾，但是吸附在玻璃内表面的雾气很薄，控制单元控制第二切换风门开启干燥管路，车内空气经进气口进入干燥管路，经排气口垂向车窗实现除雾；

(3)当时，车窗内表面起雾，吸附在玻璃内表面的雾气冷凝结成小水珠，控制单元控制第二切换风门开启除湿管路，车内空气经进气口进入除湿管路除湿，再经干燥管路干燥，经排气口排出实现除雾；

其中，τ_g为玻璃透过率，水汽凝结透过率，并且预先存储在控制器中。

所述基于透过率和相对湿度的汽车玻璃除雾控制方法，使用如下装置：

一种汽车玻璃自动除雾系统，包括：

温度传感器和湿度传感器，其数量为多个，安装在车外和车内风窗位置，测量车内和车外的温度和湿度；

风道管路，其包括除湿管路和风道管路，并具有多个进气口，并在进气口连通处设有第一切换风门，用于切换汽车内空气内循环和外循环；

第二切换风门，其设置在除湿管路和干燥管路的入口交汇处，选择性的切换连通除湿管路和干燥管路之一；

干燥器，其设置干燥管路中，用于管路中空气的除湿；其中，所述除湿管路的出口连通所述干燥器之前的干燥管路；

控制器，其接收所述温度传感器和湿度传感器的信号，控制所述第一切换风门和第二切换风门的切换。