CN106427901A - 一种车载超声波除雾除霜装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种车载式超声波除雾除霜装置，包括安装于中控台面上的超声波换能器阵列,所述超声波换能器阵列包括至少一组横向排列的控制器模组，所述控制器模组通过线束与多媒体显示屏模块、自动监测传感器连接。同时涉及一种玻璃上的雾、霜自动监测方法。本发明提供的车载式超声波除雾除霜装置，由于超声波具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能的优点，因此利用该优点运用于车辆挡风玻璃，能够起到清洁高效快速除雾除霜的目的。

Description

一种车载超声波除雾除霜装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种除雾除霜装置及其控制方法，具体来说是一种车载式超声波除雾除霜装置及其控制方法，属于汽车制造技术领域。

背景技术

在寒冷的天气下，汽车玻璃和建筑玻璃上往往容易结霜；或者当汽车车内和室内的湿度较高、温度和外界环境相差较大时，汽车玻璃和建筑玻璃上也容易发生结雾；从而影响车内和室内的观察视线以及它们的外观，特别是给驾驶者提供良好视野的汽车前风挡玻璃，如果其上面发生结霜结雾现象，将严重影响驾驶者的视线，极易导致安全事故，这样就必须要求汽车前风挡玻璃具有除霜除雾的功能。目前主要的除雾除霜方式有三种，分别是：车载暖风除雾除霜系统，加有电阻丝的电热玻璃除雾除霜，及使用汽车防雾剂和防雾贴膜的方式除霜。但是这几种方式都存在不同缺点，无法满足使用者的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对以上现有技术存在的缺点，提出一种结构合理、使用方便、安全系数高的车载式超声波除雾除霜装置。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种车载式超声波除雾除霜装置，包括安装于中控台面上的超声波换能器阵列,所述超声波换能器阵列包括至少一组横向排列的控制器模组，所述控制器模组通过线束与多媒体显示屏模块、自动监测传感器（光线、距离传感器）连接；所述超声波除雾除霜装置包括手持式超声波除雾除霜装置及集成式超声波除雾除霜装置。

本发明进一步限定的技术方案是：前述的车载式超声波除雾除霜装置，集成式超声波换能器除雾除霜装置安装于车辆前挡风玻璃的下方，与空调出风装置集成于同一模组上，每组集成式超声波换能器除雾除霜装置包括空调出风口，所述空调出风口背离前挡风玻璃的一侧安装有至少一组横向排列的控制器模组，所述控制器模组与空调出风口之间还对称均布有距离传感器，所述距离传感器控制器模组通过线束连接。

进一步的，前述的车载式超声波除雾除霜装置，手持式超声波换能器除雾除霜装置通过固定装置悬挂于多媒体显示屏后方，所述固定装置包括设置于多媒体显示屏背板上的固定卡座，所述固定卡座与超声波换能器阵列背部的卡接件相配合，所述超声波换能器除雾除霜装置的底部设有开孔，所述开孔内穿有伸缩线缆。

进一步的，前述的车载式超声波除雾除霜装置，车辆挡风玻璃外部的雨水导流槽处设有用于外部除雾除霜的排出风口。

进一步的，前述的车载式超声波除雾除霜的控制方法，按照除雾除霜进程是否随发动机点火开关接通自动启动分为智能控制及手动控制。手动控制包括以下步骤：一、通过多媒体显示屏上的操作键开启开关，或拿起手持模块后按动其上的按键开关，模块通过控制器接收开启指令；

二、调用内部存储的策略，按预设功率5~500W、扫描角度0~90°的参数进行除雾除霜工作；

三、当除雾除霜效果达到使用者预期时，按下多媒体显示屏上的操作键关闭开关，并通过控制器接收关闭指令。

进一步的，前述的车载式超声波除雾除霜的控制方法，智能控制包括以下步骤：

一、车辆启动后开启多媒体显示屏，并自动进入闭环控制模式；

二、通过光线传感器及距离传感器检测是否需要开启除雾除霜操作；当能见度接近传感器与挡风玻璃距离，雾或霜的厚度大于0mm时，开启除雾除霜操作，当能见度大于传感器与挡风玻璃距离的2倍，且霜或雾的厚度为0mm时，除雾除霜操作处于待机状态；

三、按预设的周期（s）t=2n（n=0,1,2……）、每个周期内功率（W）P=5×10n（n=0,1,2）、每个周期、每个功率内扫描角度α=0~90°分别递增，进行除雾除霜工作。“初始化工况”智能学习方法如下：周期t=1s、功率P=5W、扫描α=0~90°范围一次；周期t=1s、功率P=50W、扫描α=0~90°范围一次；周期t=1s、功率P=500W、扫描α=0~90°范围一次；周期t=2s，功率P=5W，扫描α=0~90°范围一次；周期t=2s，功率P=50W，扫描α=0~90°范围一次……每次除雾除霜操作完成后记录所需总时间和总功率。当记录到第3次相同工况时，下一次将按第一优先级最短时间、第二优先级最小功率自动寻优的智能控制策略进行“智能”除雾除霜操作。如果某一工况超过系统已有记录的最长工作时间，则该工况按“初始化工况”重新进行机器学习；

三、车辆熄火后，除雾除霜功能自动关闭。

进一步的，前述的车载式超声波除雾除霜的控制方法，当电源接通，并在车辆点火前，光线传感器开始工作，通过与无雾、无霜状态下的状态对比，并以经纬式或神经网络式方式定位霜或雾的位置；随后距离传感器开始工作，测量得到霜或雾的厚度，根据光线传感器及距离传感器定位计算，设定相控阵扫描角度和换能器阵列的超声波发送功率；并且，在除雾除霜期间，光线传感器自动动态监测需继续除雾或除霜的位置，并引导相控阵的扫描角度做自动调整；距离传感器感受到雾或霜的厚度接近0mm，且光线传感器定位不到需要除雾除霜的位置时系统自动终止超声波的发射，但只要发动机在运行，各传感器仍按1Hz的频率监测雾或霜在挡风玻璃上的附着情况，适时启动超声波束的发射，形成闭环控制。

进一步的，前述的车载式超声波除雾除霜的控制方法，超声波换能器，以普通能量输出方式或相控阵扫描方式作用在挡风玻璃上，实现除雾除霜的功能。

进一步的，前述的车载式超声波除雾除霜的控制方法，闭环控制中，当超声波发出并投射至挡风玻璃时，在雾、玻璃或霜、空气的分界面发生反射，一个距离传感器接受到反射信号后通过时间及当地声速[即传感器所在位置的声速c=(kRT)^0.5,其中k为绝热指数，R为气体常数，T为热力学温度]计算相应雾或霜的厚度[θ=cΔt，Δt即有霜或雾时声波从最近或最远的空气与雾或霜的分界面返回到传感器，与无霜或雾时空气与挡风玻璃最近和最远的分界面返回到传感器的时间差]；当车辆运行时，由于挡风玻璃因振动或变形而影响距离判断，另一个距离传感器则探测得到另一个厚度，作为对第一个距离传感器的校核和确认。

进一步的，前述的车载式超声波除雾除霜的控制方法，闭环控制中，光线传感器经纬式工作方式为：通过垂直或平行于Y、Z轴的可见光或非可见光穿过挡风玻璃，以全反射的方式透射到玻璃另外一侧的光线传感器上，当一条经线和一条纬线上的信号由于光线的强度和角度的变化而出现变化时，则这两条线的交点为需要除雾或除霜的位置。

进一步的，前述的车载式超声波除雾除霜的控制方法，闭环控制中，光线传感器神经网络式工作方式为：在经纬式工作方式的基础上，传感器数量更多、投射的光线可以发射到任意角度并被挡风玻璃另一侧的光线传感器接收，从而测得两条光线的交点，即可定位需要除雾除霜的位置。

本发明的有益效果是：本发明提供的车载式超声波除雾除霜装置，由于超声波具有方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能的优点，因此利用该优点运用于车辆挡风玻璃，能够起到清洁高效快速除雾除霜的目的。

本发明结构简单、布局合理、使用方便且制作成本低，适于批量生产，能够满足需要开展此项工作的市场需求。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明的集成式超声波除雾除霜装置的A面放大图。

图3为本发明的集成式超声波除雾除霜装置的主视图。

图4为本发明的集成式超声波除雾除霜装置的侧视图。

图5为发明的手持式超声波除雾除霜装置的结构示意图。

图6为发明的手持式超声波除雾除霜装置的俯视图。

图7为发明的手持式超声波除雾除霜装置的侧视图。

图8为本发明的经纬式雾、霜自动监测原理图。

图9为本发明的神经网络式雾、霜自动监测原理图。

具体实施方式

本实施例提供的一种车载式超声波除雾除霜的控制方法，结构如图1至图9所示，根据客户需求分为集成式超声波除雾除霜装置1及手持式超声波除雾除霜装置2两种。

其中，集成式超声波除雾除霜装置安装于车辆前挡风玻璃5的下方，中控台7的前方，与空调出风装置集成于同一模组上，每组集成式超声波换能器除雾除霜装置包括空调出风口9，空调出风口背离前挡风玻璃的一侧安装有至少一组横向排列的控制器模组8，同时，在控制器模组与空调出风口之间还对称均布有两个距离传感器10。控制器模组通过线束与距离传感器、多媒体显示屏模块连接。

而手持式超声波除雾除霜装置则通过固定装置悬挂于多媒体显示屏6后方，包括至少一组横向排列的控制器模组8，而固定装置则包括设置于多媒体显示屏背板上的固定卡座14，固定卡座与超声波换能器阵列背部的卡接件相配合，超声波换能器除雾除霜装置的底部设有开孔，开孔内穿有伸缩线缆11。同时，在手持式超声波换能器除雾除霜装置的顶部还安装有按键开关13。

同时，在前挡风玻璃的边缘对称分布有光线传感器3。

本实施例的车载式超声波除雾除霜的控制方法，按照除雾除霜进程是否随发动机点火开关接通自动启动分为智能控制及手动控制。

手动控制包括以下步骤：Ⅰ、通过多媒体显示屏上的操作键开启开关，或拿起手持模块后按动其上的按键开关，模块通过控制器接收开启指令；

Ⅱ、调用内部存储的策略，按预设功率5~500W、扫描角度0~90°的参数进行除雾除霜工作；

Ⅲ、当除雾除霜效果达到使用者预期时，按下多媒体显示屏上的操作键关闭开关，并通过控制器接收关闭指令。

智能控制包括以下步骤：

Ⅰ、车辆启动后开启多媒体显示屏，并自动进入闭环控制模式；

Ⅱ、通过光线传感器及距离传感器检测是否需要开启除雾除霜操作；当能见度接近传感器与挡风玻璃距离，且雾或霜的厚度大于0mm时，开启除雾除霜操作，当能见度大于传感器与挡风玻璃距离的2倍，且霜或雾的厚度为0mm时，除雾除霜操作处于待机状态；

Ⅲ、按初始化工况智能学习方法进行设定，预设的周期（s）t=2n（n=0,1,2……）、每个周期内功率（W）P=5×10n（n=0,1,2）、每个周期、每个功率内扫描角度α=0~90°分别递增，进行除雾除霜工作；所述初始化工况智能学习方法如下：周期t=1s、功率P=5W、扫描α=0~90°范围一次；周期t=1s、功率P=50W、扫描α=0~90°范围一次；周期t=1s、功率P=500W、扫描α=0~90°范围一次；周期t=2s，功率P=5W，扫描α=0~90°范围一次；周期t=2s，功率P=50W，扫描α=0~90°范围一次，每次除雾除霜操作完成后记录所需总时间和总功率。当记录到第3次相同工况时，下一次将按第一优先级最短时间、第二优先级最小功率自动寻优的智能控制策略进行“智能”除雾除霜操作；如果某一工况超过系统已有记录的最长工作时间，则该工况按“初始化工况”重新进行机器学习；

Ⅳ、车辆熄火后，除雾除霜功能自动关闭。其中，距离传感器的工作原理为：当超声波发出并投射至挡风玻璃时，在雾、玻璃或霜、空气的分界面产生反射，其中一个距离传感器接受到反射信号后通过时间差Δt和当地声速[即传感器所在位置的声速c=(kRT)^0.5,其中k为绝热指数，R为气体常数，T为热力学温度]计算相应雾或霜的厚度[θ=cΔt，Δt即有霜或雾时声波从最近或最远的空气与雾或霜的分界面返回到传感器，与无霜或雾时空气与挡风玻璃最近和最远的分界面返回到传感器的时间差]；当车辆运行时，挡风玻璃会因振动或变形而影响距离判断，此时另外一个距离传感器也会得到一个厚度[θ=cΔt，Δt即有霜或雾时声波从最近或最远的空气与雾或霜的分界面返回到传感器，与无霜或雾时空气与挡风玻璃最近和最远的分界面返回到传感器的时间差]，作为对第一个距离传感器的校核和确认。

光线传感器的工作原理为：

经纬式：通过垂直或平行于Y、Z轴的光线（可见光或非可见光）穿过挡风玻璃，以全反射的方式透射到玻璃另外一侧的光线传感器上，如果某条经线和某条纬线上的信号出现变化（光线强度和角度），则这两条线的交点即需要除雾或除霜的位置。

神经网络式：与经纬式相同，只是传感器数量更多、投射的光线可以发射到任意角度并被挡风玻璃另一侧的光线传感器接收，从而测得两条光线的交点，即可定位需要除雾除霜的位置。

上述光线传感器的工作原理均为光的全反射原理：即光线从光密介质射向光疏介质时，折射角将大于入射角；当入射角为某一数值时，折射角等于90°，此入射角称临界角。如投射光线以大于玻璃与空气的临界角（约31.8°）、小于玻璃与水（约44.4°）/玻璃与霜（约43.5°）的临界角发射到挡风玻璃内，如果没有雾、霜则光线全反射，类似光纤中光线的传播，没有能量损失且接受到的光线方向一定；当存在雾或霜时，某些路径的光线无法形成全反射，则光线能量和角度都会发生变化。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种车载式超声波除雾除霜装置，其特征在于：包括安装于中控台面上的超声波换能器阵列,所述超声波换能器阵列包括至少一组横向排列的控制器模组，所述控制器模组通过线束与多媒体显示屏模块、自动监测传感器连接。

2.根据权利要求1所述的车载式超声波除雾除霜装置，其特征在于：所述超声波除雾除霜装置包括手持式超声波除雾除霜装置及集成式超声波除雾除霜装置。

3.根据权利要求1或2所述的车载式超声波除雾除霜装置，其特征在于：所述集成式超声波换能器除雾除霜装置安装于车辆前挡风玻璃的下方，与空调出风装置集成于同一模组上，每组集成式超声波换能器除雾除霜装置包括空调出风口，所述空调出风口背离前挡风玻璃的一侧安装有至少一组横向排列的控制器模组，所述控制器模组与空调出风口之间还对称均布有距离传感器，所述距离传感器控制器模组通过线束连接。

4.根据权利要求1或2所述的车载式超声波除雾除霜装置，其特征在于：所述手持式超声波换能器除雾除霜装置通过固定装置悬挂于多媒体显示屏后方，所述固定装置包括设置于多媒体显示屏背板上的固定卡座，所述固定卡座与超声波换能器阵列背部的卡接件相配合，所述超声波换能器除雾除霜装置的底部设有开孔，所述开孔内穿有伸缩线缆。

5.根据权利要求1所述的车载式超声波除雾除霜装置，其特征在于：所述车辆挡风玻璃外部的雨水导流槽处设有用于外部除雾除霜的排出风口。

6.根据权利要求1所述的车载式超声波除雾除霜的控制方法，其特征在于：按照除雾除霜进程是否随发动机点火开关接通自动启动分为智能控制及手动控制。

7.根据权利要求6所述的车载式超声波除雾除霜的控制方法，其特征在于：所述手动控制包括以下步骤：

Ⅰ、通过多媒体显示屏上的操作键开启开关，或拿起手持模块后按动其上的按键开关，模块通过控制器接收开启指令；

Ⅱ、调用内部存储的策略，按预设功率5~500W、扫描角度0~90°的参数进行除雾除霜工作；

Ⅲ、当除雾除霜效果达到使用者预期时，按下多媒体显示屏上的操作键关闭开关，并通过控制器接收关闭指令。

8.根据权利要求5所述的车载式超声波除雾除霜的控制方法，其特征在于：所述智能控制包括以下步骤：

Ⅰ、车辆启动后开启多媒体显示屏，并自动进入闭环控制模式；

Ⅱ、通过光线传感器及距离传感器检测是否需要开启除雾除霜操作；当能见度接近传感器与挡风玻璃距离，且雾或霜的厚度大于0mm时，开启除雾除霜操作，当能见度大于传感器与挡风玻璃距离的2倍，且霜或雾的厚度为0mm时，除雾除霜操作处于待机状态；

Ⅲ、按初始化工况智能学习方法进行设定，预设的周期（s）t=2n（n=0,1,2……）、每个周期内功率（W）P=5×10n（n=0,1,2）、每个周期、每个功率内扫描角度α=0~90°分别递增，进行除雾除霜工作；所述初始化工况智能学习方法如下：周期t=1s、功率P=5W、扫描α=0~90°范围一次；周期t=1s、功率P=50W、扫描α=0~90°范围一次；周期t=1s、功率P=500W、扫描α=0~90°范围一次；周期t=2s，功率P=5W，扫描α=0~90°范围一次；周期t=2s，功率P=50W，扫描α=0~90°范围一次，每次除雾除霜操作完成后记录所需总时间和总功率；

当记录到第3次相同工况时，下一次将按第一优先级最短时间、第二优先级最小功率自动寻优的智能控制策略进行“智能”除雾除霜操作；如果某一工况超过系统已有记录的最长工作时间，则该工况按“初始化工况”重新进行机器学习；

Ⅳ、车辆熄火后，除雾除霜功能自动关闭。

9.根据权利要求1所述的车载式超声波除雾除霜的控制方法，其特征在于：所述闭环控制为：当电源接通，并在车辆点火前，光线传感器开始工作，通过与无雾、无霜状态下的状态对比，并以经纬式或神经网络式方式定位霜或雾的位置；随后距离传感器开始工作，测量得到霜或雾的厚度，根据光线传感器及距离传感器定位计算，设定相控阵扫描角度和换能器阵列的超声波发送功率；并且，在除雾除霜期间，光线传感器自动动态监测需继续除雾或除霜的位置，并引导相控阵的扫描角度做自动调整；距离传感器感受到雾或霜的厚度接近0mm，且光线传感器定位不到需要除雾除霜的位置时系统自动终止超声波的发射，但只要发动机在运行，各传感器仍按1Hz的频率监测雾或霜在挡风玻璃上的附着情况，适时启动超声波束的发射，形成闭环控制。

10.根据权利要求8所述的车载式超声波除雾除霜的控制方法，其特征在于：所述超声波换能器，以普通能量输出方式或相控阵扫描方式作用在挡风玻璃上，实现除雾除霜的功能。

11.根据权利要求8所述的车载式超声波除雾除霜的控制方法，其特征在于：所述闭环控制中，当超声波发出并投射至挡风玻璃时，在雾、玻璃或霜、空气的分界面发生反射，一个距离传感器接受到反射信号后通过时间及当地声速,即传感器所在位置的声速c=(kRT)^0.5,其中k为绝热指数，R为气体常数，T为热力学温度,计算相应雾或霜的厚度θ=cΔt，Δt即有霜或雾时声波从最近或最远的空气与雾或霜的分界面返回到传感器，与无霜或雾时空气与挡风玻璃最近和最远的分界面返回到传感器的时间差；当车辆运行时，由于挡风玻璃因振动或变形而影响距离判断，另一个距离传感器则探测得到另一个厚度，作为对第一个距离传感器的校核和确认。

12.根据权利要求8所述的车载式超声波除雾除霜的控制方法，其特征在于：所述闭环控制中，光线传感器经纬式工作方式为：通过垂直或平行于Y、Z轴的可见光或非可见光穿过挡风玻璃，以全反射的方式透射到玻璃另外一侧的光线传感器上，当一条经线和一条纬线上的信号由于光线的强度和角度的变化而出现变化时，则这两条线的交点为需要除雾或除霜的位置。

13.根据权利要求8所述的车载式超声波除雾除霜的控制方法，其特征在于：所述闭环控制中，光线传感器神经网络式工作方式为：在经纬式工作方式的基础上，传感器数量更多、投射的光线可以发射到任意角度并被挡风玻璃另一侧的光线传感器接收，从而测得两条光线的交点，即可定位需要除雾除霜的位置。