基于傳感器技術(shù)的汽車擋風(fēng)玻璃防霧系統(tǒng)研究
擋風(fēng)玻璃防霧的重要性
隨著我國經(jīng)濟(jì)這幾年來的迅速發(fā)展,一架汽車,對于我們老百姓來說,再也不是一件可望而不可求的事情了,根據(jù)統(tǒng)計(jì),2008年我國汽車的銷售量已經(jīng)突破870萬輛,但是在我國汽車工業(yè)高速發(fā)展,給人們帶來方便和歡樂的同時(shí),隱患也隨之而來。2007年我國共發(fā)生道路交通事故327209起,造成81649人死亡,380442人受傷,直接財(cái)產(chǎn)損失12億元,這樣的道路事故發(fā)生率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了西方發(fā)達(dá)國家的平均水平,而在上面的道路事故發(fā)生的起因中,有相當(dāng)一部分事故的發(fā)生是因?yàn)樵诙?,或者下雨天的時(shí)候,由于擋風(fēng)玻璃出現(xiàn)霧氣造成司機(jī)視線模糊不清,從而引發(fā)了道路事故的發(fā)生。
當(dāng)今,有很多型號的車都具備了“除霧檔”按鈕,對于客戶來說,直接使用這個(gè)除霧檔來除霧看起來似乎是一件很簡單的事情,但是事實(shí)上很多駕駛者們根本不清楚汽車什么時(shí)候起霧,需要去除霧,而什么時(shí)候又不需要去除霧而可以關(guān)閉除霧擋的按鈕,往往客戶們會(huì)在不適當(dāng)?shù)臅r(shí)候,來不急去啟動(dòng)除霧的功能,又或者當(dāng)汽車不需要除霧的時(shí)候,駕駛者們還繼續(xù)啟動(dòng)著除霧的這個(gè)功能,運(yùn)行著汽車的HVAC系統(tǒng)進(jìn)行除霧,大大浪費(fèi)了能源的消耗,這時(shí)候正需要一個(gè)智能自動(dòng)除霧的系統(tǒng)來幫助大家確定除霧的必要性和時(shí)間,自動(dòng)除霧系統(tǒng)不單單是對車廂里面人的生命有了一個(gè)保障,而且節(jié)省了汽車能源的消耗,在節(jié)省油耗方面起到了不可磨滅的作用。
過去的一段時(shí)間里面,各國的學(xué)者和組織都有對擋風(fēng)玻璃防霧做了一定的研究,擋風(fēng)玻璃起霧是一個(gè)經(jīng)常容易出現(xiàn)的現(xiàn)象。美國的教授J.D提出解決“擋風(fēng)玻璃起霧”問題是判定現(xiàn)代汽車HVAC 系統(tǒng)品質(zhì)的第二大判斷標(biāo)準(zhǔn)。[1]
2003年,學(xué)者Allison 研究,消費(fèi)者對“智能自動(dòng)防霧系統(tǒng)”相當(dāng)?shù)母信d趣,并且調(diào)查顯示,大部分的消費(fèi)者在防霧系統(tǒng)所需要增加$75的相應(yīng)成本都表示可以接受,智能自動(dòng)防霧系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)控制以及汽車車輪的無線監(jiān)控成為了當(dāng)今消費(fèi)者最感興趣的三大課題。[2]
現(xiàn)今,很多新型的汽車已經(jīng)開始完成了研發(fā)和應(yīng)用了這種新的HVAC 防霧的控制技術(shù),比如2007 Acura MDX;VolvoS80;Audi A8, S8, BMW3, 5, 6等車型,都已經(jīng)開始使用這種成熟的基于傳感器技術(shù)的汽車擋風(fēng)玻璃防霧系統(tǒng)。[3]
擋風(fēng)玻璃形成霧的原因分析
在解釋擋風(fēng)玻璃起霧的成因之前,我們先從空氣中的水蒸汽,相對濕度和露點(diǎn)的概念說起,畢竟,這是檔風(fēng)玻璃起霧形成的最基本的原因。
在一個(gè)給定的溫度環(huán)境下,空氣所能承受的水蒸汽的壓力是一定的,越高的溫度,大氣能承受水蒸汽的壓力就越大,水汽就越不容易達(dá)到飽和氣壓,相反,越低的溫度,水汽就越容易達(dá)到飽和,越容易形成露水。
相對濕度是指空氣中實(shí)際所含水蒸汽密度和同溫度下飽和水蒸汽密度的百分比值,空氣的相對濕度程度和空氣中所含有的水汽量接近飽和的程度有關(guān),而和空氣中含有水汽的絕對量卻無直接關(guān)系,當(dāng)達(dá)到了100% 相對濕度的時(shí)候,我們稱之為達(dá)到了飽和,如果再增加水份進(jìn)去,空氣就會(huì)超飽和,從而形成水滴。
露點(diǎn)溫度是指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下,冷卻到飽和時(shí)的溫度。形象地說,就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r(shí)候的溫度叫露點(diǎn)溫度。
因此,大氣中的水份當(dāng)達(dá)到了飽和狀態(tài)后,在空氣中附在塵土上面就形成水滴或者霧氣,附在清晨的草和植物上面就形成了露水,附在玻璃上面就形成了所謂的霧,這都是因?yàn)榭諝庵械穆饵c(diǎn)溫度很高,空氣中的濕度遇到了冰冷的固體后形成了飽和狀態(tài)。
擋風(fēng)玻璃上面形成霧的最主要原因是擋風(fēng)玻璃的溫度下降并低于了車廂里面空氣中露點(diǎn)的溫度。此現(xiàn)象的產(chǎn)生一方面可以是因?yàn)檐噹锩婵諝庵袧穸鹊脑黾樱瑥亩黾恿寺饵c(diǎn)的溫度,也可以是因?yàn)閾躏L(fēng)玻璃溫度的持續(xù)下降而使擋風(fēng)玻璃起霧的。下面舉例分析一下?lián)躏L(fēng)玻璃起霧的成因:
1、在清晨的時(shí)候,車廂內(nèi)有部分的濕氣,并且在外部溫度相當(dāng)?shù)偷那闆r下, 擋風(fēng)玻璃的溫度低于了車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度,使擋風(fēng)玻璃起霧。
2、在車子發(fā)動(dòng)后,因?yàn)檐噹麅?nèi)的乘客的呼吸,流汗,又或者乘客剛洗浴完,從雨里或者雪里面進(jìn)入車廂等等原因增加了車廂里面的相對濕度,從而使車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度增加,高于了擋風(fēng)玻璃的溫度,使擋風(fēng)玻璃起霧。
3、在周圍氣溫比較高的環(huán)境下,突然天空下起了大雨,從而降低了擋風(fēng)玻璃的溫度,從而擋風(fēng)玻璃的溫度低于了車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度,使擋風(fēng)玻璃起霧。
4、在車廂里面乘客因?yàn)楹粑仍虍a(chǎn)生穩(wěn)定水蒸氣的過程中,汽車駛進(jìn)了一個(gè)寒冷的山洞環(huán)境下,擋風(fēng)玻璃的溫度降低,低于了車廂內(nèi)的露點(diǎn)溫度,使擋風(fēng)玻璃起霧。
5、在亞熱帶或者高濕的環(huán)境下,空氣中的相對濕度相當(dāng)?shù)母?,使車廂里面的露點(diǎn)溫度很高,高于了擋風(fēng)玻璃的溫度,使擋風(fēng)玻璃起霧。
在過去,有很多關(guān)于擋風(fēng)玻璃防霧的研究,包括自動(dòng)監(jiān)測擋風(fēng)玻璃的霧氣[4]; 智能自動(dòng)防霧系統(tǒng)和紅外線監(jiān)測霧氣系統(tǒng)的比較[5] 以及Kelly 和 Sangwan 描述的關(guān)于通過比較玻璃的溫度和露點(diǎn)的溫度來計(jì)算出起霧系數(shù)的方法[6]。
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