擋風玻璃防霧的重要性

隨著我國經(jīng)濟這幾年來的迅速發(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，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，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，直接財產(chǎn)損失12億元，這樣的道路事故發(fā)生率是遠遠超過了西方發(fā)達國家的平均水平，而在上面的道路事故發(fā)生的起因中，有相當一部分事故的發(fā)生是因為在冬天，或者下雨天的時候，由于擋風玻璃出現(xiàn)霧氣造成司機視線模糊不清，從而引發(fā)了道路事故的發(fā)生。

當今，有很多型號的車都具備了“除霧檔”按鈕，對于客戶來說，直接使用這個除霧檔來除霧看起來似乎是一件很簡單的事情，但是事實上很多駕駛者們根本不清楚汽車什么時候起霧，需要去除霧，而什么時候又不需要去除霧而可以關(guān)閉除霧擋的按鈕，往往客戶們會在不適當?shù)臅r候，來不急去啟動除霧的功能，又或者當汽車不需要除霧的時候，駕駛者們還繼續(xù)啟動著除霧的這個功能，運行著汽車的HVAC系統(tǒng)進行除霧，大大浪費了能源的消耗，這時候正需要一個智能自動除霧的系統(tǒng)來幫助大家確定除霧的必要性和時間，自動除霧系統(tǒng)不單單是對車廂里面人的生命有了一個保障，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。

過去的一段時間里面，各國的學者和組織都有對擋風玻璃防霧做了一定的研究， 擋風玻璃起霧是一個經(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)的第二大判斷標準。[1]

2003年，學者Allison 研究，消費者對“智能自動防霧系統(tǒng)”相當?shù)母信d趣，并且調(diào)查顯示，大部分的消費者在防霧系統(tǒng)所需要增加$75的相應成本都表示可以接受，智能自動防霧系統(tǒng)和發(fā)動機控制以及汽車車輪的無線監(jiān)控成為了當今消費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)的汽車擋風玻璃防霧系統(tǒng)。[3]

擋風玻璃形成霧的原因分析

在解釋擋風玻璃起霧的成因之前，我們先從空氣中的水蒸汽，相對濕度和露點的概念說起，畢竟，這是檔風玻璃起霧形成的最基本的原因。

在一個給定的溫度環(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，水汽就越不容易達到飽和氣壓，相反，越低的溫度，水汽就越容易達到飽和，越容易形成露水。

相對濕度是指空氣中實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，當達到了100% 相對濕度的時候，我們稱之為達到了飽和，如果再增加水份進去，空氣就會超飽和，從而形成水滴。

露點溫度是指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時的溫度。形象地說，就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r候的溫度叫露點溫度。

因此，大氣中的水份當達到了飽和狀態(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，這都是因為空氣中的露點溫度很高，空氣中的濕度遇到了冰冷的固體后形成了飽和狀態(tài)。

擋風玻璃上面形成霧的最主要原因是擋風玻璃的溫度下降并低于了車廂里面空氣中露點的溫度。此現(xiàn)象的產(chǎn)生一方面可以是因為車廂里面空氣中濕度的增加，從而增加了露點的溫度，也可以是因為擋風玻璃溫度的持續(xù)下降而使擋風玻璃起霧的。下面舉例分析一下?lián)躏L玻璃起霧的成因:

1、在清晨的時候，車廂內(nèi)有部分的濕氣，并且在外部溫度相當?shù)偷那闆r下， 擋風玻璃的溫度低于了車廂內(nèi)的露點溫度，使擋風玻璃起霧。

2、在車子發(fā)動后，因為車廂內(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)的露點溫度增加，高于了擋風玻璃的溫度，使擋風玻璃起霧。

3、在周圍氣溫比較高的環(huán)境下，突然天空下起了大雨，從而降低了擋風玻璃的溫度，從而擋風玻璃的溫度低于了車廂內(nèi)的露點溫度，使擋風玻璃起霧。

4、在車廂里面乘客因為呼吸等原因產(chǎn)生穩(wěn)定水蒸氣的過程中，汽車駛進了一個寒冷的山洞環(huán)境下，擋風玻璃的溫度降低，低于了車廂內(nèi)的露點溫度，使擋風玻璃起霧。

5、在亞熱帶或者高濕的環(huán)境下，空氣中的相對濕度相當?shù)母撸管噹锩娴穆饵c溫度很高，高于了擋風玻璃的溫度，使擋風玻璃起霧。

在過去，有很多關(guān)于擋風玻 璃防霧的研究，包括自動監(jiān)測擋風玻璃的霧氣[4]; 智能自動防霧系統(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的溫度來計算出起霧系數(shù)的方法[6]，以上的研究都說明了在自動防霧方面大家所做出的努力以及防霧的重要性和實用性。


自動防霧系統(tǒng)

前面提到了擋風玻璃上面形成霧的最主要原因是擋風玻璃的溫度下降并低于了車廂里面空氣中露點的溫度，所以我們測量和計算的兩大參數(shù)量就是擋風玻璃的溫度和車廂里露點的溫度。

總體說來， 自動防霧系統(tǒng)包括了三大部分，包括參數(shù)測量輸入，參數(shù)計算分析和除霧控制。

參數(shù)測量輸入

為了分析起霧的條件，有三個參數(shù)量是需要測量的，一個是檔風玻璃的溫度，還有車廂里面同一點的相對濕度和溫度用于計算車廂里面露點的溫度，現(xiàn)已有些成熟的傳感器模塊，緊貼在檔風玻璃上面(圖1)，[7]模塊里面就包含了可以測量檔風玻璃的溫度傳感器以及可以測量車廂內(nèi)同一點的溫度和濕度傳感器，通過這些傳感器，實時監(jiān)控了引起起霧發(fā)生的這三大物理量，從而傳送給空調(diào)MCU系統(tǒng)進行分析和計算。

圖1：傳感器模塊測量示意圖
參數(shù)計算分析

收集到測量回來的擋風玻璃的溫度，車廂里同一點相對濕度和溫度的數(shù)據(jù)后，空調(diào)中央控制器會對數(shù)據(jù)進行分析和比較，首先是把車廂里同一點相對濕度和溫度的數(shù)據(jù)通過一系列公式計算出車廂內(nèi)露點的溫度。然后通過比較露點的溫度和擋風玻璃的溫度來判定擋風玻璃是否起霧。我們用Td來表示露點的溫度，Tws來表示擋風玻璃的溫度。Δ 來表示安全系數(shù)。