一種汽車智能前擋風(fēng)玻璃調(diào)光控制系統(tǒng)的設(shè)計*

張紅黨 陳松 楊宏圖 張鳳嬌 王鑫

（1.常州機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2.江蘇大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院）

GB 7258—2017《機動車運行安全技術(shù)條件》規(guī)定，前擋風(fēng)窗玻璃及風(fēng)窗以外玻璃用于駕駛?cè)艘晠^(qū)部位的可見光透射比應(yīng)大于等于70%。汽車玻璃的透光率一般為75%～80%，車膜的透光率要達到90%以上才能滿足要求[1]。從安全角度來說，深色的車膜會嚴(yán)重影響駕駛員的視線，尤其是在光線比較暗的時候，會帶來極大的安全隱患。隨著汽車玻璃功能的不斷升級和更新，不僅對于玻璃的品質(zhì)要求越來越高，而且由于新技術(shù)導(dǎo)入而引發(fā)的質(zhì)量問題也隨之而來[2]。因此，從視覺效果、人性化、智能化等角度考慮，設(shè)計一種汽車智能前擋風(fēng)玻璃控制系統(tǒng)很有必要。

1 調(diào)光控制原理

該系統(tǒng)能自動調(diào)節(jié)變色玻璃的可見光透過率、避免刺激性光線入眼并且保護車內(nèi)隱私；夜晚開車時，使得玻璃的透光率為100%，讓駕駛者的視野效果最佳[3]。在停車不使用時，系統(tǒng)將電致玻璃調(diào)至不透明狀態(tài)，竊賊即使打開車門也無法將汽車開走，此時這種調(diào)光玻璃還能起到防盜作用。

圖1 示出汽車智能前擋風(fēng)玻璃控制系統(tǒng)調(diào)光控制原理圖。控制原理如下：1）將溫度信號、入射光強度信號、遠程遙控器的遠程控制信號發(fā)送給中央處理器；2）中央處理器將外部環(huán)境溫度信號、入射光強度信號與設(shè)定的溫度閾值和光強閾值進行比較，根據(jù)比較結(jié)果同時結(jié)合遠程控制信號，向控制器發(fā)送控制信號；3）中央處理器連接外部電源裝置并將外部電壓轉(zhuǎn)換為電致變色玻璃組件所需電壓和電流，向控制器發(fā)出控制信號，實現(xiàn)玻璃智能調(diào)光；4）中央處理器同時接收所述遠程鑰匙遙控器的遠程控制信號，根據(jù)所述比較結(jié)果以及遠程控制信號，向控制器發(fā)送控制信號，使得玻璃完全不透光，即便是車載防盜功能損壞，也無法開走汽車，增強了防盜功能。

圖1 汽車智能前擋風(fēng)玻璃控制系統(tǒng)調(diào)光控制原理圖

為進一步方便人為控制，作為優(yōu)選，所述電致變色玻璃組件中包括手動控制按鍵，中央處理器同時接收手動控制按鍵的控制信號，根據(jù)所述比較結(jié)果以及手動控制按鍵的控制信號，向控制器發(fā)送控制信號。手動控制按鍵一般有開、關(guān)2 種工作擋位，可實現(xiàn)手動調(diào)節(jié)玻璃完全透光。

2 調(diào)光控制系統(tǒng)的設(shè)計

該系統(tǒng)主要包括電致變色前擋風(fēng)玻璃及框架組件、光敏傳感器、車外溫度傳感器、中央處理器、控制器、防盜ECU、車門遙控器、指示燈、車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)線、電源、安裝支架等。系統(tǒng)控制設(shè)計，如圖2 所示。

圖2 汽車智能前擋風(fēng)玻璃控制系統(tǒng)設(shè)計圖

2.1 系統(tǒng)控制器設(shè)計

玻璃框架的作用是固定玻璃框架內(nèi)的電致變色玻璃；溫度傳感器用于收集車外的溫度信號；光敏傳感器用于收集車外的入射光強度信號，同時針對現(xiàn)有多交變光場的光源一致性差、體積大、難集成的問題，采用一種單交變光場傳感器進行高精度光學(xué)位移測量[4]；控制器用于控制電致變色玻璃組件工作；防盜ECU 在防盜模式開啟時，給中央處理器提供一個防盜信號。車門遙控器的作用是在鎖車門時給防盜ECU 一個信號，同時給中央處理器提供一個開鎖或解鎖信號。

1）信號接收、信息的采集與傳遞。溫度傳感器和光敏傳感器分別對車外溫度和光線強度進行檢測，把信號傳輸給中央處理器，由控制器對電致玻璃進行供電，同時控制工作指示燈點亮。

2）信息傳輸。系統(tǒng)控制器依靠LIN 線接收中央處理器信號，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和傳輸。控制器可以通過CAN 網(wǎng)絡(luò)與儀表控制單元進行數(shù)據(jù)交換，未來可以利用儀表板指示燈等。

3）中央處理器設(shè)計。中央處理器數(shù)據(jù)設(shè)定包括傳感器閾值設(shè)定、門鎖信號的采集。通過傳感器傳回的數(shù)據(jù)與設(shè)定閾值對比做出相應(yīng)計算并回應(yīng)，若溫度傳感器和光敏傳感器達到某一設(shè)定閾值時，控制器通過存儲的數(shù)據(jù)與現(xiàn)時狀況數(shù)據(jù)綜合分析得出信息并迅速有效地將其反饋到顯示終端。中央處理器在正常狀態(tài)下檢測和處理數(shù)據(jù)，當(dāng)出現(xiàn)以下2 種情況時做出相應(yīng)操作：a.單一傳感器數(shù)據(jù)低于閾值失效，顯示該傳感器狀態(tài)；b.單一傳感器數(shù)據(jù)高于閾值時，發(fā)出控制信號。

4）數(shù)據(jù)處理。傳感器的數(shù)據(jù)傳到中央處理器，將通過所得數(shù)據(jù)和已設(shè)定數(shù)據(jù)計算輸出信號，并傳給系統(tǒng)控制器，控制器對電致玻璃進行控制，信號最終傳給顯示終端，同時控制工作指示燈點亮。

5）系統(tǒng)控制器設(shè)計。接收來自中央處理器的信號，控制電致玻璃電流大小，根據(jù)玻璃光透射比的閾值對電流做出調(diào)整。

6）顯示終端設(shè)計。顯示終端采用工作指示燈，正常狀態(tài)處于休眠狀態(tài)，當(dāng)接收到中央控制器信號時喚醒控制此系統(tǒng)中的單片機，控制工作指示燈點亮。

7）電源設(shè)計。設(shè)備均采用獨立電源設(shè)計，電壓為12 V，以增強此系統(tǒng)的可靠性和獨立性。

2.2 電致玻璃設(shè)計

前擋風(fēng)玻璃分為3 層，中間層是電致玻璃層，玻璃層從上到下主要有：玻璃或透明基底材料、透明導(dǎo)電層、電致變色層、離子傳導(dǎo)層、離子存儲層、透明導(dǎo)電層、玻璃或透明基底材料。工作時，通過電極在導(dǎo)電層施加電壓，使電致變色器件發(fā)生顏色變化，不同層數(shù)的電致變色器件可起到顏色疊加或互補的作用[5]。

2.3 系統(tǒng)控制策略

隨著調(diào)光控制技術(shù)的日趨成熟，可以采用多層結(jié)構(gòu)的防反射玻璃，從功能化玻璃的角度考慮自清潔和能源效率[6]。系統(tǒng)控制器設(shè)計考慮發(fā)光強度的上位控制器架構(gòu)，分別設(shè)計線性二次型調(diào)節(jié)器和模型預(yù)測控制器，并在以后的研究中分別進行仿真及實車測試[7]。

3 結(jié)論

文章設(shè)計的汽車智能前擋風(fēng)玻璃調(diào)光控制系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境溫度和光線強度，對電致玻璃實施不同的電流控制，實現(xiàn)玻璃透射比在70%～100%范圍內(nèi)智能調(diào)節(jié)，增強視線的清晰度，阻隔紫外線的射入。同時接收防盜ECU 信號和車門遙控器信號，對前擋風(fēng)玻璃實行通電控制，控制電致玻璃顏色變深，可實現(xiàn)完全不透明，起到防盜作用。該系統(tǒng)的創(chuàng)新點在于前擋風(fēng)玻璃智能化的設(shè)計，隨外部環(huán)境的變化調(diào)整玻璃透光率，緩解駕駛疲勞，保證行車安全，也為汽車智能前擋風(fēng)玻璃產(chǎn)品的研發(fā)打下基礎(chǔ)。