车辆工程专业创新实践活动.doc

汽车风窗除雾系统检测方式的改进设计交通与汽车工程学院课程设计说明书课 程 名 称: 车辆工程专业创新实践活动 课 程 代 码: 103510429 题 目: 汽车风窗除雾系统检测方式的改进设计 年级/专业/班: 2013级/车辆工程/汽电1班 学 生 姓 名: XXX 学 号: 3120130202XXX 开 始 时 间: 2016 年 12 月 12 日完 成 时 间: 2016 年 12 月 19 日课程设计成绩：技术资料收集（20）资料分析与创新（40）方案初步设计（30）论文格式（10）总 分（100）指导教师签名： 年 月 日目 录摘要21概述32 分析与创新42.1技术资料分析42.1.1一种汽车空调自动除雾系统及汽车结构组成42.1.2一种汽车空调自动除雾系统及汽车结构特点分析62.2创新点分析73 方案初步设计73.1结构初步设计73.1.1实现电控系统功能的基本组成硬件73.1.2功能流程图83.1.3该系统的使用方法及使用范围9结论10附件11摘 要随着汽车的普及，汽车成为了人们日常生活中必不可少的交通工具，汽车具有足够的安全性成为了使用汽车的首要条件；在夏季和冬季，汽车前风窗极易起雾，影响驾驶人员的视线容易引发交通事。本改进设计为汽车风窗除雾系统，主要在已有专利技术的基础上对原有系统的的信号采集部分进行改进。其改进关键点在于利用光电传感器采集的数据直接判断车窗是否有雾水，而不同所改进专利中的利用温差和湿度差来间接判断车窗有雾水与否。关键词：汽车 风窗 除雾1概述 1.1相关技术领域发展情况随着汽车的普及，汽车成为了人们日常生活中必不可少的交通工具，极大方便了人们的出行。在夏季和冬季，汽车前风窗极易起雾，影响驾驶人员的视线，从而引发交通事故。但在汽车风窗除雾的相关技术方面，主要有一下几种除雾方式：1.打开空调开关2.玻璃防雾使用专用的玻璃防雾剂；3.自动除雾系统。在方式1、2中，需要人为操作除去雾气，这容易使驾驶员分神，从引发交通事故，方式3则不需要人为操作，由系统自行判定并除雾，并且还有预防风窗起雾的作用。1.1.1玻璃防雾剂 汽车玻璃防雾剂，主要用于汽车车内和车外的防雾工作，减少玻璃、塑料表面因为湿气而引起的冷凝现象，减少交通事故的发生。防雾剂采用新一代分散防滴材料以及纳米有机活性剂，经防雾剂处理过的玻璃表面有一层超亲水纳米膜，使雾汽与之接触后成低冰点混合物，从而防止结雾。在汽车内侧玻璃上或其他玻璃上，均匀喷洒防雾剂并擦拭透明，并保证足够厚的防雾膜。1.1.2打开空调开关除雾 打开空调开关 ，将出风口选择旋钮到吹前风窗玻璃的位置，关闭或减小三个以上出风口，将风量调整旋钮转到合适的位置。热风除雾：热风可以使玻璃温度升高，靠近玻璃的空气温度也会升高，这样空气中水蒸气的饱和度会升高，很难形成结雾的条件。但是刚开始使用热风除雾时，由于空气的温度上升，但是玻璃的温度没有上升，所以更容易使雾气凝结，从而导致雾气更大。但是几分钟之后玻璃温度升高，雾气被吹干净，就很难凝结。使用热风除雾时，将进风模式调整为外循环，冷暖模式在开始时选择最大制热模式，风机档位开始时可以选择最高档，出风模式调整到除霜。热风除雾一般在环境温度低于0时使用。1.2已有技术资料收集 与本题目相关的资料包括以下内容：1.专利号为201510024023.0 的一种汽车空调自动除雾系统及汽车置中提到了汽车风窗自动除雾系统实现的技术方法，该系统的信号采集是基于分别安装在汽车内外的两个温度传感器所采集的数据差来判断风窗是否起雾，该技术资料的全文详见附件1.1。2.专利号为201520424977.6 的蒸发式汽车玻璃内表面自动除雾系统中提到了利用车内外温度传感器模块，其用于测量汽车内外的温度。车内外湿度传感器模块，其用于测量汽车内外的湿度。玻璃内外湿度传感器模块，其用于测量汽车车窗玻璃的内外湿度。能够在汽车玻璃表面产生雾气前自动进行预防或进行快速除雾，该技术资料的全文详见附件1.2。3.期刊名称为汽车前风窗玻璃除霜除雾数值模拟分析和研究中提到了利用CFD方法对汽车内部流场进行了模拟，定量分析了车内气流的速度、温度、湿度、以及车窗玻的温度和空气的传热量等参数，进而对汽车前风窗玻璃除霜除雾进行数据模拟，对其除霜除雾效率和效果进行分析，为汽车除霜除雾工程应用提供参考，该技术资料的全文详见附件1.3。2 分析与创新 2.1技术资料分析 2.1.1一种汽车空调自动除雾系统及汽车结构组成本发明提供了一种汽车空调自动除雾系统及汽车，该汽车空调自动除雾系统包括 ：车载空调。设置于车内的第一温度传感器，用于采集所述车内的温度。设置于车内的湿度传感器，用于采集车内的湿度。设置于挡风玻璃处的第二温度传感器，用于采集挡风玻璃的温度。分别与车载空调、第一温度传感器、湿度传感器和第二温度传感器连接的车载空调控制单元，其中，车载空调控制单元通过采集到的车内的温度和湿度计算车内空气 的露点温度，并将计算得到的露点温度与挡风玻 璃的温度比较，若挡风玻璃的温度减去露点温度的温度差值小于一预设值，则车载空调控制单元控制车载空调对挡风玻璃进行预定时长的除雾。本发明实施例提高了车辆的行驶安全。 图2-1 表示本发明实施例中汽车空调自动除雾系统的组成框图 。图2-2 表示本发明实施例中汽车空调自动除雾系统的控制流程图。结合上述两图介绍系统工作时主要有以下几个工作步骤：步骤1 ：判定空调是否进入自动控制模式工作。步骤2 ：当以自动控制模式工作时，开启第一温度传感器、第二温度传感器和车 内湿度传感器检测车内温湿度环境，车载空调自动工作。步骤3 ：计算车内空气的露点温度。步骤 4 ：对车内空气的露点温度和挡风玻璃温度进行比对，判断档风玻璃温度减 去露点温度是否小于设定值 T,T 设定在 2，由此判断档风玻璃是否存在起雾的风险 。步骤5 ：如存在起雾风险时，车载空调控制单元控制车载空调对档风玻璃进行自动除雾，如不存在起雾风险时，车载空调自动工作不进行自动除雾。步骤6 ：对档风玻璃进行 5min 的自动除雾后，重新进行步骤S2，进而判定档风玻 璃是否存在起雾风险。图2-1.汽车空调自动除雾系统的组成框图图2-2.汽车空调自动除雾系统的控制流程图2.1.2一种汽车空调自动除雾系统及汽车结构特点分析本实用性汽车空调自动除雾系统为了达到上述目的，发明提供了一种汽车空调自动除雾系统，包括车载空调，所述系统还包括：1.设置于车内的第一温度传感器，用于采集所述车内的温度 ；设置于所述车内的湿度传感器，用于采集所述车内的湿度 ；2. 设置于挡风玻璃处的第二温度传感器，用于采集所述挡风玻璃的温度 ；3.分别与所述车载空调、所述第一温度传感器、所述湿度传感器和所述第二温度传 感器连接的车载空调控制单元，其中，所述车载空调控制单元通过采集到的所述车内的温 度和湿度计算所述车内空气的露点温度，并将计算得到的所述露点温度与所述挡风玻璃的 温度比较，若所述挡风玻璃的温度减去所述露点温度的温度差值小于一预设值，则所述车 载空调控制单元控制所述车载空调对所述挡风玻璃进行预定时长的除雾。4.进一步的，所述预设值为 1.5-2.5 之间的任意数值。5.进一步的，所述预定时长为 2-8min 之间的任意时长。6.此外，本发明还提供了一种汽车，包括上述的汽车空调自动除雾系统。 本实用新型的优点在于：汽车空调自动除雾系统综合检测车内空气温度、湿度和挡风玻璃的的温度等多个参数，根据多个参数的检测结果，判断车辆档风玻璃的起雾风险，并在判断挡风玻璃有起雾风险的情况下对挡风玻璃进行自动除雾，提高车辆的行驶安全。本实用新型的缺点在于：汽车空调自动除雾系统综合检测的多个参数都是间接的通过车内外的温度差和湿度差来得出风窗是否起雾的结论，之后进行除雾。缺乏直接检测车窗上是否有雾气来进行除雾。2.1.3蒸发式汽车玻璃内表面自动除雾系统结构组成蒸发式汽车玻璃内表面自动除雾系统结构组成（图2-3）包括 ： 1.传感器模块：车内外温度传感器模块、 车内外湿度传感器模块、 玻璃内外湿度传感器模块2.电路执行机构：转换阀门、多个出气口、多个风道阀、 、鼓风机、蒸发器、 暖水风箱3.控制器 ：单片机图2-3.蒸发式汽车玻璃内表面自动除雾系统结构组成2.1.4蒸发式汽车玻璃内表面自动除雾系统结构特点分析蒸发式汽车玻璃内表面自动除雾系统结构特点分析如下：车内外温度传感器模块，其用于测量汽车内外的温度 ； 车内外湿度传感器模块，其用于测量汽车内外的湿度；玻璃内外湿度传感器模块，其用于测量汽车车窗玻璃的内外湿度；转换阀门，其设置在导气管路的多个导气口共同连通处，用以切换汽车内循环和外循 环；多个出气口，其设置汽车车窗附近；以及多个风道阀，其分别对应设置在所述各个出气口的管路内，能够实现管路的开启和关闭；控制器，其接收所述传感器模块的信号，控制所述转换阀门的切换和所述风道阀的开关。导气管路中还包括 ： 蒸发器，其用于管路中除湿；暖水风箱，其设置在所述蒸发器之后，用于对管路中的空气加热。所述多个出气口分别设置在汽车的前窗、侧窗和后窗附近。多个风道阀能够一个或者多个同时开启。 控制器可调节所述鼓风机的风力。2.1.5汽车前风窗玻璃除霜除雾数值模拟分析和研究结构组成实验采用CFD访法预测除霜除雾的效果。目前国内关于汽车除霜除雾数值模拟方面的文献较少，国外对除霜性能的研究主要集中在除霜方面。其主要参考文献主要获取了以下相关研究和分析结论：通过使用CFD件STAR-CD数值模拟了简化模型的风窗玻璃上冰冰层的融化，然后与冷冻室试验做了定性的比较研究气流对挡风玻璃处于不同接触角时，风窗玻璃的除霜效果。对汽车除霜性能数值模拟在仿真准确性方面做了相关研究，通过模拟接近真实的模型得出挡风玻璃的融霜液态分布图，然后与试验实际效果图做比较，得出结果基本吻合。通过分析气流喷射到一个斜面上时的接触角度以及雷诺数，得出倾斜表面的流体热参数，分析倾斜表面温度、速度等参数。文中利用CFD芍欠件数值模拟了汽车室内的速度场、温度场，分析和研究了在既定的除霜出风口位置、送风方向、以及空气温度和湿度的情况下，风窗玻璃上的除霜除雾效果。CFD访法在汽车除霜除雾上的应用，不仅可以实现对汽车除霜装置性能的控制，同时为汽车空调的研究提供了新的思路。本实用新型的优点在于：该自动除雾系统通过检测车内外温度差、湿度差根据检测结果判断车辆档风玻璃是否起雾，并且可以在雾水形成之前预防雾水产生。本实用新型的缺点在于：除雾系统检测的参数都是间接的通过车内外的温度差和湿度差缺乏直接检测车窗上是否有雾气来进行除雾，容易出现误判的情况。2.1.6汽车前风窗玻璃除霜除雾数值模拟分析和研究结构特点分析对汽车前风窗玻璃除霜除雾数值模拟分析和研究结构特点分析有如下4点：（1） 利用STAR-CD峭欠件以及根据除霜除雾数学模型编写的用户子程序ufilc文件，成功模拟出车内流场以及除霜除雾过程中的物理现象。并计算了前风窗玻璃除霜除雾的瞬态过程。（2） 网格质量，湍流模型的选择，会对计算的速度和精确度产生影响，文中采用局部划分网格和简化物理模型的方法来提高网格质量。同时采用了比较适合内流场的RNG k-E湍流模型。（3） 边界条件和参数的设置对计算结果会有比较大的影响，例如:除霜出风口的风速、温度、湿度，以及车外温度、车内温度和湿度、冰层的厚度、雾滴的直径等等，因此必须具体情况具体分析。（4）工程实际应用中，为使除霜除雾性能优化的仿真尽可能真实，应该把从空调出风口到除霜出风口整个过程，乃至车内结构、内饰等都包括在内，甚至应考虑有乘员的情况对除霜除雾的影响。本模拟实验优点在于：通过计算机相关软件的模拟即可得到近似的结果，可以极大的节省真正实验的成本，并且对实际实验能起到预实验的作用，避免后期实际实验出现重大错误。本模拟实验的缺点在于：计算机模拟只是近似的得到预期结果，与实际实验所得结果还是有较大差异，仅可作为实际实验结果的一个参考。2.2创新点分析 根据以上所分析的三篇参考文献的优缺点进行综合考虑，可以采取更好的方案对汽车风窗除雾系统检测方式进行相应改进，其改进措施主要是对汽车空调自动除雾系统的检测风窗是否起雾进行更为直接的判断，在参考文献中，控制器做出风窗是否起雾的判断依据是取决于汽车内外的温度差和湿度差，只是间接判断了可能风床上有雾水的产生，并不是直接检测风窗上的雾水而的出有雾水的产生。因此，在参考文献所提供的传感器、控制器和执行机构的基础之上再添加一路光电传感器，用于直接检测风窗上产生的雾水，这样控制器就可根据三者（温差、湿度差和光电传感器传输过来的信号）进行综合判断风窗是否起雾。3 方案初步设计3.1结构初步设计 3.1.1实现电控系统功能的基本组成硬件光电传感器的的发射端发射出红外线，由接收端接收红外信号，若风窗上有雾水，则红外接收端接收的红外线量就会削弱，引起光电传感器输出端信号发生相应变化，该方法就是直接判断风窗是否有雾水来将采集的信号传送给控制系统。汽车玻璃除雾系统的改进部分的电路硬件如图3-1所示，包括 ： 1. 半导体激光器 , 其