一种汽车智能前挡风玻璃调光控制系统的设计*

张红党 陈松 杨宏图 张凤娇 王鑫

（1.常州机电职业技术学院；2.江苏大学汽车与交通工程学院）

GB 7258—2017《机动车运行安全技术条件》规定，前挡风窗玻璃及风窗以外玻璃用于驾驶人视区部位的可见光透射比应大于等于70%。汽车玻璃的透光率一般为75%～80%，车膜的透光率要达到90%以上才能满足要求[1]。从安全角度来说，深色的车膜会严重影响驾驶员的视线，尤其是在光线比较暗的时候，会带来极大的安全隐患。随着汽车玻璃功能的不断升级和更新，不仅对于玻璃的品质要求越来越高，而且由于新技术导入而引发的质量问题也随之而来[2]。因此，从视觉效果、人性化、智能化等角度考虑，设计一种汽车智能前挡风玻璃控制系统很有必要。

1 调光控制原理

该系统能自动调节变色玻璃的可见光透过率、避免刺激性光线入眼并且保护车内隐私；夜晚开车时，使得玻璃的透光率为100%，让驾驶者的视野效果最佳[3]。在停车不使用时，系统将电致玻璃调至不透明状态，窃贼即使打开车门也无法将汽车开走，此时这种调光玻璃还能起到防盗作用。

图1 示出汽车智能前挡风玻璃控制系统调光控制原理图。控制原理如下：1）将温度信号、入射光强度信号、远程遥控器的远程控制信号发送给中央处理器；2）中央处理器将外部环境温度信号、入射光强度信号与设定的温度阈值和光强阈值进行比较，根据比较结果同时结合远程控制信号，向控制器发送控制信号；3）中央处理器连接外部电源装置并将外部电压转换为电致变色玻璃组件所需电压和电流，向控制器发出控制信号，实现玻璃智能调光；4）中央处理器同时接收所述远程钥匙遥控器的远程控制信号，根据所述比较结果以及远程控制信号，向控制器发送控制信号，使得玻璃完全不透光，即便是车载防盗功能损坏，也无法开走汽车，增强了防盗功能。

图1 汽车智能前挡风玻璃控制系统调光控制原理图

为进一步方便人为控制，作为优选，所述电致变色玻璃组件中包括手动控制按键，中央处理器同时接收手动控制按键的控制信号，根据所述比较结果以及手动控制按键的控制信号，向控制器发送控制信号。手动控制按键一般有开、关2 种工作挡位，可实现手动调节玻璃完全透光。

2 调光控制系统的设计

该系统主要包括电致变色前挡风玻璃及框架组件、光敏传感器、车外温度传感器、中央处理器、控制器、防盗ECU、车门遥控器、指示灯、车载网络数据线、电源、安装支架等。系统控制设计，如图2 所示。

图2 汽车智能前挡风玻璃控制系统设计图

2.1 系统控制器设计

玻璃框架的作用是固定玻璃框架内的电致变色玻璃；温度传感器用于收集车外的温度信号；光敏传感器用于收集车外的入射光强度信号，同时针对现有多交变光场的光源一致性差、体积大、难集成的问题，采用一种单交变光场传感器进行高精度光学位移测量[4]；控制器用于控制电致变色玻璃组件工作；防盗ECU 在防盗模式开启时，给中央处理器提供一个防盗信号。车门遥控器的作用是在锁车门时给防盗ECU 一个信号，同时给中央处理器提供一个开锁或解锁信号。

1）信号接收、信息的采集与传递。温度传感器和光敏传感器分别对车外温度和光线强度进行检测，把信号传输给中央处理器，由控制器对电致玻璃进行供电，同时控制工作指示灯点亮。

2）信息传输。系统控制器依靠LIN 线接收中央处理器信号，实现数据的共享和传输。控制器可以通过CAN 网络与仪表控制单元进行数据交换，未来可以利用仪表板指示灯等。

3）中央处理器设计。中央处理器数据设定包括传感器阈值设定、门锁信号的采集。通过传感器传回的数据与设定阈值对比做出相应计算并回应，若温度传感器和光敏传感器达到某一设定阈值时，控制器通过存储的数据与现时状况数据综合分析得出信息并迅速有效地将其反馈到显示终端。中央处理器在正常状态下检测和处理数据，当出现以下2 种情况时做出相应操作：a.单一传感器数据低于阈值失效，显示该传感器状态；b.单一传感器数据高于阈值时，发出控制信号。

4）数据处理。传感器的数据传到中央处理器，将通过所得数据和已设定数据计算输出信号，并传给系统控制器，控制器对电致玻璃进行控制，信号最终传给显示终端，同时控制工作指示灯点亮。

5）系统控制器设计。接收来自中央处理器的信号，控制电致玻璃电流大小，根据玻璃光透射比的阈值对电流做出调整。

6）显示终端设计。显示终端采用工作指示灯，正常状态处于休眠状态，当接收到中央控制器信号时唤醒控制此系统中的单片机，控制工作指示灯点亮。

7）电源设计。设备均采用独立电源设计，电压为12 V，以增强此系统的可靠性和独立性。

2.2 电致玻璃设计

前挡风玻璃分为3 层，中间层是电致玻璃层，玻璃层从上到下主要有：玻璃或透明基底材料、透明导电层、电致变色层、离子传导层、离子存储层、透明导电层、玻璃或透明基底材料。工作时，通过电极在导电层施加电压，使电致变色器件发生颜色变化，不同层数的电致变色器件可起到颜色叠加或互补的作用[5]。

2.3 系统控制策略

随着调光控制技术的日趋成熟，可以采用多层结构的防反射玻璃，从功能化玻璃的角度考虑自清洁和能源效率[6]。系统控制器设计考虑发光强度的上位控制器架构，分别设计线性二次型调节器和模型预测控制器，并在以后的研究中分别进行仿真及实车测试[7]。

3 结论

文章设计的汽车智能前挡风玻璃调光控制系统能够根据环境温度和光线强度，对电致玻璃实施不同的电流控制，实现玻璃透射比在70%～100%范围内智能调节，增强视线的清晰度，阻隔紫外线的射入。同时接收防盗ECU 信号和车门遥控器信号，对前挡风玻璃实行通电控制，控制电致玻璃颜色变深，可实现完全不透明，起到防盗作用。该系统的创新点在于前挡风玻璃智能化的设计，随外部环境的变化调整玻璃透光率，缓解驾驶疲劳，保证行车安全，也为汽车智能前挡风玻璃产品的研发打下基础。