H2TD 系列防雾/除雾传感器

H2TD 系列防雾/除雾传感器

面向现代车辆的有效防雾策略

作者:Todd Eckhardt,交通运输传感器事业部首席系统架构师

从早期用抹布擦拭冷凝水到开发出挡风玻璃雨刷器和暖通空调系统,运输行业一直在寻找新的方法来帮助驾驶员保持清晰的视野。 今天的车辆已经演变为具有复杂的系统,可自动保持挡风玻璃以及最近的摄像头镜头的清晰。现在不再需要驾驶员在每次起雾时手动调整设置,先进的暖通空调系统依靠传感器在必要时自动激活。这些系统旨在提供适量干预,确保为驾驶员提供无缝、节能且专注的驾驶体验。

安全优势

确保清晰的能见度对于安全驾驶至关重要,尤其是在不断变化的天气条件下。这一需求已通过政府法规在全球范围内得到实施,例如欧盟委员会 (EU) 第 672/2010 号法规,该法规要求所有车辆都必须包括一个用于去除挡风玻璃内部玻璃表面雾气的系统。有效的防雾策略可以帮助汽车制造商降低雾积聚风险,显著减少潜在干扰,满足全球法规并提高驾驶员的整体意识。

节能效益

在电池电动汽车 (BEV) 和其他节能设计中,保持效率是一项重大挑战。能够预测和预防起雾情况减少了对能源密集型反应式除雾设施的需求。精确的雾况检测使系统仅在必要时启动,抢先调整表面温度以防止形成冷凝。与将已积聚的冷凝水转化回蒸汽相比,这种方法需要的能量更少,这有助于节省电池电量,并有助于提高车辆的整体效率和续航里程。

防雾策略的核心是湿度传感器。 通过提供露点(发生冷凝的温度)测量,系统能够通过湿度传感器预测起雾情况并实施对策,例如加热摄像机镜头或自动调整暖通空调系统。

预测起雾情况取决于三个主要测量指标:

  • 相对湿度
  • 周围环境的温度测量
  • 目标表面(通常是挡风玻璃或摄像机镜头)的表面温度
 

当挡风玻璃表面温度低于露点时,会形成冷凝。露点 (°C) 是相对湿度和环境温度的函数,表示为露点 (°C) = ƒ(RH, T),可以使用各种算法进行估算。通过分析这些输入,系统可以通过比较露点温度和挡风玻璃表面温度来评估冷凝的可能性。

设置理想阈值

在挡风玻璃温度和露点之间建立最佳阈值至关重要,因为精确校准的小阈值可实现高效的暖通空调系统性能。如果阈值设置得太大,暖通空调系统可能会过早启动,从而导致不必要的能源消耗。相反,如果阈值太小,挡风玻璃上可能会出现雾气,导致需要人工干预和增加能源消耗,将冷凝水转化回蒸汽。

图 1:挡风玻璃温度和露点阈值之间的关系

图 1:说明了挡风玻璃温度和露点阈值之间的关系。

图 1 说明了一个理想场景,其中暖通空调设置为在挡风玻璃温度达到露点之前激活。在考虑潜在误差的同时尽可能减小此阈值对于帮助改善驾驶员体验和增加电动机的可能续航里程非常重要。

 

设置理想阈值并提供准确的起雾检测取决于:

  • 高精度露点测量
  • 对挡风玻璃温度的快速响应
  • 长期测量稳定性
  • 来自环境的最小热干扰

传感器位置的重要性

位置、位置、位置。就像房地产一样,位置对于传感器的放置至关重要。为了防止挡风玻璃起雾,理想的位置是(通常用于后视镜、摄像头和天线)的挡风玻璃的中央顶部。该位置离满足边界条件最远,可显著减少外部因素(比如日照和暖通空调系统热干扰)的影响。

 

将传感器放置在不太理想的位置可能会导致测量受到热点或冷点和其他热干扰的影响,从而影响传感器的准确性和防雾策略的有效性。

图 2:说明了防雾应用中放置湿度传感器的理想位置。

图 2:说明了防雾应用中放置湿度传感器的理想位置。

许多 OEM 的常用策略 是使用在单个模块中包含雨水、阳光和湿度传感器的组合传感器。这种方法旨在通过消除多个 PCB 组装和封装来降低成本。安装位置通常位于挡风玻璃的顶部中心,靠近或位于后视镜区域。

虽然这种策略为日照测量提供了好处,但在防雾应用中存在明显的缺点和注意事项:

  • 发热:组合传感器通常包含多个有源组件,这些组件具有防雨和防阳光功能并产生热量,这可能会影响测量精度1
  • 尺寸:组合传感器通常比独立湿度传感器大 60% 左右2
  • RLS 整合:基于视觉的摄像头传感正在迅速发展,以满足雨水、阳光和太阳能检测要求,这标志着对传统组合传感器的需求及其在车辆架构中的作用发生了转变。

除雾传感器尺寸差异

图 3:说明了行业领先的组合传感器和 TE 的除雾传感器之间的尺寸差异。

防雾/除雾传感器:功能、优势和好处

TE Connectivity 的防雾/除雾传感器采用紧凑且可定制的封装,具有相对湿度传感和负温度系数元件,可计算露点和测量挡风玻璃温度。

结构紧凑

这款传感器具有紧凑的外形规格 (29.5 mm x 21.6 mm x 17.4mm),可实现精确放置。其可定制的外壳和小尺寸使其易于集成到现代车辆设计中,尤其是在挡风玻璃的中央顶部。

高精度和性能

这款传感器可提供与挡风玻璃隔离的精确露点测量 (±1.5°C),从而获得不受环境影响的可靠数据。通过将挡风玻璃温度测量与环境干扰隔离开来,这款传感器可提供精确的读数,有助于增强系统的预测能力,并帮助优化暖通空调激活性能。

技术特性
测量范围和精度 工作 存储 湿度
-40°C 至 +90°C  -40°C 至 +105°C 0 到 100% RH
满量程时为 ±2°C   露点测量精度为 ±1.5°C
电源电压 12V 当前功耗 最大 10mA
通信 数字 LIN 2.2
固定 金属夹

摄像机镜头除雾的潜力

安装在挡风玻璃附近的前置摄像头可以利用来自后视镜区域的独立防雾传感器来实施防雾措施。但是,安装在备用位置的摄像头必须具有单独的策略,以保持清晰的视线。TE 还提供芯片级解决方案,这些解决方案可以集成到摄像头系统中,以支持预测性冷凝对策。

结语

旨在防止挡风玻璃上形成冷凝的防雾策略的现代化为汽车 OEM 提供了提高安全性、能源效率和驾驶体验所需的工具。通过集成精确的湿度传感、准确的露点测量、战略性的传感器放置和优化的阈值计算,这些系统现在可以可靠地激活对策,以帮助防止挡风玻璃和摄像头镜头起雾。

 

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