关于解决汽车挡风玻璃雾障问题的项目研究方案

盛玉藩 高昊天 王露颖

摘 要：本课题旨在解决汽车挡风玻璃雾障的问题，拟利用适宜温度的水对挡风玻璃进行预加热以达到除雾目的。课题研究通过实验展开，在实验过程中测定影响产生雾及除去雾的相关因素，对加热容器装置及引水喷洒装置进行实验安装调试，进而对除雾设备模型进行设计制造，并不断改进优化其性能；另对于除雾设备与车辆的适配性进行针对性研究，通过方案调试，建立与车辆适配的仿真模型。

关键词：挡风玻璃，雾障，研究方案

一、制定除雾方案

（1）实验测定产生雾及除去雾的可影响因素。

拟使用封闭玻璃缸模拟汽车内部环境，通过人工制造雾的方式模拟挡风玻璃产生雾的情况，然后测定此时内部与外部的温度、湿度等可影响雾产生的条件因素，并记录产生雾的情况。

然后通过对比实验的方式，在同等另一个封闭玻璃缸表面，通过导管引加热水进行喷洒的方式，进行玻璃预热，使用同样的人工造雾方式进行造雾操作，然后测定此时内部与外部的温度、湿度等条件因素，并记录产生雾的情况及除雾效果，计算除雾率。

运用控制变量、进行多次交叉实验的方式，最终确定影响产生雾及除去雾的环境条件因素，并可深入探究影响喷洒效果的因素（例如喷洒水温、喷洒角度、喷洒时间等）对除雾效果的影响，确定后续研究各影响因素的调试范围，为后续研究规划方向。

（2）进行汽车前挡风玻璃除雾的具体方案设计。

为了达到对汽车挡风玻璃除雾的目的， 所计划的大概流程为：在水箱附近将水加热后，将加热后的一定温度的水导至汽车前挡风玻璃附近，再通过喷洒操作对玻璃进行预加热，使人进入车内后产生的湿热空气不会遇到冷的前挡风玻璃而液化，以此达到除雾的目的。流程中对装置的两个主要部分进行了不同的方案设计。

第一个部分是引加热后的水到汽车前挡风玻璃的方式。 拟定了三种方案。

方案一：经过改装车体前部管道系统后，通过汽车玻璃水的喷水嘴按一定角度和位置喷出温水；

方案二：不经过改装管道，而是直接在汽车前机盖上添加一个新的喷水嘴，进行独立的喷洒操作；

方案三：不通过喷水嘴进行喷洒加热，而是通过改装雨刷的构造，将加热后的水通过软管等类似工具导至雨刷后喷出，从而达到对玻璃进行预加热的目的。

第二个部分是对加热容器位置的方案制定。 拟定了两种方案。

方案一：直接在水箱的储水装置内进行加热，将加热后的水在进入冷却装置前导出，输送至喷洒装置进行喷洒操作（此方案需注意要保证加热后的温度要低于水箱正常工作的温度，保证冷却系统能够正常运行，具体情况需根据实验进行探究）。

方案二：在水箱附近设置一个独立的储水装置，在这个独立装置内进行水的加热处理。而后建立一个全新的管道运输系统将水运送到喷洒装置进行喷洒加热操作。

二、对方案进行实证研究

针对上述方案的第一部分， 设计了一个对比实验。就这三种喷洒操作方式进行分别实验。

分别记录：经过改装内部管道系统后，通过汽车玻璃水的喷水嘴进行喷洒热水预热除雾的各项指标；不经过改装管道，在汽车前机盖上添加新的喷水嘴，進行独立的喷洒操作除雾的各项指标；通过改装雨刷的构造，将加热后的水导至雨刷后喷出除雾的各项指标。完成表 1，通过对三组数据进行对比分析，抉择出除雾率相对最高、作业时间相对最短、水温最易控制的最优方案。

针对上述方案的第二部分， 也设计了一个对比实验。就这两种加热容器位置分别进行探究。

分别记录：直接在水箱的储水装置内进行加热，将加热后的水导出输送至喷洒装置进行喷洒操作，此过程需要的时间、与汽车内部的空间等因素的适配性及出现的问题；在水箱附近设置一个独立的储水加热装置，建立一个全新的管道运输系统将水运送到喷洒装置进行喷洒操作，此过程所需时间、与汽车内部的空间等因素的适配性及出现的问题。将以上两组数据进行对比分析，完成表 2，抉择出加热操作所需时间相对最少、与车辆适配性相对最佳的方案。

此外，还需对在实际实验探究中出现的未预料到的因素进行研究。

最后综合所有实验数据，进行具体分析，得到最优方案后，进行模型和实物设计。

三、设备性能及结构改进

在已通过实验获得数据的基础上进一步优化，寻找最佳参数并在能实现预期效果的前提下对除雾设备除雾效果及外观结构等进行改进。欲从下面三个方面进行优化改进：

①喷水嘴的位置

喷水嘴的位置和喷嘴形状直接决定了温水在前挡风玻璃上的覆盖面积，因此，选择合适的喷嘴形状和安装位置至关重要。通过探究讨论，认为当实验取得预期效果以后，应更换不同形状的喷嘴，分别观察这些喷嘴的喷洒情况，挑选出效果最令人满意的喷嘴形状；另一方面，通过移动喷嘴的位置观察温水的覆盖面积，在选择最佳位置时同时考虑对车辆外观程度的影响及安装难易程度的问题，突出简便安装，不影响美观的特点。

②加热水的温度及作业时间的最佳值

过高的水温难免会造成能源的浪费，而设备的作业时间过长将会对车主的时间造成干预。因此，水温和作业时间这两个变量是实验调试的重点。通过合情推理得出车主从准备开车到进入汽车的时间t，然后通过数学公式和实验数据得出水温T。不断优化这两个参数，使设备符合低能耗，用户体验良好的要求。

③可靠且成本低的材料

在实验取得预期效果后，本小组拟将设备制作材料进一步优化，例如选择低成本并满足需求的材料，选择性能合适并稳定的微控制器，避免出现材料资源过度浪费，进一步缩减设备整体成本，为设备未来推广创造优势。

四、设备与车辆适应性研究

1.电路

现代轿车电气设备被设计为由发动机带动电机发电，将电能存储在蓄电池中。蓄电池在分压并连接稳流芯片后可以为设备提供可控、可靠、持续的直流电压。若将设备功率控制在蓄电池可承受范围内，那么在电路方面理论上将设备并入汽车系统是完全可行的。实际需进一步通过实验验证与电路的适配。

2.水路

通过对汽车原有水箱进行改装或加装独立小水箱为设备提供用水，使用橡胶或塑料导管与集水漏斗构成闭合的水回路。对于汽车水箱的改装，需要既能够保证水箱原有冷却系统正常运行，又需达到除雾设备的热水供给的目的；另外，对于导管和集水槽的设置，需要保证其为闭合、联通的回路。

3.空间

车辆内部并不是严丝合缝而是存在着空余空间，那么利用空余空间安置加热容器、导管、导线是可行的，同样对于设备安装而言是至关重要的。通过改装车辆将车辆内部零散的空间整合产生设备所需空间是解决问题的关键途径，因此需要对不同的安装方案进行对比，获取车辆内部空间利用的最佳方案。

结语：

根据有关调查，汽车挡风玻璃雾障是影响交通安全的重要隐患。因此进行汽车挡风玻璃除雾方法研究与设备研制是十分必要的，不仅对于除雾领域设备研究具有理论意义，更具实际应用意义，而且有望创造一定的市场价值。

其次，本项研究旨在利用适宜温度的水对挡风玻璃进行预加热以达到除雾目的。该方法具有一定的可行性。可通过具体研究寻找一种除雾效果最好且与车辆适配性最佳的方案。最终欲实现汽车挡风玻璃除雾设备的设计制造，并使其与车体高度协调，以此解决汽车挡风玻璃雾障问题。