黃 珍，方瑞華，葛如海

(1.江蘇大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013;2.上海干巷車鏡實(shí)業(yè)有限公司，上海201518)

后視鏡作為汽車駕駛員的一種安全輔助設(shè)施是很重要的，它的作用是觀察車后的狀況。但當(dāng)汽車在夜間行駛時(shí)，后面尾隨車的前照燈光通過車內(nèi)后視鏡反射到駕駛員的眼睛上，會(huì)對(duì)駕駛員產(chǎn)生眩目作用，輕則使駕駛員感到不舒適，重則使其對(duì)前方視野內(nèi)物體的觀察能力減弱，甚至完全喪失，影響司機(jī)安全駕駛，電子防眩目后視鏡就是為消除這一危險(xiǎn)而設(shè)計(jì)的。研究發(fā)現(xiàn)，眩目會(huì)使駕駛員的反應(yīng)時(shí)間增加1.4 s。當(dāng)汽車以96 km/h車速行駛的車輛，在有眩光時(shí)，平均制動(dòng)距離為80 m，在無(wú)眩光時(shí)，平均制動(dòng)距離為42 m，可大大縮短制動(dòng)距離［1－4］，這對(duì)于夜間駕車來(lái)說(shuō)是非常危險(xiǎn)的，而電子防眩目后視鏡可以有效地解決駕駛員的眩光反應(yīng)，保證了汽車夜間行駛的安全性。

1 汽車防眩目后視鏡的現(xiàn)狀

后視鏡是汽車上一個(gè)重要的安全零件，防眩目問題是后視鏡技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。為了解決后視鏡的防眩目問題，科研人員在后視鏡設(shè)計(jì)上做了很多研究。目前汽車所采用的防眩目技術(shù)主要有兩種:①中低檔車多采用手動(dòng)光學(xué)防眩目后視鏡棱鏡;②中高檔車一般采用電子防眩目后視鏡。棱鏡防眩目技術(shù)比較成熟，已普遍應(yīng)用于生產(chǎn)，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，基本上免維護(hù)［5］。棱鏡鏡片有兩個(gè)反射面(圖1)，主反射面鍍銀(反射率大于80%)，副反射面沒有鍍層(反射率小于7%)。當(dāng)白天行車時(shí)，棱鏡處于Day位置，通過主反射面的反光成像觀察后面的物體。當(dāng)夜間行車時(shí)，通過調(diào)節(jié)手柄(鏡面順時(shí)針轉(zhuǎn)過4°30')使棱鏡處于Night位置，此時(shí)通過副反射面的反光成像觀察后面的物體，因?yàn)楦狈瓷涿娣瓷渎屎艿停梢源蟠笙鹾竺嫫嚽按鬅舻恼丈涔?，起到防眩目的作用。?dāng)然，這時(shí)候從鏡子上看到的后面物體也是很模糊的，所以當(dāng)?shù)管嚂r(shí)，必須要把后視鏡置于Day位置。利用后視鏡反射率測(cè)試儀測(cè)量棱鏡在Day Night位置時(shí)的反射率如圖2。

圖1 棱鏡鏡片結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of prism’s mirror

圖2 棱鏡在白天和夜間的反射率對(duì)比Fig.2 Reflectivity contrast between day and night

采用棱鏡技術(shù)可以很好地解決后視鏡的防眩目問題，但棱鏡鏡片只有兩個(gè)反射面，只能通過手動(dòng)調(diào)節(jié)提供高低不同的兩個(gè)反射率，無(wú)法根據(jù)入射光強(qiáng)度的變化自動(dòng)的改變反射率。為了進(jìn)一步解決后視鏡的防眩目問題，發(fā)明了電子防眩目后視鏡。電子防眩目后視鏡是在普通反射平面鏡上面放置一塊液晶屏或者電化層，而筆者設(shè)計(jì)的是通過電致變色降低鏡面反射率的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電致變色后視鏡，也稱 EC(Electro-Chromic)鏡，美國(guó) Gentex公司和Magna Donnelly公司是這方面的佼佼者，特別是負(fù)責(zé)為通用汽車公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)后視鏡的美國(guó)密歇根州Gentex公司。臺(tái)灣在EC鏡技術(shù)上也有不錯(cuò)的業(yè)績(jī)，臺(tái)灣力光科技有限公司以及坤輝公司都可以生產(chǎn)EC鏡。在中國(guó)國(guó)內(nèi)汽車市場(chǎng)上EC鏡是剛剛發(fā)展起來(lái)的一種新型后視鏡，目前在一些中高檔汽車上已經(jīng)將EC鏡作為選裝件向市場(chǎng)推廣。

2 EC鏡系統(tǒng)工作原理

EC鏡由一面特殊的鏡子和兩個(gè)光敏電阻及電子控制器組成［6］。兩個(gè)光敏電阻分別設(shè)置在后視鏡的前面及背面，分別接收汽車前面及后面射來(lái)的光線，控制器根據(jù)兩個(gè)傳感器的輸入信號(hào)，按預(yù)先制定的控制策略發(fā)出控制指令。在夜晚，當(dāng)尾隨其汽車的大燈照射到后視鏡時(shí)，EC鏡上的光敏電阻測(cè)量入射光的強(qiáng)度，將這一個(gè)信號(hào)傳遞給控制電路，控制電路按照預(yù)先設(shè)定的控制策略發(fā)出控制指令，對(duì)EC鏡鏡片加載電壓，加載電壓后，EC鏡鏡片由原來(lái)的無(wú)色狀態(tài)變化為著色狀態(tài)，加載的電壓越高，EC鏡鏡片的顏色變化越深，后視鏡的反射率越低，可以由70%左右變化到10%左右，反射光的強(qiáng)度下降，此時(shí)即使再?gòu)?qiáng)的照射光照到后視鏡上，反射到駕駛員眼睛上都顯示暗光，不會(huì)耀眼，不會(huì)使駕駛員產(chǎn)生眩目感。當(dāng)切斷電流時(shí)，EC鏡鏡片又從有色狀態(tài)變化為無(wú)色狀態(tài)。在白天，EC鏡鏡片處于無(wú)色狀態(tài)，反射率維持在70%左右。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.3 System structure

電子防眩目后視鏡固然能防眩目，但從車庫(kù)倒車出來(lái)時(shí)由于車后面的光線較強(qiáng)而車前光線弱，此時(shí)后視鏡如變暗就不利于倒車時(shí)看清車后情況，因此便設(shè)計(jì)成當(dāng)汽車掛檔時(shí)能自動(dòng)取消防眩目功能。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 光敏電阻

光敏電阻是采用半導(dǎo)體材料制作，利用內(nèi)光電效應(yīng)工作的光電元件。它在光線作用下其阻值往往變小，這種現(xiàn)象稱為光導(dǎo)效應(yīng)，因此，光敏電阻又稱為光導(dǎo)管。光敏電阻的電阻與光照強(qiáng)度有關(guān)，在黑暗環(huán)境下，它的阻值很高;當(dāng)受到光照并且光輻射能量足夠大時(shí)，光導(dǎo)材料禁帶中的電子受到能量大于其禁帶寬度的光子激發(fā)，由價(jià)帶越過禁帶而躍遷到導(dǎo)帶，使其導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴增加，電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降，光線愈強(qiáng)，阻值愈低［7］。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)將逐漸復(fù)合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復(fù)原值。光敏電阻的阻值在不受光照射時(shí)是受光照射時(shí)的100～1 000倍。

在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，受到適當(dāng)波長(zhǎng)的光線照射時(shí)，電流會(huì)隨光強(qiáng)的增加而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件。

用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，然后接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。本電路選用硫化鎘(CdS)光敏電阻，如圖4。CdS光敏電阻反應(yīng)速度快，靈敏度高、光譜特性好，具有很高的可靠性而且價(jià)格便宜。

圖4 CdS光敏電阻結(jié)構(gòu)圖Fig.4 CdS photoresistor structure

3.2 三極管

三極管是電子電路中最重要的器件。三極管由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，共用的一個(gè)電極成為三極管的基極(用字母b表示)。其他的兩個(gè)電極成為集電極(用字母c表示)和發(fā)射極(用字母e表示)。由于不同的組合方式，形成了一種是NPN型的三極管，另一種是PNP型的三極管［8］。結(jié)構(gòu)如圖5。

圖5 三極管結(jié)構(gòu)示意Fig.5 Transistor structure

三極管具有電流放大和開關(guān)作用，當(dāng)三極管飽和時(shí)，UCE≈0，發(fā)射極與集電極之間如同一個(gè)開關(guān)的接通，其間電阻很小;當(dāng)晶體管截止時(shí)，IC≈0，發(fā)射極與集電極之間如同一個(gè)開關(guān)的斷開，其間電阻很大，筆者利用三極管的開關(guān)作用控制是否給EC鏡鏡片加載電壓。

3.3 系統(tǒng)電路圖

系統(tǒng)采用直流電壓供電，經(jīng)過穩(wěn)壓電路后供電，不斷檢測(cè)身后后面和前面的光線強(qiáng)度并進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果判斷是否對(duì)EC鏡鏡片加載電壓，改變EC鏡鏡片的反射率。EC鏡控制電路如圖6。

圖6 EC鏡控制電路Fig.6 Control circuit of EC

4 EC鏡性能測(cè)試

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電子防眩目后視鏡未處于防眩目狀態(tài)時(shí)，內(nèi)后視鏡反射率不低于55%，在鏡片處于最暗狀態(tài)時(shí)，要求反射率范圍在4% ～15%之間;就著色褪色時(shí)間要求，內(nèi)后視鏡反射率從50%降低到15%的響應(yīng)時(shí)間不大于6 s;反射率從15%上升到50%的響應(yīng)時(shí)間不大于9 s。對(duì)EC鏡進(jìn)行反射率、著色褪色時(shí)間進(jìn)行測(cè)試，數(shù)據(jù)如表1。

表1 內(nèi)后視鏡測(cè)試數(shù)據(jù)Table 1 Experimental data of the interior rear-view mirror

利用該控制電路設(shè)計(jì)的EC鏡，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，但由于EC鏡技術(shù)相對(duì)不成熟，用于生產(chǎn)實(shí)際，需要進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論

1)系統(tǒng)在試驗(yàn)中運(yùn)行穩(wěn)定，能夠起到防眩目的作用。

2)與棱鏡相比，EC鏡技術(shù)使用方便且實(shí)現(xiàn)反射率的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，能夠更好的進(jìn)一步解決后視鏡的眩目問題，但EC鏡在國(guó)內(nèi)起步相對(duì)較晚，成本較高，有待進(jìn)一步的研究。

3)就市場(chǎng)而言，我國(guó)后視鏡市場(chǎng)有很大的潛力，研究EC鏡是適應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展變化的需要。

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