CN105916225A - 一种智能加热的车窗玻璃***及其除霜加热的方法 - Google Patents

一种智能加热的车窗玻璃***及其除霜加热的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及车窗玻璃的加热技术领域，特别是一种智能加热的车窗玻璃***，包括车窗玻璃、数据采集模块、加热控制模块和数据分析模块；所述数据采集模块用于采集车窗玻璃的温度T；所述加热控制模块用于启动或关闭电加热；所述数据分析模块用于根据除霜加热形成的车窗玻璃的温度随加热时间变化的时温曲线进行除霜有效性分析。本发明同时还提供一种除霜加热的方法。优点在于：能够准确判断霜层的状态，避免过度加热，提高能量利用率。

Description

一种智能加热的车窗玻璃***及其除霜加热的方法
技术领域：
本发明涉及车窗玻璃的加热技术领域，特别是一种智能加热的车窗玻璃***及其除霜加热的方法。
背景技术：
车窗玻璃结霜的主要原因是车内外温差造成的。冬天用车后车内留有热量，特别是汽车内都习惯开空调，使得车内温度较高，而车外温度很低尤其是晚上的温度极低，由于车内车外温差过大和空气湿气的影响，随着玻璃温度逐渐降低，玻璃外表面就会出现结晶，形成冰霜。这些冰霜严重影响驾驶者的视线，容易导致交通事故，而去除这些冰霜又需要耗费大量的时间，延误出行时间。为解决上述问题，迫切需要一种能够及时除霜的汽车玻璃***。现有技术已经公开了如下几种车窗玻璃的自动除霜加热***。
中国专利CN103200717A公开了一种车窗加热***，采用窗外温度传感器和窗内温度传感器实时监测车窗玻璃外部表面温度和车窗玻璃内部表面温度，控制单元根据检测数据与预设的温度差进行比较，自动开启或关闭车窗加热器。
中国专利CN103444259A公开了一种利用电气加热装置给透明玻璃除冰的方法，在加热时期开始之后测量玻璃温度，如果玻璃温度低于上温度阀值，则继续除冰加热，如果玻璃温度达到上温度阀值，则结束除冰加热。
中国专利CN104470010A公开了一种能够自动除霜除雾的汽车玻璃***，通过比较电加热元件的温度和安全除霜温度，如果电加热元件的温度大于安全除霜温度，则停止加热除霜，如果电加热元件的温度低于安全除霜温度，则继续加热除霜。
但是，上述智能除霜除雾技术在判别霜雾状态时，均要配置较多的传感器，或缺乏对结霜状态的有效判别，以至于在低温无霜状态下可能出现过度加热而造成能量浪费。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的过度加热而造成能量浪费的缺点，提供一种能够有效提高除霜判断准确度和能量利用率的智能加热的车窗玻璃***及其除霜加热的方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种智能加热的车窗玻璃***，其特征在于：包括车窗玻璃、数据采集模块、加热控制模块和数据分析模块；所述车窗玻璃上设有至少一个均匀加热的电加热区域；所述数据采集模块用于采集车窗玻璃的温度T；所述加热控制模块用于启动或关闭电加热，当采集到的车窗玻璃的温度T低于临界除霜温度Tf时，开启电加热，对所述电加热区域进行除霜加热，直至车窗玻璃的温度T上升到临界除霜温度Tf后，关闭电加热；所述数据分析模块用于根据除霜加热形成的车窗玻璃的温度随加热时间变化的时温曲线进行除霜有效性分析，当所述时温曲线的二阶导数曲线上存在负值峰后紧跟一个正值峰的情况则判断此次除霜加热为有效除霜加热，下次的数据采集延迟0.5小时以上；否则判断此次除霜加热为无效除霜加热，下次的数据采集延迟6小时以上。
优选地，当此次除霜加热为有效除霜加热时，下次的数据采集延迟0.5～3小时；当此次除霜加热为无效除霜加热时，下次的数据采集延迟6～12小时。
进一步地，所述正值峰的峰值和负值峰的峰值均大于所述二阶导数曲线的最大峰值的5％。
进一步地，所述正值峰的峰值和负值峰的峰值出现的时间间隔大于1分钟。
进一步地，还包括遥控模块，所述遥控模块用于预约开启所述数据采集模块和设定有效除霜和无效除霜所使用的数据采集延迟。
进一步地，所述临界除霜温度Tf取4℃～10℃。
进一步地，当所述车窗玻璃上设有不同功率密度的电加热区域时，所述数据采集模块采集的温度T＝Te+α(T0-Te)，其中Te为环境温度，T0为测量点温度，α为功率密度最小的电加热区域与测量点所在电加热区域的功率密度之比。
本发明同时还提供一种对车窗玻璃进行除霜加热的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：采集车窗玻璃的温度T的数据，所述车窗玻璃上设有至少一个均匀加热的电加热区域；
步骤2：将采集到的车窗玻璃的温度T与临界除霜温度Tf进行比较，当车窗玻璃的温度T低于临界除霜温度Tf时，则进入步骤3；当车窗玻璃的温度T不低于临界除霜温度Tf时，则延迟0.5～180秒后返回步骤1；
步骤3：开启电加热，对所述电加热区域进行除霜加热，直至车窗玻璃的温度T上升到临界除霜温度Tf后，关闭电加热；
步骤4：对步骤3中形成的车窗玻璃的温度随加热时间变化的时温曲线进行分析，当所述时温曲线的二阶导数曲线上存在负值峰后紧跟一个正值峰的情况则判断此次除霜加热为有效除霜加热，延迟0.5小时以上后返回步骤1；否则判断此次除霜加热为无效除霜加热，延迟6小时以上后返回步骤1。
优选地，在步骤4中，当此次除霜加热为有效除霜加热时，延迟0.5～3小时后返回步骤1；当此次除霜加热为无效除霜加热时，延迟6～12小时后返回步骤1。
进一步地，当所述车窗玻璃上设有不同功率密度的电加热区域时，每个电加热区域的内部加热均匀，步骤1中采集的温度T＝Te+α(T0-Te)，其中Te为环境温度，T0为测量点温度，α为功率密度最小的电加热区域与测量点所在电加热区域的功率密度之比。
进一步地，所述步骤1通过手动或预约开启。
进一步地，所述临界除霜温度Tf取4℃～10℃。
本发明由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果：
1)无需配置多种复杂的传感器，只需要通过一个温度传感器即可准确判断霜层的状态，使得车窗玻璃***的结构简单紧凑，成本低。
2)通过对前次的除霜过程进行分析，从而设置适当的除霜加热间隔，能够避免过度加热，提高能量利用率。
附图说明：
图1为本发明所述的一种除霜加热的流程示意图；
图2为本发明所述的有效除霜加热的温度随加热时间变化的时温曲线及其二阶导数曲线示意图；
图3为本发明所述的无效除霜加热的温度随加热时间变化的时温曲线及其二阶导数曲线示意图。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明的内容作进一步说明。
本发明所述的一种智能加热的车窗玻璃***，适用于汽车前挡、边窗、后挡、及其他机动车辆镀膜玻璃，其特征在于：该车窗玻璃***包括车窗玻璃、数据采集模块、加热控制模块和数据分析模块；
所述车窗玻璃上设有至少一个均匀加热的电加热区域，绝对均匀为理想状态，实际上，区域内的温差低于5℃就可认为是均匀加热，优选为温差低于2℃；
所述数据采集模块用于采集车窗玻璃的温度T，车窗玻璃上设有玻璃温度传感器，用于实时测量玻璃表面温度；
所述加热控制模块用于启动或关闭电加热，当采集到的车窗玻璃的温度T低于临界除霜温度Tf时，开启电加热，对所述电加热区域进行除霜加热，直至车窗玻璃的温度T上升到临界除霜温度Tf后，关闭电加热；所述加热控制模块包含输入模块、输出模块、核心处理器，所述输入模块输入车载直流电压，所述输出模块输出加热所需的直流电压值，所述核心处理器响应遥控模块发送的控制、查询、数据等信号，根据所述数据采集模块获取的环境温度、玻璃温度判别车窗玻璃的结霜状态，计算是否需要进行加热，同时结合除霜参数，将加热控制信号发送至加热控制器实现加热开关及输出电压的控制；
所述数据分析模块用于根据除霜加热形成的车窗玻璃的温度随加热时间变化的时温曲线进行除霜有效性分析，当所述时温曲线的二阶导数曲线上存在负值峰后紧跟一个正值峰的情况则判断此次除霜加热为有效除霜加热，如图2所示，下次的数据采集延迟0.5小时以上，优选为0.5～3小时；否则判断此次除霜加热为无效除霜加热，如图3所示，下次的数据采集延迟6小时以上，优选为6～12小时。
本发明是基于霜层融化过程所形成的温度时间曲线的特点，当进入初始化霜过程时，霜层由结冰状态向冰水混合状态转变，时温曲线的二阶导数显著下降，当处于冰水混合状态时，二阶导数趋向于零，当化霜过程结束时，冰水混合物完全转变为水，时温曲线的二阶导数显著上升。因此，本发明可不借助温度以外的任何传感器即可判别结霜状态，消除或大幅度减少除霜加热判别失误导致的后续无效加热。另外，由于温度传感器一般设置在车窗玻璃的内表面，而霜层处于车窗玻璃的外表面，在测量过程中难免存在一定的温度偏差，因此，无法通过测量等温状态下的温度大小来判断结霜状态，经过分析发现，根据时温曲线的二阶导数的变化规律，可以准确判断此次除霜加热是否为有效除霜加热。
本发明所述的车窗玻璃***同样适用于进行除雾加热，通过设置除雾检测模块，用于控制所述车窗玻璃进行除雾加热。
进一步地，所述正值峰的峰值和负值峰的峰值均大于所述二阶导数曲线的最大峰值的5％。如果这两个峰值小于最大峰值的5％，则予以排除，不作为除霜加热判断的正值峰和负值峰。
进一步地，所述正值峰的峰值和负值峰的峰值出现的时间间隔大于1分钟。如果这两个峰值出现的时间间隔小于1分钟，则予以排除，不作为除霜加热判断的正值峰和负值峰。
进一步地，还包括遥控模块，所述遥控模块用于预约开启所述数据采集模块和设定有效除霜和无效除霜所使用的数据采集延迟，即当该次除霜加热为有效除霜加热或无效除霜加热时，分别设定下次数据采集延迟的具体时间，如设定有效除霜加热时的数据采集延迟为0.5、1或2小时，设定无效除霜加热的数据采集延迟为6、8或10小时。所述遥控模块为手机、平板电脑等无线控制设备，可采用GSM、WIFI、蓝牙、语音等技术发送智能控制数据至数据采集模块，并接收所述数据采集模块、加热控制模块和数据分析模块回馈的状态数据。
进一步地，所述临界除霜温度Tf取4℃～10℃，通过设置合适的临界除霜温度，既能保证除尽霜层，又能避免过度加热。
进一步地，所述车窗玻璃上设有多个均匀加热的电加热区域，各个电加热区域分别具有不同的功率密度。当所述车窗玻璃上设有不同功率密度的电加热区域时，可以设置多个数据采集模块分别测量车窗玻璃的各个区域的温度，也可以仅设置一个数据采集模块，此时，玻璃温度传感器可以设置在任意一个电加热区域，然后将测量点温度T0换算成车窗玻璃的温度T，所述数据采集模块采集的温度T＝Te+α(T0-Te)，其中Te为环境温度，T0为测量点温度，α为功率密度最小的电加热区域与测量点所在电加热区域的功率密度之比。
如图1所示，本发明同时还提供一种对车窗玻璃进行除霜加热的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：通过手动或预约开启数据采集模块，采集车窗玻璃的温度T的数据，所述车窗玻璃上设有至少一个均匀加热的电加热区域；当所述车窗玻璃上设有不同功率密度的电加热区域时，每个电加热区域的内部加热均匀(绝对均匀为理想状态，实际上，区域内的温差低于4℃就可认为是均匀加热)，所采集的温度T＝Te+α(T0-Te)，其中Te为环境温度，T0为测量点温度，α为功率密度最小的电加热区域与测量点所在电加热区域的功率密度之比；
步骤2：将采集到的车窗玻璃的温度T与临界除霜温度Tf进行比较，所述临界除霜温度Tf优选为4℃～10℃；当车窗玻璃的温度T低于临界除霜温度Tf时，则进入步骤3；当车窗玻璃的温度T不低于临界除霜温度Tf时，则延迟0.5～180秒后返回步骤1；
步骤3：开启电加热，对所述电加热区域进行除霜加热，直至车窗玻璃的温度T上升到临界除霜温度Tf后，关闭电加热；
步骤4：对步骤3中形成的车窗玻璃的温度随加热时间变化的时温曲线进行分析，当所述时温曲线的二阶导数曲线上存在负值峰后紧跟一个正值峰的情况则判断此次除霜加热为有效除霜加热，延迟0.5小时以上，优选为0.5～3小时后返回步骤1；否则判断此次除霜加热为无效除霜加热，延迟6小时以上，优选为6～12小时后返回步骤1。
以上内容对本发明所述的一种智能加热的车窗玻璃***及其除霜加热的方法进行了具体描述，但是本发明不受以上描述的具体实施方式内容的局限，所以凡依据本发明的技术要点进行的任何改进、等同修改和替换等，均属于本发明保护的范围。

Claims (12)

1.一种智能加热的车窗玻璃***，其特征在于：包括车窗玻璃、数据采集模块、加热控制模块和数据分析模块；
所述车窗玻璃上设有至少一个均匀加热的电加热区域；
所述数据采集模块用于采集车窗玻璃的温度T；
所述加热控制模块用于启动或关闭电加热，当采集到的车窗玻璃的温度T低于临界除霜温度Tf时，开启电加热，对所述电加热区域进行除霜加热，直至车窗玻璃的温度T上升到临界除霜温度Tf后，关闭电加热；
所述数据分析模块用于根据除霜加热形成的车窗玻璃的温度随加热时间变化的时温曲线进行除霜有效性分析，当所述时温曲线的二阶导数曲线上存在负值峰后紧跟一个正值峰的情况则判断此次除霜加热为有效除霜加热，下次的数据采集延迟0.5小时以上；否则判断此次除霜加热为无效除霜加热，下次的数据采集延迟6小时以上。
2.根据权利要求1所述的车窗玻璃***，其特征在于：当此次除霜加热为有效除霜加热时，下次的数据采集延迟0.5～3小时；当此次除霜加热为无效除霜加热时，下次的数据采集延迟6～12小时。
3.根据权利要求1所述的车窗玻璃***，其特征在于：所述正值峰的峰值和负值峰的峰值均大于所述二阶导数曲线的最大峰值的5％。
4.根据权利要求1所述的车窗玻璃***，其特征在于：所述正值峰的峰值和负值峰的峰值出现的时间间隔大于1分钟。
5.根据权利要求1所述的车窗玻璃***，其特征在于：还包括遥控模块，所述遥控模块用于预约开启所述数据采集模块和设定有效除霜和无效除霜所使用的数据采集延迟。
6.根据权利要求1所述的车窗玻璃***，其特征在于：所述临界除霜温度Tf取4℃～10℃。
7.根据权利要求1所述的车窗玻璃***，其特征在于：当所述车窗玻璃上设有不同功率密度的电加热区域时，所述数据采集模块采集的温度T＝Te+α(T0-Te)，其中Te为环境温度，T0为测量点温度，α为功率密度最小的电加热区域与测量点所在电加热区域的功率密度之比。
8.一种对车窗玻璃进行除霜加热的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：采集车窗玻璃的温度T的数据，所述车窗玻璃上设有至少一个均匀加热的电加热区域；
步骤2：将采集到的车窗玻璃的温度T与临界除霜温度Tf进行比较，当车窗玻璃的温度T低于临界除霜温度Tf时，则进入步骤3；当车窗玻璃的温度T不低于临界除霜温度Tf时，则延迟0.5～180秒后返回步骤1；
步骤3：开启电加热，对所述电加热区域进行除霜加热，直至车窗玻璃的温度T上升到临界除霜温度Tf后，关闭电加热；
步骤4：对步骤3中形成的车窗玻璃的温度随加热时间变化的时温曲线进行分析，当所述时温曲线的二阶导数曲线上存在负值峰后紧跟一个正值峰的情况则判断此次除霜加热为有效除霜加热，延迟0.5小时以上后返回步骤1；否则判断此次除霜加热为无效除霜加热，延迟6小时以上后返回步骤1。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：在步骤4中，当此次除霜加热为有效除霜加热时，延迟0.5～3小时后返回步骤1；当此次除霜加热为无效除霜加热时，延迟6～12小时后返回步骤1。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：当所述车窗玻璃上设有不同功率密度的电加热区域时，每个电加热区域的内部加热均匀，步骤1中采集的温度T＝Te+α(T0-Te)，其中Te为环境温度，T0为测量点温度，α为功率密度最小的电加热区域与测量点所在电加热区域的功率密度之比。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述步骤1通过手动或预约开启。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述临界除霜温度Tf取4℃～10℃。
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