“機動車後視鏡隱形雨刮器”除水、除霜、除塵系統,主要包括車載微型氣泵(12V/24V)、耐壓氣體導管、空氣加熱室(內置電熱絲)、二維自動旋轉空氣噴頭(噴孔與旋轉軸垂直)、設備開關以及增強功能的感測器等裝置。
本發明中的主要依據原理為:車載微型氣泵依靠機動車電源提供的動力,向系統中提供穩定的壓力空氣,在壓力空氣輸送管路中設定一個空氣加熱室,可依據實際情況有選擇性地提供壓力空氣加熱功能,通過空氣加熱室的壓力氣體最終由耐壓氣體管道輸送到機動車外後視鏡上的二維自動旋轉空氣噴頭,壓力氣體(可加熱為壓力熱空氣)從噴頭上的噴孔噴出(見圖1)。
從二維自動旋轉噴頭布置的噴孔上噴出高壓射流氣體,依據噴孔的特殊設計,使得二維自動旋轉噴頭的旋轉體具有偏心力矩作用,依靠射流產生的反向力矩驅動旋轉轉套自動圓周旋轉。
由於二維自動圓周旋轉噴頭上噴出的射流氣體所形成的壓力氣體層,與機動車外後視鏡鏡面所在的平面平行,且由於特殊設定,使得外後視鏡鏡面所在的平面包含在壓力氣體層中,因而在“機動車後視鏡隱形雨刮器”運行過程中,能夠在外後視鏡鏡面形成穩定的透明空氣層(約1mm),保證了機動車外後視鏡鏡面始終處於清晰狀態。
儘管二維自動旋轉噴頭上的噴孔可以設定很多個,但是由於噴孔越多、孔徑越大,在不改變供氣氣泵功率情況下,從噴孔噴出的射流氣體壓力反而越低。故為了保證二維自動旋轉噴頭上噴出的壓力射流氣體能夠有效去除後視鏡鏡面上的雨水、霜雪、灰塵等,我們建議噴孔設定為1~4個為宜。
從噴孔噴出的射流壓力氣體具有的脈衝作用、衝擊作用、加壓作用、磨削作用,對機動車外後視鏡鏡面上的水珠、霜霧、雪花、灰塵等雜物產生沖蝕、滲透、剪下、壓縮、剝離、破碎等效果,更具有明顯的疲勞和剪下破壞效應,使得該“機動車後視鏡隱形雨刮器”具有極高的去除雜物效率。同時由於二維自動圓周旋轉噴頭能夠利用自身的物理結構反衝作用力原理設計,高速自動旋轉,從而在機動車外後視鏡鏡面側形成穩定均勻的透明空氣層,保證了機動車在大雨環境下外後視鏡的極高清晰度。
另外,由於本系統配備有空氣加熱室,機動車駕駛者可依據實際環境需求,自主選擇是否給壓力氣體加熱。從節省能源的角度出發,本系統還配備氣泵調速開關,使用者依據實際情況,可直接控制系統中氣體的壓力,也同時也調節了二維自動旋轉噴頭的旋轉速率。
“機動車後視鏡隱形雨刮器”系統在機動車外後視鏡上,只有固定在鏡片背部的二維自動旋轉噴頭以及與鏡面平行的噴孔部分,構造小巧,對機動車外後視鏡外觀基本無影響(見圖3)。同時由於二維自動旋轉噴頭固定於鏡片上,可以隨後視鏡角度調節而調節,不影響後視鏡的角度調節,並且能夠保證噴孔噴出的壓力射流氣體層始終與後視鏡鏡面平行,無論機動車外後視鏡處於什麼角度,該系統均可保證後視鏡鏡面的高清晰度。
此系統在運行或者停止運行狀態下,所有構件的外觀運動尺寸都很小,故能相當於隱形存在,有效除雨、除霜、除灰塵的同時,也符合現代社會對美學的高標準要求。
本系統中所有的配件均簡單易得,適用性高,性能穩定,安裝方便,結構小巧,性價比很高。本系統所涉及到的電路原理也很簡單(見圖2),電路布線簡單穩定,不會對機動車原系統造成任何不良影響。
三、目前解決機動車外後視鏡雨水問題的方法與設備及其存在的問題。
1.外後視鏡鏡眉:加裝在外後視鏡上部的塑膠薄片,能夠在小雨環境汽車按照一定行駛方向情況下避免後視鏡被雨水打濕。但是當汽車靜止或者行駛方向與雨飄灑方向交叉時候,或者雨量稍大環境下,汽車外後視鏡依然會被雨水覆蓋,造成後視鏡模糊。不同的車型需要配備不同型號的鏡眉,安裝上的鏡眉容易掉落,汽車外後視鏡安裝上鏡眉會影響後視鏡角度調節,同時也會影響到外後視鏡美觀性和風阻。
2.雨敵:雨敵是一類具有疏水或者親水化學塗劑的統稱,其塗抹在汽車外後視鏡上與清潔劑(肥皂水、沐浴露、清潔劑等)塗抹鏡片產生的效果相似,即利用化學物質的疏水或者親水作用,使得落在後視鏡上的雨水凝聚成水珠迅速滾落。由於此類化學物質雖然可以使得水滴成大的水珠,但是需要一定的風力吹到水珠才能使得水珠快速從後視鏡鏡片滾落,而由於機動車外後視鏡一般是背風區域,風力很難吹到後視鏡鏡面,造成水珠難以滾落,因而在下雨環境中依然會使得後視鏡模糊。此類外後視鏡鏡面塗抹劑需要提前塗抹到後視鏡鏡面,洗車的時候也容易洗掉這層疏水劑(或者親水劑),並且這些塗料使用期限比較短,幾個小時或者幾天之後效果就會大打折扣。當外後視鏡鏡片沾上灰塵等雜質時,塗有雨敵的後視鏡鏡片在雨中驅水效果也不好,同時該方法在小雨等雨量偏小環境下才有一定的效果,雨量稍大也不起作用。
3.有骨雨刮器:在汽車外後視鏡上安裝類似於汽車擋風玻璃上一樣的有骨微型雨刷(雨刮器),該裝置需要在後視鏡上安裝電力驅動的馬達,同時配備一個能夠在鏡面掃動的雨刷。目前市面上僅有極少量車型配備有此類有骨雨刷,原因是此類型有骨雨刷整體構件較大,安裝在後視鏡上不僅使得外後視鏡很不美觀,而且造成外後視鏡風阻增大。同時不同的汽車型號外後視鏡鏡片形狀不同,需要配備不同的形狀的雨刷。該類型雨刷擺動頻率稍微過高就容易損壞雨刷等聯動裝置,同時該類型雨刷在運行狀態中對駕駛者視線造成一定的影響。當駕駛者調動機動車外後視鏡鏡片角度時候,該類型有骨雨刷不能很好的貼合到鏡片,造成除水功能下降。由於該類型有骨雨刷的微型結構比較複雜,較長時間運行過程中,各種配件極易損壞。
4.空氣固定出氣孔:此裝置的原理為機動車引擎艙內的氣泵提供壓力氣體,將壓力氣體到出到位於機動車外後視鏡外殼上的固定排氣孔排出。由於需要壓力氣體吹到整個後視鏡鏡片,就必須把排氣孔做到從左到右邊都分布(或者直接一個大的排氣孔覆蓋到整個後視鏡鏡片上部),這樣要保持整個排氣系統出來的氣體有一定的壓力足以吹掉後視鏡上的雨滴,就必須增加氣泵的功率(因為氣泵功率不變的情況下,排氣孔總孔徑越大,排出的氣體壓力越小,從而造成雨水吹不掉的現象),勢必此類型除水系統造成耗能巨大。同時該類型後視鏡除水系統排氣孔並不是隨著後視鏡鏡片角度調節而調節,當駕駛者調動後視鏡鏡片角度時候,排氣孔排出的氣體不是總能有效吹到後視鏡鏡面(有時候只能以一定角度吹到鏡面部分區域,有時候完全吹到鏡面外部),無法有效驅水。若是多個獨立的排氣孔設定,會造成沒有排氣孔的鏡面區域水分無法被壓力氣體吹到,同樣使得處於雨中的機動車外後視鏡被雨水模糊。
5.後視鏡加熱:後視鏡加熱技術設計的原意為去除外後視鏡鏡片上的霧滴和霜露,並不能夠用來消除大雨量環境下的後視鏡鏡片水分。該裝置是依靠內置在後視鏡鏡片背部的電熱絲運行時產生熱效應蒸乾後視鏡鏡片上的水霧或者冰晶。由於在雨量稍大情況下,電熱絲加熱產生的熱量不足以快速蒸發落到後視鏡鏡片上的雨滴,造成雨量稍大環境下後視鏡依然視線模糊。同時,該裝置耗能較大,小排量的汽車不適宜使用後視鏡加熱技術(容易造成汽車總電能不足)。該運行過程中會產生一定的高溫,這樣使得後視鏡鏡片角度調節馬達等部件必須是耐高溫材料,製造成本升高。處於功能保護目的,目前汽車製造商在設計後視鏡加熱功能時候,設定其啟動溫度必須低於一定的溫度(如≤15℃),而在中國大部分地區,下雨環境時外部氣溫都高於這一設定溫度,造成部分車型即使有後視鏡電加熱功能,也不能在下雨環境下啟動該功能。
四、與現存技術比較“機動車後視鏡隱形雨刮器”的優點。
1.與後視鏡雨眉(遮雨檔)比較:不影響外後視鏡外觀,不影響外後視鏡角度的調節,無論機動車靜止狀態還是行駛中均可以有效去除外後視鏡雨水。
2.與後視鏡塗抹雨敵比較:物理原理除水無化學物質對人體無害,隨時啟動不需要做前期工作,操作簡單實用。汽車清洗等操作對該裝置無任何影響,能夠長期使用而不影響功能。即使外後視鏡鏡面很髒,也不會影響到隱形雨刮器的除水效率。
3.與後視鏡有骨雨刷比較:處於外後視鏡鏡片上只有一個小小的二維自動旋轉噴頭,整體外觀小,不影響後視鏡外觀的藝術美,不影響後視鏡風阻,構件簡單,經久耐用,不易損壞。自動旋轉運行的噴頭噴出的壓力氣體自動適應所有車型形狀的後視鏡鏡片,對後視鏡形狀無選擇,除水效率高。隱形雨刮器無論靜止還是運行過程中,均不會影響到駕駛者視線。
4.與固定出氣孔比較:壓力足夠,排氣孔小,排氣孔跟隨後視鏡鏡片角度調節而動,無論何時均可將壓力氣體水平掃射到整個機動車外後視鏡鏡片。通過高頻自動旋轉,本設計隱形雨刮器能夠在後視鏡鏡面上形成一層透明空氣層,無論什麼雨量環境,依然保證了後視鏡鏡片高的清晰度。
5.與後視鏡加熱功能比較:不僅能夠除霜,而且能夠在雨量很大的環境中有效去除後視鏡雨水。耗能較小,整體造價低。無環境溫度限定,隨時可以按照需求啟動,可以長時間運行,啟動時間短起效快。對後視鏡材質無選擇,適用於所有形狀外後視鏡,不受車體型號限制等優點。
總結:“機動車後視鏡隱形雨刮器”技術成熟,整體造價低,不影響機動車外後視鏡美觀,不增加後視鏡風阻,無論運行或者靜止狀態下均不會對駕駛者造成視線影響。隨時可依據環境情況選擇啟動,無溫度限制,不僅可以除霜、除霧滴、除水滴、除灰塵,也可以去除大雨環境下機動車外後視鏡鏡面上的雨水。該裝置自適應能力強,對於機動車外後視鏡型號無選擇,適用所有形狀的機動車外後視鏡鏡片。該裝置處於後視鏡鏡片上的部分小巧,不影響後視鏡整體外觀,對原有後視鏡改動非常小,且不會影響後視鏡鏡片角度調節,能夠跟隨鏡片角度調節而動,始終保持對後視鏡鏡片有效驅水。該裝置不會對後視鏡內部其他微型裝置產生衝突,對後視鏡材質無選擇差異。該裝置處於機動車引擎艙內部的構件同樣小巧,電路簡單,不影響機動車原系統穩定性的同時做到了對空間要求低的性能。
三、目前解決機動車外後視鏡雨水問題的方法與設備及其存在的問題。
1.外後視鏡鏡眉:加裝在外後視鏡上部的塑膠薄片,能夠在小雨環境汽車按照一定行駛方向情況下避免後視鏡被雨水打濕。但是當汽車靜止或者行駛方向與雨飄灑方向交叉時候,或者雨量稍大環境下,汽車外後視鏡依然會被雨水覆蓋,造成後視鏡模糊。不同的車型需要配備不同型號的鏡眉,安裝上的鏡眉容易掉落,汽車外後視鏡安裝上鏡眉會影響後視鏡角度調節,同時也會影響到外後視鏡美觀性和風阻。
2.雨敵:雨敵是一類具有疏水或者親水化學塗劑的統稱,其塗抹在汽車外後視鏡上與清潔劑(肥皂水、沐浴露、清潔劑等)塗抹鏡片產生的效果相似,即利用化學物質的疏水或者親水作用,使得落在後視鏡上的雨水凝聚成水珠迅速滾落。由於此類化學物質雖然可以使得水滴成大的水珠,但是需要一定的風力吹到水珠才能使得水珠快速從後視鏡鏡片滾落,而由於機動車外後視鏡一般是背風區域,風力很難吹到後視鏡鏡面,造成水珠難以滾落,因而在下雨環境中依然會使得後視鏡模糊。此類外後視鏡鏡面塗抹劑需要提前塗抹到後視鏡鏡面,洗車的時候也容易洗掉這層疏水劑(或者親水劑),並且這些塗料使用期限比較短,幾個小時或者幾天之後效果就會大打折扣。當外後視鏡鏡片沾上灰塵等雜質時,塗有雨敵的後視鏡鏡片在雨中驅水效果也不好,同時該方法在小雨等雨量偏小環境下才有一定的效果,雨量稍大也不起作用。
3.有骨雨刮器:在汽車外後視鏡上安裝類似於汽車擋風玻璃上一樣的有骨微型雨刷(雨刮器),該裝置需要在後視鏡上安裝電力驅動的馬達,同時配備一個能夠在鏡面掃動的雨刷。目前市面上僅有極少量車型配備有此類有骨雨刷,原因是此類型有骨雨刷整體構件較大,安裝在後視鏡上不僅使得外後視鏡很不美觀,而且造成外後視鏡風阻增大。同時不同的汽車型號外後視鏡鏡片形狀不同,需要配備不同的形狀的雨刷。該類型雨刷擺動頻率稍微過高就容易損壞雨刷等聯動裝置,同時該類型雨刷在運行狀態中對駕駛者視線造成一定的影響。當駕駛者調動機動車外後視鏡鏡片角度時候,該類型有骨雨刷不能很好的貼合到鏡片,造成除水功能下降。由於該類型有骨雨刷的微型結構比較複雜,較長時間運行過程中,各種配件極易損壞。
4.空氣固定出氣孔:此裝置的原理為機動車引擎艙內的氣泵提供壓力氣體,將壓力氣體到出到位於機動車外後視鏡外殼上的固定排氣孔排出。由於需要壓力氣體吹到整個後視鏡鏡片,就必須把排氣孔做到從左到右邊都分布(或者直接一個大的排氣孔覆蓋到整個後視鏡鏡片上部),這樣要保持整個排氣系統出來的氣體有一定的壓力足以吹掉後視鏡上的雨滴,就必須增加氣泵的功率(因為氣泵功率不變的情況下,排氣孔總孔徑越大,排出的氣體壓力越小,從而造成雨水吹不掉的現象),勢必此類型除水系統造成耗能巨大。同時該類型後視鏡除水系統排氣孔並不是隨著後視鏡鏡片角度調節而調節,當駕駛者調動後視鏡鏡片角度時候,排氣孔排出的氣體不是總能有效吹到後視鏡鏡面(有時候只能以一定角度吹到鏡面部分區域,有時候完全吹到鏡面外部),無法有效驅水。若是多個獨立的排氣孔設定,會造成沒有排氣孔的鏡面區域水分無法被壓力氣體吹到,同樣使得處於雨中的機動車外後視鏡被雨水模糊。
5.後視鏡加熱:後視鏡加熱技術設計的原意為去除外後視鏡鏡片上的霧滴和霜露,並不能夠用來消除大雨量環境下的後視鏡鏡片水分。該裝置是依靠內置在後視鏡鏡片背部的電熱絲運行時產生熱效應蒸乾後視鏡鏡片上的水霧或者冰晶。由於在雨量稍大情況下,電熱絲加熱產生的熱量不足以快速蒸發落到後視鏡鏡片上的雨滴,造成雨量稍大環境下後視鏡依然視線模糊。同時,該裝置耗能較大,小排量的汽車不適宜使用後視鏡加熱技術(容易造成汽車總電能不足)。該運行過程中會產生一定的高溫,這樣使得後視鏡鏡片角度調節馬達等部件必須是耐高溫材料,製造成本升高。處於功能保護目的,目前汽車製造商在設計後視鏡加熱功能時候,設定其啟動溫度必須低於一定的溫度(如≤15℃),而在中國大部分地區,下雨環境時外部氣溫都高於這一設定溫度,造成部分車型即使有後視鏡電加熱功能,也不能在下雨環境下啟動該功能。
四、與現存技術比較“機動車後視鏡隱形雨刮器”的優點。
1.與後視鏡雨眉(遮雨檔)比較:不影響外後視鏡外觀,不影響外後視鏡角度的調節,無論機動車靜止狀態還是行駛中均可以有效去除外後視鏡雨水。
2.與後視鏡塗抹雨敵比較:物理原理除水無化學物質對人體無害,隨時啟動不需要做前期工作,操作簡單實用。汽車清洗等操作對該裝置無任何影響,能夠長期使用而不影響功能。即使外後視鏡鏡面很髒,也不會影響到隱形雨刮器的除水效率。
3.與後視鏡有骨雨刷比較:處於外後視鏡鏡片上只有一個小小的二維自動旋轉噴頭,整體外觀小,不影響後視鏡外觀的藝術美,不影響後視鏡風阻,構件簡單,經久耐用,不易損壞。自動旋轉運行的噴頭噴出的壓力氣體自動適應所有車型形狀的後視鏡鏡片,對後視鏡形狀無選擇,除水效率高。隱形雨刮器無論靜止還是運行過程中,均不會影響到駕駛者視線。
4.與固定出氣孔比較:壓力足夠,排氣孔小,排氣孔跟隨後視鏡鏡片角度調節而動,無論何時均可將壓力氣體水平掃射到整個機動車外後視鏡鏡片。通過高頻自動旋轉,本設計隱形雨刮器能夠在後視鏡鏡面上形成一層透明空氣層,無論什麼雨量環境,依然保證了後視鏡鏡片高的清晰度。
5.與後視鏡加熱功能比較:不僅能夠除霜,而且能夠在雨量很大的環境中有效去除後視鏡雨水。耗能較小,整體造價低。無環境溫度限定,隨時可以按照需求啟動,可以長時間運行,啟動時間短起效快。對後視鏡材質無選擇,適用於所有形狀外後視鏡,不受車體型號限制等優點。
總結:“機動車後視鏡隱形雨刮器”技術成熟,整體造價低,不影響機動車外後視鏡美觀,不增加後視鏡風阻,無論運行或者靜止狀態下均不會對駕駛者造成視線影響。隨時可依據環境情況選擇啟動,無溫度限制,不僅可以除霜、除霧滴、除水滴、除灰塵,也可以去除大雨環境下機動車外後視鏡鏡面上的雨水。該裝置自適應能力強,對於機動車外後視鏡型號無選擇,適用所有形狀的機動車外後視鏡鏡片。該裝置處於後視鏡鏡片上的部分小巧,不影響後視鏡整體外觀,對原有後視鏡改動非常小,且不會影響後視鏡鏡片角度調節,能夠跟隨鏡片角度調節而動,始終保持對後視鏡鏡片有效驅水。該裝置不會對後視鏡內部其他微型裝置產生衝突,對後視鏡材質無選擇差異。該裝置處於機動車引擎艙內部的構件同樣小巧,電路簡單,不影響機動車原系統穩定性的同時做到了對空間要求低的性能。