[发明专利]平面电容式传感器及检测汽车挡风玻璃环境变化的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种检测汽车挡风玻璃环境变化的装置，尤其是涉及检测汽车挡风玻璃雨量变化的检测装置以及采用该检测装置的检测方法。

背景技术：

进入21世纪以来，汽车电子化和智能化已经成为汽车工业技术发展的方向和前沿，汽车的安全性和人性化也成为各大汽车厂商注重的焦点。自动检测系统不仅是着眼于方便驾驶着的人性化关怀，更重要的是自动检测系统是汽车主动安全系统的重要组成部分。在雨天或空气相对湿度大的环境下，汽车挡风玻璃表面上常常会因雨水过大而影响驾驶员的视线。

现有技术中的自动雨刷系统的关键技术是雨滴传感器技术，客观地说，截止到今日，世界范围内的雨滴传感器技术仍不十分成熟，尽管一些著名的汽车厂商如德国大众、美国克莱斯勒、法国雪铁龙等已经成功地在他们的汽车产品上配备了自动雨刷系统，但由于雨滴传感器技术的不成熟造成了安装难度大、成本高、误动作率较高的遗憾。

现有雨滴传感技术按安装形式可分为内置型和外置型两大类，外置型是将传感器安装在挡风玻璃外面如发动机盖上面、汽车前脸外面、汽车挡风玻璃外表面等，外置型雨滴传感的特征是对雨水做直接接触式测量，已知的外置型雨滴传感器按工作原理划分有光电式、电导式、振动式和平行板电容式。绝大多数外置型雨滴传感器由于无法直接安装在玻璃外表面雨刷刷动的范围内，因而只能感知雨量大小而无法感知雨刷刷动的效果，因而只能形成对雨刷的开环控制系统，无法形成能反馈雨刷刷动效果的闭环控制系统。此外，外置型雨滴传感器还有容易受污染、损坏等缺陷，因此，外置型雨滴传感器很少在汽车工业中得到应用。内置型雨滴传感器通常安装在汽车玻璃内表面雨刷刷动的范围内，必须采用非接触式检测技术，它具有同时感应雨量和感应雨刷刷动效果从而为雨刷控制器提供实时反馈信号的优点，它安装在车内也避免了环境对它的污染和损坏。现代汽车工业中内置型雨滴传感器已成为主流。

目前在汽车工业中广泛应用的内置型雨滴传感器全都是光电式的，光电式雨滴传感器又分为两种形式，第一种是在汽车玻璃内表面后安装一台摄像头，利用类似于照相机的成像原理对摄像头采集的图像进行图像分析和处理以感知雨量的变化。这种光电式雨滴传感器的传感器件、数据处理电路和计算机成本过高，目前还没有在汽车工业中得到应用。以下只讨论第二种形式的光电式雨滴传感器，它在汽车工业中已经被广泛采用，它是在汽车玻璃内表面安装一对光束发射和接收装置，利用光的反射和折射原理，当汽车玻璃外表面附着有雨滴时光的折射率将发生变化从而导致接收端接受光强的变化，雨滴传感器将光强的变化转变成电信号的变化从而感知雨量的变化。光电式内置型雨滴传感器存在以下缺陷：

1、测量面积小。下小雨时单位面积上雨滴分布是不均匀的，因此若测量面积过小将造成自动雨刷系统反映迟钝。光电式雨滴传感器的发射器元件一般是点光源，尽管可以使用透镜或棱镜，将光束进行某种程度的散射以扩大折射面积，但这将对接受元件的接收灵敏度造成不利影响，因此，实用的光电式雨滴传感器测量面积通常都在1至2平方厘米以内，当然可以设置多对发射和接收端来扩大测量面积，但这将大大提高成本。

2、无法测量附着在玻璃表面雨水的厚度。下大雨时汽车玻璃外表面将被雨水均匀的覆盖，此时雨量的大小只能通过从附着在玻璃表面雨水的厚度变化测量，若无法测量雨水厚度变化将造成自动雨刷系统动作速度迟缓从而影响刷雨效果。光电式雨滴传感器的工作原理是利用光线的折射率变化，而折射率只与入射面的物质特性有关，与物质的厚度无关，因此，光电式雨滴传感器无法反映雨水的厚度变化。

3、易于受到污染物的干扰。当汽车玻璃外表面受到污染物(如：尘土、泥污、油渍、飞虫尸体等)污染时，也将导致光线折射率的较大变化，光电式雨滴传感器因无法区分污染物与雨水从而导致自动雨刷系统的误动作。

4、对安装工艺要求过高。光电式雨滴传感器要求对发射和接收端有精确的安装角度和距离，同时对辅助的透镜和棱镜系统的位置和角度也有很高的要求，此外，考虑到汽车震动的影响，要求安装必须非常紧固，以免由于汽车震动造成光线的偏离从而影响传感器的精度和灵敏度。

5、适应性差。光电式雨滴传感器的工作原理对不同汽车玻璃的适应性很差，玻璃的材质会影响折射率和反射率，玻璃的厚度会影响发射端和接收端的安装角度和位置，因此需要针对不同的汽车玻璃设计相对应的光电式雨滴传感器。

6、材料、安装、工时成本偏高。光电式雨滴传感器需要的光电发射和接收装置、透镜和棱镜系统、紧固件等材料成本较高，由于安装工艺的高要求造成安装和工时成本偏高，这是目前自动雨刷系统只出现在中高档车上的根本原因。