一种红外辐射汽车除冰装置、工作方法、及具有其的汽车

1.本发明技术领域为汽车外表面除冰领域，具体涉及一种红外辐射汽车除冰装置、工作方法及具有其的汽车。


背景技术：

2.现有的汽车表面除冰方式主要包括两类：(1)通过热空调和发动机余热进行除冰(2)通过电热玻璃进行除冰。方案(1)一般需要发动机运转一段时间后，空调产生热量，热风吹玻璃进行除冰，耗时较长，耗能严重。特别是对于除前风挡以外的其他车体表面覆冰，除冰效率极差，有时需要几个小时才能产生效果，极为耗能。尤其对于电动汽车而言，如此高的能耗，难以接受。方案(2)需要玻璃具有电热功能，成本较高，一般汽车只有前后风挡有电热功能，而其他部位无法有效除冰。更关键的是，在覆冰环境下，玻璃内部电加热丝容易产生局部高温，玻璃内外温差较大，极易引起玻璃损伤。此外，对于原本不具备电热玻璃的汽车而言，采用电热玻璃方案对汽车进行改造，难度较大，成本较高。因此，本发明需解决的关键问题为：如何不损伤玻璃寿命条件下，对车身玻璃及其他外表面进行快速且节能的除冰作业。


技术实现要素：

3.发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种红外辐射汽车除冰装置、工作方法、及具有其的汽车。相对于空调制热除冰方案而言，本发明采用红外辐射加热，红外辐射可有效被冰层水分子吸收，且直接加热冰层，无需先加热车身，节能效果明显，解决了除冰速度较慢，能耗较大的问题。相对于电热玻璃除冰方案，本发明采用的红外辐射加热方式通过辐射红外线加热车身外表面冰层，不直接加热玻璃本体，在实际工作过程中，玻璃本体一直处于与冰层温度接近的较低温度区间，不会引起玻璃损伤，且本发明的装置交易安装在车身表面，改装成本较低，解决了电热玻璃受热不均引起损伤、改装困难的问题。
4.技术方案：一种红外辐射汽车除冰装置，包括红外电热条、转动装置、弹起复位装置、温度传感器、湿度传感器、过载保护装置、控制芯片及控制程序、以及导线等连结及导电必备辅材；
5.所述电热条为层状复合结构，从上到下(所述上下用于描述电热条构成的相对方位，不构成限定条件)依次为绝缘层1、电热层1、绝缘层2、隔热层、反射层、电热层2、绝缘层3，同时侧面有反射层。所述电热条各层可通过粘接等方式形成具有一定机械强度的整体；所述绝缘层1和绝缘层3为可透过较高比例红外线的绝缘耐热材料，或为可吸收并发射红外线的绝缘耐热材料；所述绝缘层2为绝缘耐热材料，对其红外特性无要求。所述电热层1和电热层2为具有通电可发射较高比例红外线的片状材料或涂层；所述隔热层为耐热隔热片状材料；所述反射层为可较高比例反射红外线的薄片或涂层；
6.所述的电热条中的电热层1端部和电热层2端部均各自有连接端子和电源导线，其中，连接端子可为金属镀膜的形式，保证与电热层有良好的接触，电源导线可通过焊接、镀
层的形式与连接端子相连，电源导线可为导线形式或插拔接口；所述电热层1和电热层2可分别独立工作；所述电热条表面粘贴有温度传感器，用于监测电热条温度，避免烧坏；
7.所述的电热条端部与转动装置机械连接，转动装置由电极和连动机构组成，形式不限，只需实现可控制电热条转动一定角度即可；
8.所述弹起复位装置与电热条或转动装置连接，弹起复位装置形式不限，只需实现电热条弹起复位操作并适用于车身外部结构即可。
9.所述的湿度传感器和温度传感器为片状材料，通过导线等将湿度温度及位置信号传递给控制芯片：所述的湿度传感器和温度传感器粘贴在车身表面关键位置；
10.所述的控制芯片及控制程序可读取湿度传感器的湿度、温度和位置数据，根据内置程序逻辑控制电热条发热功率和转动角度；所述控制程序包括数据读取模块、电热条弹起模块、电热条扫描加热模块、电热条复位模块、异常处理模块等部分。其中在电热条弹起模块，控制程序发出指令控制电热层1发热对电热条周边进行化冰作业，在电热条扫描加热模块，控制程序发出指令控制电热层1停止工作，电热层2开始除冰作业。
11.所述的过载保护装置与转动装置及弹起复位装置连接，在电流超出安全范围时断开电路。
12.作为优化：根据车身外表面除冰需求程度不同，将车身外表面划分不同区域。可依据除冰需求强弱在不同区域布置数量不等的电热条。比如前挡风玻璃区域可沿玻璃边框布置上下两个电热条，后挡风玻璃及侧边玻璃只在其上边框布置一个电热条。
13.作为优化：若有材料可同时具备绝缘耐热隔热特性，则所述电热条中绝缘层2及隔热层可采用该种材料，不一定要为两种不同材料。
14.作为优化：所述绝缘层1可为透红外石英玻璃或耐热树脂；所述电热层1可为普通电阻丝制作的片状电热材料；所述绝缘层2及隔热层可为玻璃纤维布或普通陶瓷片；所述反射层可为铝箔；所述电热层2可为碳纤维纸、石墨纸、电气石涂层等远红外电热材料；所述绝缘层3可为透红外石英玻璃或耐热树脂；
15.作为优化：所述电热条各层可通过耐热胶粘接，或通过基体材料包覆，或通过端部安装紧固件连接，或通过树脂一体浇筑等方式，只需保证电热条具备足够的机械性能且不影响电热条发射红外线。
16.作为优化：若用户对节能需求不敏感，可减除电热条中电热层1、绝缘层2、隔热层、反射层，只需保留绝缘层1、电热层2、绝缘层3。
17.作为优化：所述湿度传感器和温度传感器粘贴于车身外表面关键位置。所述关键位置是指车身外表面除冰需求较强区域中可有效监测覆冰情况及除冰效果的位置，比如前挡风玻璃一侧或多侧边框。根据车身外表面除冰需求程度不同，将车身外表面划分不同区域，在不同区域分别布置数量不等的所述湿度传感器与温度传感器。所述湿度传感器及温度传感器可粘贴于车窗一侧或隐藏于车身造型中目视不敏感区域；其中与电热条平行方向，传感器分布密度无要求；垂直于电热条方向，传感器需保证一定分布密度，以便根据传感器信号确定转动角度及频率。所述湿度和温度传感器可为片状湿敏元件和热敏元件。
18.作为优化：所述电热层1和电热层2可根据控制程序指令独立工作，其中电热层1用于电热条弹起阶段进行化冰作业，避免电热条因冰层限制无法弹起。电热条成功弹起后，电热层1停止工作。电热层2用于电热条弹起后扫描车身外表面进行除冰作业。
19.一种红外辐射汽车除冰装置的工作方法，包括以下步骤：
20.s1.数据读取模块
21.控制程序通过湿度传感器和温度传感器分别读取车身外表面各关键点温度和湿度数据，以及电热条表面温度数据。基于获取的湿度和温度数据判断是否需要启动除冰作业。判定条件为车身外表面出现温度低于0℃且该点湿度达到结冰临界值且电热条表面温度处于正常工作区间。
22.s2.电热条弹起模块
23.s21.控制程序控制弹起装置尝试将电热条弹起至指定位置，并记录尝试次数。
24.s22.判定尝试次数是否小于设定值，若为否则进入异常处理模块；若为是，则进一步判定电热条是否达到指定位置。
25.s33.若判定电热条未达到指定位置，则电热层1持续加热一个时间单位，然后重新开始s21步骤；若判定电热条已达到指定位置，则电热层1停止工作，电热条成功弹起。
26.s3.电热条加热模块
27.s31.电热层2通电，开启加热模块。
28.s32.控制程序实时读取车身外表面各点温度及湿度数据。
29.s33.控制程序在获取各点温度及湿度数据中找到温度低于0℃且湿度达到结冰临界值的点，并在这些点中找到在垂直于电热条方向距离最大的两点。结冰临界值可通过实测确定。
30.s34.基于距离最大的两点位置以及电热条位置计算出电热条的转动角度范围；
31.s35.控制程序通过转动装置控制电热条在计算出的转动角度范围内扫描加热，并记录工作时长。
32.s36.读取电热条表面温度，判断电热条表面温度是否处于合理区间。若为是，则进入s37步骤；若为否，则暂停加热一个时间单位并记录暂停总时长，进一步判定暂停总时长是否在设定范围，若为是，则返回s35步骤，若为否，则进入异常处理模块。电热条表面温度合理区间上限可通过实测确定，温度上限设定原则为不会引起电路故障及电热条损坏的电热条最大发热功率对应的温度。暂停总时长上限可通过实测确定。上限确定原则为电热条在完成除冰作业过程中，为保证电热条处于合理工作温度所需冷却总时长乘以一个大于1的冗余系数。若暂停总时长超过上限，则意味着电热条可能出现其他意外故障。
33.s37.判定电热条工作总时长是否在合理区间，若为否，则进入异常处理模块；若为是，则进入s38步骤。电热条工作总时长上限可通过实测确定。总时长上限确定原则为电热条完成分管区域除冰作业时长乘以一个大于1的冗余系数。若电热条工作总时长超过上限，则意味着可能出现其他意外故障。
34.s38.判定电热条分管区域是否完成除冰，若为否，则进入s32步骤；若为是，则电热层2停止工作，成功除冰。是否完成除冰的判定条件为，该电热条分管区域是否存在两个以上的点，其温度低于0℃且湿度达到结冰临界值。若为是，则未完成除冰，若为否，则完成除冰。
35.s4.复位模块
36.s41.控制程序通过复位装置尝试控制电热条复位，并记录尝试次数。
37.s42.判定电热条是否成功复位，若为是，则结束；若为否，则进入s43步骤。
38.s43.判定电热条复位尝试次数是否小于设定值，若为是，则进入s41步骤；若为否，则进入异常处理模块。当复位尝试次数超过该设定值，意味着电热条可能出现机械故障或有障碍物影响复位。该设定值可基于工程经验设定。
39.s5.异常处理模块
40.在任意步骤出现异常时，控制程序通过显示界面等形式向用户提示异常原因，并询问用户是否开启人工控制模式，若为是，则由用户自行设定电热条启停及工作参数，若为否，则电热条停止工作。
41.s6.电路保护模块
42.控制程序通过实时读取所述电热条表面温度数据监测电热条工作状态，并通过过载保护装置保护电路，避免用电故障。
43.一种具有除冰功能的汽车，采用所述红外辐射除冰装置或其工作方法进行汽车外表面除冰作业的汽车，也可用于汽车表面除霜。
44.有益效果：本发明通过红外辐射加热除冰，红外辐射热量主要被水分子吸收，大幅提高了热量利用率，实现节能效果。同时，由于提高了热量利用率，同样功率条件下，本发明可以更快地除冰。本发明通过红外辐射加热水分子，而不是直接加热玻璃，玻璃在水温作用下逐渐升温，受热均匀且没有剧烈温差，避免了电热玻璃引起的玻璃损伤。此外，本发明交易安装于车身外表面，车辆改装成本较低。本发明提供的只能控制程序，可进一步提高热量利用率，从而进一步提高节能效果和加热速度。
45.本发明提供的工作方法包括电热条弹起模块，可实现电热条预热化冰，避免由于电热条本身本冰层冻住无法工作。所述电热条中电热层1主要负责弹起模块电热条周围化冰作业，成功弹起后，电热层1停止工作，电热层2开始扫描除冰作业，电热层1和电热层2之间有隔热层，可在实现弹起化冰功能的同时避免扫描除冰阶段电热层2热量溢出，进一步提高了能量利用效率。所述工作方法在不同工作阶段均由异常处理模块，避免因装置故障或车身表面杂物导致除冰作业无法完成。
46.此外，本发明电热条造型可根据车身表面进行设计，从而使得电热条与车身表面浑然一体，美观大方。
附图说明
47.图1是本发明的装置车身外表面安装位置示意图；
48.图2是本发明的电热条的结构示意图；
49.图3是本发明的电热条中电热层的连接情况示意图；
50.图4是本发明的控制程序的逻辑主框架示意图；
51.图5是本发明控制程序中弹起模块逻辑示意图；
52.图6是本发明控制程序中的电热条扫描加热模块逻辑示意图；
53.图7是本发明控制程序中电热条复位示意图。
具体实施方式
54.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界
定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
55.实施例
56.如图1-3所示，一种红外辐射汽车除冰装置，包括红外电热条、转动装置、弹起复位装置、温度传感器、湿度传感器、过载保护装置、控制芯片及控制程序、以及导线等连结及导电必备辅材。
57.根据车身外表面除冰需求程度不同，将车身外表面划分不同区域。可依据除冰需求强弱在不同区域布置数量不等的电热条。如图1所示，前挡风玻璃区域可沿玻璃边框布置上下两个电热条，后挡风玻璃及侧边玻璃只在其上边框布置一个电热条。
58.所述电热条为层状复合结构，从上到下(所述上下用于描述电热条构成的相对方位，不构成限定条件)依次为绝缘层1、电热层1、绝缘层2、隔热层、反射层、电热层2、绝缘层3，同时侧面有反射层。所述电热条各层可通过粘接等方式形成具有一定机械强度的整体；所述绝缘层1和绝缘层3为可透过较高比例红外线的绝缘耐热材料，或为可吸收并发射红外线的绝缘耐热材料；所述绝缘层2为绝缘耐热材料，对其红外特性无要求。所述电热层1和电热层2为具有通电可发射较高比例红外线的片状材料或涂层；所述隔热层为耐热隔热片状材料；所述反射层为可较高比例反射红外线的薄片或涂层。
59.所述的电热条中的电热层1端部和电热层2端部均各自有连接端子和电源导线，其中，连接端子可为金属镀膜的形式，保证与电热层有良好的接触，电源导线可通过焊接、镀层的形式与连接端子相连，电源导线可为导线形式或插拔接口；所述电热层1和电热层2可分别独立工作；所述电热条表面粘贴有温度传感器，用于监测电热条温度，避免烧坏。
60.所述的电热条端部与转动装置机械连接，转动装置由电极和连动机构组成，形式不限，只需实现可控制电热条转动一定角度即可。
61.所述弹起复位装置与电热条或转动装置连接，弹起复位装置形式不限，只需实现电热条弹起复位操作并适用于车身外部结构即可。
62.所述的湿度传感器和温度传感器为片状材料，通过导线等将湿度温度及位置信号传递给控制芯片：所述的湿度传感器和温度传感器粘贴在车身表面关键位置；所述关键位置是指车身外表面除冰需求较强区域中可有效监测覆冰情况及除冰效果的位置，比如前挡风玻璃一侧或多侧边框。根据车身外表面除冰需求程度不同，将车身外表面划分不同区域，在不同区域分别布置数量不等的所述湿度传感器与温度传感器。所述湿度传感器及温度传感器可粘贴于车窗一侧或隐藏于车身造型中目视不敏感区域；其中与电热条平行方向，传感器分布密度无要求；垂直于电热条方向，传感器需保证一定分布密度，以便根据传感器信号确定转动角度及频率。所述湿度和温度传感器可为片状湿敏元件和热敏元件。
63.所述电热层1和电热层2可根据控制程序指令独立工作，其中电热层1用于电热条弹起阶段进行化冰作业，避免电热条因冰层限制无法弹起。电热条成功弹起后，电热层1停止工作。电热层2用于电热条弹起后扫描车身外表面进行除冰作业。
64.所述的控制芯片及控制程序可读取湿度传感器的湿度、温度和位置数据，根据内置程序逻辑控制电热条发热功率和转动角度；所述控制程序包括数据读取模块、电热条弹起模块、电热条扫描加热模块、电热条复位模块、异常处理模块等部分。其中在电热条弹起
模块，控制程序发出指令控制电热层1发热对电热条周边进行化冰作业，在电热条扫描加热模块，控制程序发出指令控制电热层1停止工作，电热层2开始除冰作业。
65.所述控制程序通过读取所述电热条表面温度数据，实时监测电热条工作状态，并通过所述过载保护装置保护电路，避免用电故障。
66.如图4-7所示，一种红外辐射汽车除冰工作方法，包括以下步骤：
67.s1.数据读取模块：
68.控制程序通过湿度传感器和温度传感器分别读取车身外表面各关键点温度和湿度数据，以及电热条表面温度数据。基于获取的湿度和温度数据判断是否需要启动除冰作业。判定条件为车身外表面出现温度低于0℃且该点湿度达到结冰临界值且电热条表面温度处于正常工作区间。
69.s2.电热条弹起模块：
70.s21.控制程序控制弹起装置尝试将电热条弹起至指定位置，并记录尝试次数。
71.s22.判定尝试次数是否小于设定值，若为否则进入异常处理模块；若为是，则进一步判定电热条是否达到指定位置。
72.s33.若判定电热条未达到指定位置，则电热层1持续加热一个时间单位，然后重新开始s21步骤；若判定电热条已达到指定位置，则电热层1停止工作，电热条成功弹起。
73.s3.电热条加热模块：
74.s31.电热层2通电，开启加热模块。
75.s32.控制程序实时读取车身外表面各点温度及湿度数据。
76.s33.控制程序在获取各点温度及湿度数据中找到温度低于0℃且湿度达到结冰临界值的点，并在这些点中找到在垂直于电热条方向距离最大的两点。结冰临界值可通过实测确定。
77.s34.基于距离最大的两点位置以及电热条位置计算出电热条的转动角度范围；
78.s35.控制程序通过转动装置控制电热条在计算出的转动角度范围内扫描加热，并记录工作时长。
79.s36.读取电热条表面温度，判断电热条表面温度是否处于合理区间。若为是，则进入s37步骤；若为否，则暂停加热一个时间单位并记录暂停总时长，进一步判定暂停总时长是否在设定范围，若为是，则返回s35步骤，若为否，则进入异常处理模块。电热条表面温度合理区间上限可通过实测确定，温度上限设定原则为不会引起电路故障及电热条损坏的电热条最大发热功率对应的温度。暂停总时长上限可通过实测确定。上限确定原则为电热条在完成除冰作业过程中，为保证电热条处于合理工作温度所需冷却总时长乘以一个大于1的冗余系数。若暂停总时长超过上限，则意味着电热条可能出现其他意外故障。
80.s37.判定电热条工作总时长是否在合理区间，若为否，则进入异常处理模块；若为是，则进入s38步骤。电热条工作总时长上限可通过实测确定。总时长上限确定原则为电热条完成分管区域除冰作业时长乘以一个大于1的冗余系数。若电热条工作总时长超过上限，则意味着可能出现其他意外故障。
81.s38.判定电热条分管区域是否完成除冰，若为否，则进入s32步骤；若为是，则电热层2停止工作，成功除冰。是否完成除冰的判定条件为，该电热条分管区域是否存在两个以上的点，其温度低于0℃且湿度达到结冰临界值。若为是，则未完成除冰，若为否，则完成除
冰。
82.s4.复位模块：
83.s41.控制程序通过复位装置尝试控制电热条复位，并记录尝试次数。
84.s42.判定电热条是否成功复位，若为是，则结束；若为否，则进入s43步骤。
85.s43.判定电热条复位尝试次数是否小于设定值，若为是，则进入s41步骤；若为否，则进入异常处理模块。当复位尝试次数超过该设定值，意味着电热条可能出现机械故障或有障碍物影响复位。该设定值可基于工程经验设定。
86.s5.异常处理模块：
87.在任意步骤出现异常时，控制程序通过显示界面等形式向用户提示异常原因，并询问用户是否开启人工控制模式，若为是，则由用户自行设定电热条启停及工作参数，若为否，则电热条停止工作。
88.s6.电路保护模块：
89.控制程序通过实时读取所述电热条表面温度数据监测电热条工作状态，并通过过载保护装置保护电路，避免用电故障。
90.本发明中，电热条是必不可少的，电热条通电发射红外线，进行加热除冰工作。电热条中电热层2是必不可少的，且电热层需发射较高比例的红外线，因为电热层2用于电热条除冰作业，是本发明的核心功能。电热层的连接端子是必不可少的，其中通过金属镀膜和导线连接是优选的。因为金属镀膜可以更好地与电热层连接，保证导电效果，导线柔软便于安装。电热条中的绝缘层1和绝缘层3是必不可少的，因为必须保证电热条不与外界环境产生电连接。
91.本发明中电热层1、反射层、隔热层是优选的。电热层1主要负责电热条弹起模块对电热条周边进行化冰作业，电热层1和电热层2分别负责弹起模块化冰作业和电热条弹起后汽车表面除冰作业，两者间有隔热层，两者独立工作，可实现节能效果，因此优选。若用户对节能效果不敏感，也可直接用电热层2同时实现弹起阶段化冰作业和弹起后除冰作业，若如此，则电热层1、绝缘层2、隔热层均可去除。反射层可将电热层2热量聚焦，实现红外线定向发射，提高除冰效率，因此优选。若用户对节能及除冰效率不敏感，也可去除反射层。
92.本发明中所述工作方法中个各模块先后顺序、各模块逻辑框架是优选的，可以实现预热化冰、电热条弹起复位、汽车表面除冰作业，以及各种异常处理等功能，并提高节能效果。用户基于基本控制逻辑，在不付出创造性劳动的条件下，对所述工作方法进行改换顺序、增添和删减步骤以实现基本相同的功能均属于本发明权利保护范围。
93.本发明通过红外辐射加热除冰，红外辐射热量主要被水分子吸收，大幅提高了热量利用率，实现节能效果。同时，由于提高了热量利用率，同样功率条件下，本发明可以更快地除冰。本发明通过红外辐射加热水分子，而不是直接加热玻璃，玻璃在水温作用下逐渐升温，受热均匀且没有剧烈温差，避免了电热玻璃引起的玻璃损伤。此外，本发明交易安装于车身外表面，车辆改装成本较低。本发明提供的只能控制程序，可进一步提高热量利用率，从而进一步提高节能效果和加热速度。
94.本发明提供的工作方法包括电热条弹起模块，可实现电热条预热化冰，避免由于电热条本身本冰层冻住无法工作。所述电热条中电热层1主要负责弹起模块电热条周围化冰作业，成功弹起后，电热层1停止工作，电热层2开始扫描除冰作业，电热层1和电热层2之
间有隔热层，可在实现弹起化冰功能的同时避免扫描除冰阶段电热层2热量溢出，进一步提高了能量利用效率。所述工作方法在不同工作阶段均由异常处理模块，避免因装置故障或车身表面杂物导致除冰作业无法完成。
95.此外，本发明电热条造型可根据车身表面进行设计，从而使得电热条与车身表面浑然一体，美观大方。