电子防眩目后视镜原理

黄 珍，方瑞华，葛如海

(1.江苏大学 汽车与交通工程学院，江苏镇江212013;2.上海干巷车镜实业有限公司，上海201518)

后视镜作为汽车驾驶员的一种安全辅助设施是很重要的，它的作用是观察车后的状况。但当汽车在夜间行驶时，后面尾随车的前照灯光通过车内后视镜反射到驾驶员的眼睛上，会对驾驶员产生眩目作用，轻则使驾驶员感到不舒适，重则使其对前方视野内物体的观察能力减弱，甚至完全丧失，影响司机安全驾驶，电子防眩目后视镜就是为消除这一危险而设计的。研究发现，眩目会使驾驶员的反应时间增加1.4 s。当汽车以96 km/h车速行驶的车辆，在有眩光时，平均制动距离为80 m，在无眩光时，平均制动距离为42 m，可大大缩短制动距离［1－4］，这对于夜间驾车来说是非常危险的，而电子防眩目后视镜可以有效地解决驾驶员的眩光反应，保证了汽车夜间行驶的安全性。

1 汽车防眩目后视镜的现状

后视镜是汽车上一个重要的安全零件，防眩目问题是后视镜技术的一个重要研究方向。为了解决后视镜的防眩目问题，科研人员在后视镜设计上做了很多研究。目前汽车所采用的防眩目技术主要有两种:①中低档车多采用手动光学防眩目后视镜棱镜;②中高档车一般采用电子防眩目后视镜。棱镜防眩目技术比较成熟，已普遍应用于生产，它的优点是结构简单，价格便宜，基本上免维护［5］。棱镜镜片有两个反射面(图1)，主反射面镀银(反射率大于80%)，副反射面没有镀层(反射率小于7%)。当白天行车时，棱镜处于Day位置，通过主反射面的反光成像观察后面的物体。当夜间行车时，通过调节手柄(镜面顺时针转过4°30')使棱镜处于Night位置，此时通过副反射面的反光成像观察后面的物体，因为副反射面反射率很低，可以大大消弱后面汽车前大灯的照射光，起到防眩目的作用。当然，这时候从镜子上看到的后面物体也是很模糊的，所以当倒车时，必须要把后视镜置于Day位置。利用后视镜反射率测试仪测量棱镜在Day Night位置时的反射率如图2。

图1 棱镜镜片结构Fig.1 Structure of prism’s mirror

图2 棱镜在白天和夜间的反射率对比Fig.2 Reflectivity contrast between day and night

采用棱镜技术可以很好地解决后视镜的防眩目问题，但棱镜镜片只有两个反射面，只能通过手动调节提供高低不同的两个反射率，无法根据入射光强度的变化自动的改变反射率。为了进一步解决后视镜的防眩目问题，发明了电子防眩目后视镜。电子防眩目后视镜是在普通反射平面镜上面放置一块液晶屏或者电化层，而笔者设计的是通过电致变色降低镜面反射率的方式来实现的。电致变色后视镜，也称 EC(Electro-Chromic)镜，美国 Gentex公司和Magna Donnelly公司是这方面的佼佼者，特别是负责为通用汽车公司设计和生产后视镜的美国密歇根州Gentex公司。台湾在EC镜技术上也有不错的业绩，台湾力光科技有限公司以及坤辉公司都可以生产EC镜。在中国国内汽车市场上EC镜是刚刚发展起来的一种新型后视镜，目前在一些中高档汽车上已经将EC镜作为选装件向市场推广。

2 EC镜系统工作原理

EC镜由一面特殊的镜子和两个光敏电阻及电子控制器组成［6］。两个光敏电阻分别设置在后视镜的前面及背面，分别接收汽车前面及后面射来的光线，控制器根据两个传感器的输入信号，按预先制定的控制策略发出控制指令。在夜晚，当尾随其汽车的大灯照射到后视镜时，EC镜上的光敏电阻测量入射光的强度，将这一个信号传递给控制电路，控制电路按照预先设定的控制策略发出控制指令，对EC镜镜片加载电压，加载电压后，EC镜镜片由原来的无色状态变化为着色状态，加载的电压越高，EC镜镜片的颜色变化越深，后视镜的反射率越低，可以由70%左右变化到10%左右，反射光的强度下降，此时即使再强的照射光照到后视镜上，反射到驾驶员眼睛上都显示暗光，不会耀眼，不会使驾驶员产生眩目感。当切断电流时，EC镜镜片又从有色状态变化为无色状态。在白天，EC镜镜片处于无色状态，反射率维持在70%左右。系统结构图如图3。

图3 系统结构Fig.3 System structure

电子防眩目后视镜固然能防眩目，但从车库倒车出来时由于车后面的光线较强而车前光线弱，此时后视镜如变暗就不利于倒车时看清车后情况，因此便设计成当汽车挂档时能自动取消防眩目功能。

3 硬件电路设计

3.1 光敏电阻

光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称为光导管。光敏电阻的电阻与光照强度有关，在黑暗环境下，它的阻值很高;当受到光照并且光辐射能量足够大时，光导材料禁带中的电子受到能量大于其禁带宽度的光子激发，由价带越过禁带而跃迁到导带，使其导带的电子和价带的空穴增加，电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降，光线愈强，阻值愈低［7］。入射光消失后，由光子激发产生的电子－空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。光敏电阻的阻值在不受光照射时是受光照射时的100～1 000倍。

在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件。

用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。本电路选用硫化镉(CdS)光敏电阻，如图4。CdS光敏电阻反应速度快，灵敏度高、光谱特性好，具有很高的可靠性而且价格便宜。

图4 CdS光敏电阻结构图Fig.4 CdS photoresistor structure

3.2 三极管

三极管是电子电路中最重要的器件。三极管由两个PN结构成，共用的一个电极成为三极管的基极(用字母b表示)。其他的两个电极成为集电极(用字母c表示)和发射极(用字母e表示)。由于不同的组合方式，形成了一种是NPN型的三极管，另一种是PNP型的三极管［8］。结构如图5。

图5 三极管结构示意Fig.5 Transistor structure

三极管具有电流放大和开关作用，当三极管饱和时，UCE≈0，发射极与集电极之间如同一个开关的接通，其间电阻很小;当晶体管截止时，IC≈0，发射极与集电极之间如同一个开关的断开，其间电阻很大，笔者利用三极管的开关作用控制是否给EC镜镜片加载电压。

3.3 系统电路图

系统采用直流电压供电，经过稳压电路后供电，不断检测身后后面和前面的光线强度并进行比较，根据比较结果判断是否对EC镜镜片加载电压，改变EC镜镜片的反射率。EC镜控制电路如图6。

图6 EC镜控制电路Fig.6 Control circuit of EC

4 EC镜性能测试

标准规定，电子防眩目后视镜未处于防眩目状态时，内后视镜反射率不低于55%，在镜片处于最暗状态时，要求反射率范围在4% ～15%之间;就着色褪色时间要求，内后视镜反射率从50%降低到15%的响应时间不大于6 s;反射率从15%上升到50%的响应时间不大于9 s。对EC镜进行反射率、着色褪色时间进行测试，数据如表1。

表1 内后视镜测试数据Table 1 Experimental data of the interior rear-view mirror

利用该控制电路设计的EC镜，经实验测试，符合标准要求，但由于EC镜技术相对不成熟，用于生产实际，需要进一步研究。

5 结论

1)系统在试验中运行稳定，能够起到防眩目的作用。

2)与棱镜相比，EC镜技术使用方便且实现反射率的无级调节，能够更好的进一步解决后视镜的眩目问题，但EC镜在国内起步相对较晚，成本较高，有待进一步的研究。

3)就市场而言，我国后视镜市场有很大的潜力，研究EC镜是适应市场发展变化的需要。

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