一种基于无线供电技术的的汽车雨刮器软化亮窗装置

马诗敏　许昊男　王群　于慧洋

摘 要：冬季，北方下雪天停在室外的汽车前挡风玻璃常会被积雪完全覆盖，雨刮器被牢牢地冻在车窗上，无法实现车窗除冰的任务。作品是一种采用电磁感应无线供电方式，对汽车雨刮器的橡胶条驻留位置进行加热，软化雨刮器上的橡胶条，并使其带有一定温度，进而方便为汽车前挡风玻璃除去积雪和冰霜的装置，可有效解决冬季汽车雨刮器结冰后无法正常使用的问题，起到亮窗的作用，使驾驶人获得清晰的视野。该作品无需铺设复杂的电路 可适用于绝大多数车型，节约热车化冰时间，并且通过单片机编程实现高温断热和隔时加热，安全性高，为车主带来更好的除冰体验，减少冬季融化雨刮器结冰对汽车雨刮器本身的伤害及长时间热车带来的对汽车涡轮增压器、引擎的伤害，有效降低汽车冬季热车油耗及排放！

关键词：无线供电 雨刮器 亮窗 广泛适用 节能减排

Device for Softening and Brightening Automobile Wiper based on Wireless Power Supply Technology

Ma Shimin，Xu Haonan，Wang Qun，Yu Huiyang

Abstract：In winter， the front windshield of a car parked outdoors on a snowy day in the north is often completely covered by snow， and the wiper is firmly frozen on the window， which cannot achieve the task of deicing the window. The article put forward a method， which is a wireless power supply method using electromagnetic induction to heat the rubber strip of the car wiper， soften the rubber strip on the wiper， and make it have a certain temperature， so as to facilitate the removal of snow from the front windshield of the car. The frost device can effectively solve the problem that the wiper of a car cannot be used normally after freezing in winter， and it can brighten the window so that the driver can obtain a clear vision. This work does not need to lay complicated circuits and can be applied to most models， saves the time for hot car to melt the ice， and realizes high temperature insulation and interval heating through single-chip programming. It has high safety and brings better deicing experience to car owners， effectively reducing the damage to the car wiper itself caused by the melting of the wiper icing in the winter and the damage to the car turbocharger and engine caused by the long-term hot car， and reducing the fuel consumption and emissions of the car in the winter.

Key words：wireless power supply， wiper， bright window， widely applicable， energy saving and emission reduction

1 背景简述

寒冷的冬季，北方下雪天停在室外的汽车前挡风玻璃常会被积雪完全覆盖。如果此时立即使用雨刮器刮除积雪，可能会由于雨刮器结冰被牢牢地冻在玻璃上而严重损坏雨刮器、刮花车窗玻璃，使驾驶人无法获得清晰的视野。这对于冬季行车安全是非常巨大的隐患，严重时将会危及车主的生命与财产安全，所以人们想出了许多的方式去解决这个问题，比较常见的有如下几种：

（1）雨刮器竖直放置。

（2）挡风玻璃里埋装电热丝。

（3）雨刮器内部埋装电热丝。

（4）热水/热风化冰。

（5）怠速热车。

一般情况下，冬季北方热车化冻需要十分钟左右，在更加寒冷的东北则可能需要更长时间，才能完全成功化冰，整个过程大概油耗为0.25L，可产生2.5立方米的尾气排放，其中主要是一氧化碳、二氧化氮等有害物质。但是过长时间的热车容易导致涡轮增压器过热损伤，甚至烧毁，原地怠速热车也极容易伤害引擎。令人烦恼的是，即使长时间的怠速热车也存在着部分冰雪无法完全除去。在行车驾驶时仍存在视野不清晰、模糊的問题，给司机及乘客带来了安全隐患。

可以看到，现有的各种解决方案都不足以解决这项难题，尤其在冬天气温极低的东北地区，受到这种情况的困扰则更为严重。针对这种情况，本团队通过前期的市场调研与目标用户访谈，获取了一手的信息资料，并且根据用户的实际需求设计了一款一种基于无线供电技术的的汽车雨刮器软化亮窗装置。

2 作品简介

2.1 功能论述

本作品是一种对汽车雨刮器的橡胶条进行加热，软化雨刮器上的橡胶条，并使其带有一定温度，进而方便为汽车前挡风玻璃除去积雪和冰霜的装置，可有效地解决冬季汽车雨刮器结冰后无法正常使用的问题，解冻雨刮器并且辅助整体车窗化冻，达到亮窗的目的。

该作品主要依靠无线电模块与聚酰亚胺加热条实现。将无线电发射模块与汽车点烟器相连，依靠汽车为无线发射模块供电。汽车外部则通过无线接收模块对贴在车窗外雨刮器下方的聚酰亚胺加热条加热，进而对雨刮器和挡风玻璃接触的地方实现局部加热，使雨刮器上的橡胶条升温软化，达到正常使用的效果，方便除去前挡风玻璃上的冰霜，辅助整體车窗化冻，并且通过主控制板与传感器模块实现隔时加热，以保障除冰的安全有效。

无线供电模块分为发射线圈与接收线圈两部分，发射线圈接点烟器向由arduino控制的电路中输入12V的电压。当温度传感器检测到玻璃温度超过设定值的时候，开关驱动模块的信号正极所接的arduino引脚置为低电平，开关断开，加热膜片停止工作，之后温度传感器若检测到温度低于设定值，则开关导通，加热条开始工作。

2.2 作品创新点

2.2.1 技术创新

本产品通过受程序控制的触发延时开关驱动模块实现隔时加热、通过温度传感器模块实现高温断热，可以做到加热5分钟，停止工作2分钟，达到高温（45-50摄氏度）自动断热，最大限度保证了汽车硬件安全，不会因为过热而对玻璃及雨刮产生负面影响。对雨刮器上结冰的橡胶条直接加热，使雨刮器橡胶条软化并且带有一定的温度，进而均匀地融化并刮掉玻璃上的冰雪，保证司机视线良好，提升了行车驾驶的安全性。高温断热，不进行不必要的加热，与市面上现有雨刮器软化亮窗装置相比大大降低了对雨刮器的损伤;隔时加热，为装置以及装置使用者提供最大程度的保障，最大限度保证了汽车硬件包括雨刮器及玻璃的安全，不会因为过热而造成损坏。具有智能、环保、节能的特点。

2.2.2 模式创新

作品利用电磁感应无线输电原理传输电流，避开了在汽车内部埋设复杂电路的弊端，使用时可随时拆卸，灵活性强，不受汽车档次以及车型的影响，无需复杂的改装与安装，只需一个装在汽车点烟器处的转换接口，一个无线输电模块，一个无线电接收模块，就可以为加热膜供电。避免了由于汽车电路多样复杂，改装带来的风险。

相较于目前市面上在汽车前挡风玻璃上埋装电热丝，造价高昂且易影响司机视线，我们的作品利用车内的点烟器为加热膜无线供电，安装难度小，易拆卸，适用范围广，基本适用于所有车型。与用热水或热吹风机热化结冰的方式相比，本作品采用隔时加热、高温断热的技术，更加安全可靠，不会有由于骤冷骤热交替而导致玻璃及雨刮器炸裂损坏的危险，延长雨刮器使用寿命，间接节省了更换玻璃及雨刮器的成本。人们常用的竖起雨刮器以预防冰冻的方法亦存在由于大风暴雪而导致雨刮器断裂的风险，本作品无需如此，为消费者避免了此种风险。

一般情况下，冬季北方热车化冻需要十分钟左右，在更加寒冷的东北则可能需要更长时间才能完全成功化冰，整个过程大概油耗为0.25L。我们的作品与发动汽车开启热风，待冰融化后开启雨刮器相比，避免了由于过长时间的热车而导致涡轮增压器过热损伤，甚至烧毁的风险，只需用极少的电力，减少热车时的尾气排放，更加绿色环保。

2.2.3 外观创新

本产品由无线供电无线充电模块、车载点烟器插头、受程序控制的触发延时开关驱动模块、温度传感器模块及聚酰亚胺加热膜组成，实现对雨刮器的结冰区实现直接加热，与市面上在橡胶刮片内埋加热丝的方式不同。与同类型产品相比，加热部位定位更加准确，减少了对雨刮器不必要的损坏，延长雨刮器使用寿命。本产品结构简单，组成灵活，可随时拆卸，局部更换，自由度高，便于维修、保养及替换部件，符合用户使用习惯，会有较好的市场需求。

2.2.4 应用创新

本产品基本适用于所有车型，应用范围广泛，具有可调节、可适用的特点，使用本产品可以给予人们舒适便捷的化冰体验，更大程度上减少因冬季热车造成的汽车硬件损伤，汽油消耗以及尾气排放所造成的环境污染。

3 市场前景

我们的无线供电智能环保汽车雨刮器软化亮窗装置造价远低于市场同功能产品，成本低廉、便捷安全地解决了汽车雨刮器冬天被冻的问题，降低了汽车冬天热车带来的硬件损伤、资源浪费、环境污染。具有很高的推广价值。本产品一经推广运用，市场前景广阔，若能大批量生产及推广使用，所带来的社会效益、经济效益与环保效应不容小觑。

3.1 社会效益

（1）易安装、拆卸，便于保养、更新，合用户使用习惯，在北方地区将会有较好的市场需求，可以很好地解决冬季汽车雨刮器冻僵而无法进行前挡风玻璃除冰工作的问题。（2）内外安装，不易受恶劣环境因素的干扰，具有很强的适应性，对汽车硬件要求低，可以广泛使用、大量生产。本产品不仅适用于小轿车、越野车，在对加热膜进行尺寸改装设计后，还可以很好地适配卡车等大型车辆，能极大意义上解决汽车的车型限制，可以形成广谱的应用。（3）只需用极少电量，化冰除霜，从而减少了因冬季热车而造成的不必要的尾气排放，很大程度上减少资源的浪费，符合车主对节能、环保及节油的要求，为绿色节能型城市的建设做出贡献。（4）模块化设计成本可控，且能直接安装在车上，无需改装电路，推广方便，并且也极大地降低了改装车量的安全风险以及更新成本。（5）最大程度保证司机视野清楚，起到亮窗作用，大大提升行车驾驶的安全性，可以减少因车窗积雪过多而造成的安全事故发生，减少人民群众生命安全与财产安全的损害风险，具有极强的社会价值与效益。

3.2 经济效益

本产品造价远低于市场同类产品，又降低对汽车雨刮器、涡轮增压器及引擎的伤害，可为消费者节约汽油与装置购置甚至维修费用，又有效地解决了所面临的难题，是广大车主解决冬季雨刮器结冰问题的不二选择，具有一定的经济效益。

3.3 环保效益

本作品可减少冬季融化雨刮器结冰对汽车装置及汽车固件的伤害，降低了车主对汽车固件的消耗，在一定程度上降低了车主的用车成本，减少了塑料制品的消耗与使用量。

更为重要的是，本作品省去了汽车冬季发动热车的过程，减少了一部分排油量：以“汽车之城”长春为例，长春市有两百万辆以上的汽车。冬季每辆为融化雨刮器结冰热车十分钟，每次油耗为0.25L，如果使用我们的产品，则每次热车节省的汽油可供一辆普通汽车行驶2.5公里。若有一百辆车使用本产品，则每天可节约25L左右汽油，若全长春市的汽车都使用本产品，则每天可节省500000L以上的汽油。

参考文献：

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