新型电子后视镜(CMS)摄像机探析

付红强 付兵凯

(上海豫兴电子科技有限公司，上海，201702)

电子后视镜(Camera-monitor System，简称CMS)是采用摄像机、监视器系统取代汽车玻璃后视镜的安全件，通过摄像头进行图像采集，再通过算法进行图像处理。相较于传统后视镜，CMS的体积更小、视角更灵活、更能够适应可见度较低的环境状况。CMS在国外的研发历史已经超过30年，一些卡车制造企业如戴姆勒卡车已经推出了第2代电子后视镜。

在我国，GB 15084《机动车辆间接视野装置性能和安装要求》将在2022年底或2023年初颁布。该标准的正式颁布，意味着装配CMS取代玻璃后视镜的合法性，主机厂在新车型申报公告时就可以有传统玻璃后视镜和CMS 2种选择。

1 新型CMS摄像机探析背景及目的

不同于现有车载摄像机，CMS摄像机的安装空间非常狭小，是一个寿命要求长达8年的安全件。同时，CMS摄像机防水等级为IP6K9K，意味着摄像机的密封要求非常高。高密封性再加上恶劣工况，让CMS摄像机内部长期处于高温、高压状态，极易导致CMS摄像机的气密失效，在CMS生命周期内监视器的影像质量持续下降，从而影响行车安全。

因此，设计一款不同于现有高端车载摄像机，采用充氮气工艺降低内外压差、保证8年生命周期内图像质量持续稳定的新型CMS摄像机是本文探析的目的。

2 新型CMS摄像机的设计背景及解决方案

2.1车(船)电器系统进水主要途径

(1)依靠水的重力渗入电器模块，或通过插接件、线束内联点、线束搭铁点间接渗入电器模块中。

(2)由于虹吸现象，使水分子通过多股铜导线之间的缝隙进入电器模块。虹吸现象是指液体在分子间引力和大气压力的作用下，通过曲管流向位置较高的液面，再向下流入较低液面的现象，如图1所示。在车(船)上，电器模块工作时内部升温，停止工作温度降低时，内部压力减小，此时在压差的作用下，水分子通过密封不良的多股导线的缝隙，渗入电器模块，引起电器故障。

图1 虹吸现象原理示意图

2.2双气室设计解决内外压差

2.2.1现有车载摄像机存在的问题(1)摄像机长时间、持续工作后内部温度急剧上升，产生的压力无法排出而形成内高压，对摄像机密封胶垫、电路板等形成反复压力，加剧老化，影响密封性。

(2)内高压长时存在，会从多股线束空隙往外排，线束包裹层微孔薄弱部位形成鼓包穿透、或者在连接头压迫密封件排出气体。冷却时腔体形成负压，进而从破损处吸入大量水气，对腔体内电器部分造成损坏。

(3)国内摄像机组装大多在平原低海拔地区组装密封，密封时内部压力已经恒定，不能随着外部空气压力而改变。中国地域辽阔，温差、气候变化大，在高海拔地区空气压力小，温差大，摄像机长期在这种内外压差大的环境工作，会导致摄像机性能下降和缩短使用寿命。

(4)生产组装时的空气水分因为腔体密封，工作时高温高压无法排出，在腔体内部形成挂壁薄雾，弥散在镜头内部影响画质，造成影像模糊。

(5)反复的高温雾化水汽附着在镜头内部玻璃，会在镜头玻璃形成水汽干结污染层，加速镀膜层脱落，造成画质下降寿命缩短，不能满足车(船)使用年限。

(6)摄像机内部反复压力会给电路板带来微量畸变，镜头和sensor轴心点会产生偏移，出现失焦、部分区域画质模糊，电器元件也会加速老化。

2.2.2解决方案

基于以上现有车载摄像机存在的问题，设计了双气室摄像机(图2)。该摄像机既能散热、防水、透气，还设计有平衡压差的双气室交换机构，防止在高海拔、温差骤变引起的设备压差强交换带来的装置失效。

图2 双气室摄像机构

利用摄像机原有舱室增加排气装置，摄像机工作会产生热量，热量会带来压力增大，此时防水透气膜制作的透气阀，把电器元件产生的高温、高压气体排到第二舱室，经过第二舱室缓冲的高压与外部空气交互平衡压差，保持第一、第二舱室与外界大气压力一致；在摄像机停止工作时，第一舱室逐渐冷却并降压，此时会通过第二舱室与外界空气交互平衡压差不致形成负压真空。

防水透气膜具有独特的透气功能，能随着压力的变化进行气体互换，保持摄像机工作环境与外界空气压力一致，从而减小密封件、电器元件的压力，增强设备稳定性，延长产品的使用寿命。

2.3 EC镜片降强光、加热

2.3.1现有问题

汽车行驶环境复杂，大灯强光会造成摄像机炫光。虽然在sensor选型和软件图像算法都进行了很好的处理，但还是不能完全满足用户需求。

摄像机内部工作温度大多在50~70 ℃左右，在外界环境温度低于0 ℃时，组件因为密封，组装时封闭在腔体内空气中水分会液化，沾附在内层玻璃产生薄雾，造成图像模糊。此外，灰尘、雨水对摄像机镜头带来的影响也不容小觑，镜片结构设计和材料应用能有效降低污染，达到自清洁目的。

2.3.2解决方案

镜头防护采用凸起的电致变色EC镜片(图3)，外表镀疏水膜、抗炫光膜，遇到强光时通过感光电阻给到ECU控制，会自动降低镜片通光量，消除强光带来的炫光。

图3 镜头防护用EC镜片

温度感应电阻会感知外界温度并自动加热，能有效消除摄像机内热和外部低温的平衡，消除外部水雾凝结挂壁现象。玻璃表面的水膜淡化蒸发，消除水膜带来的图像变形。

2.4防水结构设计

2.4.1现有问题

单纯的胶垫设计作为密封装置，长年累月因为振动和金属应力变化，会出现密封不严的现象，容易引发透气、进水。

增加液体胶固封干结等于做了双密封设计，液体胶干结后为软性胶体，金属发生应力变化，或者螺丝轻微松动都不会产生漏气进水。

2.4.2解决方案

图4所示是一种防水摄像机结构，采用了特殊的羽毛球型结构设计，灌封液体胶固化后形成特殊形态。同时，多折曲线设计也阻止了内外空气、水气的交互。

图4 防水摄像机结构

2.5外形设计

2.5.1现有问题

原有车(船)载摄像机设计大多都是通过胶条密封，或者内部灌胶方法密封，但镜头在使用后还是会出现水雾、打胶密封带来散热不通畅等问题，使用寿命下降。

2.5.2解决方案

新型摄像机的外形设计(图5)在解决摄像机排气、平衡压差、防水密封方面，做了精细设计，可以显著提升摄像机的使用安全，并延长其使用寿命。

图5 摄像机整体外形设计

3 结论

CMS摄像机创新点如下：

(1)摄像机内腔与外界的防水、透气、平衡压差技术。

(2)双气室缓冲压差设计原理。

(3)温度感应、光感电阻、镀疏水膜与电致镜的综合应用，加热、降强光、疏水。

(4)EC电致镜凸起设计，增强抗冲击强度保护，对摄像机镜头双重保护。

(5)EC电致镜+第一舱室+第二舱室组件之间密封圈、液体胶双密封设计。