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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des
Arbeitstaktes einer Scheibenwischvorrichtung, wobei die auf eine
Messfläche im Wirkbereich der Scheibenwischvorrichtung auftreffende
Wassermenge bestimmt und davon der durch die Scheibenwischvorrichtung
auf die Messfläche transportierte Anteil subtrahiert wird.
Vorrichtungen der oben beschriebenen Art werden in Kraftfahrzeugen
eingesetzt, um den Arbeitstakt und/oder die Arbeitsgeschwindigkeit
der Scheibenwischvorrichtung an die Witterungsbedingungen anzupassen. Hierbei
wird bei geringer Menge auf die Scheibe auftreffenden Wassers zunächst
ein großes Intervall zwischen zwei Wischzyklen gewählt.
Mit zunehmender Niederschlagsmenge wird das Wischintervall verkürzt,
bis schließlich ein Dauerbetrieb der Scheibenwischvorrichtung
einsetzt.
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Aus
der
DE 198 39 273
A1 ist bekannt, zur Messung des auf die Scheibe auftreffenden
Wassers eine Infrarotsendediode vorzusehen, welche unter einem schrägen
Einfallwinkel einen infraroten Lichtstrahl von der Innenseite der
Scheibe in das Glas einkoppelt. An der äußeren
Grenzfläche zwischen Scheibe und Umgebung wird die eingekoppelte Strahlung
totalreflektiert und gelangt so zu einer Empfängerdiode,
welche ebenfalls im Fahrzeuginneren angeordnet ist. Fallweise können
zur Ein- und Auskopplung der Lichtstrahlen noch Linsen vorgesehen
sein, welche meist als Presskörper aus einem infrarot-transparenten
Kunststoff gefertigt werden.
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Der
von der infraroten Lichtquelle bestrahlte Bereich der Scheibe definiert
eine Messfläche. Bei Anhaften eines Wassertropfens auf
der Messfläche wird das in die Scheibe eingekop pelte Licht über
den Wassertropfen aus der Scheibe ausgekoppelt. Dadurch wird das
in der Empfängerdiode ankommende Lichtsignal geschwächt.
Wenn die Schwächung einen vorgebbaren Schwellenwert überschritten
hat, wird die Scheibenwischvorrichtung aktiviert und führt zumindest
einen Wischzyklus aus.
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Damit
der Sensor die durch den Wischvorgang hervorgerufene Reinigungswirkung
ermitteln kann, wird er im Wischfeld der Scheibenwischvorrichtung
angeordnet und von dieser überwischt. Da die Scheibenwischvorrichtung
Wasser von den übrigen Flächenbereichen der Frontscheibe
aufsammelt und nachfolgend mit sich führt, gelangt dieses
Wasser ebenfalls auf die Messfläche und wird vom Sensor als
neu auf die Scheibe auftreffendes Wasser interpretiert. Um jedoch
eine zuverlässige Steuerung der Scheibenwischvorrichtung
zu ermöglichen, darf nur das aus der Umgebung auf die Scheibe
auftreffende Wasser vom Sensor registriert und die durch das Überwischen
erzeugte Signaländerung nicht berücksichtigt werden.
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Aus
dem Stand der Technik ist daher weiter bekannt, zur Bestimmung der
vom Überwischen herrührenden Signaländerung
eine Überwischerkennung vorzusehen. Hierbei ergibt sich
das Problem, dass der durch Überwischen entstehende Signalverlauf
von vielen äußeren Bedingungen, wie beispielsweise
Alterungseinflüssen, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Zustand
der Scheibenwischvorrichtung, Arbeitsgeschwindigkeit der Scheibenwischvorrichtung, Fahrzeuggeschwindigkeit,
Oberfläche der Scheibe, wie beispielsweise chemische Rückstände,
Kratzer, Rauheit und Verschmutzung, Wassermenge auf der Scheibe
und Anzahl der Überwischer pro Wischzyklus abhängt.
Aufgrund der Vielzahl dieser Parameter, welche nur unvollständig
bekannt sind, ist eine zuverlässige Überwischerkennung
bisher nicht verfügbar. Fallweise kann die Scheibenwischvorrichtung
sogar auf einer trockenen Scheibe ein Signal erzeugen, welches nicht
als Überwischer erkannt wird. In der Folge schaltet die
dem Sensor nachgeordnete Elektronik die Scheibenwischvorrichtung
ein, um die angebliche Feuchtigkeit von der Scheibe zu entfernen. Ein solches
Verhalten der automatisierten Scheibenwischvorrichtung wird vom
Benutzer als äußerst lästig und technisch
unausgereift erlebt. Weiterhin verschleißt ein solches
Verhalten aufgrund anhaftender, abrasiver Verschmutzungen sowohl
die Bauteile der Scheibenwischvorrichtung, als auch die Scheibe selbst.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe
zugrunde, eine Überwischerkennung anzugeben, welche zuverlässig
und weitgehend unabhängig von den das Signal beeinflussenden
Randbedingungen das Überwischen erkennt und dadurch die
aus der Umgebung auf die Scheibe gelangende Wassermenge bestimmbar
macht.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zur Steuerung des Arbeitstaktes einer Scheibenwischvorrichtung,
wobei die auf einer Messfläche im Wirkbereich der Scheibenwischvorrichtung
auftreffende Wassermenge bestimmt und davon der durch die Scheibenwischvorrichtung
auf die Messfläche transportierte Anteil subtrahiert wird, wobei
zur Bestimmung dieses Anteils Extremwerte der auf die Messfläche
auftreffenden Wassermenge bestimmt und eine vorgebbare Anzahl von
Maxima pro Wischzyklus subtrahiert wird. Darüber hinaus
besteht die Lösung der Aufgabe in einem Kraftfahrzeug, welches
mit einem solchen Regensensor ausgestattet ist.
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Weiterhin
besteht die Lösung der Aufgabe in einem Regensensor zur
Steuerung des Arbeitstaktes einer Scheibenwischvorrichtung, wobei
eine Einrichtung vorgesehen ist, um die auf einer Messfläche
im Wirkbereich der Scheibenwischvorrichtung auftreffende Wassermenge
zu bestimmen und davon den durch die Scheibenwischvorrichtung auf
die Messfläche transportierten Anteil zu subtrahieren,
wobei die Einrichtung zur Bestimmung des durch die Scheibenwischvorrichtung
auf die Messvorrichtung transportierten Anteils Mittel zur Bestimmung
der Extremalwerte des Ausgangssignals aufweist und dazu vorgesehen ist,
eine vorgebbare Anzahl von Maxima pro Wischzyklus zu subtrahieren.
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Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass eine zweifelsfreie Erkennung der Überwischer
zur zuverlässigen Steuerung einer Scheibenwischvorrichtung nicht
notwendig ist. Vielmehr ist es ausreichend, eine der Anzahl der Überwischer
entsprechende Anzahl von Maxima des Sensorausgangssignals als unzutreffende
Werte zu verwerfen. Dies geschieht durch Subtraktion der Extremwerte
vom Ausgangssignal.
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Freilich
ist ein solches System fehlerbehaftet. Es wäre denkbar,
dass ein besonders großer, auf die Scheibe auftreffender
Regentropfen als Maximalwert vom Sensorausgangssignal subtrahiert
wird. Da die Anzahl der zu subtrahierenden Extremwerte jedoch festgelegt
ist, würde in diesem Fall der auftretende Überwischer
nicht vom Sensorsignal subtrahiert, sondern als auftreffender Regen
detektiert werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass solche Fehler die
Zuverlässigkeit der Scheibenwischvorrichtung nicht beeinflussen.
Da solche Fehler nicht isoliert auftreten, gleichen sich diese stets
wieder aus. Jedem irrtümlich abgezogenen Messsignal steht
somit auch ein irrtümlich als Regen detektiertes Überwischsignal gegenüber.
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Die
Anzahl der pro Wischzyklus zu subtrahierenden Maxima entspricht
dabei der Anzahl der Überwischer, welche durch die Art
der Scheibenwischvorrichtung und die Platzierung der Messfläche im
Wischfeld bekannt ist. Ein Wischzyklus ist dabei die Zeit vom Verlassen
der Parklage bis zum erneuten Erreichen der Parklage. Bei einem
Einarm-Wischer mit einer Parklage müssen daher vom Verlassen
der Parklage bis zum Wiedererreichen der Parklage zwei Überwischer
detektiert werden. Sofern der Wischer zwei Parklagen aufweist, wäre
nur ein Maxima vom Verlassen der ersten Parklage bis zum Erreichen
der zweiten Parklage abzuziehen. Bei Zweiarm-Scheibenwischvorrichtungen
mit einer Parklage, wie sie häufig in Kraftfahrzeugen verwendet
werden, beträgt die Anzahl der zu sub trahierenden Maxima
2 oder 4, je nach dem ob beide Wischarme die Messfläche überstreichen
oder nur ein Wischarm.
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Aufgrund
der Funktionsweise eines optischen Regensensors korreliert ein Maximum
der Wasserbelegung der Messfläche mit einem Minimum des
detektierten Lichtes und damit mit einem Minimum des Ausgangssignals.
Ein Maximum im Sinne der Erfindung soll demnach dann vorliegen,
wenn eine große Wassermenge auf der Messfläche
nachgewiesen wird.
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Das
aus der Umgebung auf die Scheibe eingebrachte Wasser kann dabei
von Niederschlägen wie Regen oder Schnee hervorgerufen
werden. Weiterhin kann das Wasser durch Nebel oder Kondensation
aus der Atmosphäre auf die Scheibe gelangen. Weiterhin
kann Wasser von der Fahrbahn durch andere Fahrzeuge aufgewirbelt
werden. Sofern in der folgenden Beschreibung von Wasser die Rede
ist, werden alle diese Beispiele gleichberechtigt umfasst
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Zur
Bestimmung der Extremwerte des Sensorsignals weist der erfindungsgemäße
Regensensor eine analoge oder digitale Messelektronik auf. In einer
Ausführungsform der Erfindung kann diese Messelektronik
beispielsweise die zeitliche Ableitung des Ausgangssignals des Sensors
bestimmen und nachfolgend die Nullstellen dieser Ableitung ermitteln.
Das Sensorsignal an der Nullstelle der Ableitung wird dann subtrahiert.
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Besonders
bevorzugt ist eine Verfahrensführung, bei welcher der Wischzyklus
vom Verlassen der Parklage bis zum Wiedererreichen der Parklage
in eine vorgebbare Anzahl von Zeitfenstern unterteilt und in jedem
Zeitfenster das mittlere oder maximale Sensorsignal bestimmt wird.
Diejenigen Zeitfenster, in welche der oder die Überwischer
fällt, weisen einen Extremwert des mittleren Ausgangssignals
auf. Die Zeitfenster mit dem größten Signalausschlag werden
verworfen und nicht zur Ermittlung des pro Wischzyklus auf die Scheibe
auftreffenden Wassers herangezogen.
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Eine
weitere Steigerung der Genauigkeit lässt sich dadurch erreichen,
dass nur Maxima zur Subtraktion ausgewählt werden, welche
innerhalb mindestens eines vorgebbaren Zeitfensters nach Verlassen
der Parklage detektiert werden. Der Impuls des Steuergeräts,
welcher den Wischzyklus startet, dient dabei zum Start eines Verzögerungsgliedes,
welches nach einer vorgebbaren Zeitspanne, welche erfahrungsgemäß ausreicht,
um die Scheibenwischvorrichtung von der Parklage bis zur Messfläche
zu bringen, ein Gate-Signal auslöst. Die Auswerteelektronik
des Regensensors wird dann, abhängig von der Anzahl der
systembedingten Überwischer, nur solche Maxima auswählen,
welche zeitgleich mit dem Gate-Signal auftreten. Sofern in diesem
Zeitfenster mehrere Maxima auftreten als die Anzahl der systembedingten Überwischer,
werden die Maxima mit der größten Amplitude zur
Subtraktion ausgewählt.
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Besonders
bevorzugt wird die Lage des Zeitfensters innerhalb des Wischzyklus
in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit angepasst. Diese
Maßnahme berücksichtigt, dass der Antriebsmotor
der Scheibenwischvorrichtung die Wischeinrichtung gegen den Fahrtwind
bewegen muss. Bei größerem Fahrtwind wird die
Bewegung daher verlangsamt. In besonders einfacher Weise kann dabei
das elektronisch codierte Geschwindigkeitssignal des Tachometers herangezogen
werden, um das Delay-Glied zu beeinflussen und die Lage des Zeitfensters
anzupassen.
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Um
den Regensensor universell für viele Fahrzeugtypen einsetzbar
zu machen, wird die vorgebbare Anzahl zu subtrahierender Überwischer
in einem Speicher im Regensensor abgelegt. Aus diesem Speicher kann
die im betreffenden Fahrzeug anzuwendende Anzahl mittels einer Hardware-
oder Softwarecodierung vor oder nach dem Einbau ausgewählt
werden. Zur Hardwarecodierung eignen sich insbesondere Steckbrücken
oder Dip-Switches. Eine Softwarecodierung kann über die
Schnittstelle zum Fahrzeug erfolgen, entweder in Form einer Integer-Zahl, welche
die Anzahl der Überwischer direkt angibt oder als Codierung
des Fahrzeugtyps.
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Nachfolgend
soll die Erfindung ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand
von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
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1 und 2 zeigen
jeweils den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals eines Regensensors
während eines Arbeitszyklus der Scheibenwischvorrichtung.
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Im
oberen Teil der 1 ist der zeitliche Verlauf
eines Trigger-Signales dargestellt, welches von der Scheibenwischvorrichtung
ausgelöst wird und das Verlassen bzw. Erreichen der Parklage
der Wischvorrichtung markiert. Die Zeitspanne zwischen Start- und
Stoppsignal des Triggers-Signals beträgt in Abhängigkeit
der Arbeitsgeschwindigkeit der Scheibenwischvorrichtung, dem Fahrzeugtyp
und der Einbausituation etwa 0,5 bis etwa 2 Sekunden.
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Im
mittleren Teil der Figur ist das Ausgangssignal eines Regensensors
dargestellt. Dargestellt ist der Fall, in welchem Niederschläge
auf die mit dem Regensensor ausgestattete Scheibe einwirken. Jeder
im Messbereich der Scheibe auftreffende Wassertropfen sorgt dabei
für eine Schwächung des in der Empfängerdiode
des Regensensors nachgewiesenen Lichtes. Einem Maximum der detektierten Wassermenge
steht somit ein Minimum der detektierten Lichtmenge gegenüber.
Zum Zeitpunkt, welcher mit Δ1 markiert ist, trifft ein
weiterer Regentropfen im Messbereich der Scheibe auf. Zu diesem
Zeitpunkt ist die Scheibe bereits mit einer gewissen Menge Wasser
benetzt, sodass das Ausgangssignal am Beginn des Zeitausschnitts
nach 1 nicht dem Nullwert bei trockener Scheibe entspricht.
Zum Zeitpunkt Δ2 erreicht ein weiterer Wassertropfen die
Scheibe und führt zur Schwächung des von der Empfängerdiode
detektierten Lichtes.
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Bereits
vor dem Zeitpunkt Δ1 hat der Scheibenwischer die Parklage
verlassen. Zum Zeitpunkt Δ3 erreicht ein Wischarm der Scheibenwischvorrichtung
erstmalig die Messfläche. Da der Wischarm auf seinem Weg
von der Parklage bis zur Messfläche bereits eine Wassermenge
aufgenommen hat, welche er in seinem weiteren Verlauf mitführt
und bis auf die Messfläche des Regensensors transportiert,
weist das Sensorausgangssignal zum Zeitpunkt Δ3 einen großen
Ausschlag auf. Kurze Zeit darauf, zum Zeitpunkt Δ4 hat
der Wischarm seine obere Umkehrlage durchschritten und überwischt
die Messfläche des Regensensors erneut. Da die Wegstrecke
des Wischarmes von der Umkehrlage zur Messfläche in diesem
Beispiel geringer ist, sammelt der Wischarm auf diesem Weg eine
geringere Wassermenge auf, was zu einem geringeren Ausschlag des
Sensorsignals zum Zeitpunkt Δ4 führt. Nachdem
der Wischarm die Messfläche passiert hat, ist diese vollständig
trocken. Das Ausgangssignal des Regensensors erreicht einen Maximalwert,
welcher dadurch bedingt ist, dass das eingekoppelte Licht durch
Totalreflexion nahezu vollständig auf die Empfangsdiode
gelenkt wird.
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Zu
den Zeitpunkten Δ5 bis Δ8 erreichen weitere Regentropfen
die Messfläche der Scheibe. Dies wird wiederum durch eine
Schwächung des in der Empfängerdiode ankommenden
Lichtes registriert.
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Im
unteren Teil der Figuren sind schematisch Zeitfenster dargestellt,
in welche das Steuergerät des Regensensors das oben beschriebene
Regensignal unterteilt. Die Öffnung des ersten Zeitfensters
wird dabei durch das Verlassen der Parklage der Scheibenwischvorrichtung
getriggert. Nachdem das erste Zeitfenster geschlossen wurde, öffnet
sich das zweite usw. In dieser Weise wird der komplette Wischzyklus in
diskrete Zeitschritte unterteilt. Die Zeitfenster müssen
dabei nicht äquidistant angeordnet sein. Möglich wäre
auch, im Mittelbereich, beim erwarteten Überwischer, eine
engere Diskretisierung vorzunehmen.
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Das
Steuergerät bestimmt nun den Signaleinbruch des Sensorausgangssignals
für jedes Zeitfenster. Dies kann beispielsweise dadurch
geschehen, dass für jeden diskreten Zeitschritt die Differenz des
Anfangswertes und des Endwertes gebildet wird. Nach Abschluss des
Wischzyklus werden die Zeitfenster mit dem jeweils größten
Signaleinbruch, d. h. die Zeitfenster mit der maximalen detektierten
Wassermenge, als Überwischer angesehen und vom Messsignal
subtrahiert. Die Subtraktion kann in besonders einfacher Weise dadurch
implementiert werden, dass die Zeitfenster mit dem größten
Signaleinbruch als ungültige Messung verworfen werden.
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Aus
den Messwerten der verbleibenden Zeitfenster wird die durchschnittlich
auf die Scheibe auftreffende Wassermenge ermittelt, aus welcher
wiederum die Arbeitsgeschwindigkeit und/oder der Arbeitstakt der
Scheibenwischvorrichtung ermittelt werden kann.
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2 zeigt
das identische Trigger-Signal, welches durch die Scheibenwischvorrichtung
erzeugt wird. Weiterhin zeigt 2 den zu 1 identischen exemplarischen
Verlauf des Ausgangssignals eines Regensensors. Zur Bestimmung der
Maxima dieses Signalverlaufs ist im Ausführungsbeispiel
nach 2 vorgesehen, den Signalverlauf mittels eines
Diskriminators zu überwachen. Der Diskriminator erzeugt
ein Trigger-Signal, wenn sich das Ausgangssignal des Regensensors
um einen vorgebbaren Schwellenwert ändert. Das so erzeugte
Trigger-Signal löst die Erzeugung eines Zeitfensters mit
vorgebbarer Länge aus. Somit wird für jedes detektierte
Ereignis ein Zeitfenster erzeugt. Die Anzahl der Zeitfenster pro Wischzyklus
ist dabei entsprechend den detektierten Ereignissen variabel. Im
Ausführungsbeispiel nach 2 wurden
für acht Ereignisse sieben Zeitfenster erzeugt, da die
Ereignisse zum Zeitpunkt Δ6 und Δ7 zeitlich sehr
dicht aufeinander folgen und damit in ein einzelnes Zeitfenster
fallen.
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Wie
bereits im Ausführungsbeispiel nach 1 beschrieben
wird wiederum der Signaleinbruch des Ausgangssignals für
jedes Zeitfenster bestimmt. Die Subtraktion des Signals, welches
durch das Überwischen erzeugt wurde, geschieht wiederum
dadurch, dass die Zeitfenster mit dem größten
Signaleinbruch als ungültige Messungen verworfen werden.
Im vorliegenden Beispiel sind das die Zeitfenster 3 und 4. Die durchschnittlich
auf die Scheibe auftreffende Regenmenge wird durch die Messwerte der
Zeitfenster 1, 2, 5, 6 und 7 ermittelt. Aus dieser durchschnittlichen
Regenmenge wird wiederum der Arbeitstakt und/oder die Arbeitsgeschwindigkeit
der Scheibenwischvorrichtung bestimmt.
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In
gleicher Weise, wie vorstehend am Beispiel der Bestimmung der Höhe
der Signaleinbrüche erläutert, kann die Auswertung
der Messsignale auch durch Ermittlung der Maximalwerte, der Minimalwerte,
der Mittelwerte und/oder des integrierten Ausgangswertes für
jeden diskreten Zeitschritt erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann auch das Signal des Regensensors während des
Wischzyklus in einem Speicher abgelegt und erst nach Abschluss des
Wischzyklus in der beschriebenen Art analysiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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