DE102011120867B4

DE102011120867B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Regenerfassung auf einer Windschutzscheibe

Info

Publication number: DE102011120867B4
Application number: DE102011120867.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Niemann; Jürgen Palloks; Olaf Lüdtke; Almut Schlarmann; Cevin CZSICH; Jörg Stürmann
Original assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2024-07-04
Anticipated expiration: 2031-12-13
Also published as: US20160114764A1; CN103434487A; US9322952B2; CN103434487B; DE102011120867A1; US20130145839A1

Abstract

Verfahren zur Regenerfassung auf einer Windschutzscheibe (1), deren Benetzungsgrad mit wenigstens einem Sensorwert erfasst wird, wobei der Sensorwert piezoelektrisch ermittelt wird, wobei Schwingungen der Windschutzscheibe (1) erfasst werden, die sich in Abhängigkeit vom Benetzungsgrad bzw. von auf die Windschutzscheibe (1) auftreffenden Regentropfen ändern,dadurch gekennzeichnet,dass die Schwingungen der Windschutzscheibe (1) über wenigstens ein Wischerblatt (2) eines Scheibenwischersystems (3) und dessen Ankopplung an die Windschutzscheibe (1) erfasst werden,dass das Piezoelement als eine piezoelektrische Leitung ausgebildet ist, die das Wischerblatt (2) über seine gesamte Längenausdehnung erfasst unddass durch die Bewegung des Wischerblattes (2) der piezoelektrische Sensor einen großen Bereich der Windschutzscheibe (1) erfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regenerfassung auf einer Windschutzscheibe, deren Benetzungsgrad mit wenigstens einem Sensorwert erfasst wird. Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Regenerfassung auf einer Windschutzscheibe mit wenigstens einem Regensensor, der einem der Windschutzscheibe zugeordneten Scheibenwischersystem zugeordnet ist und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung.
In Kraftfahrzeugen sind Regensensoren zumeist mit einer Aktivierung eines Scheibenwischersystems gekoppelt, so dass bei Erkennen von auf die Windschutzscheibe auftreffendem Regen bzw. Detektieren eines vorbestimmten Benetzungsgrades der Windschutzscheibe automatisch eine Betätigung von Scheibenwischern erfolgt. Verbreitet sind bisher vor allem Regensensoren, die auf einer optoelektrischen Messung basieren. Diese Regensensoren weisen zumeist wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens eine detektierende Fotodiode auf, wobei von der Lichtquelle ein optisches Signal ausgesendet wird, das in einem vorbestimmten Detektionsbereich an der Windschutzscheibe reflektiert wird und das reflektierte, optische Signal von der Fotodiode erfasst wird. Aus dem ausgesendeten und dem erfassten optischen Signal wird dann ein Differenzwert gebildet, anhand dessen der Benetzungsgrad des Detektionsbereichs der Windschutzscheibe ermittelt wird. Nachteilig ist jedoch, dass der Detektionsbereich der optoelektrischen Regensensoren nur einen kleinen Teilbereich von üblicherweise circa 2 cm² der Windschutzscheibe erfasst. Die Erkennung von Regen ist damit vor allem zu Beginn von Regenschauern ungenau, da bereits eine größere Menge Regen auf der Windschutzscheibe aufgetroffen sein kann, ohne dass der Detektionsbereich ausreichend benetzt ist. Auch wird vom Gegenverkehr aufgespritzte Gischt nur unzureichend bzw. überhaupt nicht erfasst.
In der DE 10 2004 018 219 A1 ist eine Sensoreinheit für ein Fahrzeug mit mindestens einem an einer Fahrzeugscheibe angeordneten Sensor und einer Auswerte- und Steuereinheit offenbart, welche Signale des mindestens einen Sensors auswertet und Steuersignale zur Ansteuerung eines Scheibenwischermotors erzeugt. Es ist vorgesehen, dass ein Körperschallsensor vorhanden ist, der einen an der Fahrzeugscheibe auftretenden Körperschall erfasst und in elektrische Signale umwandelt, die von der Auswerte- und Steuereinheit auswertbar sind.
Die DE 39 10 116 C2 betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Scheibenwischers in Abhängigkeit von der Regenintensität. Der Regensensor ist als piezoelektrischer Geber ausgebildet und ist dem Eingang eines elektrischen Auswerters vorgeschaltet, während der Ausgang des Auswerters mit dem Wischerantrieb in Verbindung steht. Es ist vorgesehen, dass der Regensensor aus mindestens zwei voneinander elektrisch getrennten Piezoelementen besteht und der Auswerter die beidseitig anfallenden Messsignale zunächst unabhängig auswertet, aber die in den beiden Messzweigen erlangten Werte miteinander vergleicht und entsprechend dem Vergleichsergebnis auf den Wischerantrieb einwirkt.
In der US 5,773,946 A ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur automatischen Kontrolle von Scheibenwischern offenbart. Das Kontrollsystem erfasst und überwacht auf die Fahrzeugoberfläche eintreffende Wassertropfen, um die Wischgeschwindigkeit der Scheibenwischer einzustellen. Ein akustischer Sensor ist hinter einer Außenfläche des Fahrzeuges angeordnet, vorzugsweise am Außengehäuse eines seitlichen Rückspiegels. Der akustische Sensor erfasst Geräusche, die von Einschlägen auf der Außenseite erzeugt werden und generiert ein entsprechendes elektrisches Signal. Das elektrische Signal des akustischen Sensors wird gefiltert, wobei die Frequenzen, die auf auftreffende Wassertropfen zurückgehen, isoliert werden. Die Scheibenwischgeschwindigkeit wird basierend auf dem Signal gesteuert.
In der US 2005 / 0 046 372 A1 ist ein Scheibenwischkontrollsystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Steuerung beschrieben. Der Regentropfendetektor hat eine Vielzahl von Schaltern, die so ausgebildet sind, dass sie durch Regentropfen elektrisch verbunden werden können. Eine Multiplexerschaltung empfängt die Signale von jedem der Schalter und die Schaltung ist so ausgebildet, dass wiederholend Signale aus den empfangenen Signalen ausgewählt werden und das empfangene Signal ausgegeben wird. Ein Zähler ist mit dem Multiplexer so verbunden, dass das Ausgabesignal des Multiplexers empfangen wird. Die Anzahl der Signale aufgrund verbundener Schalter wird gezählt.
In der DE 198 01 392 A1 ist ein Scheibenwischer mit piezokeramischer Aktorik beschrieben. Der Scheibenwischer umfasst einen schwenkbaren Wischerarm, ein daran befestigtes Wischerblatt sowie piezokeramische Aktoren, die am Wischerblatt und/oder am Wischerarm angeordnet sind. Es ist eine elektrische Steuervorrichtung vorhanden, mit der durch Ansteuerung der piezokeramischen Aktoren eine Änderung der Form des Wischerblattes und/oder des Wischerarms erreicht werden kann, so dass die Anpresscharakteristik des Wischerblattes auf die Scheibe dem jeweiligen Betriebszustand des Scheibenwischers oder dem Profil der Fahrzeugscheibe angepasst wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Regensensor zu entwickeln, der eine große Fläche als Detektionsbereich aufweist und eine höhere Genauigkeit hinsichtlich des zu erfassenden Benetzungsgrades aufweist.
Diese Aufgabe ist verfahrensmäßig mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorrichtungsmäßig wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angeführt.
Bei dem Verfahren zur Regenerfassung auf einer Windschutzscheibe, deren Benetzungsgrad mit wenigstens einem Sensorwert erfasst wird, wobei der Sensorwert piezoelektrisch ermittelt wird, wobei Schwingungen der Windschutzscheibe erfasst werden, die sich in Abhängigkeit vom Benetzungsgrad bzw. von auf die Windschutzscheibe auftreffenden Regentropfen ändern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schwingungen der Windschutzscheibe über wenigstens ein Wischerblatt eines Scheibenwischersystems und dessen Ankopplung an die Windschutzscheibe erfasst werden, dass das Piezoelement als eine piezoelektrische Leitung ausgebildet ist, die das Wischerblatt über seine gesamte Längenausdehnung erfasst und dass durch die Bewegung des Wischerblattes der piezoelektrische Sensor einen großen Bereich der Windschutzscheibe erfasst. Insbesondere wird eine sich ändernde Amplitude der Schwingung der Windschutzscheibe erfasst und ausgewertet. Typischerweise schwingt die Windschutzscheibe mit einer festen Eigenfrequenz. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind für verschiedene Umweltbedingungen bestimmte Amplitudenmuster in einer Datei hinterlegt. Diese hinterlegten Amplitudenmuster werden mit den gemessenen Amplitudenverläufen verglichen. Aus den Abweichungen und insbesondere geringen Abweichungen zu den hinterlegten Mustern wird dann auf eine bestimmte Form der Umgebungsbedingungen z. B. leichten Regen, starken Regen oder Gischt geschlossen. Daraus kann eine entsprechende Steuerung der Scheibenwischer abgeleitet werden. Der Detektionsbereich zur Erkennung von Regen erstreckt sich damit vorteilhaft über die gesamte Windschutzscheibe, so dass auch wenige Regentropfen, unabhängig vom Ort des Auftreffens auf die Windschutzscheibe, sowie nur in einem Teilbereich auf die Windschutzscheibe auftreffende Gischt mit hoher Sicherheit erkannt werden. Der Benetzungsgrad der Windschutzscheibe wird dabei über von dem Regen bzw. der Gischt ausgelöste Schwingungen der Windschutzscheibe erfasst, wobei piezoelektrisch ein Sensorwert aufgenommen wird, der mit einem hinterlegten Schwingungsprofil abgeglichen wird.
Das Erkennen des Benetzungsgrades zum Beispiel bei auf der Windschutzscheibe befindlichem Wasser und/oder ähnlichen Flüssigkeiten, ist damit unabhängig von sonstigen Verschmutzungen der Windschutzscheibe möglich, welche bisher häufig zu Fehlverhalten beim Erfassen des Benetzungsgrades führten.
In Abhängigkeit von dem ermittelten Sensorwert wird dann ein der Windschutzscheibe zugeordnetes Scheibenwischersystem bei Erreichen eines vorbestimmten Sensorwertes betätigt. Das Scheibenwischersystem kann je nach Intensität des erkannten Benetzungsgrades bzw. der auftreffenden Regentropfen in Intervallen oder ständig auf der Windschutzscheibe wischen. Bei auf die Windschutzscheibe auftreffender Gischt wird dagegen ein von Regentropfen zu unterscheidendes Schwingungsprofil erzeugt, so dass dann beispielsweise ein einmaliges Wischen der Windschutzscheibe erfolgen könnte. Die Schwingungsprofile unterscheiden sich vor allem in ihrem Amplitudenverlauf und der Stärke der jeweiligen Amplituden der Schwingungen. Vorteilhafterweise werden die Schwingungen der Windschutzscheibe über wenigstens ein Wischerblatt eines Scheibenwischersystems und dessen Ankopplung an die Windschutzscheibe erfasst.
Eine besonders genaue Auswertung der Schwingungen der Windschutzscheibe kann dadurch erreicht werden, dass bei wenigstens zwei an zueinander beabstandeten Orten erfassten Sensorwerten ein Verteilungsprofil des Benetzungsgrades erstellt wird. Damit kann zum Beispiel nur auf einem Teilbereich der Windschutzscheibe auftreffende Gischt lokalisiert werden.
Auch kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein weiterer Sensorwert erfasst wird, wobei ein optisches Signal ausgesendet wird, das optische Signal an der Windschutzscheibe in einem vorbestimmten Detektionsbereich reflektiert wird, das reflektierte optische Signal erfasst wird, und aus dem ausgesendeten sowie dem erfassten Signal ein Differenzwert ermittelt wird, anhand dessen der Benetzungsgrad der Windschutzscheibe bestimmt wird. Die Regenerkennung kann mit dem zusätzlichen Sensorwert mit höherer Bestimmtheit durchgeführt werden, da zwei unterschiedlich aufgebaute Sensorsysteme den Benetzungsgrad der Windschutzscheibe erfassen. Mit den auf unterschiedliche Weise erfassten Sensorwerten kann auch eine gezielte Steuerung des Scheibenwischersystems verknüpft werden. Wird beispielsweise nur mit dem piezoelektrisch aufgenommenen Sensorwert Regen aufgrund von entsprechenden Schwingungen erkannt, ohne dass mit dem optoelektrischen Sensorwert Regen erkannt wird, kann vorerst ein einmaliges Überwischen der Windschutzscheibe erfolgen. Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass beim erstmaligen Betätigen des Scheibenwischersystems ein besonders langsames Überwischen des Bereichs der Windschutzscheibe erfolgt, in dem das optische Signal reflektiert wird und mit dem optischen Signal beim Überwischen auf der Windschutzscheibe befindliches Wasser ermittelt und mengenmäßig erfasst wird. Über den optoelektrischen Sensorwert ist damit eine kapazitive Messung von auf der Scheibe befindlichem Wasser möglich. In Kombination mit den über einen vorbestimmten Messzeitraum ermittelten Schwingungen sind damit verschiedene Zustände bzw. Benetzungsgrade voneinander unterscheidbar, so dass immer eine optimale Steuerung beim Wischen und damit eine optimale Durchsicht durch die Windschutzscheibe gewährleistet ist.
In weiterer Ausgestaltung kann der Sensorwert auch für eine automatische Fahrlichtsteuerung verwendet werden, um den bei Regen häufig schlechten Sicht- und Lichtverhältnissen Rechnung zu tragen.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Regenerfassung auf einer Windschutzscheibe mit wenigstens einem Regensensor, der einem der Windschutzscheibe zugeordnetem Scheibenwischersystem zugeordnet ist, wobei der Regensensor wenigstens ein Piezoelement aufweist, und sich dadurch auszeichnet, dass das Scheibenwischersystem wenigstens ein Wischerblatt aufweist und das Wischerblatt das Piezoelement des Regensensors aufweist und dass das Piezoelement als eine piezoelektrische Leitung ausgebildet ist, die das Wischerblatt über seine gesamte Längenausdehnung erfasst. Über das Piezoelement werden Schwingungen der Windschutzscheibe erfasst, wobei Dauerregen, einzelne Regentropfen oder von Gegenverkehr aufgespritzte Gischt sowohl untereinander als auch gegenüber anderen, Schwingungen auslösenden Ursachen unterscheidbare Schwingungsprofile aufweisen. Diese Schwingungen bzw. Schwingungsprofile bedingen dann eine jeweils spezifische Ankopplung des Piezoelementes an die Windschutzscheibe. Dabei wird eben diese Ankopplung des Piezoelementes an die Windschutzscheibe von dem Piezoelement erfasst. In trockenem Zustand weist das Piezoelement eine höhere akustische Ankopplung an die Windschutzscheibe auf, so dass die Schwingungen stark reflektiert werden. In feuchtem Zustand weist das Piezoelement dagegen eine geringere akustische Ankopplung an die Windschutzscheibe auf.
Um die Schwingungen möglichst unmittelbar zu erfassen, ist vorgesehen, dass das Piezoelement des Regensensors außenseitig an der Windschutzscheibe angeordnet ist. Eine besonders vorteilhafte Anordnung für das Piezoelement ergibt sich daraus, dass das Scheibenwischersystem wenigstens ein Wischerblatt aufweist und das Wischerblatt das Piezoelement des Regensensors aufweist. Das Piezoelement ist damit ohne wesentlichen konstruktiven Mehraufwand der Windschutzscheibe zuordbar, so dass eine besonders kostengünstige Anordnung erreicht ist. Zudem ist eine nachträgliche Installation des Regensensors an einer Windschutzscheibe auf einfache Weise durchzuführen.
Das Piezoelement ist als eine piezoelektrische Leitung ausgebildet, die das Wischerblatt über seine gesamte Längenausdehnung erfasst. Das Piezoelement erstreckt sich damit auf einen möglichst großen Bereich bzw. eine große Fläche der Windschutzscheibe, so dass Schwingungen mit hoher Genauigkeit erkannt bzw. auch lokalisiert werden können. Zum Beispiel könnten an entgegengesetzten Enden des Piezoelementes unterschiedlich wirkende Schwingungen genutzt werden, um ein Verteilungsprofil des Benetzungsgrades auf der Windschutzscheibe zu erstellen. Insbesondere weisen Kraftfahrzeuge zumeist wenigstens zwei Wischerblätter auf, die einer Windschutzscheibe zugeordnet sind, so dass bevorzugt jedes Wischerblatt ein Piezoelement aufweist und eine weitestgehend gleichmäßige Verteilung der Piezoelemente über den gesamten Bereich der Windschutzscheibe erreicht ist.
Durch Anordnen des Piezoelementes in einem Gummiprofil des Wischerblattes ist gewährleistet, dass das Piezoelement möglichst nahe an der Scheibe anliegt, wobei das Piezoelement gleichzeitig in optimaler Weise zur Umgebung geschützt ist. Beschädigungen des Piezoelementes sind damit vermieden. Zudem ist mit der Anordnung des Piezoelementes in dem Wischerblatt eine Bestimmung des Verschleißes des Wischerblattes möglich, da sich die Ankopplung des Piezoelementes an die Windschutzscheibe auch in Abhängigkeit vom Verschleiß des Wischerblattes verändert.
Um einem Verkleben bzw. Festfrieren der Wischerblätter an der Windschutzscheibe bei Frost entgegenzuwirken ist weiterhin vorgesehen, dass das Piezoelement beheizbar ausgebildet ist. Ob das Piezoelement beheizt wird oder auch wann, wird dabei wiederum über die Schwingungen bzw. die spezifische Ankopplung an die Windschutzscheibe ermittelt. Auch kann durch das Beheizen der Verschleiß des Wischerblattes minimiert werden.
Zur Verbesserung des Messverhaltens des Regensensors, kann dieser zudem wenigstens eine zusätzliche, optoelektrische Sensoreinheit aufweisen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug, das die oben beschriebene Vorrichtung aufweist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels dargestellt.
Die Zeichnung zeigt eine Detailansicht einer Windschutzscheibe 1 mit einem Wischerblatt 2 eines Scheibenwischersystems 3. Dieses Wischerblatt 2 weist ein Führungsprofil 4 sowie ein beweglich an dem Führungsprofil 4 gehaltenes Gummiprofil 5 auf. Das Gummiprofil 5 wird an der Windschutzscheibe 1 entlang geführt, wobei auf der Windschutzscheibe 1 befindliches Wasser 6 weggeschoben wird. In das Gummiprofil 5 des Wischerblattes 2 ist ein Piezoelement integriert. Mit dem Piezoelement wird die Ankopplung des Wischerblattes 2 an die Windschutzscheibe 1 ermittelt und das Scheibenwischersystem 3 bei detektieren eines vorbestimmten Benetzungsgrades betätigt.

Claims

Verfahren zur Regenerfassung auf einer Windschutzscheibe (1), deren Benetzungsgrad mit wenigstens einem Sensorwert erfasst wird, wobei der Sensorwert piezoelektrisch ermittelt wird, wobei Schwingungen der Windschutzscheibe (1) erfasst werden, die sich in Abhängigkeit vom Benetzungsgrad bzw. von auf die Windschutzscheibe (1) auftreffenden Regentropfen ändern, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen der Windschutzscheibe (1) über wenigstens ein Wischerblatt (2) eines Scheibenwischersystems (3) und dessen Ankopplung an die Windschutzscheibe (1) erfasst werden, dass das Piezoelement als eine piezoelektrische Leitung ausgebildet ist, die das Wischerblatt (2) über seine gesamte Längenausdehnung erfasst und dass durch die Bewegung des Wischerblattes (2) der piezoelektrische Sensor einen großen Bereich der Windschutzscheibe (1) erfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens zwei an zueinander beabstandeten Orten erfassten Sensorwerten ein Verteilungsprofil des Benetzungsgrades erstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiterer Sensorwert erfasst wird, wobei ein optisches Signal ausgesendet wird, das optische Signal an der Windschutzscheibe (1) in einem vorbestimmten Detektionsbereich reflektiert wird, das reflektierte optische Signal erfasst wird, und aus dem ausgesendeten sowie erfassten Signal ein Differenzwert ermittelt wird, anhand dessen der Benetzungsgrad der Windschutzscheibe (1) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim erstmaligen Betätigen des Scheibenwischersystems (3) ein besonders langsames Überwischen des Bereichs der Windschutzscheibe (1) erfolgt, in dem das optische Signal reflektiert wird und mit dem optischen Signal beim Überwischen auf der Windschutzscheibe (1) befindliches Wasser ermittelt und mengenmäßig erfasst wird.
Vorrichtung zur Regenerfassung auf einer Windschutzscheibe (1) mit wenigstens einem Regensensor, der einem der Windschutzscheibe (1) zugeordneten Scheibenwischersystem (3) zugeordnet ist, wobei der Regensensor wenigstens ein Piezoelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Scheibenwischersystem (3) wenigstens ein Wischerblatt (2) aufweist und das Wischerblatt (2) das Piezoelement des Regensensors aufweist und dass das Piezoelement als eine piezoelektrische Leitung ausgebildet ist, die das Wischerblatt (2) über seine gesamte Längenausdehnung erfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Regensensor wenigstens eine zusätzliche, optoelektrische Sensoreinheit aufweist.
Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6 aufweist.