DE3203091C2 - Einrichtung zum Steuern der Scheibenreinigungsanlage eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Eine Einrichtung zum Erkennen von auf einer Scheibe vorhandenen Fremdstoffen wie z.B. Feuchtigkeit, Schmutz oder Schnee weist einen opto-elektronischen Sensor (2) auf. Dieser hat zwei Lichtquellen (z.B. 3), denen jeweils ein Lichtempfänger (z.B. 8) zugeordnet ist. Die räumliche Anordnung der Bauteile ist derart, daß von dem einen Lichtempfänger (8) das bei trockener Scheibe (1) totalreflektierte Licht empfangen wird, so daß das Fehlen eines Signals ein Indiz für Wasser auf der Scheibe (1) ist. Der andere Lichtempfänger registriert das vom Staub auf der Scheibe (1) diffus reflektierte Licht und gibt damit über eine Verschmutzung der Scheibe (1) Aufschluß. Referenzstrahl-Lichtempfänger (z.B. 9) sind den Lichtquellen (z.B. 3) zugeordnet, so daß Störgrößen eliminiert werden können.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Steuern der Scheibenreinigungsanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem die Anwesenheit von sich auf der Scheibe niederschlagenden Fremdstoffen, wie Feuchtigkeit, feststellenden Sensor sowie einer von diesem angesteuerten Steuerstufe, durch die das Wisch- und/oder Waschsystem der Reinigungsanlage an- bzw. abgeschaltet wird.

Es sind bereits Einrichtungen zur automatischen Steuerung der Scheibenwischer von Kraftfahrzeugen bekanntgeworden, welche zwei außenseitig auf die Windschutzscheibe aufzuklebende Kondensatorplatten als Sensor aufweisen. Gelangt bei Regen Feuchtigkeit zwischen die Kondensatorplatten, so ändert sich das Dielektrikum und damit die Kapazität des Kondensators. Diese Änderung wird als Meßwert herangezogen, um den Scheibenwischer zu aktivieren. Diese Einrichtungen vermögen nur Feuchtigkeit, nicht aber Schmutz zu erkennen. Sie können deshalb nicht zur automati-

sehen Einschaltung der Scheibenwaschanlage benutzt werden, wenn die Windschutzscheibe verschmutzt ist Schnee auf der Windschutzscheibe, bei dem auch der Scheibenwischer eingeschaltet werden muß, vermögen diese Einrichtungen ebenfalls nicht zu erkennen. Abgesehen von diesen Mangeln hat sich gezeigt, daß diese Einrichtungen sehr ungenau arbeiter. Das liegt unter anderem auch daran, daß die Klebstoffschicht zwischen den Kondensatorplatten und der Windschutzscheibe, je nach Andrückkraft beim Aufkleben der Kondensa'orplatte, unter schiedlich dick ist

Es ist des weiteren eine Fülistandsmeßeinrichtung bekannt (DE-PS 11 18 480), die einen leichtleitenden Stab aufweist, der an seinem Ende mit Reflexionsflächen versehen ist. Je nach Lage des Flüssigkeitsniveaus wird das in den Stab eingeleitete Licht entweder an den Refiexionsflächen reflektiert und zu einem Empfänger zurückgeworfen oder aus dem lichtleitenden Stab in die Flüssigkeit gebrochen. Eine solche Einrichtung eignet sich nicht zum Erfassen von flüssigen oder festen Fremdstoffen aus einer Sichtscheibe.

Ferner ist eine sich selbst auf Verschmutzungen überwachende Lichtschrankenanordnung bekannt (DE-AS 26 29 476), bei der ein in Dunkelschaltung arbeitender Lichtstrahlschalter und ein in Hellschaltung arbeitender Lichtstrahlschalter vorgesehen sind, die so aufeinander abgestimmt sind, daß zwischen den beiden Helligkeitsschwellen der beiden Schalter ein Zwischenbereich existiert, in dem beide Lichtstrahlschalter sich in einer Offenstellung befinden, was ein Kriterium für die Verschmutzung darstellt Mit dieser Einrichtung kann zvar die Verschmutzung einer Lichtschranke erfaßt werden, nicht jedoch das Vorhandensein von Wasser auf einer Scheibe.

Es sind ferner optoelektronische Berührungstasten bekannt (DE-OS 28 24 399), bei denen das Vorhandensein eines Fingers durch Ausnutzen der optischen Gesetze ermittelt wird. Auch diese Berührungstasten sind nicht zur Steuerung einer Scheibenreinigungsanlage geeignet. Letzteres gilt in gleicher Weise für eine Anzahl weiterer optischer Überwachungseinrichtungen, so für eine Schalteinrichtung zum drahtlosen Ein- und Ausschalten elektrischer Geräte durch transparente Scheiben mittels vor diesen vorbeigeführter lichtreflektierender Gegenstände (DE-OS 28 14 934), für Überwachungseinrichtungen für durchsichtige Verpackungen (DE-OS 27 09 566). oder für elektrooptische Füllstandsanzeigen (US-PS 31 20 125).

Allen diesen Einrichtungen ist gemeinsam, daß sie allenfalls für die Erfassung fester Fremdstoffe oder flüssiger Fremdstoffe auf einer Scheibe verwendet werden können, nicht jedoch die Erfassung sowohl fester als auch flüssiger Fremdstoffe gestatten. Ferner beeinflußt das Umgebungslicht das Meßergebnis und damit die Steuerung derart, daß Falschsteuerungen nicht auszuschließen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, die zuverlässig zwischen Feuchtigkeit, Schnee >'nd Schmutz zu unterscheiden vermag und einwandfrei arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sensor zumindest eine Lichtquelle sowie zwei Licht in eine elektrische Größe umwandelnde Lichtempfänger aufweist, von denen der erste Lichtempfänger zur Feststellung der Anwesenheit flüssiger Fremdstoffe in bezug auf die Lichtquelle dergestalt angeordnet ist, daß bei trockener Scheibe das Licht durch Totalreflexion im Inneren der Scheibe an ihrer Außenfläche von der Lichtquelle zu diesem Lichiempfänger gelangt, und von denen der zweite Lichtempfänger zur Feststellung der Anwesenheit fester Fremdstoffe in bezug auf die Lichtquelle dergestalt angeordnet ist, daß er das von auf der Scheibe vorhandenen Freircdstoffen reflektierte Licht der Lichtquelle empfängt, und daß die Steuerstufe mit Mitteln zur Eliminierung des Einflusses des Außenlichts auf die Messung versehen ist
Flüssige Fremdstoffe auf der zu überwachenden

ίο Scheibe werden also dadurch erfaßt, daß das von der Lichtquelle in die Scheibe geleitete Licht bei trockener Scheibe eine Totalreflexion erleidet und dem Lichtempfänger zugeleitet wird, während bei nasser Scheibe das Licht nicht mehr total sondern nur noch teilweise in der Scheibe reflektiert und dem Lichtempfänger zugeleitet wird. Der Lichtempfänger gibt somit unterschiedliche Signale bei trockener und bei nasser Scheibe ab. Die Erfassung fester Fremdstoffe auf der Scheibe erfolgt mittels eines zweiten Lichtempfängers, wobei das Licht von der Lichtquelle so auf die Scheibe gerichtet ist, daß ein wesentlicher Teil des Lichts die Scheibe durchdringt und an der Außenoberfläche der Scheibe Licht reflektiert wird, wenn diese schmutzfrei ist Befinden sich jedoch auf der Außenoberfläche der Scheibe feste Fremdstoffe, wie Staub oder Schnee, so wird ein Teil des normalerweise durch die Scheibe nach außen gestrahlten Lichts an diesen Fremdstoffen reflektiert und vom Lichtempfänger aufgenommen.
Durch die erfindungsgemäße optische Abtastung der Scheibe können also Feuchtigkeit, Schmutz und Schnee zuverlässig wahrgenommen und voneinander unterschieden werden. Es kommt deshalb nicht zu Fehlmessungen, so daß beispielsweise bei Schneeflocken auf einer Windschutzscheibe nicht fälschlicherweise die Scheibenwaschanlage aktiviert wird. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist relativ einfach herzustellen und deshalb zu für den Autofahrer noch tragbaren Kosten zu verkaufen, zumal dabei zu bedenken ist, daß bei einem Fahrzeug mit einem solchen Sensor die Intervallschaltung für die Scheibenwischanlage entfallen kann. Da bei der erfindungsgemäßen Einrichtung der Sensor scheibeninnenseitig anzubringen ist, ist er vor Witterungseinflüssen und Verschmutzung geschützt. Außerdem brauchen keine elektrischen Leitungen aus dem Fahrzeug heraus nach außen geführt zu werden. Seine Anbringung ist sehr einfach und kann auch leicht von Laien vorgenommen werden, was den nachträglichen Einbau einer solchen Einrichtung in einem Kraftfahrzeug begünstigt. Dank der erfindungsgemäßen Einrichtung braucht der Kraftfahrer nicht mehr selbst den Verschmutzungsgrad der Windschutzscheibe zu ermitteln und dementsprechend die Wisch-Wasch-Anlage einzuschalten. Außerdem entfällt das bei leichtem Nieselregen bislang erforderliche dauernde Ein- u.id Ausschalten des Scheibenwischers. Dadurch kann der Fahrer dem Verkehrsgeschehen größere Aufmerksamkeit schenken, so daß dank der Erfindung die Verkehrssicherheit insgesamt erhöht wird.

Vorteilhafterweise ist als Lichtquelle eine Infrarotlichtquelle vorgesehen, weil mit zunehmender Wellenlänge des Lichtes seine Reflexion an den Staubpartikeln spiegelnder wird, so daß der Lichtempfänger bei einer Infrarot-Lichtquelle ein hinreichend starkes Eingangssignal erhält.

Um zu verhindern, daß die Lichtquelle den ihr zugeordneten Lichtempfänger direkt bestrahlt, ist es zweckmäßig, zwischen der Lichtquelle und jedem Lichtempfänger ein außerhalb des Meßstrahlengangs Abschirm-

blech anzuordnen.

Günstig ist es auch, wenn gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung jedem in einem Meßstrahlgang angeordneten Lichtempfänger ein Referenzstrahl-Lichtempfänger zugeordnet ist, dessen Meßwert jeweils in einem Komparator mit dem Meßwert des zugeordneten Lichternpfängers im Meßstrahlengang verglichen wird. Durch die Referenzstrahl-Lichtempfänger können Störgrößen von Temperatur, Spannungsschwankungen und Alter der Sende- und Empfangselemente neutralisiert werden.

Zweckmäßigerweise werden die Referenzstrahl-Lichtempfänger so angeordnet, daß sie sowohl Licht von der zugeordneten Lichtquelle als auch Außenlicht empfangen. Dadurch werden die Referenzstrahl-Lichtempfänger, genau wie die Meßstrahl-Lichtempfänger, zum Beispiel vom Tageslicht, vom Mondschein oder vom Lichtkegel entgegenkommender Fahrzeuge beeinflußt. Da sie weiterhin von der jeweils zugeordneten Lichtquelle bestrahlt werden, sind Unterschiede der Meßwerte zwischen den Referenzstrahl-Lichtempfängern und den zugeordneten Lichtempfängern ausschließlich auf die Wirkung des Meßstrahlenganges zurückzuführen, so daß alle Störgrößen dank der Referenzstrahl-Lichtempfänger eleminiert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Referenzstrahl-Lichtempfänger zur Erkennung fremder Feststoffe mit seiner empfindlichen Fläche zur Lichtquelle gerichtet neben der Lichtquelle auf einer an der empfindlichen Seite des Lichtempfängers überstehenden Aluminiumfolie vorgesehen. Dadurch kann auf einfache Weise verhindert werden, daß die Referenzstrahl-Fotodiode zur Schmutzerkennung von der reflektierten Strahlung der Schmutzpartikel bestrahlt wird. Statt der Aluminiumfolie könnte man natürlich auch eine Folie aus einem anderen Material wählen, die natürlich lichtundurchlässig sein muß.

Von Vorteil ist es auch, wenn die Lichtquelle auf einem Keil aus einem glasklaren Werkstoff angeordnet ist Dies gilt auch für die Anordnung des Lichtempfängers auf einem Keil aus glasklarem Werkstoff. Diese Ausgestaltungen haben den Vorteil, daß auf einfache Weise erreicht wird, daß das Licht im richtigen Winkel vom Sender zum Empfänger geführt wird.

Der Winkel des Keils ist vorteilhafterweise so bemessen, daß ein auf ihn senkrecht einfallender Lichtstrahl mit einem Winkel zwischen 42 Grad und 60 Grad zum Lot hin gemessen in der Scheibe verläuft.

Lufteinschlüsse zwischen den Keilen des Sensors und der Scheibe können zuverlässig und auf einfache Weise durch eine Silikonscheibe 7wischen den Keilen und der Scheibe vermieden werden. Man könnte dies natürlich auch durch Öl oder eine Scheibe aus mit Silikon vergleichbarem Werkstoff erreichen.

Die Lichtquellen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind vorteilhafterweise Lumineszenzdioden. Solche Lumineszenzdioden haben gegenüber Glühlampen den Vorteil von hoher Zuverlässigkeit und Lebensdauer, leichter Modulierbarkeit des abgestrahlten Lichtes sowie des Fehlens eines Einschaltstromstoßes.

Als Lichtempfänger verwendet man für die erfindungsgemäße Einrichtung vorteilhafterweise Fotodioden. Fotodioden sind als elektronische Bauteile relativ billig erhältlich und eignen sich gut für die hohe Beanspruchung im Kraftfahrzeug. Sie sind ausreichend temperaturbeständig, um den in einem Kraftfahrzeug herrschenden Temperaturen zwischen minus 25 Grad C und plus 80 Grad C widerstehen zu können und vertragen

auch die im Kraftfahrzeug auftretenden Erschütterungen. Statt der Fotodioden können allerdings auch Fototransistoren verwendet werden. Günstig ist es auch, daß sich bei Fotodioden der Fotoström, linear mit der Beleuchtungsstärke ändert, so daß sie eine quantitative Strahlungsmessung ermöglichen. Hervorzuheben ist auch die hohe Grenzfrequenz von Fotodioden.

Von Vorteil ist auch eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, gemäß der der Sensor unmittelbar auf der Innenseite der Scheibe befestigt ist, dadurch reagiert der Sensor nicht, wenn die Scheibe von innen beschlagen oder zugefroren ist. In diesen Fällen sollen ja auch nicht der Scheibenwischer oder die Wisch-Wasch-Anlage aktiviert werden.

Zweckmäßigerweise wird der Sensor der erfindungsgemäßen Einrichtung bei einem Kraftfahrzeug in der Mitte der Windschutzscheibe kurz über der Ruhelage des Scheibenwischers im Arbeitsbereich des Scheibenwischers angebracht. Dieser Anbringungsort ist günstig, weil die Scheibe in der Mitte am geringsten gewölbt ist, so daß die Wölbung nur einen vernachlässigbaren Einfluß auf die optischen Eigenschaften des Systems ausübt.

Günstig ist es, wenn der Sensor in einem metallischen Gehäuse angeordnet ist. Dadurch wird dafür gesorgt, daß die Luft im Inneren des Sensors steht, was bedingt, daß die Temperatur überall gleich ist. Dies ist für die Eliminierung der Temperaturabhängigkeit von den Leucht- und Fotodioden im Sensor von entscheidender Bedeutung. Ferner werden über die Luft wirkende Störgrößen eliminiert.

Von Vorteil ist es auch, wenn jede Lichtquelle zur Erzeugung eines Meßstrahlenganges mit hoher Frequenz (10 kHz) getaktet ist und als Meßwerte für die Lichtempfänger die entsprechende Wechselspannung benutzt wird. Durch diese Ausgestaltung wird auf einfache Weise der Einfluß des Außenlichtes eliminiert. Da das Außenlicht sich nur sehr langsam ändert, kann es als gleiche Größe aufgefaßt werden. Selbst wenn der Sensor kurzzeitig vom Scheinwerferkegel entgegenkommender Fahrzeuge erfaßt wird, Hegt diese Änderung deutlich unter der Taktfrequenz des Meßstrahls. Das Außenlicht kann deshalb als eine überlagernde Gleichspannung der sich wechselnden Meßspannung angesehen werden. Nimmt man eine Wechselspannungsmessung vor, hat man das Außenlicht auf einfache Weise eliminiert.

Um zwischen Schmutz und Schnee zuverlässig unterscheiden zu können, ist eine Schwellwertschaltung zweckmäßig, welche als Unterscheidungskriterium die Größe des durch die Lichtreflexion erzeugten Spannungswertes des Lichtempfängers berücksichtigt Eine solche Schwellwertschaltung vermag sehr zuverlässig zu arbeiten, da das Reflexionsvermögen von Schnee und Schmutz stark unterschiedlich ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, daß fälschlicherweise etwa bei Schneetreiben die Scheibenwaschanlage automatisch eingeschaltet wird.

Zweckmäßigerweise ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung dem Komparator eine Impulsformerstufe zur Impulslängenwandlung nachgeschaltet Da der Komparator nur sehr kurze Impulse liefert, reicht die Impulsdauer nicht zum Ansteuern der Relais aus. Dies kann durch die Impulslängenwandlung behoben werden.

Um zu verhindern, daß ein Fahrer bei einem selbsttätigen Einschalten der Scheibenwischer heftig erschreckt kann es zweckmäßig sein, daß die Steuerstufe

eine optische Anzeige aufweist, die kurz vor dem ersten Einschaltvorgang des Wisch- und/oder Wasch-Systems zu blinken beginnt.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsmöglichkeiten zu. Zur Verdeutlichung ihres grundsätzlichen Aufbaus ist eine Ausführungsform in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen innenseitig an einer Scheibe angebrachten Sensor der erfindungsgemäßen Einrichtung mit den Bauteilen zur Wassererkennung;

F i g. 2 den innensehig an der Scheibe angebrachten Sensor mit den Bauteilen zur Schmutzerkennung;

F i g. 3 die Anordnung eines der Schmutzerkennung zugeordneten Referenzstrahl-Lichtempfängers in dem erfindungsgemäßen Sensor, von vorn gesehen;

Fig.4 die Anordnung gemäß Fig. 3 von der Seite gesehen;

Fig.5 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Die F i g. 1 zeigt im Schnitt einen Teil einer Scheibe 1, auf der scheibeninnenseitig die Bauteile eines Sensors 2 dargestellt sind, welche zur Wassererkennung auf der Scheibenaußenseite dienen. Zu diesen Bauteilen gehört eine Lichtquelle 3, bei der es sich um eine Lumineszenzdiode handelt. Diese Lichtquelle 3 ist auf einer schrägen Fläche 4 eines Keiles 5 aus einem glasklaren Werkstoff angebracht und vermag schräg durch den Keil 5 hindurch in die Scheibe ί zu strahlen. Dabei ist der zum Lot hin gemessene Winkel η des in der Scheibe 1 verlaufenden Lichtes so groß, daß bei trockener Scheibe innenseitig an der mit 6 gekennzeichneten Scheibenaußenfläche Totalreflexion eintritt. Als geeignet haben sich Winkel zwischen 42 und 60 Grad, gemessen zum Lot hin, in der Scheibe erwiesen.

Durch diese Totalreflexion gelangt das Licht von der Lichtquelle 3 durch einen zweiten Keil 7 aus glasklarem Werkstoff zu einem Lichtempfänger 8, bei dem es sich um eine Fotodiode handeln kann. Zur Verdeutlichung sind der Hauptstrahlgang sowie der obere Randstrahl des Meßstrahlenganges in der Zeichnung eingetragen.

Falls sich auf der Scheibenaußenfläche 6 Wasser in Form von Regentropfen oder gar ein Wasserfilm befindet, dann wird die Totalreflexion innenseitig an der Scheibenaußenfläche 6 teilweise oder ganz aufgehoben, so daß der Lichtempfänger 8 weniger oder gar kein Licht mehr von der Lichtquelle 3 erhält und damit ein Signal für Feuchtigkeit auf der Scheibenaußenfläche 6 der Scheibe 1 gegeben ist.

Um Störgrößen des Sensors 2 eliminieren zu können, ist oberhalb der Lichtquelle 3 ein Referenzstrahl-Lichtempfänger 9 angeordnet, der Licht von der Lichtquelle 3, aber auch, genau wie der Lichtempfänger 8. Außenlicht empfängt Die Auswertung der Signale des Referenzstrahllichtempfängers 9 und des Lichtempfängers 8 wird später noch erläutert.

Die günstigste Stelle zum Anbringen des erfindungsgemäßen Sensors 2 ist die Mitte der Scheibe kurz über der Ruhelage des Scheibenwischers im Arbeitsbereich des Scheibenwischers.

Nunmehr seien unter Bezugnahme der F i g. 2 diejenigen Bauteile des Sensors 2 beschrieben, welche zur Schmutzerkennung dienen. Die Zeichnung zeigt wiederum die Scheibe 1, auf der eine zweite Lichtquelle 10 angeordnet ist. Bei dieser Lichtquelle 10 handelt es sich vorzugsweise um eine Infrarot-Lichtquelle. Diese ist im Gegensatz zur Lichtquelle 3 so steil zur Scheibe 1 angeordnet, daß ihr Licht bei nicht verschmutzter Scheibe 1 durch die Scheibe 1 hindurch nach außen strahlt Befinden sich jedoch auf der Scheibe 1 Schmutzpartikel oder gar eine Schmutzschicht 11, wie das in F i g. 2 dargestellt ist, dann reflektieren diese Schmutzpartikel oder die Schmutzschicht das Licht der zweiten Lichtquelle 10, so daß es zu einem zweiten Lichtempfänger 12 gelangt, der dadurch ein auf die Schmutzschicht bzw. die Schmutzpartikel hinweisendes elektrisches Signal zu erzeugen vermag."
Um zu verhindern, daß Licht von der zweiten Lichtquelle 10 unmittelbar zum zweiten Lichtempfänger 12 gelangt, ist zwischen diesen Bauteilen ein Abschirmblech 13 angeordnet.

Genau wie zu den Bauteilen zur Wassererkennung gehört auch zu den Baufeilen zur Schmutzerkennung ein Referenzstrahl-Lichtempfänger 14, dessen genaue Anordnung sich aus den Fig.3 und 4 ergibt. Dieser zweite Referenzstrahl-Lichtempfänger 14 ist seitlich neben der zweiten Lichtquelle 10 angeordnet und sitzt auf einer Aluminiumfolie 15, welche zur zweiten Lichtquelle 10 hin über die Kontur des zweiten Referenzstrahl-Lichtempfängers 14 ragt. Die F i g. 4 läßt weiterhin das anhand der F i g. 2 bereits erläuterte Abschirmblech 13 erkennen.
Um Störgrößen zu eliminieren, ist der komplette Sensor 2, abgesehen von seiner aktiven Seite, von einem Gehäuse 16 aus Metall umschlossen, was jedoch nur in F i g. 3 dargestellt wurde.

Nicht dargestellt ist in der Zeichnung eine Einrichtung zur Frosterkennung. Diese hat einen Temperaturfühler an der Außenseite der Windschutzscheibe. Die Einrichtung ist so gestaltet, daß bei Minustemperaturen an der Windschutzscheibe sowohl die Betätigung des Scheibenwischers als auch der Wisch-Wasch-Anlage verhindert wird.

Ebenfalls nicht dargestellt ist weiterhin, daß der Sensor 2 als Ganzes beispielsweise mit einem Saugfuß versehen sein kann, damit er lösbar an der Scheibe 1 zu befestigen ist Um Lufteinschlüsse zwischen der Scheibe 1 und den Keilen 5 und 7 zu vermeiden, ist es zweckmä-Big, zwischen den Keilen und der Scheibe eine Silikonscheibe anzuordnen, weil diese einerseits verformbar, andererseits jedoch hinreichend lichtdurchlässig ist.

Nunmehr sei die Gesamtfunktion der erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben. Die von dem Sensor 2 kommenden Signale werden in einer elektronischen Schaltung verarbeitet. Über eine Logik wird festgestellt, ob sich Schmutz, Regen, Schnee oder eine Eisschicht auf der Scheibe 1 befinden und, je nachdem, der Scheibenwischer oder die Wisch-Wasch-Anlage eingeschaltet.

so Das Blockschaltbild (Fig.5) gibt Aufschluß über die Zusammenschaltung der einzelnen G lieder.

Die Lichtempfänger 8,12, welche in Sperrichtung geschaltet sind, empfangen zum einen die Strahlung der zugeordneten Lichtquellen 3, 10 und zum anderen das Außenlicht, welches sich aus Sonnenlicht, Straßenbeleuchtung, dem Scheinwerferlicht entgegenkommender Fahrzeuge und anderen Lichtquellen zusammensetzt Das Außenlicht tritt also als Störgröße auf und muß deshalb eliminiert werden. Um den Meßstrahl vom Außenlicht trennen zu können, wird der Meßstrahl getaktet Das geschieht mit einem astabüen Multivibrator. Die Taktfrequenz liegt bei 1OkHz. Da das Außenlicht sich nur sehr langsam ändert kann es als Gleichgröße aufgefaßt werden. Selbst wenn der Sensor 2 kurzzeitig vom Scheinwerferlicht entgegenkommender Fahrzeug erfaßt wird, liegt diese Änderung deutlich unter der Taktfrequenz des Meßstrahls. Das Außenlicht kann also als eine überlagerte Gleichspannung der sich wechseln-

den Meßspannung abgesehen werden. Nimmt man eine Wechselspannungsmessung vor, hat man das Außenlicht bereits eliminiert.

Da die Lichtquellen 3, 10 Lumineszenzdioden sind und nur einen sehr geringen differenziellen Innenwiderstand von einigen Ohm haben, sollen sie nur aus einer Spannungsquelle mit hohem Innenwiderstand gespeist werden. Dies kann man erreichen, indem man die Speisespannung hoch genug wählt und den gewünschten Strom über einen Vorwiderstand einstellt. Eine bessere Lösung ist es, die Lumineszenzdioden aus einer Konstantstromquelle zu speisen, was noch den Vorteil hat, daß Spannungsänderungen keinen Einfluß auf den Durchlaßstrom und damit auf die Strahlstärke haben.

Die Lumineszenzdioden sind in Reihe geschaltet, um mögiichsi wenige Leitungen von dem Sensor 2 zur Schaltung führen zu müssen. Auch benötigt man so nur eine Sendeschaltung. Da die Schaltung im Kraftfahrzeug Temperaturen von minus 25 Grad C bis plus 80 Grad C ausgesetzt ist, muß beachtet werden, daß die maximalen Verlustleistungen nicht überschritten werden. Die Taktung der Lumineszenzdioden wird durch periodisches Unterbrechen des Vorwärtsstromes erreicht.

Wie aus dem Blockschaltbild (F i g. 5) und der Sensorbeschreibung ersichtlich ist, arbeiten Wasser- und Schmutzerkennung jeweils mit einem Meß- und einem Referenzstrahlgang. Der Referenzstrahlgang ist nötig, um die Störgrößen von Temperatur, Spannungsschwankungen und Alterung der Sende- und Empfangselemente zu neutralisieren. Da die Schaltung für die vier Meßeingänge bis zu den Komparatoren nahezu gleich ist, erfolgt die Erläuterung bis dorthin nur für den ersten Eingang, dem Meßwert der Wassererkennung.

Der Lichtempfänger 8 des Sensors 2 empfängt, wie schon beschrieben, den Meßstrahl und das Außenlicht. Der Meßstrahl ist eine Wechselgröße, das Außenlicht fast eine Gleichgröße. Um diese zu trennen, wird eine Wechselspannungsverstärkung vorgenommen. Sie wird durch einen Hochpaß am Eingang der Schaltung realisiert. Es handelt sich um einen einfachen Hochpaß, bei dem der Eingangswiderstand des Operationsverstärker bereits als Λ-Glied verwendet wird. Bei der invertierenden Beschallung des Operationsverstärkers ist der Eingangswiderstand gleich dem vorgeschalteten Widerstand.

Die Grenzfrequenz des Hochpasses muß so hoch gelegt werden, daß zum Beispiel bei der nächtlichen Fahrt durch eine Stadt die 100 Hz-Schwingung von Leuchtstofflampen nicht mitverstärkt wird. Der Operationsverstärker ist in der invertierenden Beschallung geschaltet um ist für eine Verstärkung von 100 äuägeicgi. Die Verstärkung in dieser Beschallung ist proportional dem Widerstandsverhältnis von Rückkopplungs- zum Eingangswiderstand.

Um aus der verstärkten Wechselspannung eine Gleichspannung zu machen, kann beispielsweise eine Sample and Hold-Schaltung verwendet werden.

Ein wesentliches Bauteil der Schaltung ist die Komparatorstufe. In ihr wird die Differenz zwischen den Spannungswerten der Lichtempfänger und der jeweiligen Referenzstrahl-Lichtempfänger gebildet, so daß Störgrößen eliminiert sind.

Die Schnee-Erkennung erfolgt über den zweiten, der Schmutzerkennung dienenden Lichtempfänger mittels einer Schwellwertschaltung. Da der Schnee Licht wesentlich stärker reflektiert als Schmutz, erzeugt der entsprechende Lichtempfänger bei Schnee eine wesentlich höhere Spannung als bei Schmutz, was durch die Schwellwertschaltung festgestellt werden kann.

Da die Komparatorstufe nicht rückgekoppelt ist, gibt sie nur sehr kurze Signale ab. Um zu erreichen, daß die Wisch-Wasch-Anlage nach einer Aktivierung lange genug angeschaltet bleibt, ist der Komparatorstufe eine Impulslängenwandlung nachgeschaltet. Eine sich anschließende Einschaltverzögerung verhindert, daß beim Einschalten der Zündung zwangsläufig zunächst die Wisch-Wasch-Anlage oder der Scheibenwischer aktiviert werden.

Nach der Einschaltverzögerung folgt die Ansteuerung der Relais für den Scheibenwischer und die Wisch-Wasch-Anlage. Diese Ansteuerung ist zusätzlich zur Betätigung durch den Sensor mittels einer manuellen Betätigung ^u aktivieren. Eine Einrichtung zur Frosterkennung vermag die Ansteuerung zu blockieren.

Um eine besonders effektive Ausnutzung der von der Lichtquelle 3 ausgesandlen Lichtstrahlen zu erreichen, kann die Fläche 4 des Keils 5 auch als konvexe Linse ausgebildet sein. Dies führt dazu, daß die einzelnen von der Lichtquelle 3 ausgehenden nicht parallel zueinander verlaufenden Strahlen durch die konvexe Linse zu zueinander parallel verlaufenden Strahlen umgelenkt werden. Das sich dadurch ergebende geringere Streulicir und die bessere Lichtausnutzung ermöglichen e^ die Lichtquelle 3 mit geringerer Leuchtstärke auszubilden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (19)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Steuern der Scheibenreinigungsanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem die An-Wesenheit von sich auf der Scheibe niederschlagenden Fremdstoffen, wie Feuchtigkeit, feststellenden Sensor sowie einer von diesem angesteuerten Steuerstufe, durch die das Wisch- und/oder Waschsystem der Reinigungsanlage an- bzw. abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) zumindest eine Lichtquelle (3, 10) sowie zwei Licht in eine elektrische Größe umwandelnde Lichtempfänger (8,12) aufweist, von denen der erste zur Feststellung der Anwesenheit flüssiger Fremdstoffe in bezug auf die Lichtquelle (3, 10) dergestalt angeordnet ist, daß bei trockener Scheibe (1) das Licht durch Totalreflexion im Inneren der Scheibe (1) an ihrer Außenfläche von der Lichtquelle (3,10) zu diesem Lichtempfänger (8) gelangt, und von denen der zweite zur Feststellung der Anwesenheit fester Fremdstoffe in bezug auf die Lichtquelle (3,10) dergestalt angeordnet ist, daß er das von auf der Scheibe (1) vorhandenen Fremdstoffen reflektierte Licht der Lichtquelle (3,10) empfängt, und daß die Steuerstufe mit Mitteln zur Eliminierung des Einflusses des Außenlichts auf die Messung versehen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle eine Infrarot-Lichtquelle (10) ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (3,10) und jedem Lichtempfänger (8, 12) außerhalb des Meßstrahlengangs ein Abschirmblech (13) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem in einem Meßstrahlengang angeordneten Lichtempfänger (8, 12) ein Referenzstrahl-Lichtempfänger (9, 14) zugeordnet ist, dessen Meßwert jeweils in einem Komparator mit dem Meßwert des zugeordneten Lichtempfängers (8,12) im Meßstrahlgang verglichen wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstrahl-Lichtempfänger (9, 14) so angeordnet sind, daß sie sowohl Licht von der zugeordneten Lichtquelle (3,10) als auch Außenlicht empfangen.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzstrahl-Lichtempfänger (14) zur Erkennung fester Fremdstoffe mit seiner empfindlichen Fläche zur Lichtquelle (10) gerichtet neben der Lichtquelle (10) auf einer an der empfindlichen Seite des Lichtempfängers (14) überstehenden Aluminiumfolie (15) vorgesehen ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (3) auf einem Keil (5) aus einem glasklaren Werkstoff angeordnet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel des Keiles (5) so bemessen ist, daß ein auf ihn senkrecht einfallender Lichtstrahl mit einem Winkel zwischen 42 Grad und 60 Grad zum Lot hin gemessen in der Scheibe (1) verläuft.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger (8) zur Erkennung flüssiger Fremdstoffe auf einem Keil (7) aus einem glasklaren Werkstoff angeordnet ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Keilen (5, 7) aus glasklarem Werkstoff und der Scheibe (1) eine Silikonscheibe vorgesehen ist

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

10, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtqjelle (3, 10) eine Lumineszenzdiode vorgesehen ist

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

11, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtempfänger (8,9.12,14) eine Fotodiode vorgesehen ist

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

12, dadurch gekennzeichnet daß der Sensor (2) unmittelbar auf der Innenseite der zu überwachenden Scheibe (1) befestigt ist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) in der Mitte der Windschutzscheibe kurz über der Ruhelage des Scheibenwischers im Arbeitsbereich des Scheibenwischers angeordnet ist

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

14, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) in einem metallischen Gehäuse (16) angeordnet ist.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

15, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lichtquelle {3, 10) zur Erzeugung von Meßstrahlengängen mit hoher Frequenz (10 kHz) getaktet ist und als Meßwerte von den Lichtempfängern (8,12) die entsprechende Wechselspannung benutzt wird.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

16, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Lichtempfänger (12) zur Unterscheidung zwischen Schmutz und Schnee mit einem Schwellwertschalter in Wirkverbindung steht, der als Unterscheidungskriterium die Größe des durch-die Lichtreflexion erzeugten Spannungswertes des Lichtempfängers (12) berücksichtigt.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis

17, dadurch gekennzeichnet, daß dem Komparator eine Impulsformerstufe zur tmpulslängenwandlung nacngeschaltet ist.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

18, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstufe eine optische Anzeige aufweist, die kurz vor dem ersten Einschaltvorgang des Wisch und/oder Waschsystems zu blinken beginnt.