DE4339573A1 - Auswertevorrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Auswertevorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
In dem nachveröffentlichten DE-GM wird eine Meßanordnung
beschrieben, die es erlaubt, die Benetzung einer Fläche durch
Messung von Reflexionsänderungen festzustellen. Zu diesem Zweck
besitzt diese Anordnung mehrere Meßstrecken, die taktweise abgefragt
werden, wobei ein Differenzwert zwischen den auf einzelnen
Meßstrecken ermittelten Werten gebildet wird. Diese Differenzwerte
werden als Eingangssignale einerseits an eine Auswertevorrichtung
übergeben, andererseits wird im gleichen Moment des Auftretens des
Signals eine Ausregelung gestartet, die in Abhängigkeit einer
vorgegebenen und bedarfsweise umschaltbaren Regelzeitkonstante das
empfangene Signal wieder zu Null ausregelt, so daß eine
Empfindlichkeit für weitere Reflexionsänderungen gegeben ist. Die
Regelung beeinflußt z. B. die Einstellung eines Stromstellgliedes für
die Strahlungsleistung von Strahlungsquellen, die die zu
reflektierende Strahlung emittieren. Die Regelzeitkonstante ist so
bemessen, daß sie um ein wesentliches Vielfaches größer ist als die
langsamsten noch zu erfassenden Änderungen eines
Benetzungsvorganges.
Eine derartige Vorrichtung kann für verschiedenste Zwecke eingesetzt
werden, z. B. zur Steuerung eines Scheibenwischermotors an Kraftfahr
zeugen oder grundsätzlich zu jedem Zweck, bei dem eine Benetzung
insbesondere infolge von Spritzwasser festgestellt werden muß.
Der Gegenstand dieses Gebrauchsmusters wird hiermit auch ausdrück
lich zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Empfindlichkeit einer
derartigen Meßanordnung hinsichtlich der in der Praxis auftretenden
Probleme zu optimieren.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Grundsätzlich werden die von der Meßanordnung gelieferten Signale in einer
Auswertevorrichtung verarbeitet, die ein Steuer- und/oder Meßwertsignal
zur Steuerung nachgeordneter Verbraucher abgibt. In der Praxis hat sich
nun gezeigt, daß, wenn die Vorrichtung in Abhängigkeit des von der
Meßanordnung ermittelten Steuersignals betätigt wird, eine
Zeitkonstantenumschaltung vorgesehen sein muß. Grundsätzlich wird die ge
steuerte Vorrichtung den Bereich des Sensors überstreichen. Allein durch
das Überstreichen kommt es jedoch zu einer Änderung des Eingangssignals,
was entsprechend berücksichtigt werden muß. Die Zeitkonstante wird daher
in einem zeitnahen Bereich während des Überstreichens der Meßanordnung auf
einen kürzeren Wert gestellt, wodurch die Meßanordnung unempfindlicher
wird. Auftretende Impulse erscheinen zeitlich kürzer. Die während dieser
Zeit ermittelten Werte werden vollständig oder zumindest weitgehend
ausgeblendet, so daß sie die Steuerung der Vorrichtung zunächst nicht
beeinflussen können. Beim Beispiel des Scheibenwischers läßt sich die beim
Überstreichen auftretende Problematik verdeutlichen. Der Scheibenwischer
schiebt üblicherweise einen Wasserschwall vor sich her, der
selbstverständlich auch zu einem Signal der Meßanordnung führen würde.
Dieses Signal würde eine starke Benetzung melden, die in Wirklichkeit
überhaupt nicht vorhanden ist. Aus diesem Grunde wird im Bereich des
Überstreichens dieses Signal nicht für die Steuerung des Scheibenwischers
herangezogen. Statt dessen werden die Signale verwertet, die vor
Überstreichen oder ggf. auch nach Überstreichen ermittelt werden, die also
allein auf die äußere Benetzung zurückzuführen sind.
Vorzugsweise erfolgt nach Anspruch 5 die Umschaltung auf eine kürzere
Zeitkonstante vor dem Überstreichen, und diese Umschaltung wird erst
wieder abgebrochen, sobald der Motorendschalter wieder ein Signal liefert.
In Abhängigkeit des Signals kann ein Timer auch einen späteren
Umschaltzeitpunkt bestimmen.
Will man erreichen, daß die von den Steuersignalen gesteuerte Vorrichtung
schnell und flexibel auf Änderungen in der Reflexion reagiert, so wird
nach den Ansprüchen 6-9 jedes Signal an einer Speichereinheit erfaßt,
wobei ein Dämpfungsglied bei starken Signalen überbrückbar ist, so daß es
relativ schnell zu einem Ansprechen der Vorrichtung kommt. Genauso kann es
gerade beim Beispiel des Scheibenwischers aber auch erforderlich sein, daß
eine möglichst schnelle Rückführung auf den Nullzustand gewünscht ist,
wenn z. B. das Fahrzeug an einer Ampel hält oder plötzlich in einen Tunnel
einfährt. Aus diesem Grunde werden die für die Steuerung der Vorrichtung
zunächst ausgeblendeten Signale aufintegriert und sofern sich bei dieser
Integration ein Wert ergibt, der unter einem bestimmten Grenzwert liegt,
kann die Speichereinheit entladen werden, die für die Ausgangssignale an
die Vorrichtung ausschlaggebend ist. Aus Sicherheitsgründen empfiehlt sich
hier ggf. ein Nachwischen, was durch ein Herunterzählen im Rahmen der
Intervallschaltung z. B. eines Scheibenwischers möglich ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Auswertevorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Windschutzscheibe,
Fig. 3 Diagramme a) bis d) über den zeitlichen Verlauf der
Signale von Motorendschalter und Motor; der Meßanord
nung bei wenig Benetzung; der Meßanordnung bei star
ker Benetzung; der veränderlichen Zeitkonstante.
Eine Auswertevorrichtung 10 dient zur Auswertung von Signalen, die
von einer Meßanordnung 11 zum Messen oder Erkennen einer Benetzung
einer Fläche ermittelt sind. Die Signale können beispielsweise von
wenigstens einem Sensor auf einer oder mehreren Meßstrecken aufgrund
der inneren Reflexion einer von einer Strahlung durchstrahlbaren
Platte oder Wand gemessen werden, wobei die Benetzung zu einer
Veränderung der inneren Reflexion führt. Dabei können die
Veränderungen taktweise bei verschiedenen Sensoren S oder durch
Beaufschlagung verschiedener Strahlungsquellen taktweise abgefragt
werden, wobei es aufgrund der unterschiedlichen Anordnungen zu
verschienen Werten kommt, die eine Differenzwertbildung ermöglichen.
Aufgrund dieser Differenzwerte wird in einer Regelanordnung 12 ein
Eingangssignal für die Auswertevorrichtung 10 ermittelt. Die
detektierten Signale werden in der Regelanordnung 12 zugleich so
ausgeregelt, daß eine Empfindlichkeit für weitere Veränderungen der
Reflexionsstrecke stets gegeben ist.
Wenngleich bisher lediglich von einer Meßanordnung nach dem eingangs
genannten Gebrauchsmuster die Rede war, so versteht sich von selbst,
daß auch andere Meßanordnungen für diese Zwecke geeignet sind, so
fern einerseits aufgrund der Ergebnisse wenigstens einer Meßstrecke
Differenzwerte gebildet werden und andererseits eine Ausregelung
mittels einer Zeitkonstante erfolgt. Die Ausregelung erfolgt
grundsätzlich so, daß der Differenzwert des Signals gegen Null geht,
wobei bei einer langen Zeitkonstante der Differenzwert langsamer
gegen Null geht als bei einer kurzen Zeitkonstante. Die
Zeitkonstante ist also das Glied, das die Empfindlichkeit des
Sensors maßgeblich beeinflußt. Zur Veränderung der Zeitkonstante
sind Stellmittel vorgesehen, die während des Auftretens einer
Benetzung die Zeitkonstante verändern und vorzugsweise kürzer
einstellen, als zu einem Zeitpunkt, während dem keine Benetzung
vorhanden ist.
Diese gesamte Auswertevorrichtung und Meßanordnung kann zu verschie
densten Zwecken eingesetzt werden, wie z. B. zur Steuerung von
Wasserbeseitigungs- oder Beregnungsvorrichtungen. Vorzugsweise fin
det sie Einsatz überall dort, wo Veränderungen durch Spritzwasser
auftreten. Im folgenden wird jedoch der Einfachheit halber die ge
samte Vorrichtung anhand einer Steuerung oder Regelung eines
Scheibenwischermotors erläutert.
Bei einer Beseitigungsvorrichtung wie einem Scheibenwischermotor M
wird während des Auftretens einer Benetzung und somit während des
Wischvorgangs die Zeitkonstante kürzer eingestellt als im
Ruhezustand des Scheibenwischermotors. Allein schon dadurch ist es
möglich, Veränderungen, die durch von selbst abtrocknende Schlieren
auftreten, aus den Meßsignalen auszublenden. Registriert werden von
der Meßanordnung vielmehr die weiteren mit der Zeit veränderlichen
Zustände. Die Zeitkonstante wird somit von der Auswertevorrichtung
10, in die ggf. auch die Regelanordnung 12 integriert ist, in
Abhängigkeit des Eingangssignals Es und der Stellung der
Antriebseinrichtung der Vorrichtung gesteuert, die in Abhängigkeit
des Ausgangs- oder Meßwertsignals Ms gesteuert wird. Vorzugsweise
erfassen also Positionserfassungsmittel die Stellung des
Scheibenwischers oder es wird das Signal des Motorendschalters E als
Signal zur Veränderung der Zeitkonstante erkannt. Nach dem Einregeln
ggf. mit sehr kurzer Zeitkonstante stellen zu Beginn der Auswertung
Stellmittel 14 die Zeitkonstante Tv auf einen zeitlich längeren Wert
ein, um auch geringste Veränderungen des Reflexionssignals zu
erfassen. Sobald es aber zu einer Benetzung kommt und insbesondere
sobald der Wischvorgang eines Scheibenwischers 25 beginnt, erfolgt
eine Umschaltung auf einen anderen, d. h. bei einem Scheibenwischer
auf einen zeitlich kürzeren Wert, um auch schneller stattfindende
Änderungen zu erfassen.
Maßgebliche Signale für die Veränderung sind gemäß Fig. 3a das im
oberen Teil angedeutete Ein-Aus-Signal des Motorendschalters sowie
das Signal des Scheibenwischermotors. Das Stellsignal des Endschal
ters gibt ein Signal an die Stellmittel 13, die die Zeitkonstante Tv
in der Regelanordnung verändern. Sobald der Endschalter bei
beginnendem Regen ein Signal abgibt, wird, ggf. über einen Timer T1
begrenzt oder über einen einzelnen Wischvorgang hinaus verlängert,
das Signal für die Änderung der Zeitkonstante Tv gegeben.
Sofern die Meßanordnung nicht außerhalb des Wischbereichs oder des
von der Vorrichtung, die in Abhängigkeit der Benetzung gesteuert
wird,überstrichenen Bereichs angeordnet ist, genügt es nicht, die
Zeitkonstante allein während des Wischvorgangs zu verändern, da auch
während des Wischvorgangs selbst, insbesondere bei Scheibenwischern,
aber auch bei Überstreichen der Meßanordnung beispielsweise durch
eine Beregnungsvorrichtung Änderungen stattfinden, die ggf.
auszublenden oder unterschiedlich zu bewerten sind. Beim
Überstreichen einer Windschutzscheibe wie in Fig. 2 dargestellt,
wird vom Scheibenwischer 25 üblicherweise die Meßanordnung 11
wenigstens einmal überstrichen, sofern sich die Meßanordnung im
Randbereich der Wischzone befindet. Normalerweise wird sie jedoch
zweimal überstrichen, und da genau die Änderung im Wischverhalten
registriert werden soll, ist es erforderlich, daß die Meßanordnung
tatsächlich im Wischbereich liegt. In Fig. 3a unten ist der
zeitliche Verlauf eines Wischvorgangs dargestellt, wobei zunächst
der Scheibenwischermotor noch ausgeschaltet ist und dann
einschaltet, und an den beiden Positionen x jeweils die Meßanordnung
überstreicht. Üblicherweise schiebt der Scheibenwischer einen
Wasserschwall vor sich her, so daß es an dieser Stelle zu starken
Impulsen und Signalen kommt, was z. B. in Fig. 3b für eine
Wassermenge Q₁ dargestellt ist. Selbst bei einer geringen
Wassermenge, wie in Fig. 3b dargestellt, ergibt sich ein
ausgeprägtes Eingangssignal Es (Q₁) Dieses Signal verfälscht nun
grundsätzlich die Meßwerte, so daß es ausgeblendet werden muß. Dies
kann entweder dadurch geschehen, daß die Meßanordnung so
unempfindlich gemacht wird, daß diese Veränderungen nicht mehr
registriert werden oder lediglich zu kurzen Impulsen führen, die
ausgeblendet werden. Bei einer kurzen Zeitkonstante ergibt sich dann
infolge der Wassermenge kein Eingangssignal Es.
Diese Umschaltung kann nun entweder in der Auswertevorrichtung
dadurch geschehen, daß eine Umschaltung über Schaltmittel 21 auf
voreingestellte hohe und niedrige Werte erfolgt oder daß der
Regelanordnung über die Stellmittel 14 in zeichnerisch nicht
dargestellter Weise ein Zeitkonstantenglied geschaltet wird. Durch
die Schaltmittel 21 können während einer langen Zeitkonstante, also
z. B. bei der voreingestellten Zeitkonstante Tv, die von der
Regelanordnung vorgegeben ist, die Signale auf eine Speichereinheit
15 geleitet werden. Die Signale hingegen, die in der Zeit abgegeben
werden, in der die Zeitkonstante auf den Wert Tv₂ geschaltet ist,
können über eine andere Leitung zu anderen Zwecken weitergeleitet
werden. Hier besteht die Möglichkeit, die letztgenannten
Eingangssignale Es entweder vollständig oder zumindest teilweise
auszublenden. Beachtet werden zur Steuerung des Scheibenwi
schermotors insbesondere die während der Zeitkonstante Tv
gesammelten Signale. Zur Vereinfachung besteht dabei die
Möglichkeit, in Abhängigkeit eines Timer T2 eine bestimmte Zeit T₁
nach Motorendsignal 30 eine Umschaltung auf Tv₂ vorzunehmen und
diese Zeitkonstante beizubehalten, bis das nächste Motorendsignal
des Motorendschalters E erfolgt. Selbstverständlich sind hier auch
andere Umschaltzeitpunkte in Abhängigkeit von Positionser
fassungsmitteln möglich. Die Speichereinheit 15 selbst umfaßt
zunächst einen ersten Speicher 16, der seine Signale über ein
schwellwertabhängiges Dämpfungsglied 17 an einen weiteren Speicher
18 abgibt. Durch eine Überbrückungsschaltung 22 kann dieses
Dämpfungsglied jedoch überbrückt werden, so daß bei extrem starken
Signalen der weitere Speicher 18 schneller geladen wird. In
Abhängigkeit des Speicherinhalts wird über einen Oszillator 23 das
Meßwertsignal Ms an den Scheibenwischermotor geleitet, der über
seinen Endschalter wiederum Signale für die Stellmittel 13 und 14
gibt. Ggf. kann auch der Speicherinhalt unmittelbar als
Regelparameter für die Stellmittel herangezogen werden. In
Abhängigkeit der ermittelten Signale kann der Scheibenwischermotor
bei starkem Regen auch auf eine höhere Geschwindigkeit gestellt
werden. Hier kann der Timer T2 der Stellmittel 14 ggf. auch
entsprechend reagieren.
Die während des Überstreichens der Meßanordnung übermittelten Werte
können jedoch auch verwertet werden. Bei der Steuerung eines Schei
benwischers bietet es sich an, diese Werte als Trockenlaufsteuerung
zu erfassen. Ein derartiges Trockenlaufen kann z. B. auftreten, wenn
ein Fahrzeug an einer Ampel abbremsen muß oder plötzlich ein Tunnel
befahren wird. Grundsätzlich schiebt beim Überstreichen der Meßan
ordnung der Scheibenwischer eine gewisse Wassermenge vor sich her.
Während des Bestehens der Zeitkonstante Tv₂ können nun die auftre
tenden Signale hinsichtlich ihrer Intensität beispielsweise durch
Integration mittels Integrator 19 ermittelt werden. Sobald dann ein
bestimmter voreinstellbarer Grenzwert Gref unterschritten wird und
über den Flip-Flop-Schalter 24 ein Weiterlaufen des Scheibenwischers
gemeldet wird, entlädt das Schaltmittel 20 den Speicher 18 auf Wei
sung einer Regelanordnung 29, so daß durch den Oszillator keine
neuen Meßwertsignale Ms gebildet werden können. Ergibt der Vergleich
im Integrator 19, daß der Grenzwert noch überschritten ist, so wird
jedesmal das Flip-Flop-Element zurückgesetzt und durch die Betäti
gung des Endschalters wieder neu gesetzt. Dadurch ist es möglich,
sicherzustellen, daß bei einer plötzlichen Tunnelfahrt der Scheiben
wischer auf Null gestellt wird. Aus Sicherheitsgründen kann es
erforderlich sein, daß diese Rückschaltung nicht unmittelbar
erfolgt. Hier wird zunächst über die Stellmittel 14 die
Zeitkonstante auf einen längeren Wert eingestellt und außerdem
besteht die Möglichkeit, die Intervallregelung beispielsweise des
Scheibenwischers stufenweise bis auf Null zurückzuschalten. Dies
kann durch einfaches Herunterzählen der weiteren Wischvorgänge
erfolgen.
In Abhängigkeit der Zeitkonstanten Tv und Tv₂, die gemäß Fig. 3d ge
schaltet werden, ergibt sich dann bei der Wassermenge Q₂ ein Ein
gangssignal Es (Q₂), was bei der gestrichelt dargestellten kurzen
Zeitkonstante lediglich zu zwei kurzen Signalen beim Überstreichen
des Sensors führt, im übrigen bei einer langen Zeitkonstante ledig
lich dann zu einem Signal führt, wenn der Schwellwert As (Tv) im
schraffierten Bereich überschritten wird. Der Zeitkonstante Tv₂ ist
dabei der Schwellwert As (Tv₂) zugeordnet (Fig. 3c).
Claims (9)
1. Auswertevorrichtung (10) für Signale, die von einer Anordnung zum
Messen oder Erkennen einer Benetzung einer Fläche (Meßanordnung 11)
ermittelt sind, zur Erzeugung eines Steuer- und/oder Meßwertsignals
(Ms),
dadurch gekennzeichnet, daß die Signale durch taktweises Abfragen
wenigstens einer Meßstrecke (S) ermittelt sind und daß die von der
Meßanordnung ermittelten Signale mit Hilfe einer Regelanordung (12)
ausregelbar sind, die mit einer veränderlichen Zeitkonstante (Tv, Tv₂)
detektierte Signale so ausregelt, daß der Differenzwert des Signals
gegen Null geht, und daß eine Vorrichtung, die in Abhängigkeit der
Benetzung gesteuert ist, die Meßanordnung (11) pro Betätigungsintervall
wenigstens einmal überstreicht und Stellmittel (14) die Zeitkonstante
(Tv₂) zumindest während des Überstreichens so einstellen, daß das
Signal weitgehend unterdrückt ist, das von der Vorrichtung und ggf. von
von der Vorrichtung verdrängter Benetzung erzeugt ist.
2. Auswertevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Signale durch taktweises Abfragen mehrerer Meßstrecken und
Differenzwertbildung der auf den einzelnen Meßstrecken ermittelten
Werte ermittelt sind.
3. Auswertevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Auswertevorrichtung (10) eine Speichereinheit (15) aufweist, die im
wesentlichen die Signale speichert, die auftreten, solange die Zeit
konstante lang eingestellt ist, und die Signale zumindest teilweise
ausblendet, die während des Überstreichens bei kurzer Zeitkonstante
anfallen.
4. Auswertevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Speichereinheit (15) einen ersten Speicher (16) umfaßt, der über ein
Dämpfungsglied (17) mit einem weiteren Speicher (18) verbunden ist,
wobei das Dämpfungsglied für starke Impulse überbrückbar ist, und daß
in Abhängigkeit des Speicherinhalts die Zeitkonstante (Tv) verändert
wird.
5. Auswertevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorrichtung, die in Abhängigkeit von der Be
netzung gesteuert ist, ein Scheibenwischer (25) ist, dessen Motorend
schalter (E) das Signal zur ggf. über einen Timer verzögerten
Umschaltung auf die Zeitkonstante gibt.
6. Auswertevorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeich
net, daß die bei kurzer Zeitkonstante (Tv₂) u. a. während des Überstrei
chens der Meßanordnung ermittelten Signale hinsichtlich ihrer Stärke
ausgewertet werden und bei Unterschreiten eines einstellbaren Grenzwer
tes die Speichereinheit entladen.
7. Auswertevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Signale hinsichtlich ihres Energieinhalts mittels Integrator (19) inte
griert werden und daß bei Unterschreiten eines bestimmten Integralwer
tes der weitere Speicher (18) entladen wird.
8. Auswertevorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß
bei Unterschreiten des Grenzwertes Schaltmittel (20) eine Vorrichtung
zur Beseitigung einer Benetzung zurückschalten und die Stellmittel (14)
die Zeitkonstante auf einen zeitlich langen Wert einstellen.
9. Auswertevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaltmittel (20) die Intervallregelung des als Beseitigungsvorrich
tung ausgebildeten Scheibenwischers (25) stufenweise bis auf Null zu
rückschalten.
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