DE4339574A1 - Auswertevorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Auswertevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

In dem nachveröffentlichten DE-GM 93 09 837 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. Man erstrebt, daß die von den Steuersignalen, gesteuerte Vorrichtung schnell und flexibel auf Änderungen in der Reflexion reagiert und daß es schnell zu einem Ansprechen der Vorrichtung kommt. Gerade beim Beispiel des Scheibenwischers ist es erforderlich, eine möglichst schnelle Rückführung auf den Nullzustand zu erreichen, wenn z. B. das Fahrzeug an einer Ampel hält oder plötzlich in einen Tunnel einfährt. Hierzu werden die Signale auch dahingehend erfaßt, daß ihre Stärke oder ihr Energieinhalt gemessen und mit einem Grenzwert verglichen wird. In Abhängigkeit des Ergebnisses wird dann die Vorrichtung gesteuert. Ein Absinken des Energieinhalts ist aber bei einem Scheibenwischer einem Trockenwischen gleichzusetzen, so daß schnell eine derartige Veränderung erkannt wird. Lästiges Quietschen einhergehend mit Beschädigungen des Wischers werden vermieden.

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 gesteuerte Vorrichtung den Bereich des Sensors überstreichen. Allein durch das Überstreichen kommt es zu einer Änderung des Ein­ gangssignals, was entsprechend berücksichtigt werden muß. Nach Anspruch 2 wird die Zeitkonstante daher in einem zeitnahen Bereich während des Überstreichens der Meßanordnung auf einen kürzeren Wert gestellt, wodurch die Meßanordnung unempfindlicher wird. Auftretende Signale erscheinen zeitlich kürzer. 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.

Nach den Ansprüchen 3-6 werden die für die Steuerung der Vorrichtung erforderlichen oder ggf. zunächst ausgeblendeten Signale aufintegriert und sofern sich bei dieser Integration ein Wert ergibt, der unter einem bestimmten Grenzwert liegt, kann eine 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.

Ergänzend können nach den Ansprüchen 7 und 8 die während des Überstreichens ermittelten Werte vollständig oder zumindest weitgehend ausgeblendet werden, so daß sie die Steuerung der Vorrichtung nicht beeinflussen können.

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 in einem sensoraktiven Bereich 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 verschiedenen 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, sofern 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 dem 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 G_ref 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 Meßanordnung (11) zum Messen oder Erkennen einer Benetzung einer Fläche ermittelt sind, zur Erzeugung eines Steuer- und/oder Meßwertsignals (Ms) für eine Vorrichtung, die in Abhängigkeit der Benetzung steuerbar ist und vorzugsweise den sensoraktiven Bereich der Vorrichtung je Betätigungsintervall wenigstens einmal berührt oder überstreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung die während zumindest eines Betätigungsintervalls auftretenden Signale zumindest teilweise hinsichtlich ihrer Stärke erfaßt und bei Unterschreiten eines bestimmten Grenzwertes die Vorrichtung beeinflußt.

2. Auswertevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale durch taktweises Abfragen wenigstens einer Meßstrecke mit wenigstens einem Sensor (S) und Differenzwertbildung der ermittelten Werte ermittelt sind und daß die von der Meßanordnung ermittelten Signale mit Hilfe einer Regelanordnung (12) ausregelbar sind, die mit einer veränderlichen Zeitkonstante (Tv, Tv₂) detektierte Signale so ausregelt, daß der Differenzwert des Signals gegen Null geht, und daß 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.

3. Auswertevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bei kurzer Zeitkonstante (Tv₂) z. B. während des Überstreichens der Meßanordnung ermittelten Signale hinsichtlich ihrer Stärke ausgewertet werden und bei Unterschreiten eines einstellbaren Grenzwertes eine Speichereinheit (15) entladen, anhand deren Inhalt die Steuer- und/oder Meßwertsignale erzeugt sind.

4. Auswertevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale hinsichtlich ihres Energieinhalts mittels Integrator (19) inte­ griert werden und daß bei Unterschreiten eines bestimmten Integralwer­ tes die Speichereinheit (15) entladen wird.

5. Auswertevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Unterschreiten des Grenzwertes Schaltmittel (20) eine Vorrichtung zur Beseitigung einer Benetzung zurückschalten und Stellmittel (14) die Zeitkonstante auf einen zeitlich langen Wert einstellen.

6. Auswertevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel (20) die Intervallregelung des als Vorrichtung ausgebil­ deten Scheibenwischers (25) stufenweise bis auf Null zurückschalten.

7. Auswertevorrichtung nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertevorrichtung (10) eine Speichereinheit (15) aufweist, die im wesentlichen die Signale speichert, die auftreten, solange die Zeitkonstante lang eingestellt ist, und die Signale zumindest teilweise ausblendet, die während des Überstreichens bei kurzer Zeitkonstante anfallen.

8. 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 eine Timer verzögerten Umschaltung auf die Zeitkonstante gibt.

9. Auswertevorrichtung nach Anspruch 7, 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.