DE68901989T2

DE68901989T2 - Elektronische regen-erkennungsvorrichtung.

Info

Publication number: DE68901989T2
Application number: DE1989601989
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Bellard; Jean-Luc Buot; Michel Warenghem
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1988-03-18
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1993-03-25
Anticipated expiration: 2009-03-11
Also published as: EP0333564A1; DE68901989D1; EP0333564B1; FR2628840A1; FR2628840B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Regen-Erkennungsvorrichtung für Fahrzeuge, die nicht in die Fahrzeugwindschutzscheibe integriert ist, mit einem
Fühler, der aus einem isolierenden Halter besteht, welcher auf der dem Regen zugewandten Seite zwei Elektroden aufweist, welche die Form ineinandergreifender Kämme aufweisen und der aus einem zugeordneten Schaltkreis besteht, wobei-der die Elektroden tragende Halter mit einer dünnen wasserdichten Schicht bedeckt ist, welche dielektrische Eigenschaften aufweist und welche die Elektroden bedeckt.
Die meisten in derartigen Regen-Erkennungsvorrichtungen eingesetzten Fühler arbeiten mit Widerstandsmessung und fallen schnell aus, da das Vorhandensein einer oder mehrerer Tropfen zwischen den beiden Elektroden einen elektrischen- Kurzschluß bewirken kann. Auch die Kontaktverschmutzung kann zu einem Kurzschluß führen; im nützlichen Teil ist dadurch die Empfindlichkeit gering.
Es sind auch Fühler für Regen-Erkennungsvorrichtungen mit Kapazitätsmessungen bekannt. Dies ist insbesondere der Fall für den Regenfühler, der in der EP-A 0191639 beschrieben ist. Dieser auf der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges angeordnete Fühler liefert logische Ja- oder Neinsignale, mit denen die Scheibenwischer eingeschaltet werden oder in den Schnellgang geschaltet werden.
Die vorliegende Erfindung hat das Ziel einen mit Kapazitätsmessung arbeitenden Fühler für eine Regen-Erkennungsvorrichtung zu schaffen, der nicht in die Fahrzeugwindschutzscheibe integriert ist und der empfindlicher ist als der in der EP-A 0191639 beschriebene Fühler ist. Erfindungsgemäß wird die Tatsache ausgenutzt, daß die Kapazität linear proportional ist zur Menge des auf dem Fühler auftreffenden Wassers, um elektronisch durch Ableitung eine Messung der Veränderung der Wassermenge durchzuführen. Die Technologie dieses Fühlers führt zu keinerlei Kurzschluß durch Kontaktverschmutzung. Die Fahrzeuggeschwindigkeit wirkt sich dabei positiv auf die Taktfolge aus. Selbst bei Schneefall behält der Fühler aufgrund einer eingebauten Heizung seine Funktion bei.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gehört das wasserdichte Material mit den dielektrischen Eigenschaften zur Gruppe Glas, Nylon, Teflon und Parylen.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel erfolgt die Verbindung zwischen den Elektroden und dem elektronischen Schaltkreis mittels metallisierter Öffnungen, welche den Halter durchsetzen und die mit dem wasserdichten, dielektrischen Material bedeckt sind.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel besteht der dem Fühler zugeordnete elektronische Schaltkreis aus einem Oszillator, auf den die Fühlerkapazität einwirkt und direkt die Schwingungsperiode steuert sowie aus einer Anordnung um den Halter auf konstanter Temperatur zu halten.
Weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Fühler;
Fig. 2 eine Kurve, welche die Veränderung der Fühlerkapazität als Funktion der Wassermenge ausgedrückt in der Tropfenanzahl darstellt;
Fig. 3 und 4 die kapazitive Funktionsweise des Fühlers;
Fig. 5 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Fühlers;
Fig. 6 eine Unteransicht des in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiels;
Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel für den Fühler und
Fig. 8 eine schematische Darstellung des dem Fühler zugeordneten Schaltkreises.
Die Vorrichtung besteht aus einem in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichneten Fühler und einem zugehörigen elektronischen Schaltkreis 6.
Wie Fig. 1 zeigt besteht der Fühler 1 aus einem isolierenden Halter 11, dessen dem Regen zugewandte Außenfläche 111 mit zwei metallischen Elektroden in Form von Kämmen 2 und 3 versehen ist. Die beiden Elektroden greifen ineinander, so daß die Zinken abwechselnd angeordnet sind.
Die Zinken dieser Kämme sind ausreichend nahe zueinander angeordnet, um sehr kleine Regentropfen oder Nebel festzustellen. Beispielsweise ist ein Abstand in der Größenordnung von 0,25 mm zwischen den Elektroden 2 und 3 ein guter Kompromiß.
Der isolierende Halter 11 kann eine Keramik sein, z. B. Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3; zu 96%). Die Elektroden 2 und 3 können mittels Siebdruck z. B. nach der Dickschichttechnologie aufgebracht werden.
Der Fühler kann auch nach der Technologie der gedruckten harten oder weichen Schaltungen hergestellt werden, wobei in diesem Fall der Halter aus Epoxy, Polyamid oder Mylar besteht. Als Halter kann auch das Glas der Windschutzscheibe dienen, wobei die Elektroden direkt auf das Glas der Windschutzscheibe aufgebracht werden, das dann von Leitungen durchsetzt wird.
Die Außenfläche 111 des Halters 11 wird durch eine dünne Schicht 4 aus dielektrischem wasserdichten Material bedeckt, welches dielektrische, vorzugsweise wasserabstoßende Eigenschaften aufweist. Diese Schicht bedeckt vollständig und kontinuierlich die Elektroden 2 und 3 und den Halter 11. Durch sie wird der Fühler zu einem Kondensator, wobei die Kondensatorbelegungen durch die beiden Kämme gebildet werden. Die Dicke der Schicht beträgt zwischen 5 und 100 um.
Die dielektrische Konstante des Materials muß kleiner als die dielektrische Konstante des Wassers sein. Eine dielektrische Konstante kleiner oder gleich 10 reicht dabei aus. Die dielektrische Schicht ermöglicht eine Verringerung und praktisch eine lineare Annäherung der üblicherweise dieser Art von Fühler anhaftenden Nicht-Linearitäten.
So genügt beispielsweise als Funktion der Abhängigkeit von den Elektroden 2 und 3 eine Glasdicke von 20 um, um Nieseltröpfchen oder Nebel festzustellen.
Als Material für die dielektrische Schicht 4 eignet sich Glas, Nylon, Teflon oder Parylen.
Die Elektroden 2 und 3 sind mit einem zugehörigen elektronischen Schaltkreis verbunden, welcher die Kapazitätsänderungen in Änderungen einer Schwingungsperiode umsetzt.
Die Verbindungen zwischen den Elektroden 2 und 3 und dem Schaltkreis 6 erfolgen mittels Verbindungsleitern, welche Öffnungen 13, 14 durchsetzen, die im Halter vorgesehen sind. Die Öffnungen sind ebenfalls mit der Schicht 4 bedeckt. Der Fühler ist dadurch vollständig durch die Schicht 4 isoliert.
Auf der Seite 112 sind Versorgungsanschlüsse und Ausgänge 61 und 62 vorgesehen.
Die Kapazität des Fühlers ist Teil eines Oszillators 63 vom Typ RC. Die von diesem Oszillator abgegebene Frequenz wird durch einen logischen Frequenzteilerkreis 64 dergestalt unterteilt, daß das Signal bis zu einer Verarbeitungskarte weitergeleitet wird. Das unterteilte Frequenzsignal wird einer Schaltung zugeführt (z. B. einer PLL genannten Phasenverriegelungsschleife), welche die positiven Variationen der Signalperiode mißt. Ein Anwachsen der Periode entspricht einer Erhöhung der Fühlerkapazität und demzufolge einer Wasserzunahme auf dem Glas.
Ein Heizkreis 5 ist unterhalb des Halters 11 vorgesehen. Dieser Heizkreis wird durch Anschlüsse 51 und 52 versorgt. Er weist einen Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten auf.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel des Heizkreises weist der Thermistor einen thermischen Übergangspunkt bei der gewünschten Temperatur auf.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des Heizkreises ist der Thermistor durch Siebdruck hergestellt und auf dem Halter 11 aufgebracht unter Zuordnung zu einer elektronischen Schaltung zur Temperaturkonstanthaltung.
Bei dem in Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiel sind der elektronische Schaltkreis 6 und der Heizkreis 5 auf der Rückseite des isolierenden Halters 11, d. h. auf der vom Regen geschützten Seite angeordnet.
Bei einem ersten Anbringungsbeispiel des Fühlers 1 wird dieser mit einer Neigung ähnlich derjenigen der Windschutzscheibe und, sofern möglich, auf der leitenden Seite angeordnet.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, besteht der Fühler aus zwei ebenen Halbfühlern, die geneigt zueinander sind und deren jeder mit Elektroden und einer dielektrischen Schicht versehen ist. Diese dachförmige Anordnung erleichtert das Abfließen von Wasser auf jeder Fühlerseite. Eine derartige Lösung ist vorteilhaft, wenn der Regen von einer Seite auf das Fahrzeug trifft, wobei immer eine der Ebenen dem Regen ausgesetzt ist. Aufgrund der geneigten Stellung einer Fühlerfläche und der Fahrzeuggeschwindigkeit kann bei normalem Regen der Fühler niemals gesättigt sein. Bei einem sehr starken Regenfall, welcher den Fühler sättigt, führt die ungewöhnlich hohe Kapazität, welche leicht meßbar ist, dazu, daß automatisch der Schnellgang der Scheibenwischer eingeschaltet wird.
Im folgenden wird die Funktionsweise der Vorrichtung beschrieben.
Sofern keine Tröpfchen auf den Fühler fallen (Fig. 3) verhält sich dieser wie ein Kondensator. Beim Auftreffen eines Tröpfchens (Fig. 4) auf den Fühler wird dessen Kapazität verändert. Die dielektrische Konstante des Wassers ist erheblich im Vergleich zu derjenigen des Materials 4.
Die Kapazität erhöht sich linear mit der Menge an Wasser, welches auf den Fühler auftrifft (Fig. 2).
Aufgrund des nicht mit Wasser benetzbaren Materials und der Neigung des Fühlers wird dieser im Normalfall niemals vollständig mit Wasser bedeckt.
Der elektronische Schaltkreis stellt am Oszillatorausgang ein Signal zur Verfügung, dessen Periode direkt proportional zur Kapazität ist, d. h. zur Gegenwart von Wasser auf dem Fühler, wobei die Periodenvariation der Tropfengröße entspricht. Die Signalfrequenz wird unterteilt, um das Signal einer Verarbeitungseinheit zuzuführen.
Die Variation der Kapazität hängt von der Größe der Tropfen und von ihrem Auftreffen auf der Schutzschicht 4 ab. Damit lassen sich verschiedene Arten von Regen unterscheiden und automatisch korrigieren durch das Auftreffen von auf der Scheibe zerplatzenden Tropfen sowie Variationen, die auf die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Regendichte zurückzuführen sind.
Der Heizschaltkreis auf der Rückseite des Fühlers hält diesen auf einer Temperatur, die wenigstens gleich derjenigen der Windschutzscheibe ist. Damit simuliert er die im Fahrgastraum herrschende und direkt auf die Windschutzscheibe einwirkende Temperatur. Gleichzeitig simuliert er den Vorbeigang der Scheibenwischer, welche die Windschutzscheibe vom Regen befreien durch thermische Entfernung der Tropfen vom Fühler. Er ermöglicht es im Falle von Nieselregen oder Nebel das Wasser vom Fühler zu entfernen und gleichzeitig eine hohe Empfindlichkeit für diese feinen Tröpfchen beizubehalten. Im Falle von Schnee bewahrt er den Fühler von Vereisungen und führt dazu, daß auftreffende Schneeflocken bei Berührung mit dem Fühler in Wasser umgewandelt werden.

Claims

1. Elektronische Regen-Erkennungsvorrichtung für Fahrzeuge, die nicht in die Fahrzeugwindschutzscheibe integriert ist, mit einem Fühler (1) , der aus einem isolierenden Halter (11) besteht, welcher auf der dem Regen zugewandten Seite zwei Elektroden (2, 2) aufweist, welche die Form ineinandergreifender Kämme aufweisen und der aus einem zugeordneten elektronischen Schaltkreis (6) besteht, wobei der die Elektroden (2, 3) tragende Halter (11) mit einer dünnen, wasserdichten Schicht (4) bedeckt ist, welche dielektrische Eigenschaften aufweist und welche die Elektroden bedeckt, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der zugeordnete elektronische Schaltkreis (6) und ein Heizschaltkreis (5) auf der Rückseite des isolierenden Halters (11) auf der dem Regen abgewandten Seite angeordnet sind, und daß andererseits der zugeordnete elektronische Schaltkreis (6) eine Steueranordnung aufweist, um den Fühler (1) auf eine Temperatur zu bringen, die wenigstens gleich derjenigen der Windschutzscheibe ist, wobei ein Oszillator den Augenblickswert der Kapazität des Fühlers (1) mißt und ein periodisches Signal abgibt proportional zur Kapazität des Fühlers, wobei dieses Signal frequenzgeteilt wird bevor es einer Verarbeitungseinheit zugeführt wird, welche durch Ableitung einen Steuerbefehl für die Scheibenwischer liefert, in Abhängigkeit von der vom Fühler festgestellten Wassermenge.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Elektroden (2, 3) und dem elektronischen Schaltkreis (6) mittels metallisierter Öffnungen erfolgt, welche den Halter (11) durchsetzen und die von der dichten dielektrischen Schicht (4) bedeckt sind.

3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizschaltkreis einen Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (1) aus zwei dachförmig angeordneten Halbfühlern besteht.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Halter (11) der Gruppe aus Glas, Keramik, Epoxy, Polyimid und Mylar angehört.