DE69300707T2

DE69300707T2 - Automatische reinigungsvorrichtung, insbesondere für eine kraftfahrzeugwindschutzscheibe.

Info

Publication number: DE69300707T2
Application number: DE69300707T
Authority: DE
Inventors: Marcel Arditi; Louis Bechet; Benjamin Ittah
Original assignee: SMH Management Services AG
Current assignee: Swatch Group Management Services AG
Priority date: 1992-06-23
Filing date: 1993-06-22
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2013-06-23
Also published as: ES2083869T3; CN1137738A; FR2692535B1; EP0598875A1; FR2692535A1; US5432415A; JPH07502232A; WO1994000319A1; DE69300707D1; EP0598875B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft in genereller Weise eine Reinigungsvorrichtung mit automatischer Steuerung, dazu bestimmt, von der Oberfläche eines Glases, beispielsweise einer Fahrzeugwindschutzscheibe, feuchte Fremdkörper zu entfernen, wie Schlamm, Regen oder Schnee, welche die Sicht beeinträchtigen, und sie bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung dieses Typs, die elastische Wellen für das Erkennen des Vorhandenseins dieser Fremdkörper verwendet.
Man kennt verschiedene Mittel zum Erkennen des Vorhandenseins von Fremdkörpern auf der Oberfläche eines Glases. Am häufigsten macht man davon Gebrauch, daß die Transmission einer Welle (optische, elastische oder andere Welle) in dem Material des Glases hinreichend durch eine Modifikation des Milieus, in welchem das Glas sich befindet, beeinflußt werden kann. Auf diese Weise kann im Falle der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges die Transmission einer Lichtwelle durch Mehrfachreflexion in der Dicke des Glases mehr oder weniger gedämpft werden in Abhängigkeit vom Zustand der Oberfläche einer der Wandungen der Windschutzscheibe.
Das französische Patent 2 648 096 schlägt ein automatisches Reinigungssystem vor unter Verwendung von optischen Erfassungsmitteln, die von diesem Dämpfungsprinzip Gebrauch machen.
Dieses letztere Prinzip bleibt gültig im Falle einer elastischen Welle, und Ultraschallerfassungssysteme sind häufig vorgeschlagen worden.
Das deutsche Patent DE 40 33 975 beispielsweise erfaßt die Veränderungen die Amplitude eines Ultraschallsignals, empfangen von einem Detektor, der in einem bestimmten Abstand von dem Sender angeordnet ist.
Ein analoges Erfassungsprinzip der Veränderung der Amplitude wird in der französischen Patentanmeldung 91 05784 verwendet, in der die Funktionen der Emission und des Empfangs von ein- und demselben Wandler realisiert werden.
In der japanischen Patentanmeldung JP 59-192 651 ist es die Existenz von Zusatzimpulsen in dem von dem Detektor empfangenen Ultraschallsignal, die es ermöglicht, auf das Vorhandensein von Fremdkörpern rückzuschließen. Diese Zusatzimpulse stammen von der Tatsache, daß das Vorhandensein von Fremdkörpern Transmissionspfade der zusätzlichen Welle erzeugt.
Die oben genannten bekannten Vorrichtungen verwenden ein Ultraschallerfassungssystem, das nichtsdestoweniger den Nachteil aufweist, bei relativ hoher Frequenz zu arbeiten, typischerweise in der Größenordnung von 1 bis 100 MHz; und da diese Frequenz entweder als ständige Welle oder in Form von Impulsen ausgesandt wird, müssen die Verarbeitungsschaltkreise gleichermaßen bei hoher Frequenz arbeiten können. Diese Bedingung verbietet, für diesen Anwendungsfall die Verwendung von weniger teuren Schaltkreisen ins Auge zu fassen, wie jene, die mit Hilfe der langsameren Technik hergestellt werden, beispielsweise MOS- oder CMOS-Technik. Man erkennt aber ohne weiteres, daß ein hoher Herstellungspreis eine Bremse für die Verallgemeinerung der Verwendung solcher Reinigungsvorrichtungen mit automatischer Steuerung darstellt, welche jedoch für den Benutzer einen unbestreitbaren Vorteil sowohl hinsichtlich des Komforts wie auch hinsichtlich der Sicherheit repräsentieren.
Es ist demgemäß ein Ziel der Erfindung, eine Reinigungsvorrichtung mit automatischer Steuerung zu realisieren, bestimmt zur Eliminierung von Fremdkörpern von der Oberfläche eines Glases unter Verwendung eines Ultraschalldetektors, und die nicht die oben erwähnten Nachteile besitzt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Realisierung einer Reinigungsvorrichtung, deren Detektor mit relativ niedriger Frequenz arbeitet.
Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Realisierung einer Reinigungsvorrichtung, deren Herstellungskosten geringer sind als jene von Systemen nach dem Stand der Technik.
Diese Ziele können realisiert werden dank der Tatsache, daß man festgestellt hat, daß für eine gegebene Frequenz und einen gegebenen Abstand zwischen dem Sender und dem Empfänger die Phasenverschiebung zwischen dem vom Sender ausgesandten Signal und dem vom Empfänger empfangenen Signal sich deutlich in Abhängigkeit vom Vorhandensein von Fremdkörpern auf der Oberfläche eines Glases verändern kann. Dieses Phänomen beobachtet man für eine Sendesignalfrequenz in der Größenordnung von einigen hundert Kilohertz.
Die Merkmale der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen definiert.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus dem Studium der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform, welche Beschreibung nur als illustrativ zu verstehen ist, und in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen:
- Fig. 1 ein Prinzipschema der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt;
- Fig. 2 ein Teilschnitt zur Darstellung der Montage der piezoelektrischen Wandler an der Windschutzscheibe ist;
- Fig. 3 eine piezoelektrische Pille, versehen mit ihren Elektroden, zeigt; und
- Fig. 4 ein Blockschaltschema der Steuerung des Motors für die Scheibenwischer zeigt.
Die Beschreibung der vorliegenden Erfindung, die hier folgt, beschreibt eine Anwendung im Rahmen der Eliminierung von feuchten Fremdkörpern, wie Schlamm, Regen, Schnee usw. von der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs.
Es versteht sich jedoch von selbst, daß die Erfindung in keiner Weise auf diesen Anwendungsfall begrenzt ist und daß sie mit Vorteil im Rahmen ganz anderer Anwendungen der Reinigung einer dünnen Platte verwendet werden könnte, hergestellt aus einem Material, das ein Ultraschallsignal übertragen kann.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 erkennt man eine herkömmliche Steuervorrichtung für Scheibenwischer, bezeichnet mit dem allgemeinen Bezugszeichen 1. Die Vorrichtung 1 umfaßt Scheibenwischer 2, mechanisch gekoppelt mit einem Motor 4 derart, daß sie bei ihrer Betätigung eine Zone 6 in Form eines Kreissektors einer einlagigen Windschutzscheibe 8 überstreichen. Betätigungsmittel 10, verbunden mit dem Motor 4, ermöglichen, diesen Motor in Betrieb zu setzen oder anzuhalten.
Die automatische Steuerung der Scheibenwischer gemäß der Erfindung wird realisiert mit Hilfe von Ultraschallerfassungsmitteln 12a und 12b, die an der Windschutzscheibe gegenüber der Zone 6 plaziert sind, und mittels einer Steuerschaltung 14, deren Funktion und Aufbau unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben werden.
Indem nun auf Fig. 2 und 3 eingegangen wird, erkennt man die Positionierung der Wandler 12a und 12b an der Windschutzscheibe 8 wie auch die Form der Elektroden der Wandler 12a, 12b.
Die Wandler, die für Aussendung oder Empfang verwendet werden, sind identisch. Die Wandler 12a, 12b umfassen ein piezoelektrisches Element 16, Elektroden 18, 20 wie auch Dämpfungsmittel 22. Sie sind an der Innenseite der Windschutzscheibe 8 mittels eines dünnen Kleberfilms 24, in Fig. 2 durch einen Strich dargestellt, befestigt. Die Wandler 12a, 12b haben einen Abstand d, dessen Wertebestimmung weiter unten beschrieben wird.
Die Wandler 12a, 12b können in Form von Pillen eines piezoelektrischen Materials, wie PZT, Lithiumniobat, Bleititanat usw. hergestellt werden. Jeder Wandler 12a, 12b umfaßt eine erste Elektrode 18 (beispielsweise negativ), die sich einerseits auf der Gesamtheit ihrer in Kontakt mit der Windschutzscheibe 8 stehenden Fläche erstreckt und andererseits auf einer Partie der gegenüberliegenden Seite (Fig. 3). Diese Wandler 12a, 12b umfassen jeder eine zweite Elektrode 20 (positiv), isoliert von der ersten Elektrode 18, und welche die Partie dieser gegenüberliegenden Seite bedeckt, die nicht von der ersten Elektrode 18 bedeckt ist.
Die Elektroden werden mittels bekannter Mittel hergestellt, wie Aufbringen und chemisches Ätzen eines Metalls oder einer metallischen Legierung (Nickel, Silber usw.). Die Dämpfungsmittel 22 werden in angemessener Weise auf den piezoelektrischen Elementen 16 montiert. Die Rolle dieser Dämpfungsmittel 22 besteht einerseits darin, die mechanische Vibrationsenergie in der gewünschten Richtung zu konzentrieren, (d.h. in Richtung der Windschutzscheibe) und andererseits in der Dämpfung der parasitären Schwingungen des von den Wandlern ausgesandten und/oder empfangenen Signals.
Man kann Informationen bezüglich des Aufbaus und der Montage dieser Dämpfungsmittel 22 in dem Artikel von Y. Bar-Cohen und anderen finden, erschienen in dem Periodikum J. Acout. Am. Band 75, Nr. 5, Mai 1984, Seiten 1629 und folgende, sowie in der französischen Patentanmeldung 91 05784.
Die Fig. 4 zeigt das Blockschaltungsschema der Steuerung 14 der Reinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Die Schaltung 14 umfaßt einen Generator 26 für periodische Signale mit der gewünschten Frequenz (siehe weiter unten). Der Generator 26 ist einerseits mit dem Sendewandler 12a und andererseits mit dem Eingang 28 eines Phasendetektorschaltkreises 30 verbunden. Ein Verstärker 32, der am Eingang das Signal erhält, geliefert von dem Wandler 12b, liefert ein verstärktes Signal an einen zweiten Eingang 34 des Phasendetektorschaltkreises 30. Eine Komparatorschaltung 36 empfängt auf einem ersten Eingang 38 das Ausgangssignal des Phasendetektorschaltkreises 30. Sein zweiter Eingang 40 ist mit Mitteln 42 für die Festlegung eines Schwellenwertes verbunden. Der Ausgang des Komparatorschaltkreises steuert die Betätigungsmittel 10 des Motors 4 für die Scheibenwischer.
Das Funktionsprinzip der Vorrichtung ist das folgende. Wie nämlich oben ausgeführt, existiert für eine gegebenen Windschutzscheibe eine Korrelation zwischen der Frequenz (f) des Signals und dem Abstand (d) zwischen dem Sender und dem Empfänger, für welche die Phasenverschiebung zwischen dem ausgesandten und dem empfangenen Signals sich erheblich ändert in Abhängigkeit von dem Zustand der Oberfläche der Windschutzscheibe. Die Frequenz ist in der Größenordnung von 100 bis 150 Kilohertz, und der Abstand d in der Größenordnung von 10 bis 20 mm. Man erkennt, daß die Abmessungen in der Zeichnung aus Gründen der Klarheit erheblich übertrieben wurden. Die genauen Werte für die Frequenz und den Abstand hängen ab von dem Aufbau (Material, einschichtig oder mehrschichtig usw.) und der Dicke der Windschutzscheibe und außerdem von jener der Wandler. Die Bestimmung des Paares (f)/(d) kann in empirischer Weise erfolgen. Für diesen Zweck ist es erforderlich, über einen Generator variabler Frequenz zu verfügen, der den Bereich von 100 bis 150 Kiloherzt abdeckt, und Einstellmittel für die Distanz d. Diese Phasenverschiebung ist jene, die zwischen der ausgesandten Welle und der resultierenden, von dem Empfänger empfangenen Welle existiert.
Die Wellen, die sich zwischen dem Sender und dem Empfänger ausbreiten, werden mehrfachen Reflexionen unterworfen und durchlaufen unterschiedliche Pfade, von denen einige in Fig. 2 mit 5 dargestellt sind. Bestimmte dieser Welle werden beeinflußt von dem Vorhandensein von Wasser, beispielsweise durch eine Modifikation der Amplitude. Bestimmte andere Wellen werden nicht beeinflußt, wie beispielsweise die direkte Welle oder auch die Welle, die sich in der inneren Schicht einer geschichteten Windschutzscheibe ausbreitet.
Das empfangene Signal wird bestimmt durch die vektorielle Summe der unterschiedlichen akustischen Wellen, die sich zwischen dem Sender und dem Empfänger ausbreiten.
Die Einstellung besteht darin, ein Paar Frequenz/Abstand zu wählen, die in der vektoriellen Summe den Anteil von Wellen überwiegen läßt, die gegenüber dem Vorhandensein von Wasser auf der Außenoberfläche der Windschutzscheibe empfindlich sind.
Wenn man sich auf das Schema der Fig. 4 bezieht, sendet der Generator 26 ein kontinuierliches elektrisches Signal bei der gewünschten Frequenz aus, das an die Elektroden des Wandlers 12a angelegt wird. Dieser letztere erzeugt eine elastische Vibration derselben Frequenz, die auf die Windschutzscheibe übertragen wird, auf welcher er befestigt ist. Der Wandler 12b transformiert die empfangene Vibration in ein elektrisches Signal, das nach Verstärkung an den Phasendetektor 30 angelegt wird. Dieser Phasendetektor liefert am Ausgang ein Signal, das repräsentativ ist für die Phasenverschiebung, die zwischen dem vom Generator 26 ausgesandten Signal und dem von dem Verstärker 32 abgegebenen Signal vorliegt. Wenn der Wert der Phasenverschiebung einen von den Mitteln 42 bestimmten Schwellenwert übersteigt (der Schwellenwert kann empirisch festgelegt werden nach Bestimmung der Frequenz und des Abstandes d), ändert der Ausgang des Komparators 36 seinen Logikzustand und steuert die Betätigung 10 des Scheibenwischermotors. Es ist offensichtlich, daß anstelle eines "Alles-oder-Nichts-"Befehls des Scheibenwischermotors man auch die Geschwindigkeit dieses Motors von dem die Phasenverschiebung repräsentierenden Signal abhängig machen kann, welches Signal von analoger Natur ist. Auf diese Weise wäre die Geschwindigekit des Motors in direkter Beziehung mit dem Grad der Verunreinigung (Regen, Schnee, Schlamm usw.) auf der Oberfläche der Windschutzscheibe.
Zwar wurde die vorliegende Erfindung im Rahmen eines bestimmten Ausführungsbeispiels beschrieben, es ist jedoch klar, daß sie nicht nur auf dieses Beispiel beschränkt ist und daß sie Modifikationen oder Varianten, ohne aus ihrem Bereich herauszuführen, unterworfen werden kann.

Claims

1. Automatisch gesteuerte Reinigungsvorrichtung, bestimmt zum Eliminieren von feuchten Fremdkörpern von der Oberfläche eines Glases (8) und umfassend Reinigungsmittel (2, 4) für die Oberfläche, Betätigungsmittel (10) der Reinigungsmittel, Mittel zum Erkennen des Vorhandenseins von Fremdkörpern mit Hilfe eines Ultraschallsenders (12a) und -empfängers (12b), angeordnet auf dem Glas und ausgebildet zum Liefern eines Erkennungssignals, das repräsentativ für dieses Vorhandensein ist, und Steuermittel (14) zum Steuern der Betätigungsmittel in Reaktion auf das Erkennungssignal, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (f) des von dem Sender ausgesandten Signals und die Distanz (d) zwischen dem Sender und dem Empfänger derart gewählt sind, daß die Phasenverschiebung zwischen dem ausgesandten und dem vom Empfänger empfangenen Signal maximal ist bei Vorhandensein von Fremdkörpern und daß die Steuermittel einen Schaltkreis für das Messen dieser Phasenverschiebung umfassen.

2. Automatisch gesteuerte Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Sender ausgesandte Signal ein Signal mit ständiger Welle ist.

3. Automatisch gesteuerte Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des ausgesandten Signals zwischen 100 und 150 kHz liegt und daß die Distanz zwischen dem Sender und dem Empfänger zwischen 10 und 20 mm liegt.

4. Automatisch gesteuerte Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender und der Empfänger piezoelektrische Wandler sind.

5. Automatisch gesteuerte Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel umfassen:

- einen Generator eines elektrischen Signals (26) mit der Frequenz (f), dessen Ausgang an dem Sender anliegt;

- einen Verstärker (32) für die Verstärkung des von dem Empfänger gelieferten Signals;

- einen Schaltkreis (30) zur Messung der Phasenverschiebung zwischen dem von dem Generator gelieferten Signals und dem von dem Verstärker gelieferten Signal; und

- einen Komparatorschaltkreis (36) zum Vergleichen des Wertes der Phasenverschiebung mit einem Schwellenwert (42) und zum Steuern der Betätigungsmittel (10), wenn der Phasenverschiebungswert oberhalb des Schwellenwertes ist.