DE8202355U1 - Einrichtung zum erkennen von fremdstoffen auf einer scheibe - Google Patents

Description

Einrichtung zum Erkennen von Fremd-Btüffen auf einer Scheibe

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erkennen van auf der Außenseite einer Scheibe vorhandenen Fremdstoffen wie Feuchtigkeit, Schmutz Dder Schnee. Eine solche Einrichtung könnte zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug dazu dienen, die lilisnh-üJasch-Anlage der Windschutzscheibe oder der Scheinmerfer automatisch zu steuern.

Es sind bereits Einrichtungen zur automatischen Steuerung der Scheibenwischer von Kraftfahrzeugen bekanntgeworden, welche zug! auBenseitig 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.

Die \/orbekannte Einrichtung varmag nur Feuchtigkeit, nicht aber Schmutz zu erkennen. Sie kann deshalb nicht zur automatischen Einschaltung der Scheibenwaschanlage benutzt ujerden, wenn die Windschutzscheibe verschmutzt 1st. Schnee auf der Windschutzscheibe, bei dem auch der

Scheibenmischer eingeschaltet werden muß, vermag die vorbekannte Einrichtung ebenfalls nicht zu erkennen. Abgesehen von diesen Mangeln hat sich gezeigt, daß die vorbekannte Einrichtung sehr ungenau arbeitet. Das liegt 10. teilweise daran, daß die Klebstoff schicht zwischen den

Hondensatorplatten und der Windschutzscheibe,je nach Andrückkraft beim Aufkleben der Kondensatorplatte, unterschiedlich dick ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, die zuverlässig zwischen Feuchtigkeit, Schnee und Schmutz zu unterscheiden vermag und genau genug arbeitet, um zur automatischen Steuerung einer Wisch-Wasch-Anlage einer Kraftfahrzeug-Windschutzscheibe eingesetzt zu werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch angegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch die erfindungsgemäße optische Abtastung der Scheibe können 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 Kasten zu verkaufen, zumal dabei zu bedenken ist, daß bei einem Fahrzeug mit einem solchen Sensor die Intervallschaltung für die Scheibenwaschanlage entfallen kann.

■ * ι ( t .

D^ bei der erfindungsgemäßen Einrichtung der Sensor scheibeninnenseitig anzubringen ist, ist er vor üJitterungseinflüssen und Verschmutzung geschützt. Außerdem brauchen keine elektrischen Leitungen aus dem Fahrzeug heraus nach außen geführt zu werden.

Seine Anbringung ist sehr einTach und kann auch leicht vor. 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 LJisch-üJasch-Anlage einzuschalten. Außerdem entfällt das bei leichtem Nieselregen bislang erforderliche dauernde Ein- und Ausschalten des Scheibenwischers.

Dadurch kann der Fahrer dem V/erkehrsgeschehen größere Aufmerksamkeit schenken, so daß dank der Erfindung die Verkehrssicherheit insgesamt erhöht wird.

Zum Erkennen von Feuchtigkeit auf einer Scheibe ist die 2D im Anspruch 2 angegebene Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft. Das Vorhandensein verschiedener Brechzahlen bei trockener und nasser Scheibe wird geschickt ausgenutzt, Die Totalreflexion ^; tritt an der -Außenfläche ..der Scheibe nur bei trockener Scheibe ein, da sich scheibenaußenseitig dann ein optisch dünneres Medium befindet. Ist die Scheibe naß, ändert sich die Brechzahl derart, daß die Totalreflexion aufgehoben wird und der Lichtempfänger kein Signal mehr erhält.

Fällt in Regentropfen nicht genau auf die empfindliche 3D Fläche des Sensors, so wird die Totalreflexion nur teilweise aufgehoben. Die Reflexion reicht auch dann noch zur Erzeugung eines Signals.

- if -

Um Staub auf einer Scheibe erkennen zu können, ist die im Anspruch 3 angegebene Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung sinnvoll. Staub reflektiert das Licht diffus. Licht von der Lichtquelle kann deshalb vom Staub auf der Scheibe zu einern Lichtempfanger zur Stauberkennung reflektiert werden. Dieser Meßstrahlengang unterscheidet sich vom Meßstrahlengang zur LJassererkennung, welcher bei trockener Scheibe durch Totalreflexion umgelenkt wird, so grundlegend, daß eine eindeutige Unterscheidung zwischen blasser und Schmutz möglich wird.

Uorteilhafterweise ist die Lichtquelle für die Schmutzerkennung eine Infrarotlichtquelle, uieil 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 dem Lichtempfänger ein Abschirmblech anzuordnen.

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

3G neutralisiert werden.

« ■ I I I ■

Zweckmäßigerweise werden die Referenzstrahl-Lichtempfänger SD angeordriEt, daß sie sowohl Licht von des zugEordnEten LichtquellE als auch Außsnlicht Empfangen. Dadurch wsrdsn diE REferenzstrahl-LichtEmpfängEr, gsnau wie dis Msßstrahl-Lichtempfanger, zum BeispiEl vom Tageslicht, uDtn Mondschein oder vom Lichtkegel entgegenkommender Fahrzeuge beeinflußt« Da sie weiterhin von der jewEils zugeordneten Lichtquelle bestrahlt werden, sind Unterschiede der Meßwertr: zwischen den Referenzstrahl-Lichtempfängern und den 1C zugeordneten Lichtempfängern ausschließlich auf die lüirkung des MEßstrahlengangss zurückzuf ührr-i, so daß alls StörgrößEn dank der Refe-enzstrahl-Lichtempfänger eliminiert werden.

V/an V/Drteil ist es auch, wenn die Lichtquslle zur LJassererkennung auf einem Keil aus einem glasklaren Werkstoff angeordnet ist. Dies gilt auch für die Anordnung des Lichtempfängers auf einem Heil aus glasklarem Werkstoff. Diese Ausgestaltungen haben den Vorteil, daß auf einfache Weise erreicht wird, daß das Licht im richtigen Uiirkel 2D vom Sender zum Empfänger geführt wird.

Die Lichtquellsn übt Erfindungsgemäßen Einrichtung sind vortsilhafterwEisE Lumineszenzdioden. Solche Lumineszenzdioden haben gegenüber Glühlampen den V/orteil von hoher ZuverlassigkF.it und Lebensdauer, leichter Modulierbarkeit des abgestrahlten Lichtes sowie des Fehlens eines Einschal tstromstoBes.

Als Lichtempfanger verwendet man für die erfindungsgemäße Einrichtung vorteilhafterwEiss Fotodioden. Fotodiodsn sind als Elektronische Bauteile relativ billig Erhältlich 3D' und eignen sich gut für dis hohe Beanspruchung im Kraftfahrzeug. Sie sind ausreichend temperaturbeständig, um

den in einem Kraftfahrzeug herrschenden Temperaturen zwischen minus 25 Grad C und plus BD 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 Fotostrom linear mit der Beleuchtungsstärke ändert, so daß sie eine quantitative Strahlungsmessung ermöglichen. Hervorzuheben ist auch die hohe 1G Grenzfrequenz von Fotodioden.

Uon 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 sullen ja auch nicht der Scheibenwischer oder die Uli sch-Wasch-Anlage aktiviert werden.

Günstig ist es, wenn der Sensor in einem Gehäuse'angeordnet ist. Dadurch wird dafür gesorgt, daß die Luft 2G im Inneren des Sensors steht» was bedingt, daß die

Temperatur überall gleich ist. Dies ist für die Fliminierung der Temperaturabhängigkeit von den Leucht- und Fotodioden im Sensor von entscheidender Bedeutung.

Um über die Luft wirkende Störgrößen zu eliminieren, ist es zweckmäßig, das Gehäuse aus Metall zu fertigen.

Als optimaler Winkel für den Meßstrahlengang zur Feuchtigkeitserkennung nat sich der im Anspruch 15 angegebene Winkel zwischen kZ und 6D Grad zum Lot hin, gemessen in der Scheibe, erwiesen.

Durch die im Anspruch 16 angegebene vorteilhafte Maßnahme kann auf einfache Weise verhindert uerden, daß die Referenzstrahl-Fotodiode zur SchmutzErkEnnung van der reflektierten Strahlung der Schmutzpartikel bestrahlt wird. Statt der Aluminiumfülie könnte man natürlich auch eine Folie aus einem anderen Material mahlen, die natürlich lichtundurchlMssig sein muß.

Günstig ist es auch, luenn der Sensor zur lösbaren Befestigung an der Scheibe ausgebildet ist. Dies ID ermöglicht es, den Sensor umzusetzen, wenn sich

zeigt, daß gerade im entscheidenden Bereich der Scheibe Kratzer vorhanden sind.

Besonders einfach und billig ist die lösbare Befestigung des Sensors zu bewerkstelligen, wenn er einen Saugfuß hat, wie das im Anspruch 1B angegeben ist.

Lufteinschlüsse zwischen den ΚεϊΙεπ des Sensors und der Scheibe können zuverlässig und auf einfache Weise durch eine Silikanscheibe zwischen den Keilen und der Scheibe vermieden werden. Man könnte dies natürlich auch durch ZD Dl oder eine Scheibe aus mit Silikon vergleichbarem

Werkstoff erreichen.

Uon Vorteil ist es auch, wenn jede Lichtquslle zur Erzeugung eines MsßstrahlEngangEs mit hohsr Frequenz (1D 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 AuBenlicht sich nur sehr langsam ändert, kann es als gleiche Größe aufgefaßt werden. Selbst wenn der Ssnsar

3D kurzzeitig vom Scheinwerferkegel entgegenkommender

Fahrzeuge erfaßt wird, liegt diese Ä'nderung 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 Licht« empfängers 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.

Günstig iBt es auch, wenn der Ansteuerung der Relais für die Scheibenwischer und Wisch-Wasch-Anlage eine Anschaltverzögerung vorgeschaltet ist. Dadurch wird auf einfache Weise verhindert, daß beim Einschalten der Zündung durch einen kurzen Impuls der Scheibenwischer und die Wisch-Wasch-Anlage kurzzeitig aktiviert werden.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Einrichtung eine Frosterkennungseinrichtung auf, welche die Ansteuerung der Relais für die Scheibenwischer und Wisch-Wasch-Anlage bei Frost blockiert. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß bei Frost der Scheibenwischer oder gar die Wisch-Wasch-Anlage betätigt werden.

Die Frosterkennungseinrichtung weist vorteilhafterweise einen auf der Scheibe angeordneten Temperaturfühler auf.

Die Temperatur der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs ist msisi höher als zum Beispiel die Lufttemperatur in Höhe der Stoßstange, an der häufig schon Fühler zur Glatteisuarnung angebracht sind. Außerdem ist die Windschutzscheibe durch die Fahrzeugheizung meist auch bei geringen Minustemperaturen noch nicht im Frostbereich, so daß auch dann noch die Scheibe mit Wasser besprüht ujerden darf.

Zweckmäßigerweise ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung der Komparatorstufe eine Impulslängenuiandlung zur Uerlängerung der Impulse nachgeschaltet. Da die Komparatorstufe nur sehr kurze Impulse liefert, reicht die Impulsdauer nicht zum Ansteuern der Relais aus. Dies kann durch die Impulslängenuiandlung behoben uierden.

Zweckmäßigerweise uiird ήατ 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'iat günstig, weil die Scheibe in der Mitte am geringsten geuiölbt ist, so daß ZQ die Wölbung nur einen vernachlässigbaren Einfluß auf die optischen Eigenschaften des Systems ausübt.

Um zu verhindern, daß ein Fahrer bei einem selbsttätigen Einschalten dar Scheibenmischer heftig erschreckt, kann es zweckmäßig sein, eine optische Anzeigeeinrichtung vorzusehen, welche wenige Sekunden vor der Aktivierung der Wisch-Wasch-Anlage oder des Scheibenwischers zu blinken beginnt, was im Anspruch 27 angegeben ist.

Da bei Kraftfahrzeugen eine Windschutzscheibe vielfach auch so stark verschmutzt sein kann -JaB der Fahrer 3D diese manuell reinigen muß, ist es zweckmäßig, wenn

- 1Q -

-1G-

die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgelegt ist_r daß sie nach mehreren Uisch-Wasch-Perioden selbsttätig abschaltet, wie das im Anspruch 2B angegeben ist.

Vorteilhaft ist as auch, nenn die Verrichtung eine Meßeinrichtung aufweist, durch die ihre Abschaltung bewirkt wird, nenn der idasservDrrat der Wisch-lilasch-Anlage aufgebraucht ist. Dies verhindert, daß die Pumpe, welche üblicherweise durch das Wasser in der Wisch-Wasch-Anlage gekühlt wird, beim Fehlen von Wasser ΊΟ infolge von Überhitzung beschädigt oder zerstört wird.

Vorteilhaft ist es auch, wenn die Vorrichtung Mittel zum Feststellen der Häufigkeit von auf die Scheibe auftreffenden Regentropfen aufweist, weil es dann möglich wird, den Scheibenwischer selbsttätig auf eine schnellere Wischstufe zu schalten, wenn heftiger Regen das erforderlich macht.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsmöglichkeiten zu. Zur Verdeutlichung ihres grundsätzlichen Aufbaus ist eine Ausführungsform in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Bei diesem Beispiel wird davon ausgegangen, daß die Einrichtung an der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und zur Steuerung der Wisch-Wasch-Anlage und des Scheibenwischers dient. Der Anwendungsbereich der erfindungsgemäßen Einrichtung ist jedoch keineswegs auf die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs beschränkt.

In der Zeichnung zeigen

Figur 1 - einen innenseitig an einer Scheibe

- 11 -

angEbrachten SEnsDr dEr erfindungsgemäßen Einrichtung mit den Bauteilen zur LJassererkennung ;

Figur 2 - den innensEitig an der Scheibe angebrachten Sensor mit den Bauteilen

zur Schmutzerkennung;

Figur 3 - die Anordnung eines der Schmutzerkennung

zugeordneten Referenzstrahl-Liehtempfangets in dem erfindungsgemäBen Sensor, von vorn 1D gesehen ;

Figur U - di·* Anordnung gemäß Figur 3 von der Seite gesehEn ;

Die Figur 1 zeigt -im Schnitt Einen Teil einer Scheibe 1, auf der scheibeninnenseitig die Bauteile eines Sensors 2 dargestellt sind, welche zur ülassererkennung auf der ScheibenaußenseitE dienen. Zu diesen Bauteilen gehört eine Lichtquelle 3, bei der es sich um eine Lumineszenz-

2D diode handelt. Diese Lichtquelle 3 ist auf einer schrägen Fläche h eines Heiles 5 aus einem glasklaren Werkstoff angebracht und vermag schräg durch den Keil 5 hindurch in die Scheibe 1 zu strahlen. Dabei ist der zum Lot hin gemessene Dinkel £ des in der Scheibe 1 verlaufenden Lichtes so groß, daß bei trockener SchEibe innenseitig an der mit 6 gekennzeichneten Scheibenaußenfläche Totalreflexj.. π eintritt. Als geeignet haben sich. Winkel zwischen U2. und GO Grad, gemessen zum Lot hin, in der Scheibe ertüiesen.

- 12 -

Durch diese Tütalreflexion gelangt das Licht von der Lichtquelle 3 durch einen zweiten ΚξϊΙ 7 aus glasklarem Werkstoff zu einem Lichtempfänger B, bei dem es sich um eine Fotodiode handeln kann. Zur Verdeutlieh ung sind der Hauptstrahlgang sowip der obere Randstrahl des MEßstrahlengangEs in der Zeichnung eingetragen.

Falls sich auf der ScheibEnaußenflache 6 blasser in Form von RegEntrDpfen oder gar ein Idasserfilm befindet, dann wird die Totalreflexion innenseitig an der Scheibenaußenfläche 6 teiiweibe oder ganz aufgehoben, so daß der Lichtempfänger B weniger oder gar kein Licht mehr von der Lichtquelle 3 erhält und.damit ein Signal für Feuchtigkeit auf der Scheibenaußenfläche G der Scheibe 1 gegeben ist.

Um Störgrößen des Sensors 2 eliminieren zu können, ist oberhalb der Lichtquelle 3 ein REferenzstrahl-Licht-Empfänger 9 angeordnet, der Licht von der Lichtquelle 3, aber auch,genau wie der Lichtempfänger B, Außenlicht empfängt. Die Auswertung der Signale des ReferenzstrahllichtEtnpfangers 9 und des Lichtempfängers B 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 auf Figur 2 diejenigen Bauteile des Sensors 2 beschrieben, weiche zur Schmutzerkennung dienen. Die Zeichnung zeigt wiederum die Scheibe 1, auf der eine zweite Lichtquelle 1D 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 1 ^Λ , wie das in Figur 2 dargestBllt ist, dann rEflektierBn diese Schmutzpartikel oder die Schmutzschicht das Licht der zweiten Lichtquelle 10, s·: daß es zu einem zweiten Lichtempfänger 12 gelangt, 1D der dadurch ein auf die Schmutzschicht bzw. die Schmutzpartikel hinweisendes elektrisches Signal zu erzeugen vermag.

Um zu verhindsrn, daß Licht von der zweiten LichtquellE 1D unmittelbar zum zweiten Lichtempfanger 12 gelangt, ist . zwischen diesen Bauteilen ein Abschirmblech 13 angeordnet.

Genau wie zu den Bauteilen zur üJassererkenhung gehört auch zu den Bauteilen zur SchmutzErkEnnung Ein Referenzstrahl-LichtEmpfängEr 14, dessEn genaue Anordnung sich au..; den Figuren 3 und 4 ergibt. Dieser zweite Ref erenzstrghl-Licht-

2D empfänger 14 ist seitlich neben der zweiten Lichtquelle 1D angeordnet und sitzt auf einer Aluminiumfolie 15, welche zur zweiten Lichtquelle 10 hin über die Kontur des zweiten Referenzstrahl-Lichtempfängers 14 ragt. Die Figur 4 läßt weiterhin das anhand der Figur 2 berEits erläuterte Abschirmblech 13 .erkennen..

Urn Störgrößen zu eliminieren, ist der komplette Sensor 2, abgesehen von seiner aktiven Seite, von einem Gehäuse 16 aus Metall umschlossen, was jedoch nur in Figur 3 dargestellt wurde.

Nicht dargestellt ist in der Zeichnung eine Einrichtung •zur Frosterkennung. Diese hat είηεη Temperaturfühler

- 14 -

• « f » ti

an der Außenseite der L'' ndschutzscheibe. Die Einrichtung ist so gestaltet, daß bei Minustemperaturen an der Windschutzscheibe sowohl die Betätigung des Scheibenwischers als auch der LJisch-hJasch-Anlage verhindert uiird.

Ebenfalls nicht dargestellt ist weiterhin, daß der Sensor 2 als Ganzes beispielsweise mit einem Saugfuß v/ersehen sein kann, damit er lösbar an der Scheibe 1 zu befestigen ist. Um Lufteinschlüsse zwischen der Scheibe 1 un^ den Keilen 5 und 7 zu vermeiden, ist es zweckmäßig, zwischen 1D den Heilp.n und der Scheibe eine Silikonscheibe anzuordnen, uieil diese einerseits verformbar, andererseits jedoch hinreichend lichtdurchlässig ist.

Nunmehr sei die Eesamtfunktion 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 Dder die Wisch-Idasch-Anlage eingeschaltet.

Die Lichtempfänger 8, 12, welche in Sperrichtung geschaltet sind, empfangen zu einen die Strahlung der zugeordneten Lichtquellen 3, 1D 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 astsbilen Multivibrator. Die Taktfrequenz liegt bei 1D kHz. Da

- 15 -

Il till Il II·· I · m 1 ■ f C ·

das Außenlicht sich nur sehr langsam ändert, kann es als Gleichgroße aufgsfaßt UErdEn. SElbst uisnn der Sensor E kurzzeitig vom Scheinuerferlicht Entgegenkommender Fahrzeug erfaßt uiird, liegt diese Änderung deutlich unter dEr Taktfrequenz dES Meßstrahls. Das Außenlicht kann alsD als είπε übErlagErtE GlEichspannung der sich wechselnden Meßspannung angesehEn werden. Nimmt man eins üJechsElspannungsmEssung vor, hat man das Außenlicht bereits eliminiert.

1D Da die Lichtquellen 3, 1D Lumineszenzdioden sind und

nur einen sehr geringen differenziellen Innenuiderstand VDn Einigen Dhm haben, sollen -äie nur aus einer Spannunnsquelle mit hohem InnEnuidErstand gsspeist uierden. Dies kann man erreichen, indem man die Spe.isE-spannung hoch genug -wählt und den gEUünschtEin Strom über einen V/Druiderstand einstellt. Eine bessere Lösung ist es, die Lumineszenzdioden aus einer KonstantstromquEllE zu spsisEn, was noch ύεη Uorteil hat, daß Spannungsänderungen keinen Einfluß auf den

2D DurchlaßstrDm und damit auf die Strahlstärke habsn.

Die LuminesZEnzdiDden sind in Reihe geschaltet, um möglichst uenigE Leitungen von dem Ξεπξογ 2 zur Schaltung führen zu müssEn. Auch bEnötigt man so nur Eine Sendeschaltung. Da die Schaltung im Kraftfahrzeug Temperaturen van minus 25 Brad G bis plus BD Grad C ausgesstzt ist, muß bEachtet uerden, daO die maximalen Verlustleistungen nicht überschritten uerden. Die Taktung der Lumineszenzdioden mird durch periodisches Unterbrechen des Uoruiärtsstromes erreichL.

iilie aus der SEnsorbeschreibung Ersichtlich ist, arbsiten Wasser- und

- 16 -

2D Die GrenzfrequEnz des Hochpasses muß so hoch gelegt

werden, daß zum Beispiel bei der nächtlichen Fahrt durch εϊπε Stadt die 1OD Hz- Schwingung won Leuchtstüfflampen nicht mitverstärkt uiird. Der Operationsverstärker ist in der invertierenden BEschaltung geschaltet und ist für eine Verstärkung vun 100 ausgelegt.. Die Verstärkung in dieser Beschaltung ist proportional dem Widerstandsverhältnis von Rückkoppelungs- zum Eingangsuiiderstand.

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

- 17 -

-1G-

Schmutzerkennung jeweils mit einem Meß-und einem Referenzstrahlgang. Der ReferEnzstrahlgang ist nötig, um die StörgrößEn von Temperatur, Spannungsschwankungen und Alterung der Sends- und Empfangselemente zu neutralisieren. Da die Schaltung für die vier MeßsingängE • bis zu den Komperatoren nahezu gleich ist, erfolgt die Erläuterung bis dorthin nur für den ersten Eingang, dem Meßwert der üJassererkennung.

Der Lichtempfänger B des Sensors 2 empfängt, wie schon beschrieben, den Meßstrahl und das Außenlicht. Der Meßstrahl ist eine Wechselgröße, das Außenlicht fast eine Gleichgroße. 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 dss OpEratiDnsverstärkErs bereits als R-Glied verwendet wird. Bei der invertierenden Beschaltung des Operationsverstärkers ist der Eingangswiderstand gleich·dem vorgeschalteten Widerstand.

Ein uiRSEntlichEs BautEil der Schaltung ist dis KamparatorstufE. In ihr wird die DifferEnz zwischen den ■ Spannungs-UJErtEn der LichtEmpfanger und der jeweiligen Referenzstrahl- Lichtempfänger gebildet, sd daß StörgrößEn eli- b miniert sind.

Die SchnEe-ErkBnnung Erfolgt übEr den zweiten, dar SchmutzErkennung αίεπεηαεη LichtsmpfängEr mittsls εϊπεγ SchujEllujErtschaltung. Da dar SchnsE Licht uiESEntlich stärksr reflektiErt als Schmutz, erzEugt 1G dsr EntsprEchEnde Lichtempfänger bei Schnee είπε idESEntlich höhEre Spannung gis bei Schmutz, was durch diE SchuEllüJErtschaltung festgestellt werden kann.

Da die KomparatDrstufε nicht ΓÜckgεkDppelt ist, gibt sie nur sehr kurz8 Signale ab. Um zu εΓΓΕΐοπεπ, daß die Wisch-Wasch-Anlage nach einer Aktivierung lange genug angeschaltet bleibt, ist der Kcmparatorstufε είπε ImpulslängEnuiandlung nachgsschaltEt. Είπε sich anschließende EinschaltverzögErung VErhindErt, daß 2G beim Einschalten dar Zündung zuangsläufig zunächst diE üJisch-liJasch-AnlagE adEr dEr SchEibEnmischer akbiwiart werden.

Nach der EinschaltvErzög8rung iOlgt die AπsteuεΓUπg der R8lais für den Scheibenwischer und diE LJischüJasch-Anlags. Diese Ansteu8rung ist zusätzlich zur Etetätigung durch dan SansDr mittels einer manuellen Betätigung zu aktivieren. Eine Einrichtung zur Frosterkennung vermag die Ansteuerung zu blückier8n.

- 16 -

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

■ C ■ · C ·

Claims (1)

1. UDD Adolf Schindling AB Gräfstraße 1D3

   GDOO Frankfurt/Main

   G-S Kl-kl / 1641 G 82 02 355.7 10. Dez. 1982

   Ansprüche *

   1. Einrichtung zum Erkennen von auf der Außenseite einer Sr.i.eibe vorhandenen Fremdstoff en uiie Feuchtigkeit, Schmutz oder Schnee, gekennzeichnet durch einen Sensor (2) der eine Lichtquelle '3, 10) und einen Licht in eine elek ^Lrische Größe umwandelnden Lichtempfänger (S, 12) besitzt, wobei der Sensor an der Innenseite der Scheibe (1) angeordnet ist und die Lichtquelle (3, 1D) und der Lichtempfanger (8, 12) so zueinander angeurdnpt sind, daß die von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen an der Scheibe (1) zum Lichtempfänger (8, 12) reflektiert sind.

   . 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (3) und der LichtEUipf anger (8) derart zueinander angeordnet sind, daß bei trockener

   \ Scheibe (1) das Licht der Lichtquelle durch Totalreflexion

   \ im Inneren der Scheibe (1) an ihrer Außenfläche (G)

   von der Lichtquelle (3) zum Lichtempfänger (8) gerichtet ist.

   3, Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem -der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtquelle und Lichtempfänger (12) derart zueinander angeordnet sind, daß das von auf der Scheibe (1) vorhandenen Schmutzpartikeln reflektierte Licht der Lichtquelle (10) zum Lichtempfänger gerichtet ist.

   ^. Einrichtung nach Ansnruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1D) Eine Infrarot-Lichtquelle ist,

   5. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 ader k, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle OD) und dem Lichtempfänger (12) ein Abschirmblech (13) angeordnet ist.

   6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgEndEn, dadurch gekennzeichnEt, daß jedem in einea Meßstrahlgang angeordneten Lichtempfänger (ß, 12) ein Referenzstrahl-Lichtempfänger (9, 1h) zugeordnet ist.

   7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzstrahl-LichtEmpf ängEr (9, 1*t) so angeordnet sind, daß soiJDhl Licht von der zugeordneten Lichtquelle (3, 1D) als auch Außenlicht zu ihnen gerichtet ist.

   B. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die LichtquellE (3) zur Ulassererkennung auf einem heil (5) bus einen, glasklaren Werkstoff angeordnet ist.

   9. Einrichtung nacn Anspruch 1 Dder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfanger (6) zur UlasserErkEnnung JEurils auf Einem Keil (7) aus einem glasklaren Werkstoff angeordnet ist.

   1D. Einrichtung nach Anspruch 1 Dder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die LichtquRlle (3, 1D) jeweils eine Lumineszenzdiode ist.

   11. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfanger (8, 9, 12, 1*O jeweils εϊπε Fotodiode ist.

   12. Einrichtung nach Anspruch 1 DdET Einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) unmittelbar auf der Innenseite der ScheibE (1) befestigt ist.

   13. Einrichtung nach Anspruch 1 odEr einem der folgenden, dadurch gekennzEJchnet, daß der Sensor (2) in einem Gehäuse (16) angeordnet ist.

   1*t. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1G) aus Metall ist.

   15. Einrichtung nach Anspruch 2 Dder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel

   dss Heiles (5) sd bemessen ist, daß ein auf ihn

   senkre-cht einfallender Lichtstrahl mit einem

   Winkel zwischen h2. Grad und SD Grad zum Lot hin gemessen in der Scheibe*(1) verläuft.

   16. Einrichtung nach Anspruch 1 Dder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzstrahl-Lichtempfänger (1*O zur Schmutzerkennung mit seiner

   empfindlichen Fläche zur Lichtquelle (1D) gerichtet neben der Lichtquelle (1D) auf einer an dsr empfindlichen Seite des LichtempfängErs (14) übErstehenden Aluminiumfolie (15) vorgesehen ist.

   17- Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) zur lösbaren Befestigung an der Scheibe (1) ausgebildet ist.

   16. Einrichtung nach Anspruch 1 duet Einem der folgEnden, dadurch gEkEnnzEichnst, daß der Ξεπξογ (Z) zur lösbaren Befestigung mit εϊπεγτι Saugfuß UErsehen ist.

   19. Einrichtung nach Anspruch 1 DdEr einem der fDlgenden, dadurch gskEnnzEichnst,·daß zwischen den ΚεϊΙεπ (5, 7) aus glasklarEm DerkstDff und dEr ScheibE (1) είπε SilikonschEibE vargEsehen ist.

   2G. Einrichtung nach Anspruch 1 DdEr εϊπεπι öeT FaIgEnden, dadurch gekEnnzsichnet, daß eins FrostErkEnnungsEinrichtung είπεπ auf der ScheibE (1) angsordnEtEn TsrnpEraturfühlEr hat.

   21. Einrichtung nach Anspruch 1 oder εϊπεπι dEr folgEn-

   dadurch gskEnnzeichnEt, daß dEr Ξεπβογ (2) Einem Kraftfahrzeug in dEr Mitte der üiindschutzschEibe kurz über der Ruhelage des Scheibenwischers im Arbeitsbereich des SchEibsnuiischErs angEDrdnet ist.