CN106427897B - 挡风玻璃除冰装置节能系统 - Google Patents

Abstract

一种车辆装置，包括挡风玻璃和雨刷器系统。雨刷在挡风玻璃上具有停置区域。除冰装置可选地提供热量到停置区域。挡风玻璃温度传感器检测在停置区域的挡风玻璃的温度。抬头显示器安装到邻近挡风玻璃处，以响应于检测到的挡风玻璃温度而显示温度指示器。自动控制电路配置为当响应于检测到的温度而检测到已除冰情况时自动地停用除冰装置。手动控制元件配置为手动地激活和停用除冰装置。因此可以基于挡风玻璃温度的反馈避免过度加热。此外，以如下方式提醒驾驶员除冰装置处于激活，即，同时提供能够使驾驶员能够独立评估车辆状况并且做出关于对自动操作干预时机的合理决策的信息。

Description

挡风玻璃除冰装置节能系统

技术领域

本发明总体上涉及道路车辆挡风玻璃的除冰，并且更具体地，涉及减少与在雨刷停置位置加热挡风玻璃有关的能量使用。

背景技术

为了改善挡风玻璃雨刷在寒冷或冰冻天气的性能，雨刷器除冰装置成为了所需要的部件。特别地，这样的除冰装置可以向挡风玻璃和雨刷(停在挡风玻璃底边的雨刮器停置位置)提供加热。被实施的热量可以减少或消除形成在雨刷上的冰和雪，形成在雨刷上的冰和雪堆积，该堆积会损坏性能或者迫使由驾驶员来进行雨刮器的手动清洁。

当雨刷器除冰装置被手动的激活时，这是关于车辆远程起动特别有益的，以便当驾驶员进入车辆中时车辆处于就绪状态。典型的除冰装置系统在预定时间之后会自动关闭。尽管提供用于禁止除冰装置的手动开关，用户会在已经进行足够加温之后不注意地忘记关闭系统。自动的开启时间通常是选择用以在大部分预料中的冰冻状况下保持除冰装置激活足够长时间以完成除冰。

常用热源是包含进或实施在挡风玻璃上且由车辆电力系统驱动的电阻加热层。加热可以同样通过从客舱HVAC(Heating Ventilation AirConditioning，暖通空调)系统排放的热风(即，除霜)获得。根据车型，HVAC加热可以从电阻(正温度系数)加热器或作为来自内燃发动机的余热获得。总之，除冰装置会消耗大量的电池电量。

在预定时间量之后除冰装置的自动停用未能使除冰功能适应实际情况。因此，已知系统如果运行过长时间会导致过度电池放电或者如果关闭太快会导致不充分除冰。在电动或混合动力电动车辆中，任何过度的电池消耗会是特别有问题的，因为车辆的电驱动行程会减小。

发明内容

在本发明的一个方面，一种车辆装置包含挡风玻璃和包括雨刷的雨刷器系统，雨刷在挡风玻璃上具有停置区域。除冰装置可选择地提供热量到停置区域。挡风玻璃温度传感器检测在停置区域的挡风玻璃的温度。抬头显示器安装到接近挡风玻璃处以显示响应于检测到的挡风玻璃温度的温度指示器。自动控制电路配置为当响应于检测的挡风玻璃温度而检测到已除冰情况时自动地停用除冰装置。手动控制元件配置为手动地激活和停用除冰装置。因此，基于挡风玻璃温度的反馈可以避免过度加热。此外，以如下方式提醒驾驶员除冰装置处于激活，即，同时提供使驾驶员能够独立的评估车辆状况并且做出关于对自动操作干预时机的合理决策的信息。

附图说明

图1显示了具有雨刷器系统的挡风玻璃以及由安装到玻璃的加热器和由来自HVAC系统的热气流加热的挡风玻璃；

图2是包括挡风玻璃和安装在后视镜中的远程温度传感器的车辆乘客舱内的内部图；

图3是显示接近挡风玻璃的抬头显示器的一类型布局的侧视图；

图4是具有根据本发明一实施例的除冰系统的电动车辆的框图；

图5是用于根据本发明的优选实施例的除冰装置控制的状态图；

图6显示具有提供与雨刷器停置区域重叠的可视化指示器的抬头显示器的一实施例；

图7显示了包括文本显示的附加的显示选项以及沿挡风玻璃垂直侧面安装的显示指示器；

图8显示了用于挡风玻璃温度和电池电量的抬头指示器的一个优选实施例。

具体实施方式

现参考图1，挡风玻璃10具有相应的雨刷器系统11，雨刷器系统11包括在通过连杆17连接到雨刷器马达16的雨刷臂14和15上的雨刷12和13。雨刷器马达16可以对用于激活雨刷器系统(例如处于间歇或连续模式)的用户界面(UI)20作出响应。

挡风玻璃10可以用一种或多种方式加热。例如，如本领域所公知的包含进挡风玻璃10的电阻加热层21。层21为透明且可以如所示的在整个挡风玻璃表面上延伸或者可替代地仅覆盖挡风玻璃10的下部以在雨刷器停置区域提供加热。层21的一端连接到电接地22且相反的一端通过可控开关24连接到电池23。电池23同样连接到接地25。开关24具有控制输入，该控制输入连接到用户界面20以便电池电力可以可选地从电池23连接到电阻加热层21。用户界面20可以包括如本领域所公知的柄安装开关和/或仪表板开关。

如图2所示，用户界面20可以位于方向盘27附近的仪表板26前面。在挡风玻璃10下边缘的雨刷器停置区域30由远程温度传感器31监控。例如，传感器31安装在后视镜32上。传感器31优选地由安排为与停置区域30视野重合的红外线传感器组成。红外遥感装置的一实施例是可向密歇根州诺维(Novi)的迈来芯微电子集成系统购买的MLX90614红外温度计。

温度传感器31可以通过线束经由后视镜32连接到控制电路(未示出)。控制电路可以包含微控制器或者与用户界面20结合或位于车辆中另一个电子模块内的其它处理器。抬头显示器33位于接近挡风玻璃10处以显示由驾驶员容易查看的温度指示器，该温度指示器处在接近雨刷器停置区域30的位置以建立在显示和控制功能之间的直观关系。指示器响应于检测到的来自传感器31的挡风玻璃温度而生成，且温度的大小可以用文本、颜色映射、光强度或亮度、具有可变闪动频率的闪烁图标、部分照明条(类似于进度条)或者其他可视特征表现。如图2所示，使抬头显示器33结合到沿着挡风玻璃10边缘的车辆A立柱。显示器33优选地由多色LED、LED阵列、LCD板或其它显示技术组成。

如图3所示，可以使用基于挡风玻璃对通过投光器产生的指示器的反射的抬头显示器。因此，安装到仪表板盖板33的投光器36将温度指示器(和/或用于其他参数的指示器)投射到挡风玻璃10上，其可以如37处所示的向驾驶员反射。优选地，投光器36和挡风玻璃10定向为使由驾驶员可以看见的用于温度指示器的明显位置重叠或邻接雨刷器停置区域。投光器36可以通过多色LED组成，按照由控制器38控制的，由红色色调表示高温和用蓝色色调表示低温。

图4显示车辆40，其具有含雨刷器停置除冰装置42的挡风玻璃41以在控制器43的控制下可选地提供热量到雨刷器停置区域。控制器43可以包括例如分立控制电路、可编程门阵列、或通用微控制器。车辆40显示为包括电池组44和电力驱动45的电动车辆。如本领域公知的电池控制模块(Battery Control Module，BCM)46与电池组44结合使用。BCM46与控制器43连接用以提供关于电池组电量水平的数据，以允许电池电量对驾驶员显示。因此，驾驶员当决定激活或停用除冰装置时可以考虑对电池电量的影响。

如本领域公知的，远程无钥匙进入(Remote Keyless Entry，RKE)模块47与远程发射器48通信，允许驾驶员发起车辆40的远程起动。在电动车辆的实例中，“远程起动”可以包括在乘客进入车辆之前乘客舱的加热或冷却的启动以及挡风玻璃雨刷器除冰装置的激活。因此，RKE模块47与控制器43连接以当远程起动事件发生时发起除冰装置操作。

控制器43连接到用于确定挡风玻璃雨刷器停置区域的结冰或已除冰(即，无冰)情况的若干传感器。传感器包括挡风玻璃温度传感器50、外界环境空气温度传感器51、内部环境空气温度传感器52和太阳热负荷传感器53。挡风玻璃温度传感器50优选地由用于如上所述的监控雨刷器停置区域的红外线温度传感器组成。响应于各种传感器的输入，控制器43使用预编程模型来确定挡风玻璃的最可能结冰/已除冰状态。使用确定了的条件，控制器43可以进一步配置为提供除冰装置的激活和停用的自动控制。

此外，本发明提供通过用户界面55和抬头显示器56的手动干预。用户界面55包括配置为手动地激活和/或停用除冰装置加热功能的一个或多个手动控制元件。抬头显示器56位于邻近(即，直接地位于其上、邻近或由其反射可见的)挡风玻璃41处，以便响应于如上所述检测到的挡风玻璃温度而显示温度指示器。抬头显示器56可以包括安装到挡风玻璃41侧面的投光器/发光器或者可替换的包括直接实施到挡风玻璃41的发光元件(例如同样可以由控制器43控制的印刷LED薄膜57)。

控制器43可以优选地实施基于经验的模型，该模型用以确定在挡风玻璃41上冰冻情况是否存在，其可以使用各种感测温度、太阳热负荷或其它因素推测。评估空气中、玻璃和周围材料中的热流动以预测已除冰情况是否存在的模型可以使用已知方法容易的推导出。

除了或替代基于温度的模型，在雨刷或挡风玻璃上冰的存在(甚至雨刷冰冻在停置区域的位置上)可以基于雨刷器系统的电气响应确定。例如在正常已除冰情况下由雨刷器马达汲取的电流可以被预先表征(例如电流波形)。通过使雨刷器马达通电且然后监控有效电流，正常的已除冰情况可以基于真实电流和预定电流的匹配程度如何来检测。

在简化的另一实施例中，可以避免用于预测已除冰情况的附加温度/太阳热负荷传感和处理。控制器43可以仅基于预定“接通持续时间”或用于通电除冰装置的延时提供自动停用。在这样的实施例中，驾驶员仍可以基于抬头显示器获得增高的效率，该抬头显示器显示1)作为除冰装置激活的提醒以及2)作为帮助确定何时停用除冰装置的数据源的挡风玻璃温度。

图5显示了用于本发明除冰系统的一个优选实施例的状态图。在初始状态60中，除冰装置被停用。响应于起动信号(例如，通过远程遥控钥匙或车辆内起动开关的车辆起动)，系统控制电路转变到状态61，其中测量的输入(例如温度和太阳热负荷)被收集，且控制器执行用于检测除冰情况的检查。如果检测到已除冰(即，无冰)情况，然后转变回到状态60且除冰装置保持停用。如果已除冰状况不存在(即，冰冻的特定概率存在)，然后转变到接通状态62，因此除冰装置被激活。当处于接通状态62时，对已除冰情况的周期性再检查可以通过转变回到状态61执行。因此，一旦达到了已除冰状态，除冰装置会关闭(即，停用)。当处于状态62时，抬头显示器为了通知驾驶员挡风玻璃温度和/或其他参数(例如电池电量和直到除冰装置自动停用预定要发生的剩余时间的量)连续不断地更新。当处于接通状态62时，通过驾驶员使用手动控制元件可以开始手动关闭事件，手动关闭事件引起转变回到关闭状态60。

当进入接通状态62时，预定接通持续时间可以存入倒计时器，其基于接通持续时间的结束停用除冰装置。响应于从接通状态62到计算时间状态63的周期性转变而发生定时器递减，计算时间状态63调整剩余时间(例如通过缩减定时器的时间)。如果定时器还没有失效(即，还没有缩减到零)，然后返回是到接通状态62。剩余时间的不同调整会响应于驾驶员在处于接通状态62时对手动控制元件的相应手动激活而发生。换言之，从接通状态62转变到计算时间状态63，此处为了延长自动停用前的剩余时间，将倒计时器的时间增加预定量。因此，可以由抬头显示器通知驾驶员即将发生自动停用，且例如驾驶员可以基于雨刷的可视结冰而按压用于延长除冰装置激活的控制元件来做出响应。如果缩减状态63中的定时器结果为零(即，定时器期满)，转变到关闭状态60且除冰装置停用。

图6-8提供用于抬头显示的具体实施例。在图6中，投光器70(例如如需要具有投影透镜的彩色LED元件阵列)排列在挡风玻璃71的外围。挡风玻璃71上的雨刷器停置位置72由除冰装置(未示出)加热。从投射器70投射到挡风玻璃71的光向驾驶员反射，视位置73与雨刷器停置位置72重叠或邻接。连接到LED阵列70的驱动电路74接收改变色彩、亮度(强度)和/或在控制脉冲重复率闪烁的相应控制信号。控制信号执行用于传达给驾驶员挡风玻璃温度数据的选定模式。例如，温度低于零度可以由蓝灯表示(例如将不同色度的蓝色用于不同温度范围)和温度高于零度可以由红灯表示(例如将不同色度的红色用于不同温度范围)。随着除冰装置定时激活接近耗尽，用于温度数据的脉冲重复率可以增加以向驱动器发信号表示到即将停用。

如图7所示，且在挡风玻璃76上的车窗抬头显示器75可以包括用于表明除冰装置状态的文本显示。文本显示可以用例如印刷LED薄膜实施。驱动电路77响应于控制器(未示出)以用于配置显示器。抬头显示器还可以包括LED阵列78，通过沿着挡风玻璃76边缘安装LED阵列78而使其位于邻近挡风玻璃76处。LED的阵列为了表明需要的信息可以安排成具有从一个末端开始被照明的可变数量LED的线型图案。因此，照明条的长度和/或显示沿着条的颜色可以被用于传达温度和/或时间信息、低电量信息。

在图8所示的另一实施例中，挡风玻璃80可以包括投射到挡风玻璃80上的若干个体抬头显示器81和82，若干个体抬头显示器81和82向驾驶员提供用于挡风玻璃温度、电池电量或其它相关信息的坐标表示。

如上述说明所示，抬头显示器可以用多种不同显示技术(例如印刷LED薄膜、LED投影仪和分立LED或文本显示器)构造。显示指示器可以用文本、颜色、闪光和其它强度改变来表达温度和其它数据。本发明通过使用红外线传感器以监控挡风玻璃雨刷器停置区域由除冰装置加热前、中、后期的玻璃温度以提供提高的除冰装置性能和减少的能源消耗。测量出的玻璃温度用于产生驾驶员信息显示和/或用于为了推算除冰情况和自动控制除冰装置打开/关闭的算法。优选的实施例提供自动和手动方法的协调，这确保除冰装置电力消耗仅在需要时发生。在方便观察位置直观指示器的使用减少需要的驾驶员注意力的量。本发明提供系统状态、剩余激活时间和挡风玻璃温度的有效提醒。抬头显示指示器可以配置为在较大区域上提供光线同时允许驾驶员穿过指示器观察，因此驾驶员保持道路的注意性同时获得抬头显示器信息。显示元件的小尺寸和不显眼的位置允许车辆制造商更多的样式自由度以创造有吸引力的产品。在优选的实施例中，除冰装置的自动控制适应于接受手动超驰且以向驾驶员提供对基于重要注意事项(包括雨刷器性能和电动车辆可行驶里程)做出有效激活决定有用的信息。

Claims (16)

1.一种车辆装置，包含：

挡风玻璃；

雨刷器系统，所述雨刷器系统包括在所述挡风玻璃上具有停置区域的雨刷；

除冰装置，所述除冰装置可选地提供热量到所述停置区域；

挡风玻璃温度传感器，所述挡风玻璃温度传感器检测在所述停置区域的挡风玻璃温度；

邻近所述挡风玻璃的抬头显示器，所述抬头显示器显示温度指示器，所述温度指示器显示检测到的挡风玻璃温度的大小；

自动控制电路，所述自动控制电路配置为自动地停用所述除冰装置；以及

手动控制元件，所述手动控制元件配置为手动地激活和停用所述除冰装置。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述自动控制电路响应于检测到已除冰情况来停用所述除冰装置，所述已除冰情况是基于所述检测到的挡风玻璃温度。

3.如权利要求1所述的装置，其中所述自动控制电路在预定的接通时间之后停用所述除冰装置。

4.如权利要求1所述的装置，其中所述挡风玻璃温度传感器由安装在远离所述挡风玻璃处并且具有与所述停置区域重合的视野的红外线传感器组成。

5.如权利要求1所述的装置，其中所述除冰装置由包含进所述挡风玻璃的电阻加热层组成。

6.如权利要求1所述的装置，其中所述抬头显示器由投射所述温度指示器到所述挡风玻璃上的投光器组成。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述抬头显示器由设置在挡风玻璃外围的若干彩色LED元件组成。

8.如权利要求1所述的装置，其中所述温度指示器具有响应于所述检测到的挡风玻璃温度来确定的色彩。

9.如权利要求1所述的装置，其中所述控制电路配置为在预定接通持续时间之后自动地停用所述除冰装置，以及其中所述抬头显示器包括响应于到所述预定接通持续时间结束的剩余时间的时间指示器。

10.如权利要求9所述的装置，其中所述控制电路响应于所述手动控制元件的激活而延长所述预定接通持续时间。

11.如权利要求9所述的装置，其中所述时间指示器包括具有与剩余时间成比例变化的脉冲重复频率的脉冲显示。

12.如权利要求1所述的装置，其中所述除冰装置在若干加热强度下运行，以及其中所述抬头显示器包括强度指示器。

13.如权利要求1所述的装置，还包含电动车辆驱动装置和向所述电动车辆驱动装置和所述除冰装置提供电能的电池，其中所述抬头显示器包括电池电量指示器。

14.如权利要求1所述的装置，其中所述自动控制电路响应于检测到已除冰情况而停用所述除冰装置，所述已除冰情况是基于检测到的挡风玻璃温度、外界环境温度、内部环境温度和太阳热负荷。

15.如权利要求14所述的装置，其中所述自动控制电路响应于检测到已除冰情况而停用所述除冰装置，所述已除冰情况是基于所述检测到的挡风玻璃温度和所述雨刷器系统的电气响应。

16.一种用于车辆挡风玻璃除冰装置的方法，包含：

远程地感测挡风玻璃温度；

响应于结冰情况而激活所述除冰装置；

投射感测到的温度的大小到邻近所述挡风玻璃处；

响应于时间周期或已除冰情况检测中的至少一个来自动停用所述除冰装置，所述已除冰情况是使用所述感测到的温度来检测；以及

响应于手动激活延长所述时间周期；以及

响应于手动停用而停用所述除冰装置。

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