DE10052342A1

DE10052342A1 - Verfahren zur Steuerung einer Scheibenwischanlage

Info

Publication number: DE10052342A1
Application number: DE2000152342
Authority: DE
Inventors: Andreas Blaut; Klaus-Peter Schmitz
Original assignee: Hella KGaA Huek and Co
Current assignee: Hella GmbH and Co KGaA
Priority date: 2000-10-21
Filing date: 2000-10-21
Publication date: 2002-05-02
Also published as: EP1199231B1; EP1199231A2; EP1199231A3; DE50110534D1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Scheibenwischanlage zur Reinigung der Außenfläche einer Scheibe mit wenigstens einem Wischermotor zum Verschwenken von mindestens einem Wischerblatt und wenigstens einem im Wischbereich auf der Innenseite der Scheibe angeordneten optoelektronischen Sensor (1, 2, 3, 4), dessen Sensorsignal in Abhängigkeit von einem flüssigen oder festen Belag auf der Scheibe verändert wird. Dabei wird aus den von einer Messwerterfassungseinheit aufgenommenen Sensorsignalen und aus den zeitlich differenzierten Sensorsignalen eine Belagsintensitätsgröße ermittelt, die dann zur Ansteuerung des Wischermotors verwendet wird. Dabei können Überwischvorgänge in vorteilhafter Weise in die Auswertung mit einbezogen werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Scheibenwischanlage zur Reinigung der Außenfläche einer Scheibe mit wenigstens einem Wischermotor zum Verschwenken von mindestens einem Wischerblatt und wenigstens einem im Wischbereich auf der Innenseite der Scheibe angeordneten optoelektronischen Sensor, dessen Sensorsignal in Abhängigkeit von einem flüssigen oder festen Belag auf der Scheibe verändert wird. Dabei wird aus den von einer Messwerterfassungseinheit aufgenommenen Sensorsignalen eine Belagsintensitätsgröße ermittelt, die dann zur Ansteuerung des Wischermotors verwendet wird.

Problematisch bei der Ermittlung einer für die Ansteuerung des Wischermotors optimalen Belagsintensitätsgröße sind die Sensorsignale, die beim Überwischen des Wischerblatts über die aktive Sensorfläche erzeugt werden, da das Wischerblatt eine relativ große Wasserwelle vor sich herschiebt, die das Lichtsignal des optoelektronischen Sensors sehr stark schwächt.

Zur Lösung dieses Problems wird in der EP 0 547 337 B1 vorgeschlagen, zur Ermittlung der Belagsintensitätsgröße die Sensorsignale auszuklammern, die während des Überwischens erzeugt wurden. Zu diesem Zweck werden die Überwischzeitpunkte anhand der eingestellten Wischergeschwindigkeit sowie der geometrischen Anordnung des Sensors im Wischbereich vorherberechnet. Darüber hinaus ist dort vorgesehen, die Überwischzeitpunkte über einen separaten dem Wischerblatt zugeordneten Lichtschrankensensor oder einen Hallsensor zu detektieren. Diese Vorgehensweise ist jedoch sehr umständlich und teuer, da bei jedem Fahrzeugtyp eine Abstimmung auf die genaue Anordnung des Sensors im Wischbereich erfolgen muss. Darüber hinaus muss eine Abstimmung auf die Kenndaten (Geschwindigkeitsstufen) des Wischermotors und auf die Geometrie und Anordnung des Wischerarms/Wischerblatts erfolgen. Die Realisierung einer universell einsetzbaren Steuerung ist so nicht möglich. Außerdem ist die Vorausberechung der Überwischzeitpunkte aufgrund unterschiedlicher und sich ändernder Reibwiderstände für das auf der Scheibe gleitende Wischerblatt mit einer Ungenauigkeit behaftet. Das Vorsehen von zusätzlichen Sensoren zur Detektion der Überwischzeiten ist teuer.

Ferner ist in der EP 0 547 337 B1 eine Regenformerfassungseinrichtung vorgesehen, welche anhand der Änderungsgeschwindigkeit im Signalverlauf zwischen kleinen und großen Regentropfen unterscheidet. Dabei wird ein Schaltsignal ausgehend von einem definierten Ausgangswert stufenweise oder in einem Schritt in Abhängigkeit von der Signaländerungsgeschwindigkeit herabgesetzt. Wird dabei eine Schaltschwelle unterschritten, dann wird automatisch ein Wischzyklus eingeleitet. Auch hierbei bleiben solche Signale und Signaländerungen unberücksichtigt, die während eines Überwischvorgangs erzeugt wurden, da ansonsten bei einem Überwischvorgang aufgrund der dort auftretenden hohen Signaländerungsgeschwindigkeit immer die Schaltschwelle für große Regentropfen unterschritten bzw. überschritten werden würde.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein universell einsetzbares Verfahren zur Steuerung einer Scheibenwischanlage zu schaffen, mit dem eine Ermittlung einer Belagsintensitätsgröße zur Ansteuerung des Wischermotors in zuverlässiger und kostengünstiger Weise möglich ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden alle Sensorsignale in der Auswertung berücksichtigt, und zwar auch die Sensorsignale, die während eines Überwischvorgangs erzeugt werden. Dabei werden die Sensorsignale kontinuierlich oder in Abtastschritten erfasst, deren zeitlicher Abstand kleiner als die Zeitdauer des Überwischens über die aktive Fläche des Sensors ist. Damit unverhältnismäßig große Signaländerungen, insbesondere bei Überwischvorgängen nicht zu einer fehlerhaften Ansteuerung des Wischermotors führen, werden zur Ermittlung der Belagsintensitätsgröße, die letztendlich zur Ansteuerung des Wischermotors verwendet wird, immer die eigentlichen Sensorsignale und die differenzierten Sensorsignale in Kombination herangezogen, während beim Stand der Technik zur Erzeugung eines Ansteuersignals entweder nur die eigentlichen Sensorsignale oder nur die Signaländerungsgeschwindigkeit herangezogen wird. Durch die Einbeziehung der Sensorsignale, die während des Überwischens erzeugt werden, kann der Sensor im Wischbereich an jeder beliebigen Position angebracht werden. Eine Adaption der Auswertung an die jeweiligen Parameter des Wischermotors und der Wischergeometrie entfällt. Damit können die in Rede stehenden Belagssensoren universell eingesetzt werden. Durch die Kombination der gemessenen Sensorsignale mit den differenzierten Sensorsignalen wird eine realitätsnahe und zuverlässige Belagsintensitätsgröße als Istwert für die Regelung des Wischermotors erreicht. Darüber hinaus hat diese Art der Berechung der Belagsintensität den Vorteil, dass die Zeitbasis für die Berechung größer ist als bei dem Vorgehen gemäß EP 0547 337 B1. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann die Zeitbasis für die Berechnung der Zeitdauer eines kompletten Wischzyklus entsprechen, während die Zeitbasis beim Stand der Technik nur ein Teilbereich davon ist, da um die Überwischzeitpunkte herum Zeitintervalle ausgeklammert sind. Aufgrund der größeren Zeitbasis und der damit verbunden größeren Menge an Messdaten wird schon aus statistischen Gründen die Messgenauigkeit größer.

Durch die Einbeziehung der Überwischvorgänge in die Auswertung wird die Wasserwelle oder zumindest der Anstieg der Wasserwelle, welche das Wischerblatt vor sich herschiebt, bei der Berechung der Belagsintensitätsgröße berücksichtigt. Hierin steckt eine für die Ansteuerung wertvolle Information, da die vom Wischerblatt vor sich hergeschobene Wasserwelle quasi das Integral der Wassermenge des vom Wischblatt überwischten Bereiches ist, während die eigentlichen Sensorsignale die Wassermenge auf der relativ kleinen Sensorfläche jeweils zu Zeiten vor und nach dem Überwischen repräsentieren. Durch die Berücksichtigung der differenzierten Sensorsignale wird dabei gewährleistet, dass das Überwischen mit einer angemessenen Gewichtung in die Berechnung einfließen kann.

Anhand der beigefügten Zeichnungen soll das erfindungsgemäße Verfahren sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen davon nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Wischanordnung mit mehreren optoelektronischen Sensoren im Wischbereich sowie der zugehörigen Messwerterfassungs-, Auswerte- und Steuerelektronik,

Fig. 2 den Verlauf des Mittelwertes der referenzierten Sensorsignale,

Fig. 3 den inversen Verlauf des Mittelwertes der differenzierten Sensorsignale aller Sensoren,

Fig. 4 das Integral der gemittelten Sensorsignale aus Fig. 2,

Fig. 5 den Verlauf der erfindungsgemäß berechneten Belagsintensitätsgröße.

Bei der Wischanordnung wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, sind 4 optoelektronische Sensoren (1, 2, 3, 4) im Wischbereich vorgesehen, die vom Wischerblatt nacheinander überwischt werden. In der dargestellten Wischanordnung ist ein Wischerblatt vorgesehen.

Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch angewendet werden, wenn zwei Wischerblätter vorhanden sind. Die Sensorsignale sind einer Messwerterfassungseinheit (z. b. einem Analog-Digital-Wandler) zugeführt. Die digitalisierten Sensorsignale werden dann an eine Auswerteeinheit weitergeleitet. Außerdem werden die digitalisierten Sensorsignale an eine Differenziereinheit weitergeleitet, wo durch numerische Differenzierung die zeitliche Ableitung der Sensorsignale gebildet wird. Nun werden auch die differenzierten Sensorsignale der Auswerteeinheit zugeführt. Zur Berechnung der Belagsintensitätsgröße (G) werden die Sensorsignale (S1-S4) und die differenzierten Sensorsignale (dS1/dt, dS2/dt, dS3/dt, dS4/dt) in noch zu erläuternder Weise miteinander verknüpft. Die so ermittelte Belagsintensitätsgröße wird dann einer Steuereinheit zugeführt, welche die Belagsintensitätsgröße (G) mit einer oder mehreren Schaltschwellen vergleicht, und ein Schaltsignal zur Ansteuerung des Wischermotors in Abhängigkeit davon generiert, ob die Belagsintensitätsgröße (G) eine oder mehrere Schaltschwellen unter- bzw. überschritten hat. Der Wischermotor verfügt über einen Endlagenschalter, über den angezeigt wird, ob und wann das Wischerblatt sich in der Parkstellung befindet. Der Ausgang des Endlagenschalters ist der Messwerterfassungseinheit, der Auswerteeinheit und/oder der Steuereinheit zur Synchronisation mit dem Wischzyklus zugeführt. Die Messwerterfassungseinheit, die Differenziereinheit, Auswerteeinheit und Steuereinheit sind vorzugsweise in einem einzigen elektronischen Baustein, einem sogenannten ASIC (Application Specific Circuit) integriert. Differenziereinheit, Auswerteeinheit und Steuereinheit umfassen dabei Softwareprogramme zur Differenzierung, Auswertung und Steuerung. Es ist jedoch alternativ auch vorgesehen, die Elektronik aus analogen Bausteinen aufzubauen, insbesondere kann die Differenziereinheit auch als analoge Differenzierschaltung ausgebildet sein.

Der Messzyklus ist gegenüber dem Wischzyklus jeweils zeitversetzt. Im Dauerbetrieb ist die Zeitdauer des jeweils laufenden Messzyklus gleich der eingestellten Zeitdauer für den Wischzyklus, die am Ende des jeweils vorangegangenen Messzyklus berechnet wurde. Im Intervallbetrieb kann die Zeitdauer für einem Messzyklus größer sein als die reine Zeit für einen Wischzyklus (Parkzeiten ausgenommen). Sie wird lediglich durch die Speicherkapazität der Auswerteeinheit begrenzt. Ein typischer Wert für das Abtastintervall, in dem die Sensorsignale aller 4 Sensoren von der Messwerterfassungseinheit aufgenommen werden, ist ca. 20 ms. Bei einer Zeitdauer für einen Messzyklus von größenordnungsmäßig 1 s ergeben sich somit ca. 50 Messwerte (S1_j S2_j S3_j, S4_j) pro Messzyklus. In der Auswerteeinheit ist nun ein Referenzwert (S0) gespeichert, der dem Sensorsignal einer trockenen oder weitestgehend trockenen Scheibe entsprechen soll. In der Auswerteeinheit wird nun für jeden Sensor die Differenz (D1_j, D2_j, D3_j, D4_j) zwischen dem Referenzwert (S0) und dem Sensorsignal (S1_j S2_j S3_j, S4_j) gebildet. Dabei kann der Referenzwert in bekannter Weise in bestimmten Zeitabständen (z. B. nach jedem Messzyklus) neu angepasst. In vorteilhafter Weise existiert für jeden Sensor ein eigener Referenzwert. Die Differenzen der einzelnen Sensoren werden dann aufaddiert zu einem Differenzwert D_j = (D1_j+ D2_j+ D3_j+ D4_j)/4. Der Verlauf dieses Differenzwertes (Mittelwert der referenzierten Sensorsignale) ist in Fig. 2 aufgezeichnet. Die durchgezogenen Linie in Fig. 3 stellt den Verlauf des Mittelwertes der differenzierten Sensorsignale aller 4 Sensoren dar:

(dS/dt)j = {(dS1/dt)j + (dS2/dt)j + (dS3/dt)j + (dS4/dt)j}/4 - dargestellt ist der inverse Verlauf - (dS/dt)j.

Die punktierte Linie in Fig. 3 kennzeichnet den Verlauf der bis zum jeweiligen Auswertezeitpunkt größten positiven Signaländerungsgeschwindigkeit, während die strichpunktierte Linie den Verlauf der bis zum jeweiligen Auswertezeitpunkt größten negativen Signaländerungsgeschwindigkeit kennzeichnet. Am Ende eines Mess- und Auswertezyklus wird so ein Maximalwert (größte positive Signaländerungsgeschwindigkeit im Messzyklus - (dS/dt)_Max. und ein Minimalwert (größte negative Signaländerungsgeschwindigkeit im Messzyklus - (dS/dt)_Min. ermittelt. Fig. 4 zeigt den Verlauf der addierten referenzierten Mittelwerte (D_j). Die gestrichelte Linie in Fig. 5 zeigt die Zunahme der Abtastpunkte in einem Messzyklus. Die durchgezogene Linie zeigt den Verlauf der jeweils am Ende eines Messzyklus berechneten Belagsintensitätsgröße (G), die zur Ansteuerung des Wischermotors für den jeweils nächsten Wischzyklus dient.

Die Belagsintensitätsgröße wird nun in vorteilhafter Weise wie folgt berechnet:

G = 1/NΣD_j + a(dS/dt)_Max. + b(dS/dt)_Min.

Dabei steht N für die Zahl der Abtastpunkte.

In die Berechnung der Belagsintensitätsgröße fließen somit folgende Größen ein:

- die Summe der referenzierten Mittelwerte innerhalb eines Messzyklus dividiert durch die Zahl der Abtastpunkte, d. h. der über den Messzyklus gemittelte Mittelwert aller Sensoren,
- das Maximum der differenzierten Sensorsignale innerhalb des Messzyklus,
- das Minimum der differenzierten Sensorsignale innerhalb des Messzyklus, wobei die Größe (dS/dt)_Min. negativ ist.

Über die Faktoren a und b kann der Einfluß des Maximums und des Minimums der differenzierten Sensorsignale auf die Belagsintensitätsgröße und damit letztendlich auf die Ansteuerung optimal eingestellt werden. Die Faktoren a und b werden empirisch durch Versuche ermittelt, in denen man die Werte dieser Faktoren ändert und die Auswirkungen auf die Ansteuerung beobachtet. Es wird dann das Wertepaar (a, b) verwendet, das die beste Ansteuerung bewirkt hat. Die Faktoren a und b sind in der Auswerteeinheit gespeichert. Dabei ist es vorteilhafter Weise vorgesehen, die Werte dieser Faktoren auch nachträglich dann, wenn die Sensorik samt Steuerelektronik bereits im Fahrzeug eingebaut ist, zu ändern bzw. neue Werte zu speichern.

Obwohl die vorstehend gemachten Ausführungen sich auf eine Sensoranordnung mit 4 Sensoren bezieht, ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der Belagsintensitätsgröße natürlich auch bei nur einem Sensor anwendbar.

Die erfindungsgemäß ermittelte Belagsintensitätsgröße (G) kann als Schaltkriterium für das Umschalten des Wischermotors von Intervallbetrieb auf Dauerbetrieb und/oder als Schaltkriterium für das Umschalten der Geschwindigkeit des Wischermotors im Dauerbetrieb verwendet werden.

Für den Fall, dass zwei oder mehrere Sensoren, wie im vorliegenden Beispiel, vorgesehen sind, ist das Verfahren in vorteilhafter Weise zu Erkennung eines Wasserschwalls weiter ausgestaltet. Dabei werden die Sensorsignale (S_j) bzw. die referenzierten Sensorsignale (S0- S_j) der einzelnen Sensoren mit einem Schwellwert verglichen; gleiches geschieht mit den differenzierten Sensorsignalen der einzelnen Sensoren. Dabei wird immer dann, wenn innerhalb einer bestimmten Zeitdauer (quasi zeitgleich), die Sensorsignale und die differenzierten Sensorsignale von mindestens 2 Sensoren den jeweiligen Schwellwert überschreiten bzw. unterschreiten, automatisch und unverzüglich ein Wischvorgang ausgelöst oder die Wischgeschwindigkeit erhöht. Der Ablauf des normalen Messzyklus wird dabei nicht abgewartet. Dadurch, dass zwei räumlich zumindest in einem gewissen Abstand zueinander angeordnete Sensoren ausgewertet werden, kann mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass ein Wasserschwall die Scheibe getroffen hat. Die "ortsaufgelöste" Messung unter Einbeziehung der differenzierten Sensorsignale ermöglicht somit eine zuverlässige Schwallerkennung, worauf dann durch Einleitung eines Wischvorgangs oder durch Erhöhung der Wischgeschwindigkeit automatisch reagiert wird, um das Wasser wegzuwischen.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung einer Scheibenwischanlage zur Reinigung der Außenfläche einer Scheibe mit wenigstens einem Wischermotor zum Verschwenken von mindestens einem Wischblatt und wenigstens einem im Wischbereich auf der Innenseite der Scheibe angeordneten optoelektronischen Sensor (1, 2, 3, 4), dessen Sensorsignal (S1, S2, S3, S4) in Abhängigkeit von einem flüssigen oder festen Belag auf der Scheibe verändert wird, wobei aus von einer Messwerteerfassungseinheit aufgenommenen Sensorsignalen eine Belagsintensitätsgröße (G) ermittelt wird, die zur Ansteuerung des Wischermotors verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommenen Sensorsignale (S1, S2, S3, S4) einer Differenziereinheit zur Bildung von zeitlich differenzierten Sensorsignalen zugeführt werden, wobei zur Ermittelung der Belagsintensitätsgröße (G) die eigentlichen Sensorsignale und die differenzierten Sensorsignale herangezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenziereinheit in Form eines Auswerteprogramms ausgebildet ist, das eine numerische Differenzierung der Sensorsignale durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenziereinheit eine Differenzierschaltung ist.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines Auswertezeitraums der Maximalwert und/oder der Minimalwert der differenzierten Sensorsignale ermittelt wird, wobei der Maximalwert und/oder der Minimalwert zur Berechnung der Belagsintensitätsgröße (G) herangezogen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Maximalwert und/oder der Minimalwert mit einem Gewichtungsfaktor (a, b) in die Berechnung der Belagsintensitätsgröße (G) einfließt.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belagsintensitätsgröße als Schaltkriterium für das Umschalten des Wischermotors von Intervallbetrieb auf Dauerbetrieb verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belagsintensitätsgröße als Schaltkriterium für das Umschalten der Geschwindigkeit des Wischermotors im Dauerbetrieb verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Sensorsignalen, die in einem Messzyklus aufgenommen wurden, ein Mittelwert gebildet wird, und zu diesem Mittelwert der gewichtete Maximalwert und/oder Minimalwert der differenzierten Sensorsignale aus diesem Messzyklus addiert wird, um die Belagsintensitätsgröße zu erhalten.

9. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Differenzwert zwischen einem Referenzwert und dem jeweils gemessenen Sensorsignal gebildet wird, wobei aus den in einem Messzyklus ermittelten Differenzwerten der Mittelwert berechnet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mess- und Auswertezyklus gegenüber dem Wischzyklus zeitversetzt ist, wobei die Zeitdauer eines Mess- und Auswertezyklus gleich der Zeitdauer des jeweils vorangehenden Wischzyklus ist.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehrere Sensoren vorgesehen sind, deren aktive Fläche zeitversetzt vom Wischblatt überwischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsignale der einzelnen Sensoren laufend jeweils mit einem Schwellwert verglichen werden, dass die differenzierten Sensorsignale der einzelnen Sensoren laufend jeweils mit einem weiteren Schwellwert verglichen werden, wobei immer dann, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer, die Sensorsignale und die differenzierten Sensorsignale von mindestens zwei Sensoren den jeweiligen Schwellwert überschritten oder unterschritten haben, automatisch unverzüglich ein Wischvorgang ausgelöst wird oder die Wischgeschwindigkeit erhöht wird.