-
Die
Erfindung betrifft eine Messvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 genannten Art, also eine Messvorrichtung zum Messen eines momentanen
Benetzungsgrades eines Bauteils, das insbesondere in einem Kraftfahrzeug
vorhanden ist, mit einer Hochfrequenz-Quelle zum Erzeugen eines hochfrequenten
Referenzsignals und einem Messaufnehmer zum Erzeugen eines Messsignals,
das eine Information über
den momentanen Benetzungsgrad des Bauteils enthält.
-
Obwohl
auf beliebige Bauteile anwendbar, werden die vorliegende Erfindung
sowie die ihr zugrunde liegende Problematik nachfolgend in Bezug auf
eine Kraftfahrzeugscheibe, insbesondere auf die Windschutzscheibe
eines Kraftfahrzeugs, näher
erläutert.
-
Es
sind Scheibenwischvorrichtungen für Windschutzscheiben von Kraftfahrzeugen
bekannt, bei denen eine Steuerung der Scheibenwischer nicht nur über einen
herkömmlichen
Lenkstockhebel, sondern zusätzlich über einen
Regensensor erfolgt. Diese Regensensoren liefern in Abhängigkeit
des jeweiligen sich auf der Fahrzeugscheibe befindlichen Feuchtigkeitsgrades
oder in Abhängigkeit
des Benetzungsgrades der Fahrzeugscheibe ein Signal an eine Auswerteeinheit
des Kraftfahrzeugs, welches üblicherweise
zur Ansteuerung der Scheibenwischer genutzt wird.
-
Aus
dem Stand der Technik sind beispielsweise optische Regensensoren
bekannt, welche üblicherweise
eine Lichtquelle umfassen, deren elektromagnetische Strahlung von
der Windschutzscheibe, je nach Feuchtigkeitsbelag auf der Windschutzscheibe
unterschiedlich reflektiert wird. Der reflektierte Anteil wird mittels
eines Fotoelements erfasst, so dass ein dem Benetzungsgrad entsprechendes
Ausgangssignal des Regensensors bereitgestellt werden kann. Diese
Ausgangssignale können
derart ausgewertet und zur Steuerung der Scheibenwischer verwendet
werden, dass sowohl die Einschaltung als auch die Wischergeschwindigkeit
in Abhängigkeit von
einer gemessenen Regenmenge variiert wird.
-
An
diesem Ansatz gemäß dem Stand
der Technik hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt,
dass optische Regensensoren durch verschiedene, vom Benetzungsgrad
unabhängige Einflüsse beeinträchtigt werden.
Beispielsweise reagieren optischen Sensorsysteme sehr empfindlich auf
Verschmutzungen, so dass daher das Ausgangssignal der Mess- und
Auswerteeinheit häufig
nicht mehr als Maß des
Benetzungsgrades angesehen werden kann. Dies wirkt sich auf die
Zuverlässigkeit des
Systems nachteilig aus.
-
Ferner
sind auf der Außenseite
der Fahrzeugscheibe aufgebrachte Sensoren bekannt, welche aus zwei
sich nicht berührende
Leiterbahnen bestehen, die parallel verlaufende, kammartig ineinander
greifende Leiterbahnabschnitte aufweisen, welche untereinander elektrisch
nicht verbunden sind. Diese Leiterbahnabschnitte sind beispielsweise
als Strukturen mit konstanter Breite ausgebildet. Dabei sind die
Leiterbahnen mit elektrischen Anschlussvorrichtungen versehen. Durch
die Wassertröpfchen werden
die elektrisch leitenden Bahnen derart überbrückt, dass ein elektrischer
Messstrom fließt.
Die Überbrückung der
Leiterbahnen durch die Wassertröpfchen
bewirkt eine Änderung
des Gesamtwiderstands des Sensors. In Abhängigkeit vom jeweiligen Benetzungsgrad
auf der Fahrzeugscheibe lässt
sich über
die Widerstandsänderung
somit ein reproduzierbares elektrisches Signal erzeugen.
-
Da
die im Bereich des Regensensors auftreffende Feuchtigkeit dabei
repräsentativ
für den
Benetzungsgrad der Fahrzeugscheibe ist, wird der Regensensor üblicherweise
auf der Fahrzeugscheibe des Kraftfahrzeugs im Bereich der Scheibenwischer
angeordnet. Herstellungsbedingt wird der Regensensor bereits beim
Hersteller der Fahrzeugscheiben auf die Fahrzeugscheibe aufgebracht.
Dies stellt einen sehr aufwändigen
und sehr kostenintensiven Prozess dar.
-
An
diesem Ansatz gemäß dem Stand
der Technik hat sich allerdings zudem die Tatsache als nachteilig
herausgestellt, dass die auf der Außenseite der Fahrzeugscheibe
montierten Sensoren äußeren Witterungseinflüssen sowie
mechanischen Einflüssen
beispielsweise durch die Scheibenwischer ausgesetzt sind, wodurch
Verschleißerscheinungen auftreten
können.
-
Aus
der Druckschrift
DE
101 27 990 C2 ist ein Regensensor bekannt, der als Sensorelement
einen LC-Schwingkreis, einen Oszillator zur Anregung des Schwingkreises
und eine Durchstimmeinrichtung zur frequenzmäßigen Durchstimmung des Oszillators
aufweist. Dabei wird die Frequenz des Schwingkreises in Abhängigkeit
des Benetzungsgrades erfasst und ausgewertet.
-
An
diesem Ansatz gemäß dem Stand
der Technik hat sich die Tatsache als nachteilig herausgestellt,
dass diese Regensensoren äußerst empfindlich
auf elektromagnetische Beeinflussungen reagieren, da sämtliche
Funksignale im Bereich des Kraftfahrzeugs Störsignale für einen LC-Schwingkreis darstellen.
Somit können
externe Funksignale die Frequenz des LC-Schwingkreises ohne eine
Benetzung der Kraftfahrzeugscheibe derart verändern, dass auch ohne eine
Tröpfchenbildung
auf der Fahrzeugscheibe in unerwünschter
Weise eine Scheibenwischerfunktion aktiviert wird. Die elektromagnetischen
Störeinflüsse bedingen
also eine zusätzliche Gleichspannung,
die vom Regensensor fehlerhafterweise als Benetzung interpretiert
wird. Des Weiteren kann die Empfindlichkeit des Regensensors bezüglich des
tatsächlich
zu detektierenden Nutzsignals sehr schlecht sein.
-
Vor
diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein möglichst genaues
Bestimmen eines Be netzungsgrades eines Bauteils, insbesondere einer
Kraftfahrzeugscheibe, zu ermöglichen.
-
Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist die Messvorrichtung einen Multiplizierer und einen
Tiefpass (Tiefpassfilter) auf, der dem Multiplizierer nachgeschaltet
ist. Den Eingängen
des Multiplizierers wird ein hochfrequentes Referenzsignal einer
Hochfrequenz-Quelle und ein Messsignal zugeführt, das eine Information über den
momentanen Benetzungsgrad eines Bauteils enthält. Das Referenzsignal und das
Messsignal sind insbesondere kohärente
Signale, die bezüglich
ihrer Frequenz synchron sind. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung kann somit
eine Gleichspannung erzeugen, die proportional zum detektierten
Messwert ist. Der Tiefpass bestimmt einerseits die Reaktionszeit
der Messvorrichtung und andererseits deren Bandbreite.
-
Der
Tiefpass kann vorteilhafterweise schmalbandig ausgestaltet sein,
so dass Signale mit Frequenzen, die größer sind, als die durch den
Tiefpass vorgegebene Grenzfrequenz, herausgefiltert und bei der
Ermittlung des Benetzungsgrades somit nicht berücksichtigt werden. Vorteilhafterweise
kann somit eine hohe Messempfindlichkeit und zusätzlich auch eine geringe Störempfindlichkeit
gewährleistet
werden.
-
Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist dem Tiefpass ein Verstärker nachgeschaltet.
Aufgrund der relativ schmal dimensionierbaren Bandbreite kann dieser
Verstärker
vorteilhafterweise so ausgestaltet sein, dass die durch ihn erzielbare
Verstärkung
hoch ist. Dadurch wird eine besonders hohe Sensitivität der Messung
erreicht.
-
Vorteilhafterweise
kann die Hochfrequenz-Quelle einen Oszillator aufweisen. Dadurch
ist das hochfrequente Referenzsignal auf besonders einfache Weise
erzeugbar.
-
Besonders
bevorzugt weist der Messaufnehmer einen Resonator auf. Diese Ausgestaltung
der Erfindung gewährleistet
eine genaue Erfassung des zu bestimmenden Benetzungsgrades auf besonders effektive
Weise.
-
Der
Resonator und die Hochfrequenz-Quelle sind der Einfachheit halber
zum Anregen des Resonator mittels der Hochfrequenz-Quelle miteinander gekoppelt.
Dadurch kann das hochfrequente Referenzsignal der Hochfrequenz-Quelle
sowohl zum Detektieren des gewünschten
Messwertes als auch zum Anregen des Resonators genutzt werden. Dies gewährleistet
ein besonders gutes Bestimmen des Messwertes und somit des Benetzungsgrades.
-
Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
den Unteransprüchen
sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren
der Zeichnung angegebenen Anwendungs- und Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigt dabei:
-
1 ein
Anwendungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung in einem
Kraftfahrzeug und
-
2 ein
Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Messvorrichtung.
-
In
den Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente – sofern
nichts anderes angegeben ist – mit
denselben Bezugszeichen versehen worden.
-
Die
nachfolgenden Erläuterungen
werden an Hand einer Kraftfahrzeugscheibe ausgeführt. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung
ist allerdings nicht auf die Anwendbarkeit bei Kraftfahrzeugscheiben
beschränkt,
sondern kann vielmehr ebenfalls für andere Bauteile eingesetzt
werden, bei denen ein Benetzungsgrad gemessen werden soll. Diese
Bauteile müssen
darüber
hinaus nicht notwendigerweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet
sein.
-
1 zeigt
eine geschnittene, schematische Darstellung eines Ausschnittes eines
Kraftfahrzeuges 1 mit einer Windschutzscheibe 2.
In dem Kraftfahrzeug 1 ist eine erfindungsgemäße Messvorrichtung 3 zum
Messen eines momentanen Benetzungsgrades eines Bauteils des Kraftfahrzeuges 1 vorhanden.
Dieses Bauteil ist im vorliegenden Beispiel die Windschutzscheibe 2.
In die Windschutzscheibe 2 ist ein Messaufnehmer 4 eingebettet,
der dazu dient, eine Information über den Benetzungsgrad der
Windschutzscheibe 2 mit Regenwasser aufzunehmen. Der Messaufnehmer 4 ist
Teil der Messvorrichtung 3. Darüber hinaus enthält die Messvorrichtung 3 weitere
Komponenten 5, die nachfolgend anhand der 2 näher bezeichnet
werden.
-
2 zeigt
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 3.
Die Messvorrichtung 3 weist einen Oszillator 6 auf,
der als Hochfrequenz-Quelle dient und ein hochfrequentes Referenzsignal
erzeugt. Der Oszillator 6 kann insbesondere als variabler
Oszillator ausgestaltet sein, der ein Verändern der Frequenz des hochfrequenten Referenzsignals
ermöglicht.
-
Der
Oszillator 6 ist ausgangsseitig mit einem Resonator 7 gekoppelt,
so dass dieser mittels des Referenzsignals angeregt wird. Der Resonator 7 ist Teil
des Messaufnehmers 4 und enthält einen LC-Schwingkreis, der
aus einer Induktivität 8 und
einer dazu parallel geschalteten Kapazität 9 besteht. Die Resonanzfrequenz
des LC-Schwingkreises ändert
sich ab hängig
davon, ob und wie viel Regenwasser auf der Windschutzscheibe 2 vorhanden
ist, da sich insbesondere die Kapazität 9 des Resonators 7 aufgrund
der hohen Dielektrizitätskonstanten
des in der unmittelbaren Nähe
der Kapazität 9 befindlichen Regenwassers
erhöht.
Der Resonator 7 kann dadurch ein Messsignal erzeugen, das
die Information über
den Benetzungsgrad der Windschutzscheibe 2 enthält.
-
Der
Resonator 7 ist ausgangsseitig mit einem Multiplizierer 10 gekoppelt,
der einen ersten Eingang 11 aufweist, dem das Messsignal
des Resonators 7 mit der Information über den Benetzungsgrad der
Windschutzscheibe 2 zugeführt ist. Einem zweiten Eingang 12 des
Multiplizierers 10 wird das hochfrequente Referenzsignal
des Oszillators 6 zugeführt. Der
Multiplizierer 10 multipliziert somit das Messsignal mit
dem Referenzsignal. Da beide Signale kohärent sind, kann durch die Multiplikation
so eine Gleichspannung gewonnen werden, die dem Messwert und damit
der Information über
den Benetzungsgrad der Windschutzscheibe 2 proportional
ist.
-
Dem
Multiplizierer 10 ist ein Tiefpassfilter 13 nachgeschaltet,
dessen Grenzfrequenz vorteilhafterweise so dimensioniert ist, dass
störende
und fehlerhafte Signaleinflüsse,
die von dem Messaufnehmer 4 beispielsweise durch parasitäre elektromagnetische Strahlung
(EMV-Strahlung) aufgenommen wurde, herausgefiltert werden. Das Ausgangssignal
des Tiefpassfilters 13 gibt somit besonders genau den gewünschten
Messwert wieder.
-
Das
Tiefpassfilter 13 ist ausgangsseitig mit einem Verstärker 14 verbunden,
der das Ausgangssignal des Tiefpassfilters 13 verstärkt. Dadurch
ist eine besonders hohe Sensitivität der Messung erreichbar. Das
so verstärkte
Signal wird einer Verarbeitungsschaltung 15 zugeführt, in
der es in an sich bekannter Weise weiter verarbeitet und aufbereitet wird.
Die Verarbeitungsschaltung 15 gibt an einem Ausgang 16 ein
Steuersignal aus, mit dem letztendlich ein Scheibenwischer in Abhängigkeit
von dem ermittelten Benetzungsgrad angesteuert wird.
-
Obgleich
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.