DE10356407A1 - Feuchtigkeitssensor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Feuchtigkeitssensor für ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei getrennt ansteuerbaren Kondensatoren, deren Kapazitäten durch Einwirkung von Feuchtigkeit veränderbar sind, wobei zu den veränderbaren Kapazitäten untereinander eine Auswerteeinheit vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Windschutzscheibe für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Windschutzscheibe sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Feuchtigkeitssensors.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Feuchtigkeitssensor für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens zwei getrennt ansteuerbaren Kondensatoren, deren Kapazitäten durch Einwirkung von Feuchtigkeit veränderbar sind.
  • Derartige Feuchtigkeitssensoren werden eingesetzt, um die Scheibenwischanlage eines Kraftfahrzeugs automatisch, d.h. ohne manuelle Betätigung durch eine Bedienperson ansteuern zu können. Feuchtigkeitssensoren reagieren auf eine Veränderung der Feuchtigkeit der Umgebung, in der der Feuchtigkeitssensor angeordnet ist.
  • Für Feuchtigkeitssensoren haben sich zwei Entwicklungslinien herausgebildet. Eine erste Entwicklungslinie umfasst Feuchtigkeitssensoren, die auf einem opto-elektronischen Prinzip basieren, wobei die Strahlungsintensität durch Feuchtigkeit beeinflussbar ist. Aus der Änderung einer Strahlungsintensität können Rückschlüsse gewonnen werden, wie feucht der Sensorbereich ist, beispielsweise durch Beaufschlagung mit Regentropfen.
  • Eine zweite Entwicklungslinie verfolgt die Verbesserung von kapazitiveren Regensensoren. Diese Sensoren basieren darauf, dass sich die Kapazität eines Kondensators durch Veränderung des Dielektrikums verändert. Dabei wurde zunächst (beispielsweise gemäß der EP 01 92 416 A2 ) vorgeschlagen, auf der Außenhaut einer Windschutzscheibe zueinander beabstandete Elektroden aufzubringen. Diese Elektroden bilden einen Kondensator, wobei die Kapazität dieses Kondensators durch Einwirkung von Feuchtigkeit veränderbar ist. Um die Kapazität des Kondensators zu erhöhen, wird vorgeschlagen, die Oberfläche der Elektroden durch eine Vielzahl von Vorsprüngen zu vergrößern. Die Anordnung der Elektroden im Bereich der Außenhaut der Windschutzscheibe hat sich als problematisch herausgestellt, da die Elektroden Witterungseinflüssen ausgesetzt sind und außerdem einer mechanischen Belastung durch über die Elektroden streifende Scheibenwischer ausgesetzt sind.
  • Hiervon ausgehend wird in der US 4,827,198 vorgeschlagen, die Elektroden eines Kondensators nicht auf der Außenhaut einer Windschutzscheibe anzuordnen, sondern in einer Zwischenschicht, sodass die Elektroden vor Witterungseinflüssen geschützt sind. Da sich die Feldlinien eines solchen Kondensators mit „eingebetteten" Elektroden zumindest teilweise auch durch der Außenhaut der Windschutzscheibe vorgelagerte Bereiche erstrecken, lässt sich auch mit einer solchen Anordnung die Feuchtigkeit im Außenbereich der Windschutzscheibe bestimmen. Da allerdings das direkt zwischen den Elektroden befindliche Material, also die einzelnen Materialschichten der Windschutzscheibe, durch die Feuchtigkeit an der Außenhaut der Windschutzscheibe nicht beeinflusst werden, sind die durch Änderung der Feuchtigkeit feststellbaren Kapazitätsänderungen kleiner, sodass gegebenenfalls Verstärkungsschaltungen eingesetzt werden müssen.
  • In der DE 38 42 180 C2 wird vorgeschlagen, mehrere Sensoren zu verwenden, die dann jeweils unabhängig voneinander Scheibenwischermotoren ansteuern können. Es handelt sich also um eine zweifache Anwendung eines an sich bekannten Systems.
  • Aus der US 6,094,981 ist es bekannt, einen Kondensator zu verwenden, mit dem die Änderung der Feuchtigkeit im Bereich der Außenhaut einer Windschutzscheibe feststellbar ist. Zusätzlich findet ein Referenzkondensator Verwendung, wobei die Feldlinien des Kondensators durch einen Teil der Schichten der Windschutzscheibe hindurch verlaufen, um eine Aussage über die Alterung der Windschutzscheibe machen zu können. Hierdurch kann ein Null-Abgleich für den Feuchtigkeitssensor durchgeführt werden.
  • Schließlich ist aus der US 4,705,998 bekannt, eine Vielzahl von Elektroden zu verwenden, wobei jeweils zueinander benachbarte Elektroden einen Kondensator bilden können. Jeweils benachbarte Elektroden können sequenziell angesteuert werden, wobei die durch einen Kondensator jeweils gespeicherte Ladungsmenge in einen Ladungsspeicher abgebbar ist. Wenn durch eine Vielzahl von Ladungsvorgängen der Ladungsspeicher ein bestimmtes Ladungsniveau erreicht, wird der Ladungsspeicher entladen und ein Scheibenwischermotor angetrieben.
  • Alle beschriebenen Feuchtigkeitssensoren haben den Nachteil, dass die Ansteuerung der Scheibenwischeranlage im Prinzip auf einem Vergleich zwischen im Fahrbetrieb gemessenen Größen und zwischen bereits bei der Herstellung des Fahrzeugs festgelegten Werten erfolgt. Eine bestimmte Veränderung der Kapazität eines Sensors im Vergleich zu vorher festgelegten Referenzwerten wird dahingehend interpretiert, dass ein Ein- oder Ausschalten der Scheibenwischeranlage erforderlich ist. Insofern offenbart die US 6,094,981 eine fortschrittliche Anordnung, weil diese zumindest die Alterung der Windschutzscheibe berücksichtigt. Hingegen ist es mit keinem der beschriebenen Feuchtigkeitssensoren möglich, einen weiteren, wichtigen Faktor bei Betrieb des Feuchtigkeitssensors zu berücksichtigen, nämlich die Verschmutzung im Bereich der Außenhaut der Windschutzscheibe.
  • Wenn sich Schmutz- oder Staubpartikel im Bereich der Außenhaut der Windschutzscheibe ansammeln, verändert auch dies die Kapazität eines in diesem Bereich angeordneten, kapazitiven Feuchtigkeitssensors. So kann eine zunehmende Verschmutzung der Windschutzscheibe zu einem zu späten oder zu frühen Einschalten der Scheibenwischanlage führen. Auch die gemäß der US 4,705,998 vorgeschlagene Anordnung mit mehreren, sequenziell ansteuerbaren Kondensatoren ermöglicht die Berücksichtigung von Einflüssen durch Schmutz nicht, da bei der dort offenbarten Ausführungsform die Scheibenwischanlage letztlich darüber gesteuert wird, ob die kumulativ aufgebaute Ladung des Ladungsspeichers über einem vorher festgelegten Referenzwert liegt.
    •
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Feuchtigkeitssensor zu schaffen, mit dem ein zuverlässiger Betrieb auch bei einem sich verändernden Verschmutzungsgrad einer Windschutzscheibe gewährleistet ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum Vergleich der Kapazitäten untereinander eine Auswerteeinheit vorgesehen ist.
  • Es wird also nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, eine Kapazität mit einer vorher festgelegten Größe verglichen. Vielmehr werden unterschiedliche Kapazitäten gemessen und diese miteinander verglichen. Aus diesem Vergleich können dann Rückschlüsse über die Feuchtigkeit in der Umgebung des Feuchtigkeitssensors geschlossen werden. Beispielsweise führen auf den Feuchtigkeitssensor auftreffende Regentropfen zu einer Ungleichheit der gemessenen Kapazitäten, sodass die Auswerteeinheit einen Differenzwert feststellen kann. Differenzwerte können als Impulse ausgegeben werden, wobei die Dauer des Impulses ein Maß für die Größe der Regentropfen und die Anzahl der Impulse ein Maß für die Intensität des Regens ist. Dabei bleiben, bedingt durch den Vergleich der beiden Kapazitäten, parasitäre Effekte unberücksichtigt. Ist beispielsweise die Umgebung des Feuchtigkeitssensors von einer Staubschicht umgeben, spielt dies bei der Berücksichtigung der Kapazitäten keine Rolle, da für die Ansteuerung der Scheibenwischanlage lediglich die Differenzwerte der Kapazitäten einbezogen werden müssen. Somit können Störungen wie Schmutz, Inhomogenitäten der Scheibe oder Schlieren ausgeregelt werden. Auch die Alterung der Windschutzscheibe spielt für den zuverlässigen Betrieb des erfindungsgemäßen Feuchtigkeitssensors keine Rolle.
  • Vorteilhafter Weise weist ein Kondensator eine Sendeelektrode und eine zu dieser beabstandeten Empfangselektrode auf. Diese Elektroden können, wie aus dem Stand der Technik bekannt, auf der Außenhaut der Windschutzscheibe, jedoch bevorzugt in einer Innenschicht einer Windschutzscheibe und somit vor mechanischen Einflüssen geschützt, angeordnet sein.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass mindestens zwei Kondensatoren eine gemeinsame Sendeelektrode oder eine gemeinsame Empfangselektrode aufweisen. Durch eine solche Anordnung kann die Anzahl der erforderlichen Elektroden reduziert werden, wobei die Kapazitäten abwechselnd zwischen zwei Sendeelektroden und einer gemeinsamen Empfangselektrode oder zwischen zwei Empfangselektroden und einer gemeinsamen Sendeelektrode aufgebaut werden können.
  • Vorteilhafter Weise ist eine gemeinsame Empfangselektrode insbesondere mittig zwischen zwei Sendeelektroden angeordnet. Es ist auch möglich, eine gemeinsame Sendeelektrode, insbesondere mittig, zwischen zwei Empfangselektrode anzuordnen. Hierdurch ist es möglich, mit wenigen Elektroden bei verhältnismäßig kleinem Bauraum zwei Kondensatoren zu bilden.
  • Der Bauraum kann durch Anordnung der Kondensatoren bzw. der Elektroden der Kondensatoren im Wesentlichen innerhalb einer Ebene minimal gehalten werden.
  • Dabei können die Elektroden der Kondensatoren im Wesentlichen gradlinig ausgebildet sein. Sie können streifenförmig ausgebildet sein und beispielsweise 10 mm breit und 100 mm lang sein. Der Abstand, d.h. der zwischen den Elektroden verbleibende Freiraum, kann beispielsweise 4 mm breit sein. Die Elektroden können jedoch zur Vergrößerung der Oberfläche der Elektroden auch eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweisen.
  • Vorteilhafterweise begrenzen die Elektroden eines Kondensators mindestens eine Fläche von 1500 mm2, insbesondere von 2000 bis 2500 mm2. Dies bedeutet bei Ausführung mit drei Elektroden, das heißt mit einer gemeinsamen Empfangselektrode oder mit einer gemeinsamen Sendeelektrode, dass sich der Feuchtigkeitssensor über eine Fläche von mindestens 3000 mm2 erstreckt. Hierdurch kann ein vergleichsweise großes Messfeld erfasst werden, wodurch singuläre Einflüsse, die beispielsweise bei Aufprall von Insekten auf die Windschutzscheibe auftreten können, besser kompensiert werden können.
  • Vorteilhafterweise umfasst der Feuchtigkeitssensor weitere Bauteile, so zum Beispiel eine elektrische Versorgungseinheit für die Kondensatoren und eine Ansteuereinheit für die Scheibenwischanlage des Kraftfahrzeugs, wobei die Ansteuereinheit von der Auswerteeinheit gespeist sein kann.
  • Die Auswerteeinheit ist in vorteilhafter Weise zur Erfassung der verschiedenen Kapazitäten an sich und/oder deren zeitlichen Verlauf und/oder daraus abgeleitete Größen geeignet. Somit kann eine Vielzahl von elektrischen Größen für den Betrieb einer Scheibenwischanlage verwendet werden.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Windschutzscheibe für ein Kraftfahrzeug mit einem Feuchtigkeitssensor sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Windschutzscheibe mit einem Feuchtigkeitssensor.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Feuchtigkeitssensors, dass sich dadurch kennzeichnet, dass eine erste, durch Einwirkung von Feuchtigkeit veränderbare Kapazität an einem ersten Kondensator aufgebaut wird, dass eine zweite, durch Einwirkung von Feuchtigkeit veränderbare Kapazität an einem zweiten Kondensator aufgebaut wird und das ein Differenzwert aus der ersten und zweiten Kapazität gebildet wird. Die Kapazitäten können gleichzeitig oder auch wechselweise aufgebaut werden. Der Differenzwert wird vorteilhafter Weise als Eingangsgröße für die Ansteuerung der Scheibenwischanlage eines Kraftfahrzeugs verwendet.
  • Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert ist.
    •
  • In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßer Feuchtigkeitssensor insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichnet. Der Feuchtigkeitssensor 2 ist in einer Windschutzscheibe 4 eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs angeordnet. Die Windschutzscheibe 4 weist eine Außenschicht 6 sowie eine Innenschicht 8 aus Glas auf. Zwischen den Schichten 6 und 8 ist eine wärmeisolierende Zwischenschicht 10 aus einer PVB-Folie vorgesehen. Diese PVB-Folie kann mit einer infrarotreflektierenden Schicht versehen sein, die beispielsweise durch Aufdampfen auf die Zwischenschicht 10 aufgetragen wird.
  • Zwischen der Außenschicht 6 und der Zwischenschicht 10 ist eine erste, längliche Sendeelektrode 12 vorgesehen. Diese ist, vergleichbar mit der Herstellung einer infrarotlichtreflektierenden Schicht, durch Aufdampfen auf die Zwischenschicht 10 bzw. die Außenschicht 6 erzeugbar. Benachbart zur Sendeelektrode 12 ist eine Empfangselektrode 14 vorgesehen, die ebenfalls länglich ausgebildet ist. Die erste Sendeelektrode 12 und die Empfangselektrode 14 bilden einen Kondensator 16. Auf der der Sendeelektrode 12 gegenüberliegenden Seite der Empfangselektrode 14 ist eine zweite Sendeelektrode 18 vorgesehen. Dabei bilden die zweite Sendeelektrode 18 und die Empfangselektrode 14 einen zweiten Kondensator 20.
  • Die Elektroden 12, 14 und 18 sind zueinander parallel angeordnet, wobei die Empfangselektrode mittig zwischen den Sendeelektroden 12 und 18 angeordnet ist. Die Elektroden 12 und 14 sowie 14 und 18 begrenzen jeweils eine Fläche von mindestens 2000 mm2, die Sendeelektroden 12 und 18 eine Fläche von mindestens 4000 mm2.
  • Die Elektroden 12, 14 und 18 sind über elektrische Leitungen 24, 26 und 28 mit einer Sende-/Empfangseinheit 30 gekoppelt. Diese Einheit 30 weist einen ersten Sender 32 für die Sendeelektrode 12, einen Empfänger 34 für die Empfangselektrode 14 und einen zweiten Sender 36 für die Sendeelektrode 18 auf. Die Sender 32 und 36 und der Empfänger 34 sind ihrerseits über elektrische Leitungen 38, 40 und 42 mit einer Auswerteeinheit 44 verbunden.
  • Die Auswerteeinheit 44 wird von einer Versorgungseinheit 46 über eine Versorgungsleitung 48 mit elektrischer Energie versorgt. Die Auswerteeinheit 44 steht über eine Leitung 50 mit einer Ansteuereinheit 52 für eine Scheibenwischanlage 56 in Verbindung. Die Ansteuereinheit 52 wiederum ist über eine Steuerleitung 54 mit dem Motor einer Scheibenwischanlage 56 gekoppelt.
  • Durch abwechselnde Ansteuerung der Sender 32 und 36 können in den Kondensatoren 16 und 20 verschiedene Kapazitäten aufgebaut werden. Diese Kapazitäten werden beeinflusst durch auf die Windschutzscheibe 4 auftreffende Regentropfen 22. Mit Hilfe der Auswerteeinheit 44 kann ein Vergleich der Kapazitäten der Kondensatoren 16 und 20 vorgenommen werden. Werden hierbei Differenzwerte festgestellt, werden diese für die Ansteuerung der Scheibenwischanlage 56 berücksichtigt.
  • Der dargestellte Feuchtigkeitssensor ist unabhängig von einer Verschmutzung der Außenhaut der Außenschicht 6 der Windschutzscheibe 4 einsetzbar, da die Kapazitäten der Kondensatoren 16 und 20 nicht mit vorher festgelegten Referenzwerten verglichen werden müssen, sondern untereinander verglichen werden können.

Claims (19)

  1. Feuchtigkeitssensor (2) für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens zwei getrennt ansteuerbaren Kondensatoren (16, 20), deren Kapazitäten durch Einwirkung von Feuchtigkeit veränderbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vergleich Kapazitäten untereinander eine Auswerteeinheit (44) vorgesehen ist.
  2. Feuchtigkeitssensor (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator (16) eine Sendeelektrode (12) und eine zu dieser beabstandeten Empfangselektrode (14) aufweist.
  3. Feuchtigkeitssensor (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kondensatoren (16, 20) eine gemeinsame Sendeelektrode (12 oder 18) oder eine gemeinsame Empfangselektrode (14) aufweisen.
  4. Feuchtigkeitssensor (2) nach mindesten einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Empfangselektrode (14) zwischen zwei Sendeelektroden (12, 18) angeordnet ist, insbesondere mittig.
  5. Feuchtigkeitssensor (2) nach mindesten einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Sendeelektrode (12 oder 18) zwischen zwei Empfangselektroden (14) angeordnet ist, insbesondere mittig.
  6. Feuchtigkeitssensor (2) nach mindesten einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (16, 20) im Wesentlichen innerhalb einer Ebene angeordnet sind.
  7. Feuchtigkeitssensor (2) nach mindesten einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (12, 14, 18) der Kondensatoren (16, 20) im Wesentlichen geradlinig ausgebildet sind.
  8. Feuchtigkeitssensor (2) nach mindesten einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (16, 20) innerhalb oder benachbart zu einer Schicht (6, 8, 10) einer Windschutzscheibe (4) angeordnet sind.
  9. Feuchtigkeitssensor (2) nach mindesten einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Kondensatoren (16, 20) erzeugbaren Feldlinien mindestens bereichsweise innerhalb eines Raums verlaufen, dessen Feuchtigkeit erfasst werden soll.
  10. Feuchtigkeitssensor (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldlinien im Wesentlichen parallel zu einer Windschutzscheibe verlaufen.
  11. Feuchtigkeitssensor (2) nach mindesten einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (12, 14 bzw. 14, 18) eines Kondensators (16 bzw. 20) eine Fläche von mindestens 1500 mm2, insbesondere von 2000 bis 2500 mm2, begrenzen.
  12. Feuchtigkeitssensor (2) nach mindesten einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Versorgungseinheit (46) für die Kondensatoren (16, 20) vorgesehen ist.
  13. Feuchtigkeitssensor (2) nach mindesten einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit (44) zur Erfassung verschiedener Kapazitäten und/oder des zeitlichen Verlaufs der Kapazitäten und/oder daraus abgeleiteter Größen geeignet ist.
  14. Feuchtigkeitssensor (2) nach mindesten einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuereinheit (52) für die Scheibenwischanlage (56) eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, die von der Auswerteinheit (44) gespeist ist.
  15. Windschutzscheibe (4) für ein Kraftfahrzeug mit einem Feuchtigkeitssensor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  16. Kraftfahrzeug mit einer Windschutzscheibe (4) nach Anspruch 15.
  17. Verfahren zum Betrieb eines Feuchtigkeitssensors (2), insbesondere eines Feuchtigkeitssensors (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch – Aufbau einer ersten, durch Einwirkung von Feuchtigkeit veränderbare Kapazität an einem ersten Kondensator (16), – Aufbau einer zweiten, durch Einwirkung von Feuchtigkeit veränderbare Kapazität an einem zweiten Kondensator (20), – Bildung des Differenzwertes aus erster und zweiter Kapazität.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Kapazität wechselweise aufgebaut wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzwert als Eingangsgröße für die Ansteuerung der Scheibenwischanlage (56) eines Kraftfahrzeugs verwendet wird.
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