DE19600108C2 - Verfahren und Anordnung zum Betrieb eines resistiven Feuchtesensors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Betrieb eines resisti­ ven Feuchtesensors.

Ein derartiges Verfahren sowie eine Anordnung sind aus der DE 38 03 138 A1 bekannt. Resistive Feuchtesensoren werden beispielsweise dafür angewendet, Feuchte bzw. Regentropfen auf der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges zu melden, um Scheibenwischer automatisch oder halbautomatisch zu steuern. Dazu sind auf der Windschutzscheibe oder einer anderen geeigneten Stelle Leiterbah­ nen aufgebracht, so daß sich der Widerstand zwischen den Leiterbahnen mit der Menge der anfallenden Feuchte verringert.

Aus der DE 40 33 332 A1 ist eine Scheibenwischeranordnung bekannt, welche einen Feuchtigkeitssensor zum Erfassen des Vorliegens von Feuchtigkeit und ei­ nen Schwingungssensor zum Erfassen einer durch Regentropfen verursachten Schwingung aufweist, wobei ein Steuergerät einen Wischermotor entsprechend den Ausgangssignalen aus dem Feuchtigkeitssensor und dem Schwingungssen­ sor betätigt.

Ob ein Wischen bzw. Waschen der Windschutzscheibe erforderlich ist, hängt nicht nur von der Menge der Feuchte, sondern auch von der Zusammensetzung des Belags bzw. der Benetzung auf der Windschutzscheibe ab.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine bezüglich dieser Zusammensetzung differenzierte Messung der Feuchte auf einer Scheibe zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß kurz nach einem Sprung eines dem Feuchtesensor zugeführten Signals und zu mindestens einem späteren Zeitpunkt die Leitfähigkeit des Feuchtesensors gemessen wird und daß mit den gemessenen Werten Informationen über die Art und den Grad einer Verschmutzung auf der Scheibe ermittelt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Unterscheidung zwischen einer Neubenetzung der Scheibe mit sauberem Wasser und einer Benetzung mit schmutz- bzw. salzhaltigem Wasser, was beispielsweise durch voraus fahrende Fahrzeuge aufgewirbelt wird. Ferner ergibt sich eine Unterscheidungsmöglichkeit zwischen großen Tropfen, die sauberes Wasser enthalten und kleineren Tropfen aus Schmutz- bzw. Salzwasser.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die gemessenen Werte als Eingangsgröße einer Tabelle zugeführt werden, in welcher Ausgangswerte abgelegt sind, die zur Steuerung einer Scheibenreinigungsanlage verwendet werden. Damit ist eine vorteilhafte Steuerung einer Scheibenreinigungsanlage in Abhängigkeit von der Art der Verschmutzung der Scheibe möglich.

Obwohl im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens an sich nach einem Spannungssprung zu beliebig vielen Zeitpunkten die Leitfähigkeit des Feuchtesensors gemessen werden kann, hat es sich als günstig herausgestellt, daß kurz nach dem Sprung des Signals ein erster Meßwert und zu einem späteren Zeitpunkt ein zweiter Meßwert entsteht, daß ein Schaltsignal für eine Scheibenreinigungsanlage durch Vergleich des zweiten Meßwertes mit einem Schwellwert abgeleitet wird und daß der Schwellwert von dem ersten Meßwert, vorzugsweise der Differenz zwischen dem ersten Meßwert und dem zweiten Meßwert, abhängig ist. Dabei kann zweckmäßigerweise der erste Meßwert gegenüber dem Signalsprung soweit verzögert sein, daß der Einfluß von Zuleitungskabeln oder der Einfluß von Kondensatoren zur Verhinderung von Spannungsspitzen eliminiert werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das dem Feuchtesensor zugeführte elektrische Signal von rechteckförmigen Spannungsimpulsen gebildet ist und daß die Meßwerte durch Messungen des Stroms durch den Feuchtesensor bei anliegender Spannung gewonnen werden. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine Empfindlichkeit des Feuchtesensors, die im wesentlichen unabhängig von dem Benetzungsgrad ist. Nimmt man beispielsweise an, daß alle auf den Feuchtesensor auftreffenden Tropfen etwa den gleichen Leitwert aufweisen, so bewirken alle Tropfen - vom ersten bis zum beispielsweise 10. oder 20. - auch etwa den gleichen Signalhub. Je nach Anwendungsfall ist im Rahmen der Erfindung eine Messung des Spannungsabfalls über dem bestromten Sensor ebenfalls möglich.

Eine weitere Forderung an Feuchtesensoren besteht darin, daß elektrolytische Abtragungen der Leiterbahnen und Korrosionen an Karosserieteilen zu vermeiden sind. Dieses wird in vorteilhafter Weise bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform dadurch erzielt, daß abwechselnd positive und negative Spannungsimpulse zugeführt werden.

Obwohl die für die Messungen nach jeweils einem Sprung vorgegebene Zeit relativ kurz ist, können sprunghafte Veränderungen des Sensorsignals während dieser Zeit nicht ausgeschlossen werden. So kann beispielsweise während dieser Zeit ein Tropfen auf den Feuchtesensor auftreffen, wodurch die Leitfähigkeit schlagartig erhöht wird. Die Leitfähigkeit kann jedoch bei Entfernen eines Tropfens oder durch einen Wischvorgang auch plötzlich fallen. Um dadurch bedingte Fehlmessungen zu vermeiden, ist bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, daß bei einem innerhalb einer vorgegebenen Zeit nach dem Sprung erfolgenden nicht kontinuierlichem Verlauf des jeweils gemessenen Sensorsignals anstelle der gemessenen Werte die nach einem vorangegangenen Sprung ermittelten Informationen über die Art und den Grad einer Verschmutzung weiterhin verwendet werden.

Sollten sogar während mehrerer Meßzeiten sprunghafte Veränderungen des Signals erfolgen, so werden die jeweils letzten gültigen Informationen über die Art und den Grad der Verschmutzung wiederholt angewendet. Bei der ersten gültigen Messung danach können zur Steuerung des Wischers jedoch sofort wieder gültige Informationen über die Art und den Grad der Verschmutzung mit Hilfe der aktualisierten Meßwerte ermittelt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieser Weiterbildung besteht darin, daß innerhalb der vorgegebenen Zeit mehr als zwei Meßwerte aufgenommen werden, daß überprüft wird, ob die zeitliche Folge der Meßwerte und die zeitliche Folge der Differenzen zwischen den Meßwerten monoton sind, und daß zutreffendenfalls die jeweiligen Meßwerte angewendet und nichtzutreffendenfalls die Informationen aus den Meßwerten nach einem vorangegangenen Sprung angewendet werden.

Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß bei den Prüfungen auf Monotonie Auswirkungen von Quantisierungsfehlern und überlagerten Störsignalen außer Betracht bleiben.

Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß zur Messung des Stroms ein Meßwiderstand mit dem Feuchtesensor in Reihe geschaltet ist und daß die über dem Meßwiderstand abfallende Spannung über einen Verstärker einem Analogsignaleingang eines Mikrocomputers zuführbar ist und daß im Mikrocomputer ein Programm zur Erfassung beider Meßwerte, zur Korrektur des Schwellwertvergleichs und zum Schwellwertvergleich vorgesehen ist.

Es ist jedoch auch möglich, eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens derart auszugestalten, daß dem Feuchtesensor das Signal in Form von Stromimpulsen zugeführt wird, daß die Meßwerte aus der am Feuchtesensor abfallenden Spannung gewonnen werden und daß die über den Feuchtesensor abfallende Spannung über einen Verstärker einem Analog-Signaleingang eines Mikrocomputers zuführbar ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 Zeitdiagramme zur Erläuterung der Abhängigkeit des Stroms durch den Feuchtesensor von der Verschmutzung,

Fig. 3 ein Flußdiagramm eines in einem Mikrocomputer in einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorhandenen Programms,

Fig. 4 Zeitdiagramme verschiedener bei der Anordnung nach Fig. 1 auftretender Signale,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Tabelle mit Korrekturwerten, die in dem Programm nach Fig. 3 verarbeitet werden,

Fig. 6 Zeitdiagramme von Sensorsignalen mit Änderungen der Amplitude innerhalb eines Impulses,

Fig. 7 ein Zeitdiagramm zur Bildung von vier Meßwerten und

Fig. 8 ein Flußdiagramm eines weiteren in einem Mikrocomputer in einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorhandenen Programms.

Der Feuchtesensor 1 besteht aus Leiterbahnen, die zwei ineinander verkämmte Elektroden 2, 3 bilden und über Anschlüsse 4, 5 mit einer Auswerteschaltung verbunden sind. Die Auswerteschaltung enthält einen Mikrocomputer 6, an dessen Ausgang 7 ein die Feuchte kennzeichnendes Signal abnehmbar ist. Neben anderen Elementen enthält der Mikrocomputer 6 einen Analog/Digital-Wandler 8 mit einem Analogsignaleingang 9. Ausgängen 10, 11 des Mikrocomputers 6 sind Signale entnehmbar. Zum Anlegen einer impulsförmigen Spannung an den Feuchtesensor 1 ist ein schaltbarer Verstärker 12 vorgesehen, dessen Ausgang über einen Steuereingang hochohmig geschaltet werden kann. Dieser Steuereingang erhält von dem Ausgang 11 des Mikrocomputers 6 ein Signal EN, während der Signaleingang des Verstärkers an den ein Signal S führenden Ausgang 10 angeschlossen ist. Der Ausgang des schaltbaren Verstärkers 12 ist über einen Kondensator 13 mit dem Anschluß 4 des Feuchtesensors 1 verbunden.

Zur Messung des Stroms durch den Feuchtesensor ist der Anschluß 5 über einen Meßwiderstand 14 mit Massepotential verbunden. Ein Kondensator 20 dient zur Ableitung von Spannungsspitzen. Die Spannung am Anschluß 5 entspricht daher dem stromproportionalen Spannungsabfall des Meßwiderstandes 14 und wird über einen Widerstand 15 dem nicht invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 16 zugeführt. Der invertierende Eingang erhält über einen Spannungsteiler 17, 18 einen Teil der Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 16. Durch das Teilerverhältnis ist somit der Verstärkungsgrad festgelegt. Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 16 wird dem Analogsignaleingang 9 des Mikrocomputers 6 zugeführt.

Fig. 2a zeigt den Verlauf einer an den Feuchtesensor 1 angelegten rechteckförmigen Spannung U, Fig. 2b den Verlauf der Spannung am Meßwiderstand 14, also auch des Stroms I durch den Feuchtesensor im Falle einer Benetzung mit Salzwasser und Fig. 2c im Falle einer Benetzung mit destilliertem Wasser bei einem Versuch ohne den Kondensator 20 (Fig. 1). Die absolute Größe der Meßwerte bei t1 und t2 ist stark von der aufgebrachten Menge der Feuchtigkeit bzw. der Anzahl der Tropfen abhängig. Der Unterschied zwischen den Meßwerten ist jedoch durch den Salzgehalt bzw. die Ionenkonzentration bedingt.

Zum Zeitpunkt t0 findet der Spannungssprung statt, während zum Zeitpunkt t1 eine erste Messung M1 erfolgt. Die Verzögerung zwischen t1 und t0 soll wie auch der Kondensator 20 (Fig. 1) eine Beeinflussung der Messungen durch Spannungsspitzen vermeiden. Kurz vor Ende des Rechteckimpulses wird zum Zeitpunkt t2 eine weitere Messung M2 des Stromes I vorgenommen. Ein Vergleich der Fig. 2b und 2c zeigt, daß zum Zeitpunkt t1 bei der Benetzung mit Salzwasser die Leitfähigkeit erheblich größer als bei der Benetzung mit destilliertem Wasser ist und daß bei letzterem der Leitwert bei t2 etwa demjenigen bei t1 entspricht.

Das in Fig. 3 dargestellte Programm wird bei 21 gestartet und bei 22 mit der Erfassung der Meßwerte M1 und M2 sowie einer Vorgabe des Schwellwertes S fortgesetzt. In einem Programmteil 23 wird in Abhängigkeit von M2 und vom unterschied der Meßwerte M1 und M2 ein Faktor F aus einer Tabelle ermittelt und der Schwellwert S unter Verwendung des Faktors F nachgeführt.

Bei 24 wird dann der Meßwert M2 mit dem nachgeführten Schwellwert S verglichen. Ist M2 kleiner als S, wird das Programm bei 22 wiederholt. Hat jedoch M2 die Größe von S erreicht oder überschritten, wird bei 25 ein Wischvorgang ausgelöst und danach das Programm bei 22 wiederholt.

Fig. 4 zeigt den Verlauf der Signale S und EN, der Spannung U₄ am Anschluß 4 des Stroms I₁₄ durch den Meßwiderstand 14. Während der Dauer der in den Zeilen c und d dargestellten Impulspaare ist der schaltbare Verstärker 12 durch das Signal EN (Zeile b) durchgeschaltet, so daß während dieser Zeit das Signal s (Zeile a) über den Kondensator 12 zum Anschluß 4 gelangt. Durch den Kondensator wird die Gleichspannungskomponente unterdrückt, so daß sich der jeweils zwischen den Impulsen verschiedener Polarität befindliche Spannungssprung ergibt. Während des Intervalls zwischen den Impulspaaren ist der schaltbare Verstärker 11 hochohmig, so daß die Spannung (Zeile c) zunächst auf 0 bleibt, auch wenn das Signal S von L auf H springt. Erst wenn das Signal EN wieder den Wert H einnimmt, gelangt der positive Pegel als positive Flanke des nächsten Impulspaares an den Anschluß 4.

Grundsätzlich weist der Feuchtesensor 1 eine mit der Feuchtemenge zunehmende Leitfähigkeit auf, so daß auch der Strom I₁₄ mit zunehmender Feuchtemenge größer wird. Dieses ist in Fig. 4 dadurch angedeutet, daß links von der Unterbrechung zwei Impulspaare den Strom I₁₄ bei einer größeren Feuchtemenge und rechts von der Unterbrechung ein impulspaar im Falle einer geringeren Feuchtemenge dargestellt sind.

Fig. 5 dient zur Erläuterung einer im Mikrocomputer 6 (Fig. 1) abgelegten Tabelle, in der jeweils für ein Wertepaar M2 und (M1-M2) ein Faktor F abgelegt ist. Die Faktoren F können empirisch durch Fahrversuche ermittelt werden. Den korrigierten Schwellwerts erhält man in einfacher Weise durch Multiplikation einer zuvor ermittelten Auslösedifferenz mit dem Faktor F. Unter Einbeziehung anderer Systemgrößen, wie beispielsweise der Austrocknungszeitkonstanten des Sensorsignals seit dem letzten überwischen, ergeben sich Korrekturfelder, die eine noch genauere Anpassung der Auslösedifferenz an die aktuelle Regensituation ermöglichen.

Fig. 6 zeigt den Verlauf des Signals für den Fall, daß zwischen den einzelnen Impulsen Tropfen auf den Feuchtesensor fallen, was mit Pfeilen T+ veranschaulicht ist. Fallen die Tropfen zwischen den Impulsen auf den Feuchtesensor, so wächst die Leitfähigkeit von Impuls zu Impuls, was in Fig. 6 in idealisierter Weise dargestellt ist, wobei hier wiederum nur die positiven Impulse betrachtet werden. Die Amplitude der Meßimpulse wird dabei größer, während der prinzipielle Verlauf des Signals während der Meßimpulse sich jedoch nicht ändert. Bei der Darstellung nach Fig. 6a fällt nun während des letzten dargestellten Meßimpulses ein Tropfen auf den Feuchtesensor. Dadurch erhöht sich das Signal sprungartig.

Bei der Darstellung nach Fig. 6b wird ein auf dem Feuchtesensor befindlicher Tropfen während eines Impulses entfernt (T-). Durch diese sprungartigen Änderungen ergibt ein Vergleich zweier Meßwerte, wie er im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurde, ein verfälschtes Ergebnis. Um das Auftreten einer solchen Änderung des Signals zu erkennen, ist vorgesehen, mehrere Meßwerte zu ermitteln, beispielsweise vier Meßwerte M1 bis M4 zu den Zeitpunkten t1 bis t4 gemäß Fig. 7.

Eine Auswertung dieser Meßwerte ist mit dem in Fig. 8 dargestellten Programm möglich, das an die Stelle des Programms nach Fig. 3 treten kann. Nach dem Start bei 21 werden bei 32 die Meßwerte M1 bis M4 erfaßt. Bei 33 wird dann geprüft, ob die Meßwerte entweder gleich sind oder eine monoton fallende Folge darstellen. Ist die Bedingung M1 M2 M3 M4 nicht erfüllt, werden bei 34 die Meßwerte M1 und M4 gleich denjenigen aus der letzten gültigen Messung gesetzt. Ist die Bedingung jedoch erfüllt, wird bei 35 geprüft, ob die Differenzen zwischen den Meßwerten M1 bis M4 monoton fallend sind. Dieses ist der Fall, wenn die Bedingung δM1,2 δM2,3 δM3,4 erfüllt ist. Dann werden bei 36 die neuen Meßwerte M1 und M4 gespeichert. Anderenfalls werden bei 34 die alten Meßwerte aus dem Speicher ausgelesen.

Bei 37 wird S mit den Meßwerten M1 und M4 nachgeführt, wie es im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben wurde. Danach erfolgt eine Verzweigung 38, bei der geprüft wird, ob die Bedingung M4 S erfüllt ist. Zutreffendenfalls wird, wie bei dem Programm nach Fig. 3, ein Wischvorgang 25 ausgelöst.

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb eines resistiven Feuchtesensors, insbesondere auf einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß kurz nach einem Sprung eines dem Feuchtesensor zugeführten Signals und zu mindestens einem späteren Zeitpunkt die Leitfähigkeit des Feuchtesensors gemessen wird und daß mit den gemessenen Werten Informationen über die Art und den Grad einer Verschmutzung auf der Scheibe ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemessenen Werte als Eingangsgröße einer Tabelle zugeführt werden, in welcher Ausgangswerte abgelegt sind, die zur Steuerung einer Scheibenreinigungsanlage verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kurz nach dem Sprung des Signals ein erster Meßwert und zu einem späteren Zeitpunkt ein zweiter Meßwert entsteht, daß ein Schaltsignal für eine Scheibenreinigungsanlage durch Vergleich des zweiten Meßwertes mit einem Schwellwert abgeleitet wird und daß der Schwellwert von dem ersten Meßwert, vorzugsweise der Differenz zwischen dem ersten Meßwert und dem zweiten Meßwert, abhängig ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Feuchtesensor zugeführte elektrische Signal von rechteckförmigen Spannungsimpulsen gebildet ist und daß die Meßwerte durch Messungen des Stroms durch den Feuchtesensor bei anliegender Spannung gewonnen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd positive und negative Spannungsimpulse zugeführt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem innerhalb einer vorgegebenen Zeit nach dem Sprung erfolgenden nicht kontinuierlichem Verlauf des jeweils gemessenen Sensorsignals anstelle der gemessenen Werte die nach einem vorangegangenen Sprung ermittelten Informationen über die Art und den Grad einer Verschmutzung weiterhin verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der vorgegebenen Zeit mehr als zwei Meßwerte aufgenommen werden, daß überprüft wird, ob die zeitliche Folge der Meßwerte und die zeitliche Folge der Differenzen zwischen den Meßwerten monoton sind, und daß zutreffendenfalls die jeweiligen Meßwerte angewendet und nichtzutreffendenfalls die Informationen aus den Meßwerten nach einem vorangegangenen Sprung angewendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Prüfungen auf Monotonie Auswirkungen von Quantisierungsfehlern und überlagerten Störsignalen außer Betracht bleiben.

9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Stroms ein Meßwiderstand (14) mit dem Feuchtesensor (1) in Reihe geschaltet ist und daß die über dem Meßwiderstand (14) abfallende Spannung über einen Verstärker (16) einem Analogsignaleingang (9) eines Mikrocomputers (6) zuführbar ist und daß im Mikrocomputer ein Programm zur Erfassung der Meßwerte, zur Korrektur des Schwellwertvergleichs und zum Schwellwertvergleich vorgesehen ist.

10. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Feuchtesensor das Signal in Form von Stromimpulsen zugeführt wird, daß die Meßwerte aus der am Feuchtesensor abfallenden Spannung gewonnen werden und daß die über dem Feuchtesensor abfallende Spannung über einen Verstärker einem Analog-Signaleingang eines Mikrocomputers zuführbar ist.