DE19950046A1 - Optisch funktionierendes automatisches Steuerungssystem für Windschutzscheibenwischer - Google Patents

Optisch funktionierendes automatisches Steuerungssystem für Windschutzscheibenwischer

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Abstract

Es wird ein optisch funktionierendes automatisches Steuerungssystem für die Scheibenwischer einer Fahrzeug-Windschutzscheibe beschrieben, welches dazu vorgesehen ist, die Scheibenwischer oder die mit einem Reinigungsmittel gefüllte Scheibenwaschanlage entsprechend der an der Windschutzscheibe befindlichen Regenwassermenge oder entsprechend dem Grad der Verschmutzung derselben automatisch zu aktivieren. Hierdurch wird für den Fahrzeuglenker jederzeit ein klarer Durchblick durch das Windschutzscheibenglas aufrechterhalten. Das automatische Steuerungssystem ist insbesondere mit einer Fotografiervorrichtung (1) ausgebildet, die an einer geeigneten Stelle in der Nachbarschaft der Windschutzscheibe (F) des Fahrzeugs vorgesehen ist, um ein Bild in Front des Fahrzeuges durch die Windschutzscheibe hindurch aufzunehmen. Dann werden eine Reihe von Berechnungen mittels vorgegebener mathematischer Gleichungen durchgeführt, um eine automatische Betätigung bzw. Akltivierung des Scheibenwischersystemes (4) oder des Scheibenwaschanlagensystemes (5) zu bewerkstelligen. Auf diese Weise kann das Windschutzscheibenglas eines Fahrzeuges für den Fahrzeuglenker jederzeit klar und sauber gehalten werden, so daß der Fahrzeuglenker jederzeit uneingeschränkt durch das Windschutzscheibenglas durchsehen kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisch funktionierendes automatisches Steuerungssystem für die Scheibenwischer der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, wobei das Steuerungssystem dazu in der Lage ist, die Scheibenwischer oder eine mit einem Reinigungsmittel gefüllte Wasserausgabevorrichtung, d. h. Scheibenwaschanlage entsprechend der Menge des auf der Windschutzscheibe befindlichen Regenwassers oder entsprechend dem Verschmutzungsgrad desselben zu aktivieren. Somit ist dem Fahrzeuglenker jederzeit ein klarer und reiner Durchblick durch die Windschutzscheibe des Fahrzeuges gewährleistet. Das automatische Steuerungssystem ist im wesentlichen mit einer Fotografiervorrichtung ausgebildet, die an einer geeigneten Stelle in der Nachbarschaft der Windschutzscheibe angeordnet ist, um durch die Windschutzscheibe den Blick vor das Fahrzeug zu imitieren. Es werden eine Anzahl Berechnungen vorgewählter mathematischer Gleichungen durchgeführt, mittels welchen das Scheibenwischer-Steuerungssystem oder die Scheibenwaschanlage automatisch betrieben bzw. betätigt werden, so daß die Windschutzscheibe eines Fahrzeuges für den Fahrzeuglenker des entsprechenden Fahrzeuges jederzeit rein und klar gehalten wird.
Scheibenwischer für die Windschutzscheibe eines Fahrzeuges bilden eine Standardausrüstung für Fahrzeuge, sie werden bislang betätigt, um Regenwasser oder um Schmutz von den Windschutzscheiben der Fahrzeuge zu entfernen. Um Regenwasser von einer Windschutzscheibe zu entfernen, kann die Geschwindigkeit der Scheibenwischer in Abhängigkeit von der Regenwassermenge wunschgemäß eingestellt werden. Handelt es sich jedoch um eine ungleichmäßige Regenwassermenge, so ist es bislang erforderlich, die Geschwindigkeit der Scheibenwischer wiederholt zu verändern bzw. einzustellen. Das gilt insbesondere dann, wenn die Regenwassermenge - beispielsweise bei Nieselregen - sehr klein ist, oder bei einem Regenschauer. Üblicherweise stehen drei bis vier verschiedene Scheibenwischergeschwindigkeiten zur Verfügung. Wird die Windschutzscheibe mit verschmutztem Wasser bespritzt, was z. B. dann der Fall ist, wenn sich zwei auf einer holprigen und mit verschmutztem Wasser gefüllte Schlaglöcher aufweisenden Straße befindliche Fahrzeuge kreuzen, dann ist es den Fahrzeuglenkern oftmals nicht unverzüglich möglich, auf diese Situation passend zu reagieren. Das bedeutet, daß der Durchblick nach vorne verschwommen sein kann, was unter Sicherheitsgesichtspunkten nachteilig ist. Bis die Fahrzeuglenker den besagten Ernstfall registrieren und passend reagieren, d. h. die Scheibenwischer einschalten, haben sich die besagten Fahrzeuge bereits eine bestimmte Wegstrecke weiterbewegt, was in einer ziemlich gefährlichen Situation resultieren kann. Die Fahrzeuglenker fahren also während einer bestimmten Wegstrecke, d. h. während einiger Sekunden, quasi blind. Die daraus resultierenden Gefahren befinden sich außerhalb unserer Vorstellungen.
Der Erfinder des vorliegenden Vorschlages hat diese Gefahren herkömmlicher Scheibenwischer für die Windschutzscheibe von Fahrzeugen erkannt und zur Beseitigung dieser Gefahren das vorgeschlagene optisch funktionierende automatische Scheibenwischer-Steuerungssystem entwickelt. Es weist eine Fotografiervorrichtung, eine Signalverarbeitungseinheit und eine Steuerungseinheit auf. Das erfindungsgemäße System funktioniert in Kombination mit einem Scheibenwischersystem und einer Scheibenwaschanlage, d. h. einem Wasserausgabesystem eines Fahrzeuges, um die Windschutzscheibe des Fahrzeuges jederzeit klar und rein zu halten und dem Fahrzeuglenker jederzeit und unter allen möglichen Umständen einen uneingeschränkten Durchblick durch die Windschutzscheibe des Fahrzeugs zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, ein optisch funktionierendes automatisches Steuerungssystem für die Scheibenwischer oder die Scheibenwaschanlage eines Fahrzeuges zu schaffen, das entsprechend der jeweils auf der Windschutzscheibe befindlichen Regenwassermenge oder entsprechend dem Verschmutzungsgrad des Regenwassers automatisch aktiviert werden kann, so daß der Fahrzeuglenker durch die Windschutzscheibe des Fahrzeugs hindurch jederzeit einen klaren Durchblick besitzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Systemes sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Systemes. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Systems,
Fig. 2 eine Diagrammdarstellung eines ersten Betriebszustandes des erfindungsgemäßen Systemes,
Fig. 3 eine Diagrammdarstellung eines zweiten Betriebszustandes des erfindungsgemäßen Systemes,
Fig. 4 ein Flußdiagramm des ersten Betriebszustandes, und
Fig. 5 ein Flußdiagramm des zweiten Betriebszustandes.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung der Erfindung. Das Blockdiagramm zeigt schematisch eine Fotografiervorrichtung 1, eine Signalverarbeitungseinheit 2 und eine Steuerungseinheit 3, die mit einem Windschutzscheibenwischersystem 4 und einer Scheibenwaschanlage 5 zusammenarbeiten.
Die Fotografiervorrichtung 1 weist im wesentlichen eine Kameralinse 11 und eine damit kombinierte Bildaufnahmevorrichtung 12 auf. Die Signalverarbeitungseinheit 2 dient zur Verarbeitung und Berechnung der entsprechenden Signale.
Die Steuerungseinheit 3 wird durch die Signalverarbeitungseinheit 2 gesteuert, um den Betriebszustand des Windschutzscheibenwischersystemes 4 und der Scheibenwaschanlage 5 zu aktivieren und zu regulieren.
Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist die Fotografiervorrichtung 1 im Inneren des Fahrzeuges an einer geeigneten Stelle in der Nachbarschaft der Windschutzscheibe angeordnet. Die Steuerungseinheit 3 ist am Windschutzscheibenwischersystem 4 angebracht. Der Brennpunkt BT der Fotografiervorrichtung 1 ist auf das durchsichtige Windschutzscheibenglas F eingestellt. Infolge der Transparenz des Windschutzscheibenglases handelt es sich bei den Bildern, die von der Bildaufnahmevorrichtung 12 (bei der es sich um ein CCD oder um ein CMOS handelt) aufgenommen werden, insbesondere um Bilder von Landschaftsobjekten C auf der vor der Windschutzscheibe befindlichen Seite des Windschutzscheibenglases F. Diese Objekte C können an der Bildaufnahmevorrichtung 12 nicht präzise fokussiert werden, weil ihre Abstände nicht exakt meßbar sind. Die Bilder DT sind zwar nur verschwommen sichtbar, aber die Bildintensität ist sehr gleichmäßig verteilt. In einem räumlichen Bereich besitzen die entsprechenden Grauwerte zweier benachbarter Bildpunkte (= Pixel) einen sehr kleinen Unterschied, so daß nachfolgend nur der Grauwert für schwarz und weiß betrachtet wird, d. h. {v | v = | Xij - Xij+1 |, i = 1, 2, . . . N, j = 1, 2 . . . . . . M}, der im allgemeinen sehr klein ist. Dabei bedeuten X den Grauwert, ij die entsprechenden Koordinaten und v die Differenz des Grauwertes zweier benachbarter Bildpunkte. Anders ausgedrückt kann dies als die Grauwertmomente im räumlichen Bereich µk = E[X-E(X)]k angezeigt werden. Dabei bedeuten E den Erwartungswert, k einen Parameter und v die Differenz des Grauwertes zweier benachbarter Bildpunkte, der in bezug zu einem Bild im Brennpunkt sehr klein ist. Im folgenden Beispiel mit k = 2 handelt es sich um ein Grauwertmoment zweiter Ordnung, das auch als Freiheitsgradzahl (Varianz) bezeichnet werden kann. Im Falle eines räumlichen Frequenzbereiches kann festgestellt werden, daß die Komponenten des räumlichen Frequenzbereiches meistens in einen niedrigen Frequenzbereich fallen und daß der hochfrequente Bereich nur einen sehr kleinen Anteil einnimmt.
Hierdurch kann - wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist - verwirklicht werden, daß der Lichtstrahl zwischen dem Landschaftsobjekt C und der gegenüberliegenden Seite, der durch den Regentropfen F1 hindurchgeht, in verschiedene Winkel zerstreut und auf die Bildaufnahmevorrichtung 12 projiziert wird, weil der Regentropfen theoretisch durchsichtig und rund ist. Einige Bilder haben eine fokussierende Wirkung, woraus die relative Zunahme der Freiheitsgradzahl des Grauwertes an der Bildaufnahmevorrichtung 12 resultiert. Je größer die Dichte der Regentropfen ist, umso höher ist die sich ergebende Fokussierwirkung, woraus folgt, daß die Freiheitsgradzahl größer wird. Dieser Sachverhalt ist in einem Flußdiagramm gezeichnet und wird durch die nachfolgenden mathematischen Gleichungen dargestellt:
  • 1. Es werden die Werte der Bildpunkte (d. h. die Grauwerte von Xij) genommen.
  • 2. Es wird der Mittelwert der Grauwerte X berechnet
  • 3. Es wird eine Freiheitsgradzahl D berechnet
    D ist eine Freiheitsgradzahl.
    Xij ist der Grauwert des Bildpunktes an einer Stelle, deren Koordinaten an der Bildaufnahmevorrichtung mit ij bezeichnet sind.
  • 4. Es erfolgt eine Überprüfung, ob eine Freiheitsgradzahl größer ist als ein Schwellwert B.
Nun kann der Wert der Freiheitsgradzahl D als ein Referenzparameter für die Anzeige des Verschmutzungsgrades und der Transparenz des Windschutzscheibenglases verwendet werden. Außerdem kann der Schwellwert B intern als ein kritischer Wert vorgewählt werden. Der Schwellwert B kann vom Fahrzeuglenker seinen jeweiligen Wünschen entsprechend eingestellt werden. Wenn die Freiheitsgradzahl D größer ist als der Schwellwert B bedeutet dies, daß die Dichte des auf der Windschutzscheibe befindlichen Regenwassers zu groß ist, d. h. daß die Windschutzscheibe nur einen zu verschwommenen Durchblick ermöglicht. In diesem Zustand aktiviert also die Steuerungseinheit 3 das Scheibenwischersystem 4, um das an der Windschutzscheibe befindliche Regenwasser von der Windschutzscheibe abzuwischen. Dabei bestimmt die Geschwindigkeit, mit welcher die Freiheitsgradzahl D zunimmt, die Antriebsgeschwindigkeit des Scheibenwischers. Je schneller die Freiheitsgradzahl D zunimmt, umso schneller wird der Scheibenwischer angetrieben - und umgekehrt. Wird die Freiheitsgradzahl D kleiner als der Schwellwert B, so wird der Scheibenwischer unverzüglich gestoppt.
Im oben beschriebenen Beispiel wurde nur reines und durchsichtiges Regenwasser in Betracht gezogen. Handelt es sich bei dem auf der Windschutzscheibe befindlichen Wasser jedoch um verschmutztes Wasser oder um schmutziges Regenwasser, so ist es nicht möglich, dieses verschmutzte Wasser wirkungsvoll von dem Windschutzscheibenglas F ohne Zuhilfenahme des Scheibenwaschanlagensystemes 5 zu beseitigen. Unter der Annahme, daß die Fotografiervorrichtung 1 im Inneren des Fahrzeuges installiert ist und daß die innere Helligkeit kleiner ist als die äußere Helligkeit, d. h. die Helligkeit außerhalb des Fahrzeuges, handelt es sich um eine tatsächlich gegebene reale Situation. Wenn die Regentropfen F1 transparent sind, nimmt die Freiheitsgradzahl D mit der Anzahl Regentropfen zu. Ihr mittlerer Grauwert X ändert sich jedoch nicht, weil sich die totale optische Energie, die von der Bildaufnahmevorrichtung 12 aufgenommen wird, nicht ändert. Im Falle verschmutzten Wassers oder schmutzigen Regenwassers bzw. schmutziger Regentropfen nimmt die in das Innere des Fahrzeuges eindringende optische Energie jedoch durch das schmutzige Wasser ab. Auch unter Berücksichtigung der reflektierten Energie durch das schmutzige Wasser ergibt sich, daß diese wesentlich kleiner ist als die Abnahme der abgelenkten refraktierten Energie, so daß die interne Helligkeit im Fahrzeug kleiner ist als die externe Helligkeit.
Es wird das mittels der Bildaufnahmevorrichtung 1 aufgenommene Bild in eine Vielzahl Flächen unterteilt und es wird die Freiheitsgradzahl des jeweiligen Grauwertes dieser Flächen sowie der Mittelwert X der Grauwerte bestimmt. Wenn die Freiheitsgradzahlen einiger Flächen größer ist, dann fällt der Schwellwert B und ihr Mittelwert X gleichzeitig auf einen Wert "a". Im Gegensatz hierzu besitzen andere Flächen keine erkennbare Zunahme ihrer Freiheitsgradzahlen D und der Mittelwert X der Grauwerte besitzt keinen deutlichen Abfall, was bedeutet, daß es sicher ist, daß die Windschutzscheibe mit verschmutztem Wasser bespritzt ist. In dieser Situation startet die Steuerungseinheit 3 das Scheibenwaschanlagensystem 5 und das Scheibenwischersystem 4. Die fortlaufende Testprozedur kann wiederholt werden, um das Ergebnis der Reinigung der Windschutzscheibe anzuzeigen und um eine Entscheidung zu treffen, ob die Reinigung vollkommen ist oder nicht. Es ist auch eine Falschbeurteilung vermeidbar, wie sie aus einer Abdunkelung der Windschutzscheibe resultieren kann.
Unter Bezugnahme auf Fig. 5 werden die folgenden mathematischen Gleichungen erläutert:
k1 bedeutet die Koordinaten einer Blockfläche.
Mit Hilfe der oben angegebenen Gleichungen kann die Freiheitsgradzahl D des Grauwertes berechnet werden.
  • 1. Wenn die Freiheitsgradzahl D größer ist als der Schwellwert B, und
    • 1. wenn die Bedingung Xk1 < Yk1-a wahr ist (wobei Yk1 für den Wert Xk1 zu einem vorhandenen Grauwert in einer Speichereinheit steht und "a" einen Schwellwert darstellt), erreicht der Verschmutzungsgrad des Windschutzscheibenglases F einen solchen Wert bzw. eine solche Größe, daß das Scheibenwischersystem 4 und das Scheibenwaschanlagensystem 5 gleichzeitig durch die Steuerungseinheit 3 aktiviert werden müssen, um die Reinigung durchzuführen.
    • 2. Wenn die Bedingung Xk1 < Yk1-a nicht wahr ist, d. h. wenn Xk1 < Yk1-a Jederzeit richtig ist, bedeutet dies, daß die Regentropfen am Windschutzscheibenglas nicht schmutzig sind, so daß in diesem Falle die Steuerungseinheit 3 nur das Scheibenwischersystem 4 zu aktivieren braucht.
  • 2. Wenn die Bedingung D < B nicht richtig ist, d. h. wenn D[B, Yk1 < Xk1-a jederzeit richtig ist, ist die Sicht durch das Windschutzscheibenglas im Augenblick klar, so daß das Scheibenwischersystem und das Scheibenwaschanlagensystem nicht benötigt werden.
Zusammenfassend ist also festzuhalten, daß die vorliegende Erfindung von einfachen mathematischen Gleichungen Gebrauch macht, um den Grad der Reinheit und der klaren Durchsicht durch eine Windschutzscheibe zu erkennen bzw. um das Scheibenwaschanlagensysten und/oder das Scheibenwischersystem zum Entfernen von Schmutzspritzern auf der Windschutzscheibe eines Fahrzeuges rechtzeitig zu aktivieren. Außerdem kann die Wischergeschwindigkeit des Scheibenwischers entsprechend dem auf der Windschutzscheibe befindlichen Regenwasser automatisch geregelt werden. Das bedeutet, daß der Fahrzeuglenker in vorteilhafter Weise nicht durch wiederholtes Betätigen bzw. Aus- und Einschalten des Scheibenwischersystemes abgelenkt wird. Bei der Erfindung handelt es sich also um einen Durchbruch in der Technologie auf dem Gebiet der Automation des Scheibenwischersystemes eines Fahrzeugs.

Claims (5)

1. Optisch funktionierendes automatisches Steuerungssystem für die Scheibenwischer eines Fahrzeugs, gekennzeichnet durch eine Fotografiervorrichtung (1), eine Signalverarbeitungseinheit (2) und eine Steuerungseinheit (3), die mit einem Scheibenwischersystem (4) und mit einem Scheibenwaschanlagensystem (5) des Fahrzeugs zusammenarbeiten, wobei die Fotografiervorrichtung (1) über die Windschutzscheibe (11), deren Expositurbedingungen automatisch durch eine Reihe von mathematischen Operationsgleichungen überprüft werden, Bilder aufnimmt und fortlaufend der Verschmutzungsgrad der Windschutzscheibe (11) bestimmt und zugehörige Komponenten wie die Scheibenwischer oder die Scheibenwaschanlage unverzüglich aktiviert werden.
2. Optisch funktionierendes automatisches Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotografiervorrichtung (1) an einer Stelle in der Nachbarschaft der Windschutzscheibe (11) eines Fahrzeugs angeordnet ist.
3. Optisch funktionierendes automatisches Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenwischer unverzüglich aktiviert wird, wenn ein mit den Operationsgleichungen erhaltener Freiheitsgradzahlwert (D) größer ist als ein Schwellwert (B).
4. Optisch funktionierendes automatisches Steuerungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Scheibenwischersystem (4) und das Scheibenwaschanlagensystem (5) gleichzeitig aktiviert werden, wenn der mit den Operationsgleichungen erhaltene Freiheitsgradzahlwert (D) größer ist als der Schwellwert (B) und wenn Xk1 < Yk1-a ist.
5. Optisch funktionierendes automatisches Steuerungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Fotografiervorrichtung (1) aufgenommenen Bilder in eine Vielzahl Flächen aufgeteilt werden, um einen mittleren Grauwert Xk1 zu ermitteln.
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