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TECHNISCHES GEBIET
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Dieses Dokument betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Fahrzeugausstattung und genauer ein Scheibenwischersystem, das einen Scheibenfeuchtigkeitssensor und einen Wischerdrehmomentsensor aufweist, die einander ergänzen und eine verbesserte Systemleistung bereitstellen.
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HINTERGRUND
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Automatische Windschutzscheiben-Wischersteuersysteme, die den Wischerbetrieb / die Wischergeschwindigkeit auf das Vorhandensein von Feuchtigkeit oder die Intensität eines Regenfalls auf der Windschutzscheibe einstellen, sind im Stand der Technik wohl bekannt. Solche Systeme weisen typischerweise ein elektronisches Steuermodul auf, das mit dem Wischerarm-Antriebsmotor verbunden ist. Das Steuermodul stellt den Betrieb und die Geschwindigkeit des Wischerarm-Antriebsmotors als Reaktion auf eine Sensoreingabe ein.
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Seit über 25 Jahren benutzten automatische Scheibenwischersysteme des Standes der Technik entweder optische Sensoren zur Erkennung des Vorhandenseins von Feuchtigkeit auf der Scheibe oder Drehmomentsensoren zur Erkennung des Widerstands gegenüber der Bewegung des Wischerblatts über die Scheibe, wobei dieser Widerstand mit zunehmender Feuchtigkeit tendenziell abnimmt. Wenngleich diese Systeme des Standes der Technik größtenteils für ihren Anwendungszweck effektiv waren, sind weitere Verbesserungen hinsichtlich des Betriebs möglich.
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Dieses Dokument betrifft das erste automatische Scheibenwischersystem, das auf eine Sensoreingabe sowohl von einem Scheibenfeuchtigkeitssensor wie einem optischen Sensor als auch einem Wischerdrehmomentsensor wie einem, der mehrere magnetoelastische Bänder aufweist, die auf einer Schwenkwelle getragen werden, die sich zwischen dem Wischerarm und dem Wischerantriebsmotor und mehreren Feldsensoren erstreckt, die Differenzen hinsichtlich eines Magnetfeldes zwischen den mehreren magnetoelastischen Bändern messen, reagiert.
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KURZDARSTELLUNG
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Gemäß den hierin beschriebenen Zwecken und Vorteilen wird ein Scheibenwischersystem bereitgestellt. Das System weist eine Scheibenwischeranordnung auf, die ein Wischerblatt, einen Wischerarm, der das Wischerblatt hält, und einen Wischermotor aufweist, der den Wischerarm antreibt. Das Wischersystem weist ferner einen Scheibenfeuchtigkeitssensor und einen Wischerdrehmomentsensor auf. Ein Wischersystem-Steuermodul reagiert auf den Scheibenfeuchtigkeitssensor und den Drehmomentsensor, um den Betrieb der Scheibenwischeranordnung zu steuern.
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In einer möglichen Ausführungsform ist der Scheibenfeuchtigkeitssensor ein optischer Sensor. Ein solcher optischer Sensor weist eine Lichtquelle, eine Linse zum Lenken von Licht von der Lichtquelle auf die Scheibe, die von der Wischeranordnung gereinigt werden soll, und einen Lichtempfänger auf, um Licht aus der Lichtquelle, das von der Scheibe zurück reflektiert wird, zu erkennen.
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In einer möglichen Ausführungsform weist der Drehmomentsensor mehrere magnetoelastische Bänder, die auf einer Schwenkwelle getragen werden, die sich zwischen dem Wischerarm und dem Wischerantriebsmotor erstreckt, sowie mehrere Feldsensoren auf, die die Differenz hinsichtlich eines Magnetfeldes zwischen den mehreren magnetoelastischen Bändern messen, während der Wischerarm über die Scheibe wischt und wenn dieser von dem Wischermotor angetrieben wird.
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In einer möglichen Ausführungsform weist das Scheibenwischersystem ferner ein Scheibenheizelement auf, wobei das Scheibenheizelement auch durch das steuermodul gesteuert wird. In einer anderen möglichen Ausführungsform weist das System ferner ein Reinigungssystem mit erwärmtem Fluidstrahl auf, das einen Fluidbehälter, ein Fluidheizelement, einen Düsenstrahl und eine Pumpe zum Pumpen von erwärmtem Fluid von dem Behälter durch die Düse auf die Scheibe als Reaktion auf ein Steuersignal durch das steuermodul aufweist.
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Gemäß einem zusätzlichen Aspekt wird ein Verfahren zum Steuern des Betriebs einer Windschutzscheiben-Wischeranordnung zur Reinigung einer Fahrzeugscheibe bereitgestellt. Das Verfahren kann grob als die folgenden Schritte umfassend beschrieben werden: (a) Erkennen, von einem Scheibenfeuchtigkeitssensor, des Vorhandenseins von Feuchtigkeit auf der Scheibe, (b) Initiieren, von einem Steuermodul, des Betriebs der Scheibenwischeranordnung, (c) Erkennen, von einem Drehmomentsensor, eines Drehmoments auf der Windschutzscheiben-Wischeranordnung und (d) Einstellen, durch das steuermodul, des Betriebs der Windschutzscheiben-Wischeranordnung als Reaktion auf das Erkennen von Scheibenfeuchtigkeit und eines Wischeranordnungsdrehmoments. In einer möglichen Ausführungsform weist das Verfahren ferner das Aktivieren, durch das Steuermodul, eines Scheibenheizelements als Reaktion darauf auf, dass eine erkannte Scheibenfeuchtigkeit und ein erkanntes Wischeranordnungsdrehmoment ein vorbestimmtes Kriterium erfüllen. In einer anderen möglichen Ausführungsform weist das Verfahren ferner das Sprühen, durch das Steuermodul, von erwärmtem Fluid auf die Scheibe als Reaktion darauf auf, dass eine erkannte Scheibenfeuchtigkeit und ein erkanntes Wischeranordnungsdrehmoment ein vorbestimmtes Kriterium erfüllen. Ferner kann das Verfahren das regelmäßige Erkennen, von den Sensoren, eines Vorhandenseins von Feuchtigkeit auf der Scheibe und eines Drehmoments auf der Windschutzscheiben-Wischeranordnung, Vergleichen, durch das steuermodul, von erkannten Feuchtigkeits- und Drehmomentwerten mit vorbestimmten Kriterien und Einstellen, durch das steuermodul, des Betriebs der Scheibenwischeranordnung basierend auf vorbestimmten Kriterien aufweisen.
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In einer möglichen Ausführungsform umfasst das Scheibenwischersystem die Scheibenwischeranordnung, einen Wischerdrehmomentsensor, der mehrere magnetoelastische Bänder und mehrere Feldsensoren und das Steuermodul aufweist.
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In der folgenden Beschreibung sind mehrere bevorzugte Ausführungsformen des Scheibenwischersystems dargestellt und beschrieben. Es sei klargestellt, dass das Scheibenwischersystem zu anderen, verschiedenen Ausführungsformen fähig ist und die mehreren Details in verschiedenen, offensichtlichen Aspekten modifiziert werden können, ohne von dem Scheibenwischersystem wie in den folgenden Ansprüchen dargelegt und beschrieben abzuweichen. Dementsprechend sind die Zeichnungen und die Beschreibung als darstellend und nicht als einschränkend auszulegen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die beiliegenden Zeichnungen, die hierin enthalten sind und einen Teil der Spezifikation bilden, stellen mehrere Aspekte des Scheibenwischersystems dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung bestimmter Prinzipien davon. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung der Scheibenwischeranordnung auf einer Fahrzeugscheibe, des Scheibenfeuchtigkeitssensors, des Wischerdrehmomentsensors und des Steuermoduls;
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2 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform des Scheibenfeuchtigkeitssensors;
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3 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform des Wischerdrehmomentsensors;
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4 ein schematisches Blockdiagramm der Steuerelemente des Scheibenwischersteuersystems;
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5 ein Blockdiagramm, das Systemfunktion und -betrieb erläutert.
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Nun wird ausführlich auf die vorliegend bevorzugten Ausführungsformen des Scheibenwischersystems Bezug genommen, von dem Beispiele in den Zeichnungen dargestellt sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nun wird auf 1 bis 4 Bezug genommen, die gemeinsam betrachtet das Scheibenwischersystem 10 darstellen. Wie in 1 dargestellt, weist das Scheibenwischersystem 10 eine Scheibenwischeranordnung 12 auf, die ein Wischerblatt 14 aufweist, das auf einem Wischerarm 16 getragen wird, der von einem Wischerantriebsmotor 18 angetrieben wird. Das Scheibenwischersystem 10 weist außerdem einen Scheibenfeuchtigkeitssensor 20, einen Wischerdrehmomentsensor 22 und ein Steuermodul oder einen Mikroprozessor 24 auf.
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Genauer umfasst der Scheibenfeuchtigkeitssensor 20 in einer möglichen Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, einen optischen Sensor, der ein Gehäuse 26 umfasst, das eine Lichtquelle 28 hält. Eine Linse 30 lenkt Licht, das von der Lichtquelle 28 emittiert wird, auf die Scheibe W, die von der Scheibenwischeranordnung 12 gereinigt werden soll, und ein Lichtempfänger 32 erkennt Licht aus der Lichtquelle, das von der Scheibe zurück reflektiert wird. Das Vorhandensein von Feuchtigkeit auf der Scheibe streut tendenziell Licht, das von der Lichtquelle 28 emittiert wird. Dementsprechend nimmt das Licht, das zurück reflektiert wird und von dem Empfänger 32 empfangen wird, ab, während die Feuchtigkeit auf der Scheibe W zunimmt.
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Wie in 3 dargestellt, weist der Drehmomentsensor 22 in einer möglichen Ausführungsform des Systems 10 mehrere magnetoelastische Bänder 34 1–34 n auf, die auf der Schwenkantriebswelle 36 getragen werden, die sich zwischen dem Wischermotor 18 und dem Kopf des Wischerarms 16 erstreckt. Außerdem weist der Drehmomentsensor 22 mehrere Feldsensoren 38 1–38 n auf, die auf dem Fahrzeug benachbart zu den magnetoelastischen Bändern 34 1–34 n getragen werden. Diese Feldsensoren 38 1–38 n messen Differenzen hinsichtlich des Magnetfeldes zwischen den mehreren magnetoelastischen Bändern 34 1–34 n, während der Wischerantriebsmotor 18 das Wischerblatt 14 antreibt, das von dem Wischerarm 16 getragen wird. Mit zunehmender Feuchtigkeitsmenge auf der Scheibe W wird die Reibung oder der Reibungswiderstand auf dem Wischerblatt 14 reduziert und das Drehmoment auf dem Schwenkarm 36 nimmt ab.
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Man wird zu schätzen wissen, dass eine umgekehrte Beziehung zwischen (a) der Feuchtigkeitsmenge auf der Scheibe W und (b) sowohl der Lichtmenge, die von der Scheibe W zurück zu dem Lichtempfänger 32 reflektiert wird, als auch der Drehmomentmenge, die auf die Schwenkwelle 36 der Scheibenwischeranordnung 12 ausgeübt wird, besteht. Durch umfangreiche Prüfungen werden vorbestimmte Kriterien zu einer Nachschlagtabelle entwickelt, die verwendet wird, um das Steuermodul 24 bei dem Betrieb des Scheibenwischersystems 10 anzuleiten.
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Wie in 4 dargestellt, ist das Steuermodul 24 mit dem Scheibenfeuchtigkeitssensor 20 durch die Signalleitung 40 und mit dem Wischerdrehmomentsensor 22 durch die Signalleitung 42 verbunden. Ferner ist das Steuermodul 24 mit dem Wischerantriebsmotor 18 durch die Signalleitung 44 verbunden.
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In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung weist die Scheibe W ein Scheibenwiderstandsheizelement 46 auf, das zum Erwärmen der Scheibe W und Verringern von Nebel, Eis oder Schnee auf der Scheibe benutzt werden kann. In dieser Ausführungsform steuert das Steuermodul 24 den Betrieb des Scheibenheizelements 46 durch die Signalleitung 48.
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In einer anderen möglichen Ausführungsform weist das System 10 ein Reinigungsuntersystem unter Verwendung eines erwärmten Fluidstrahls auf, das im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 50 versehen ist und einen Fluidbehälter 52, ein Fluidheizelement 54, einen Düsenstrahl 56 und eine Pumpe 58 aufweist. Das Steuermodul 24 steuert den Betrieb des Heizelements 54 durch die Signalleitung 60 und den Betrieb der Pumpe 58 durch die Signalleitung 62.
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Nun wird auf 5 Bezug genommen, die schematisch die Funktion und den Betrieb des Scheibenwischersystems 10 darstellt. Nach Aktivieren des Systems 10 erkennt der Scheibenfeuchtigkeits- oder optische Sensor 20 das Vorhandensein von Feuchtigkeit auf der Scheibe W. Genauer emittiert der Sensor 20 einen Lichtstrahl von der Quelle 28 und vergleicht danach die Intensität des Lichtstrahls, der von der Quelle emittiert wird, mit der Intensität des reflektierten Lichts, das von dem Lichtempfänger 32 erkannt wird. Der resultierende Lichtreflexionswert stellt eine Angabe über die Lichtmenge, die von der Feuchtigkeit oder anderen Stoffen auf der Scheibe W gestreut wurde, bereit. Der erkannte Lichtreflexionswert wird durch die Signalleitung 40 zu dem Steuermodul 24 gesendet, das den Wert mit vorbestimmten Kriterien vergleicht, die eine geringe Reflexion, eine mittlere Reflexion und eine hohe Reflexion angeben.
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Ungefähr zum gleichen Zeitpunkt sendet das Steuermodul 24 ein Steuersignal entlang der Leitung 44 an den Wischerantriebsmotor 18, um das Scheibenwischerblatt 14, das an dem Wischerarm 16 über die Scheibe W gehalten wird, einmal hin- und herzubewegen. Dabei erkennt der Wischerdrehmomentsensor 22 die Drehmomentmenge, die an die Schwenkantriebswelle 36 angelegt wird. Dies erfolgt mittels der Feldsensoren 38 1–38 n, die die Differenz hinsichtlich des Magnetfeldes zwischen den magnetoelastischen Bändern 34 1–34 n auf der Schwenkantriebswelle 36 messen. Der resultierende Drehmomentwert wird danach von dem Wischerdrehmomentsensor 22 durch die Signalleitung 42 zu dem Steuermodul 24 gesendet.
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Das Steuermodul 24 vergleicht dann den abgetasteten oder erkannten Drehmomentwert mit vorbestimmten Kriterien und bestimmt, ob der erkannte Wert innerhalb eines niedrigen, mittleren oder hohen Drehmomentbereichs fällt. Das Steuermodul 24 bestimmt dann den Schnitt des erkannten Lichtreflexionswertes und des erkannten Drehmomentwertes und sendet ein entsprechendes Signal an den Wischerantriebsmotor 18 durch die Signalleitung 44, sodass das Wischersystem 10 mit einer entsprechenden Verzögerung und/oder Geschwindigkeit arbeitet, die am besten an die Fahrbedingungen, einschließlich insbesondere des Vorhandenseins von Feuchtigkeit und anderen Stoffen auf der Scheibe W, angepasst ist.
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Sollte das System 10 auch mit dem optionalen Scheibenheizelement 46 ausgerüstet sein, stellt das Steuermodul, wenn es berechtigt ist, dem Scheibenheizelement 46 als Reaktion auf erkannte Bedingungen basierend auf Daten von den Sensoren 20, 22 ein entsprechendes Signal entlang der Leitung 48 bereit. Falls das System 10 mit dem optionalen Reinigungsuntersystem 50 unter Verwendung eines erwärmten Fluidstrahls ausgerüstet ist, sendet das Steuermodul 28 in ähnlicher Weise ein entsprechendes Steuersignal, wenn es berechtigt ist, an das Heizelement 54 durch die Steuerleitung 60 und die Pumpe 58 durch die Steuerleitung 62, um so den Betrieb des Reinigungsuntersystems 50 als Reaktion auf Fahrbedingungen zu optimieren, die von den Sensoren 20, 22 erkannt werden.
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Zusammenfassend gehen aus dem Betrieb des Scheibenwischersystems 10 und dem zugehörigen hierin offenbarten Verfahren zahlreiche Vorteile hervor. Genauer wird der Wischerbetrieb als Reaktion auf die Eingabe sowohl von einem Scheibenfeuchtigkeits- oder optischen Sensor 20 als auch einem Wischerdrehmomentsensor 22 automatisch durch das steuermodul 24 gesteuert. Vorteilhafterweise kann das Wischersystem 10 die Scheibenwischeranordnung 12 durch eine Kombination von optischen und Drehmomentsensordaten effizienter und effektiver betreiben als es mit Systemen des Standes der Technik möglich ist, die entweder nur auf optische Daten oder nur auf Drehmomentdaten setzen.
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Zum Beispiel besteht ein Nachteil eines optischen Sensors 20 darin, dass er Regen nur über einen kleinen Oberflächenbereich der gesamten Windschutzscheibe W überwacht und erkennt. Daher kann es sein, dass leichter Regen für einen längeren Zeitraum unerkannt bleibt. Dies kann dazu führen, dass die Wischer vorzeitig abgeschaltet werden, wenn der Regenfall nach einem Sturm beginnt, abzuflauen. In dieser Situation erkennt der Drehmomentsensor 22 die Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe W und die Daten, die er bereitstellt, können durch das steuermodul 24 verwendet werden, um den Windschutzscheibenwischerbetrieb ordnungsgemäß beizubehalten, bis der Regen schließlich aufhört.
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Man wird ebenfalls zu schätzen wissen, dass Daten, die sowohl von einem optischen Sensor 20 als auch einem Drehmomentsensor 22 bereitgestellt werden, es ermöglichen, dass das Steuermodul 24 vereiste Windschutzscheibenbedingungen schneller und genauer identifizieren und auf diese schneller und genauer reagieren kann. Die Erkennung von Eis wird durch eine Kombination eines niedrigen Drehmomentmesswertes aus dem Drehmomentsensor 22 und eines hohen Lichtstreuungsmesswertes aus dem optischen Sensor 20 angegeben.
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Die Bereitstellung des optionalen Scheibenheizelements 46 und/oder optionalen Reinigungsuntersystems 50 unter Verwendung eines erwärmten Fluidstrahls verbessert die Betriebsfunktionen des Systems 10 weiter, sodass es sich besser an die Bedürfnisse eines Fahrzeugbedieners anpassen und diese erfüllen kann, wenn dieser mit verschiedenen Fahrbedingungen konfrontiert wird, einschließlich solchen, die mit harschem Winterwetter in Zusammenhang stehen.
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Der vorstehende Text wurde zu Erläuterungs- und Beschreibungszwecken vorgestellt. Er erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und soll die Ausführungsformen des Scheibenwischersystems und des zugehörigen Verfahrens nicht auf die präzise offenbarte Form einschränken. Angesichts der oben dargelegten Lehren sind offensichtliche Modifikationen und Variationen möglich. Zum Beispiel kann das Scheibenwischersystem
10 zusätzliche Sensoren aufweisen, um dem Steuermodul
24, das die Daten zur Einstellung des Betriebs der Scheibenwischeranordnung
12, einschließlich zum Beispiel der Betriebsgeschwindigkeit davon, entsprechend nutzt, noch weitere Betriebsdaten bereitzustellen. Solche zusätzlichen Sensoren umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, einen Umgebungstemperatursensor, einen Luftzirkulationssystem-Temperatursensor und Kombinationen davon. In einer anderen möglichen Ausführungsform zählt das Scheibenwischersystem
10 nur auf den Drehmomentsensor
22, der die magnetoelastischen Bänder
34 1–
34 n und die Feldsensoren
38 1–
38 n aufweist. All solche Modifikationen und Variationen liegen innerhalb des Schutzbereichs der beiliegenden Ansprüche, wenn diese gemäß dem Umfang interpretiert werden, zu dem sie in ordnungsgemäßer, gesetzlicher und gerechter Weise berechtigt sind. Zeichenerklärung
| Fig. 5 |
| Interpretation von Messwerten: Keine oder geringe Anzahl von Tropfen optisch erkannt, Wasserfilm durch Drehmomentsensor erkannt.
Ergebnis: Keine Verzögerung |
| Interpretation von Messwerten: Geringe Anzahl von Tropfen optisch erkannt, Windschutzscheibe leicht nass, erkannt durch Drehmomentsensor.
Ergebnis: Hohe Verzögerung |
| Interpretation von Messwerten: Geringe Anzahl von Tropfen optisch erkannt, Windschutzscheibe trocken, erkannt durch Drehmomentsensor.
Ergebnis: Maximale Verzögerung |
| Verzögerungsarten: Null, Gering, Mittel, Hoch, Maximal |
| Interpretation von Messwerten: Mittlere Anzahl von Tropfen optisch erkannt, Windschutzscheibe nass, erkannt durch Drehmomentsensor.
Ergebnis: Geringe Verzögerung |
| Interpretation von Messwerten: Mittlere Anzahl von Tropfen optisch erkannt, Windschutzscheibe weist mittlere Nässe auf, erkannt durch Drehmomentsensor.
Ergebnis: Mittlere Verzögerung |
| Interpretation von Messwerten: Mittlere Anzahl von Tropfen optisch erkannt, Windschutzscheibe weist hohes Drehmoment auf, sodass Schmutz oder Eis vorhanden sind, erkannt durch Drehmomentsensor.
Ergebnis: Geringe Verzögerung plus Wasserstrahl |
| Interpretation von Messwerten: Hohe Anzahl von Tropfen optisch erkannt, Wasserfilm durch Drehmomentsensor erkannt.
Ergebnis: Keine Verzögerung |
| Interpretation von Messwerten: Hohe Anzahl von Tropfen optisch erkannt, Wasserfilm durch Drehmomentsensor erkannt, oder Schmutz oder Eis auf der Scheibe.
Ergebnis: Keine Verzögerung plus heißer Wasserstrahl |
| Interpretation von Messwerten: Entweder Schmutz, Eis oder Schnee oder Wassertropfen optisch erkannt, Drehmomentsensor-Messwert hebt Wassertropfen auf.
Ergebnis: Hohe Wischergeschwindigkeit, keine Verzögerung, maximaler Heißwasserwischer und Einschalten von Windschutzscheibenentnebeler und Enteisung, bis Messwerte in einen anderen Zustand eintreten. |
| Geringes Drehmoment |
| Mittleres Drehmoment |
| Hohes Drehmoment |
| Messwerte von Drehmomentsensor |
| Geringe Reflexion |
| Mittlere Reflexion |
| Hohe Reflexion |
| Messwerte von optischem Sensor |
