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Die Erfindung betrifft Fahrzeug mit einer Mehrzahl von Sensoren zur Steuerung mindestens eines elektrischen Funktionselements.
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Es ist bekannt, Fahrzeugscheiben mit Sensoren auszustatten, beispielsweise Temperatursensoren, Lichtsensoren, Feuchtigkeitssensoren oder Regensensoren. Die Sensoren können an der Fahrzeugscheibe oder in deren Nähe angebracht werden oder direkt in die Fahrzeugscheibe integriert werden.
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Es ist ebenso bekannt, Fahrzeugscheiben mit elektrischen Funktionen auszustatten. Ein Beispiel für solche elektrischen Funktionen sind Heizelemente, die beispielsweise als beheizbare transparente Beschichtung, als Heizdrähte oder aufgedruckte Heizleiter ausgebildet sind. Die Heizelemente können verwendet werden, um die Fahrzeugscheiben von Eis oder kondensierter Feuchtigkeit zu befreien. Ebenso ist bekannt, Fahrzeugscheiben mit Funktionselementen mit elektrisch steuerbaren optische Eigenschaften auszustatten, beispielsweise mit SPD-Elementen (suspended particle device), PDLC-Elementen (polymer dispersed liquid crystals) oder elektrochromen Elementen. Mittels der Funktionselemente kann die Transparenz der Fahrzeugsscheiben eingestellt werden. So kann beispielsweise eine Dachscheibe abgedunkelt werden oder transluzent eingestellt werden oder eine elektrisch steuerbare Sonnenblende realisiert werden. Fahrzeuge verfügen üblicherweise auch über Heizungs-, Lüftungs- und Klimasysteme, mit denen die Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Fahrzeuginnenraum eingestellt werden können oder ebenfalls Fahrzeugscheiben von Eis oder kondensierter Feuchtigkeit befreit werden können.
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Die manuelle Steuerung von elektrischen Funktionen ist nicht optimal, da sie für den Benutzer aufwendig ist und sie mit Energieverschwendung einhergehen kann, beispielsweise wenn eine Fahrzeugscheibe stärker beheizt wird als es zum Enteisen notwendig wäre.
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Es besteht daher Bedarf an Fahrzeugen mit einer verbesserten Steuerung von elektrischen Funktionen, insbesondere elektrischen Funktionen der Fahrzeugscheiben.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung umfasst ein Fahrzeug, welches mit einer Mehrzahl von Sensoren ausgestattet ist, welche an oder in einer oder mehreren Fahrzeugscheiben angeordnet sind, und mit mindestens einem elektrischen Funktionselement,
wobei die Sensoren mit einer Steuereinheit verbunden sind und geeignet sind, mindestens einen physikalischen Parameter zu bestimmen,
und wobei die Steuereinheit geeignet ist, den oder die von den Sensoren bestimmten physikalischen Parameter zu interpretieren und als Konsequenz dieser Interpretation eine automatische Steuerung des mindestens einen elektrischen Funktionselements durchzuführen,
und wobei das mindestens eine elektrische Funktionselement geeignet ist, eine oder mehrere Fahrzeugscheiben zu beheizen oder die Lichttransmission durch eine oder mehrere Fahrzeugscheiben zu verändern,
und wobei die besagte automatische Steuerung geeignet ist, die Fahrzeugscheiben oder Bereiche derselben Fahrzeugscheibe unabhängig voneinander zu beheizen oder ihre Lichttransmission unabhängig voneinander zu verändern,
und wobei das mindestens eine elektrische Funktionselement ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus:
- - einem Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystem des Fahrzeugs,
- - Heizelementen in oder an mehreren Fahrzeugscheiben und
- - Funktionselementen mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften an oder in mehreren Fahrzeugscheiben.
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Durch die Sensoren werden der Steuereinheit Informationen zur Verfügung gestellt, um das Funktionselement oder die Funktionselemente automatisch zu steuern, ohne dass der Fahrer das Funktionselement manuell einstellen muss. Dadurch wird eine komfortable Steuerung des Funktionselements bereitgestellt. Außerdem kann die automatische Steuerung energieeffizienter betrieben werden als eine manuelle Steuerung. Das sind große Vorteile der vorliegenden Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist mit einer Mehrzahl von Sensoren ausgestattet. Hierbei können unterschiedliche Sensoren verwendet werden, beispielsweise Temperatursensoren, Feuchtigkeitssensoren, Sensoren für elektromagnetische Strahlung (insbesondere UV-Sensoren, Lichtsensoren und/oder IR-Sensoren, wobei UV für den ultravioletten Spektralbereich und IR für den infraroten Spektralbereich steht), Gassensoren oder sonstige Strahlungssensoren. Die Sensoren sind auf relevante Stellen des Fahrzeugs verteilt, insbesondere im Bereich der Fenster des Fahrzeugs, wie der Windschutzscheibe, einer oder mehrerer der Seitenscheiben, der Heckscheibe und/oder einer Dachscheibe, soweit vorhanden.
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Die Sensoren können, unabhängig voneinander, auf unterschiedliche Weise im Bereich der Fahrzeugfensterscheiben angebracht oder in die Fahrzeugfensterscheiben integriert sein. Insbesondere sind die Sensoren so ausgestaltet, dass sie für einen Betrachter nicht sichtbar sind. Die Sensoren können transparent oder nicht-transparent sein. Die folgenden Ausgestaltungen sind bevorzugt hinsichtlich der Anbringung der Sensoren:
- - Der Sensoren ist als transparenter Sensor ausgebildet, beispielsweise aus einer transparenten leitfähigen Beschichtung oder aus einem transparenten Druck. Die Fahrzeugscheibe ist als Verbundscheibe ausgebildet, umfassend eine Außenscheibe und eine Innenscheibe, die über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden sind. Der Sensor ist zwischen der Außenscheibe und der Innenscheibe innerhalb der Verbundscheibe angeordnet. Die transparente Struktur, die den Sensor ausbildet (also beispielsweise die transparente leitfähige Beschichtung oder der transparente Druck), können beispielsweise auf der zur Zwischenschicht hingewandten Oberfläche der Außenscheibe oder der Innenscheibe angeordnet sein oder auf einer Trägerfolie (beispielsweise aus PET) zwischen zwei Schichten der Zwischenschicht eingelegt sein.
- - Der Sensoren ist als transparenter Sensor ausgebildet, beispielsweise aus einer transparenten leitfähigen Beschichtung oder aus einem transparenten Druck. Die transparente Struktur, die den Sensor ausbildet, ist auf einer externen, exponierten Oberfläche der Fahrzeugscheibe aufgebracht, also im Falle einer Verbundscheibe auf der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe oder bevorzugt auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe oder im Falle einer Einzelglasscheibe auf der außenseitigen oder der innenraumseitigen Oberfläche derselben.
- - Der Sensor ist ein vorgefertigter Sensor, der an der Fahrzeugscheibe angebracht ist, bevorzugt an der innenraumseitigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe. Ist der Sensor transparent, so kann er im Durchsichtsbereich der Scheibe angeordnet sein. Der Sensor kann aber auch beispielsweise im Bereich eines opaken Abdeckdrucks angeordnet sein, wie er bei Fahrzeugscheiben (mit Ausnahme der Seitenscheiben) allgemein üblich ist. Der Abdeckdruck kann mit einer für den Sensor unterbrochen sein, falls es sich um einen Lichtsensor handelt.
- - Der Sensor ist ein vorgefertigter Sensor, der zwischen die Außenscheibe und die Innenscheibe der Fahrzeugscheibe einlaminiert ist, welche als Verbundscheibe ausgebildet ist. Ist der Sensor transparent, so kann er im Durchsichtsbereich der Scheibe angeordnet sein. Der Sensor kann aber auch beispielsweise im Bereich eines opaken Abdeckdrucks angeordnet sein, wie er bei Fahrzeugscheiben (mit Ausnahme der Seitenscheiben) allgemein üblich ist. Der Abdeckdruck kann mit einer für den Sensor unterbrochen sein, falls es sich um einen Lichtsensor handelt.
- - Der Sensor ist in der Umgebung der Fahrzeugscheibe angebracht, insbesondere in einem Rahmen oder einer Einkapselung der Fahrzeugscheibe, und dort für den Betrachter versteckt.
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Die Sensoren, wenn sie auf einer Oberfläche der Fahrzeugscheibe (oder auf einer Oberfläche der Außenscheibe oder der Innenscheibe, falls die Fahrzeugscheibe als Verbundscheibe ausgebildet ist) aufgebracht sind, können aufgedruckt sein oder auf andere Weise abgeschieden. Insbesondere können die Sensoren aus leitfähigen Beschichtungen ausgebildet werden, wie sie für Fahrzeugscheiben gebräuchlich sind, beispielsweise als IR-reflektierende Beschichtungen, beheizbare Beschichtungen oder sogenannte LowE-Beschichtungen. Transparente IR-reflektierende Beschichtungen und beheizbare Beschichtungen umfassen typischerweise eine oder mehrere Einzelschichten auf Basis eines Metalls (insbesondere von Silber) neben weiteren dielektrischen Schichten. Transparente LowE-Beschichtungen umfassen typischerweise eine leitfähige Schicht auf Basis eines transparenten leitfähigen Oxids (TCO, insbesondere von Indiumzinnoxid) neben weiteren dielektrischen Schichten. In beiden Fällen sind die Beschichtungen Dünnschichtstapel, die bevorzugt mittels magnetfeldunterstützter Kathodenzerstäubung (Magnetron-Sputtering) aufgebracht werden. In der Regel ist die gesamte oder ein Großteil der Scheibenoberfläche mit der Beschichtung versehen und der Sensor wird aus einem Bereich der Beschichtung ausgebildet, der durch (typischerweise mittels Laserentschichtung erzeugte) Isolationslinien strukturiert ist. Durch die Isolationslinien werden Leiterpfade in der Beschichtung ausgebildet. So können beispielsweise resistive oder kapazitive Sensoren ausgebildet werden, die beispielsweise als Feuchtigkeitssensoren oder Temperatursensoren verwendet werden können.
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Sensoren für elektromagnetische Strahlung, insbesondere UV-Sensoren, Lichtsensoren und IR-Sensoren, umfassen typischerweise Photodioden, mit denen die Strahlungsintensität gemessen wird. Die Sensoren können gerichtet sein, um die Einfallsrichtung der Strahlung feststellen zu können. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung einer Mehrzahl von Photodioden realisiert werden.
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Die Sensoren können drahtlos (beispielsweise RF/NFC) oder verdrahtet sein. Die Sensoren sind über die Drähte oder die drahtlose Verbindung mit einer Steuereinheit (ECU, Electronic Control Unit) verbunden, die typischerweise in der Bordelektrik beziehungsweise -elektronik des Fahrzeugs integriert ist. Die Steuereinheit erfasst die Messdaten der Sensoren. Die Steuereinheit umfasst einen Prozessor, der geeignet ist, Algorithmen durchzuführen, um in Abhängigkeit von den Messdaten der Sensoren weitere aktive Elemente zu steuern, die nachfolgend beschrieben werden.
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Bevorzugt sind mehrere oder sämtliche Fahrzeugfenster mit den erfindungsgemäßen Sensoren ausgestattet, welche denselben physikalischen Parameter messen, beispielsweise die Intensität des Lichteinfalls, die Feuchtigkeit oder die Temperatur. Die Fahrzeugfenster können auch jeweils mit mehreren Sensoren ausgestattet sein, welche verschiedene physikalische Parameter messen. So kann der Zustand jedes der Fenster unabhängig beurteilt werden. Es können auch verschiedene Bereiche desselben Fahrzeugfensters mit Sensoren ausgestattet sein, um den Zustand des Fahrzeugfensters ortsaufgelöst zu beurteilen.
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Nachfolgend wird ein bevorzugter transparenter Feuchtigkeitssensor beschrieben. Der Sensor ist ein kapazitiver Feuchtigkeitssensor. Der Sensor wird durch einen Leiterpfad realisiert, dessen Kapazität im Vergleich zur Masse gemessen wird, oder durch mehrere, insbesondere zwei Leiterpfade, deren relative Kapazität gemessen wird. Der Feuchtigkeitssensor beruht darauf, dass die Anwesenheit von Feuchtigkeit auf der Fahrzeugscheibe die Kapazität des oder der Leiterpfade ändert. Die Leiterpfade sind bevorzugt spiralartig, kammartig oder mäanderartig miteinander verschachtelt. Der Leiterpfad oder die Leiterpfade können ausgebildet sein
- - aus einer transparenten leitfähigen Beschichtung, die entweder nur im Bereich des Leiterpfads vorhanden ist oder in einem größeren Bereich, wobei der Leiterpfad durch Strukturierung mittels Isolationslinien in die Beschichtung eingebracht ist; die Isolationslinien werden bevorzugt durch Laserentschichtung erzeugt;
- - durch Aufdrucken des Leiterpfads aus einer transparenten, elektrisch leitfähigen Druckfarbe; oder
- - durch andere Abscheidungstechniken.
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Nachfolgend wird ein weiterer bevorzugter transparenter Feuchtigkeitssensor beschrieben. Der Sensor ist ein resistiver Feuchtigkeitssensor. Der Sensor wird durch einen Leiterpfad realisiert, an den eine elektrische Spannung angelegt wird, wodurch ein elektrischer Strom durch den Leiterpfad fließt. Die gemessene Stromstärke ermöglicht die Bestimmung des elektrischen Widerstands des Leiterpfads. Der Feuchtigkeitssensor beruht darauf, dass die Anwesenheit von Feuchtigkeit auf der Fahrzeugscheibe den Widerstand des Leiterpfads ändert. Der Leiterpfad kann ausgebildet sein
- - aus einer transparenten leitfähigen Beschichtung, die entweder nur im Bereich des Leiterpfads vorhanden ist oder in einem größeren Bereich, wobei der Leiterpfad durch Strukturierung mittels Isolationslinien in die Beschichtung eingebracht ist; die Isolationslinien werden bevorzugt durch Laserentschichtung erzeugt;
- - durch Aufdrucken des Leiterpfads aus einer transparenten, elektrisch leitfähigen Druckfarbe; oder
- - durch andere Abscheidungstechniken.
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Nachfolgend wird ein bevorzugter transparenter Temperatursensor beschrieben. Der Sensor ist ein resistiver Temperatursensor. Der Sensor wird durch einen Leiterpfad realisiert, an den eine elektrische Spannung angelegt wird, wodurch ein elektrischer Strom durch den Leiterpfad fließt. Die gemessene Stromstärke ermöglicht die Bestimmung des elektrischen Widerstands des Leiterpfads. Der Temperatursensor beruht darauf, dass der Widerstand des Leiterpfads temperaturabhängig ist und somit, durch Vergleich mit entsprechenden Kalibrationsdaten, die Bestimmung der Temperatur erlaubt. Der Leiterpfad kann ausgebildet sein
- - aus einer transparenten leitfähigen Beschichtung, die entweder nur im Bereich des Leiterpfads vorhanden ist oder in einem größeren Bereich, wobei der Leiterpfad durch Strukturierung mittels Isolationslinien in die Beschichtung eingebracht ist; die Isolationslinien werden bevorzugt durch Laserentschichtung erzeugt;
- - durch Aufdrucken des Leiterpfads aus einer transparenten, elektrisch leitfähigen Druckfarbe; oder
- - durch andere Abscheidungstechniken.
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Die Leiterpfade des resistiven und des kapazitiven Feuchtigkeitssensors sowie des resistiven Temperatursensors können auf jeder beliebigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe aufgebracht sein. Ist die Fahrzeugscheibe eine Verbundscheibe, so können die Leiterpfade auf der außenseitigen Oberfläche der Außenscheibe, der innenraumseitigen Oberfläche der Außenscheibe, der außenseitigen Oberfläche der Innenscheibe oder der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe aufgebracht sein. Alternativ können die Leiterpfade auch auf einer Trägerfolie aufgebracht sein, beispielsweise einer PET-Folie, die in die Zwischenschicht eingelegt ist. Soll mit dem Feuchtigkeitssensor insbesondere Feuchtigkeit auf der innenraumseitigen Oberfläche der Fahrzeugscheibe detektiert werden, so sind die Leiterpfade bevorzugt auf dieser innenraumseitigen Oberfläche aufgebracht. Ist die Fahrzeugscheibe eine Einzelglasscheibe, so können die Leiterpfade auf deren außenseitiger Oberfläche oder innenraumseitiger Oberfläche aufgebracht sein.
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In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine Fahrzeugscheibe mit einem Funktionselement mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften ausgestattet. Es können mehrere oder sämtliche Fahrzeugscheiben mit einem solchen Funktionselement ausgestattet sein. Die optischen Eigenschaften beziehen sich dabei bevorzugt auf die Lichttransmission oder das Streuverhalten. Die Funktionselemente sind bevorzugt in die Zwischenschicht der jeweiligen Fahrzeugscheibe eingelagert, wenn die Scheibe als Verbundscheibe ausgebildet ist, können aber auch äußerlich angebracht sein. Die Funktionselemente sind beispielsweise SPD (suspended particle device)-Elemente, PDLC (polymer dispersed liqid crystal)-Elemente, inverse PDLC-Elemente, elektrochrome Elemente oder Electropaper-Elemente.
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Die aktive Schicht eines PDLC-Funktionselements enthält Flüssigkristalle, welche in eine Polymermatrix eingelagert sind. Wird an die Flächenelektroden keine Spannung angelegt, so sind die Flüssigkristalle ungeordnet ausgerichtet, was zu einer starken Streuung des durch die aktive Schicht tretenden Lichts führt. Wird an die Flächenelektroden eine Spannung angelegt, so richten sich die Flüssigkristalle in einer gemeinsamen Richtung aus und die Transmission von Licht durch die aktive Schicht wird erhöht.
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Bei SPD-Elementen enthält die aktive Schicht suspendierte Partikel, wobei die Absorption von Licht durch die aktive Schicht mittels Anlegen einer Spannung an die Flächenelektroden veränderbar ist. Bei elektrochromen Elemente ist die Transmission von sichtbarem Licht vom Einlagerungsgrad von Ionen in die aktive Schicht abhängig, wobei die Ionen beispielsweise durch eine Ionenspeicherschicht zwischen aktiver Schicht und einer Flächenelektrode bereitgestellt werden. Die Transmission kann durch die an die Flächenelektroden angelegte Spannung, welche eine Wanderung der Ionen hervorruft, beeinflusst werden. Die erwähnten elektrisch steuerbaren Funktionselemente und deren Funktionsweise sind dem Fachmann an sich bekannt, so dass an dieser Stelle auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet werden kann.
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Die durch die Sensoren gemessen Daten werden verwendet, um die Funktionselemente zu steuern. Die Funktionselemente können dazu mit derselben Steuerungseinheit verbunden sein wie die Sensoren. Ein Algorithmus der Steuerungseinheit wertet die Daten der Sensoren aus und entscheidet, welche der Funktionselemente in welchem Ausmaß aktiviert werden sollen. So kann beispielsweise durch Lichtsensoren festgestellt werden, dass der Einfall von Sonnenstrahlung über einer Seite des Fahrzeugs erfolgt (beispielsweise der Fahrerseite) und durch Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren, dass die Fahrzeugscheiben auf dieser Seite bereits erwärmt und trocken sind. Die Steuerungseinheit kann dann das Funktionselement (oder die Funktionselemente) auf der betreffenden Fahrzeugseite aktivieren, beispielsweise ein PDLC-Funktionselement, um den direkten Einfall von Sonnenstrahlung in den Fahrzeuginnenraum zu reduzieren.
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Bevorzugt sind alle Fahrzeugfenster, die mit Sensoren ausgestattet sind, auch mit einem Funktionselement ausgestattet.
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In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine Fahrzeugscheibe mit einem Heizelement ausgestattet. Das Heizelement kann beispielsweise eine elektrisch leitfähige Beschichtung sein, welche elektrisch kontaktiert und mit einer Spannungsquelle verbunden ist, um einen Strom durch die Beschichtung zu leiten und die Fahrzeugscheibe dadurch zu beheizen. Die beheizbare Beschichtung kann dieselbe sein, aus der die Sensoren ausgebildet sind. Das Heizelement kann alternativ durch Heizdrähte ausgebildet sein, die in die Zwischenschicht einer Verbundscheibe integriert sind und ebenfalls elektrisch kontaktiert sind. Es können mehrere oder sämtliche Fahrzeugscheiben mit einem solchen Heizelement ausgestattet sein. Durch das Heizelement kann die Fahrzeugscheibe bei Bedarf von Frost, Eis oder kondensierter Feuchtigkeit befreit werden oder deren Bildung von vornherein verhindert werden.
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Die durch die Sensoren gemessen Daten werden verwendet, um das Heizelement zu steuern. Die Heizelemente können dazu mit derselben Steuerungseinheit verbunden sein wie die Sensoren. Ein Algorithmus der Steuerungseinheit wertet die Daten der Sensoren aus und entscheidet, welche der Heizelemente in welchem Ausmaß beheizt werden sollen. So kann beispielsweise durch Temperatur und Feuchtigkeitssensoren festgestellt werden, dass die Fahrzeugscheiben auf einer Seite des Fahrzeugs (beispielsweise der Beifahrerseite) kalt sind und eventuell bereits mit kondensierter Feuchtigkeit oder Frost belegt sind. Die Steuerungseinheit kann dann das Heizelement (oder die Heizelemente) der betreffenden Fahrzeugseite aktivieren, um die Fahrzeugscheibe(n) zu erwärmen und dadurch Frost oder Beschlag zu entfernen oder deren Bildung zu verhindern.
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Bevorzugt sind alle Fahrzeugfenster, die mit Sensoren ausgestattet sind, auch mit einem Heizelement ausgestattet.
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Wird eine Fahrzeugscheibe infolge der Messung eines Temperatursensors beheizt, so kann derselbe oder ein anderer Temperatursensor verwendet werden, um die Temperatur während des Heizens zu kontrollieren und einen Regelkreis zu realisieren. So kann eine Überhitzung verhindert werden. Überhitzungen sind nicht energieeffizient und können zu optischen Verzerrungen führen, insbesondere bei Verbundscheiben aufgrund einer Deformation der thermoplastischen Zwischenschicht.
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Es ist auch eine Kombination der ersten und zweiten Ausgestaltung möglich, wobei die Fahrzeugscheiben sowohl mit Funktionselementen mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften und Heizelementen ausgestattet sind. So ist es beispielsweise möglich, die Sonneneinstrahlung auf der sonnenzugewandten Seite durch die Funktionselemente zu reduzieren, während die Scheiben auf der sonnenabgewandten Seite beheizt werden.
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Ist der Zustand einer Fahrzeugscheibe mit mehreren Sensoren ortsaufgelöst messbar, so sind bevorzugt auch die etwaigen Funktionselemente und Heizelemente ortsaufgelöst steuerbar oder nur in einem Bereich der Scheibe vorhanden. So kann beispielsweise die Sonneneinstrahlung im oberen Bereich der Scheibe durch Funktionselemente reduziert werden, während der untere Bereich der Scheibe beheizt wird.
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Das Heizelement und/oder die Sensoren können auch nur in einem Teilbereich der Fahrzeugscheibe vorgesehen sein. In einer Variante der zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist das Fahrzeug mit einem Fahrerassistenzsystem (ADAS, Advanced Driver Assistance System) ausgestattet, welches über sogenannte ADAS-Sensoren mit Informationen versorgt wird. Die ADAS-Sensoren holen Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs ein und sind beispielsweise optische Kameras, Radarsysteme, Lidarsysteme oder Ultraschallsysteme. Ultraschallsysteme werden beispielsweise für die Einparkhilfe verwendet, Radarsysteme für Spurwechselassistent und automatischen Abstandswarner, Lidarsysteme für Totwinkel-Überwachung, automatischen Abstandswarner, Abstandsregelung, Pre-Crash und Pre-Brake, die optische Kamera für Spurverlassenswarnung, Verkehrszeichenerkennung, Spurwechselassistent, Totwinkel-Überwachung und/oder Notbremssysteme zum Fußgängerschutz. Die ADAS-Sensoren sind typischerweise in einem lokal begrenzten Bereich mindestens einer Fahrzeugscheibe, üblicherweise der Windschutzscheibe, angeordnet. Dieser lokal begrenzte Bereich wird im Folgenden als ADAS-Bereich bezeichnet. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Sensoren sind im oder in der Nähe des ADAS-Bereichs angeordnet oder diesem zugeordnet, so dass sie Informationen zum ADAS-Bereich erheben können, beispielsweise die Temperatur der Fahrzeugscheibe im ADAS-Bereich oder die Feuchtigkeit des ADAS-Bereichs. Das Heizelement ist im oder in der Nähe des ADAS-Bereichs angeordnet und geeignet, den ADAS-Bereich zu beheizen. So können beispielsweise über Temperatur und/oder Feuchtigkeitssensoren eine (vorhandene oder drohende) Eisbildung oder kondensierte Feuchtigkeit im ADAS-Bereich detektiert werden und als Konsequenz der ADAS-Bereich beheizt werden, um ihn transparent zu halten. Das Heizelement kann als beheizbare Beschichtung ausgebildet sein, die den ADAS-Bereich bedeckt, oder als Heizdrähte, die im ADAS-Bereich oder in dessen Umgebung angeordnet sind, oder als aufgedruckte Heizleiter im oder in der Umgebung des ADAS-Bereichs. Da der ADAS-Bereich aufgrund seiner optischen Sensoren besonders anfällig gegen optische Verzerrungen ist, empfiehlt es sich bei der Beheizung des ADAS-Bereichs einen Regelkreis zu realisieren, um die Überhitzung zu vermeiden.
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Auch ein Regelsensor kann im ADAS-Bereich (wenn er transparent ist) oder in der Nähe des ADAS-Bereichs angeordnet sein. Eine automatische Scheibenwischersteuerung kann an dieselbe Steuereinheit angeschlossen sein wie der Regensensor und die Scheibenwischer bei erkanntem Regen einschalten sowie deren Wischgeschwindigkeit steuern (in Abhängigkeit der Regenintensität).
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In einer dritten Ausgestaltung der Erfindung werden die durch die Sensoren gemessen Daten verwendet, um das Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystem des Fahrzeugs zu steuern (HVAC, Heating, ventilation, and air conditioning), das im Folgenden abkürzend als Klimaanlage bezeichnet wird. Die Klimaanlage kann dazu mit derselben Steuerungseinheit verbunden sein wie die Sensoren. Ein Algorithmus der Steuerungseinheit wertet die Daten der Sensoren aus und entscheidet, wie die Klimaanlage betrieben wird, um lokale Temperaturen und Luftfeuchtigkeitswerte, die lokale Intensität der Ventilatoren und ähnliches zu steuern. So sollen die klimatischen Bedingungen im Fahrzeuginneren möglichst angenehm eingestellt werden und zudem kann ein Vereisen oder die Kondensation von Flüssigkeit auf den Fahrzeugscheiben verhindert werden. So kann beispielsweise durch den Algorithmus entschieden werden, dass eine erste Fahrzeugscheibe erwärmt und von Kondensat befreit werden soll, während eine zweite Fahrzeugscheibe lediglich erwärmt werden soll, während die Gefahr der Kondensatbildung nicht besteht. Das Erwärmen der Scheiben erfolgt durch Beaufschlagung mit einem warmen Luftstrom aus der Klimaanlage.
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Ist der Zustand einer Fahrzeugscheibe mit mehreren Sensoren ortsaufgelöst messbar, so sind bevorzugt auch die etwaigen Funktionselemente und beheizbaren Beschichtungen ortsaufgelöst steuerbar oder nur in einem Bereich der Scheibe vorhanden. So kann beispielsweise die Sonneneinstrahlung im oberen Bereich der Scheibe durch Funktionselemente reduziert werden, während der untere Bereich der Scheibe beheizt wird.
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Die erste, zweite und dritte Ausgestaltung sind beliebig miteinander kombinierbar. So können die Sensoren beispielsweise verwendet werden zur Steuerung:
- - von Funktionselementen mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften und beheizbaren Beschichtungen,
- - von Funktionselementen mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften und der Klimaanlage
- - von beheizbaren Beschichtungen und der Klimaanlage
- - von Funktionselementen mit elektrisch steuerbaren optischen Eigenschaften, beheizbaren Beschichtungen und der Klimaanlage.
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Die Fahrzeugscheibe ist zur Abtrennung eines Innenraums (Fahrzeuginnenraums) von einer äußeren Umgebung vorgesehen. Ist die Fahrzeugscheibe als Einzelglasscheibe ausgebildet, so besteht sie bevorzugt aus Kalk-Natron-Glas und ist thermisch vorgespannt. Typische Dicken liegen im Bereich von 2,5 mm bis 5 mm. Ist die Fahrzeugscheibe als Verbundscheibe ausgebildet, so besteht sie bevorzugt aus einer Außenscheibe und einer Innenscheibe aus Kalk-Natron-Glas, welches nicht vorgespannt ist. Typische Dicken für die beiden Scheiben liegen im Bereich von 0,5 mm bis 3 mm, insbesondere von 1,5 mm bis 2,5 mm. Außenscheibe und Innenscheibe sind über eine thermoplastische Zwischenschicht miteinander verbunden, welche typischerweise aus einer oder mehreren Polymerfolien ausgebildet ist, insbesondere PVB-Folien. Handelsübliche Dicken der Folien beträgen 0,38 mm und 0,76 mm. Mit Innenscheibe wird diejenige Scheibe bezeichnet, welche in Einbaulage dem Innenraum zugewandt ist. Mit Außenscheibe wird diejenige Scheibe bezeichnet, welche in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist.
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Diejenige Oberfläche der jeweiligen Scheibe, welche in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt ist, wird als außenseitige Oberfläche bezeichnet. Diejenige Oberfläche der jeweiligen Scheibe, welche in Einbaulage dem Innenraum zugewandt ist, wird als innenraumseitige Oberfläche bezeichnet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein.
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Es zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs,
- 2 eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung eines resistiven Sensors,
- 3 eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung eines kapazitiven Sensors,
- 4 eine Draufsicht auf eine Ausgestaltung eines ADAS-Bereichs und
- 5 einen Querschnitt durch eine Verbundscheibe mit einer vorgefertigten Sensoreinheit.
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1 zeigt beispielhaft ein erfindungsgemäßes Fahrzeug. Das Fahrzeug ist ein Personenkraftwagen und mit mehreren Fahrzeugscheiben 1 ausgestattet, nämlich einer Windschutzscheibe, einer Heckscheibe, Seitenscheiben und einer Dachscheibe. Die Windschutzscheibe, die Heckscheibe und die Seitenscheiben sind jeweils mit mindestens einer Sensoreinheit 2 ausgestattet. Jede Sensoreinheit enthält mindestens einen, typischerweise mehrere Sensoren, beispielsweise Lichtsensoren, Feuchtigkeitssensoren oder Temperatursensoren.
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Durch die Vielzahl der Sensoren werden kontinuierlich verschiedene physikalische Parameter gemessen, beispielsweise Richtung und Intensität des Lichteinfalls, die Temperatur der Fahrzeugscheibe und die Anwesenheit von Feuchtigkeit auf der Fahrzeugscheibe. Die gemessenen Parameter werden an eine Steuereinheit 3 übermittelt, an welche die Sensoren angeschlossen sind. Die elektrische Verbindung zwischen den Sensoreinheiten 2 und der Steuereinheit 3 ist schematisch durch gestrichelte Linien angedeutet.
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Ein Algorithmus der Steuereinheit 3 beurteilt die gemessenen Parameter, welche dann zur automatischen Steuerung verschiedener elektrischer Funktionen herangezogen werden, welche ebenfalls an die Steuereinheit 3 angeschlossen sind und von dieser gesteuert werden. Die elektrischen Funktionen sind ebenfalls mit der Steuereinheit 3 verbunden. Die elektrischen Funktionen umfassen beispielsweise:
- - einlaminierte PDLC-Elemente in der Dachscheibe, den Seitenscheiben, der Heckscheibe und als elektrisch schaltbare Sonnenblende in der Windschutzscheibe;
- - beheizbare Beschichtungen oder sonstige Heizelemente auf oder in allen Scheiben;
- - ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystem (Klimaanlage 4).
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Die Steuereinheit 3 steuert die elektrischen Funktionen in Abhängigkeit von den Messungen der Sensorfelder 2. Wird beispielsweise ein starker Einfall von Sonnenstrahlung aus einer Richtung festgestellt (durch Lichtsensoren in Verbindung mit Temperatursensoren), so können die der besagten Richtung zugewandten Fahrzeugscheiben mittels der PDLC-Elemente abgedunkelt werden beziehungsweise ihre Transparenz herabgesetzt werden. Wird festgestellt, dass eine Fahrzeugscheibe vereist oder beschlagen ist beziehungsweise Vereisung oder Beschlag droht (durch Temperatursensoren, eventuell in Verbindung mit Feuchtigkeitssensoren), so kann die besagte Fahrzeugscheibe mittels der beheizbaren Beschichtung oder der Klimaanlage 4 beheizt werden.
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2 zeigt beispielhaft einen resistiven Sensor, der beispielsweise als Temperatursensor oder Feuchtigkeitssensor verwendet werden kann. Er umfasst einen Leiterpfad 5 zwischen zwei Kontaktstellen 6. Wird an die Kontaktstellen 6 eine elektrische Spannung angelegt, so fließt ein elektrischer Strom durch den Leiterpfad 5. Aus der Stromstärke kann der elektrische Widerstand des Leiterpfads 5 bestimmt werden. Da der elektrische Widerstand temperaturabhängig ist und zudem durch die Anwesenheit von Feuchtigkeit auf der Scheibe beeinflusst wird, kann eine solche Anordung als Temperatursensor oder Feuchtigkeitssensor verwendet werden.
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3 zeigt beispielhaft einen kapazitiven Sensor, der beispielsweise als Feuchtigkeitssensor verwendet werden kann. Er umfasst einen ersten Leiterpfad 7 und einen zweiten Leiterpfad 8. Beide Leiterpfade verlaufen jeweils zwischen zwei Kontaktstellen 6. Die Leiterpfade 7, 8 weisen kammartige Fortsätze auf, welche kammartig miteinander verschachtelt sind. Die Anwesenheit von Feuchtigkeit beeinflusst die Kapazität zwischen den Leiterpfaden 7, 8, worauf die Anwendung als Feuchtigkeitssensor beruht.
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Die Leiterpfade 5, 7, 8 können beispielsweise durch aufgedruckte leitfähige Strukturen oder durch Drähte ausgebildet sein. Die Leiterpfade 5, 7, 8 können auch durch Isolationslinien aus einer transparenten Beschichtung, beispielsweise den beheizbaren Beschichtungen ausgebildet werden. Der letztgenannte Fall hat den Vorteil, dass die Leiterpfade im Wesentlichen transparent sind und im Durchsichtsbereich der Scheibe angeordnet werden können, ohne störend aufzufallen. Transparente Sensoren sind auch als aufgedruckte leitfähige Strukturen unter Verwendung einer transparenten Druckfarbe realisierbar.
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4 zeigt schematisch den ADAS-Bereich 10 einer Windschutzscheibe. Im ADAS-Bereich 10 sind in der Fahrzeugscheibe oder auf deren Innenraumseite ADAS-Sensoren angeordnet, die der Steuerung eines Fahrerassistenzsystems dienen. Die ADAS-Sensoren umfassen beispielsweise optische Kameras, Radarsysteme, Lidarsysteme und/oder Ultraschallsysteme. Im ADAS-Bereich 10 sind beispielhaft ein resistiver Sensor (Leiterpfad 5) und ein kapazitiver Sensor (Leiterpfade 7,8) angeordnet, welche transparent ausgebildet sind. Der resistive Sensor ist ein Temperatursensor, der kapazitive Sensor ein Feuchtigkeitssensor. Mittels der Sensoren kann festgestellt werden, ob der ADAS-Bereich 10 mit Feuchtigkeit beschlagen ist oder zu vereisen droht, was die Funktion der ADAS-Sensoren beeinträchtigt. Der ADAS-Bereich kann dann, gesteuert von der Steuereinheit 3, automatisch beheizt werden, um seine Transparenz sicherzustellen. Die Beheizung kann beispielsweise mittels einer transparenten beheizbaren Beschichtung erfolgen oder mittels eines Heizleiters 9, welcher den ADAS-Bereich 10 umgibt und durch einen Abdeckdruck 11 verdeckt wird. Der Heizleiter muss dann nicht transparent ausgebildet sein und kann beispielsweise als leitfähige Paste enthaltend Silberpartikel und Glasfritten aufgedruckt und eingebrannt werden.
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Im Bereich des Abdeckdrucks 11 sind weitere Sensoreinheiten 2 vorgesehen, die nicht transparent sein müssen und de zusätzlich oder alternativ zu den transparenten Sensoren im ADAS-Bereich 10 vorhanden sein können. Diese können beispielsweise Temperatur-, Licht- oder Feuchtigkeitssensoren umfassen.
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Die Sensoren sind an eine Steuereinheit 3 anschlossen, welche auch die Beheizung des ADAS-Bereichs 10 steuert. Die Steuereinheit 3 kann zusätzlich auch der Steuerung der Scheibenwischer dienen, wenn ein Regensensor vorgesehen ist. Die Steuereinheit 3 kann auch das ADAS-System steuern.
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5 zeigt beispielhaft eine vorgefertigte Sensoreinheit, die in eine Verbundscheibe integriert werden kann. Die Verbundscheibe umfasst eine Außenscheibe 12 und eine Innenscheibe 13, die über eine thermoplastische Folie 14 miteinander verbunden sind. Die Bestandteile sind in der Figur der Übersichtlichkeit halber im separaten Zustand vor dem Laminieren gezeigt. Die Sensoreinheit umfasst einen ersten Sensor 15, der zwischen Außenscheibe 12 und thermoplastischer Folie 14 angeordnet ist. Die Sensoreinheit umfasst außerdem einen zweiten Sensor 16, der mittels einer Klebeschicht 18 auf der innenraumseitigen Oberfläche der Innenscheibe 13 befestigt ist. Der erste Sensor 15 ist beispielsweise ein kapazitiver Regensensor, der zweite Sensor 16 ein Feuchtigkeitssensor. Die Sensoreinheit umfasst außerdem ein Abschirmelement 17, welches im Bereich der Sensoren 15, 16 zwischen der Innenscheibe 13 und der thermoplastischen Folie 14 angeordnet ist, um Interferenzen, Kopplungen („Übersprechen“) und andere Störungen zwischen den beiden Sensoren 15, 16 zu verhindern. Das Abschirmelement 17 ist ebenfalls über Leiter an den Steckverbinder 20 angeschlossen, um es zu erden.
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Die elektrischen Zuleitungen 19 sind gebündelt (beispielsweise durch Anordnung der eigentlichen Leiter in einer gemeinsamen isolierenden Ummantelung), so dass die Sensoreinheit als ein einziges vorgefertigtes Bauteil bereitgestellt werden kann, welches bei der Herstellung der Verbundscheibe einfach integriert werden kann. Das von den Sensoren 15, 16 abgewandte Ende der Zuleitungen 19 ist mit einem Steckverbinder 20 versehen, um die Sensoreinheit mit der Bordelektrik, insbesondere der Steuereinheit 3, zu verbinden.
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Bezugszeichenliste
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- (1)
- Fahrzeugscheibe
- (2)
- Sensoreinheit
- (3)
- Steuereinheit
- (4)
- Klimaanlage (Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystem)
- (5)
- Leiterpfad eines resistiven Sensors
- (6)
- Kontaktstellen eines Leiterpfads
- (7)
- erster Leiterpfad eines kapazitiven Sensors
- (8)
- zweiter Leiterpfad eines kapazitiven Sensors
- (9)
- Heizleiter
- (10)
- ADAS-Bereich
- (11)
- Abdeckdruck
- (12)
- Außenscheibe
- (13)
- Innenscheibe
- (14)
- thermoplastische Folie
- (15)
- erster Sensor einer vorgefertigten Sensoreinheit
- (16)
- zweiter Sensor einer vorgefertigten Sensoreinheit
- (17)
- Abschirmelement einer vorgefertigten Sensoreinheit
- (18)
- Klebeschicht
- (19)
- Zuleitungen einer vorgefertigten Sensoreinheit
- (20)
- Steckverbinder einer vorgefertigten Sensoreinheit
