DE3825663A1 - Sensorvorrichtung zur feststellung des vorhandenseins von wassertroepfchen auf einer fahrzeug-scheibe und mit der sensorvorrichtung arbeitendes scheibenwischer-steuergeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Feststel­ lung des Vorhandenseins von Wassertröpfchen auf einer Scheibe. Des weiteren betrifft die Erfindung ein mit der Sensorvorrichtung arbeitendes Scheibenwischer-Steuergerät.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensorvor­ richtung zur Feststellung des Vorhandenseins von Wasser­ tröpfchen auf einer Fahrzeug-Scheibe zu schaffen, welche mit niedrigen Herstellungskosten einfach herzustellen und zu montieren ist. Dabei soll mittels der Sensorvorrichtung ein ebenso einfach und kostengünstig herstellbares Schei­ benwischer-Steuergerät geschaffen werden.

Die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins von Wassertröpfchen auf einer Fahrzeug- Scheibe ist gekennzeichnet durch eine Lichtstrahlen auf eine Seite der Scheibe emittierende Lichtquelle, und durch ein auf auf der Scheibe angeordnetes optisches Beugungsele­ ment, welches in Verbindung mit der Brechungseigenschaft der Scheibe die von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrah­ len auf einen Photodetektor richtet, der im Betriebszustand ein in seiner Intensität vom auffallenden Licht abhängiges elektrisches Signal entwickelt.

Das in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildete Scheiben­ wischer-Steuergerät ist gekennzeichnet durch wenigstens eine Sensorvorrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins von Wassertröpfchen auf einer Fahrzeug-Scheibe mit einer Lichtstrahlen auf eine Seite der Scheibe emittierenden Lichtquelle und einem auf der Scheibe angeordneten opti­ schen Beugungselement, welches in Verbindung mit der Brechungseigenschaft der Scheibe die von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen auf einen Photodetektor richtet, der im Betriebszustand ein in seiner Intensität vom auf­ fallenden Licht abhängiges elektrisches Signal entwickelt; eine elektrische Einrichtung zur Verarbeitung des vom Photodetektor erzeugten elektrischen Signals; und durch eine elektrische Steuereinrichtung für die Steuerung der Betätigung des Scheibenwischers.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt bzw. zeigen:

Fig. 1 und 2 die Arbeitsweise einer in der erfin­ dungsgemäßen Weise aufgebauten Sensor­ vorrichtung bei zwei unterschiedlichen Arbeitsbedingungen; und

Fig. 3 ein elektrisches Blockschaltbild eines mit einer Sensorvorrichtung gemäß Fig. 1 arbei­ tenden Steuergeräts für einen Scheiben­ wischer.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Sensorvorrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins von Wassertröpfchen 2 auf einer Scheibe 3 eines Fahrzeugs ist in ihrer Gesamtheit mit 1 bezeichnet. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Scheibe 3 bildet die Windschutzscheibe des Fahrzeugs, jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, da die Vorrichtung 1 in gleicher Weise auch zur Feststellung des Vorhandenseins von Wassertröpfchen auf der Fahrzeug-Heck­ scheibe verwendet werden kann. Das Fahrzeug ist nur teil­ weise und speziell in einen Abschnitt 4 der Motorhaube der Karosserie dargestellt und außerdem ist ein der Sitzposi­ tion des Fahrers entsprechender Abschnitt 5 der Armaturen­ tafel gezeigt.

Die Sensorvorrichtung 1 weist eine auf dem Abschnitt 4 der Motorhaube der Fahrzeug-Karosserie angeordnete Lichtquelle 6, ein auf der im Fahrzeuginnern liegenden Oberfläche der Scheibe 3 befestigtes optisches Beugungselement 7 und einen auf dem Abschnitt 5 der Armaturentafel angeordneten Photo­ detektor 8 auf.

Die Lichtquelle 6 erzeugt in geeigneter Weise ein begrenztes Strahlenbündel aus weitgehend monochromatischen Lichtstrahlen und wird von einer Licht emittierenden Diode (LED) gebildet, während der Photodetektor 8 von einem übli­ chen Phototransistor gebildet werden kann.

Das optische Beugungselement wird von einer holographischen Optik gebildet, deren Haupteigenschaft darin besteht, daß sie mit einem vorbestimmten Einfallswinkel auf sie auftref­ fende Lichtstrahlen genau in einen Punkt beugt, der als Brennpunkt der Optik bezeichnet wird.

In der Praxis ist es durch Festlegung der Position der Lichtquelle 6 und des optischen Beugungselements 7 möglich, die Position des Brennpunkts des Beugungselements, zu welchem die von der Lichtquelle 6 ausgesandten Strahlen geführt werden, zu bestimmen. Der Photodetektor 8 wird dann in dieser Brennpunkts-Position installiert, wobei versucht wird, diese auf dem Abschnitt 5 der Armaturentafel festzu­ legen.

Solange auf der Oberfläche der Scheibe 3 keine Wassertröpf­ chen vorhanden sind (Fig. 1) treffen die von der Licht­ quelle 6 emittierten Lichtstrahlen auf die Außenfläche der Scheibe 3 und werden von der Scheibe selbst gebrochen und anschließend vom optischen Beugungselement 7 gebeugt, wo­ durch sie auf den Photodetektor 8 fokussiert werden. Unter diesen Bedingungen erreicht das vom Photodetektor 8 ent­ wickelte elektrische Signal sein Maximum.

Wenn sich im optischen Weg der von der Lichtquelle 6 emittierten Lichtstrahlen Wassertröpfchen befinden (Fig. 2) wird infolge der als sphärische optische Oberflächen wir­ kenden eingeschalteten Tröpfchen eine Abweichung des Strah­ lengangs verursacht. Dies führt dazu, daß die Intensität des auf den Photodetektor 8 auftreffenden Lichts sich ver­ ringert und sich dementsprechend auch die Stärke des vom Photodetektor entwickelten Signals verringert.

In Fig. 3 ist ein in seiner Gesamtheit mit 11 bezeichnetes elektrisches Steuergerät dargestellt, welches auf der Grundlage der auf den Photodetektor 8 auftreffenden Lichtintensität die Steuerung der Betätigung eines - der Einfachheit halber nicht dargestellten - Scheibenwischers steuert, der zum Freiwischen der Außenfläche der Scheibe 3 dienen möge.

Das Steuergerät 11 weist eine im wesentlichen mit der beschriebenen Sensorvorrichtung 1 übereinstimmende Sensor­ vorrichtung auf, welche mit einer Licht emittierenden Diode (LED) 12 als Lichtquelle und einem Phototransistor 13 als Photodetektor versehen ist. Das Steuergerät 11 weist ferner eine elektrische Stromquelle 14 zur Speisung der Diode 12 und eine Verarbeitungs- und Steuerschaltung auf, welche - dem Phototransistor 13 nachgeschaltet - einen Kondensator 15, eine Signalverstärkereinheit 16, eine Detektoreinheit 17, eine Komparatoreinheit 18, eine Leistungsverstärkerein­ heit 21 und eine Einheit 22 zur Steuerung eines Elektro­ motors 23 für den Antrieb des Scheibenwischers umfaßt.

Ein Phototransistor ist bekanntlich ein Flächentransistor, bei welchen eine Bestrahlung der Basis die Injektion von elektrischen Ladungen vom Emitter auslöst. Die Stärke der zum Phototransistor 13 gestrahlten Lichtintensität ent­ spricht also einem proportionalen elektrischen Signal, welches in den Einheiten 16, 17, 18 und 21 verarbeitet wird. Insbesondere verstärkt die Einheit 16 das elektrische Signal, die Einheit 17 überwacht sein Vorhandensein und überführt es zur Einheit 18, welche einen Vergleich der Signalamplitude mit einem vorbestimmten Bezugssignal bewirkt.

Wenn das von der Einheit 17 kommende Signal kleiner als die Bezugsgröße ist (was das Vorhandensein von Wassertröpf­ chen 2 auf der Scheibe 3 bedeutet,) steuert das Gerät 11 über die Einheiten 21 und 22 die Zufuhr von elektrischer Energie zum Motor 23, der seinerseits den Scheibenwischer in Bewegung versetzt.

Wie oben dargelegt, steuert das Gerät 11 das Arbeiten des Scheibenwischers (mit wenigstens einem Wischblatt) automa­ tisch immer dann, wenn das Vorhandensein von Wassertröpf­ chen auf der Oberfläche der Scheibe selbst festgestellt wird. Es ist natürlich möglich, das Steuergerät 11 derart zu ändern, daß es die Ansteuerung des Scheibenwischers bei­ spielsweise für zwei oder mehr Durchgänge nach jeweils der Ermittlung von Wassertröpfchen auslöst.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergeben sich die mit der Erfindung erzielten Vorteile.

Insbesondere muß der Fahrer keinerlei Manipulationen aus­ führen und kann sich deshalb ausschließlich auf die Bedie­ nung des Kraftfahrzeugs konzentrieren. Dieser Vorteil ist unter bestimmten Bedingungen besonders auffällig, beispielsweise bei unterbrochenen Regenschauern und im Falle einer nassen Straßenoberfläche, bei welcher die Scheibe von dem von anderen Fahrzeugen aufgewirbelten Wasser besprüht wird, wobei der Fahrer - beim Fehlen des Steuergeräts 11 - den Scheibenwischer mit unregelmäßiger Frequenz öfters betätigen muß. Der konstruktiv einfache Aufbau der Sensorvorrichtung 1 und des Steuergeräts 11 sind außerdem herauszustellen, welche niedrige Herstellungs­ kosten ermöglichen.

Schließlich ist klar, daß die beschriebene und in der Zeichnung gezeigte Sensorvorrichtung 1 ebenso wie das Steuergerät 11 im Rahmen des Erfindungsgedankens abgewan­ delt und weitergebildet werden können.

Insbesondere kann das Steuergerät 11 mit mehreren in vorbe­ stimmten voneinander getrennten Bereichen entlang der Wind­ schutzscheibe 3 parallel angeordneten Sensorvorrichtung 1 versehen sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, die Wind­ schutzscheibe 3 auch dann zu reinigen, wenn beispielsweise im zweiten der oben beschriebenen Zustände die Wassertröpf­ chen auf der Scheibe 3 von der Fahrerposition zu entfernen aber von nicht geringerer Wichtigkeit für korrekte Sicht­ verhältnisse sind, wobei z.B. an die breiten Scheiben von Industriefahrzeugen oder Fahrzeugen für den Güter- oder Personentransport zu denken ist.

Claims (11)

1. Sensorvorrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins von Wassertröpfchen (2) auf einer Scheibe eines Fahrzeugs, gekennzeichnet durch eine Lichtstrahlen auf eine Seite der Scheibe (3) emittie­ rende Lichtquelle (6), und durch ein auf der Scheibe (3) angeordnetes optisches Beugungselement (7), welches in Ver­ bindung mit der Brechungseigenschaft der Scheibe (3) die von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen auf einen Photodetektor (8) richtet, der im Betriebszustand ein in seiner Intensität vom auftreffenden Licht abhängiges elektrisches Signal entwickelt.

2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtquelle (6) auf einem Abschnitt (4) des Vorderteils der Karosserie des Fahrzeugs angeordnet ist, und daß der Photodetektor (8) auf einem Abschnitt (5) der Armaturentafel des Fahrzeugs vorgesehen ist.

3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Beugungselement (7) eine holographische Optik aufweist.

4. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (6) eine Licht emittierende Diode (12) aufweist.

5. Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Photodetektor (8) einen Phototransistor (13) aufweist.

6. Scheibenwischer-Steuergerät, gekennzeichnet durch wenigstens eine Sensorvorrichtung (1) zur Feststellung des Vorhandenseins von Wassertröpfchen (2) auf einer Fahrzeug- Scheibe (3) mit einer Lichtstrahlen auf eine Seite der Scheibe (3) emittierenden Lichtquelle (6) und einem auf der Scheibe (3) angeordneten Beugungselement (7), welches in Verbindung mit der Brechungseigenschaft der Scheibe (3) die von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrahlen auf einen Photodetektor (8) richtet, der im Betriebszustand ein in seiner Intensität vom auftreffenden Licht abhängiges elektrisches Signal entwickelt;
eine elektrische Einrichtung (16, 17, 18 und 19) zur Verar­ beitung des vom Photodetektor (8) erzeugten elektrischen Signals; und
durch eine elektrische Steuereinrichtung (22 und 23) für die Steuerung der Betätigung des Scheibenwischers.

7. Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung eine Komparatoreinheit (18) aufweist, mittels derer die Stärke des elektrischen Signals mit der Stärke eines vorgegebenen Referenzsignals vergleichbar ist.

8. Steuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung vom Photodetektor (8) aus­ gehend in Aufeinanderfolge eine Signalverstärkereinheit (16) eine Signal-Detektoreinheit (17), die Komparator­ einheit (18) und eine Leistungsverstärkereinheit (21) auf­ weist.

9. Steuergerät nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Einheit (22) zur Steuerung eines Elektromotors (23) aufweist, welcher den Scheibenwischer anzutreiben vermag.

10. Sensorvorrichtung zur Feststellung des Vorhandenseins von Wassertröpfchen auf einer Fahrzeug-Scheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 wie in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben.

11. Scheibenwischer-Steuergerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wie in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben.