DE69313781T3

DE69313781T3 - Vor ein fenster zu montierender optischer feuchtigkeitsfühler mit lichtleitern mit distalen enden

Info

Publication number: DE69313781T3
Application number: DE69313781T
Authority: DE
Inventors: Michael B. Toledo PURVIS; Rein S. Bloomington TEDER
Original assignee: Libbey Owens Ford Co
Current assignee: Pilkington North America Inc
Priority date: 1992-05-27
Filing date: 1993-05-17
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: AU4376993A; FI940401A0; EP0597081A1; US5262640A; ATE157937T1; JPH06509652A; ES2107670T3; CA2114319C; JP3569281B2; EP0597081B2; ZA933676B; FI940401A; EP0597081A4; KR100288864B1; EP0597081B1; CA2114319A1; WO1993024950A1; ES2107670T5; BR9305534A; DE69313781T2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf einen optischen Sensor zum Steuerndes Betriebs von Scheibenwischern eines Automobils in Abhängigkeit von der Anwesenheit oder Abwesenheit von Feuchtigkeit auf der äußeren Oberfläche der Windschutzscheibe des Fahrzeugs, und insbesondere auf die Befestigung des optischen Sensors auf der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Motorfahrzeuge sind seit langem mit motorgetriebenen Scheibenwischern zum Entfernen von Feuchtigkeit auf der äußeren Oberfläche der Windschutzscheibe ausgerüstet, zumindest innerhalb des Gesichtsfeldes des Fahrers und im Allgemeinen über eine größere Fläche, um die Sicht durch die Windschutzscheibe zu verbessern. Frühe Fahrzeugmodelle enthielten einen manuell betätigten Ein/Aus-Schalter, durch welchen der Fahrzeugfahrer den Betrieb der Wischer steuerte. Spätere Fahrzeugmodelle waren mit einem Zweipositions-Schalter versehen, welcher einen Betrieb der Wischer entweder mit einer langsamen oder einer schnellen Geschwindigkeit ermöglichte zur Anpassung an unterschiedlich starken Regen oder Feuchtigkeitsniederschlag auf der Windschutzscheibe. Noch später wurden Vielfachpositions- oder Schalter mit variabler Geschwindigkeit vorgesehen, welche dem Fahrer ermöglichten, einen weiten, wenn nicht unendlich veränderbaren Bereich von Geschwindigkeiten zur Anpassung an die Bedingungen auszuwählen. In jüngerer Zeit haben die Wischersteuerungen eine Verzögerung enthalten, durch welche die Wischer intermittierend mit gewählten Zeitverzögerungsintervallen betrieben werden.
Es wurde nun eine Verbesserung gegenüber der vorerwähnten manuell betriebenen Scheibenwischer-Motorsteuerung entwickelt, bei welcher der Motor automatisch aktiviert wird, wenn Feuchtigkeit auf der Oberfläche der Windschutzscheibe oder einem anderen Fahrzeugfenster, bei welchem ein Wischer verwendet wird, beispielsweise dem Rückfenster, niedergeschlagen wird. Steuervorrichtungen, welche eine derartige automatische Aktivierung vorsehen, sind zum Beispiel in den US-Patenten Nrn. 4 476 419 für Fukatsu et al, 4 355 271 für Noack, 4 131 834 für Blaszkowski, 4 463 294 für Gibson und 4 495 452 für Boegh-Peterson offenbart. Das US-Patent Nr. 4 620 141 für McCumber et al offenbart eine automatische Steuerschaltung zum Auslösen eines Wischvorganges der Wischerblätter in Abhängigkeit von der Anwesenheit von Wassertropfen auf der äußeren Oberfläche einer Windschutzscheibe, bei welcher ein blockartiges Sensorgehäuse auf der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe befestigt ist. Die Konstruktion des Sensors und seiner zugeordneten Schaltung wird in dem Patent vollständig beschrieben.
Eine Anzahl der Fühl- oder Erfassungseinheiten für eine automatische Wischerbetätigung arbeiten nach dem Prinzip eines Lichtstrahls, der durch die Anwesenheit von Feuchtigkeit auf der äußeren Oberfläche der Windschutzscheibe gestreut oder von seinem normalen Weg abgelenkt wird. Bei einer derartigen Vorrichtung kann ein kastenartiges Gehäuse auf der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe befestigt sein. Das Gehäuse ist mit einem ersten Satz von durch dieses geführten Bohrungen versehen, welche unter einem vorbestimmten Winkel zu der Ebene der zugehörigen Fläche der Windschutzscheibe angeordnet sind. Lichtrohre oder -stäbe und lichtemittierende Dioden sind in die Bohrungen eingepasst. Ein entsprechender zweiter Satz von Bohrungen ist unter einem Winkel zu dem ersten Satz derart angeordnet, dass ihre Längsachsen einander an Punkten auf der äußeren Oberfläche der Windschutzscheibe schneiden würden, wenn das Gehäuse an der inneren Oberfläche befestigt ist. Lichtleitende Stäbe und fotoempfindliche Vorrichtungen sind innerhalb des zweiten Satzes von Bohrungen enthalten. Licht von den lichtemittierenden Dioden wird von der Luft/Glas-Grenzfläche zurückreflektiert, das heißt der äußeren Oberfläche der Windschutzscheibe zu den Fotodetektoren. Die Anwesenheit von Feuchtigkeit auf der Oberfläche der Windschutzscheibe beeinflusst die Reflexion von Licht an der Luft/Glas-Grenzfläche, und diese Änderung des reflektierten Lichts wird elektronisch verarbeitet und als das Signal zum Aktivieren des Scheibenwischers verwendet.
Damit das System ordnungsgemäß arbeitet, muss das Sensorgehäuse in einer festen Position relativ zur Windschutzscheiben-Oberfläche verbleiben, und die Lichtrohre oder -stäbe müssen optisch so mit der Windschutzscheibe gekoppelt sein, dass eine Störreflexion von Licht an der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe verhindert wird, die beispielsweise durch Feuchtigkeitskondensation oder Staubansammlung auf der Oberfläche bewirkt werden würde. Mit anderen Worten, das Sensorgehäuse sollte sicher an der Windschutzscheibe anliegen und optisch so mit dieser gekoppelt sein, dass aus optischer Sicht die Schnittstelle zwischen den Lichtrohren oder -stäben und der Glasoberfläche wirksam eliminiert wird. Verschiedene Vorrichtungen wurden vorgeschlagen, um das Sensorgehäuse in einen engen Kontakt mit der Windschutzscheiben-Oberfläche mechanisch oder auf andere Weise zu bringen. Derartige Vorrichtungen sind oft schwierig zu befestigen und ästhetisch unattraktiv, und sie haben die Neigung, die Sicht des Fahrers übermäßig zu beeinträchtigen. Somit hat sich keine als vollständig zufriedenstellend erwiesen hinsichtlich der Befestigung des Sensorgehäuses auf der Windschutzscheibe.
Insbesondere enden bei der US-A-4 620 141, welche die Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 offenbart, die Enden der Lichtrohre oder -stäbe an der Fläche eines Blocks, der die Sensoreinheit aufweist, und diese Fläche ist direkt mit der Fahrzeugwindschutzscheibe haftend verbunden. In der US-A-4 701 613 enthält eine Sensoreinheit eine transparente flache Platte mit Bohrungen, um die Lichtrohre aufzunehmen, welche sich jedoch nicht durch die Platte erstrecken. Die Platte ist haftend direkt an der Windschutzscheibe befestigt.
Bei der EP-A-0461 424 wird die Anordnung durch Schrauben in ihrer Lage gehalten, und eine transparente Folie ist zwischen jedem Lichtrohr und der Windschutzscheibe angeordnet.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den begleitenden Zeichnungen, von denen die 1–3 keinen Teil der Erfindung bilden, sind:
1 eine perspektivische Teilansicht, welche einen optischen Sensor zeigt, der auf der Windschutzscheibe eines Automobils befestigt ist;
2 eine vergrößerte auseinandergezogene perspektivische Ansicht, welche die Anordnung illustriert;
3 ein Querschnitt im Wesentlichen entlang der Linie 3-3 in 1; und
4 ein vergrößerter Teilquerschnitt ähnlich 3, der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung illustriert.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Es wird zuerst auf 1 Bezug genommen, in welcher allgemein bei 10 ein Teil eines Automobils gezeigt ist, welcher eine Haube 11, Seitenpfosten 12 und ein Dach 13 bildet, welche eine Öffnung ergeben, innerhalb welcher eine Windschutzscheibe befestigt ist. Scheibenwischerblätter 15, die in ihrer Ruhestellung entlang der unteren Kante der Windschutzscheibe ge zeigt sind, sind in herkömmlicher Weise betätigbar, um in Bogen 16 geschwenkt zu werden und angesammelte Feuchtigkeit von der Oberfläche der Windschutzscheibe zu wischen. Auf der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe innerhalb der von den Wischern überstrichenen Fläche ist eine allgemein mit 17 bezeichnete Sensoreinheit befestigt, um die Anwesenheit von Feuchtigkeit auf der gegenüberliegenden oder äußeren Oberfläche der Windschutzscheibe zu fühlen und den Betrieb der Scheibenwischer auszulösen.
Wie am besten aus den 2 und 3 ersichtlich ist, kann die Regensensoreinheit 17 einen Block 18 aus undurchsichtigem Material aufweisen, welches verträglich mit der haftenden Zwischenschicht ist und an dieser haftet, welche wie nachfolgend beschrieben verwendet wird. Der Block kann zum Beispiel als Metall oder einem geeigneten starren Kunststoffmaterial bestehen. Der Block ist mit entgegengesetzten abgeschrägten Oberflächen 19 und 20 gebildet, die unter einem geeigneten Winkel, zum Beispiel etwa 450, gegenüber einer Grundfläche 21 angeordnet sind, welche der Windschutzscheibe zugewandt werden soll. Die Windschutzscheibe ist im allgemeinen in dem Bereich, an welchem der Block befestigt werden soll, relativ flach, so dass die Grundfläche 21 eben sein kann. Jedoch ist in Betracht zu ziehen, dass die Oberfläche 21 eine entsprechende Kontur aufweisen kann, um einer gekrümmten Windschutzscheiben-Oberfläche angepasst zu sein, wenn dies zweckmäßig ist.
Ein Paar von im Abstand angeordneten Bohrungen 22 erstreckt sich durch den Block 18 von der Oberfläche 19 unter einem Winkel zu der Basisfläche 21, der vorzugsweise in der Größenordnung von 450 ist. Lichtrohre 23 beispielsweise aus Lucite (eingetragene Marke) sind innerhalb der Bohrungen positioniert, wobei ihre unteren oder distalen Enden 24 so ausgebildet und positioniert sind, dass sie mit der Grundfläche 21 des Blocks 18 koplanar sind. Lichtemittierende Dioden 25 sind in die Bohrungen 22 eingepasst. Ein zweiter Satz von im Abstand angeordneten Bohrungen 26 (vier dargestellte) erstreckt sich in ähnlicher Weise von der abgeschrägten Oberfläche 20 durch den Block unter einem angemessenen Winkel von im allgemeinen etwa 450 zu der Grundfläche 21. In den Bohrungen 26 angeordnete durchsichtige Kunststoffstäbe oder Lichtrohre 7, beispielsweise aus Acryl, haben untere oder distale Enden 28, die so ausgebildet und positioniert sind, dass sie koplanar mit der Grundfläche 21 sind. Fototransistoren 29 sind in die Bohrungen 26 in Verbindung mit den Lichtrohren 27 eingepasst.
Die Bohrungen 22 und 26 sind so ausgebildet, dass ihre imaginären Längsachsen und damit die Achsen der Lichtrohre 23 und 27 in diesen einander angenähert an der entgegengesetzten oder äußeren Oberfläche der Windschutzscheibe schneiden, wie durch gestrichelte Linien in 3 gezeigt ist, wenn die Sensoreinheit 17 in ihrer Arbeitsstellung an der inneren Oberfläche befestigt ist. Die lichtemittierenden Dioden 25 und die Fototransistoren 29 sind elektrisch in herkömmlicher Weise mit der Steuersystemschaltung verbunden, deren Einzelheiten keinen Teil der vorliegenden Erfindung bilden.
Die Feuchtigkeits-Sensoreinheit 17 ist normalerweise auf einer Fahrzeug-Windschutzscheibe gemäß der Erfindung befestigt, und somit wird sie hier zu Beschreibungszwecken illustriert und beschrieben als an einer herkömmlichen Windschutzscheibe 14 aus geschichtetem Glas befestigt. Derartige Windschutzscheiben weisen eine äußere und innere Schicht aus Glas 30 bzw. 31 auf, die auf einer Kunststoff-Zwischenschicht 32 angeordnet sind. Die Anordnung der Schichten auf der Zwischenschicht eliminiert aus optischer Sicht wirksam ihre entgegengesetzten inneren Oberflächen. Jedoch ist ohne weiteres zu erkennen, dass die Sensoreinheit ebenso an einer monolithischen Glasscheibe befestigt werden kann, welche herkömmlich für Rück- und Seitenfenster von Automobilen verwendet wird. In jedem Fall muss für einen ordnungsgemäßen Betrieb die Sensoreinheit optisch mit der inneren Oberfläche der Windschutzscheibe 14 oder einer anderen Fenstereinheit gekoppelt sein. Es darf kein Luftspalt oder eine Unterbrechung zwischen den Enden der Lichtrohre 23 und 27 und der gegenüberliegenden Oberfläche der inneren Schicht 31 auftreten. Ein derartiger Spalt würde sich störend auf die Übertragung des Lichts durch die Lichtrohre zu und von der Windschutzscheibe auswirken. Zu diesem Zweck wurde bisher der Block 18 auf der Windschutzscheibe mit den Enden 24 und 28 der Lichtrohre in direktem Kontakt mit der Oberfläche der Glasscheibe oder mit einem durchsichtigen Abstandshalter oder einer Unterlegscheibe zwischen und in Kontakt mit der Glasoberfläche und den Enden der Lichtrohre befestigt, um die Lichtrohre optisch mit der Glasscheibe 31 zu koppeln. Der Block wurde im allgemeinen mechanisch in Kontakt mit der Oberfläche des Glases gehalten oder durch einen dünnen Film von flüssigem Haftmittel befestigt, welches die optisch gekoppelte Anordnung nicht stören würde.
Gemäß der Erfindung ist eine Zwischenschicht 33 vorgesehen sowohl zum haftenden Befestigen des Blocks 18 an der Oberfläche der Schicht 31 als auch zum optischen Koppeln der Lichtrohre 23 und 27 mit der Glasscheibe. Die Zwischenschicht hat entgegengesetzte haftende Hauptflächen 34 und 35, welche zum festen Haften der Grundfläche 21 des Blocks und der Enden der Lichtrohre 23 und 27 bzw. der Oberfläche der Glasschicht 31 in der Lage sind. Die Zwischenschicht braucht nicht ausreichend durchsichtig zu sein, um als von optischer Qualität angesehen zu werden, aber sie ist in der Lage, ausreichend auftreffendes Licht von den Dioden 22 zu der Windschutzscheibe 14 und reflektiertes Licht von der äußeren Oberfläche der äußeren Schicht 30 zu den Fototransistoren 29 zu übertragen, um die Steuersystemschaltung zu betreiben. Ein polymeres Material, das zur Übertragung von ausreichendem Licht im Infrarotbereich, um das Steuersystem zu betreiben, in der Lage ist und selbsthaftende Oberflächen aufweist, kann vorzugsweise verwendet werden. Beispiele von geeigneten Materialien sind Acryle, Polyurethane und Silikone. Die Zwischenschicht sollte eine ausreichende Dicke und Plastizität haben, um sich leichten Krümmungen der Glasoberfläche anzupassen und den Raum zwischen der Glasoberfläche und der Grundfläche 21 auszufüllen ohne den Einschluss von Luftblasen zwischen dem Block und der Glasschicht. Ein Produkt, das als gut geeignet für die Verwendung als Zwischenschicht 33 gefunden wurde, ist kommerziell erhältlich von der 3M Company, Minneapolis, Minnesota, als Produkt Nr. 4905. Dieses besondere Produkt hat eine Dicke von etwa 5,08 × 10^–4 M (zwanzigtausendstel Zoll) und haftet sicher sowohl an der Sensoreinheit als auch an der Glasoberfläche. Es können Zwischenschichten von größerer oder geringerer Dicke verwendet werden. Um eine maximale Festigkeit zu erhalten, ist der Zwischenschichtflecken 33 vorzugsweise koextensiv mit der Basisfläche 21 des Blocks 18, wie in 2 illustriert ist.
In 4 ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfin dung illustriert, worin die Enden der Lichtrohre 23 und 27 besonders angepasst sind, um die Bildung von Luftblasen in den optischen Kopplungsbereichen zu verhindern und sich der leichten Krümmung der Windschutzscheiben-Oberfläche in dem Befestigungsbereich anzupassen. Zu diesem Zweck sind die Lichtrohre 23 und 27 an ihren Enden mit ringförmigen Flanschen 36 bzw. 37 ausgebildet, die geeignet sind für einen Sitz in entsprechenden Vertiefungen 38 und 39 in der die Bohrungen 22 und 26 umgebenden Grundfläche 21. Die ringförmigen Flansche stehen leicht über die ebene Grundfläche 21 vor, in der Größenordnung von 0,12– 0,25 mm (0,005 bis 0,010 Zoll), und die Enden der Lichtrohre 23 und 27 sind mit konvex gekrümmten Oberflächen oder Kronen 40 bzw. 41 ausgebildet. Die Höhe der Kronen kann in der Größenordnung von 0,005 Zoll (0,12 mm) liegen. Der Sitz der Flansche 36 und 37 in den Vertiefungen 38 und 39 verhindert, dass die Lichtrohre zurückgezogen werden, wenn Druck bei der Befestigung des Blocks 18 ausgeübt wird. Somit sind in den Bereichen, in welchen eine optische Kopplung zwischen den Lichtrohren und der Glasoberfläche erforderlich ist', die Lichtrohre sowohl leicht angehoben als auch konvex gekrümmt. Diese beiden Faktoren schaffen einen Bereich von höherem Druck in der Zwischenschicht 33 im optischen Kopplungsbereich, wie aus 4 ersichtlich ist, wodurch die Bildung von Luftblasen in diesem Bereich behindert wird. Wenn Blasen und Spalte zu bilden sind, bilden sie sich viel wahrscheinlicher von den angehobenen Bereichen entfernt, wo der Druck auf die Zwischenschicht geringer ist als in den angehobenen Bereichen. Wie vorher angezeigt wurde, ermöglichen die angehobenen optischen Kopplungsbereiche auch eine bessere Anpassung der Sensoreinheit an die Krümmung der verschiedenen Windschutzscheiben, an denen sie befestigt werden kann.
Bei der Montage des Ausführungsbeispiels der Sensoreinheit auf der Windschutzscheibe kann der Zwischenschichtflecken 33 einfach auf die Oberfläche 21 gesetzt werden, und der Block 18 wird dann auf der Windschutzscheibe positioniert und gegen diese gedrückt, um die Montage zu beenden. Alternativ kann der Flecken auf der Oberfläche des Glases positioniert werden und dann der Block positionsrichtig gegen den Zwischenschichtflecken gedrückt werden. In beiden Fällen kann eine Schicht aus Primermaterial, zum Beispiel ein Urethanprimer, in herkömmlicher Weise auf die Glasoberfläche aufgebracht werden, um die Haftung des Zwischenschichtfleckens an dem Glas zu vergrößern. Der Block und der Zwischenschichtflecken können manuell an der Windschutzscheibe befestigt werden, und der Montagevorgang ist gut geeignet für eine Automatisierung. In jedem Fall befestigt die Zwischenschicht 33 den Block 18 sicher an der Windschutzscheibe und erzielt eine wirksame optische Kopplung der Lichtrohre mit der Windschutzscheibe.

Claims

An der inneren Oberfläche einer Fahrzeug-Windschutzscheibe befestigter Sensor (17) zum Erfassen der Anwesenheit von Feuchtigkeit auf der äußeren Oberfläche der Windschutzscheibe, aufweisend einen Block (18) mit einer Grundfläche (21), die der inneren Oberfläche (31) der Windschutzscheibe zugewandt ist, ein erstes Lichtrohr (23) in dem Block (18) zum Übertragen von auftreffendem Licht von einer verbundenen Lichtquelle (25) zu der Windschutzscheibe, ein zweites Lichtrohr (27) in dem Block (18) zum Empfangen und Übertragen von von der Windschutzscheibe reflektiertem Licht zu einem verbundenen Fotodetektor (29), wobei die Grundfläche haftend mit der Windschutzscheibe verbunden ist und das erste und das zweite Lichtrohr (23, 27) distale Enden (24, 28) haben, die der inneren Oberfläche (31) zugewandt sind, eine lichtdurchlässige Zwischenschicht (33), die zwischen der Grundfläche (21) und der inneren Oberfläche (31) der Windschutzscheibe angeordnet ist und haftende Oberfläche (34, 35) aufweist, die sowohl der Grundfläche (21) als auch der inneren Oberfläche (31) zugewandt sind, wobei die Zwischenschicht (33) den Block (18) haftend an der Windschutzscheibe befestigt und mit den distalen Enden (24, 28) in Eingriff ist für eine optische Kopplung des ersten und des zweiten Lichtrohrs (23, 27) mit der inneren Oberfläche (31), und dadurch gekenn zeichnet, dass zumindest das erste oder das zweie Lichtrohr ein distales Ende (36, 37) enthalten, das über die Grundfläche des Blocks derart vorsteht, dass das distale Ende in die Zwischenschicht (33) drückt.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das digitale Ende des wenigstens einen Lichtrohrs einen ringförmigen Flansch (36, 37) enthält, der über die Grundfläche des Blocks vorsteht.
Sensor nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen in der Grundfläche definierten Einschnitt (38, 39), der das wenigstens eine Lichtrohr umgibt und in welchem der ringförmige Flansch sitzt.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das distale Ende eine konvexe Krone (40, 41) aufweist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Lichtrohr ein distales Ende mit einem ringförmigen Flansch (36, 37) aufweist, der über die Grundfläche des Blocks vorsteht, dass ein in der Grundfläche definierten Einschnitt (38, 39) jedes Lichtrohr umgibt, innerhalb welchem der ringförmige Flansch des verbundenen Lichtrohrs sind, und dass jedes distale Ende eine der Zwischenschicht zugewandte Krone (40, 41) aufweist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht koextensiv mit der Grundfläche ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht eine Dicke hat, die nicht größer als etwa 0,508 mm (20/1000 Zoll) ist.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Block mehrere erste und zweite Lichtrohre hat.
Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Block winklig angeordnete Bohrungen enthält, die sich durch ihn hindurch zu der Grundfläche erstrecken, und wobei die Lichtrohre in den Bohrungen angeordnet sind.
Sensor nach Anspruch 1 oder 9, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle in einer der Bohrungen, die auftreffendes Licht auf ein verbundenes Lichtrohr in der Bohrung richtet, und einen Fotodetektor in einer anderen der Bohrungen, der reflektiertes Licht von einem verbundenen der Lichtrohre empfängt.