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1. Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Feuchtigkeitssensor
für feuchtigkeitsaktivierte Windschutzscheibenwischerkontrollsysteme.
Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf eine elektronische
Schaltung und eine Technik zum Testen des Betriebs des Feuchtigkeitssensors
gerichtet.
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2. Diskussion
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Feuchtigkeitsaktivierte
Windschutzscheibenwischersysteme werden in zunehmendem Maße in Automobilen
als Standardzubehör
eingebaut. Windschutzscheibenwischersysteme dieses Typs umfassen
typischerweise einen optischen Sensor (infrarotes oder sichtbares
Spektrum), der auf die Windschutzscheibe gerichtet oder an dieser
befestigt ist, und eine elektronische Schaltung, die eine Verarbeitungsschaltung
zum Verarbeiten der Signale von dem optischen Sensor aufweist, um
das Vorhandensein von Wassertropfen oder Feuchtigkeit auf der Windschutzscheibe
zu erfassen. Im Betrieb leiten diese Systeme Lichtenergie in Richtung
der außen liegenden
Seite der Windschutzscheibe durch einen optischen Pfad. Der optische
Pfad umfasst einen Fotoemitter, einen Fotodetektor und eine Strahlung,
die an der Innenseite der Windschutzscheibe/Luftschnittstelle an
der Windschutzscheibenfläche
reflektiert wird. Die Regen erfassende Verarbeitungsschaltung umfasst
allgemein einen elektrischen Verstärker, Frequenzfilter und andere
Mittel, um den gewünschten Regensti mulus
zu diskriminieren. Das Ausgangssignal der Verarbeitungsschaltung
steuert die Wischfrequenz und die Geschwindigkeit des Windschutzscheibenwischermotors
abhängig
von der Wassermenge, die auf der Windschutzscheibenfläche erfasst
wird. Ein Windschutzscheibenwischersystem dieses Typs ist in US-Patent
Nr. 5,059,877 von Teder gezeigt.
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Die
momentan bekannten Regensensoren umfassen typischerweise eine oder
mehrere Strahlungsenergiequellen, wie beispielsweise Infrarot-LEDs
und optische Mittel, wie beispielsweise Kollimationslinsen, einen
Detektor oder ein Fokussierungslinse, und Fotodetektorempfänger, um
ein Zielgebiet auf der Windschutzscheibenfläche auszubilden, das für Wassertropfen
und Feuchtigkeit empfindlich ist. Ein System dieses Typs ist in
US-Patent Nr. 4,620,141 von McCumber et al. beschrieben. Das McCumber-Patent
beschreibt ein Feuchtigkeitssensorsystem, bei dem ein Wassertropfen
innerhalb des Zielgebiets zu einer Veränderung des wirksamen Winkels
führt,
mit dem das Licht die Luft/Wasserfläche trifft. Dieser Betrieb
basiert auf dem Prinzip, dass Luft einen anderen Brechungsindex
als Wasser hat und mehr Licht die Windschutzscheibenfläche verlassen
lässt.
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Das
zuvor in Bezug genommene Teder-Patent lehrt, dass die Stärke des
Signals, das zu den Fotodetektoren zurückkehrt, erfasst werden kann, und
dieses detektierte Signal für
eine geeignete Veränderung
der Intensität
der Fotoemitter verwendet werden kann, was dem System ermöglicht,
als eine konstante Signal/Rausch-Vorrichtung zu funktionieren. Das
Verfahren des Teder-Patents lehrt weiter eine Regensensorsteuerungsschaltung,
die eine automatische LED-Stromeinstellung bereitstellt, um Wechsel
in der Übertragung
in unterschiedlichen Windschutz scheiben zu kompensieren. Das Teder-System
liefert diese automatische LED-Einstellung durch Regulierung des
Durchschnittsstroms in den Fotodetektoreinrichtungen. Das Teder-System liefert
ebenfalls ein automatisches Regensensorsystem, das selbstkalibrierend
ist, und die Verwendung auf Windschutzscheiben ermöglicht,
die variierende optische Übertragungseigenschaften
besitzen.
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Allerdings
als Teil des Teder-Systems wird der Strom in den individuellen Fotodetektoren
nicht identisch aufgrund der Variation in den optischen und elektrischen
Verstärkungsparametern.
Somit wird das Gebiet und die Empfindlichkeit auf Regen der Zielgebiete
von Kanal zu Kanal variieren. Es versteht sich, dass ein Problem
auftritt, falls ein oder mehrere der optischen Zielgebiete hinsichtlich
der Empfindlichkeit oder der Verstärkung relativ zu den anderen optischen
Zielgebieten stark variieren. Wenn dieser Problemzustand auftritt,
wird die von Teder gelehrte Schaltung den Impulsgenerator mit variabler
Intensität
einstellen, der die Fotoemitter ansteuert, auf den Punkt, bei dem
der Durchschnittsstrom durch die Fotodetektoren gleich ist mit einem
Pegel, der von einer vordefinierten Referenzspannung gesetzt wird.
Somit ist der Durchschnittsstrom in den Fotodetektoren auf einen
Referenzpegel geregelt, aber der Strom in jedem einzelnen Fotodetektor
wird variieren. Die individuellen optischen Zielgebiete, die diesen
Fotodetektoren entsprechen, werden deshalb in ihrer Empfindlichkeit
auf Regen variieren. Falls beispielsweise das Regensensorsystem
aus vier optischen Zielgebieten besteht und zwei der Zielgebiete
vollständig
nicht funktionieren, wird die Teder-Schaltung den Strom in den übrigen zwei
optischen Zielgebieten erhöhen und
damit deren Empfindlichkeit stark erhöhen in einer Anstrengung, die
zwei nicht funktionierenden Zielgebiete zu kompensieren. Allerdings
kann diese Technik nur teilweise den Verlust von zwei Zielgebieten
kompensieren, da das verfügbare
Zielgebiet zum Erfassen von Wassertropfen in einem System mit zwei
nicht funktionierenden Zielgebieten stark reduziert werden wird.
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Aufgrund
der zuvor genannten Probleme, die mit den bekannten Regensensoren
einhergehen, ist es wünschenswert,
ein Feuchtigkeitssensorsystem bereitzustellen, das ein Selbsttestmerkmal
zum genauen Bestimmen aufweist, ob die einzelnen optischen Zielgebiete
richtig funktionieren. Es ist ebenfalls wünschenswert, dass dieses Selbsttestmerkmal innerhalb
der existierenden Feuchtigkeitssensorschaltung integriert wird.
Es ist ferner wünschenswert,
dass der Feuchtigkeitssensor die Möglichkeit schafft, entweder
den Fahrzeuglenker oder einen Servicetechniker darüber zu informieren,
dass das Feuchtigkeitssensorsystem nicht richtig funktioniert.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung beschreibt eine Schaltung, die erkennt, ob
jedes einzelne Ziel funktioniert und ob jedes Ziel die geeignete
Empfindlichkeit zum Erfassen von Feuchtigkeit oder Regen besitzt. Dieses
Merkmal ermöglicht
dem Mikrocomputer in dem Regensensor, die Entscheidung zu treffen,
ob der Regensensor in der Lage ist, richtig Regentropfen und/oder
Feuchtigkeit in einem geeigneten Empfindlichkeitspegel zu erfassen.
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Die
vorgenannten Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden erreicht,
indem die Strahlungsenergiequelle, typischerweise IR-Licht emittierende Dioden,
periodisch moduliert werden mit einer prozentualen Änderung
gegenüber
dem normalen Betriebsstrom, mit dem die Strahlungsenergiequelle
gepulst werden. Die Modulation des Betriebsstroms in dem Fotoemitter
führt zu
einer Änderung
der Lichtenergiemenge, die zu den Fotodetektoren zurückkehrt.
Diese Energieänderung
simuliert die Wirkung eines Wassertropfens auf der Windschutzscheibenfläche. Die Änderung
des Lichtenergiebetrags, der von dem Fotodetektor empfangen wird,
führt zu
einer Änderung
des Fotostroms in dieser Vorrichtung, der bearbeitet und durch die
Regensensorerkennungsschaltung verstärkt wird. Das Ausgangssignal
der Regensensorerfassungsschaltung wird von einem Mikrocomputer überwacht
mit einer Onboard-A/D-Schaltung oder durch ein anderes Spannungsmessungsmittel,
um den Betrag des zu dem Fotodetektor zurückgekehrten Signals zu bestimmen.
Der Betrag des zurückgekehrten
Signals wird evaluiert, um den Gesamtzustand der optischen Regensensormittel
und der Regensensorerkennungsschaltung zu bestimmen, und damit die
Fähigkeit
des Sensors, Regen richtig zu erfassen.
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Demgemäss ist es
die prinzipielle Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes und zuverlässigeres feuchtigkeitsempfindliches
Windschutzscheibenwischerkontrollsystem bereitzustellen.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein feuchtigkeitsempfindliches
Windschutzscheibenwischerkontrollsystem vorzusehen, das schnell
und genau von einem Autohändler
getestet werden kann, um festzustellen, ob das feuchtigkeitsempfindliche
Wischersystem die korrekte Empfindlichkeit für Regen besitzt, ohne ein spezielles
Testgerät
zu benutzen.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein genaues Verfahren
zum Testen des Regensensors innerhalb eines feuchtigkeitsempfindlichen Windschutzscheibenwischerkontrollsystems
vorzusehen, ohne die Verwendung von externen optischen Messvorrichtungen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kontrollsystem
für ein
feuchtigkeitsempfindliches Windschutzscheibenwischerkontrollsystem
vorzusehen, das die Fähigkeit überwacht,
Regen zu erfassen, beim Einschalten zu einem Standard-Intervallwisch-
oder einem konstanten langsamen Geschwindigkeits-Betrieb zurückzukehren,
falls die Fähigkeit
Regen zu erfassen beeinträchtigt
ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Zusätzliche
Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in
Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Regensensors mit einem Block zur Implementierung
der Selbsttestfunktion entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ein
schematisches Diagramm einer Regensensorschaltung ist, die die Schaltung
zur Implementierung der Regensensorselbsttestfunktion umfasst, ebenfalls
entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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3 ein
Signal-Zeitdiagramm ist, das die Signale zeigt, die von der Selbsttestschaltung
entsprechend der Lehren der vorliegenden Erfindung erzeugt werden;
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4 ein
Wellenformdiagramm eines analogen Signals ist, das von der Filter-
und A/D-Schaltung empfangen wird, die dem Regensensor der vorliegenden
Erfindung zugeordnet ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Offenbart
ist ein auf Feuchtigkeit reagierendes Windschutzscheibenwischersystem 10,
das die Fähigkeit
bereitstellt, eine Selbsttestfunktion auszuführen, um zu erkennen, ob der
Regensensor die richtige Empfindlichkeit auf Regen hat, ohne die
Notwendigkeit für
externes Testgerät.
Das auf Feuchtigkeit reagierende Windschutzscheibenwischersystem 10 hat
ebenfalls die Fähigkeit,
den Fahrzeuglenker oder einen Servicetechniker von einer Fehlfunktion zu
alarmieren und ermöglicht
es dem System, zu einem Standard-Intervallwischverfahren oder einer
anderen Funktion (override) zurückzukehren,
wie beispielsweise einem konstanten oder einem Intervallbetrieb,
falls eine Fehlfunktion auftritt.
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Zurückkehrend
zu 1 ist ein Blockdiagramm eines auf Feuchtigkeit
reagierenden Windschutzscheibenwischersystems 10 gezeigt,
das den Regentropfen simulierenden Generator und die Selbsttestschaltung 30 entsprechend
den Lehren der vorliegenden Erfindung aufweist. Ein auf Feuchtigkeit ansprechendes
Windschutzscheibenwischersystem 10 umfasst eine Emitterschaltung 12 mit
einer Reihe von Fotoemittern 32A–32D zum Emittieren
von Infrarotlichtenergie. Die Infrarotlichtenergie wird in ein optisches
System 14 gestrahlt, das im Allgemeinen eine Reihe von
Kollimationslinsen (eine pro Fotoemitter 32A–32D)
zum Projizieren der Infrarotlichtenergie in Richtung einer Windschutzscheibe
aufweist, und eine entsprechende Menge von Fokussierungslinsen zum
Empfangen und Ausrichten der Infrarotlichtenergie aufweist, die
innen durch die Windschutzscheibe reflektiert wird, in Richtung
einer Reihe von Fotodetektoren 34A–34D innerhalb einer
Signalerfassungsschaltung 16. Wie einem Fachmann bekannt,
kann das optische System 14 für eine Vielzahl von Linsen und
Windschutzscheibenkonfigurationen herangezogen werden, und kann
insbesondere verschiedene Glastypen für Windschutzscheiben umfassen,
einschließlich
Infrarot reflektierende Windschutzscheiben oder Sonnenstrahl absorbierender
Windschutzscheiben. Die Lichtstrahlwege 38 stellen die
Infrarotlichtenergie dar, die von der Emitterschaltung 12 durch
das optische System und die Windschutzscheibe 14 und in
Richtung der Signalerfassungsschaltung 16 übertragen
werden.
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Die
Infrarotlichtenergie, die von der Emitterschaltung 12 übertragen
wird, wird von den Fotodetektoren innerhalb der Signalerfassungsschaltung 16 empfangen.
Das Ausgangssignal der Signalerfassungsschaltung 16 wird
einer Intensitätserfassungs- und Referenzschaltung 18 zugeführt, die
eine servogesteuerte Schaltung zum Steuern der Spannungspegel für das Ansteuern
der Emitterschaltung 12 aufweist. Das Ausgangssignal von
der Signalerfassungsschaltung 16 wird auch der Regensensorverstärkungs-
und Filterschaltung 20 zugeführt, die eine geeignete Schaltung
zum Umwandeln des Stromsignals, das von der Signalerfassungsschaltung 16 empfangen
wird, in ein Spannungsausgangssignal, das dann einem Mikrocomputer 22 zugeführt wird, wobei
die geeignete Schaltung nachfolgend in größerem Detail be schrieben wird.
Die Regensensorschaltung 20 umfasst eine Abtast- und Halteschaltung,
einen Verstärker
und ebenfalls Filterschaltungen. Die Abtast- und Halteschaltung
tastet die Spannung an dem Eingangswiderstand 60 (2)
während
des Regensensorintervalls ab. Das Regensensorintervall ist die Zeitperiode,
wenn die Fotoemitter 32A–32D mit Energie versorgt
werden. Dieses Signal wird dann verstärkt und in einem Durchlassband
gefiltert, das eine Verstärkung
von etwa 45 dB zwischen etwa einem halben (0,5) Hz und 25 Hz liefert.
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Unter
normalen Betriebsbedingungen ist der Mikrocomputer 22 hauptsächlich für das Erfassen des
Vorhandenseins von Feuchtigkeit auf der Außenfläche der Windschutzscheibe basierend
auf Änderungen
in den Spannungssignalen verantwortlich, die von der Regenerfassungsschaltung 20 erzeugt
werden. Der Mikrocomputer 22 ist ebenfalls verantwortlich
für die
Betätigung
der Regentropfen simulierenden Generatorschaltung 30 und
betreibt somit die eingebettete Selbsttestschaltung, die mit einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verknüpft
ist. Bisher liefert der Mikrocomputer 22 die geeigneten
Ansteuerungssignale an die Regentropfen simulierende Generatorschaltung 30 in
geeigneten Zeitintervallen. Wie in 1 gezeigt,
wird ein Ausgangssignal (das ein oder mehrere Steuerungsausgangssignale
repräsentiert)
von dem Mikrocomputer 22 zu der Regentropfen simulierenden
Generatorschaltung 30 geführt, die die Regentropfen simulierenden
Signale erzeugt, die der Emitterschaltung 12 zugeführt werden.
Basierend auf den verschiedenen Rücksignalen, die von dem Mikrocomputer 22 über die
Regenerkennungsschaltung 20 empfangen werden, werden geeignete
Signale von dem Mikrocomputer 22 zu der Windschutzscheibenwischerschaltung 24 des
Fahrzeugs ausgegeben. Zusätzlich umfasst
der Mikrocomputer 22 einen seriellen Diagnostikausgang 26,
der ein Testen des auf Feuchtigkeit ansprechenden Windschutzscheibenwischersystems 10 über ein
externes Testgerät
während
des Herstellungsprozesses ermöglicht,
oder es dem Mikrocomputer 22 ermöglicht, Diagnostikinformation
an den Informationsbus des Fahrzeugs zu liefern. Ein solcher Bus
zum Empfang von Diagnostikinformation ist der standardisierte SAE
J1850 Datenbus, der nun im Allgemeinen in vielen Automobilen vorgefunden wird.
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Bezugnehmend
auf 2 ist nun ein schematisches Diagramm des Regensensors 10 gezeigt, das
ferner die Details offenbart, die mit den funktionalen Blöcken von 1 verknüpft sind.
Wie gezeigt umfasst die Emitterschaltung 12 für vier LED
Fotoemitter 32A–32D.
Die Anode jedes Fotoemitters 32A–32D ist mit der servogesteuerten
Spannungsquelle 48 verbunden, die von der Intensitätserfassungs-
und Referenzschaltung 18 versorgt wird, und jede Kathode
ist über
einen Ansteuerungswiderstand 36A–36D (jeweils) mit
Masse verbunden.
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Die
Emitter und variable Intensitätsimpulsgeneratorschaltung 12 umfasst
auch einen NPN Transistor 42, dessen Kollektor mit der
Basis eine PNP Transistors 44 über einen Vorspannungswiderstand 46 verbunden
ist. Der Widerstand 56, der zwischen dem Emitter und der
Basis des PNP Transistors 44 liegt, dient als Pullup-Widerstand,
um Q44 auszuschalten, wenn Q42 ausgeschaltet ist. Die Funktion von
Q42 und Q44 besteht darin, den Ansteuerungsstrom für die Fotoemitter 32A–32D zu
liefern. Transistoren 42 und 44 werden von dem
Mikrocomputer 22 betrieben, um die gepulsten Signale mit
variabler Intensität
zum Ansteuern der Fotoemittoren 32A–32D mit der erforderlichen
Amplitude zu liefern und zu steuern, wie dies durch die Intensitätserfas sungs-
und Referenzschaltung 18 bestimmt wurde. Ein gepulstes
Signal wird einem konstanten Gleichstromsignal für eine verlängerte Lebensdauer der Fotoelektronik
bevorzugt.
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Die
Regentropfen simulierende Generatorschaltung 30 ist eng
mit einer Emitterschaltung 12 verknüpft, in der vier Testwiderstände 38A–38D ebenfalls
mit der Kathode jedes Fotoemitters 32A–32D verbunden sind,
um einen parallelen Stromweg zu Masse über eine Reihe von NPN Steuerungstransistoren 40A–40D bereitzustellen.
Der Betrieb der einzelnen Transistoren, die mit der Regentropfen
simulierenden Generatorschaltung 30 verbunden sind, werden
in größerem Detail
nachfolgend erläutert.
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Die
Intensitätserfassungs-
und Referenzschaltung 18 umfasst eine Servospannungsschaltung 48 mit
einem Spannungsausgangsknoten 50 und einem Rückkopplungsspannungseingangsknoten 52.
Ein Widerstand 54 wandelt den Strom, der durch die Signalerkennungsschaltung 16 geleitet wird,
in eine analoge Rückkopplungsspannung
um, die von der Servospannungsschaltung 48 benutzt wird.
Entsprechend ist die Servospannungsschaltung 48 rückkopplungsgesteuert
durch den sich ergebenden Spannungspegel, der von dem Eingangsknoten 52 empfangen
wird. Wie sich ergeben wird, arbeitet die Servospannungsschaltung 48 in
Verbindung mit dem Impulsgeneratorabschnitt mit variabler Intensität der Emitterschaltung 12 zusammen,
um die Fotoemitter 32A–32D mit
der erforderlichen Strompegelintensität anzusteuern, wie durch das
Rückkopplungssignal
erkannt, das zu der Intensitätserfassungs-
und Referenzschaltung 18 über die Signalerkennungsschaltung 16 gesendet
wird.
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Der
Impulsgenerator mit variabler Intensität der Emitterschaltung 12 wird
konstant durch die Servospannungsschaltung 48 eingestellt,
um den Strompegel, der durch die Fotodetektoren 34A–34D fließt, zu halten
und damit den Betrag der Infrarotlichtenergie, die in das optische
System 14 zu den Fotodetektoren mit einem konstanten Pegel übertragen
wird. Ein Grund zur Aufnahme der Servospannungsschaltung 48 besteht
darin, dass die Fotoemitter 32A–32D und die Fotodetektoren 34A–34D eine
beträchtliche Variation
in ihrem Infrarotlichtenergieausgangssignal bei einem vorgegebenen
Eingangsstrom besitzen bzw. einen Arbeitsstrom für ein vorgegebenes Eingangssignal
an Strahlung (Empfang durch das optische System 14). Die
Details, die mit der Servospannungsschaltung 48 verbunden
sind, sind insbesondere im US-Patent Nr. 5,059,877 von Teder beschrieben,
das zuvor zitiert wurde.
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Unter
weiterer Bezugnahme auf 2 ist die Signalerkennungsschaltung 16 gezeigt,
die vier Fotodetektoren 34A–34D umfasst, die
in einer Brückenkonfiguration
verbunden sind. Als alternative Konfiguration können nur zwei Fotodetektoren
zum Empfang der Signale von den vier Fotoemittern 32A–32D verwendet
werden. Als Teil der alternativen Konfiguration sind die Fokussierungslinsen
innerhalb des optischen Systems 14 modifiziert, um zwei
der empfangenen Infrarotlichtenergiesignale zu kombinieren und diese
kombinierten Signale auf einen einzelnen Fotodetektor zu fokussieren.
In jeder Konfiguration sind die Fotodetektoren 34A–34D positioniert,
um Infrarotlichtenergie zu empfangen, die innen an der äußeren Fläche der
Windschutzscheibe des Fahrzeugs, die mit dem optischen System verbunden
ist, reflektiert wird. Wie zuvor diskutiert, wird diese Infrarotlichtenergie
von den Fotoemittern 32A–32D übertragen. In
der bevorzugten Ausführungsform
umfasst das auf Feuchtigkeit bevorzugten Ausführungsform umfasst das auf
Feuchtigkeit reagierende Windschutzscheibenwischersystem 10 vier
Fotoemitter 32A–32D und vier
Fotodetektoren 34A–34D,
um vier separate Zielgebiete zum Erfassen von Feuchtigkeit auf der
Außenfläche der
Windschutzscheibe zu bilden. Ein größerer Betrag an Infrarotlichtenergie,
die entweder von einem der Fotodetektoren 34A–34D oben
in der Brücke
empfangen wird, wird entsprechend den Betrag des Stroms erhöhen, der
durch die Signalerkennungsschaltung 16 fließt. Dieser
erhöhte
Strom fließt gleichzeitig
durch die Regenerfassungs-Verstärkungs-
und Filterschaltung 20. Insbesondere fließt dieser
Strom durch einen Eingangswiderstand 60, um eine variable
Spannung an dem Knoten 58 zu erzeugen, die dann von der
Abtast- und Halte-, Verstärkungs-
und Filterschaltung 32 erkannt wird. Die verstärkte analoge
Spannung, die von der Verstärker- und
Filterschaltung 62 ausgegeben wird, wird dem A/D-Eingangsanschluss 64 des
Mikrocomputers 22 zugeführt.
Die Regensensor-Verstärkungs-
und Filterschaltung 20 verstärkt das Regensignal, das an den
Fotodetektoren 34A–34D vorhanden
ist, und besitzt eine geeignete Frequenzantwort für die geeignete
Erfassung der Regenimpulse. Der Mikrocomputer 22 führt die
A/D-Wandlung für das sich
ergebende Regensensorspannungssignal aus und analysiert und bewertet
diese Wellenformen.
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Wie
in 2 am besten gezeigt, liefert die Emitter- und
Impulsgeneratorschaltung mit variabler Intensität 12 die Schaltfunktion
für das
feuchtigkeitserkennende Windschutzscheibenwischersystem 10 während des
normalen Betriebs über
Transistoren 42 und 44. Insbesondere wird der
Anschluss A0 des Mikrocomputers 22 mit der Basis des Transistors 42 über einen
Widerstand 66 verbunden. Während des normalen Betriebs
steuert der Mikrocomputer 22 die Basis des Transistors 42 mit
dem Strom an, der sich aus dem Anlegen einer geeigneten digitalen
Spannung an dem Widerstand 66 ergibt, die den Transistor 42 in
einen stromleitenden Zustand bringt. Der sich ergebende Strom, der
durch den Transistor 42 und den Widerstand 46 fließt, spannt
den Transistor 44 in einem stromleitenden Zustand vor,
der wiederum jeden Fotoemitter 32A–32D dazu bringt,
mit der Übertragung
eines Impulses von Infrarotlichtenergie zu beginnen. Der Mikrocomputer 22 schaltet
typischerweise den Transistor 42 impulsweise für 40 Mikrosekunden
ein und für
2,5 Millisekunden aus mit einem 400 Hz, 1,6% Tastverhältnissignal.
Dieser Strom wird von dem Transistor 42 verstärkt und
steuert entsprechend Transistor 44 an.
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Transistor 44 ist
hauptsächlich
verantwortlich, den Ansteuerungsstrom zu den Fotoemittern 32A–32D zu
liefern. Wie gezeigt ist der Emitter des Transistors 44 mit
Ausgangsknoten 50 der Servospannungsschaltung 48 verbunden.
Der Spannungsausgang am Knoten 50 wird konstant über die
Servoschaltung 48 eingestellt, um Fotoemitter 32A–32D anzusteuern
und den mittleren Strom in den Fotodetektoren 34A–34D an
einem gewünschten
Einstellungspunkt zu halten.
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Die
Servospannungsschaltung 48 ist in der Lage, diesen mittleren
Strom bei einem gewünschten Einstellpunkt
zu halten, indem das Spannungsrückkopplungssignal
von der Erkennungsschaltung 16 am Eingangsknoten 42 empfangen
wird. Entsprechend wird die Servospannung am Knoten 50 und damit
der Strom durch Widerstände 36A–36D eingestellt,
um die Gesamtverstärkung
der Fotodetektoren 34A–34D,
Fotoemitter 32A–32D,
Kollimations- und Fokussierungslinsen und die Windschutzscheibendurchlässigkeit
zu kompensieren. Es versteht sich, dass diese Einstellung der Servospannung
am Knoten 50 zum Aufrechterhalten eines gewünschten Strompegels
im normalen Betrieb des auf Feuchtigkeit reagierenden Windschutzscheibenwischersystems 10 auftritt.
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Im
Betrieb ist denkbar, dass die Selbsttestfunktion, die mit der vorliegenden
Erfindung verbunden ist, jedes Mal beim Start des Fahrzeugs umgesetzt
wird. Die Umsetzung dieser Funktion wird von dem Mikrocomputer 22 gesteuert,
der die Umschaltschaltung der Regentropfen simulierenden Generatorschaltung 30 aktiviert.
Die Regentropfen simulierende Generatorschaltung 30 liefert
die erforderliche Umschaltfunktion während des Selbsttestbetriebs über Steuertransistoren 40A–40D.
Anschlüsse A1–A4 sind
jeweils mit den entsprechenden Basen der Transistoren 40A–40D über Widerstände 68A–68D verbunden.
Als Teil der Selbsttestfunktion wird ein Regentropfen simulierendes
Testimpulssignal jedem der vier optoelektrischen Kanäle zugeführt, jeweils
einem Kanal zu einem Zeitpunkt, was es ermöglicht, jeden Kanal isoliert
zu testen, um zu verifizieren, ob dieser richtig funktioniert. Während jeder Kanal
separat in gleicher Weise getestet wird, wird hier nur der Test
von einem der optoelektrischen Kanäle im Detail beschrieben. Um
beispielsweise den optoelektrischen Kanal 1, der Fotoemitter 32A und Fotodetektor 34A umfasst,
zu testen, gibt der Mikrocomputer 22 einen Impuls über den
Anschluss A1 zu der Basis des Transistors 40A aus. Es versteht
sich, dass während
dieser Zeit ein kontinuierlicher Impuls an den Anschluss A0 zum
Einschalten der Transistoren 42 und 44 angelegt
ist. Der sich ergebende Strom, der durch den Widerstand 68A fließt, wird dann
von dem Transistor 40A verstärkt und führt dann in dem Kollektor des
Transistors 40A zu einer Sättigung und einer Annäherung an
0,2 V. Das Einschalten des Transistors 40A setzt den Testwiderstand 38A parallel
zu dem Ansteuerungswiderstand 36A und erhöht den Strombetrag,
der durch den Fotoemitter 32A fließt, um einen bekannten Prozentsatz.
Dies wiederum ändert
den Betrag an Infrarotlichtenergie, die vom Fotoemitter 32 ausgestrahlt wird,
den Betrag der Lichtenergie, die innen durch das Windschutzscheibenglas übertragen
wird, den Betrag der Lichtenergie, die von der außenliegenden Windschutzscheibenfläche reflektiert
wird, und den Betrag der Lichtenergie, die zu dem Fotodetektor 34A zurückkehrt.
Diese Änderung
im Strom wird in eine analoge Spannung über den Eingangswiderstand 60 umgewandelt,
abgetastet, gehalten, verstärkt
und gefiltert durch die Verstärkungs-
und Filterschaltung 62, und wird schließlich als ein analoger Spannungsimpuls
an dem A/D-Eingangsanschluss 64 des Mikrocomputers 22 abgetastet.
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Der
Mikrocomputer 22 führt
dann eine analoge Digitalwandlung für diese Spannung aus und vergleicht
den sich ergebenden binären
Wert mit einer Grenze, die im Mikrocomputer 22 vorprogrammiert wurde.
Falls das Signal, das vom Eingangsanschluss 62 erhalten
wird, größer ist
als die berechnete Grenze, passiert der optoelektrische Kanal den
Selbsttest und wird als richtig funktionierend betrachtet. Falls
jedoch das Signal, das vom Eingangsanschluss 64 erhalten
wird, nicht dem Selbsttestdurchlassschwellenwert entspricht, wird
dann der optoelektrische Kanal 1 als nicht-funktionierend betrachtet.
Diese Testprozedur wird dann für
optoelektrische Kanäle
zwei bis vier wiederholt.
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Als
Teil der bevorzugten Ausführungsform
ist denkbar, dass die auf Feuchtigkeit reagierende Windschutzscheibe 10 normal
mit nur drei der vier optoelektrischen Regensensor-Kanäle richtig
funktionierend arbeiten kann, ohne dass es notwendig ist, den Fahrzeuglenker
zu benachrichtigen. Falls demgemäss
nur drei optoelektrische Kanäle
richtig funktionieren, kann eine Diagnostiknachricht an den Fahrzeugdiagnostikcomputer
gesendet werden und der Fehler kann geprüft werden beim nächsten Mal, wenn
das Fahrzeug zum Kundendienst gebracht wird. Falls jedoch zwei oder
mehr optoelektrische Kanäle
nicht den Selbsttest passieren, wird der Fahrzeuglenker benachrichtigt,
vorzugsweise beim Start des Fahrzeugs, darüber, dass das auf Feuchtigkeit reagierende
Wischersystem 10 einen sofortigen Service benötigt, oder
das System kehrt zu einem Intervallbetrieb oder einem konstanten
langsamen manuellen Betrieb zurück.
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Es
wird nun auf 3 Bezug genommen. Ein Signaldiagramm
zeigt den zeitlichen Ablauf der Signale, die von dem Mikrocomputer 22 erzeugt
werden, um einen Selbsttestzyklus des Wischersystems 10 abzuschließen. Wie
gezeigt entsprechen die digitalen Impulssignale 70A–70D den
Ausgangssignalen der Anschlüsse
A1–A4
des Mikrocomputers 22, um die Transistoren 40A–40D ein-
und auszuschalten. Jedes Impulssignal ist vorzugsweise ein 5 V-Signal, das für eine Zeitdauer
von 400 Millisekunden ausgegeben wird. Der Mikrocomputer 22 pausiert
für zusätzliche
400 Millisekunden bevor das Impulssignal 70B am Anschluss
A2 ausgegeben wird. Wie gezeigt läuft diese Prozedur weiter bis
alle vier Kanäle
richtig getestet wurden. Ebenfalls in 3 ist das
Wellenformsegment 72A gezeigt, das dem Eingangssignal 70A entspricht.
Wellenformsegment 72A stellt das analoge Signal dar, das
an dem A/D-Eingangsanschluss 64 empfangen wurde. Die Wellenformsegmente 72B–72D entsprechen
somit den Impulssignalen 70B–70D. Wie gezeigt
wechseln die Wellenformsegmente 72A–72D zwischen den
positiven Impulsen und den negativen Impulsen, wobei Wellenform 72A ein
positiver Impuls und Wellenform 72C ein negativer Impuls
ist. Die momentan abgetasteten Daten, die das Wellenformsegment 72D darstellen,
sind in 4 gezeigt.
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Als
zusätzlicher
Teil der vorliegenden Erfindung ist der serielle Diagnostikausgangsanschluss 26 in
der Lage, einen Strom von seriellen Datenbits zu erzeugen, um Diagnostikinformation
einer externen Quelle zu liefern, die den Diagnostikcomputer des
Fahrzeugs oder ein externes Testgerät, das während des Herstellungsprozesses
benutzt wird, umfasst, aber nicht darauf begrenzt ist. Vor der Selbsttestfunktion
wird eine Reihe von Stopbits 74, die eine Vielzahl von
sequentiellen Datenbits sein können,
auf dem seriellen Diagnostikausgang 26 präsentiert.
Die den Stopbits 74 folgt dann ein serielles Datensegment 76A,
das Echtzeitdiagnostikinformation enthalten kann, die den Betrieb
und die Leistung des auf Feuchtigkeit ansprechenden Windschutzscheibenwischersystems 10 betrifft.
Die seriellen Datenbitströme 76A–76D zeigen
vier separate Informationspakete.
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Die
Selbsttestfunktion, die mit dem feuchtigkeitserkennenden Wischersystem 10 verknüpft ist,
ist ein Funktionstest der Optik, der Fotoemitter, der Fotodetektoren
und des Regensensorschaltungsteils des Wischersystems 10.
Die Selbsttestfunktion erfordert zwei unterschiedliche Betriebsmodi.
Der erste Modus ist der Run-Time-Diagnostikmodus. Dieser Modus wird
von dem Fahrer oder dem Automobilhändler während des normalen Betriebs
des Regensensors verwendet. Der zweite Modus ist der externe Diagnostikmodus,
der nur von dem Endproduktionstester beim Hersteller verwendet wird.
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Der
Run-Time-Diagnostikmodus ist wie folgt implementiert. Beim Einschalten
der Regensensorschaltung 10 nach dem Ausschal ten, oder
wenn sie in den automatischen Modus gesetzt wird, wird der Regensensor 10 das
Vorhandensein von Regen für eine
vorbestimmte Zeitdauer erkennen. Falls der Mikrocomputer 22 erkennt,
dass es regnet, wird die Selbsttestfunktion bis zum nächsten Einschalten nicht
ausgeführt.
Falls jedoch kein Regen erkannt wird, wird das auf Feuchtigkeit
reagierende Wischersystem 10 die Selbsttestfunktion, wie
zuvor beschrieben, ausführen.
Falls der Selbsttest passiert wird, arbeitet die Regensensorschaltung 10 im
normalen Betriebsmodus als Regensensorvorrichtung bzw. Regenerfassungsvorrichtung.
Sollte jedoch die Selbsttestfunktion fehlschlagen, wird der Mikrocomputer 22 der
Wischerschaltung 24 signalisieren, in einen gleichmäßigen langsamen
Betriebsmodus zurückzukehren,
um dem Fahrzeuglenker oder dem Servicetechniker den Fehler zu signalisieren.
Alternativ kann der Mikrocomputer 22 auch die geeignete
Sensorfehlermeldung dem Diagnostikcomputer des Fahrzeugs übermitteln.
Bei einem Regensensorsystem mit einem intelligenten seriellen Interface,
wie beispielsweise ein serieller Diagnostikausgang 26,
könnte
die richtige Sensorfehlercodenachricht an den Diagnostikcomputer
des Fahrzeugs übertragen
werden. Die Wischerkontrollschaltung 24 wird anschließend auf diese
Information reagieren und in einen Intervallbetrieb oder einen gleichmäßigen Langsambetrieb
zurückkehren.
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Die
präsentierte
Diskussion offenbart und beschreibt beispielhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann wird leicht aus dieser
Diskussion erkennen und aus den begleitenden Zeichnungen und den
Ansprüchen,
dass verschiedene Änderungen,
Modifikationen und Variationen durchgeführt werden können, ohne
den Umfang der Erfindung, wie er in den nachfolgenden Ansprüchen definiert
ist, zu verlassen.