EP1230111A1 - Scheibenwischeinrichtung zum wischen einer scheibe sowie verfahren zum betreiben einer solchen - Google Patents

Scheibenwischeinrichtung zum wischen einer scheibe sowie verfahren zum betreiben einer solchen

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EP1230111A1
EP1230111A1 EP00975812A EP00975812A EP1230111A1 EP 1230111 A1 EP1230111 A1 EP 1230111A1 EP 00975812 A EP00975812 A EP 00975812A EP 00975812 A EP00975812 A EP 00975812A EP 1230111 A1 EP1230111 A1 EP 1230111A1
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EP
European Patent Office
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wiper
motor
wiper device
control device
windshield
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00975812A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Kliffken
Michael May
Claus Fleischer
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60S—SERVICING, CLEANING, REPAIRING, SUPPORTING, LIFTING, OR MANOEUVRING OF VEHICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60S1/00—Cleaning of vehicles
    • B60S1/02—Cleaning windscreens, windows or optical devices
    • B60S1/04—Wipers or the like, e.g. scrapers
    • B60S1/06—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive
    • B60S1/08—Wipers or the like, e.g. scrapers characterised by the drive electrically driven

Definitions

  • Windscreen wiper device for wiping a window and method for operating such a window
  • the invention relates to a windshield wiper device according to the type of the independent claims.
  • the motor drives the wiper blades via the linkage and the wiper arms.
  • the squeegees generate a frictional force depending on the contact force of the squeegee on the disc and the coefficient of friction on the disc.
  • the motor continues to introduce its torque into the system via wiper arms and linkage.
  • the components, in particular the linkage, wiper arm and wiper blade are thereby elastically preloaded.
  • Wiper blade is reached along the target trajectory
  • Vibration compensation controller can, for example, also be capable of learning, can be designed as a neural network and as fuzzy logic, as a result of which adaptive properties are achieved.
  • a position signal is used as a controlled variable for the active
  • the position sensor can also be attached to the wiper linkage itself. It is also possible to attach an acceleration sensor to the wiper arm or wiper linkage, which is connected to the control device. In this way, an even more precise regulation can be achieved.
  • a control device with a frequency selection stage which is designed in such a way that it is permeable to the frequencies typical of the rattling of the wiper blade, has proven to be a further advantage, in particular if it is designed as a bandpass filter. In this way, uncharacteristic frequencies can be filtered out for the disturbance to be compensated.
  • bandpasses are available as inexpensive mass-produced goods of the appropriate quality.
  • phase shifting element Another advantage is the use of a phase shift element. It can be used to precisely set the phase of the manipulated variable of the active control level.
  • the phase shifting element is advantageously designed as a low-pass filter, since these are also available as inexpensive mass-produced goods of the appropriate quality.
  • Figure 1 shows a windshield wiper device according to the invention in a schematic representation
  • Figure 2 is a diagram of the speed ⁇ of the wiper motor over time t.
  • Fig. 1 shows a windshield wiper device for performing the method according to the invention according to claim 1 in a schematic representation.
  • a wiper blade 10 moves on a disk 12 and is driven by a wiper motor 14 via a motor shaft 15.
  • a position sensor 16 is located in the wiper motor 14 itself, for example a Hall sensor or a resistive sensor, which emits signals about the position of the motor shaft 15.
  • These position signals 17 are recorded by a control device 18.
  • the chatter compensation stage 22 has a differentiating unit 24, a frequency selection stage 26 and a phase shift element 28.
  • the motor speed ⁇ is plotted against the time t for three wiping periods, in the case in which the wiper blade 10 "rattles" over the window.
  • the signal has a large oscillation of the amplitude A, which is caused by the back and forth movement , between the reversal of the wiper blade 10 on the window 12.
  • the amplitude A is controlled by the position controller 20.
  • the current I of the wiper motor 14 In order to minimize the duration of the stick, that is to say the time interval in which the squeegee 11 adheres to the window 12, the current I of the wiper motor 14 must be briefly increased further.
  • the wiper blade 10 is accelerated by the released elastic energy. This increases the engine speed n.
  • the position signal of the wiper motor 14 is passed to the chatter compensation stage 22, which serves as a component which compensates for disturbances.
  • the chatter compensation stage 22 serves as a component which compensates for disturbances.
  • one or more time derivatives of the signal are carried out in a differentiating unit 24; in principle this is irrelevant for the function of the active control.
  • the signal is then introduced into a frequency selection stage 26, for example a bandpass filter, which passes the frequencies typical for rattling, and in particular filters out the amplitude A resulting from the back and forth between the reversal positions of the wiper blade 10.
  • the following phase shifter 28 now fits the phase of the filtered signal according to the above Compensation characteristic and acts on the input current I of the wiper motor 14 accordingly.
  • the input current I of the wiper motor 14 is acted upon as the manipulated variable of the position controller 20 with the manipulated variable of the chatter compensation stage 22.
  • chatter behavior can also be recognized and compensated for on the basis of the current I consumed by the wiper motor 14. This has a similar behavior to that seen in FIG. 2.
  • the chatter compensation stage 22 can, for example, also be designed as an active control stage.
  • Such a compensation controller as a control stage is described for example in DE 197 40 153 AI. This active control level can detect and compensate for periodic faults.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Wischen einer Scheibe (12) sowie eine Scheibenwischeinrichtung mit einer aktiver Regelungsstufe zur Kompensation von insbesondere periodischen Störungen gezeigt. Dazu wird in die Scheibenwischeinrichtung neben dem üblichen Positionsregler (20) eine Ratterkompensationsstufe (22) integriert.

Description

Scheibenwischeinrichtung zum Wischen einer Scheibe sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Scheibenwischeinrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche .
Es ist schon seit langem bekannt, daß Scheibenwischeinrichtungen, insbesondere bei relativ trockener Scheibe zum "Rattern" neigen. Diese Ratterneigung von Wischblattgummis ist von vielen mechanischen Parametern abhängig. Sie resultiert aus einem schwingungsfähigen System mit verschiedenen Elastizitäten (Wischblätter, Wischarme, Gestänge) sowie deren Massen und äußeren Kräften, beispielsweise der Reibkraft auf der Scheibe, welche vom Reibwert zwischen Gummi und Scheibe sowie der Wischblattauflagekraft abhängig ist, und der
Antriebsleistung des Wischermotors . Der Motor treibt über das Gestänge und die Wischerarme die Wischblätter an. Die Wischgummis erzeugen eine Reibkraft in Abhängikeit der Auflagekraft des Wischgummis auf der Scheibe und des Reibwerts auf der Scheibe.
Unter bestimmten Betriebszuständen, beispielsweise bei relativ trockener Scheibe, kann es nun zum sogenannten Stick-Slip-Effekt kommen. Dabei stellt die Reibkraft dem Wischgummi während einer „Stick-Phase" einen Widerstand entgegen und verzögert dessen Geschwindigkeit auf der Scheibe.
Währenddessen leitet der Motor weiterhin über Wischarme und Gestänge sein Drehmoment in das System ein. Die Bauteile, insbesondere Gestänge, Wischerarm und Wischblatt werden dadurch elastisch vorgespannt.
In dem Moment, in welchem das Antriebsmoment am Wischblatt größer als das Reibmoment wird, wird die Haftreibung des Wischgummis überwunden und der Gummi von seiner Haftung auf der Scheibe losgerissen. In dieser „Slip-Phase" geben die elastisch vorgespannten Bauteile ihre durch die Vorspannung gespeicherte Energie ab und das Wischblatt wird stark beschleunigt .
Durch den Übergang von der Haftreibung zur Gleitreibung sinkt der Reibwert, wodurch das System, bestehend aus Wischerarm und Wischblatt der eigentlichen Antriebsgeschwindigkeit vorauseilt, was zu einem Überschwingen führt. Ist die elastische Energie aufgebraucht, wird das Wischblatt wieder abgebremst, haftet wieder an der Scheibe an und der Stick-Slip-Zyklus beginnt von neuem.
Dieses Ratterverhalten wurde bisher durch eine optimierte Auslegung der mechanischen Komponenten, wie beispielsweise in der US 4, 793,020 gezeigt, einzudämmen versucht.
Vorteile der Erfindung
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 erweist es sich als besonders vorteilhaft daß. Störungen, welche aus der Einwirkung von äußeren Kräften resultieren schnell und präzise korrigiert werden können, wodurch insbesondere das Rattern des Wischblatts auf der Scheibe wirksam verhindert wird. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens .
Sind die Störungen kurzzeitig wiederkehrende oder oszillierende Störungen, wie dies beispielsweise beim
Rattern eines Wischblatts auf einer Scheibe der Fall ist, so kann im voraus bereits den Störungen entgegengewirkt werden, wobei es als besonders vorteilhaft anzusehen ist, den Wischermotor gegenphasig zur oszillierenden Störung anzusteuern, da so eine gleichmäßige Bewegung des
Wischblatts entlang der Solltrajektorie erreicht wird
Wird das Verfahren mit Hilfe einer aktiven Regelungsstufe, beispielsweise mit einem Schwingungs-Kompensationsregler durchgeführt, so können länger andauernde, unterschiedliche periodische Störungen gut ausgeregelt werden. Dieser
Schwingungs-Kompensationsregler kann beispielsweise auch lernfähig, als neuronales Netz sowie als Fuzzy-Logic ausgebildet sein, wodurch adaptive Eigenschaften erreicht werden.
Dadurch, daß eine Kenngröße des Wischermotors, insbesondere der Strom I, als Regelgröße für die aktive Regelungsstufe verwendet wird, entfällt die Notwendigkeit eines weiteren Sensors im Wischermotor wodurch Kosten und Verschleiß vermindert werden .
Wird ein Positionssignal als Regelgröße für die aktive
Regelungsstufe verwandt, so wird eine maximale Genauigkeit ohne höhere Kosten erreicht, da moderne Wischermotore häufig bereits Positionssensoren aufweisen. Der Postitionssensor kann aber auch am Wischergestänge selbst angebracht sein. Es ist auch möglich, einen Beschleunigungssensor am Wischerarm oder Wischergestänge anzubringen, der mit der Steuereinrichtung verbunden ist . Auf diese Weise kann eine noch genauere Regelung erzielt werden.
Eine Steuereinrichtung mit einer Frequenzselektionsstufe, welche so ausgestaltet ist, daß sie für die das Rattern des Wischblatts typischen Frequenzen durchlässig ist, erweist sich als weiterer Vorteil, insbesondere dann wenn sie als Bandpaß ausgebildet ist. So können für die zu kompensierende Störung uncharakteristischen Frequenzen ausgefiltert werden. Darüber hinaus sind Bandpässe als kostengünstige Massenware in entsprechender Qualität erhältlich.
Als weiterer Vorteil ist die Verwendung eines Phasenverschiebungsglieds zu sehen. Mit ihm kann die Phase der Stellgröße der aktiven Regelungsstufe exakt eingestellt werden. Das Phasenverschiebungsglied ist vorteilhafterweise als Tiefpaß ausgebildet, da diese ebenfalls als kostengünstige Massenware in entsprechender Qualität zur Verfügung stehen.
Als vorteilhaft erweist sich darüber hinaus, sämtliche vorgenannten Baugruppen wie Phasenverschiebungsglied, Frequenzselektionsstufe und differenzierende Einheit auf Softwarebasis innerhalb der Steuereinrichtung zu realisieren.
Zeichnungen
Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Scheibenwischeinrichtung in schematischer Darstellung und Figur 2 ein Diagramm der Geschwindigkeit ω des Wischermotors über der Zeit t .
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt eine Scheibenwischeinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 in schematischer Darstellung. Ein Wischblatt 10 bewegt sich auf einer Scheibe 12 und wird von einem Wischermotor 14 über eine Motorwelle 15 angetrieben. Im Wischermotor 14 selbst befindet sich ein Positionssensor 16, beispielsweise ein Hallsensor oder ein resistiver Sensor, der Signale über die Position der Motorwelle 15 abgibt. Diese Positionssignale 17 werden von einer Steuereinrichtung 18 aufgenommen. Diese umfaßt einen Positionsregler 20 sowie eine Ratterkompensationsstufe 22 beispielsweise als aktive Regelungsstufe. Die Ratterkompensationsstufe 22 weist eine differenzierende Einheit 24, eine Frequenzselektionsstufe 26 und ein Phasenverschiebungsglied 28 auf.
In Fig. 2 ist die Motorgeschwindigkeit ω über der Zeit t für drei Wischperioden aufgetragen, in dem Fall, in welchem das Wischblatt 10 über die Scheibe „rattert". Das Signal weist eine große Oszillation der Amplitude A, welche von der Hin- und Herbewegung, zwischen den Umkehrlagen des Wischblattes 10 auf der Scheibe 12 herrührt, auf. Die Amplitude A wird vom Postitionsregler 20 gesteuert.
Daneben weist die Kurve, eine Oberschwingung höherer
Frequenz und kleinerer Amplitude auf, welche aus dem Rattern des Wischblattes resultiert und über das Gestänge der Scheibenwischeinrichtung in den Wischermotor 14 übertragen wird. Wenn der Wischgummi haftet, steigt das Reibmoment, wodurch die Drehzahl und damit die Motorgeschwindigkeit sinkt . Dadurch steigt die Stromaufnahme am Motor während dieser "Stick" -Phase.
Um die Zeitdauer des Sticks, also das Zeitintervall in dem der Wischgummi 11 an der Scheibe 12 anhaftet, zu minimieren, muß der Strom I des Wischermotors 14 kurzzeitig weiter erhöht werden.
Reißt sich nun der Wischgummi 11 in einer nachfolgenden "Slip" -Phase von der Scheibe 12 los, wird durch die freiwerdende elastische Energie das Wischblatt 10 beschleunigt. Dadurch steigt die Drehzahl n am Motor.
In diesem Moment muß also der Strom I des Motors reduziert werden, um das Überschwingen des Systems zu verringern, d.h. das System muß durch den Wischermotor 14 abgebremst werden.
Dazu wird das Positionssignal des Wischermotors 14 an die Ratterkompensationsstufe 22, die als eine Störungen ausgleichende Komponente dient, geleitet. Zur Verbesserung der Signalqualität werden dort in einer differenzierenden Einheit 24 eine oder mehrere Zeitableitungen des Signals vorgenommen; prinzipiell ist dies jedoch für die Funktion der aktiven Regelung ohne Belang. Anschließend wird das Signal in eine Frequenzselektionsstufe 26, beispielsweise ein Bandpaß, eingeleitet, welcher die für das Rattern typischen Frequenzen durchläßt, und insbesondere die aus dem Hin- und Herwischen zwischen den Umkehrlagen des Wischblatts 10 resultierende Amplitude A ausfiltert. Das folgende Phasenverschiebungsglied 28 paßt nun die Phase des gefilterten Signals entsprechend oben genannter Kompensationscharakteristik an und beaufschlagt den Eingangsstrom I des Wischermotors 14 entsprechend.
Als Ergebnis wird also der Eingangsstrom I des Wischermotors 14 als Stellgröße des Positionsreglers 20 mit der Stellgröße der Ratterkompensationsstufe 22 beaufschlagt.
Steht kein Positionssignal zur Verfügung, so kann das Ratterverhalten auch anhand des vom Wischermotor 14 aufgenommenen Stromes I erkannt und kompensiert werden. Dieser weist ein ähnliches Verhalten wie das in Figur 2 zu sehende, auf.
Die Ratterkompensationsstufe 22 kann beispielsweise auch als aktive Regelungsstufe ausgebildet sein. Ein solcher Kompensationsregler als Regelungsstufe wird beispielsweise in der DE 197 40 153 AI beschrieben. Diese aktive Regelungsstufe kann periodische Störungen erkennen und kompensieren.
Weiter ist es möglich, einen Beschleunigungssensor am Wischergestänge anzubringen , wie dies aus der nicht vorveröffentlichten DE 198 45 674 bekannt ist, und dessen Signale der Ratterkompensationsstufe 22 zur Verwertung zuzuführen. Auf diese Weise wird dann in Echtzeit der Motor dem Stick-Slip-Verhalten entgegen angesteuert.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Wischen einer Scheibe (12), insbesondere der Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs, mit mindestens einem, sich entlang der Scheibe (12) bewegenden Wischblatt (10) , welches von einem, von einer
Steuereinrichtung (18) gesteuerten Wischermotor (14) angetrieben wird, und durch Störungen an seiner gleichmäßigen Sollbewegung gehindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß den Störungen aktiv entgegengewirkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Störungen kurzzeitig wiederkehrende oder oszillierende Störungen sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß den Störungen durch eine aktive Regelungsstufe entgegengewirkt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet , daß sich die aktive Regelungsstufe einer intelligenten Charakteristik, insbesondere einer Fuzzy-Logic oder einem neuronalen Netz, bedient.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Kenngröße des Wischermotors (14) , insbesondere ein Positionssignal (17) , ein Beschleunigungssignal oder der vom Wischermotor aufgenommene Strom I, als Regelgröße für die aktive Regelung dient.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Störungen mittels einer Frequenzselektionsstufe selektiert werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Entgegenwirken phasenrichtig erfolgt, wobei dies mittels eines Phasenverschiebungsglieds (28), insbesondere eines Tiefpaßes erfolgt.
8. Scheibenwischeinrichtung, insbesondere zum
Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem, sich an der Scheibe (12) entlang bewegenden Wischblatt (10) , mindestens einem, das mindestens eine Wischblatt (10) bewegenden Wischermotor (14) und einer den Wischermotor (14) steuernden elektronischen Steuereinrichtung (18) dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (18) mindestens eine Störungen ausgleichende Komponente (22) aufweist.
9. Scheibenwischeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine aktive
Regelungsstufe aufweist.
10. Scheibenwischeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kenngröße des Wischermotors (14) als Regelgröße für die aktive Regelungsstufe dient.
11. Scheibenwischeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Wischermotor (14) aufgenommene Strom I als Regelgröße dient.
12. Scheibenwischeinrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Positonssignal (17) des Wischermotors (14) als Regelgröße dient.
13. Scheibenwischeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Störungen kurzzeitig wiederkehrende oder oszillierende Störungen sind.
14. Scheibenwischeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (18) eine den Wischermotor (14) der
Störung entgegenwirkend ansteuernde Steuereinrichtung (18) ist .
15. Scheibenwischeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (18) mindestens eine Frequenzselektionsstufe (26) auf eist.
16. Scheibenwischeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzselektionsstufe (26) mindestens einen Bandpaß aufweist .
17. Scheibenwischeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (18) mindestens eine Phasenverschiebungsglied (28) aufweist.
18. Scheibenwischeinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Phasenverschiebungsglied (28) mindestens einen Tiefpaß aufweist .
19. Scheibenwischeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Störungen ausgleichende Komponente (22) zumindest teilweise als in einer Rechnereinheit abgelegtes Computerprogramm ausgeführt ist .
EP00975812A 1999-11-06 2000-09-29 Scheibenwischeinrichtung zum wischen einer scheibe sowie verfahren zum betreiben einer solchen Withdrawn EP1230111A1 (de)

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