JP4313945B2 - レインセンサの駆動装置および駆動方法 - Google Patents

Description

【０００１】
従来の技術
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の光学式レインセンサの駆動装置に関する。
【０００２】
ヨーロッパ特許第０４６０１８０号明細書からすでに、ワイパ装置をウィンドウガラスの湿り具合に依存して制御する装置が公知である。この装置は光電式のレインセンサを有しており、そのセンサ信号はウィンドウガラスに湿気が存在することに基づく成分（有効光成分）とレインセンサに達する周囲光に基づく成分（障害光成分）とを有することもあれば、単に周囲光に基づく成分（障害光成分）のみを有することもある。第１のインターバルでは有効光成分と障害光成分とから成るセンサ信号が第１の手段によりサンプリングされる。第２の手段は周囲光に基づく障害光成分のみが存在するセンサ信号を第２のインターバルでサンプリングする。第１の手段および第２の手段は例えばサンプルアンドホールド素子である。それぞれ第１のインターバルおよび第２のインターバル中にサンプリングされた信号は差動増幅器で相互に線形に減算され、これによりセンサ信号の有効光成分に対応する出力信号が得られる。第１のインターバルおよび第２のインターバルは時間的に相互に密接している。ウィンドウガラスの湿り具合を検出する第１のインターバルのオーダは数μｓであり、周囲光を検出する第２のインターバルのオーダは数ｍｓである。
【０００３】
この場合の欠点はそれぞれ２つの信号を処理しなければならないことである。これにより有効光成分の分解能に負荷がかかる。例えばセンサ信号をマイクロコントローラで評価すると以下で説明する通り、やはりアナログの減算器と関連して、レインセンサにおける所定の前提条件のもとで周囲光例えば太陽が沈む場合に、周知のようにセンサ信号の障害光成分が有効光成分よりもきわめて大きくなってしまう。この例では障害光成分は有効光成分よりも係数１０以上大きい。８Bitのマイクロコントローラではこのような光の比ではセンサ信号を最大に増幅したとしても有効光成分に対して約２５Bitしか獲得できない。基本的には検出可能な最小のセンサ信号の変化は１Bitであり、したがってこの場合には検出可能な有効光信号の相対変化は４％に相応する。しかし車両の製造者の設定後に、ウィンドウガラスの湿り具合に対して適合調整された車両のドライバーの所望に相応するワイパ動作を得るためには、１％よりも小さい信号の相対変化を検出しなければならない。すなわちレインセンサの信号ダイナミクスは１％以上でなければならない。
【０００４】
更なる欠点は、センサ信号の有効光成分は時間的に正確に、第２のインターバルが経過してからしかウィンドウワイパの制御に関して評価できない点である。有効光信号のダイナミックな評価ないし連続的な評価を比較的長い第１のインターバル中にリアルタイムで評価することは不可能である。
【０００５】
さらにドイツ連邦共和国特許出願公開第４２１７３９０号明細書から、光電式のレインセンサを有するウィンドウワイパ装置の制御装置が公知である。この装置は周囲光成分をセンサ信号から分離し、送信機は２ＫＨｚ以上の領域の周波数で変調される。周囲光により形成された直流成分を有する交流信号の形で検出されたセンサ信号は周知の回路、例えば位相選択整流器を用いて有効光成分と障害光成分とに分離される。
【０００６】
さらに周囲光の別の障害効果、すなわち例えばレインセンサのビーム受信機の非線形の特性曲線の発生、および種々の周囲光特性における有効光信号の非線形性の発生が遮断される。このためにビーム受信機の作業抵抗で降下する電圧が検出され、第１の演算増幅器で補正量として調製され、この補正量が有効光信号とともに第２の演算増幅器へ供給される。第２の演算増幅器は周囲光に起因するセンサ信号の変化を補正量を入力することにより消去し、補正量によって線形化された有効光信号を送出する。この信号は車両のウィンドウワイパ装置を制御するための制御段へ供給される。
【０００７】
この場合の欠点は、ビーム受信機により生じるセンサ信号の非線形性しか排除されないことである。同様に存在する増幅器の非線形の特性曲線はここでは考慮されない。
【０００８】
更なる欠点は、センサ信号が直接に発生時にレインセンサで線形化されるのではなく、電流電圧変換器、位相選択整流器、および増幅器において更なる処理をしてはじめて線形化されることである。そのためセンサ信号は外部光成分とともに増幅されてしまう。このことは上述のようにセンサ信号の有効光成分の分解能の劣化につながる。
【０００９】
本発明の利点
独立請求項に記載の特徴を有する本発明の装置は、第１のインターバルでレインセンサの光学的な受信機により周囲光のみを検出し、この周囲光に相応する障害光信号を求めることのできる利点を有する。これにより制御回路は障害光信号に依存して受信機の電流回路内で周囲光を補償するための補償手段を制御する。第１のインターバルに続く第２のインターバルでは受信機により送信機ビームおよび周囲光が検出され、直接にほぼ送信機ビームにのみ相応する有効光信号が求められる。
【００１０】
この場合に有利には、周囲光がウィンドウワイパ装置の制御に対して有する影響は第１のインターバルでほぼ消去され、制御回路により制御回路内で制御されるので、時間的に連続してセンサ信号が検出される際に（すなわち第１の増幅、例えば固定の増幅度係数でのプレ増幅が行われる前に）装置例えばウィンドウワイパ装置の制御に関連する第２のインターバルでは検出されず、したがって装置を制御するための評価回路ではもはや考慮する必要はない。
【００１１】
さらに別の利点として、増幅器装置の入力側が周囲光によりオーバードライブされないことが挙げられる。なぜなら増幅度係数の調整時に検出可能な最大の送信機ビームを考慮して第１のインターバルにおいて周囲光が制御され、第２のインターバルでは周囲光が消去されるので、最大の送信機ビームが入力側をオーバードライブしないからである。
【００１２】
そのため主として受信機および第１の増幅器装置を有する入力回路の動作点が第２のインターバル中に障害光成分に無関係でありかつ一定である。そうでない場合には障害光成分の変化は非線形の特性曲線により、実際には有効光成分が一定であるにもかかわらず検出された有効光成分を変化させ、有効光の検出にエラーを生じさせてしまう。このことは場合によってはワイパのトリガエラーを引き起こしかねない。本発明の装置によればこうした周囲光の動作点への影響は消去される。
【００１３】
有効光成分によって生じる動作点のシフトは重大なものではない。なぜなら有効光成分の変化は例えばウィンドウガラス上の水滴の発生に起因しており、通常は動作点のシフトによって生じる有効光信号の変化分よりも大きいからである。
【００１４】
装置の動作点が評価回路内に配置された別の増幅器で調整される場合にも、この動作点の調整は同様に障害光成分に依存せずに行われる。
【００１５】
別の利点は制御回路においてセンサ信号の障害光成分が第１のインターバル中に持続的にリアルタイムで制御され、これにより直接かつ迅速に障害光の変化に応答できることに基づいている。例えばトンネル走行時にはウィンドウワイパのワイパ動作は所望される場合以外にはトリガされない。
【００１６】
有利には同様にマイクロコントローラが評価回路で使用され、有効光信号を第２のインターバル中に評価するために障害光成分の抑圧による負荷がかからない。したがってマイクロコントローラには僅かな電力データのみでアクセスすることができるので、コスト上有利である。
【００１７】
別の利点として、第２のインターバル中に有効光信号が評価装置内で持続的かつ時間的に正確にリアルタイムで評価される。
【００１８】
従属請求項に記載された手段により、独立請求項に記載された特徴の有利な実施形態および改善形態が得られる。特に有利には、制御回路が障害光信号を所定の小さな目標値、例えば値０へ下方調整する。このため周囲光成分は第２のインターバルでは最小化されている。
【００１９】
特に有利にはこの実施例では、受信機の電流回路に配置されたセンサ信号の増幅器装置および補償手段に関して２つの可能な実施形態がある。補償手段が制御された電流源として実現されている場合、増幅器装置は電流制御入力側を有する。これは電流源が周囲光から形成された障害電流を収容して増幅器装置への障害電流による影響を阻止するためである。
【００２０】
ただし補償手段が制御可能な抵抗として実現されている場合には、増幅器装置は電圧制御入力側を有する。この抵抗で障害電流から形成され増幅器装置へ供給される測定すべき障害電圧が降下する。周囲光成分が上昇する場合、すなわち障害電流および障害電圧が増大する場合には、抵抗は反比例して低下する。この抵抗は例えば制御可能なＭＯＳＦＥＴにより実現される。
【００２１】
さらに障害光信号を形成する第１の手段、および有効光信号を形成する第２の手段は例えばサンプルアンドホールド素子として実現されている。これは特に評価装置に対して第２の手段により同様に第１のインターバルで評価のための連続的な信号が調製される利点を有する。
【００２２】
別の利点として、本発明の装置は容易に集積回路ＡＳＩＣに構成できることが挙げられる。
【００２３】
図面
本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。図１にはこの実施例による本発明の装置の概略的なブロック回路図が示されている。
【００２４】
実施例の説明
図１には本発明の方法のブロック図が示されている。ここでは光電式のレインセンサが示されており、このセンサの送信機１０は送信機ビーム１２をウィンドウガラス１４に入力結合する。ウィンドウガラス１４は例えば車両のフロントウィンドウであり、図示されていないウィンドウワイパにより拭き取られ、ワイパの拭き取り領域内にレインセンサが配置されている。送信機ビーム１２はウィンドウガラス１４内で所定の領域へ案内され、ビーム２０が出力されてレインセンサの受信機１６へ達する。出力されたビーム２０は送信機ビーム１２の成分の他に周囲光１８の成分も含んでおり、この周囲光成分は例えば太陽光または車両の外部ないし内部の他の光源から発生した光である。
【００２５】
受信機１６は例えばフォトダイオードＬＲＤまたはＬＥＤであり、検出されたビーム２０に依存して受信機電流２４を発生させる。
【００２６】
受信機１６は一方ではアースに接続されており、他方では補償手段３０を介してバッテリ電圧Ｕｂまたは車両の搭載電源に接続されている。したがって補償手段３０は受信機電流回路内に配置されており、例えば制御された電流源または制御可能な抵抗（特に制御可能なＭＯＳＦＥＴ）を有している。
【００２７】
レインセンサのセンサ信号２２は受信機１６と補償手段３０との間で取り出される。このセンサ信号２２は電圧信号であってもよいし、また電流信号であってもよい。この信号は増幅器装置２６の電圧制御入力側または電流制御入力側へ供給される。
【００２８】
増幅器装置２６は少なくとも１つの第１のプレ増幅器を有しており、このプレ増幅器はセンサ信号２２を一定の係数だけ増幅する。この増幅器装置２６内で増幅されたセンサ信号２２．１、２２．２は交互に補償手段３０を制御する制御回路に供給されるか、またはワイパ動作に関してセンサ信号２２．２を評価する評価回路に供給される。
【００２９】
制御回路は第１のスイッチ４０を有している。第１のスイッチ４０が閉成されると、センサ信号２２．１は第１のコンデンサ４２を充電する。ここで取り出された電圧は障害光信号４４に相応し、実際値または制御回路の制御量として比較器４６へ供給される。比較器４６には第２の入力側を介して目標値４８がガイド量として設定される。比較器４６で求められた差信号５２は制御差として制御回路５０へ供給され、この制御回路は差信号５２に依存して調整量５４を補償手段３０へ送出する。
【００３０】
評価回路は制御回路と同様に第２のスイッチ６０および第２のコンデンサ６２を有している。このようにして求められた有効光信号６４は別の増幅器６６を介して評価装置７０へ供給され、この評価装置は再び有効光信号６４をワイパモータ８０の駆動に関して評価する。
【００３１】
以下に第１の手段および第２の手段を説明する。これらの手段は例えばサンプルアンドホールド素子の機能を有しており、主として第１のスイッチ４０および第１のコンデンサ４２、第２のスイッチ６０および第２のコンデンサ６２、および有利にはそれぞれ増幅器装置２６を有している。
【００３２】
評価装置７０は通常の場合マイクロコントローラにより実現されているが、類似の回路を有していてもよい。
【００３３】
本発明の装置の機能を図１に即して以下に詳細に説明する。この場合センサ信号２２は電圧信号であり、増幅器装置２６の電圧制御入力側に印加される。補償手段３０は制御可能なＭＯＳＦＥＴにより実現されている。
【００３４】
レインセンサの送信機ビーム１２を用いてウィンドウガラス１４の湿分ないし水分による湿り具合が受信機１６に到達した成分によって検出される。したがって受信機１６によって検出されたビーム２０全体のうちの前述の成分をいわゆる有効光成分と称する。ただし光電式のレインセンサの機能方式に基づいて同様に周囲光１８が外部からウィンドウガラス１４へ入射し、そこから受信機１６へ達することもある。この周囲光１８は送信機ビーム１２に重畳されているため、ウィンドウガラスの湿り具合の検出に障害的な影響を有しており、以下では周囲光１８に起因するビーム２０の成分を障害光成分と称する。
【００３５】
本発明の装置によれば、回路の入力側すなわち受信機１６、増幅器装置２６において有効光成分をビーム２０の障害光成分なしに検出することができる。このために送信機１０はクロック制御により、この送信機が第１のインターバルでスイッチオフされ、第２のインターバルでスイッチオンされるように駆動される。これに同期して同様にスイッチ４０、６０が切り換えられる。それぞれのインターバルの長さはミリ秒のオーダであり、例えば第１のインターバルは５ｍｓ、第２のインターバルは１ｍｓである。
【００３６】
第１のインターバル中には以下のように動作する。受信機１６によって検出されたビーム２０は周囲光１８のみに起因する成分を含む。ビーム２０の強度に依存して受信機１６は電流２４を形成する。受信機電流２４はＭＯＳＦＥＴ３０の抵抗で電圧降下を生じさせ、この電圧降下がセンサ信号２２として増幅器装置２６内で増幅される。
【００３７】
第１のインターバル中に第１のスイッチ４０は閉成され、第２のスイッチ６０は開放される。これにより増幅されたセンサ信号２２．１は第１のコンデンサ４２を充電する。第１の手段４０、４２は続いて障害光信号４４を形成し、この障害光信号は受信機１６によって検出された周囲光１８を再現している。比較器４６で予め設定される目標値４８には理論的には値０が割り当てられている。ただしこれは実現が困難であるため、目標値４８はほぼ０に設定される。障害光信号４４は通常の場合０よりも大きい。周知のように制御回路の比較器４６は目標値４８と障害光信号４４との差を形成し、制御回路５０はＭＯＳＦＥＴ３０の抵抗をこのインターバル中に制御して、特にセンサ信号２２が低減されるようにする。その際にコンデンサ４２はセンサ信号２２．１により放電され、障害光信号４４がほぼ０となるまで放電される。
【００３８】
第１のインターバルで制御されたＭＯＳＦＥＴ３０の抵抗値は第２のインターバルでもそのまま維持される。
【００３９】
第２のインターバル中には第１のスイッチ４０は開放され、第２のスイッチ６０は閉成される。制御回路は続いて遮断され、補償手段３０の更なる制御は第２のインターバル中には行われない。第２のインターバル中に周囲光１８に加えてウィンドウガラスの湿分によって変化する送信機ビーム１２の成分が受信機１６により検出されるが、補償手段３０が周囲光１８のセンサ信号２２への影響を補償しているので、センサ信号２２は送信機ビーム１２によるビーム２０の有効成分しか含んでいない。センサ信号２２は制御回路の第１の手段４０、４２と同様に評価回路において第２の手段６０、６２により有効光信号６４となるように処理される。有効光信号６４は続いて別の増幅器６６で増幅され、この増幅器において例えば同様に所定の動作点が調整される。評価回路７０では例えば印加されるスイッチオン閾値とスイッチオフ閾値とが比較され、これによりこれらの閾値が上方超過されるかまたは下方超過された場合にワイパ動作、例えば連続ワイパ動作がスイッチオンまたはスイッチオフされる。
【００４０】
ここから第１のインターバルおよび第２のインターバルが相互に交換できないことがわかる。なぜなら送信機１０はまずスイッチオンされ、続いてスイッチオフされるからである。
【００４１】
有利な実施例では送信機のスイッチオン時間は小さく、例えば１ｍｓのオーダである。この場合短い第２のインターバル中に第２の手段６０、６２としてのサンプルアンドホールド素子によりセンサ信号２２．２を介して第２のコンデンサ６２が充電され、有効光信号６４が求められる。この信号は続いて第２のスイッチ６０が開放されるとコンデンサ６２に一時的に蓄積され、評価回路７０で処理される。第２のスイッチ６０が次に閉成される際にはコンデンサ６２はセンサ信号２２．２を介して充電または放電される。
【００４２】
このことは通常発光ダイオードＬＥＤとして実現されている送信機１０が僅かに給電されればよく、したがって送信機１０では比較的僅かな損失電力しか降下しない利点を有する。
【００４３】
第２のインターバルの持続時間が比較的長い場合には、有効光信号６４の連続的な値をコンデンサ６２で求め、評価装置７０により評価することができる。これは第２のスイッチ６０が第２のインターバル中に閉成されると第２のコンデンサ６２がセンサ信号２２．２を介して充電され、再び放電されるためである。その結果このようにしてダイナミックな評価を実現することができる。
【００４４】
ただし、どれくらいのインターバル持続時間が実際に実現されるかは、本発明の装置に個々に設定される要求に依存する。
【００４５】
冒頭に言及したように、補償手段３０は前述した実施形態に代えて制御回路５０によって制御される電流源を含むことができる。この電流源は周囲光１８によって発生した電流２４を収容し、補償する。この場合にはセンサ信号２２は増幅器装置２６の電流制御入力側に供給される電流信号である。ただし本発明の装置の上述の機能はこの構成によっても変化しない。
【００４６】
この実施例と等価の実施形態では、受信機１６と補償手段３０とが反転した直列の形で受信機電流回路内に配置されている。このため補償手段３０はバッテリ電圧Ｕｂまたは＋極に接続されるのではなく、アースに接続される。補償手段３０として例えば制御可能な抵抗、または制御可能な電流シンクを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の装置の概略的なブロック回路図である。

Claims (8)

1. 湿気を有するウィンドウガラス（１４）の湿り具合を検出し、該湿り具合に基づいて車両のウィンドウワイパ装置を制御するために、
   クロック制御される送信機（１０）により、第１のインターバルでは送信機ビーム（１２）の送信が遮断され、また、第２のインターバルでは送信機ビームがウィンドウガラス（１４）を介して受信機（１６）へ送信されそこで受信され、
   当該の受信機（１６）により第１のインターバルでは周囲光のビーム強度が検出されて該ビーム強度を表す第１のセンサ信号（２２．１）が送出され、第２のインターバルでは受信された送信機ビームのビーム強度が検出されて該ビーム強度を表す第２のセンサ信号（２２．２）が送出される形式のレインセンサを駆動する装置であって、
   受信機に後置接続された増幅器装置（２６）により第１のセンサ信号（２２．１）または第２のセンサ信号（２２．２）が増幅され、
   該増幅器装置の後方に、第１のセンサ信号（２２．１）から障害光信号（４４）を求める第１のスイッチ（４０）および第１のコンデンサ（４２）と、第２のセンサ信号（２２．２）から有効光信号（６４）を求める第２のスイッチ（６０）および第２のコンデンサ（６２）とが並列に接続されており、
   第１のスイッチ（４０）の後方に比較器（４６）および制御回路（５０）を介して補償手段（３０）が接続され、該補償手段が再び増幅器装置の入力側に接続されており、また第２のスイッチ（６０）の後方に増幅器（６６）および評価装置（７０）を介してワイパモータ（８０）が接続されている、
   レインセンサを駆動する装置において、
   第１のインターバルでは第１のスイッチ（４０）が閉成されかつ第２のスイッチ（６０）が開放され、比較器（４６）および制御回路（５０）により障害光信号（４４）と予め設定された目標値との差に基づいて補償手段（３０）が制御され、
   第２のインターバルでは第１のスイッチ（４０）が開放されかつ第２のスイッチ（６０）が閉成され、補償手段（３０）により障害光の成分の補償された有効光信号（６４）が評価装置（７０）へ供給される
   ことを特徴とするレインセンサを駆動する装置。
2. 前記目標値（４８）はほぼ０Ｖのレベルを有する、請求項１記載の装置。
3. 前記補償手段（３０）は制御された電流源または制御された電流シンクである、請求項１記載の装置。
4. 前記補償手段（３０）は制御可能な抵抗である、請求項１記載の装置。
5. 前記増幅器装置（２６）は前記第１のスイッチ（４０）および第１のコンデンサ（４２）とともにまたは前記第２のスイッチ（６０）および第２のコンデンサ（６２）とともにサンプルアンドホールド素子を形成している、請求項１記載の装置。
6. 第１のインターバルにわたって連続的に障害光信号（４４）が前記制御回路（５０）へ供給され、第２のインターバルにわたって連続的に有効光信号（６４）が前記評価装置（７０）へ供給される、請求項１記載の装置。
7. 第１のインターバルの持続時間は５ｍｓであり、第２のインターバルの持続時間は１ｍｓである、請求項１記載の装置。
8. 湿気を有するウィンドウガラス（１４）の湿り具合を検出し、該湿り具合に基づいて車両のウィンドウワイパ装置を制御するために、
   クロック制御される送信機（１０）により、第１のインターバルでは送信機ビーム（１２）の送信が遮断され、また、第２のインターバルでは送信機ビームがウィンドウガラス（１４）を介して受信機（１６）へ送信されそこで受信され、
   当該の受信機（１６）により第１のインターバルでは周囲光のビーム強度が検出されて該ビーム強度を表す第１のセンサ信号（２２．１）が送出され、第２のインターバルでは受信された送信機ビームのビーム強度が検出されて該ビーム強度を表す第２のセンサ信号（２２．２）が送出される形式のレインセンサを駆動する方法であって、
   受信機に後置接続された増幅器装置（２６）により第１のセンサ信号（２２．１）または第２のセンサ信号（２２．２）が増幅され、
   該増幅器装置の後方に、第１のセンサ信号（２２．１）から障害光信号（４４）を求める第１のスイッチ（４０）および第１のコンデンサ（４２）と、第２のセンサ信号（２２．２）から有効光信号（６４）を求める第２のスイッチ（６０）および第２のコンデンサ（６２）とが並列に接続されており、
   第１のスイッチ（４０）の後方に比較器（４６）および制御回路（５０）を介して補償手段（３０）が接続され、該補償手段が再び増幅器装置の入力側に接続されており、また第２のスイッチ（６０）の後方に増幅器（６６）および評価装置（７０）を介してワイパモータ（８０）が接続されている、
   レインセンサを駆動する方法において、
   第１のインターバルでは第１のスイッチ（４０）を閉成しかつ第２のスイッチ（６０）を開放し、比較器（４６）および制御回路（５０）により障害光信号（４４）と予め設定された目標値との差に基づいて補償手段（３０）を制御し、
   第２のインターバルでは第１のスイッチ（４０）を開放しかつ第２のスイッチ（６０）を閉成し、補償手段（３０）により障害光の成分の補償された有効光信号（６４）を評価装置（７０）へ供給する
   ことを特徴とするレインセンサを駆動する方法。

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