KR100367193B1 - 윈도우서리제거장치를자동작동시키기위한장치및방법 - Google Patents

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Abstract

윈도우(10)의 바깥면 상의 강우에 대해서는 본질적으로 감도 없이 자동차 윈도우(10)의 내부면 상에 응축된 습기를 감지하기 위한 방법 및 장치. 상기 방법은 두 개의 전극들(12, 13)간의 임피던스(주로 용량성)에 미치는 습기의 영향을 감지하는데 기초를 둔다. 감지 전극들(12, 13)이 내부면상에 인쇄된 저항성 히터망 (20)과 집적될 수 있고 그것을 자동적으로 활성화시킬 수 있는 후방 윈도우(10)에 특히 사용되기 쉽다. 유사하게 전기적 또는 열기 제거기들의 동작을 자동화할 수 있는 전방 윈도우(10)에 사용될 수도 있다.

Description

윈도우 서리 제거 장치를 자동 작동시키기 위한 장치 및 방법
자동차의 윈드실드 습기 센서들은 윈드실드 와이퍼들의 동작을 자동화하기 위해 도입되어져 왔다. 습기 센서의 그러한 형태 중 하나는 앞유리-공기 계면에서 반사되는 광빔의 전체 내부 반사에의 변화들을 감지함으로써 빗방울의 전기광학적 검출에 기초를 둔다. 이러한 형태의 전형적인 습기 센서는 미국 특허 제 4,859,867호에서 기술된다.
윈드실드 표면상의 습기를 감지하는 다른 방법은 윈드실드 상에 증착된 한 세트의 전도성 전극들 사이의 전기용량에 영향을 미치기 때문에 물의 상대적으로 큰 유전상수(∼80)에 의존한다. 이러한 방법에 기초하는 습기 센서들은 윈드실드와 함께 적층되고 광 습기 센서들보다 어쩌면 가격이 비싸지는 않지만 뛰어나지는 못하다. 그러한 두 개의 습기 센서들은 미국 특허 제4,805,070호 및 제 4,831,493 호에 기술되며, 전극들은 윈드실드의 바깥 표면상에 코팅되며, 와이퍼 동작 및 공중 입자들의 결합 효과에 의한 마모에 노출되게 된다.
이러한 약점을 극복하기 위한 시도에서 전도성 전극들이 윈드실드의 유리 적층물 사이에 증착되는 것이 제안되었다. 이러한 형태의 전형적인 습기 센서들은 미국 특허 제3,826,979호, 제4,703,237호, 제4,827,198호, 제4,613,802호 및 제 4,554,493호에서 기술된다. 그러나, 작은 물방울로부터 감지 전극들을 분리시키는 유전 유리층은 유리내 기계적인 응력 및 온도 효과들에서 초래되는 기생 신호들에 비하여 아주 작은 정도로 습기 신호를 감소시킨다. 이들 기생 신호들이 일정하다면, 그들은 일정한 오프셋 센서 출력 오류로 귀착된다. 유리의 유전상수가 온도 의존성, 예를 들면 여러 가지 오프셋 오류로 귀결되기 때문에, 기생 효과들은 가능한 많이 억제되어야 한다.
종래 기술의 용량성 습기 센서들의 그 외의 결점은 윈드실드의 양면 상에 있는 습기에 민감하다, 즉, 그들이 윈드실드의 외부 표면상의 습기와 윈드실드의 내부 표면상의 습기를 구별하지 못하는 것이다.
종래 기술의 용량성 윈드실드 습기 감지가 윈드실드의 바깥표면상에 습기를 감지할 수 있는 해결책을 제공하지 못했다는 사실은 아마도 윈도우 히터들 및 열기 제거기의 동작을 자동화하기 위하여 자동차 윈도우들의 내부 표면상의 습기를 감지하는 것과 같은 다른 응용들에 대해서 조차 고려되지 않는 이유들 중 하나이다. 이러한 응용에서 센서는 윈드실드 마모로부터 안전하며, 그것의 감도는 윈도우층들 사이에 전극들을 매몰시킴으로써 손상되어서는 안 될 것이다.
본 발명은 자동차 윈도우 습기 센서들에 관한 것이고, 특히 자동차 윈도우들의 내부 표면상의 습기를 감지하고, 윈도우 히터들의 자동 활성화에 특히 적합한 습기 센서에 관한 것이다.
도 1은 전형적인 용량성 센서의 평면도.
도 2는 습기 센서 시스템의 전형적인 블록도.
도 3a는 습기 센서의 측면도.
도 3b는 실드층을 갖는 습기 센서의 측면도.
도 4는 적층 센서 및 히터를 도시한 도면.
본 발명의 목적은 자동차 윈도우의 내부 표면상의 습기를 감지하는데 적합한용량형 습기 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 윈도우 저항 히터망과 동일한 공정으로 동시에 적용 될 수 있는 용량형 습기 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 윈도우의 다른 감지되지 않는 제 2 면상의 습기의 존재에 반응을 나타내지 않는 윈도우 용량성 습기 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 윈도우 히터들 또는 물방울 제거기들을 자동적으로 활성화시키기 위한 용량성 습기 센서를 제공하는 것이다.
본 발명은 실질적으로 윈도우의 바깥면상의 강수에 반응을 나타내지 않는 윈도우의 내면 상에 감지 전극들을 갖는 자동차의 윈도우-습기 용량성 센서를 제공한다. 상기 센서는 후방 윈도우들에 사용하고자 한다. 감지 전극들은 윈도우 히터망과 통합될 수 있으며, 제어 회로를 통하여 윈도우 히터망을 자동적으로 활성화할 수 있다.
본 발명의 내부 표면 습기 센서는 전방 윈드실드들과 같은 다른 윈도우들에도 역시 적용될 수 있으며, 열기 또는 전기적 히팅으로 물방울 제거를 자동화할 수 있다.
본 발명의 센서는 습기가 탐지될 윈도우 표면에 적용된다. 그러므로, 센서가 윈도우의 표면상에 노출되기 때문에 종래 기술의 센서들에서와 같은 감도 문제가 없고, 그 습기 신호 레벨은 매몰된 전극 케이스 내에서 보다 크기가 대략 더 크다. 그러므로, 유리 유전체를 통한 가변 시간, 가변 온도, 응력 의존 기생 결합이 중요하지 않다. 더욱이, 높은 신호 레벨들 때문에, 기생 용량의 문제가 없고, 차동-입력 전자 기술 또는 실딩(shielding)과 같은 다른 예방 조치가 필요하지 않다. 전하 증폭기(17)는 대략 윈도우의 에지상 근처에 알맞게 위치되어야 하며, 그것은 실질적으로 운전자 시야를 전혀 흐리지 않게 제공되며, 신호 처리 전자학의 나머지는 동일한 작은 모듈 내에 위치될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전형적인 습기 센서의 개략적 평면도를 도시한다. 습기 센서는 두 개의 전극들(12 및 13)을 포함한다. 전극(12)은 여기원(대표적으로는 오실레이터 또는 교류 전압원)(15)에 의해 전형적인 주파수 10kHz로 여기된다. 전극들은 윈도우(10)상에 코팅된다. 전극들은 진공 증착된 박막, 실크-스크린 인쇄된 후막 등과 같은 전도성 물질로 만들어질 수 있다. 전극(13), 신호 전극은 전극들의 기하학과 그들 주위의 매체에 의해 결정된 바와 같은 용량성 유도 전류를 모으며, 상기 매체는 유리창(10), 공기, 및 아마도 습기층을 포함한다.
도 2는 습기 센서 시스템의 전형적인 블록도를 도시한다. 여기원(15)은 두 개의 상보 교류 전압들(Q 및 Q')을 발생시킨다. 전압(Q)은 여기 전극(12)에 인가되고, 전압(Q')은 고정 캐패시터(16)에 인가되는데, 그것의 값은 "건조" 조건에서 전극들(12 및 13) 사이의 전기용량(Csensor)과 명목상 동일하다. 전극들이 젖어있을 때, 전기용량(Csensor)은 물의 유전 특성으로 인하여 증가한다. 실제로, 물은 오물, 소금 스프레이 등 때문에 순수하지 않으며, 전극들 사이의 임피던스는 여기 전압의 직류(DC) 성분과 결합된 저항 요소를 포함하여 증폭기에 과부하를 걸 수 있다. 이러한 이유 때문에 전극(13)은 결합 캐패시터(14)를 통하여 증폭기 입력에 연결된다. 캐패시터(16)가 Csensor와 명목상 동일하기 때문에, 증폭기 출력 전압 뿐만아니라 전하 증폭기(17)의 가상 접지 입력으로 흐르는 순전류가 제로(0)이다. 실제로, 제조 허용 오차(tolerance)로 인하여, 건식 조건에서 조차도 약간의 일정 출력 신호가 있을 수 있다. 이러한 일정 출력 신호는 제조 동안 보정에 의해 제거될 수 있다.
습기 센서를 조절하는 나머지 신호는 다음과 같다:
복조기(18)가 전하 증폭기(17)의 교류 출력 신호를 저역 통과 필터(19)에 의해 직류(DC) 전압으로 변환되고 평활된 단극 전압으로 변환한다. 복조기의 동작은 종래와 같으며 여기원(15)에 동기적으로 -1에서 +1로 그것의 이득을 스위칭하는 것에 바탕을 둔다. 습기층의 두께에 의존하는 저역 통과 필터(19)의 출력은 프리셋 문턱 전압과 비교기(20)에 의해 비교되어 논리 레벨 출력을 발생한다. 논리 레벨 출력이 윈도우 히터 또는 서리 제거 장치 시스템에 커맨드 신호로서 작용한다. 안정한 변환을 보증하기 위하여 비교기(20)는 가급적이면 히스테리시스(hysteresis)의 특정량을 포함한다. 센서 시스템도 역시 아래 설명되는 목적과 같이 타이머(21)를 포함한다.
이론상으로, 도 1에서 보이는 바와 같은 센서는 윈도우의 제 2 면(외부면)상의 빗방울이 활성 측면(차량 내부)상의 습기 뿐만아니라 센서 전기용량에도 영향을 미치기 때문에 유리창(10)의 양면상의 습기에 민감하다. 그러한 감도는 바람직하지 못하며, 그것을 아주 작게 제어하기 위한 방법이 있음을 알아냈다. 이것은 전극들(12 및 13) 사이의 횡간격(d)이 윈도우의 내부측면상의 습기에 대한 바람직한 감도 및 외부측면상의 물에 대한 바람직하지 않은 감도 모두에 영향을 미치는 사실에 근거한다. 윈도우 내부측면상의 습기에 대한 감도는 전극들 사이의 전계 강도에 비례하며, 즉, 도 3a의 단면도에서 도시되는 바와 같이 1/d에 대략적으로 비례한다. 윈도우의 외부측면상의 습기에 대한 감도는 전극들로부터 소정의 거리(D)에서 주변 전계선들에 의존하며 대략적으로 d/D에 비례한다. 더욱이 이들 역선의 밀도는 (유전성) 유리의 분로 효과(shunting effect)에 의해서 감소된다. 그러므로 두 개의 감도들의 비율은 D/d2에 비례하며, 즉, 간격(d)의 제곱에 반비례한다. 이러한 비율은 D=5㎜ 및 d=1㎜의 경우 약 1/20이라는 것을 알아냈다. 상기 전극들의 폭은 윈도우의 감지되지 않은 표면상 습기에 대한 감도를 결정하는데 상대적으로 중요하지 않다.
도 3b에 도시된 또 다른 변형에 있어서, 실드 전극(51)은 윈도우의 비감지된 표면(50)상의 습기에 완전히 반응을 나타내지 않기 위하여 적층된 자동차 윈도우샌드위치 유리(510)의 내부 적층물층(52) 표면 위에 결합된다.
도 4는 패턴된 히터 요소(200)와 두 개의 센서 전극들(12 및 13)을 포함하는 전형적인 통합 히터망 및 센서를 도시한다. 두 개의 센서 전극들은 인접한 히터 라인들에 평행하며, 인접한 히터 라인들로부터의 거리가 동일하다. 이것에 대한 이유는 윈도우의 내부측면 상에 습기가 존재하면, 히터는 우선 히터 라인들 근처의 습기를 증발시키고, 건조되지 않은 영역들은 히터 라인들 사이에서 평행선 형태로 존재한다는 것이다. 감지 전극들이 이러한 영역 내에 위치된다면, 그들은 증발이 완료될 때까지 남아있는 습기의 존재를 감지할 것이다. 완전한 증발을 보증하기 위해서, 히터는 비교기(20)가 낮은 상태로 스위치한 후에 소정 시간 동안 켜져 있는 것이 바람직하다. 상기 낮은 상태는 습기가 존재하지 않음을 가리킨다. 이것은 타이머(21)에 의해서 달성되는데, 상기 타이머(21)는 비교기(20)가 낮은 상태로 변환됨으로써 동작된다. 논리합(OR) 게이트(22)로 비교기와 타이머 출력들을 결합하는 것은 완전한 건조를 보증하는 여분의 지속 시간을 가열 커맨드에 제공한다. 여분의 지속 시간은 타이머(20)의 종료에 의해 제공된 시간 지연이며, 히터 턴오프 지연을 제공한다.
전극들의 개수 뿐만아니라 그들의 기하학적 본 발명의 범위 내에서 변화될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
더욱이, 본 발명의 윈도우 내부표면 습기 센서는 완전한 습기 감지 시스템을 제공하기 위하여 다른 습기 센서들과 결합될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 내부 표면 습기 센서는 또한 전술한 광 습기 센서들과 같은 종래 기술의 습기 센서들과결합하여 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 센서 전자 기술(sensor electronics)은 다양한 응용들에 적합하도록 필요에 따라 변경될 수 있다.
본 발명은 제한된 수의 실시예에 대해서 서술하고 있지만, 본 발명의 많은 변형들, 변경들, 및 다른 응용들이 이루어질 수 있음을 인식하여야 할 것이다.
본 발명은 자동차 윈도우에 이용 가능하다.

Claims (11)

  1. 윈도우 내면 상의 응축 습기에 반응하여 윈도우 서리 제거 장치를 자동 작동 시키기 위한 장치에 있어서,
    (a) 용량성 직결합되도록 윈도우 내면 상에 배치되는 적어도 하나의 여기 전극과 적어도 하나의 감지 전극;
    (b) 상기 여기 전극에 가변 전압을 공급하기 위한 여기원; 및
    (c) 상기 여기 전극과 상기 감지 전극간의 용량성 결합이 윈도우 내면 상의 응축 습기의 존재를 나타내는 주어진 임계값을 초과할 때 작동 신호를 발생시키기 위해 상기 감지 전극 안에서 발생되는 용량성 유도 신호에 반응하고 상기 감지 전극에 전기적으로 접속된 전자 회로를 포함하는, 윈도우 서리 제거 장치를 자동 작동시키기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 여기 전극과 상기 감지 전극은 한 쌍의 긴 평행 전극으로서 제공되는, 윈도우 서리 제거 장치를 자동 작동시키기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 윈도우는 두께 D를 가지고, 상기 여기 전극과 상기 감지 전극은 최소 간극 d만큼 떨어져 있으며, d는 불과 D/5일뿐인, 윈도우 서리 제거 장치를 자동 작동시키기 위한 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전자 회로는 상기 용량성 결합이 상기 주어진 임계 값 이하로 된 후 소정 시간 동안 상기 작동 신호를 유지하도록 형성된 타이머를 포함하는, 윈도우 서리 제거 장치를 자동 작동시키기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 윈도우는 내부 적층을 갖는 샌드위치 유리로서 제공되며, 상기 내부 적층의 표면상에 배치된 전기 전도성 실드층을 더 포함하는, 윈도우 서리 제거 장치를 자동 작동시키기 위한 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    윈도우의 내면에 붙인 패턴된 전열선을 더 포함하며,
    상기 여기 전극과 상기 감지 전극은 상기 전열선의 인접선들로부터 간격을 두고 평행하게 위치된 긴 평행 전극들로서 제공되는, 윈도우 서리 제거 장치를 자동 작동시키기 위한 장치.
  7. 윈도우 내면 상의 응축 습기에 반응하여 윈도우 서리 제거 장치를 자동 작동 시키기 위한 방법에 있어서,
    (a) 용량성 직결합되도록 윈도우 내면 상에 배치되는 여기 전극과 감지 전극을 제공하는 단계;
    (b) 상기 여기 전극에 가변 전압을 공급하는 단계;
    (c) 상기 여기 전극과 상기 감지 전극간의 용량성 결합이 윈도우 내면 상의응축 습기의 존재를 나타내는 주어진 임계값을 초과할 때를 탐지하기 위해 상기 감지 전극 안에서 발생되는 용량성 유도 신호를 처리하는 단계; 및
    (d) 상기 임계값이 초과될 때 서리 제거 장치를 작동시키는 단계를 포함하는, 윈도우 서리 제거 장치를 자동 작동시키기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 여기 전극과 상기 감지 전극은 한 쌍의 긴 평행 전극으로서 제공되는, 윈도우 서리 제거 장치를 자동 작동시키기 위한 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 윈도우는 두께 D를 가지고, 상기 여기 전극과 상기 감지 전극은 최소 간극 d만큼 떨어져 있도록 배치되며, d는 불과 D/5일뿐인, 윈도우 서리 제거 장치를 자동 작동시키기 위한 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 작동 단계는 상기 용량성 결합이 상기 주어진 임계값 이하로 된 후 소정 시간 동안 계속되는, 윈도우 서리 제거 장치를 자동 작동시키기 위한 방법.
  11. 제 7 항에 있어서, 내부 적층을 갖는 샌드위치 유리로서 제공되는 윈도우에 적용되며, 상기 내부 적층의 표면상에 전기 전도성 실드층을 배치하는 단계를 더 포함하는, 윈도우 서리 제거 장치를 자동 작동시키기 위한 방법.
KR10-1998-0708144A 1996-03-29 1997-03-27 윈도우서리제거장치를자동작동시키기위한장치및방법 KR100367193B1 (ko)

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