KR19990076573A - 광학적센서용제어장치 - Google Patents
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Abstract
광학적 송신기(12, 32)를 가진 광학적 센서(10, 30, 50)용 제어장치(11, 31, 51)가 제안되고, 상기 제어장치는 광학적 송신기(12, 32), 바람직하게는 발광다이오드의 내구수명을 상승시켜서, 전자 구성소자들의 내구수명을 균형화하고, 그에 의해 광학적 센서(10, 30, 50)의 내구수명을 증진시키는 역할을 한다. 이는 송신기 출력이 센서(10, 30, 50)의 측정치(19, 39, 59)에 의존하여 전체 출력과 감소된 출력 사이에서 스위칭될수 있게 함으로써 달성된다.
Description
동력차량 유리창 와이퍼장치에 사용하기 위한 광학적 강우 센서의 제어장치가 이미 공지되어 있고(US 4,859,867), 상기 장치는 주위 광, 온도 및 기타 시스템변수에 대한 보정회로를 갖고 있다. 주변의 광을 보정하기 위해 강우 센서의 광학적 송신기는 고주파 펄스 작동된다. 수신기는 송신기의 고주파 출력광선을 검출하여 변조된 신호를 마이크로 콘트롤러에 공급하고, 그 마이크로 콘트롤러는 위장 신호(예로서, 주변광 등)의 직류성분으로부터 신호의 교류성분을 분리한다. 송신기, 이 경우에는 발광다이오드(LED)의 조종을 위해 현재 바람직한 주파수는 1000Hz이다. 바람직한 펄스폭은 15마이크로 초이다. 마이크로 콘트롤러에서 평가된 신호는 와이퍼모터를 제어한다. 이차적 효과로서 LED의 내구수명은 연속적으로 작동되는 것에 비하여 연장된다.
그러나, 이런 높은 펄스 주파수로서는 내구수명은 충분히 연장되지 못한다.
그러나, 내구수명의 연장이 충분히 커지도록 주파수를 줄이고 광학적 송신기의 통전시간을 그대로 유지하면 교류성분을 직류성분으로부터 분리하는 것이 더욱 어려워진다. 부가적으로, 상기한 경우에는 습기가 발생하였을 때 센서의 반응시간이 바람직하지 못하게 악영향을 받는다.
본 발명은 주청구항의 대개념에 의한 광학적 센서용 제어장치에 관한 것이다.
도 1은 송신기의 펄스동작시의 블록회로도.
도 2는 송신기의 펄스동작시 유리창이 습한 경우나 건조할 경우, 송신기에서 강하하는 전압의 상을 시간에 따라 도시한 다이어그램.
도 3은 감소된 출력과 전체 출력 사이에서 변환될 수 있는 송신기의 블록회로도.
도 4는 감소된 출력과 전체 출력 사이에서 변환될 수 있는 송신기의 경우, 유리창이 습하거나 건조할 때, 송신기에서 강하하는 전압의 상을 시간에 따라 도시한 다이어그램.
도 5는 유리창 와이퍼 제어장치에 있어 광학적 센서 제어장치의 변환을 위한 블록회로도.
청구범위 주항의 특징부의 특징을 가진 본 발명에 의한 제어장치는 강우 센서의 감도에는 악영향을 주는 일 없이 송신기 출력의 감소에 의해 송신기의 내구수명을 상승시킨다는 이점을 갖는다. 그래서, 송신기의 내구수명은 나머지 전자 구성소자들의 내구수명을 균등화시키고 전체 센서의 내구수명이 상승된다.
종속항에 기재된 대책에 의해 주항에 기재된 특징의 유리한 추가형태 및 개선형이 얻어진다.
본질적인 이점은 광학적 송신기의 제어장치는 습한 경우와 건조한 경우가 상이하다는 것이다. 건조시에 송신기는 감소된 출력(전력)으로 작동될 수 있고, 습한 경우에는 송신기는 전체 출력으로 작동된다.
부가적인 이점은 송신기 출력의 감소가 강우 센서의 펄스동작에 의해서도 얻어진다는데 있다.
이때 특히 유리한 점은 지속기간의 상한치가 인간 육안의 반응시간에 일치하여, 감지 가능한 지연이 없다는데 있다. 한편, 외부적 현상은 지속기간과 관련하여 고려될 필요가 없는데, 그 이유는 그것은 예로서, 비가 창문 위에 떨어지는 것은 명백히 반응시간 보다는 느리게 진행하기 때문이다.
부가적인 이점으로 볼 수 있는 것은 출력 감소도가 예로서, 낮 또는 밤과 같은 다른 변수에 의해 변동될 수 있기 때문에, 차량운전자의 상이한 요구에 따라 최적의 상태로 조절될 수 있다는 점이다.
펄스작동의 이점은 센서가 건조한 동안에도 그 감도를 유지하고 적은 습기도 바로 파악한다는 것이다.
송신기 출력의 감소화의 이점은 펄스동작이 아닌 경우에도, 센서가 지연 없이 확실히 습기를 파악한다는데 있다.
본 발명의 실시예는 도면에 도시되어있고 이하의 기재에서 상세히 설명된다.
도 1은 펄스식으로 작동되는 광학적 강우 센서(10)용 제어장치(11)의 블록회로도이다. 강우 센서는 예로서, 전방 유리창 와이퍼를 제어하기 위해 차량에 사용된다. 제어장치(11)는 시간 지시기(183)를 가진 제어기(18), 전력 스위칭 소자로서의 트랜지스터(T1), 작동스위치(16) 및 주야 인식센서(17)를 포함하고 있다. 강우 센서(10)는 광학적 송신기로서의 발광 다이오드(LED; 12) 및 수신기(13)를 갖고 있다. 송신기(12)는 이것에 직렬로 설치된 트랜지스터(T1)에 의해 스위칭된다. 배터리전압의 양극(14)은 송신기(12)와 트랜지스터(T1)를 통해 물질(15)에 연결되어있다. 작동스위치(16)가 폐쇄될 때 제어기(18)는 통전된다. 제어기(18)의 신호출구(181)를 통해 트랜지스터(T1)가 조종된다. 출구(181)에서의 신호는 디지털 경과를 갖기 때문에 트랜지스터(T1)는 차단되었다가 통전되었다가 한다. 제어기(18)는 신호입구(182)를 통해 강우 센서(10)의 측정신호(19)를 받아들이고, 다른 신호입구(184)를 통해 주야 인식 센서의 추가 측정신호(171)를 받아들인다. 강우 센서(10)의 점선으로 표시된 신호출구(101)를 통해 도시되지 않은 유리창 와이퍼가 조종된다. 송신기(12)에서의 전압강하는 Us로 표시되어있다.
도 2의 상부 곡선은 시간축(t)에 대해 도시된 송신기(12)의 전압강하(Us)와 최대 전압강하(Usmax)의 비를 나타낸다. 도시된 곡선경과는 도 1의 실시예에 상당한다. 전압의 상(Us/Usmax)은 값 0 혹은 1을 취한다. 시간축(t)은 세 영역 t<t1, t1<t<t2 및 t>t2로 분할되어있다. 도 2의 하부곡선에 의하면 t1 이전과 t2 이후에 습기가 있다. t1과 t2 사이의 시간에는 습기가 없다. 그 결과 송신기(12)는 단지 유리창이 건조할 때에만 제어장치(11)의 입구(182)에서의 대응 측정신호(12)에 의해 펄스 조종되는 반면 창이 습할 때에는 연속적으로 조종된이다.
도 1에 의한 광학적 강우 센서용 본 발명의 제어장치의 작동방법을 이하 도 2에 따라 상세히 설명한다.
창문이 습한 경우에는 T1은 도전 제어되고 송신기(12)는 전체 출력으로 작동된다. 송신기(12)에서의 전압강하(Us)는 최고가 되고 전압의 상은 값 1을 취한다. 습기가 존재하는 한 이 상태는 계속유지된다. 이것은 도 2에서 t<t1의 경우 알 수 있다.
유리창이 건조하면(t>t1), 송신기(12)가 여전히 전체 출력으로 작동되는 시간 지시기(183)에 의해 예정된 시간(Tv)인 약 2분 후에는 T1을 통하여 송신기 출력이 펄스된다. 예정시간(Tv)에서는 센서(10)의 감도는 최고가 되고, 짧은 시간적으로 나타나는 소나기(4월 기후로 알려져있다)의 경우 센서는 완전히 작동 대기되어 있다. 예정시간(Tv) 후 송신기(12)는 500밀리초의 지속기간(T)과 10밀리초의 펄스폭(Tw)으로 펄스된다. 이를 위해 제어기(18)는 트랜지스터(T1)를 위한 대응신호를 발생한다. 송신기(12)에서 전압의 상은 펄스들 사이에서는 값 0을 취하고 펄스폭(Tw)의 기간에는 값 1을 취한다.
도 2에서 시간축은 상이한 축척들을 가지는 것을 유의해야 할 것이다. 즉, 단지 0.5초 지속하는 지속기간(T)에 반해 예정된 시간(Tv)은 예로서 2분 또는 그이상의 크기일 수 있다.
전압의 상이 영이 되는 시간구간에는 송신기(12)에서의 전압강하(Us)도 역시 영이 된다. 즉, T1은 차단되고 송신기(12)는 단전된다. 이제 이 기간에서 습기가 생기기 시작하면(t = t2), 이 습기는 센서(10)에 의해 즉시 파악되지 못한다. 송신기(12)가 다시 완전 감도로 작동할 때에야 비로소(t = t3) 센서(10)는 습기를 검출할 수 있다. 센서(10)가 측정신호(19)를 통하여 제어기(18)와 재결합함으로써 제어기(18)는 펄스동작을 종료하고 송신기(12)는 스위치(T1)를 통하여 완전 감도로 지속적으로 활성화(작동)된다. 그와 동시에 t = t3에서는 유리창 와이퍼(여기에 도시되지 않음)의 첫 번째 와이핑과정이 표시된 신호출구(101)를 통하여 활성화된다. 이어서, 와이핑과정은 강우 센서(10)에 의해 검출된 수분량에 의존하여 신호출구(101)를 통하여 기동된다.
지속기간(T)의 선정은 인간 눈(육안)의 반응시간에 따른다. 그 반응시간은 대체로 약 500밀리초에 이른다. 지속기간(T)이 반응시간보다 길면 자동차의 운전자는 바로 제어장치가 너무 느리게 반응한다는 인상을 받는다. 따라서, 인간 파악능력의 지둔도가 지속기간(T)의 상한을 설정한다. 물론, 반응시간은 날씨, 어둠 또는 운전자의 피로에 의해 길어지기 때문에, 그 상한은 일초대가 될 수 있다. 추가적으로 어둠의 영향을 파악하기 위해서는 어두울 때의 지속기간(T)을 확대하기 위해, 주야 인식센서(17)의 측정신호(171)를 제어기(18)의 추가 입구(184)를 통해 공급하는 것을 고려해 볼 수 있다.
펄스 광의 지속기간(T)의 하한은 10밀리초라는 펄스폭(Tw)이 불변인 경우 송신기의 수명을 증가시키려는 설정목표에 의해 주어진다. 지속기간(T)이 짧게 선정되면 송신기(12)의 변조주파수 및 전력소비가 상승된다. 이것은 송신기(12)의 수명에는 부정적으로 작용한다. 예로서, 하한은 100밀리초일 수 있다.
약 10밀리초라는 펄스폭(Tw)은 측정 기법상의 목적에 근거하여 생긴 것이다. 흔히, 강우 센서(10)의 송신기(12)는 추가적으로 이미 모두에서 언급한 것과 같이 몇 밀리초 이하의 지속기간을 갖는 고주파 변조에 의해 간섭받는다. 고주파 변조의 교란을 방지하기 위해서는, 펄스폭(Tw)은 변조 고주파의 지속기간보다 크게 선정되어야한다.
도 3은 송신기의 출력이 스위칭될 수 있는 광학적 강우 센서(30)를 위한 제어장치(31)의 블록회로도를 표시한다. 제어장치(31)는 시간 지시기(383)를 가진 제어기(38), 조절가능한 전류싱크(S1), 작동스위치(36) 및 주야인식센서(37)를 포함한다. 강우 센서는 광학적 송신기로서의 발광다이오드(32) 및 수신기(33)를 갖고 있다. 송신기(32)는 조절가능한 전류싱크(33)와 직렬로 연결되어있고 배터리전압의 양극(34)과 물질(35)에 접해있다. 전류싱크(S1)는 제어기(38)의 제어출구(381)를 통해 제어된다. 제어기(38)는 신호입구(382)를 통해 강우 센서(30)의 측정신호(39)를 수신하고 추가 신호입구(384)를 통해 주야인식센서(37)의 추가 측정신호(371)를 수신한다. 그 위에 제어기(38)는 작동스위치(36)와 연결되어있다. 강우 센서(30)는 점선으로 표시된 추가의 신호출구(301)를 갖고있고, 그 출구를 통해 도시되지 않은 유리창 와이퍼가 조종된다.
도 4는 도 2와 같이 시간축(t)에 대해 도시된 송신기(32)의 전압강하(Us)와 최대전압강하(Usmax)의 비율과, 습기의 존재를 나타낸다. 도시된 곡선경과는 도 3의 실시예에 상당한다. 상은 0으로부터 1의 값을 취할 수 있다. 이 실시예에서는 상은 값 0.5 또는 1을 취한다.
도 3에 의한 광학적 강우 센서를 위한 본 발명 제어장치의 작동방식을 이제 도 4에 따라 상세히 설명한다.
습기가 있을 때에는 송신기(32)는 전류싱크(S1)를 통하여 전체 출력으로 구동된다. 송신기(32)에서의 압력강하(Us)는 최고가 되고 전압의 상(Us/Usmax)은 1을 취한다. 이것은, 도 4에 있어 t<t1의 경우 인식할 수 있다.
센서(30)가 더 이상 습기를 검출하지 않으면(t = t1), 시간 지시기(383)에 의해 예정된 시간(Tv), 예로서, 2분 후 송신기(32)는 감소된 출력으로 작동된다. 이를 위해 제어기(38)의 대응 제어신호가 조절가능한 전류싱크(S1)에 가해진다. 송신기(32)를 통한 전류흐름이 감소되기 때문에 송신기(32)에서의 강하전압이 예컨대 반감되고 송신기(32)의 출력도 역시 감소된다. 전압의 상은 제어기(38)에 의해 조절될 수 있는 값 0.5를 취한다. 강우 센서의 감도가 감소된다.
강우가 시작되면(t = t2), 강우 센서(30)는 인식가능한 지연 없이 습기를 파악하고 측정신호(39)를 제어기(38)에 공급한다. 제어기(39)는 전류싱크(S1)를 통하여 송신기(32)를 전체 출력 상태로 변환하고 유리창 와이퍼(여기에는 도시 안됨)의 첫 번째 와이핑과정을 기동시킨다. 유리창 와이퍼의 미래 와이핑 율은 이제 완전 감도로 작동되는 강우 센서에 의해 파악된 수분량에 기초하여 자동으로 결정된다(t>t2).
강우량이 적은 경우에, 강우 센서(30)는 강우 센서의 감도가 감소되어 있기 때문에, 습기를 즉시 파악하지 못한다. 강우 센서(30)에 의해 검출가능할 만큼 유리창 위에 수분이 퇴적했을 때에야 비로소 제어기(30)에 있는 측정센서(39)는 완전 감도로 강우 센서(30)의 기동을 개시시킬 수 있다. 이 개시는 시점(t = t3)에서 일어난다. 도 4에서 이 경우는 파선으로 표시되어있다. 시간구간(△t = t3 - t2)은 특히 감소된 출력에 의한 강우 센서의 조절된 감도 및 수분량과 강우종류에 의존한다.
송신기 출력의 감소정도는 제어기(38)에 의해 확실하게 예정될 수도 있고 또는 외부변수에 의해 영향을 받을 수도 있다. 그래서, 예로서 주야인식센서와 조합하여 유리창이 건조할 경우 송신기의 감도를 낮동안 보다 밤에 상승시키는 것이 의미있을 것이다.
강우 센서(10)의 송신기(32)는 역시 추가적으로 모두에서 언급한 수 밀리초 이하의 지속시간을 갖는 고주파 변조로 간섭(중첩)될 수 있다.
도 5는 제어장치(51), 강우 센서(50), 와이퍼모터(54)용 제어장치(53), 및 와이퍼 모터(54) 그리고 와이퍼모터에 의해 작동되는 유리창 와이퍼(55)를 구비한 유리창와이퍼 제어장치의 블록회로도를 보여준다. 강우 센서(50)는 두 개의 출구(501, 502)를 갖는데, 한 출구(502)를 통해서는 측정신호(59)가 제어장치(51)에 주어지고 다른 출구(501)를 통해서는 같은 측정신호(59)가 와이퍼 모터(54)의 제어장치(53)에 주어진다.
강우 센서에 의해 검출된 차량의 방풍 유리창의 습기 또는 건조성은 측정신호(59)로서, 한편으로는 강우 센서(50)의 제어장치(51)에 공급된다. 이 측정신호(59)에 기초하여 제어장치(51)는 강우 센서(50)의 송신기를 전체 출력 또는 저 출력으로 변환하는데, 저 출력하에서도 역시 강우 센서(50)의 펄스작동이 파악된다. 강우 센서(50)에 대한 제어장치의 작동방식은 상기한 실시예로부터 추출할 수 있다. 같은 측정신호(59)는 제어장치(53)의 출구(501)를 통해 공급되는데, 그 제어장치는 공지된 방식으로 자동으로 습기신호에 의존하여 와이퍼모터(54)를 조종하고 유리창 와이퍼(55)를 작동한다. 강우 센서(50)는 무조건 두 개의 출구(501, 502)를 가질 필요가 있다. 제어장치(51) 및 제어장치(53)의 측정신호(59)가 공급될 때에는 출구(502)로 충분하다.
Claims (7)
- 광학적 송신기(12, 32)와 발광 다이오드를 구비하고, 동력 차량-유리창 와이핑장치에 사용하기 위한 강우 센서(10, 30) 등의 광학적 센서용 제어장치에 있어서,송신기 출력은 센서(10, 30)의 측정신호(19, 39)에 의존하여 전체 출력과 감소된 출력 사이에서 변환 될 수 있는 것을 특징으로 하는 광학적 센서용 제어장치.
- 제 1 항에 있어서, 감소된 송신기 출력은 1000 Hz 미만의 주파수로 펄스되는 것을 특징으로 하는 광학적 센서용 제어장치.
- 제 1 항에 있어서, 송신기 출력의 감소 정도는 주야 인식 등의 변수에 의해 영향받을 수 있는 것을 특징으로 하는 광학적 센서용 제어장치.
- 제 1 항에 있어서, 측정신호(19, 39)에 의존하여, 유리창의 건조시(t1<t<t2)에는 송신기(12, 32)가 예정시간(Tv) 이후에 감소된 송신기 출력으로 작동되고,습기 검출시(t<t1, t>t2 또는 t>t3)에는 특히 첫 번째 와이핑과정 후, 송신기(12, 32)가 전체 출력으로 작동되는 것을 특징으로 하는 광학적 센서용 제어장치.
- 제 4 항에 있어서, 예정시간(Tv)은 제어기(18, 38)에 의해 예정되거나, 주야 인식 등의 변수에 의해 영향받는 것을 특징으로 하는 광학적 센서용 제어장치.
- 제 1 항에 있어서, 전체 출력 또는 감소된 출력의 경우에, 송신기(12, 32)의 송신기 출력은 부가적인 주파수로 중첩되는 것을 특징으로 하는 광학적 센서용 제어장치.
- 와이퍼 모터가 차량 유리창 와이퍼 등의 유리창 와이퍼(53)를 구동하고, 강우 센서(10, 30, 50) 등의 광학적 센서용 제어장치(11, 31, 51)를 구비하고, 제어장치(53)에 의해 조종되는 와이퍼 모터(54)를 가진 유리창 와이퍼 제어장치(52)에 있어서,상기 제어장치(11, 31, 51)가 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 따라 구성되는 것을 특징으로 하는 유리창 와이퍼 제어장치.
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