ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Arbeitstaktes ei- ner Seheibenwischvorricfatimg

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Arbeitstaktes einer Scheibeπwischvorrichtung, wobei die auf eine Messfläche im Wirkbereich der Scheiben- wischvorrichtung auftreffende Wassermenge bestimmt und davon der durch die Scheibenwischvorrichtung auf die Messfläche transportierte Anteil subtrahiert wird. Vorrichtungen der oben beschriebenen Art werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um den Arbeitstakt und/oder die Arbeitsgeschwindigkeit der Scheibenwischvorrichtung an die Witterungsbedingungen anzupassen. Hierbei wird bei geringer Menge auf die Scheibe auf- treffenden Wassers zunächst ein großes Intervall zwischen zwei Wischzyklen gewählt. Mit zunehmender Niederschlagsmenge wird das Wischintervall verkürzt, bis schließlich ein Dauerbetrieb der Scheibenwischvorrichtung einsetzt.

Aus der DE 198 39 273 Al ist bekannt, zur Messung des auf die Scheibe auftreffenden Wassers eine Infrarotsendediode vorzu- sehen, weiche unter einem schrägen Einfallwinkel einen infraroten Lichtstrahl von der Innenseite der Scheibe in das Glas einkoppelt. An der äußeren Grenzfläche zwischen Scheibe und Umgebung wird die eingekoppelte Strahlung totalreflektiert und gelangt so zu einer Empfängerdiode, welche ebenfalls im Fahrzeuginneren angeordnet ist. Fallweise können zur Ein- und äuskopplung der Lichtstrahlen noch Linsen vorgesehen sein, welche meist als Presskörper aus einem infrarot-transparenten Kunststoff gefertigt werden.

Der von der infraroten Lichtquelle bestrahlte Bereich der

Scheibe definiert eine Messfläche. Bei Anhaften eines Wassertropfens auf der Messfläche wird das in die Scheibe eingekop-

pelte Licht über den Wassertropfen aus der Scheibe ausgekoppelt. Dadurch wird das in der Empfängerdiode ankommende Lichtsignal geschwächt. Wenn die Schwächung einen vorgebbaren Schwellenwert überschritten hat, wird die Scheibenwischvor- richtung aktiviert und führt zumindest einen Wischzyklus aus.

Damit der Sensor die durch den Wischvorgang hervorgerufene Reinigungswirkung ermitteln kann, wird er im Wischfeld der Scheibenwischvorrichtung angeordnet und von dieser über- wischt. Da die Scheibenwischvorrichtung Wasser von den übrigen Flächenbereichen der Frontscheibe aufsammelt und nachfolgend mit sich führt, gelangt dieses Wasser ebenfalls auf die Messfiäche und wird vom Sensor als neu auf die Scheibe auftreffendes Wasser interpretiert. Um jedoch eine zuverlässige Steuerung der Scheibenwischvorrichtung zu ermöglichen, darf nur das aus der Umgebung auf die Scheibe auftreffende Wasser vom Sensor registriert und die durch das überwischen erzeugte Signaländerung nicht berücksichtigt xverden.

Aus dem Stand der Technik ist daher weiter bekannt, zur Be ^¬ stimmung der vom überwischen herrührenden Signaländerung eine überwischerkennung vorzusehen. Hierbei ergibt sich das Problem., dass der durch überwischen entstehende Signalverlauf von vielen äußeren Bedingungen, wie beispielsweise Aiterungsein- fiüssen, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Zustand der Scheibenwischvorrichtung, Arbeitsgeschwindigkeit der Scheibenwischvorrichtung, Fahrzeuggeschwindigkeit, Oberfläche der Scheibe, wie beispielsweise chemische Rückstände, Kratzer, Rauheit, und Verschmutzung, Wassermenge auf der Scheibe und Anzahl der ü- berwischer pro Wischzyklus abhängt. Aufgrund der Vielzahl dieser Parameter, welche nur unvollständig bekannt sind, ist eine zuverlässige überwischerkennung bisher nicht verfügbar. Fallweise kann die Scheibenwischvorrichtung sogar auf einer trockenen Scheibe ein Signal erzeugen, welches nicht als ü- berwischer erkannt wird. In der Folge schaltet die dem Sensor nachgeordnete Elektronik die Scheibenwischvorrichtung ein, um die angebliche Feuchtigkeit von der Scheibe zu entfernen. Ein

solches Verhalten der automatisierten Scheibenwischvorrich- tung wird vom Benutzer als äußerst lästig und technisch un- ausgereift erlebt. Weiterhin verschleißt ein solches Verhalten aufgrund anhaftender, abrasiver Verschmutzungen sowohl die Bauteile der Scheibenwischvorrichtung _f als auch die Scheibe selbst.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, eine überwischerkennung anzu- geben,, welche zuverlässig und weitgehend unabhängig von den das Signal beeinflussenden Randbedingungen das überwischen erkennt und dadurch die aus der Umgebung auf die Scheibe gelangende Wassermenge bestimmbar macht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung des Arbeitstaktes einer Scheibenwischvcrrich- tung, wobei die auf einer Messfläche im Wirkbereich der Scheibenwischvorrichtung auftreffende Wassermenge bestimmt und davon der durch die Scheibenwischvorrichtung auf die Messfläche transportierte Anteil subtrahiert wird, wobei zur Bestimmung dieses Anteils Extremwerte der auf die Mess fläche auftreffenden Wassermenge bestimmt und eine vorgebbare Anzahl von Maxima pro Wischzyklus subtrahiert wird. Darüber hinaus besteht die Lösung der Aufgabe in einem Kraftfahrzeug, wel- ches mit einem solchen Regensensor ausgestattet ist.

Weiterhin besteht die Lösung der Aufgabe in einem Regensensor zur Steuerung des Arbeitstaktes einer Scheibenwischvorrichtung, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, um die auf einer Messfläche im Wirkbereich der Scheibenwischvorrichtung auftreffende Wassermenge zu bestimmen und davon den durch die Scheibenwischvorrichtung auf die Messfläche transportierten Anteil zu subtrahieren, wobei die Einrichtung zur Bestimmung des durch die Scheibenwischvorrichtung auf die Messvorrich- tung transportierten Anteils Mittel zur Bestimmung der Extre- malwerte des Ausgangssignals aufweist und dazu vorgesehen

ist, eine vorgebbare Anzahl von Maxima pro Wischzyklus zu subtrahieren .

Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine zweifelsfreie Er- kennung der überwischer zur zuverlässigen Steuerung einer

Scheibenwischvorrichtung nicht notwendig ist. Vielmehr ist es ausreichend, eine der Anzahl der überwischer entsprechende Anzahl von Maxima des Sensorausgangssignals als unzutreffende Werte zu verwerfen. Dies geschieht durch Subtraktion der Ex- tremwerte vom Ausgangssignal.

Freilich ist ein solches System fehlerbehaftet. Es wäre denkbar, dass ein besonders großer, auf die Scheibe auftreffender Regentropfen als Maximalwert vom Sensorausgangssignal subtra- hiert wird. Da die Anzahl der zu subtrahierenden Extremwerte jedoch festgelegt ist, würde in diesem Fall der auftretende überwischer nicht vom Sensorsignal subtrahiert, sondern als auftreffender Regen detektiert werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass solche Fehler die Zuverlässigkeit der Scheiben- wischvorrichtung nicht beeinflussen. Da solche Fehler nicht isoliert auftreten, gleichen sich diese stets wieder aus. Jedem irrtümlich abgezogenen Messsignal steht somit auch ein irrtümlich als Regen detektiertes überwischsignal gegenüber.

Die Anzahl der pro Wischzyklus zu subtrahierenden Maxima entspricht dabei der Anzahl der überwischer, welche durch die Art der Scheibenwischvorrichtung und die Platzierung der Messfläche im Wischfeld bekannt ist. Ein Wischzyklus ist dabei die Zeit vom Verlassen der Parklage bis zum erneuten Er- reichen der Parklage. Bei einem Einarm-Wischer mit einer

Parklage müssen daher vom Verlassen der Parklage bis zum Wiedererreichen der Parklage zwei überwischer detektiert werden. Sofern der Wischer zwei Parklagen aufweist, wäre nur ein Maxima vom Verlassen der ersten Parklage bis zum Erreichen der zweiten Parklage abzuziehen. Bei Zweiarm-Scheibenwisch- vorrichtungen mit einer Parklage, wie sie häufig in Kraftfahrzeugen verwendet werden, beträgt die Anzahl der zu sub-

trahierenden Maxima 2 oder 4, je nach dem ob beide Wischarme die Messfläche überstreichen oder nur ein Wischarm.

Aufgrund der Funktionsweise eines optischen Regensensors korreliert ein Maximum der Wasserbelegung der Messfläche mit einem Minimum des detektierten Lichtes und damit mit einem Minimum des Ausgangssignals. Ein Maximum im Sinne der Erfindung soll demnach dann vorliegen,, wenn eine große Wassermenge auf der Messflache nachgewiesen wird.

Das aus der Umgebung auf die Scheibe eingebrachte Wasser kann dabei von Niederschlägen wie Regen oder Schnee hervorgerufen werden. Weiterhin kann das Wasser durch Nebel oder Kondensation aus der Atmosphäre auf die Scheibe gelangen. Weiterhin kann Wasser von der Fahrbahn durch andere Fahrzeuge aufgewirbelt werden. Sofern in der folgenden Beschreibung von Wasser die Rede ist, werden alle diese Beispiele gleichberechtigt umfasst

Zur Bestimmung der Extremwerte des Sensorsignals weist der erfindungsgemäße Regensensor eine analoge oder digitale Messelektronik auf. In einer Ausfύhrungsform der Erfindung kann diese Messelektronik beispielsweise die zeitliche Ableitung Ges Ausgangssignals des Sensors bestimmen und nachfolgend die Nullstellen dieser Ableitung ermitteln. Das Sensorsignal an der Nullstelle der Ableitung wird dann subtrahiert.

Besonders bevorzugt ist eine Verfahrensführung, bei welcher der Wischzyklus vom Verlassen der Parklage bis zum Wiederer- reichen der Parklage in eine vorgebbare Anzahl von Zeitfenstern unterteilt und in jedem Zeitfenster das mittlere oder maximale Sensorsignal bestimmt wird. Diejenigen Zeitfenster, in welche der oder die überwischer fällt, weisen einen Extremwert des mittleren Ausgangssignals auf. Die Zeitfenster mit dem größten Signalausschlag werden verworfen und nicht zur Ermittlung des pro Wischzyklus auf die Scheibe auftreffenden Wassers herangezogen.

Eine weitere Steigerung der Genauigkeit lässt sich dadurch erreichen, dass nur Maxima zur Subtraktion ausgewählt werden, welche innerhalb mindestens eines vorgebbaren Zeitfensters nach Verlassen der Parklage detektiert werden. Der Impuls des Steuergeräts, welcher den Wischzyklus startet, dient dabei zum Start eines Verzögerungsgliedes _τ welches nach einer vorgebbaren Zeitspanne, welche erfahrungsgemäß ausreicht, um die Scheibenwischvorrichtung von der Parklage bis zur Messfläche zu bringen, ein Gate-Signal auslöst. Die Auswerteelektronik des Regensensors wird dann, abhängig von der Anzahl der systembedingten überwischer, nur solche Maxima auswählen, welche zeitgleich mit dem Gate-Signal auftreten. Sofern in diesem Zeitfenster mehrere Maxima auftreten als die Anzahl der sys- tembedingten überwischer, werden die Maxima mit der größten Amplitude zur Subtraktion ausgewählt.

Besonders bevorzugt wird die Lage des Zeitfensters innerhalb des Wischzyklus in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit ange- passt. Diese Maßnahme berücksichtigt, dass der Antriebsraotor der Scheibenwischvorrichtung die Wischeinrichtung gegen den Fahrtwind bewegen muss. Bei größerem Fahrtwind wird die Bewegung daher verlangsamt. In besonders einfacher Weise kann dabei das elektronisch codierte Geschwindigkeitssignal des Ta- chometers herangezogen werden, um das Delay-Glied zu beeinflussen und die Lage des Zeitfensters anzupassen.

Um den Regensensor universell für viele Fahrzeugtypen einsetzbar zu machen, wird die vorgebbare Anzahl zu subtrahie- render überwischer in einem Speicher im Regensensor abgelegt. Aus diesem Speicher kann die im betreffenden Fahrzeug anzuwendende Anzahl mitteis einer Hardware- oder Softwarecodierung vor oder nach dem Einbau ausgewählt werden. Zur Hardwarecodierung eignen sich insbesondere Steckbrücken oder Dip- Switches. Eine Softwarecodierung kann über die Schnittstelle zum Fahrzeug erfolgen,, entweder in Form einer Integer-Zahl,

welche die Anzahl der überwischer direkt angibt oder als Codierung des Fahrzeugtyps.

Nachfolgend soll die Erfindung ohne Beschränkung des allge- meinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Figur 1 und Figur 2 zeigen jeweils den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals eines Regensensors während eines Arbeitszyk- lus der Scheibenwischvorrichtung.

Im oberen Teil der Figur 1 ist der zeitliche Verlauf eines Trigger-Signales dargestellt, welches von der Scheibenwischvorrichtung ausgelöst wird und das Verlassen bzw. Erreichen der Parklage der Wischvorrichtung markiert. Die Zeitspanne zwischen Start- und Stoppsignal des Triggers-Signals beträgt in Abhängigkeit der Arbeitsgeschwindigkeit der Scheibenwischvorrichtung, dem Fahrzeugtyp und der Einbausituation etwa 0,5 bis etwa 2 Sekunden.

Im mittleren Teil der Figur ist das Ausgangssignal eines Regensensors dargestellt. Dargestellt ist der Fall, in welchem Niederschläge auf die mit dem Regensensor ausgestattete Scheibe einwirken» Jeder im Messbereich der Scheibe auftrex- fende Wassertropfen sorgt dabei für eine Schwächung des in der Empfängerdiode des Regensensors nachgewiesenen Lichtes. Einem Maximum der detektierten Wassermenge steht somit ein Minimum der detektierten Lichrmenge gegenüber. Zum Zeitpunkt, welcher mit δl markiert ist, trifft ein weiterer Regentropfen im Messbereich der Scheibe auf. Zu diesem Zeitpunkt ist die Scheibe bereits mit einer gewissen Menge Wasser benetzt, so- dass das Ausgangssignal am Beginn des Zeitausschnitts nach Figur 1 nicht dem Nullwert bei trockener Scheibe entspricht. Zum Zeitpunkt δ2 erreicht ein weiterer Wassertropfen die Scheibe und führt zur Schwächung des von der Empfängerdiode detektierten Lichtes.

Bereits vor dem Zeitpunkt δl hat der Scheibenwischer die Parklage verlassen« Zum Zeitpunkt δ3 erreicht ein Wischarm der Scheibenwischvorrichtung erstmalig die Messfläche. Da der Wischarm auf seinem Weg von der Parkiage bis zur Messfläche bereits eine Wassermenge aufgenommen hat, welche er in seinem, weiteren Verlauf mitführt und bis auf die Messfläche des Regensensors transportiert, weist das Sensorausgangssignal zum Zeitpunkt δ3 einen großen Ausschlag auf. Kurze Zeit darauf, zum Zeitpunkt δ4 hat der Wischarm seine obere Umkehrlage durchschritten und überwischt die Messfläche des Regensensors erneut. Da die Wegstrecke des Wischarmes von der Umkehrlage zur Messfläche in diesem Beispiel geringer ist, sammelt der Wischarm auf diesem Weg eine geringere Wassermenge auf, was zu einem geringeren Ausschlag des Sensorsignals zum Zeitpunkt δ4 führt. Nachdem der Wischarm die Messflache passiert hat, ist diese vollständig trocken. Das Ausgangssignal des Regensensors erreicht einen Maximalwert, welcher dadurch bedingt ist, dass das eingekoppelte Licht durch Totalreflexion nahezu vollständig auf die Empfangsdiode gelenkt wird.

Zu den Zeitpunkten δ5 bis δ8 erreichen weitere Regentropfen die Messfläche der Scheibe. Dies wird wiederum durch eine Schwächung des in der Empfängerdiode ankommenden Lichtes registriert .

Im unteren Teil der Figuren sind schematisch Zeitfenster dargestellt,» in welche das Steuergerät des Regensensors das oben beschriebene Regensignal unterteilt. Die öffnung des ersten Zeitfensters wird dabei durch das Verlassen der Parklage der Scheibenwischvorrichtung getriggert. Nachdem das erste Zeitfenster geschlossen wurde, öffnet sich das zweite usw. In dieser Weise wird der komplette Wischzyklus in diskrete Zeitschritte unterteilt. Die Zeitfenster müssen dabei nicht äqui- distant angeordnet sein. Möglich wäre auch, im Mittelbereich,. beim erwarteten überwischer, eine engere Diskretisierung vor ^¬ zunehmen.

Das Steuergerät bestimmt nun den Signaleinbruch des Sensorausgangssignals für jedes Zeitfenster. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass für jeden diskreten Zeitschritt die Differenz des Anfangswertes und des Endwertes gebildet wird. Nach äbschluss des Wischzyklus werden die Zeitfenster mit dem jeweils größten Signaleinbruch, d.h. die Zeitfenster mit der maximalen detektierten Wassermenge,, als überwischer angesehen und vom Messsignal subtrahiert, Die Subtraktion kann in besonders einfacher Weise dadurch implementiert wer- den, dass die Zeitfenster mit dem größten Signaleinbruch als ungültige Messung verworfen werden.

Aus den Messwerten der verbleibenden Zeitfenster wird die durchschnittlich auf die Scheibe auftreffende Wassermenge er- mittelt, aus welcher wiederum die Arbeitsgeschwindigkeit und/oder der Arbeitstakt der Scheibenwischvorrichtung ermittelt werden kann.

Figur 2 zeigt das identische Trigger-Signal, welches durch die Scheibenwischvorrichtung erzeugt wird. Weiterhin zeigt

Figur 2 den zu Figur 1 identischen exemplarischen Verlauf des Ausgangssignals eines Regensensors. Zur Bestimmung der Maxima dieses Signalverlaufs ist im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 vorgesehen,, den Signalverlauf mittels eines Diskriminators zu überwachen. Der Diskriminator erzeugt ein Trigger-Signal, wenn sich das Ausgangssignal des Regensensors um einen vorgebbaren Schwellenwert ändert. Das so erzeugte Trigger-Signal löst die Erzeugung eines Zeitfensters mit vorgebbarer Länge aus. Somit wird für jedes detektierte Ereignis ein Zeitfens- ter erzeugt. Die Anzahl der Zeitfenster pro Wischzyklus ist dabei entsprechend den detektierten Ereignissen variabel. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 wurden für acht Ereignisse sieben Zeitfenster erzeugt, da die Ereignisse zum Zeitpunkt δ6 und δ7 zeitlich sehr dicht aufeinander folgen und damit in ein einzelnes Zeitfenster fallen,

Wie bereits im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 beschrieben wird wiederum der Signaleinbruch des Ausgangssignals für jedes Zeitfenster bestimmt. Die Subtraktion des Signals, welches durch das überwischen erzeugt wurde, geschieht wiederum dadurch, dass die Zeitfenster mit dem größten Signaleinbruch als ungültige Messungen verworfen werden. Im vorliegenden Beispiel sind das die Zeitfenster 3 und 4. Die durchschnittlich auf die Scheibe auftreffende Regenmenge wird durch die Messwerte der Zeitfenster 1, 2, 5, 6 und 7 ermittelt. Aus dieser durchschnittlichen Regenmenge wird wiederum der Arbeitstakt und/oder die Arbeitsgeschwindigkeit der Scheiben- wischvorrichtung bestimmt.

In gleicher Weise, wie vorstehend am Beispiel der Bestimmung der Höhe der Signaleinbrüche erläutert, kann die Auswertung der Messsignale auch durch Ermittlung der Maximalwerte, der Minimalwerte, der Mittelwerte und/oder des integrierten Aus- gangswertes für jeden diskreten Zeitschritt erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auch das Sig- nal des Reqensensors während des Wischzyklus in einem Speicher abgelegt und erst: nach Abschluss des Wischzyklus in der beschriebenen Art analysiert werden.