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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Verarbeitung eines von einem Fühler stammenden elektrischen
Signals, dessen Periode linear als Funktion einer auf den
Fühler auftreffenden Wassermenge variiert und der ein
Entscheidungssignal liefert, als Funktion des Ergebnisses der
Verarbeitung. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine
elektronische Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Eine derartige, einem Fühler zugeordnete Vorrichtung dient
insbesondere dazu, automatisch den Betrieb der Scheibenwischer
eines Kraftfahrzeuges zu steuern.
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Verschiedene Steuervorrichtungen wurden bereits mit mehr oder
weniger Erfolg ausprobiert, beispielsweise diejenige, die im
amerikanischen Patent 43 17 073 beschrieben ist, wobei die
Schwierigkeit jedoch oftmals bei der Durchführung der Messung
der Wassermenge zu finden ist, welche aus mehreren
Betriebsarten eine auswählt: Ruhestellung, intermittierende
Stellung, langsame Stellung, schnelle Stellung.
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In der Praxis trifft die Messung auf verschiedene
Schwierigkeiten, beispielsweise auf elektrische Stäreffekte,
welche die Messung verfälschen oder auch auf große einzelne
Tropfen, die mit einem wirklichen Regen nicht verwechselt
werden dürfen. Außerdem erlauben es die bekannten Vorrichtungen
nicht, zwischen Regen, Schnee und Nebel zu unterscheiden.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Verarbeitungsverfahren für von einem Fühler stammende
elektrische Signale zu verwirklichen, welches nicht die oben
genannten Nachteile aufweist sowie eine entsprechende
Verarbeitungsvorrichtung zu schaffen.
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Erfindungsgemäß ist eine Verarbeitungsvorrichtung gemaß dem
Oberbegriff des Anspruchs dadurch bemerkenswert, daß sie eine
Anordnung aufweist zur Messung der Dauer der Periode und zur
ausschließlichen Feststellung zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Messungen der Dauer, einer Erhöhung der
Dauer, gefolgt in diesem Fall von einer Speicherung dieser
Erhöhung.
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Gemäß dieser Besonderheit wird nur das Auftreffen von Wasser
auf den Fühler gemessen, da sich die Periode erhöht, wenn sich
die auf dem Fühler vorhandene Wassermenge erhöht; es werden
also ausschließlich positive Variationen betrachtet, die auf
einer Wasserzufuhr beruhen; Meßstörungen sind schnell und
punktweise und stören daher nicht die laufende Messung, da das
Auftreffen eines Wassertropfens die Periode dergestalt
anwachsen läßt, daß die Veränderung während der folgenden
Messung immer in Erscheinung tritt.
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Beispielsweise wird die positive Veränderung der Periode nur
dann als von einem Wassertropfen stammend berücksichtigt, wenn
sie wenigstens 50 % des ursprünglichen Wertes der folgenden
Messung der Periode ausmacht.
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Es wurde beobachtet, daß beim Auftreffen eines Wassertropfens
auf den Fühler dieser eine bestimmte Zeit benötigt, um sich
auszubreiten und danach wieder zu verkleinern; die
Ausbreitungszeit eines Wassertropfens ist daher begrenzt durch
den Beginn des Zuwachs es und den Beginn der Verkleinerung der
Periode. Je größer der Tropfen ist, desto länger ist die
Ausbreitungsphase; die Anzahl der gemessenen Perioden während
dieser Phase ist daher höher und die positiven Vergrößerungen
der Perioden bezüglich der vorhergehenden entsprechenden
Messungen sind um so länger je schneller die
Auftreffgeschwindigkeit ist. Das Bild eines Tropfens entspricht
demzufolge der Summe der positiven Veränderungen der gemessenen
Perioden während des oben beschriebenen Zeitintervalls.
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Durch dieses Meßverfahren können die Tropfen perfekt isoliert
und nach Größe unterschieden werden. Die diese Informationen
verwendende Verarbeitung kann in einer einfachen Berechnung der
Wassermenge pro Sekunde bestehen, wobei einige unerwünschte
Tropfen nicht berücksichtigt werden oder aus einer
komplizierteren Berechnung der Erkennung der Art des Regens.
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Um unerwünschte Tropfen zu isolieren, besteht die Lösung darin,
während eines Zeitintervalls, das proportional zur Größe der
erhaltenen Tropfen ist, einen zweiten Tropfen abzuwarten,
dessen Größe der gleichen Kategorie entspricht oder einer
größeren Kategorie, bevor berücksichtigt wird, daß dieser
zweite Tropfen während des Zeitintervalls erhalten wird und im
gegenteiligen Fall diesen zu ignorieren.
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Im allgemeinen sind die dicken Tropfen zeitlich größer als die
kleinen Tropfen, so daß unter Berücksichtigung des oben
gegebenen Kriteriums ein einziger großer Tropfen es nicht
ermöglicht zu entscheiden, daß es sich um einen Schauer
handelt.
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Vorteilhafterweise wird der Mittelwert für jegliche
Tropfengröße berechnet entsprechend einer Zeit, die
proportional zur Größe der Tropfen ist, wobei dieser Wert in
einem Speicher gespeichert wird. Die Summe der Mittelwert wird
mit einem oder mehreren Schwellwerten verglichen zur
Ansteuerung des Einschaltens der Scheibenwischer und um deren
Geschwindigkeit einzustellen.
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Die Erfindung betrifft demzufolge in erster Linie ein Verfahren
zur Verarbeitung eines von einem Fühler stammenden elektrischen
Signals, dessen Periode linear als Funktion der auf dein Fühler
anwesenden Wassermenge variiert, im Hinblick auf den Erhalt
eines Entscheidungssignals, wobei es dadurch gekennzeichnet
ist, daß es die folgenden Schritte aufweist:
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(a) Messen der Periode des vom Fühler stammenden Signals,
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(b) Berechnen der Veränderung der Periode des Signals zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Messungen,
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(c) Addieren der positiven Veränderungen der Perioden während
eines Zeitintervalls entsprechend der Ausbreitungszeit eines
Wassertropfens,
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(d) Akkumulieren der positiven aufeinanderfolgenden Resultate
des Schrittes (c),
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(e) Vergleichen des akkumulierten Resultats des Schrittes (d)
mit einem vorgegebenen Wert und
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(f) Erstellen eines ersten Entscheidungssignals, wenn das
akkumulierte Resultat größer ist als der vorgegebene Wert.
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Erfindungsgemäß werden die verschiedenen oben beschriebenen
Schritte durch die folgenden Schritte vervollstandigt:
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(g) Vergleichen der aufeinanderfolgenden Resultate des
Schrittes (c) mit wenigstens einer Schwelle zur Bestimmung der
Größe des Wassertropfens,
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(h) Addieren nach Größe der Wassertropfen und während eines
vorgegebenen Zeitintervalls die aufeinanderfolgenden Resultate
des Schrittes (c),
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(i) Berechnen zu periodischen Intervallen den Mittelwert der
Resultate des Schrittes (a), um die pro Zeiteinheit erhaltene
Wassermenge zu bestimmen,
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(j) Vergleichen des Mittelwertes des Schrittes (i) mit
wenigstens einer Schwelle und
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(k) Erstellen wenigstens eines zweiten Entscheidungssignals,
wenn der Mittelwert des Schrittes (i) größer als diese Schwelle
ist.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Feststellung
der Anwesenheit von Schnee oder Nebel und zur Erstellung eines
Steuersignals für die Scheibenwischer. Außerdem weist die
elektronische erfindungsgemäße Vorrichtung eine Heizanordnung
für den Wasserfühler auf im Hinblick auf dessen Trocknung.
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Die Erfindung betrifft an zweiter Stelle eine
Verarbeitungsvorrichtung zur Durchführung des obigen
Verfahrens, um so Steuersignale für den Antriebsmotor der
Scheibenwischer als Funktion der Art der atmosphärischen
Niederschläge zu erhalten.
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Die Erfindung wird besser verstanden in Zusammenhang mit der
nicht begrenzenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das
in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Anordnung einer erfindungsgemäßen,
einem Fühler zugeordneten Verarbeitungsanordnung;
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Fig. 2 die zeitliche Darstellung der Periode im Zusammenhang
mit auftreffenden Tropfen;
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Fig. 3 ein Schema einer in den Mikroprozessor MP von Fig. 1
integrierten Vorrichtung zur Analyse der auf die
Windschutzscheibe auftreffenden Wassertropfen und zur
Erstellung von Steuersignaien für die Scheibenwischer des
Fahrzeugs und
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Fig. 4a und 4b Teile eines Fließschemas der
Verarbeitungsvorrichtung in dem Fall, in dem eine
Heizung/Trocknung des Fühlers vorgesehen ist.
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Wie Fig. 1 erkennen läßt, gibt der Fühler CA ein binäres
periodisches Signal T ab, dessen Periode eine Funktion der zu
jedem Zeitpunkt auf dem Fühler anwesenden Wassermenge ist. Der
Fühler entspricht beispielsweise demjenigen, der in der
veröffentlichten europäischen Patentanmeldung Nr. 0333564
beschrieben ist, insbesondere in der Fig. 8, und weist einen
Oszillator und einen Frequenzteiler auf, zur Erzeugung eines
Signals T, dessen Periode proportional zur Wassermenge auf dem
Fühler ist. Die Frequenz beträgt beispielsweise 2 KHz, wenn der
Fühler trocken ist, und 340 Hz, wenn der Fühler gesättigt ist.
Ein Mikroprozessor MP gibt ein Signal F ab, dessen Frequenz
beispielsweise 12 MHz beträgt, welches mit dem Signal T in
einer Torschaltung P&sub0; zusammengeführt wird, um das Signal FT zu
erhalten, welches den Mikroprozessor MP über einen äußeren
Zähler mit niedriger Wertigkeit CTF zugeführt wird. Das Signal
FT ist gültig, solange das Signal T gleich "1" ist.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß die
Periode durch eine Zahl mit 16 Binärstellen gemessen wird. Das
von der Torschaltung P&sub0; abgegebene Signal FT, das zu schnell
ist um vom Mikroprozessor MP berücksichtigt zu werden, schaltet
den äußeren Zähler CTF herauf. Der parallele Ausgang des
Zählers CTF übermittelt den Inhalt des letzteren an den
Mikroprozessor MP über die Leitungen Qi mit Ausnahme der Stelle
mit der höchsten Wertigkeit (Leitung Qm), welche den Zähler
CPTR direkt heraufschaltet im Inneren des Mikroprozessors MP.
Der Zähler CTF und der Zähler CPTR im Mikroprozessor MP werden
nach jeder Messung der Periode durch ein Signal RS auf Null
gestellt.
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Fig. 2 zeigt als Funktion der Zeit "t" die Entwicklung der
Periode des Signals T. Zum Zeitpunkt to ist der Fühler trocken
und die Periode beträgt 0,5 Millisekunden (2 KHz).
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Zum Zeitpunkt t1 trifft ein Regentropfen G1 auf, welcher sich
zunehmend bis zum Zeitpunkt t11 ausbreitet, bevor er sich
zurückbildet und bis zum Zeitpunkt t2 verdunstet. Zum Zeitpunkt
t2 trifft ein Tropfen G2 auf, der sich zunehmend ausbreitet bis
zum Zeitpunkt t21 und sich danach zurückbildet ... usw.
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Während einer jeden Ausbreitungsperiode erhöht sich die Periode
des Signals T, wobei diese Erhöhungen von der oben
beschriebenen Verarbeitungseinheit berücksichtigt werden.
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Unter Berücksichtigung der gewählten Werte und ohne
Begrenzungen kann die Verarbeitungseinheit 400
Periodenmessungen während einer Zugangszeit von 200
Millisekunden durchführen, d.h. 200 Messungen, wenn nur jede
zweite ausgewertet wird; ist der Fühler gesättigt, so wächst
die Periode T auf 2,9 Millisekunden (340 Hz), entsprechend 70
Messungen während 200 Millisekunden.
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Wie es bereits eingangs der Beschreibung ausgeführt wurde,
basiert die Erfindung auf der Messung der positiven
Veränderungen oder Erhöhungen der Periode des Signals,
entsprechend einer Ausbreitungszeit des Regentropfens. Die
Periode wächst solange der Regentropfen sich ausbreitet. Die
Größe des Tropfens wird durch die Summe der akkumulierten
positiven Veränderungen während der Ausbreitungszeit des
Tropfens dargestellt.
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Als Beispiel sei ein Tropfen betrachtet, der sich schnell
ausbreitet und der durch die Summe der erheblichen
akkumulierten Veränderungen während einer kurzen Zeit
dargestellt wird, während der gleiche Tropfen, der sich langsam
ausbreitet durch die Summe von (zahlreicheren) akkumulierten
kleinen Veränderungen während einer längeren Zeit dargestellt
wird.
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Der Zeitpunkt, an dem die Periode abnimmt, ermöglicht es
ausschließlich das Akkumulieren der positiven Veränderungen zu
unterbrechen. Die durch den Beginn und das Ende des Ausbreitens
des Tropfens begrenzte Zeit ist die Integrationszeit der
positiven Veränderungen der Periode und ermöglicht alleine
nicht, die empfangene Wassermenge zu bestimmen (die Wassermenge
ist proportional zur Größe des Tropfens).
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Tropfen =
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(siehe Fig. 2 und 3)
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mit:
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K = Konstante
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T4 = Periode (letzte Messung)
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T3 = Periode (vorletzte Messung)
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Der Mikroprozessor MP substrahiert zu diesem Zweck den Wert der
vorhergehenden Periode T3 von letzterer T2. Ist das Resultat
positiv und ist während der folgenden Messung der Periode die
Periode T4 wenigstens gleich T2 + 1/2 der Veränderung, d.h. ist
T4 > T2 + T3 - T2/2, so wird daraus abgeleitet, daß die
festgestellte Veränderung durch eine Wasserzufuhr auf dem Fühler
hervorgerufen worden ist; die auf dem Fühler anwesende
Wassermenge nach ihrer Feststellung ist wenigstens gleich der
ursprünglichen Wassermenge, vergrößert um die Hälfte der
Veränderung. Diese Hälfte kann der Größe des ausgebreiteten
Tropfens nach dessen Zurückziehung in dem Fall entsprechen, in
dem ein kleiner gemessener Tropfen während einer einzigen
Messung der Periode festgestellt worden ist. In dem Fall, in
dem die Bedingung T4 > T2 + T3 - T2/2 nicht erfüllt ist, wird
abgeleitet, daß die gemessene Veränderung auf einem Störeffekt
beruht und demzufolge das Resultat der vorhergehenden
Subtraktion T3 - T2 nicht beeinflußt.
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Der Bruchteil 1/2 wird hier nur als Beispiel verwendet und es
wird betont, daß auch ein anderer Koeffizient beispielsweise
1/p verwendet werden kann.
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Die derart akkumulierte Summe der Veränderungen stellt ein Bild
des Wassertropfens dar, der sich ausgebreitet hat, wobei diese
Summe verglichen wird mit verschiedenen Schwellen zur
Bestimmung der Größe des Tropfens.
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Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung, welche diese
Veränderungen des Signals T berücksichtigt Störeffekte
ausschaltet, die Größe der Tropfen bestimmt und feststellt,
wann der Steuerbefehl D zur Betätigung des
Scheibenwischermotors abgegeben wird.
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Wie in Zusammenhang mit Fig. 1 ausgeführt, wird der Inhalt des
Zählers CTF (Zahlen Qi und Qm) dem Mikroprozessor MP zugeführt
und insbesondere einem Register R1 für Zahlen Qi mit niedriger
Wertigkeit und einem Zähler CTPR für die Zahl Qm mit der hohen
Wertigkeit. Der Inhalt des Registers R1 und des Zählers CTPR
wird am Ende einer jeden Messung der Dauer des Signals T einem
Schaltkreis 10 zugeführt, welcher die aufeinanderfolgenden
Messungen der Dauer des Signals T vergleicht, indem von der
neuen Messungen die vorhergehende Messung abgezogen wird, um
nun die positive Veränderung auf zunehmen unter der Bedingung,
daß diese Veränderung beispielsweise, wie oben ausgeführt,
größer als 50 % der vorhergehenden positiven Veränderung ist.
Die derart aufgenommenen oder gespeicherten positiven
Veränderungen werden einem Schaltkreis 12 zur Messung der Größe
der Tropfen zugeführt und danach einem Schaltkreis 14 zur
Einteilung der Tropfen als Funktion ihrer gemessenen Größe. Die
positiven Veränderungen, die nach Größe eingeteilt sind, werden
einem Schaltkreis 16 zugeführt zur Bestimmung der Art des
Niederschlags. Die Signale D, welche die verschiedenen Arten
von Niederschlägen darstellen, werden einem Schaltkreis 18 zur
Erstellung von Steuersignaien für den Scheibenwischermotor
zugeführt.
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Der Schaltkreis 10 weist beispielsweise drei Kaskadenregister
R4, R3 und R2 auf, welche die entsprechenden Code T4, T3 und T2
speichern, entsprechend drei aufeinanderfolgenden Messungen der
Dauer eines impulsförmigen Signals T, wobei der Code T2 der
ältesten Messung entspricht, der Code T4 der jüngsten Messung
entspricht und der Code T3 der dazwischenliegenden Messung
entspricht.
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Die drei Register R2, R3 und R4 sind mit einem Subtrahierer 20
verbunden, welcher die Subtraktionen T3 - T2 und T4 - T3
durchführt, deren positive Resultate einem Vergleicher 22
zugeführt werden.
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Ist (T4 - T3) > (T3 - T2)/2, so wird (T3 - T2) einem
Akkumulator oder Addierer 24 des Schaltkreises 12 mittels eines
Übertragungssignals TRA zugeführt. Im entgegengesetzten Fall
findet diese Zufuhr nicht statt. Dies bedeutet, daß der
Addierer 24 alle positiven Veränderungen des Signals T addiert.
Der Addierer 24 ist mit einer Schwellwertschaltung 28 über eine
logische UND-Schaltung 26 verbunden, deren Öffnung durch ein
Signal FEG gesteuert wird, welches das Ende der Ausbreitung des
Tropfens darstellt und vom Subtrahierer 20 stammt, wenn dieser
feststellt, daß die Subtraktion (T3 - T2) und/oder (T4 - T3)
negativ ist.
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Die Summe der derart akkumulierten Variationen ist ein Bild des
Tropfens, welcher sich ausgebreitet hat, wobei diese Summe mit
verschiedenen Schwellwerten verglichen wird zur Bestimmung der
Größe dieses Tropfens.
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Als Beispiele seien die folgenden Schwellen genannt:
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- < 159 für kleine Tropfen (Größe 0)
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- ≥ 159 und < 319 für darüberliegende Größen (Größe "1")
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- ≥ 319 und < 639 (Größe "2")
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- ≥ 679 und < 1279 (Größe "3")
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- ≥ 1279 (Größe "4").
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Die Summe wird in einem Addierer addiert, welcher den Tropfen
der entsprechenden Kategorie zugeordnet ist, je nach dem
Resultat des Vergleichs zwischen den Schwellwerten der
Kategorie.
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Diese Funktion der Einteilung erfolgt durch den Schaltkreis 14,
welcher einen Schwellwertschaltkreis 28, logische UND-
Schaltungen 30&sub0; und 30&sub4;, Teilerschaltkreise 32&sub0; bis 32&sub4; und
Addierer A00, A10, A20, A30 und A40 aufweist. Der
Schwellwertschaltkreis 28 weist fünf Ausgangsanschlüsse auf,
d.h. ebenso viele wie Tropfengrößen, wobei jeder mit einem
Eingang einer der UND-Schaltungen 30&sub0; bis 30&sub4; verbunden ist;
die UND-Schaltung 30&sub0; entspricht der Größe "0", die UND-
Schaltung 30&sub1; entspricht der Größe "1", die UND-Schaltung 302
entspricht der Größe "2", die UND-Schaltung 303 entspricht der
Größe "3" und die UND-Schaltung 30&sub4; entspricht der Größe "4".
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Die Öffnung einer jeden UND-Schaltung 32&sub0; bis 32&sub4; wird durch
ein entsprechendes Uhrsignal H2, H4, H8, H16 und H32
hervorgerufen, welches jeweils an einem zweiten
Eingangsanschluß einer jeden UND-Schaltung angelegt wird. Die
entsprechende Dauer der Signale H2 bis H32, welche von einem
Uhrenschaltkreis H stammen, liegen beispielsweise bei 200
Millisekunden, 400 Millisekunden, 800 Millisekunden, 1600
Millisekunden und 3200 Millisekunden, um dabei zu
berücksichtigen, daß die großen Tropfen eine längere
Ausbreitungszeit benötigen als die kleinen Tropfen. Die
Ausgangsanschlüsse der UND-Schaltungen 30&sub0; bis 30&sub4; sind mit den
Teilerschaltungen 32&sub0; bis 32&sub4; verbunden, welche den
übermittelten Code teilen, d.h. den Inhalt des Addierers 24
durch 1, 2, 4, 8 und 16, dergestalt, daß die Dauer der
Zeitsignale H2 bis H32 berücksichtigt wird, wobei diese Dauer
den Werten der großen Tropfen im Verhältnis der Dauern der
Zeitsignale eine höhere Gewichtung verleihen. Die
Ausgangsanschlüsse der Teilerschaltungen 32&sub0; bis 32&sub4; sind mit
entsprechenden Addierern A00 bis A40 verbunden, in denen Zahlen
entsprechend einer jeden Tropfengröße addiert werden. Das
heißt, daß im Falle eines Nieselregens entsprechend der Größe
"0" nur der Addierer A00 gespeist wird und sein Inhalt
ansteigt. Daraus resultiert, daß der Inhalt eines jeden
Addierers die Größe der auftreffenden Tropfen anzeigt, d.h. die
Art des Niederschlags, während der betrachteten Periode des
zugehörigen Zeitsignals H2 bis H32, wobei dieser individuelle
Inhalt es noch nicht ermöglicht zu entscheiden, ob die
Scheibenwischer eingeschaltet werden sollen oder nicht.
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Beispielsweise addiert während eines vorgegebenen
Zeitintervalls von 200 Millisekunden der Mikroprozessor MP die
kleinen Tropfen mit einem Wert von weniger als 159 (Größe "0")
im ersten Addierer A00. Während eines Zeitintervalls von 400
Millisekunden addiert der Mikroprozessor MP die Tropfen mit
einem Wert größer oder gleich als 159 und kleiner als 319
(Größe "1") im zweiten Addierer A10, nachdem vorher der Wert
der Tropfen durch 2 geteilt worden ist. Während eines
Zeitintervalls von 800 Millisekunden addiert der Mikroprozessor
MP die Tropfen mit einem Wert größer oder gleich als 319 und
kleiner als 639 (Größe "2") in einem dritten Addierer A20,
nachdem der Wert der Tropfen durch 4 geteilt worden ist.
Während eines Zeitintervalls von 1,6 Sekunden addiert der
Mikroprozessor MP die Tropfen eines Wertes größer oder gleich
als 639 und kleiner als 1279 (Größe "3") in einem vierten
Addierer A30, nachdem der Wert der Tropfen durch 8 geteilt
worden ist. Während eines Zeitintervalls von 3,2 Sekunden
addiert der Mikroprozessor MP die Tropfen mit einem Wert größer
oder gleich als 1279 (Größe "4") in einem fünften Addierer A40,
nachdem der Wert der Tropfen durch 16 dividiert worden ist.
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Dies bedeutet, daß der Inhalt eines jeden Addierers A00, A10,
A20, A30 und A40 die Größe der auftreffenden Tropfen anzeigt
d.h. die Art des Niederschlags, während der betrachteten
Periode des entsprechenden Uhrsignals H2 bis H32, wobei jedoch
dieser individuelle Inhalt es noch nicht ermöglicht zu
entscheiden, ob der Scheibenwischer eingeschaltet oder
angehalten werden soll, da für eine derartige Entscheidung die
gesamte auftreffende Wassermenge während einer vorgegebenen
Zeitdauer berücksichtigt werden muß.
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Diese Funktion wird durch die Schaltkreise 16 bis 18
ausgeführt. Der Schaltkreis 16 weist im wesentlichen die mit R
bezeichneten und durch eine Zahl ergänzten Register auf, denen
eine Anzahl von logischen UND-Schaltungen 34&sub0;, 34&sub1;, 34&sub2;, 34&sub3;
und 34&sub4; zugeordnet ist sowie eine Schwellwertschaltung 36. Der
Addierer A00 ist über eine logische UND-Schaltung 34&sub0;
einerseits mit der Schwellwertschaltung 36 und andererseits mit
einem ersten Register R01 einer Reihe von sieben Registern R01
bis R07 verbunden. Die sieben Register R01 bis R07 sind
untereinander derart verbunden, daß die Ausgangsanschlüsse des
einen mit den Eingangsanschlüssen des nächsten und mit der
Schwellwertschaltung 36 verbunden sind, wodurch der Inhalt
eines Registers dem nachfolgenden Register und der
Schwellwertschaltung 36 unter der Einwirkung des Uhrsignals H2
zugeführt werden kann, wobei dieses Signal der UND-Schaltung
34&sub0; zugeführt wird, um diese zu öffnen sowie den verschiedenen
Registern zugeführt wird. Die Addierer A10 bis A40 sind mit den
entsprechenden ersten Registern einer Reihe von Registern R11
bis R17, R21 bis R27, R31 bis R37 und R41 bis R47 über logische
UND-Schaltungen 34&sub0; bis 34&sub4; verbunden, die wiederum durch
entsprechende Uhrsignale H4 bis H32 gesteuert werden. Die
Uhrsignale dienen außerdem dazu, den Inhalt eines Registers von
einer Reihe zur nächsten zu befördern sowie zur
Schwellwertschaltung 36, entsprechend den oben beschriebenen
Verbindungen für den Addierer A00, die Register R01 bis R07 und
die Schwellwertschaltung 36. Am Ende einer jeden Periode von
200 Millisekunden verliert das Register R07 seinen Wert und
erhält denjenigen, der im Register R06 enthalten ist; zugleich
erhält das Register R06 den im Register R05 enthaltenen Wert,
wobei dies auch für die anderen Register bis zum Register R01
gilt, welches seinen Wert verliert und die Werte der Tropfen
erhält, die während des folgenden Zeitintervalls von 200
Millisekunden auftreffen.
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Für jede Klasse von größeren Tropfen ist die Verarbeitung die
gleiche, wobei für jede Klasse sieben Register eingesetzt
werden, d.h. die Register R11 bis R17 für Tropfen der Klasse
größer als 159 und kleiner 319, sieben Register R21 bis R27 für
Tropfen der Klasse größer gleich 319 und kleiner 639, sieben
Register R31 bis R37 für Tropfen der Klasse größer gleich 639
und kleiner 1279 und schließlich sieben Register R41 bis R47
für Tropfen der Klasse größer gleich 1279, d.h. insgesamt 35
Register. Der Schaltkreis 36 berechnet zu jedem Uhrsignal H2
den Mittelwert der Werte der 35 Register und der fünf Addierer
A00 bis A40 und vergleicht das Resultat mit vorgegebenen
Schwellen, wobei jede Schwelle einer Gesamtmenge an
auftreffendem Wasser während einer Zeiteinheit entspricht. So
entspricht beispielsweise eine erste Schwelle S1 einem
schwachen Regen, der nur einen langsamen Wischvorgang der
Scheibenwischer erfordert (Signal D&sub1;), während eine zweite
Schwelle S2 einem starken Regen entspricht, welcher einen
Schnellgang der Scheibenwischer erfordert (Signal D&sub2;).
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Diese Reihen von sieben Registern haben zum Ziel, die
Wassermengen zu speichern, entsprechend einer jeden Klasse von
Tropfen, während einer Dauer von 1,6 Sekunden für die Größe
"0", während einer Dauer von 3,2 Sekunden für die Größe "1",
während einer Dauer von 6,4 Sekunden für die Größe "2", während
einer Dauer von 12,8 Sekunden für die Größe "3" und während
einer Dauer vo 25,6 Sekunden für die Größe "4". Im
kontinuierlichen Betrieb bedeutet dies, daß der Mittelwert, der
alle 200 Millisekunden berechnet wird, derjenigen Wassermenge
entspricht, die während der 25,6 Sekunden, die der Rechnung
vorausgehen, auftrifft. Dies bedeutet, daß während dieser Dauer
von 25,6 Sekunden das Auftreffen eines großen dicken
Regentropfens den Mittelwert nur geringfügig verändert, da
dieser nur einem einzigen Wert unter 40 entspricht.
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Parallel zur oben beschriebenen Verarbeitung addiert der
Mikroprozessor MP sämtliche Tropfen in einem Addierer, der
Tropfensummierer genannt wird und der die Werte der Tropfen in
den gleichen Verhältnissen wie das auf die Windschutzscheibe
auftreffende Wasser speichert.
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Gemäß dem Schaltschema von Fig. 3 wird dies dadurch erreicht,
daß einem Addierer 38 der Inhalt des Addierers 24 über eine
logische UND-Schaltung 26 zugeführt wird. Der Inhalt dieses
Addierers 38 wird mit einer vorgegebenen Schwelle 53 in einem
Schaltkreis 40 verglichen. Der Schaltkreis 40 liefert ein
Signal D3, wenn die Schwelle 53 erreicht wird und dieses Signal
D3 wird einerseits einem Addierer 24 zugeführt, um diesen auf
Null zu stellen und andererseits einer logischen Schaltung 42,
in der er mit den Signalen D1 und D2 kombiniert wird, welche
vom Schaltkreis 36 stammen. Das Signal D3 kann beispielsweise
den Motor der Scheibenwischer steuern, um einen einzigen
Wischvorgang auszulösen, wenn die Signale D1 und D2 nicht
vorliegen. Der logische Schaltkreis 42 erstellt die
Steuersignale für den Scheibenwischermotor, d.h. Stillstand,
langsame Wischgeschwindigkeit, schnelle Wischgeschwindigkeit
und Intervallwischschaltung.
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Die obige Beschreibung in Zusammenhang mit den Fig. 1 und 3
betrifft eine Verarbeitungseinheit für elektrische Signale mit
variabler Periode, welche von einem Regenfühler stammen, im
Hinblick auf die Bestimmung der Größe der Tropfen und der
Wassermenge, welche pro Zeiteinheit auftrifft unter
Eliminierung von Störeffekten und im Hinblick auf die
anschließende Erstellung von Steuersignaien für den
Scheibenwischermotor.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Verarbeitungseinheit,
welche in der Lage ist, zwischen verschiedenen Arten von
Niederschlägen zu unterscheiden: Regen, Schnee, Nebel. Dieser
zweite Teil der Erfindung wird in Zusammenhang mit den Fig. 4a
und 4b beschrieben, welche Fließdiagramme sind von
aufeinanderfolgenden Schritten zur Verwirklichung des
Mikroprozessors MP.
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Im Falle eines heftigen Regens, der beispielsweise mit einer
gewissen Geschwindigkeit auftrifft, ist die in Zusammenhang mit
Fig. 1, 2 und 3 beschriebene Verarbeitungseinheit ausreichend,
um das gewünschte Resultat zu erhalten, d.h. eine
Windschutzscheibe, von der das Wasser durch einen
entsprechenden Wischvorgang der Scheibenwischer entfernt wird.
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Im Falle von Schnee oder Nebel können sich die Schneeflocken
oder die Nebeltröpfchen nicht auf den Fühler ausbreiten, so daß
die Verarbeitungseinheit nicht korrekt arbeiten kann, da die
Schwellen D1, D2 oder D3 nicht erreicht werden oder erst nach
einem unzulässig langen Zeitraum. Um diese Betriebsstörung zu
umgehen, schlägt die Erfindung einerseits vor, einen zeitlich
begrenzten Wischvorgang der Scheibenwischer durchzuführen, in
dem Fall, in dem eine langsame positive Veränderung der Periode
des elektrischen Signals des Fühlers auftritt und andererseits
in Kombination zeitweise den Fühler aufzuheizen bis er trocken
ist, so daß die Schneeflocken und die Nebeltröpfchen vom Fühler
entfernt werden, so daß dieser in denselben Zustand übergeht,
in dem sich die Windschutzscheibe nach dem ersten Wischvorgang
befindet.
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In Fig. 1 ist dieser Heizaspekt des Fühlers symbolisiert durch
eine Heizanordnung CH, die in der Nähe des Fühlers CA
angeordnet ist und die vom Mikroprozessor MP angesteuert wird.
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Das erste Diagramm in Fig. 4a entspricht einem zeitlich
beschränkten Wischvorgang, während das zweite Diagramm in Fig.
4b einer zeitlich beschränkten Heizung des Fühlers entspricht
und dies zweite Diagramm die Fortsetzung des ersten Diagramms
ist.
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Um keine Verwechslung mit den Bezugszeichen T2, T3, T4
aufkommen zu lassen, welche die Werte der aufeinanderfolgenden
Perioden des Signals T in Fig. 3 angeben, werden für die Fig.
4a und 4b die Bezugszeichen T0 und T1 verwendet, um die
entsprechende Messung T0 der Periode, die soeben beendet worden
ist und der vorhergehenden Messung T1 zu bezeichnen, wobei
diese Messungen durch das Viereck 50 symbolisiert werden. Die
Periode T0 wird mit der vorhergehenden Periode T1 verglichen
(Raute 52). Ist T0 kleiner als T1, so wird die entsprechende
Veränderung VL auf den Zustand "0" gesetzt (Viereck 56), wobei
die Differenz (T0 - T1), die negativ ist, nicht berücksichtigt
wird. Im entgegengesetzten Fall, d.h. wenn T0 größer ist als
T1, und zwar um einige Einheiten, beispielsweise vier
Einheiten, und wenn aus der vorhergehenden Messung, welche zu
T1 geführt hat, die langsame Veränderung VL zu einer
Einstellung in den Zustand "1" geführt hat, so wird die
Differenz (T0 - T1) einem Addierer zugeführt (Rechteck 60)
Befindet sich jedoch VL im Zustand "0", wird dieser Wert in den
Zustand "1" überführt (Rechteck 58), um dort für den folgenden
Meßvorgang zur Verfügung zu stehen.
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Zu periodischen Zeitintervallen, beispielsweise alle fünf
Sekunden, wird der Inhalt des Addierers 60 mit einer Schwelle
S4 verglichen (Raute 60). Ist die Summe Σ größer als 54 und
sind beispielsweise mehr als 30 Sekunden verstrichen und durch
einen Zähler Cp1 gemessen seit dem letzten Wischvorgang (Raute
62), wird ein zeitlich beschränktes Wischsignal D4 dem
Scheibenwischermotor zugeführt, während der Addierer 60 und der
Zähler Cp1 für die Dauer von 30 Sekunden auf Null gestellt
werden. Diese Rückstellung auf Null findet auch statt, wenn die
Bearbeitungseinheit die Signale D1 oder D2 abgibt. Ist die
Summe Σ kleiner als die Schwelle S4, oder ist die Dauer von 30
Sekunden seit dem letzten zeitlich beschränkten Wischvorgang
noch nicht erreicht, so erfolgt weder ein Wischvorgang noch
eine Rückstellung auf Null. Die langsame Veränderung, die
weiter oben angesprochen wurde, kann nur festgestellt werden,
in dem Maße, in dem der Fühler von einem tropfenden Zustand
ausgeht, d.h. ein Zustand, der einer vorgegebenen Periode
entspricht, die von Fühler zu Fühler sich ändert, aufgrund von
Fabrikationstoleranzen. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung
einerseits vor, die Dauer Tsec zu bestimmen, entsprechend dem
trockenen Zustand des Fühlers und andererseits den Fühler
aufzuheizen, wenn die gemessene Periode Tm größer als Tsec ist
oder die Heizung des Fühlers zu unterbrechen, wenn Tm kleiner
als Tsec ist.
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Zur Messung der Periode Tsec muß von einem Ursprungswert Ti
ausgegangen werden, der der gleiche sein kann für alle Fühler
einer gleichen Herstellungsserie. Beim Start des Fahrzeugs wird
die Heizung des Fühlers eingeschaltet und die Periode Tsec mit
dem Wert Ti initialisiert.
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Die Periode Tm des Signals T wird alle 200 Millisekunden
gemessen (Rechteck 70) und mit Ti verglichen (Raute 72). Ist Tm
größer als Ti, so bedeutet dies, daß der Fühler nicht mehr
trocken ist und daß ein entsprechendes Signal für CAPsec in den
Zustand "0" überführt wird (Rechteck 74). Ist jedoch Tm kleiner
als Ti, so bedeutet dies, daß das Signal für CAPsec sich im
Zustand "1" befindet (Raute 76).
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Sofern es sich um den ersten Meßwert Tm handelt, der kleiner
ist als Ti, so wird das Signal CAPsec, welches sich im Zustand
"0" befindet, in den Zustand "1" überführt (Rechteck 78). Wenn
beim nachfolgenden Meßvorgang Tm ebenfalls kleiner als Ti ist,
so ersetzt der Wert Tm den Wert Ti (Rechteck 80) und wird nun
Tsec genannt.
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Ist beim nachfolgenden Meßvorgang Tm kleiner als Tsec, so
ersetzt dieser Wert Tsec und so fort solange bis Tm größer als
Tsec wird, wobei in diesem Fall der Wert für CAPsec in den
Zustand "0" überführt wird (Rechteck 74).
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Durch Bestimmung der Periode Tsec entsprechend einem trockenen
Fühler ist es möglich, die Heizung des Fühlers so zu steuern,
daß dieser trocken ist, wobei der trockene Zustand der Periode
Tsec entspricht, welche konstant aktualisiert wird durch die
nachfolgenden Schritte.
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Die Steuerung der Heizung des Fühlers wird in folgender Weise
erhalten. Die gemessene Periode Tm wird mit einem oberen Wert
für Tsec von einigen Referenzeinheiten verglichen (Raute 82),
wobei letztere eine ganze Zahl n darstellen. Ist Tm kleiner als
Tsec, so bedeutet dies, daß der Fühler trocken ist und daß die
Heizung zu unterbrechen ist (Rechteck 36). Diese Unterbrechung
erfolgt jedoch nur während eines bestimmten Zeitintervalls
(beispielsweise 5 Sekunden), das durch einen Zähler Cp2
gemessen wird nach dem Übergang unterhalb der Schwelle Tsec
(Raute 94).
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Ist Tm größer als Tsec so bedeutet dies, daß der Fühler naß ist
und daß die Heizung einzuschalten ist. Dieses Einschalten
erfolgt jedoch in der Tat nur während eines bestimmten
Zeitintervalls (beispielsweise 5 Sekunden), welches ebenfalls
durch den Zähler Cp2 gemessen wird nach Überschreiten der
Schwelle Tsec) nach oben hin (Raute 90).
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Dieser Zeitintervall von 5 Sekunden zum Einschalten oder zum
Unterbrechen der Heizung wird durch den Zähler Cp2
gewährleistet (Rechtecke 98 und 100), der den Zustand "0" zu
Beginn der Heizung einnimmt oder durch das Unterbrechen der
Heizung und der um jeweils eine Einheit zunimmt bei jedem
Zyklus des Zählers 98, 100, wie es durch die
Überwachungsschritte gemäß den Rauten 90 und 94 überwacht wird.
Wie oben ausgeführt, befindet sich der Zähler 98, 100 ebenfalls
im Zustand "0" beim Starten des Fahrzeugs.