DE69406048T2 - Ultraschalldetektionsgerät insbesondere für eine automatisch gesteuerte Windschutzreinigungsanlage - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Ultraschall- Erfassungsvorrichtungen und insbesondere Ultraschall- Erfassungsvorrichtungen zum Erfassen des Vorhandenseins von Fremdkörpern, wie Wasser, auf einer Scheibe. Eine solche Ultraschall-Erfassungsvorrichtung ist beispielsweise für die Verwendung mit einem automatisch gesteuerten Reinigungssystem einer Windschutzscheibe für Fahrzeuge bestimmt und die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit einer solchen Anwendung beschrieben. Es ist jedoch verständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Anwendung beschränkt ist.
• Im Laufe der letzten Jahre sind verschiedene Vorrichtungstypen von dieser Art für die automatisch gesteuerte Scheibenreinigung vorgeschlagen worden, die durch Ultraschallerfassung von Wasser auf einer Oberfläche funktionieren.
• Solche Vorrichtungstypen sind bereits aus den Dokumenten DE-A-4 033 975, EP-A-0 321 146 und EP-A-0 512 653 bekannt. Dieses letzte Dokument beschreibt beispielsweise eine Vorrichtung, die auf der Innenoberfläche der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs befestigt ist und einen Wandler umfasst, der einen Ultraschallimpuls aussendet. Die Vorrichtung empfängt und verarbeitet die daraus resultierenden reflektierten Impulse. Der Ultraschallimpuls breitet sich nämlich in der Dicke der Windschutzscheibe aus und unterliegt zahlreichen inneren Reflexionen auf der Grenzfläche zwischen der Innen- und Aussenseite der Windschutzscheibe.
• Die Amplitude dieser Reflexionen nimmt in einem Mass ab, das vom Vorhandensein oder Fehlen von Wasser auf der Windschutzscheibe abhängt. Wenn an der Stelle, wo die Messung vorgenommen wird, kein Wasser auf der Aussenoberfläche der Windschutzscheibe vorhanden ist, ist das Abschwächungsmass der Amplitude dieser inneren Reflexionen kleiner als dasjenige an der Stelle, wo Wasser auf der Aussenoberfläche der Windschutzscheibe vorhanden ist. Indem die Amplitude der durch den Wandler in einem vorbestimmten Augenblick nach dem Aussenden des Ultraschallimpulses erfassten reflektierten Impulse gemessen wird und indem ein Vergleich dieser Amplitude mit einer vorbestimmten Referenzspannung angestellt wird, ist es möglich zu bestimmen, ob Wasser auf der Aussenoberfläche der Windschutzscheibe vorhanden ist und demzufolge die Scheibenwischer zu betätigen.
• Man hat jedoch festgestellt, dass in der Praxis, wenn das Problem auf diese Art und Weise angegangen wird, keine sichere Angabe über das Fehlen oder Vorhandensein von Wasser auf der Windschutzscheibe gemacht werden kann. Ein Problem in Verbindung mit dieser Vorrichtung besteht darin, dass die Störsignale, die beispielsweise aus den Kopplungsänderungen des Wandlers oder aus dem Aufschlag der Objekte auf der Windschutzscheibe resultieren können, die Amplitude von gewissen reflektierten Impulsen verändern können.
• Ein weiteres Problem in Verbindung mit dieser Vorrichtung besteht in der Schwierigkeit, die Referenzspannung auf ihrem vorbestimmten Wert zu halten, der sich beispielsweise wegen einer Variation in der Umgebungstemperatur verändern kann. Die Amplitude des ausgesandten Ultraschallimpulses und das Abschwächungsmass der erfassten reflektierten Impulse hängen ebenfalls von der Temperatur ab, denn der elektronische Schaltkreis, der sie verwerten soll, ist ebenfalls von der Temperatur abhängig. Ferner wird das Mass, mit dem die Amplitude dieser reflektierten Impulse abnimmt, ebenfalls durch die Temperatur der Materialien, durch welche die Impulse laufen, beeinflusst.
• Somit ist die oben beschriebene Vorrichtung zahlreichen verschiedenen Fehlerquellen unterworfen, die eine unkorrekte Angabe des Vorhandenseins von Wasser oder von einem anderen Fremdkörper auf der Windschutzscheibe hervorrufen und folglich ein unnötiges Funktionieren der Scheibenwischer mit sich ziehen.
• Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ultraschall-Erfassungsvorrichtung auszuführen, die die Nachteile des Standes der Technik einschränkt oder aufhebt.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Ultraschall-Erfassungsvorrichtung, bestimmt zum Erfassen des Vorhandenseins von Fremdkörpern, wie Wasser, auf einer Windschutzscheibe, umfassend Wandlermittel zum Aussenden einer Sequenz von Ultraschallimpulsen in der Dicke der Scheibe und zum Empfangen einer Serie von reflektierten Impulsen, resultierend aus jedem der Impulse, wobei die reflektierten Impulse in jeder der Serien eine Amplitude aufweisen, die mit einem Mass abnimmt, das in Abhängigkeit von dem Vorhandensein der Fremdkörper auf der Windschutzscheibe variiert, welche Wandlermittel ein für jede der Serien von reflektierten Impulsen repräsentatives Echosignal erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Verstärkungsmittel für das Verstärken der Echosignale durch einen selektiven Verstärkungsfaktor, Integriermittel für das Integrieren jedes der Echosignale über eine gewählte Periode zum Erzeugen eines Integralwertes, Verstärkungssteuermittel zum Messen des Integralwertes und zum Wählen des Verstärkungsfaktors, um den Integralwert auf einem stationären Betriebswert zu halten, und Mittel zum Messen der zeitlichen Abweichung des Integralwertes relativ zu dem stationären Betriebswert und zum Bestimmen, ob die zeitliche Abweichung über einer vorbestimmten Schwelle liegt, umfasst.
• Indem man einen Teil der Echosignale integriert und indem man den stationären Betriebswert dieses integrierten Signals während dem Messen der zeitlichen Abweichung dieses stationären Betriebswertes konstant hält, liefert man eine Ultraschall-Erfassungsvorrichtung, die das Vorhandensein von Wasser auf einer Windschutzscheibe erfasst, die jedoch zumindest die Auswirkungen des Störgeräusches und der Temperaturvariationen vermindert und die die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Verwendung einer Referenzspannung umgeht.
• Die nachfolgende Beschreibung zeigt näher im Detail verschiedene Merkmale der vorliegenden Erfindung. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen die Ultraschall-Erfassungsvorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform der Beschreibung illustriert ist. Es versteht sich, dass:
• - Figur 1 eine schematische Teilansicht von oben eines Kraftfahrzeugs ist, das mit einer automatisch gesteuerten Reinigungsvorrichtung ausgerüstet ist, welche eine. Ultraschall-Erfassungsvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung aufweist;
• - Figur 2 ein Blockschema einer Ausführungsform einer Ultraschall-Erfassungsvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung ist;
• - Figur 3 ein Diagramm eines durch die Ultraschall- Erfassungsvorrichtung der Figur 2 bei Fehlen von Wasser auf der Aussenoberfläche der Windschutzscheibe erzeugten charakteristischen Echosignals ist;
• - Figur 4 ein Diagramm eines durch die Ultraschall- Erfassungsvorrichtung der Figur 2 bei Vorhandensein von Wasser auf der Aussenoberfläche der Windschutzscheibe erzeugten charakteristischen Echosignals ist;
• - Figur 5 ein Diagramm des Echosignals der Figur 3 ist, das zeigt, wie dieses Signal über eine vorbestimmte Periode integriert wird;
• - Figur 6 ein Diagramm des integrierten Signals der Figur 5 ist; und
• - Figur 7 ein Diagramm des integrierten Signals ist, das aus dem Aussenden einer Sequenz von Ultraschallimpulsen durch die Ultraschall-Erfassungsvorrichtung der Figur 2 resultiert.
• Indem man nun auf die Figur 1 Bezug nimmt&sub1; erkennt man eine schematische Ansicht einer Windschutzscheibe 1 eines Kraftfahrzeuges, das mit einer automatisch gesteuerten Reinigungsvorrichtung ausgerüstet ist, welche eine Ultraschall-Erfassungsvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung aufweist. Das Reinigungssystem ist zum Entfernen von auf der Aussenoberfläche 2 der Windschutzscheibe 1 abgelagerten Fremdkörpern bestimmt. In diesem Beispiel weist der Ausdruck "Fremdkörper" auf Elemente wie Wasser, Schnee, Dreck, usw. hin, die sich auf der Windschutzscheibe 1 ablagern und das Blickfeld des Fahrers beeinträchtigen können.
• Die Reinigungsvorrichtung umfasst eine Scheibenwischereinheit 3 und eine Ultraschall-Erfassungsvorrichtung 4 zum Erfassen des Vorhandenseins von Fremdkörpern auf der Windschutzscheibe. Die Scheibenwischereinheit 3 umfasst auf bekannte Art und Weise zwei Wischer 5 und 6, die von einem Motor 7 mittels eines Gestänges 8 angetrieben werden. Die Wischer 5 und 6 sind dazu bestimmt, sich auf der Aussenoberfläche 2 der Windschutzscheibe 1 gemäss einer abwechselnden Bogenkreisbewegung zu verschieben, und definieren somit eine vorbestimmte Zone 9, die durch gestrichelte Linien begrenzt ist und das minimale Blickfeld darstellt, das dem Fahrer zur Verfügung stehen muss.
• Die Ultraschall-Erfassungseinheit 4 umfasst im wesentlichen einen Wandler 10 und einen dem Wandler zugeordneten elektronischen Schaltkreis 11. Der Wandler 10 ist auf der Innenseite der Windschutzscheibe 1 befestigt und elektrisch über ein koaxiales Kabel 12, das entlang der Dichtung 15 der Windschutzscheibe 1 läuft, an die Schaltung 11 angeschlossen. Ein Versorgungsschaltkreis 16, der beispielsweise von der Batterie des Fahrzeugs gebildet ist, ist ebenfalls an die Schaltung 11 angeschlossen.
• Der an die Schaltung 11 angeschlossene Motor 7 dient zur Betätigung der Wischer 5 und 6, wenn die Schaltung 11 das Vorhandensein von Wasser oder von einem anderen Fremdkörper auf der Aussenoberfläche 2 der Windschutzscheibe anzeigt. Die Schaltung 11 ist vorzugsweise in integrierter Form ausgeführt, damit sie in einer einzigen Einheit dem Wandler 10 zugeordnet werden kann.
• Figur 2 stellt ein Schema der Ultraschall- Erfassungsvorrichtung 4 und des Motors 7 der Figur 1 dar. Die Ultraschall-Erfassungsvorrichtung 4 umfasst den Ultraschallwandler 10, eine Zeitschaltung 20, einen Formschaltkreis 21, Verstärkungsschaltkreise 22 und 23, einen Bandfilter 24, einen Hüllkurvendetektor 25, einen Integrierschaltkreis 26, einen Analog-Digital-Umsetzer 27, einen Mikroprozessor 28, einen Anschaltsteuerkreis 29 und einen Schaltkreis mit einem Zeitfenster 30.
• Der Ultraschallwandler 10 kann irgendeiner Bauart sein und wird einerseits zum Aussenden einer Sequenz von auftreffenden Ultraschallimpulsen, wovon sich jeder in der Dicke der Windschutzscheibe 1 ausbreitet, verwendet, und andererseits zum Empfangen einer Serie von aus der Ausbreitung jedes ausgesandten Impulses resultierenden reflektierten Impulsen. Der Wandler 10 kann die Konfiguration einer Tablette aufweisen, die aus einer piezoelektrischen Keramik, wie Bleititanat, hergestellt ist, wobei die beiden gegenüberliegenden Seiten der Tablette je mit einer Elektrode überdeckt sind, die dazu bestimmt ist, an die Schaltung 11 angeschlossen zu werden. Der Wandler 10 ist auf der Innenoberf läche der Windschutzscheibe 1 befestigt, damit er wirksam mit dieser Oberfläche gekoppelt ist, um somit die Störreflexionen an der Befestigungsgrenzfläche zu verharmlosen.
• Die Zeitschaltung 20 überträgt Impulse auf den Formschaltkreis 21, wobei jeder Impuls eine Dauer von 50 bis 200 Nanosekunden aufweist. Die Amplitude dieser Impulse wird durch den Formschaltkreis 21 auf einen festen Wert begrenzt, der beispielsweise bei einem Wert von 10 Volt liegen kann. Die Impulse des Formschaltkreises 21 werden auf den Wandler 10 über seine Elektroden abgegeben, und diese Erregung erzeugt am Wandler 10 eine Sequenz von auftreffenden Ultraschallimpulsen 31. Diese Impulse können irgendeine geeignete Wiederholfrequenz, beispielsweise in der Grössenordnung von 2,56 kHz, aufweisen. Sie breiten sich in der Dicke der Windschutzscheibe aus und unterliegen einer grossen Anzahl von inneren Reflexionen zwischen der Innenund Aussenoberfläche der Windschutzscheibe 1.
• Der Anteil der reflektierten Energie relativ zu der ausgesandten Energie dieser Impulse während diesen inneren Reflexionen auf der Windschutzscheibe variieren je nach den Materialien, die die Grenzfläche, an welcher die Impulse reflektiert/ausgesandt werden, bilden. Wenn sich die Grenzfläche zwischen der Aussenoberfläche der Windschutzscheibe und der Luft befindet, wird ein grösserer Anteil der Impulse in Richtung des Wandlers 10 reflektiert, als wenn sich die Grenzfläche zwischen der Aussenoberfläche der Windschutzscheibe und dem Wasser befindet. Somit wird die Amplitude der durch den Wandler 10 nach dem Aussenden jedes Ultraschallimpulses 31 erfassten reflektierten Impulses 32 mit einem Mass gedämpft, das von dem Vorhandensein oder Fehlen eines Fremdkörpers, wie Wasser, auf der Aussenoberfläche 2 der Windschutzscheibe 1 abhängt.
• Das elektrische "Echo"-Signal, das zwischen den Elektroden des Wandlers 10 erzeugt wird und aus der Erfassung der Serien von reflektierten Impulsen nach dem Aussenden jedes auftreffenden Impulses 31 resultiert, wird an den Verstärker 22 abgegeben, um durch die Schaltung 11 verarbeitet zu werden. Auf diese Art und Weise weist jedes erzeugte Echosignal eine Spitzenspannung in der Grössenordnung von 5 Millivolt auf. Der Verstärker 22 hat einen Verstärkungsfaktor von beispielsweise 40 dB und wandelt das Echosignal mit einer Spitzenspannung von 5 Millivolt in ein Echosignal mit einer Spitzenspannung von 500 Millivolt um. Der Verstärker 22 ist derart konzipiert, dass er ohne Schaden die am Ausgang des Formschaltkreises 21 vorhandene Spannung ertragen kann. Der Filter 24 weist einen Durchlassbereich von 3 bis 5 MHz auf und schaltet das Störgeräusch der Echosignale aus.
• Figur 3 zeigt ein für eine Grenzfläche Windschutzscheibe/Luft charakteristisches Echosignal 40, wobei dieses Signal am Ausgang des Bandfilters 24 gemessen wird und Impulse wie diejenigen aufweist, die mit den Bezugszeichen 41, 42 und 43 bezeichnet sind. Figur 4 zeigt ein für eine Grenzfläche Windschutzscheibe/Wasser charakteristisches Echosignal 50, welches Signal ebenfalls am Ausgang des Bandfilters 24 gemessen wird und Impulse wie diejenigen aufweist, welche mit den Bezugszeichen 51, 52 und 53 bezeichnet sind. Wie man unter Bezugnahme auf diese zwei Figuren erkennen kann, wird die Amplitude der Impulse jedes Echosignals schneller gedämpft, wenn Wasser 33 auf der Aussenoberfläche 2 der Windschutzscheibe 1 vorhanden ist, als wenn das Wasser 33 fehlt.
• Anstatt das Dämpfungsmass jedes Echosignals durch direkte Messung der Amplitude eines oder mehrerer dieser Impulse zu einem festgelegten Zeitpunkt nach dem Aussenden eines auftreffenden Ultraschallimpulses 31 zu bestimmen, werden die folgenden vom Wandler 10 empfangenen Echosignale integriert, und während der Dauerbetriebswert dieser Integralen konstant gehalten wird, wird die zeitliche Abweichung dieses Dauerbetriebswertes wird gemessen. Dieses Verfahren soll nun erläutert werden.
• Der Ausgang des Bandfilters 24 ist an den Hüllkurvendetektor 25 angeschlossen, der, obwohl er nicht wesentlich für die Erfindung ist, jedes Echosignal gleichrichtet, indem er jegliche alternierende Komponente ausschaltet, wobei dieser Filter die Präzision der auszuführenden Integration erhöht. Figur 5 zeigt ein Echosignal 60, das am Ausgang des Bandfilters 24 gemessen wird und eine Hüllkurve 61 aufweist, die durch den Hüllkurvendetektor 25 erfasst wird. In der Folge wird das so erfasste Hüllkurvensignal 61 durch den Verstärker 23 mit einem über einen Datenbus 34 mit 8 Bits durch den Mikroprozessor 28 bestimmten Verstärkungsfaktor verstärkt.
• Das verstärkte Hüllkurvensignal 61 wird dann an den Integrator 26 abgegeben, der an den Ausgang der Zeitschaltung 20 über die Verzögerungsschaltung 30 angeschlossen ist. Die Verzögerungsschaltung 30 ermöglicht dem Integrator 26, während einem vorbestimmten Zeitfenster das Hüllkurvensignal 61 zu integrieren. Dieses Zeitfenster, welches eine Dauer von weniger als 10 µSek aufweisen kann, ist über eine anpassbare Verzögerung von 2 bis 50 µSek nach jedem dem Formschaltkreis 21 gelieferten Impuls offen.Das Zeitfenster kann typisch zwischen 18 und 23 µSek nach jedem Impuls offen sein. Um diese Verzögerung herzustellen, zählt die Verzögerungsschaltung 30 die im Anschluss an das Aussenden jedes Ultraschallimpulses 31 durch den Wandler 10 erzeugten Impulse der Zeitschaltung 20. Die Zeitpunkte, zu denen dieses Zeitfenster offen und geschlossen ist, sind auf Figur 5 mit den Bezugszeichen 62 bzw. 63 bezeichnet.
• Figur 6 zeigt eine graphische Darstellung der am Ausgang des Integrators 26 vorhandenen Spannung 64 im Verhältnis zu der Zeit. Wie man aus dieser Figur 6 erkennen kann, wird der Ausgang des Integrators 26 nach dem Aussenden jedes Ultraschallimpulses 31 durch den Wandler 10 wieder auf null Volt gebracht. Bei der Öffnung 62 des durch die Verzögerungsschaltung 30 definierten Zeitfensters nimmt die Spannung 64 in Abhängigkeit von der Integralen des Hüllkurvensignals 61 zu. Wenn sich im Augenblick 63 das Zeitfenster schliesst, wirkt der Integrator des Hüllkurvensignals 61 nicht mehr und die Spannung 64 bleibt dann mit einem den schraffierten Bereich der Figur 5 darstellenden Wert konstant, bis sie wieder auf Null gebracht wird.
• Nach dem Schliessen jedes Zeitfensters wandelt der Analog-Digital-Umsetzer 27 die Spannung am Ausgang des Integrators 26 in einen numerischen Wert um, der dem Mikroprozessor 28 über einen Datenbus mit 8 Bits übermittelt wird. Somit muss der Ausgang des Integrierschaltkreises 26 nur einmal pro Echosignal abgelesen werden, oder in diesem Beispiel mit einer Frequenz von 2,56 kHz Um die Störwerte noch zusätzlich zu vermindern, kann der Mikroprozessor 28 eine gewisse Anzahl von numerischen Werten speichern und den Mittelwert dieser Werte berechnen. Vorzugsweise können die gespeicherten numerischen Werte aufeinanderfolgend sein. Die Anzahl von zum Berechnen dieses Wertes verwendeten Werten kann variieren. In der auf Figur 2 beispielshalber aufgeführten Ausführungsform, kann der Mittelwert von 256 aufeinanderfolgenden Werten gewählt werden, so dass mit einer Wiederholfrequenz zwischen den auftreffenden Ultraschallimpulsen von 2,56 kHz ein numerischer Durchschnittswert mit einem Rhythmus von 10 pro Sekunde berechnet wird.
• Der Mikroprozessor 28 passt den dem Verstärker 23 gelieferten Verstärkungswert auf der Basis jedes numerischen Wertes an, um die Spannung am Ausgang des Integrators 26 nach dem Zeitpunkt 63 auf einem Dauerbetriebswert zu halten. Wie dies Figur 6 zeigt, bildet dieser Dauerbetriebswert vorzugsweise einen wesentlichen Anteil der Skalenendwert- Eingangsspannung des Analog-Digital-Umsetzers 27, um die Ablese-Auflösung maximal zu steigern. Die Skalenendwert- Eingangsspannung des Analog-Digital-Umsetzers 27 kann beispielsweise 5 Volt betragen, während der Dauerbetriebswert am Ausgang des Integrators 4 Volt betragen kann.
• Figur 7 zeigt eine graphische Darstellung des analogen Signals am Ausgang des Integrators 26, das mit dem Vollstrich 70 symbolisiert ist, und der durch den Mikroprozessor 28 berechneten numerischen Durchschnittswerte, die durch die Punkte 71 symbolisiert sind. Der Analog-Digital-Umsetzer 26 ist derart reguliert, dass die Skalenendwert-Eingangsspannung einem numerischen Wert von 2&sup8; - 1 = 255 entspricht (wobei der Bus 35 8 Bits aufweist), und dass eine Eingangsspannung Null einem numerischen Wert 0 entspricht. Der Dauerbetriebswert der Integralen 64, der zu einem Zeitpunkt nach dem Schliessen 63 des Zeitfensters, während dem jedes Echosignal integriert wird, abgelesen wird, kann also einem numerischen Wert von beispielsweise 200 entsprechen.
• Wenn kein Wasser oder kein anderer Fremdkörper auf der Aussenoberfläche 2 der Windschutzscheibe 1 vorhanden ist und wenn die Umgebungstemperatur konstant ist, bleiben der Ausgang 70 des Analog-Digital-Umsetzers 26 und die durch den Mikroprozessor 28 berechneten entsprechenden numerischen Durchschnittswerte 71 unverändert.
• Wenn die Umgebungstemperatur der Windschutzscheibe 1 oder die Betriebsmerkmale der Schaltung 11 variieren, können das analoge Signal 70 und sein entsprechender numerischer Durchschnittswert 71 zeitweilig von ihrem Dauerbetriebswert abweichen. Eine solche Situation wird in Figur 7 durch die Abweichungen zu den Zeitpunkten 72 und 73 dargestellt. Wegen dem Wärmeleitwiderstand der Windschutzscheibe 1 und/oder gegebenenfalls wegen der normalen allmählichen Verschiebung der Betriebsmerkmale der Schaltung 11 treten die Abweichungen 72 und 73 relativ langsam auf. Die Abweichung der aufeinanderfolgenden numerischen Durchschnittswerte, welche durch den Mikroprozessor 28 relativ zu dem Dauerbetriebswert von 200 berechnet werden, kann in der Grössenordnung von nur 0 bis 2 liegen. Der Mikroprozessor 28 ist nur fähig, den Verstärkungswert, der dem Verstärkungs-schaltkreis 23 durch ein festgelegtes Quantum vorgeschrieben wird, anzupassen, wenn ein neuer numerischer Durchschnitts-wert 71 berechnet wird. Dieses festgelegte Quantum kann dem Bit des niedrigsten Punktes des 8 Bits-Verstärkungswertes entsprechen, und es ist derart festgelegt, dass es beinahe oder sogar vollständig die kleinen Abweichungen kompensiert. Somit können die numerischen Durchschnittswerte 71 im Bereich des Dauerbetriebswertes von 200 einreguliert werden.
• Wenn allerdings ein oder mehrere Wassertropfen 33 auf die Aussenoberfläche 2 der Windschutzscheibe 1 fallen, entsteht eine erhebliche und unmittelbare Abdämpfung der Amplitude der Impulse der Echosignale des Wandlers 10 und also ein schneller Abfall der aufeinanderfolgenden numerischen Durchschnittswerte, wie dies durch die Abweichung zum Zeitpunkt 74 dargestellt ist. Diese Abweichung relativ zum Dauerbetriebswert von 200 kann in Abhängigkeit von der an der Messstelle vorhandenen Wassermenge in der Grössenordnung von 5 bis 150 sein.
• Der Mikroprozessor 28 sendet ein hohes logisches Signal an den Starkstromkreis 29, wenn zwei aufeinanderfolgende numerische Durchschnittswerte um mehr als einen vorbestimmten Schwellenwert von beispielsweise 4 voneinander abweichen. In Reaktion auf dieses hohe logische Signal speist der Starkstromkreis 29 den Motor 7, der in der Folge die Wischer 5 und 6 auf der Aussenoberfläche 2 der Windschutz-scheibe 1 antreibt.
• Damit die Ultraschall-Erfassungsvorrichtung wenig empfindlich auf Änderungen des Verstärkungsfaktors des Verstärkers ist, kann der Mikroprozessor 28 angepasst werden, um irgendeine Abweichung zwischen aufeinanderfolgenden numerischen Durchschnittswerten, die aus einer Änderung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 23 resultieren, zu kompensieren. Wenn beispielsweise der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 23 zwischen den Berechnungsvorgängen von zwei aufeinanderfolgenden numerischen Durchschnittswerten verändert wird, kann der Mikroprozessor 28 den ersten numerischen Durchschnittswert verändern, indem er ihn mit dem Verhältnis des neuen Verstärkungsfaktors zum vorangehenden Verstärkungsfaktor multipliziert. Folglich ermöglicht ein Vergleich zwischen dem zweiten numerischen Durchschnittswert und diesem ersten veränderten numerischen Durchschnittswert die Messung der Abweichung zwischen diesen Werten, während man keinerlei Komponente kennt, die aus einer Änderung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 23 resultiert.
• Indem somit das Vorhandensein von Wasser oder von einem anderen Fremdkörper auf der Windschutzscheibe erfasst worden ist, hört der Mikroprozessor 28 auf, den dem Verstärker 23 gelieferten Verstärkungswert anzupassen. Zum Zeitpunkt 75, nach der Erfassung der Abweichung zum Zeitpunkt 74, wischen die Wischer 5 und 6 über die Windschutzscheibe und entfernen das Wasser von der Messstelle. Zu diesem Zeitpunkt 75 befinden sich die numerischen Durchschnittswerte 71 wieder auf einem Wert, der im Bereich des Dauerbetriebswertes von 200 liegt.
• Zum Zeitpunkt 76 fällt erneut Wasser auf die Windschutzscheibe. Der Mikroprozessor 28 weist nach, dass die Variation zwischen den aufeinanderfolgenden numerischen Durchschnittswerten über dem Schwellenwert von 4 liegt, und folglich funktionieren die Wischer 5 und 6 weiterhin. Zum Zeitpunkt 77 wird wieder Wasser von der Messstelle entfernt und die numerischen Durchschnittswerte 71 befinden sich wieder auf einem Wert, der nahe beim Dauerbetriebswert liegt.
• Durch Vergleichen jedes numerischen Durchschnittswertes 71 mit dem vorangehenden numerischen Durchschnittswert ist die Ultraschall-Erfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung fähig, mit Präzision das Einführen von Fremdkörpern auf einer Scheibe oder auf einer Windschutzscheibe zu erfassen, auch wenn andere betroffene Parameter, wie zum Beispiel die Umgebungstemperatur, mit der Zeit variieren. Zum Zeitpunkt 78 hat man eine Änderung der Temperatur der Windschutzscheibe 1 dargestellt. Diese Änderung kann das Abdämpfungsmass der Amplitude der Impulse jedes Echosignals verändern, was dann den Dauerbetriebswert der durch den Mikroprozessor 28 berechneten numerischen Durchschnittswerte beeinträchtigen kann. Deshalb kann dieser Dauerbetriebswert mit der Zeit abweichen, was durch die gestrichelte Linie 79 dargestellt ist. Die Erfassung eines Unterschieds zwischen den aufeinanderfolgenden numerischen Durchschnittswerten zu den Zeitpunkten 80 und 81 ermöglicht jedoch dem Mikroprozessor, weiterhin die Wischer 5 und 6 funktionieren zu lassen, um das Wasser von der Windschutzscheibe 1 zu entfernen.
• Zum Zeitpunkt 82 wird das Wasser, welches die Änderung zum Zeitpunkt 81 hervorgerufen hat, von der Windschutzscheibe 1 entfernt, und der numerische Durchschnittswert befindet sich wieder auf einem Dauerbetriebswert 79. Nach einem vorbestimmten Intervall, der beispielsweise der Berechnung von 20 numerischen Durchschnittswerten (z.Bsp. 2 Sekunden) entsprechen kann, und wenn keine über dem Schwellenwert 4 liegende Änderung erfasst wird, beginnt der Mikroprozessor 28 wieder, die dem Verstärker 23 gelieferten vorgeschriebenen Verstärkungswerte anzupassen. Wie man dies zum Zeitpunkt 83 erkennen kann, variieren die numerischen Durchschnittswerte nicht mehr in Abhängigkeit von der Änderung der Umgebungstemperatur der Windschutzscheibe, sondern kehren zu einem Wert zurück, der im Bereich ihres Dauerbetriebswertes von 200 liegt.
• Es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen und/oder Beifügungen an der Ultraschall-Erfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können, ohne deren in den beigefügten Ansprüchen definierte Tragweite zu beeinträchtigen.
• Beispielsweise kann man eine Ultraschall- Erfassungsvorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung konzipieren, indem man die Positionen des Verstärkers 23 und des Integrators 26 relativ zu denjenigen, welche diese Komponenten im Schema der Figur 2 einnehmen, vertauscht. Somit können die Echosignale des Wandlers 10 zuerst in einem gewählten Zeitfenster integriert und dann durch den Verstärker 23 verstärkt werden, wobei der Verstärkungsfaktor dieses letzteren verändert wird, um den Integralwert am Ausgang der Schaltung des Integrators 26 auf einem Dauerbetriebswert zu halten.

Claims (10)

1. Ultraschall-Erfassungsvorrichtung, bestimmt zum Erfassen des Vorhandenseins von Fremdkörpern, wie Wasser, auf einer Scheibe, etwa der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, umfassend:

- Wandlermittel (10) zum Aussenden einer Sequenz von Ultraschallimpulsen (31), die sich in der Dicke der Scheibe (1) ausbreiten, und zum Empfang einer Serie von reflektierten Impulsen (32), hervorgerufen durch jeden der Ultraschallimpulse, wobei die reflektierten Impulse in jeder der Serien eine Amplitude aufweisen, die mit einem variablen Maß gedämpft wird, das von dem Vorhandensein der Fremdkörper (33) auf der Scheibe abhängt, welche Wandlermittel (10) ein jede der Serien von reflektierten Impulsen reprasentierendes Echosignal (40, 50) erzeugen,

dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Verstärkungsmittel (22) für das Verstärken der Echosignale (40, 50) mit einem bestimmten Verstärkungsfaktor, Integriermittel (26) für das Integrieren jedes der verstärkten Echosignale (40, 50) über ein bestimmtes Zeitintervall (62, 63) zum Erzeugen eines Integralwertes, Verstärkungssteuermittel (27, 28) zum Messen des Integralwertes und zum Bestimmen des Verstärkungsfaktors, um den Integralwert auf einem Dauerbetriebswert zu halten, und Mittel (29) zum Messen der zeitlichen Abweichung des Integralwertes relativ zu dem Dauerbetriebswert und zum Bestimmen, ob die zeitliche Abweichung über einer vorbestimmten Schwelle liegt, umfaßt.

2. Ultraschall-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungssteuermittel (27, 28) Mittel (28) zum Speichern der Integralwerte einer vorbestimmtenanzahl von Echosignalen und zum Berechnen des Mittelwertes dieser Integralwerte (40, 50) umfassen, wobei der Verstärkungsfaktor entsprechend dem Mittelwert der Integralwerte bestimmt wird.

3. Ultraschall-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die vorbestimmte Anzahl von Echosignalen bildenden Echosignale einander folgen.

4. Ultraschall-Erfassungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Hüllkurvendetektor (25) für den Empfang der Echosignale (40, 50) und zum Liefern ihrer Hüllkurve (61) an die Integriermittel (26) umfaßt, damit sie integriert werden kann.

5. Ultraschall-Erfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Hüllkurvendetektor (25) für den Empfang der Echosignale (40, 50) und zum Liefern der Hüllkurve (61) der Echosignale an Verstärkungsmittel (23) umfaßt, damit sie verstärkt werden kann.

6. Ultraschall-Erfassungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungssteuermittel (27, 28) einen Analog-Digital- Umsetzer (27) zum Erzeugen eines den Integralwert repräsentierenden numerischen Wertes und Mittel (28) zum Berechnen des Mittelwerts der numerischen Werte entsprechend einer vorbestimmten Zahl von Echosignalen umfassen.

7. Ultraschall-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (28) zum Messen der Abweichung Mittel zum Messen der Differenz zwischen aufeinanderfolgenden numerischen Durchschnittswerten und zum Bestimmen, ob die Differenz größer als ein vorbestimmter numerischer Wert ist, umfassen.

8. Ultraschall-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Messen der Abweichung (28) ferner Multipliziermittel zum Multiplizieren jedes numerischen Durchschnittswertes mit einem Wert umfassen, der das Verhältnis des für diesen numerischen Durchschnittswert bestimmten Verstärkungsfaktors zu dem Verstärkungsfaktor für den folgenden numerischen Durchschnittswert repräsentiert, welche Multipliziermittel die Messung der Abweichung zwischen dem multiplizierten numerischen Durchschnittswert und dem folgenden numerischen Durchschnittswert ermöglichen.

9. Automatisch gesteuerte Reinigungsvorrichtung einer Scheibe, wie der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, mit einer Ultraschall-Erfassungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Reinigungsmittel (3) für das Reinigen einer vorbestimmten Zone der Außenseite der Scheibe, Antriebsmittel (7) für das Antreiben der Reinigungsmittel (3), und um die Reinigungsmittel (3) in Reaktion auf eine Indikation von Fremdkörpern auf der Außenoberfläche (2) der Scheibe arbeiten zu lassen, umfaßt.

10. Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe eine Windschutzscheibe (1) ist und die Reinigungsmittel eine Scheibenwischergruppe (3) für das Reinigen der Außenoberfläche der Windschutzscheibe umfassen.