DE19547681A1

DE19547681A1 - Feuchtesensor

Info

Publication number: DE19547681A1
Application number: DE19547681A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Schroeder
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2015-12-21
Also published as: US5801539A; KR970048391A; JPH09178685A; DE19547681C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Feuchtesensor mit zwei beabstandeten Haupt- Elektroden, welche auf der Außenseite der Fahrzeugscheibe eines Kraft fahrzeuges in einem vom Scheibenwischer überstreichbaren Bereich ange ordnet und mit einer Auswerteschaltung zur Ermittlung des Widerstandes in Abhängigkeit von dem Feuchtigkeitsgrad verbunden sind.

Es ist bekannt, an der Fahrzeugscheibe eines Kraftfahrzeuges im Bereich des Scheibenwischers Feuchtesensoren anzuordnen.

Diese Feuchtesensoren liefern in Abhängigkeit des jeweiligen, sich auf der Fahrzeugscheibe befindlichen Feuchtigkeitsgrades ein elektrisches Signal an eine Auswerteschaltung innerhalb des Kraftfahrzeuges.

Diese Signale werden üblicherweise zur Ansteuerung der Scheibenwischer benutzt.

Bei Sensoren, die sich auf der Außenseite der Fahrzeugscheibe befinden, werden die Leitbahnen über den Fahrzeugscheibenrand hinaus ins Innere Fahrzeuges geführt. Die Fahrzeugscheibe ist dabei bekanntlich den Einwirkungen von Wasser und Schmutz ausgesetzt. Durch die Scheibenwi schertätigkeit werden Wasser- und Salzablagerungen bevorzugt am oberen Rand der Fahrzeugscheibe abgelagert, welche meistens von einem Schei bengummi begrenzt ist.

Der metallische Charakter der Leitbahnen führt im Zusammenhang mit den sich an diesen Stellen stauenden Wasser- und Salzablagerungen zu undefi nierten Verhältnissen, die den Widerstand des Feuchtesensors beeinflussen.

Üblicherweise wird durch Lackabdeckungen versucht, solche Erscheinungen zu verhindern. Diese werden dabei aber nur auf die Schnittstelle Leitbahn- Lackabdeckung verlagert.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit der vom Feuchtesensor gelieferten Meßergebnisse zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Bestimmung eines durch Rückstände auf der Fahrzeugscheibe und/oder im Bereich einer Scheibenabdeckung gebildeten Nebenwiderstandes eine Hilfselektrode außerhalb des vom Scheibenwischer überstrichenen Bereiches zwischen den beiden Hauptelektroden angeordnet ist, wobei die Hauptelektroden und die Hilfselektrode an die Auswerteschaltung führen.

Vorteilhafterweise kann dadurch der auf den elektrischen Nebenschluß zu rückzuführende Widerstand bestimmt und das vom Feuchtesensor gelieferte Meßsignal korrigiert werden. Das kann durch dieselbe Auswerteschaltung erfolgen, die auch den Feuchtegrad auf der Fahrzeugscheibe bestimmt.

Um sicherzustellen, daß nur der Nebenschlußwiderstand bestimmt wird, ist die Hilfselektrode in unmittelbarer Nähe des oberen Fahrzeugscheibenran des angeordnet.

Üblichenweise ist die Hilfselektrode teilweise unter der Scheibenabdeckung angeordnet.

In einer Ausgestaltung ist die Hilfselektrode vollständig unter der Scheiben abdeckung angeordnet. Dabei wird nur der Nebenwiderstand gemessen, der auf die Rückstände im Bereich der Scheibenabdeckung zurückzuführen ist.

In einer Weiterbildung ist die Hilfselektrode auf dem annähernd halben Ab stand der beiden Hauptelektroden auf der Fahrzeugscheibe angeordnet. Dabei wird durch die Auswerteschaltung der zwischen der Hilfs- und einer Hauptelektrode gemessene Widerstand bestimmt. Der genaue sich zwischen beiden Hauptelektroden bildende Nebenschlußwiderstand kann dann durch einfache Verdopplung durch die Auswerteschaltung ermittelt werden, wenn davon ausgegangen wird, daß der Verschmutzungseffekt über dem Sensor gleich ist.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Herstellung der Hilf selektrode ohne großen Aufwand gemeinsam mit dem eigentlichen Feuchte sensor möglich ist, was durch eine einfache Layoutänderung realisiert wird.

Vorteilhafterweise werden die so erzeugten Haupt- und Hilfselektroden um den Fahrzeugscheibenrand der Fahrzeugscheibe herum auf die Innenfläche der Fahrzeugscheibe geführt, an welche die Auswerteschaltung anschließ bar ist.

Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist sche matisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfol gend beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Feuchtesensor

Fig. 2 schematische Darstellung der Kontaktierung der Elektroden

Fig. 3 Blockschaltbild zur Ansteuerung der Scheibenwischer eines Kraft fahrzeuges.

Der in Fig. 1 dargestellte Feuchtesensor besteht aus zwei auf die Außenflä che einer Windschutzscheibe 2 aufgebrachten, als elektrisch leitende Wi derstandsschichten ausgebildeten Hauptelektrode 1 und 1′, die kammartig ausgebildet sind und mit den Zinken ihrer Kämme derart ineinandergreifen, daß nur Spalten geringer Breite zwischen den Zinken vorhanden sind. Jede Hauptelektrode 1 und 1′ besitzt einen Anschlußteil 3 bzw. 3′, der um die obere Kante 4 der Windschutzscheibe 2 herum auf die Innenfläche der Windschutzscheibe 2 geführt ist und an welche unterschiedliche elektrische Potentiale anschließbar sind.

Im trockenen Zustand der Fahrzeugscheibe erfolgt durch den räumlichen Abstand der Hauptelektroden 1 und 1′ eine ausreichende elektrische Iso lierung. Die dargestellte Sensorstruktur weist somit im trockenen Zustand einen hohen Gesamtwiderstand auf.

Die Auswerteschaltung zur Ansteuerung der Scheibenwischer überwacht die Änderung des Gesamtwiderstandes der Sensorstruktur, welcher bei zuneh mender Feuchtigkeit abnimmt.

Durch leitende Überbrückung der Spalten zwischen den Zinken 1, 1′ von auf die Windschutzscheibe 2 auftreffende Wassertropfen erfolgt eine leitende Verbindung der Zinken 1, 1′, deren erfaßbarer Widerstand von der Menge der die Spalten überbrückenden Wassertropfen abhängt.

Die Zinken der Elektroden 1 und 1′ können eine Breite in der Größenordnung von 1000 µm und die Spalten zwischen den Zinken eine Breite von Größenordnung von 400 µm haben.

Die Hauptelektroden 1 und 1′ einschließlich der Anschlußteile 3 und 3′ bestehen vorzugsweise aus Chrom und Chromnitrid. Sie sind einige Atom lagen dick und werden in einem Sputterätzverfahren auf die Fahrzeug scheibe aufgebracht. Aber auch andere Herstellungsverfahren wie Ionenimplantation, Dickschichtverfahren oder Auftrag mittels einer leitfähige Strukturen tragenden Folie sind denkbar.

In der Mitte zwischen den beiden Hauptelektroden 3 und 3′ ist eine Hilfselek trode 5 angebracht, die ebenfalls um die obere Kante 4 der Windschutz scheibe 2 herum auf die Innenfläche der Windschutzscheibe 2 geführt ist.

Die Hauptelektroden 1 und 1′ einschließlich der Anschlußteile 3 und 3′ sowie die Hilfselektrode 5 sind über die gesamte Länge wellenförmig gestaltet, so daß sich die Breite der Leiterbahn in diesen Abschnitten stetig ändert. Durch diese wellenförmige Ausführung der Elektrodenränder wird die wirksame Länge und der effektive Querschnitt der Leiterbahn verändert, was eine Änderung des Gesamtwiderstandes des Sensors nach sich zieht.

Die Elektroden 1, 1′, 5 werden geometrisch gemäß der gewählten Außen kontur verlängert. Bei Ausformung als aneinandergereihte Halbkreise ergibt sich eine Verlängerung der Leiterbahn um den Faktor π/2.

Übliche Widerstandsstrukturen weisen eine Fläche von 70-80 cm² auf, wobei die wirksame Länge der Leiterbahnen annähernd 6 m beträgt. Bei gleicher Fläche beträgt die wirksame Länge der erfindungsgemäß ge stalteten Widerstandsstruktur ungefähr 10 m.

Es besteht auch die Möglichkeit, nur die Zinken der Hauptelektrode 1 und 1′ entsprechend zu gestalten.

Die in Fig. 1 gezeigte Sensorstruktur wurde in einem Sputterätzverfahren hergestellt. Die die Haupt- und Hilfselektrode bildenden Rasterpunkte sind dabei lichtdurchlässig ausgeführt.

Zur Kontaktierung mit dem jeweiligen elektrischen Kontakt der Auswerte schaltung ist auf die jeweilige Haupt- bzw. Hilfselektrode 3, 3′, 5 eine Lotschicht 23 in Form einer einbrennbaren Silber- oder Glasfritte angebracht. Die Lotschicht 23 kann aber auch mittels Ultraschall auf der Fahrzeug scheibe 2 befestigt werden.

In Fig. 2 ist diese Art der Kontaktierung am Beispiel der Hauptelektrode 3 schematisch dargestellt. Die Lotschicht 23 verbindet über eine Lötstelle die Hauptelektrode 3 mit der Ader 21 des Kabels 22, das an die Auswerteschal tung führt.

Damit nur der durch die Wasser- und Salzablagerung auf der Windschutz scheibe am oberen Rand des Fahrzeuges gebildete Nebenwiderstand ge messen wird, ist die Hilfselektrode 5 unter dem den Rand 4 der Windschutz scheibe 2 abdeckenden Gummi 6 angeordnet. Es wird somit außerdem sichergestellt, daß die Hilfselektrode 5 keinen elektrischen Kontakt mit den Hauptelektroden hat.

Gemäß der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung wird der Grad der Benetzung der Fahrzeugscheibe mit Hilfe des resistiven Sensors ermittelt, wobei die Anschlußteile 3 und 3′ der Hauptelektroden 1 und 1′ über Leitungen 7 und 8 mit einer Schaltung 10 verbunden sind, die in an sich bekannter Weise eine durch die Feuchtigkeit auf der Fahrzeugscheibe 2 verursachte Widerstands änderung in ein elektrisches Spannungssignal S1 umwandelt.

Die Hilfselektrode 5 führt über die Leitung 9 gemeinsam mit dem Anschlußteil 3 der Hauptelektrode 1 an eine Schaltung 11, die den sich in Abhängigkeit vom Wasser- und Salzrückständen ändernden Teilwiderstand in ein elektrisches Spannungssignal S2 umwandelt.

Den beiden Schaltungen 10 und 11 wird über die Klemme 15 des Bord netzes, über ein Störspannungsfilter 12 und über eine Stabilisierungschal tung 13 Betriebsspannung zugeführt. Die Ausgangsspannungen S1 und S2 der Schaltungen 10 und 11 werden einem Analog-Digital-Wandler 14 eines Mikrocomputers 15 zugeführt.

Der Mikrocomputer 15 ist mit einem Bedienschalter 16 verbunden, der vor zugsweise als Lenkstockschalter ausgeführt ist und rastende Stellungen für Dauerbetrieb und automatischen Betrieb aufweist. Über eine Relais-Stufe 17 ist der Scheibenwischermotor 18 an den Ausgang des Mikrocomputer 15 angeschlossen. Der Scheibenwischermotor 18 ist über einen nicht darge stellten Antrieb in an sich bekannter Weise mit einem Wischarm 19 verbun den, der das zu wischende Feld 20 überstreicht.

Der Mikrocomputer 15 wertet in gleichmäßigen Zeitabständen die Signale S1 und S2 aus. Da unter der Annahme, daß die Wasser- und Salzablagerungen zwischen den Hauptelektroden gleichmäßig auftreten und bei einer mittigen Anordnung der Hilfselektrode 5 zwischen den Anschlußteilen 3 und 3′ der Hauptelektroden, das Signal S2 dem halben Nebenschlußwiderstand ent spricht, wird nach Verdopplung des Meßwertes dieser vom dem durch des Signal S1 repräsentierten Gesamtwiderstand der Sensorstruktur abgezogen. Der Scheibenwischer 19 wird in Abhängigkeit dieser Differenz angesteuert. Der Mikroprozessor 15 führt dabei die Messung und die Korrektur der Meß werte durch.

Claims

1. Feuchtesensor mit zwei beabstandeten Haupt-Elektroden, welche auf der Außenseite der Fahrzeugscheibe eines Kraftfahrzeuges in einem vom Scheibenwischer überstreichbaren Bereich angeordnet und mit einer Aus werteschaltung zur Ermittlung des Widerstandes in Abhängigkeit von dem Feuchtigkeitsgrad verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Be stimmung eines durch Rückstände auf der Fahrzeugscheibe (2) und/oder im Bereich einer Scheibenabdeckung (6) gebildeten Nebenschlußwiderstandes eine Hilfselektrode (5) außerhalb des vom Scheibenwischer überstrichenen Bereiches, zwischen den zwei Hauptelektroden (3, 3′) angeordnet ist, wobei die Hauptelektroden (3, 3′) und die Hilfselektrode (5) an die Auswerteschal tung führen.

2. Feuchtesensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (5) in unmittelbarer Nähe des oberen Fahrzeugscheibenran des (4) angeordnet ist.

3. Feuchtesensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (5) vollständig unter der Scheibenabdeckung (6) angeordnet ist.

4. Feuchtesensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (5) teilweise unter der Scheibenabdeckung (6) angeordnet ist.

5. Feuchtesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfselektrode (5) auf dem annähernd halben Abstand der beiden Hauptelektroden (3, 3′) auf der Fahrzeugscheibe (2) an geordnet ist.

6. Feuchtesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite mindestens einer Hauptelektrode (1, 1′; 3, 3′) und/oder der Hilfselektrode (5) über ihre Länge unkonstant gestaltet ist.

7. Feuchtesensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Haupt- (1, 1′; 3, 3′) und/oder Hilfselektrode (5) über ihre gesamte Länge verändert ist.

8. Feuchtesensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Rand der Haupt- (1, 1′; 3, 3′) und/oder der Hilfselektrode (5) wellen- und/oder mäanderförmig gestaltet ist.

9. Feuchtesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähigen Elektroden (1, 1′; 3, 3′) mittels eines Sputterätzverfahrens, Dickschichtverfahrens, einer eine leitfähigen Struktur tragenden Folie oder durch Ionenimplantation auf der Fahrzeugscheibe (2) erzeugbar sind.

10. Feuchtesensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haupt- (1, 1′; 3, 3′) und/oder Hilfselektrode (5) um den Fahrzeugscheibenrand (4) der Fahrzeugscheibe (2) herum auf die Innenfläche der Fahrzeugscheibe geführt ist, an welche die Auswerteschaltung anschließbar ist.

11. Feuchtesensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kontaktierung der Elektroden (1, 1′; 3, 3′) mit einem elektrischen Kontakt der Auswerteschaltung eine Lotschicht (23) auf der Fahrzeugscheibe (2) im Bereich der Elektroden aufgebracht ist.

12. Feuchtesensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotschicht mittels (23) Ultraschall auf der Fahrzeugscheibe (2) befestigbar ist.

13. Feuchtesensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotschicht (23) auf die Fahrzeugscheibe (2) rennbare Glas- oder Silberfritte ist.