СИСТЕМА ЭКОНОМИИ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЯ ВЕТРОВОГО СТЕКЛА
WINDSHIELD DEICER POWER CONSERVATION SYSTEM

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Не приложена.
ЗАЯВЛЕНИЕ, КАСАЮЩЕЕСЯ ФЕДЕРАЛЬНОГО ФИНАНСИРОВАНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
Не приложено.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится в общем к устранению обледенения ветровых стекол дорожных транспортных средств, а конкретнее, к уменьшению использования энергии в связи с обогревом ветрового стекла в положении покоя щетки стеклоочистителя.
Противообледенитель стеклоочистителя становится необходимым элементом для улучшения производительности щеток стеклоочистителей ветрового стекла в холодную или морозную погоду. В частности, такой противообледенитель может обеспечивать обогрев ветрового стекла и щеток стеклоочистителей (которые могут покоиться в положении покоя стеклоочистителей на нижнем крае ветрового стекла). Применяемое тепло может уменьшать или исключать нарастание льда и снега на щетке стеклоочистителя, которое ухудшает производительность, или которое вызывает необходимость ручной очистки щетки стеклоочистителя водителем.
Хотя противообледенитель стеклоочистителя может быть включен вручную, в связи с удаленным запуском транспортного средства может быть особенно предпочтительно, что транспортное средство находится в состоянии готовности, когда водитель входит в транспортное средство. Типичная противообледенительная система будет автоматически выключаться по истечении заданного времени. Хотя для выключения противообледенителя обеспечен ручной переключатель, пользователь может случайно забыть выключить систему после выполнения достаточного обогрева. Автоматическое время включения обычно выбирается, чтобы поддерживать противообледенитель включенным достаточно долго для полного устранения обледенения в большинстве ожидаемых условий замерзания.
Широко используемый источник тепла представляет собой электрический резистивный нагревательный слой, встроенный или нанесенный на ветровое стекло и приводимый в действие электрической системой транспортного средства. Тепло также может быть получено через выпуск горячего воздуха (т.е. обдув) из системы HVAC (отопления, вентиляции и кондиционирования) в кабине. В зависимости от типа транспортного средства тепло HVAC может быть получено от электрического резистивного (положительный температурный коэффициент) обогревателя или в виде отработанного тепла от двигателя внутреннего сгорания. В любом случае, противообледенитель может потреблять значительное количество заряда аккумулятора.
Автоматическое выключение противообледенителя по истечении заданного количества времени не может адаптировать функцию устранения обледенения к реальным условиям. Таким образом, известные системы могут приводить к повышенному разряду аккумулятора, если они остаются включенными слишком долго, или могут приводить к недостаточному устранению обледенения, если они выключаются слишком рано. В электрических или гибридно-электрических транспортных средствах любой повышенный разряд аккумулятора становится особенно проблематичным, так как дальность движения электрического транспортного средства может быть уменьшена.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предлагается устройство транспортного средства, содержащее: стеклянное ветровое стекло; систему стеклоочистителей, включающую в себя щетку стеклоочистителя, имеющую зону покоя на ветровом стекле; противообледенитель, выборочно обеспечивающий тепло на зону покоя; датчик температуры ветрового стекла, измеряющий температуру ветрового стекла в зоне покоя; проекционный дисплей вблизи ветрового стекла, отображающий индикатор температуры, реагирующий на измеренную температуру ветрового стекла; автоматическую схему управления, выполненную с возможностью автоматического выключения противообледенителя; и элемент ручного управления, выполненный с возможностью ручного включения и выключения противообледенителя. Причем автоматическая схема управления выключает противообледенитель в ответ на определение условия отсутствия обледенения на основании измеренной температуры ветрового стекла. Причем автоматическая схема управления выключает противообледенитель по истечении заданного времени включения. Причем датчик температуры ветрового стекла содержит инфракрасный датчик, установленный удаленно от ветрового стекла и имеющий поле обзора, совпадающее с зоной покоя. Причем противообледенитель содержит резистивный нагревательный слой, встроенный в стеклянное ветровое стекло. Причем проекционный дисплей содержит световой проектор, который проецирует индикатор температуры на ветровое стекло. Причем проекционный дисплей содержит множество цветных светодиодных элементов, расположенных на периферии ветрового стекла. Причем индикатор температуры имеет цвет, определенный в ответ на измеренную температуру ветрового стекла. Причем схема управления выполнена с возможностью автоматического выключения противообледенителя по истечении заданного времени включения, и в котором проекционный дисплей включает в себя индикатор времени, реагирующий на оставшееся время до истечения заданного времени включения. Причем схема управления реагирует на включение элемента ручного управления для продления заданного времени включения. Причем индикатор времени включает в себя пульсирующее отображение, имеющее частоту повторения импульсов, которая изменяется пропорционально оставшемуся времени. Причем противообледенитель работает на множестве интенсивностей обогрева, и причем проекционный дисплей включает в себя индикатор интенсивности. Причем устройство дополнительно содержит электрический привод транспортного средства и аккумулятор, обеспечивающий электрическую энергию электрическому приводу транспортного средства и противообледенителю; причем проекционный дисплей включает в себя индикатор заряда аккумулятора. Причем автоматическая схема управления выключает противообледенитель в ответ на определение условия отсутствия обледенения на основании измеренной температуры ветрового стекла, наружной окружающей температуры, внутренней окружающей температуры и солнечного излучения. Причем автоматическая схема управления выключает противообледенитель в ответ на определение условия отсутствия обледенения на основании измеренной температуры ветрового стекла и электрического отклика системы стеклоочистителей.
Также предлагается способ функционирования противообледенителя ветрового стекла транспортного средства, содержащий этапы, на которых: удаленно измеряют температуру ветрового стекла; включают противообледенитель в ответ на условие обледенения; проецируют индикатор измеренной температуры вблизи ветрового стекла; автоматически выключают противообледенитель в ответ на по меньшей мере один фактор из периода времени или определения условия отсутствия обледенения с использованием измеренной температуры; и продляют период времени в ответ на ручное включение; и выключают противообледенитель в ответ на ручное выключение.
В одном аспекте изобретения устройство транспортного средства содержит стеклянное ветровое стекло и систему стеклоочистителей, включающую в себя щетку стеклоочистителя, имеющую зону покоя на ветровом стекле. Противообледенитель выборочно обеспечивает тепло на зону покоя. Датчик температуры ветрового стекла измеряет температуру ветрового стекла в зоне покоя. Вблизи ветрового стекла установлен проекционный дисплей для отображения индикатора температуры, реагирующего на измеренную температуру ветрового стекла. Автоматическая схема управления выполнена с возможностью автоматического выключения противообледенителя при определении условия отсутствия обледенения в ответ на измеренную температуру ветрового стекла. Элемент ручного управления выполнен с возможностью ручного включения и выключения противообледенителя. Таким образом, на основании обратной связи по температуре ветрового стекла может быть предотвращен чрезмерный обогрев. В дополнение, водитель информируется о том, что противообледенитель включен, и одновременного получает информацию, позволяющую водителю самостоятельно оценивать условия транспортного средства и принимать обоснованные решения о том, когда следует вмешаться в автоматическую работу.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 показывает ветровое стекло с системой стеклоочистителей и обогрев ветрового стекла установленным на стекле обогревателем и потоком теплого воздуха из системы HVAC.
Фигура 2 представляет собой вид изнутри пассажирской кабины транспортного средства, включающий в себя ветровое стекло и удаленный датчик температуры, установленный на зеркале заднего вида.
Фигура 3 представляет собой вид сбоку, показывающий расположение одного типа проекционного дисплея вблизи ветрового стекла.
Фигура 4 представляет собой схему электрического транспортного средства с противообледенительной системой согласно одному варианту выполнения изобретения.
Фигура 5 представляет собой диаграмму состояний для управления противообледенителем согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения.
Фигура 6 показывает один вариант выполнения проекционного дисплея, обеспечивающего визуальный индикатор, который перекрывается с зоной покоя стеклоочистителей.
Фигура 7 показывает дополнительные варианты отображения, включающие в себя текстовый дисплей и индикатор дисплея, установленный вдоль вертикальной стороны ветрового стекла.
Фигура 8 показывает один предпочтительный вариант выполнения проекционных индикаторов для температуры ветрового стекла и заряда аккумулятора.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
Далее со ссылкой на Фигуру 1 стеклянное ветровое стекло 10 имеет соответственную систему 11 стеклоочистителей, которая включает в себя щетки 12 и 13 стеклоочистителей на рычагах 14 и 15 стеклоочистителей, соединенных с электродвигателем 16 стеклоочистителей рычажным механизмом 17. Электродвигатель 16 стеклоочистителей может реагировать на пользовательский интерфейс 20 для включения системы стеклоочистителей (например, в периодическом или непрерывном режимах).
Ветровое стекло 10 может обогреваться одним или более путями. Например, как известно в уровне техники, в ветровое стекло 10 встроен резистивный нагревательный слой 21. Слой 21 является прозрачным и может продолжаться по всей поверхности ветрового стекла, как показано, или альтернативно может покрывать только нижний участок ветрового стекла 10 для обеспечения обогрева зоны покоя стеклоочистителей. Один конец слоя 21 соединен с электрическим заземлителем 22, а противоположный конец соединен с аккумулятором 23 через управляемый переключатель 24. Аккумулятор 23 также соединен с заземлителем 25. Переключатель 24 имеет управляющий вход, который соединен с пользовательским интерфейсом 24 так, что питание от аккумулятора может быть выборочно подключено от аккумулятора 23 к резистивному нагревательному слою 21. Как известно в уровне техники, пользовательский интерфейс 20 может включать в себя подрулевые переключатели и/или переключатели на приборной панели.
Как показано на Фигуре 2, пользовательский интерфейс 20 может быть расположен на передней поверхности приборной панели 26 вблизи рулевого колеса 27. Зона 30 покоя стеклоочистителей на нижнем крае ветрового стекла 10 отслеживается удаленным датчиком 31 температуры. Датчик 31 может быть установлен, например, на зеркале 32 заднего вида. Датчик 31 предпочтительно содержит инфракрасный датчик, расположенный так, чтобы иметь поле обзора, совпадающее с зоной 30 покоя. Один пример инфракрасного удаленного измерительного устройства представляет собой инфракрасный термометр MLX90614, поставляемый компанией Melexis Microelectronic Integrated Systems, Нови, Мичиган.
Датчик 31 температуры может быть соединен жгутом проводов со схемой управления (не показана) через зеркало 32 заднего вида. Схема управления может содержать микроконтроллер или другой процессор, который может быть интегрирован с пользовательским интерфейсом 20 или может быть расположен в другом электронном модуле в транспортном средстве. Проекционный дисплей 33 расположен вблизи ветрового стекла 10 для отображения индикатора температуры для простого просмотра водителем в положении вблизи зоны 30 покоя стеклоочистителей для установления интуитивного взаимоотношения между дисплеем и управляемой функцией. Индикатор появляется в ответ на измеренную температуру ветрового стекла от датчика 31, и значение температуры может быть представлено с использованием текста, цветового отображения, интенсивности или яркости света, мерцающей пиктограммы с переменной частотой мерцания, частично-подсвеченного линейного индикатора (подобного линейному индикатору процесса) или других визуальных элементов. Как показано на Фигуре 2, проекционный дисплей 33 может быть встроен в A-стойку транспортного средства вдоль края ветрового стекла 10. Дисплей 33 предпочтительно может содержать многоцветный светоизлучающий диод (светодиод, LED), массив светоизлучающих диодов, жидкокристаллическую (LCD) панель или другие технологии отображения.
Как показано на Фигуре 3, может быть использован проекционный дисплей, основанный на отражении ветровым стеклом индикатора, создаваемого световым проектором. Таким образом, световой проектор 36, установленный на крышке 35 приборной панели, проецирует индикатор температуры (и/или индикаторы других параметров) на ветровое стекло 10, который может отражаться по направлению к водителю, как показано стрелкой 37. Предпочтительно световой проектор 36 и ветровое стекло 10 ориентированы так, что видимое местоположение индикатора температуры, которое видно водителю, перекрывается или граничит с зоной покоя стеклоочистителей. Световой проектор 36 может содержать многоцветный светоизлучающий диод для представления более высоких температур оттенками красного, а более низких температур оттенками синего под управлением контроллера 38.
Фигура 4 показывает транспортное средство 40, имеющее ветровое стекло 41 с противообледенителем 42 зоны покоя стеклоочистителей для выборочного обеспечения тепла на зону покоя стеклоочистителей под управлением контроллера 43. Контроллер 43 может включать в себя, например, дискретную схему управления, программируемую вентильную матрицу или универсальный микроконтроллер. Транспортное средство 40 показано в виде электрического транспортного средства, включающего в себя аккумуляторный блок 44 и электрический привод 45. Как известно в уровне техники, модуль 46 управления аккумулятором (BCM) используется в сочетании с аккумуляторным блоком 44. BCM 46 соединен с контроллером 43 для обеспечения данных, относящихся к уровню заряда аккумуляторного блока, для обеспечения отображения заряда аккумулятора водителю. Таким образом, водитель может учитывать влияние на заряд аккумулятор при выборе включения или выключения противообледенителя.
Как известно в уровне техники, модуль 47 удаленного бесключевого доступа (RKE) сообщается с удаленным передатчиком 48, позволяя водителю выполнять удаленный запуск транспортного средства 40. В случае электрического транспортного средства «удаленный запуск» может включать в себя запуск обогрева или охлаждения пассажирской кабины и включение противообледенителя стеклоочистителей ветрового стекла до входа водителя в транспортное средство. Таким образом, модуль 47 RKE соединен с контроллером 43 для запуска работы противообледенителя, когда происходит событие удаленного запуска.
Контроллер 43 соединен с множеством датчиков для определения условия обледенения или отсутствия обледенения (т.е. отсутствия льда) зоны покоя стеклоочистителей ветрового стекла. Датчики включают в себя датчик 50 температуры ветрового стекла, наружный датчик 51 температуры окружающего воздуха, внутренний датчик 52 температуры окружающего воздуха и датчик 53 солнечного излучения. Датчик 50 температуры ветрового стекла предпочтительно содержит инфракрасный датчик температуры для отслеживания зоны покоя стеклоочистителей, как описано выше. В ответ на различные входные данные от датчика контроллер 43 использует предварительно запрограммированную модель для определения наиболее вероятного состояния обледенения/отсутствия обледенения ветрового стекла. Контроллер 43 может быть дополнительно выполнен с возможностью обеспечения автоматического управления включением и выключением противообледенителя с использованием определенного условия.
Настоящее изобретение дополнительно обеспечивает ручное вмешательство с помощью пользовательского интерфейса 55 и проекционного дисплея 56. Пользовательский интерфейс 55 включает в себя один или более элементов ручного управления, выполненных с возможностью ручного включения и/или выключения обогревательной функции противообледенителя. Проекционный дисплей 56 расположен вблизи (т.е. непосредственно на, рядом с или является видимым путем отражения от) ветрового стекла 41 для того, чтобы отображать индикатор температуры, реагирующий на измеренную температуру ветрового стекла, как описано выше. Проекционный дисплей 56 может включать в себя световой проектор/генератор, установленный на боковой стороне ветрового стекла 41, или альтернативно может включать в себя генерирующие свет элементы, нанесенные непосредственно на ветровое стекло 41, например, напечатанную светодиодную пленку 57, которая также будет управляться контроллером 43.
Контроллер 43 предпочтительно может выполнять эмпирическую модель для определения, имеются ли условия замерзания на ветровом стекле 41, которые могут быть выведены с использованием различных измеренных температур, солнечного излучения и других факторов. Модель, которая оценивает тепловой поток в воздухе, стекле и окружающих материалах для прогнозирования, будет ли иметься условие отсутствия обледенения, может быть легко получена с использованием известных способов.
В дополнение или вместо основанной на температуре модели наличие льда на щетке стеклоочистителя или ветровом стекле (или даже щетки, которая примерзла на месте в зоне покоя) может быть определено на основании электрического отклика системы стеклоочистителей. Например, может быть заранее определен ток, потребляемый электродвигателем стеклоочистителей при нормальных условиях отсутствия обледенения (например, форма кривой тока). При подаче питания на электродвигатель стеклоочистителей и дальнейшем отслеживании фактического тока на основании того, насколько фактический ток соответствует заданному току, может быть определено нормальное условие отсутствия обледенения.
В упрощенном альтернативном варианте выполнения может быть исключено дополнительное измерение и обработка температуры/солнечного излучения для прогнозирования условия отсутствия обледенения. Контроллер 43 может обеспечивать автоматическое выключение, только на основании заданного «времени включения» или задержки подачи питания на противообледенитель. В таком варианте выполнения водитель также может получать повышенную эффективность на основании проекционного дисплея, показывающего температуру ветрового стекла 1) в качестве напоминания о том, что противообледенитель включен, и 2) в качестве источника данных, который используется при определении, когда противообледенитель может быть выключен.
Фигура 5 показывает один предпочтительный вариант выполнения диаграммы состояний для противообледенительной системы согласно изобретению. В исходном состоянии 60 противообледенитель выключен. В ответ на сигнал запуска (например, запуск транспортного средства посредством удаленного брелока или пускового переключателя в транспортном средстве) схема управления системой переходит в состояние 61, в котором собираются измеренные входные данные (например, температура и солнечное излучение), и контроллер выполняет проверку для определения условия отсутствия обледенения. Если определено условие отсутствия обледенения (т.е. отсутствие льда), то выполняется переход обратно в состояние 60, и противообледенитель остается выключенным. Если условие отсутствия обледенения не определено (т.е. существует определенная вероятность замерзания), то выполняется переход в состояние 62, в результате чего включается противообледенитель. Во включенном состоянии 62 могут выполняться периодические повторные проверки условия отсутствия обледенения путем перехода обратно в состояние 61. Таким образом, противообледенитель будет выключаться (т.е. деактивироваться) при достижении условия отсутствия обледенения. В состоянии 62 проекционный(ые) дисплей(и) непрерывно обновляется(ются) для того, чтобы информировать водителя о температуре ветрового стекла и/или других параметрах, таких как уровень заряда аккумулятора и количество времени, оставшегося до того, как произойдет запланированное автоматическое выключение противообледенителя. Во включенном состоянии 62 водителем может быть осуществлено событие ручного выключения с использованием элемента ручного управления, что вызывает переход обратно в выключенное состояние 60.
При переходе во включенное состояние 62 заданное время включения может быть загружено в таймер обратного отсчета, который выключает противообледенитель по истечении времени включения. Уменьшение таймера происходит в ответ на периодические рассчитанные по времени переходы, выполняемые из включенного состояния 62 в состояние 63 вычисления времени, которое регулирует оставшееся время (например, путем уменьшения времени таймера). Если таймер еще не истек (т.е. еще не уменьшился до нуля), то выполняется возвращение во включенное состояние 62. Другая регулировка оставшегося времени будет происходить в ответ на соответствующее ручное включение элемента ручного управления водителем во включенном состоянии 62. Другими словами, выполняется переход из включенного состояния 62 в состояние 63 вычисления времени, в котором время таймера обратного отсчета увеличивается на заданную величину для того, чтобы продлить время, оставшееся до автоматического выключения. Таким образом, водитель может быть проинформирован посредством проекционного дисплея о предстоящем автоматическом выключении, и водитель отвечает путем нажатия элемента управления для продления включения противообледенителя, например, на основании видимого обледенения щетки стеклоочистителя. Если уменьшение таймера в состоянии 63 доходит до нуля (т.е. таймер истекает), выполняется переход в выключенное состояние 60, и противообледенитель выключается.
Фигуры 6-8 обеспечивают конкретные примеры проекционного дисплея. На Фигуре 6 световой проектор 70 (такой как массив цветных светоизлучающих элементов с проекционными линзами при необходимости) размещен на периферии ветрового стекла 71. Зона 72 покоя стеклоочистителей на ветровом стекле 71 обогревается противообледенителем (не показан). Свет, проецируемый из проектора 70 на ветровое стекло 71, отражается по направлению к водителю с помощью видимого положения 73, перекрывающегося или примыкающего к зоне 72 покоя стеклоочистителей. Схема 74 возбуждения, соединенная с массивом 70 светоизлучающих диодов, принимает соответствующие сигналы управления для изменения цвета, яркости (интенсивности) и/или мерцания на заданной частоте повторения импульсов. Сигналы управления осуществляют выбранную схему, которая сообщает водителю данные о температуре ветрового стекла. Например, температура ниже температуры замерзания может быть представлена синим (например, различными оттенками синего для различных температурных диапазонов), а температура выше температуры замерзания представлена красным светом (например, различными оттенками красного для различных температурных диапазонов). Когда рассчитанное по времени включение противообледенителя близко к истечению, частота повторения импульсов для данных о температуре может быть увеличена, чтобы сигнализировать водителю о предстоящем выключении.
Как показано на Фигуре 7, расположенный на стекле проекционный дисплей 75 на ветровом стекле 76 может включать в себя текстовый дисплей для указания состояний противообледенителя. Текстовый дисплей может быть выполнен, например, с использованием напечатанной светодиодной пленки. Схема 77 возбуждения реагирует на контроллер (не показан) для конфигурирования дисплея. Проекционный дисплей может дополнительно включать в себя массив 78 светоизлучающих диодов, который расположен вблизи ветрового стекла 76 путем установки его вдоль края ветрового стекла 76. Массив светоизлучающих диодов может быть расположен линейным образом с переменным количеством светоизлучающих диодов, подсвечиваемых начиная с одного конца для того, чтобы указывать необходимую информацию. Таким образом, длина подсвечиваемого линейного индикатора и/или цвет(а), отображаемый(ые) вдоль линейного индикатора, могут использоваться для сообщения информации о температуре и/или времени, информации о низком заряде аккумулятора.
В еще одном варианте выполнения, который показан на Фигуре 8, ветровое стекло 80 может включать в себя множество отдельных проекционных дисплеев 81 и 82, проецируемых на ветровое стекло 80 для обеспечения соответствующего представления водителю температуры ветрового стекла, заряда аккумулятора или другой существенной информации.
Как показано в вышеприведенном описании, проекционный дисплей может быть выполнен с использованием различных технологий отображения, таких как напечатанные светодиодные пленки, светодиодные проекторы и дискретные светоизлучающие диоды или текстовые дисплеи. Индикаторы дисплея могут использовать текст, цвет, мерцание и другие изменения интенсивности для сообщения температуры и других данных. Изобретение обеспечивает улучшенную производительность противообледенителя и уменьшенное энергопотребление путем использования инфракрасного датчика для отслеживания температуры стекла в зоне покоя стеклоочистителей ветрового стекла до, во время и после обогрева противообледенителем. Измеренная температура стекла используется для создания информационного дисплея для водителя и/или для использования в алгоритме выведения условия отсутствия обледенения и автоматического управления включением/выключением противообледенителя. Предпочтительный вариант выполнения обеспечивает координацию автоматического и ручного способов, которая гарантирует, что потребление энергии противообледенителем происходит только при необходимости. Использование интуитивного индикатора в удобном для просмотра месте уменьшает требуемое от водителя сосредоточение внимания. Изобретение обеспечивает эффективное напоминание о состоянии системы, оставшемся времени включения и температуре ветрового стекла. Индикаторы проекционного дисплея могут быть выполнены с возможностью обеспечения света на большой площади, позволяя водителю смотреть сквозь индикатор, тем самым поддерживая сосредоточенность внимания на дороге, при получении информации от проекционного дисплея. Небольшой размер элементов дисплея и неприметные местоположения обеспечивают производителю транспортного средства большую стилевую свободу для создания привлекательного изделия. В предпочтительном варианте выполнения автоматическое управление противообледенителем выполнено с возможностью перехода на ручное управление и обеспечения полезной информации водителю для принятия эффективных решений о включении на основании важных аспектов, включающих в себя производительность стеклоочистителей и дальность движения электрического транспортного средства.