用于控制包括多个可切换电致变色的单独窗玻璃的组件的方法、还有控制装置和机动车辆与流程

本发明涉及一种用于控制包括多个可切换电致变色的单独窗玻璃的组或组件的方法。每个电致变色的单独窗玻璃可切换至使得可以通过对应的电控制信号单独地设置该单独窗玻璃的透光性或透射率或透光率的程度。本发明还包括一种用于执行方法的控制装置和一种具有所述组件以及还具有该控制装置的机动车辆。

背景技术：

组件的单独窗玻璃表示可切换玻璃，即，该单独窗玻璃是具有封闭在其中的电致变色结构或矩阵(ecd——电致变色装置)的透明窗玻璃安排。这种电致变色的矩阵可以基于悬浮液中的颗粒，当施加电场时(spd——悬浮颗粒装置)这些悬浮颗粒逐渐平行对齐。这种对齐是通过温度相关的时间常数τ发生的。在最大平行对齐的情况下获得最大的透射率。在没有电场的情况下，布朗运动导致颗粒混乱对齐并且发生最小透射率的状态。这种混乱对齐的速度以及最终产生的最小透射率本身是温度相关的。

磨损或老化的效应同样对单独窗玻璃的透射特性有影响。可能的老化效应为：颗粒的聚集(其防止平行对齐并且因此降低可实现的最大透射率)、这些颗粒的介电矩阵的绝缘能力的下降、该介电矩阵电容的变化、透明接触层(在该透明接触层之间，该矩阵封装在两侧上)的增大的串联电阻、和/或围绕这些颗粒的介质特性的变化(例如，粘度或介电常数的变化)。

因为不能够假设(例如，机动车辆中的)组件的所有单独窗玻璃老化到相同的程度和/或具有相同的温度，因此相同的致动信号将在所述组件的相邻单独窗玻璃之间产生光学差异。可以例如通过太阳辐射导致不同的温度。例如，每当更换单独窗玻璃时(例如，在被石头击中之后)，获得不同的老化状态，并且因此在其他较老组件中存在新的单独窗玻璃。为了使组件的所有单独窗玻璃呈现相同的透射率(即，光学地或视觉上等效)，因此有必要单独地考虑每个单独窗玻璃的温度和/或老化状态。

从us8018644b2中已知使用用于致动组件的单独窗玻璃的光学传感器，该光学传感器确定并发出实际的、可测量的透射率的信号。

从us5822107a中同样已知的是，当切换或改变单独窗玻璃的透射率时，记录在特定时间的透射率值并且通过反馈控制来适配致动信号。可以直接通过光电电池单元来测量透射率或间接通过测量总共移动的电荷或在特定时间存在的电荷来测量透射率。

技术实现要素：

本发明基于以下目的：当致动电致变色的单独窗玻璃组件的各个窗玻璃时，确保该组件的各个窗玻璃的统一光学外观。

该目的通过独立权利要求的主题来实现。由从属权利要求以及以下说明和附图来描述的本发明的有利改进。

本发明提供了一种用于控制包括多个可切换电致变色的单独窗玻璃的组件或安排的方法。通过这种方法，通过对应的电致动信号在各自情况下针对各个窗玻璃单独地设置透射率。尽管为每个单独窗玻璃生成单独的致动信号，但是各个窗玻璃在以协调的方式来设置各个窗玻璃的透射率的程度上形成组件。为此目的，由控制装置记录在每个单独窗玻璃时的对应状态数据，并且基于该状态数据在各自情况下针对每个单独窗玻璃确立对应的致动信号的配置。该配置可能涉及该致动信号的频率和/或电压值和/或信号形状(正弦波或方波)。因此，该配置包括该致动信号的至少一个信号参数。因此，通过将该至少一个信号参数设置为来自该配置的对应参数值来进行对该配置的设置。

根据本发明，在这种情况下，规定致动信号的配置彼此匹配，其方式为使得各个窗玻璃具有相同的透射率值或透射程度。因此，独立于每个单独窗玻璃的对应状态或对应透射特性为所有单独窗玻璃设置相同的透射率值。透射特性表示所产生透射率值与所使用的配置的依赖关系。在此为了补偿透射特性的差异，实际上相应地为每个单独窗玻璃单独确立配置，其方式为使得产生相同的透射率值。

本发明提供的优点是，不同的单独窗玻璃(关于它们的状态(例如，老化和温度)不同)仍然全被设置为相同的透射率值。为此目的，根据对应单独窗玻璃的状态数据来设置对应致动信号的配置。基于该状态数据，例如，可以确定单独窗玻璃在特定时间的透射特性，并且基于待设置的期望透射率值，可以选择用于设置所期望的透射率值的适当配置。

本发明还包括提供附加优点的改进。

一个改进涉及所谓的透射率限制。每个单独窗玻璃具有两个这种透射率限制，具体而言，其最大可实现的最大透射率(最大清晰度或透明度的操作状态)和最小透射率(最大暗度或不透明度)。在一个改进的情况下，基于每个单独窗玻璃的状态数据来确定最小的最大透射率(最差和/或最低清晰度值)和/或最大的最小透射率(最小暗度、最差变暗能力)。在特定时间的透射率限制(最大透射率和最小透射率)可以例如以所述方式取决于单独窗玻璃的温度和/或老化程度(磨损程度)。通过特性曲线，可以根据状态数据推断在某个时间可实现的透射率限制。因此，如果在各自情况下已经找到或识别最大透射率为最小和/或最小透射率为最大的单独窗玻璃，就找到了限制组件总体的透射率限制，这是因为存在不能超过最小的最大透射率并且不能低于最大的最小透射率的至少一个单独窗玻璃。因此，其他各个窗玻璃的每个单独窗玻璃的对应透射率由它们的致动信号的对应配置限制到这些透射率限制。因此，各个窗玻璃的每个切换操作的结束值被限制于能够由所有单独窗玻璃提供或假定的透射率值。换言之，透射率因此被限制于从最小的最大透射率到最大的最小透射率的区间。

一个改进规定，通过使这些配置匹配以在切换操作期间维持各个窗玻璃的透射率值随时间推移的变化。换言之，对于所有单独窗玻璃，还同步或一致或以随时间推移的相同梯度进行动态切换操作。因此，即使在切换操作期间，各个窗玻璃之间也不存在差异、或可光学确定的差异。

一个改进规定，单独窗玻璃的状态数据指示在各自情况下由控制装置的分析仪确定的对应单独窗玻璃在某个时间的老化状态或在某个时间的磨损状态。然后，基于老化模型来确定致动信号的配置，该老化模型指示对于给定的老化状态单独窗玻璃的透射特性。透射特性表示将致动信号的至少一个信号参数(即，配置)分配给单独窗玻璃的所产生透射率。如果因此确定单独窗玻璃的老化状态，则老化模型可以指示相关联的透射特性。老化模型本身可以进而被设计成表格、特性曲线或特性图谱，并且例如基于一系列测试而被确定。

因此，老化状态表示老化模型的输入值。为了记录老化状态，一个改进规定，由分析仪来复制或模拟对应单独窗玻璃的老化过程，其中，针对单独窗玻璃的不同操作状态，在各自情况下累积对应操作状态所花费的时间段。然后，可以根据这些对应的累积时间段来形成描述老化状态的老化值。所记录的操作状态可以例如包括对最大透射率的设置和对最小透射率的设置。用于例如针对来自endicott等人的技术文章(在下文中被称为[endicott1965])(h.s.endicott,b.d.hatch,r.g.sohmer，“applicationoftheeyringmodeltocapacitoragingdata(eyring模型在电容器老化数据中的应用)”，ieee零部件汇刊，第34页到第41页，1965年3月)的电容器的情况根据所描述的时间段来确定老化值的数学规范是已知的。在此，本发明所基于的认识在于，这种模型还可以成功地施加到可切换单独窗玻璃。在此，可以基于例如用于控制装置的微控制器的程序模块来设计分析仪。

确定老化状态的另一种可能性是，在对应的单独窗玻璃的情况下，由控制装置的分析仪来记录该单独窗玻璃的针对至少两种不同操作状态的对应阻抗值。这两种操作状态可以是例如最小透射率和最大透射率。基于这两个阻抗值的差或比(商)，然后形成描述老化状态的老化值。

通常优选地规定，针对该至少两种操作状态，通过ac电压来测量阻抗值。在周期(1/f)大于对应单独窗玻璃的电致变色悬浮液的颗粒的初始描述的时间常数τ的ac电压的频率f下测量这些阻抗值之一。在周期小于颗粒的时间常数τ的ac电压的频率f下测量这些阻抗值的另一个。具体地，该周期与该时间常数之比大于3且小于1/3。

一个改进规定，各个窗玻璃的状态数据指示在各自情况下在对应的单独窗玻璃时由温度记录单元确定的温度，并且基于各个窗玻璃的温度特性(温度相关的透射特性)来设置各个窗玻璃的致动信号的配置。因此，如果针对透射率规定了期望的透射率值并且确定了在单独窗玻璃时的温度，则可以通过该温度相关的透射特性来确定用于设置该期望的透射率值的致动信号的配置和/或用于实现该期望的透射率值的随时间推移的变化。温度相关的透射特性可以例如是特性曲线或特性图谱。可以基于一系列测试来确定温度相关的透射特性。

可以例如通过对应的温度传感器来确定单独窗玻璃的温度。然而，优选地规定，由控制装置本身形成温度记录单元以得到间接的温度记录，其中，该控制装置记录对应单独窗玻璃的电阻抗，并且根据所记录的电阻抗来确定在该单独窗玻璃时的温度。本实施例所基于的认识在于，可以例如通过一系列测试来提供分配规范(例如，表格)，通过该分配规范可以在各自情况下为该电阻抗的值分配温度值。可以例如通过测量信号来进行阻抗测量，该测量信号可以像致动信号一样被施加到对应的单独窗玻璃。阻抗测量可以例如包括正弦电激励，使得在单独窗玻璃处存在单频率ac电压。通过确定所获得电流的绝对值和相位，可以通过本身已知的方式来确定阻抗。

一个改进规定，单独窗玻璃的状态数据指示在各自情况下由光测量单元或光传感器在该对应单独窗玻璃上测量时的透射率。因此执行反馈控制，在该反馈控制中，通过光测量单元来检查对应的单独窗玻璃实际上是否具有或假定在特定时间规定的透射率值。否则，检测到控制误差，并且适配或改变这个单独窗玻璃的致动信号的配置。如果单独窗玻璃已经达到其最大透射率或其最小透射率并且因此不再响应致动信号，则停止整个切换操作。在特定时间使用测量仪器来监测每个透射率值意指不必知道或提供在各个窗玻璃时的透射特性的特性曲线。还有利的是，每个单独窗玻璃的透射率值通过致动信号的方式来适配，或被永久地保持在规定的期望透射率值(也就是说，即使在临时加热和/或冷却单独窗玻璃的情况下也是如此)，使得单独窗玻璃的状态变化对其透射率值没有影响。

为了执行根据本发明的方法，本发明提供了一种用于控制包括多个可切换电致变色的窗玻璃的组件的控制装置。该控制装置具有被配置用于执行根据本发明的方法的实施例的计算单元。可以例如基于微控制器或控制逻辑(例如，aisc，专用集成电路)来形成计算单元。

本发明适用于在建筑物中使用。此外，还可以在机动车辆中实施本发明。因此，本发明还具体地包括一种具有多个可切换电致变色的单独窗玻璃并且具有根据本发明的控制装置的实施例的机动车辆。因此，各个窗玻璃可以作为组件在机动车辆中进行操作。

附图说明

以下描述了本发明的示例性实施例。在这方面，在附图中：

图1示出了包括各个窗玻璃的组件和用于切换各个窗玻璃的控制装置的示意性表示；

图2示出了用于展示组件的单独窗玻璃的不同切换状态和老化状态的框图；并且

图3示出了用于根据老化状态来推导透射特性的等效电路图。

附图标记清单

10组件

11单独窗玻璃

12省略号

13机动车辆

14控制装置

15接触层

16电致变色层

17载体矩阵

18悬浮液

19颗粒

20概率密度函数

21模式

22成团

u致动信号

z阻抗

d期望透射率

t温度

f频率

具体实施方式

以下所解释的示例性实施例是本发明的优选实施例。在本示例性实施例中，本实施例的所描述的部件各自表示本发明的独立特征，这些独立特征将被彼此独立地考虑并且还彼此独立地发展本发明，因此也可以单独地或以不同于所示组合被认为是本发明的一个组成部分。此外，已经描述过的本发明的另外的特征也可以被添加到所描述的实施例中。

在附图中，功能相同的元件在各自情况下设置有相同附图标记。

图1示出了包括多个可切换电致变色的单独窗玻璃11的组件10，通过示例表示出其中两个，并且通过省略号12来指示仍然可以提供更多的单独窗玻璃11。总而言之，可以提供n个单独窗玻璃。组件10可以例如装配在机动车辆13中，例如单独窗玻璃11可以表示顶窗，并且一个或多个单独窗玻璃11可以在各自情况下表示窗格玻璃。

可以在各自情况下在各个窗玻璃11上设置透射程度或透射率值。为了在单独窗玻璃11的情况下设置透射率值，必须在各自情况下针对每个单独窗玻璃11设置致动信号u1到un，其中，1到n是单独窗玻璃11的对应索引或对应序号。在下文中，单个致动信号通常被称为致动信号u，而没有索引1或n。在各自情况下每个致动信号u是电压信号。可以由控制装置14生成对应的致动信号u，为此目的，该控制装置可以例如包括微控制器或控制逻辑。控制装置14可以被规定为具有期望的透射率d。例如，用户可以在各个窗玻璃11的情况下设置他所期望的透射率值。为此目的，可以提供用于设置期望透射率d的操作者控制单元(未示出)。

然而，在各个窗玻璃11的情况下必须不同地设置致动信号u的对应配置，这是因为为了设置期望的透射率d，必须考虑到各个窗玻璃11的透射特性可能不同，例如由于不同的老化或磨损量和/或由于不同的温度。

图2中展示了由老化差异引起的透射特性差异。入射光和穿透光在各自情况下由中空箭头表示，这些中空箭头的大小对应于光的量。图2在表示(a)中示出了具有设定最小透射率的单独窗玻璃11。致动信号u已经被关闭，即，在导电的、透明接触层15处不存在电压。可以例如基于铟锡氧化物(ito)来形成接触层15。在接触层15之间存在单独窗玻璃11的实际电致变色层16。电致变色层16可以以已知的方式包括载体矩阵17，并且封闭在该载体矩阵中的是具有颗粒19的悬浮液18。在致动信号u＝0伏特(致动电压u被关闭)的情况下，颗粒19的空间对齐被展示为电场与颗粒之间的不同相对角度的概率密度函数20(概率分布)。该概率密度函数在这种情况下为均匀分布。

在表示(b)中示出了如何通过接通致动电压来生成用来实现最大透明度或最大透射率的致动信号u。在未老化的或新的或未磨损的单独窗玻璃11的情况下，取决于接触层15之间形成的电场，颗粒19的最大对齐是可能的。概率密度函数20示出了对于优选对齐角度为0度的模式21(最大值)。

表示(c)展示了与表示(b)中相同的切换状态，但是在老化的单独窗玻璃11的情况下。尽管致动信号u与如表示(b)中的接触层之间的相应致动电压相对应，但由于颗粒19的成团或团聚22，并非所有的颗粒19本身能够沿着0度的优选对齐而对齐。相应地，概率密度函数20中的模式21比在表示(b)中的新的单独窗玻璃的情况下更不明显。因此，根据表示(c)的老化的单独窗玻璃11的最大透射率比在根据表示(b)的新的单独窗玻璃的情况下更低。

图3展示了等效电路图，通过该等效电路图，可以建模或复制单独窗玻璃11的电气行为。接触层15具有串联的电阻rs。由于包括接触层15和电致变色的层16作为具有泄露电流的电介质的安排，因此获得包括并联的电阻器rp和电容cp的并联电路作为模型。

当设置各个致动信号u1到un的配置时，控制装置14可以考虑各个窗玻璃11的不同老化状态以及还有不同的温度行为。在此基础上，每个单独窗玻璃11可以被设置为相同的透射率值。

为此目的，可以确定各个窗玻璃11的对应温度t。另外，根据例如图3的等效电路图，可以确定对应单独窗玻璃11的阻抗z1到zn(再次，1到n是各个窗玻璃的索引)。在下文中，给出单独窗玻璃的阻抗z而没有索引1到n。如图1所示，对应的致动信号u可以因此被设置为z、频率f、温度t、期望透射率d以及随时间t的时间曲线的函数。在这种情况下，阻抗z和温度t在本发明的意义上表示状态数据。

为了使组件10的所有单独窗玻璃11看起来在光学上等效或相同，因此可以为每个单独窗玻璃11确定或断定温度t和老化状态a，并且据此进行推导以便为每个单独窗玻璃11单独地适配致动信号u的配置。

原则上，基于以下各项，两种程序是可能的：

1)对透射率的直接测量，或者

2)通过间接确定致动曲线，即，致动信号u。

直接测量可以借助于光传感器来实施，该光传感器测量在各自情况下穿过可切换单独窗玻璃11的光强度。利用这个强度作为输入变量，控制装置14然后可以借助于控制算法来适配单独窗玻璃11的透射率，以获得可以根据期望的透射率d来推导或确定的所规定强度值。可以针对单独窗玻璃11或各个窗玻璃11的组件10来规定强度值。在旨在以相同的透射率呈现的各个窗玻璃11的组件10的情况下，具有最小的最大透射率的单独窗玻璃11规定了整个组件10的最大透射率。同样，具有最大的最小透射率的窗玻璃规定了整个组件10的最小透射率。

在间接确定的情况下，可以由控制装置14来记录可切换单独窗玻璃11(即，薄膜或电致变色的层16)的阻抗z。该阻抗可以被用于根据图3来计算等效电路图的等效电路框图变量rs、rp、cp。然而，这只是通过示例的方式给出的等效电路图。例如，在通过相应的致动信号对单独窗玻璃11进行正弦电激励的情况下，可以通过测量电压和电流的绝对值和相位来确定阻抗z。在此应注意的是，不仅是可切换单独窗玻璃11的老化a(即，老化值a)，而且还有温度t、ac电压的切换频率f、信号类型(例如，方波、梯形波或正弦波电压)以及电压值v都对z的值有影响。为了使老化a的影响与其他变量隔离，优选地记录或估计这些变量。以对应的温度t、频率f和电压v操作和切换周期可以被记录。频率f、信号类型和电压v由控制装置14规定，并且因此是已知的。温度t可以使用温度探针或温度传感器来测量或进而以所描述的方式从阻抗z本身中提取。

为了量化可切换单独窗玻璃11的老化a(即，确定老化值a)，两种方法是可能的，在此被称为变体i和ii。

(i)：借助于模型，根据影响变量温度t、电压v、频率f、数量n和负载循环的类型来连续地计算可切换单独窗玻璃的老化状态。各种模型可以用于记录可切换单独窗玻璃11的老化值a。结合电容的老化所建立的模型例如是eyring模型[endicott1965]。在这种情况下，以老化值a的形式来量化老化状态。在这种情况下，对各个老化过程ai进行求和以形成老化值a的整体状态。

n可能操作状态的数量

i操作状态的索引

δti操作状态的持续时间

ti操作状态的温度

vi操作状态的电压

ea老化过程的激活能量

k波尔兹曼常数

α、a、b、c为(将在测试中确定的)模型参数

(ii)在不同条件下(例如，经脉宽调制的致动信号u的不同脉冲串长度或脉冲宽度)根据阻抗z的测量来确定活性颗粒19的老化状态a。在这种方法的情况下，确定了悬浮液中的颗粒19对整体电容的贡献。c稳态＝f(c矩阵，c颗粒)，其中，函数f(…)表示介电矩阵17(c矩阵)和悬浮液中的颗粒19(c颗粒)的适当等效电路图(例如，并联电路：c稳态＝c矩阵+c颗粒，或串联电路：1/c稳态＝1/c矩阵+1/c颗粒)。在这种情况下，对齐程度确定c颗粒的贡献。电场中对齐的颗粒19越多，这些颗粒对电容的贡献就越大。通过在昏暗(未对齐)状态下进行脉冲测量并且使用高稳态激励(极度对齐)进行测量，可以确定c颗粒的贡献。为此目的，在昏暗状态下以固定的激励频率f施加一个或多个短脉冲(t脉冲<<τ)，并且测量阻抗z。这导致了介电矩阵共同电容c矩阵和处于混乱对齐的颗粒(图2，表示a)。与此相比，稳态测量产生电介质矩阵的电容c稳态和与电场平行对齐的颗粒(图2，表示b和表示c)。通常在这种情况下：c稳态>c矩阵。

在这种情况下，颗粒19的老化(例如，成团、键合在一起、团聚22)导致更小的c颗粒贡献。如图2的表示(c)中所示，可以根据c颗粒随时间推移的曲线或发展来估计无法再在电场中自由对齐的颗粒19的比例。

这导致了仍然能够实现的最大透射程度(参见图2：可切换玻璃/单独窗玻璃中的颗粒对齐的示意性表示)。在图2中，在这方面，粗略描绘了相对于电场的颗粒对齐的概率分布函数20：(a)失励状态，(b)在老化之前的最大对齐状态，(c)老化状态下的最大对齐状态)。

为了补偿可切换玻璃/单独窗玻璃11的老化和温度，使用以下程序：借助于算法(参见图1：阻抗测量和致动的概念)，根据各个窗玻璃的老化状态a和温度t来为每个单独窗玻璃11计算透射特性或致动特性曲线(透射率作为所施加电压的函数)。考虑每个单独窗玻璃的致动特性曲线，可以实现的是所有窗玻璃(各个窗玻璃11)统一具有规定的透射率d。这适用于在具有最小的最大(最大的最小)透射率的玻璃/单独窗玻璃规定了所考虑的多个窗玻璃的组件的最大(最小)透射率的这种情况。

可切换玻璃/各个窗玻璃的老化a和温度t影响它们的透射特性。在包括多个窗玻璃(各个窗玻璃11)的组件10中，如例如在车辆13中，如果不存在对各个窗玻璃11的老化a和温度t的补偿，则可能因此发生窗玻璃之间的光学差异。

所描述的技术特征提供了用于以下操作的方法：确定各个可切换玻璃/各个窗玻璃11的老化状态a和温度t、计算透射特性、并且通过从中推导出的配置来使组件10中的所有单独窗玻璃11呈现相同的所规定透射程度d。所获得的优点是，各个窗玻璃的组件10的统一外观。

总体而言，示例示出了如何在可以通过本发明提供的多个可切换玻璃的情况下对老化效应和温度进行补偿。