CN101055315A - 占用者检测中的柔性传感器材料的噪声减小 - Google Patents

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Abstract

设置用于车辆中的占用者检测的薄膜材料的图样以获得噪声减小。柔性电路材料被用于在座椅内放置一个或多个用于占用者检测的天线或传感器。该柔性电路材料处于织品或座椅覆盖材料与泡沫体之间。柔性电路材料中的孔洞可以减小由柔性电路材料所导致的噪声。对于利用天线和被发送的能量的占用者检测，例如电容或电场感测，所述孔洞即使在小于天线时也能够减小噪声。

Description

占用者检测中的柔性传感器材料的噪声减小
技术领域
本发明涉及占用者(occupant)检测。具体而言，提供了适合于噪声减小的柔性占用者传感器。
背景技术
占用者检测可以与感测碰撞的技术协同用于确定是否激活气囊(airbag)。多种占用者检测系统已被提出，包括基于超声、红外、雷达、电场、电容、重量或它们的组合的检测。占用者检测系统使用放置在车辆内多个位置(例如座椅内)的天线。所述天线是压电材料的、导电材料的或具有其它结构。例如，导电织物或柔性金属电极被放置在座椅内，以用于基于电容或电场的占用者检测。又例如，应变仪(strain gauge)或其他相关的压力或负载传感器被放置在座椅基部内的柔性电路材料上。
柔性电路或其他薄膜材料(film material)受到来自占用者或放在座椅中的其他物品的压力。该压力可能使得薄膜材料变弯曲或褶皱。当压力被去除或移位时，薄膜材料可能弹起或发出其他噪声。
发明内容
通过介绍，以下描述的优选实施例包括用于占用者检测和/或噪声减小的方法、改进和系统。柔性电路材料被用于在座椅内放置一个或多个用于占用者检测的天线或传感器。该柔性电路材料处于织品或座椅覆盖材料与泡沫体(foam)之间。柔性电路材料中的孔洞可以减小由柔性电路材料所导致的噪声。对于利用天线和被发送的能量进行的占用者检测，例如电容或电场感测，所述孔洞即使在小于天线时也能够减小噪声。
在第一方面中，提供了用于占用者检测的传感器系统。柔性电路材料具有多个孔隙。至少一个天线位于该柔性电路材料上。占用者检测电路与至少一个天线相连。该占用者检测电路可操作用于响应于被发送的能量来检测占用者的存在或特性。
在第二方面，提供了用于减小座椅中用于占用者检测的薄膜材料的噪声的方法。在薄膜材料中提供了多个通孔，并且在薄膜材料上提供了导电区域。该薄膜材料被放置在泡沫体材料附近。座椅覆盖材料被放置在所述薄膜材料附近。
在第三方面中，用于占用者检测的传感器系统具有薄膜材料。该薄膜材料具有放在车辆座椅中的第一电极。该第一电极在薄膜材料上具有第一面积。改进包括薄膜材料中的第一孔洞，其中第一孔洞的第一孔洞面积小于所述第一面积。
本发明由所附权利要求限定，并且在本部分中的内容不应被视为对权利要求的限制。本发明的其他方面和优点将在下面结合优选实施例来论述，并且以后可以独立或组合地要求保护这些其他方面和优点。
附图说明
组件和图不一定是按比例绘制的，重点在于图示本发明的原理。此外，在附图中，不同视图中的类似标号指示相应部分。
图1示出具有传感器的柔性薄膜的一个实施例；
图2示出车辆座椅中用于占用者检测的薄膜的一个实施例；以及
图3是用于噪声减小的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
用于占用者检测的传感器系统包括一个或多个孔隙(aperture)或孔洞(hole)，用于噪声减小或其他目的。该传感器系统工作在多种环境中，例如用于检测车辆座椅内的占用者。该传感器系统与气囊控制器相连，但可能出于其他目的而被用于检测占用者。图1示出用于占用者检测的带有孔隙和电极或天线的薄膜材料。图2示出放置在座椅中的用于占用者检测的带有孔隙和电极或天线的柔性电路材料。
如图1和2所示，该传感器系统包括薄膜材料制成的柔性薄膜10。柔性薄膜10是柔性电路材料，例如Polyimide(Kapton)薄膜、PETPolyester(Mylar)薄膜、PEN Polyethylene Napthalate或其他现在已知或以后将开发的柔性材料，以用作柔性电路基板。可以使用其他介电或非介电薄膜和相应的材料。该柔性电路材料上可能集成有有源或无源的电路组件，或者柔性薄膜10不带有有源和/或无源组件。
柔性薄膜10具有任意厚度，但优选地厚度小于1cm或甚至1mm。在一个实施例中，柔性薄膜10大约18英寸长，在最宽处大约15英寸宽。可以提供其他尺寸。
如图1所示，薄膜10包括多个孔隙11A-C、传感器12和信号迹线(trace)14。可以提供更多的、不同的或更少的组件。可以使用任何数目的传感器12，例如所示的三个传感器12或者数十或数百个传感器12。可以使用任何数目的孔隙11A-C。可以使用任意多种类型的孔隙11A、11B、11C，例如多于或少于所示的三种类型。
传感器12是一层或多层中的导电材料。传感器12是铜、导电电极、应变仪、压力传感器、射频天线、压电薄膜、基于半导体薄膜的二极管或光检测器、它们的组合或者其他现在已知或以后将开发的用于检测占用者的存在或特性的传感器。该导电材料被形成在柔性电路材料10上。该导电材料提供例如用作天线的电极。图1中所表示的传感器12是用于基于电容或电场的感测的天线或电极。传感器12不具有有源或无源的电路组件，但可以包括这样的组件。每个传感器12是分开的并与其他传感器12间隔开来。在替换实施例中，作为柔性薄膜10的不同侧的函数，分开的传感器12是以一个在另一个之内的方式设置的，或者是重叠地设置的。
对于各个传感器12，信号迹线14是彼此绝缘的。信号迹线14具有与传感器12相同或不同的材料，例如都是被淀积的、被蚀刻的或被成形辊轧(form roll)的铜或其他柔性金属或导电材料。来自各个传感器12的迹线14沿柔性材料10走线到尾部20。迹线14沿尾部20延伸，以与占用者检测电路22连接。尾部20具有任意长度，例如从几英寸到1码。在替换实施例中，迹线14终止在柔性材料10的边缘或其他位置，具有或不具有尾部20。
尾部20的长度和起点使得占用者检测电路22能够被放置在相对于传感器12或座椅的各种位置上。可以使用除图1和2所示起点或长度之外的其他起点或长度。
在一个实施例中，传感器12被占用者检测电路22用来发送和/或接收数据。例如，传感器12将被分布在距离占用者不同深度的位置上，例如美国专利No.6,320,913和No.6,329,914所公开的，这两个美国专利的公开文本通过引用被结合于此。在一个实施例中，柔性材料10被折叠在隔离物(spacer)的至少一部分上，例如美国专利＿＿(序列号No.10/996,700)所公开的，该美国专利的公开文本通过引用被结合于此。隔离物是可压缩材料(例如泡沫体)制成的分隔件。作为另一示例，传感器12被间隔开，以感测座椅上不同位置处占用者或物品的场或电容效应。
占用者检测电路22连接或可连接尾部20上的信号迹线14。占用者检测电路22在电路板上。该电路板是印制电路板，例如是环氧和玻璃纤维薄板制品。该电路板比柔性电路材料或柔性薄膜20更坚硬。占用者检测系统22的有源和无源组件被焊接、连接或以其他方式形成在电路板上。挤压式(push through)或顺从性(compliant)引脚将柔性材料10上的迹线14与电路板上的电迹线和组件相连。或者可使用接合(bonding)、引线接合(wire bond)或其他连接。在替换实施例中，占用者检测电路22的一部分或全部是作为柔性薄膜10上的柔性电路形成的。
对于利用能量传输的电容、电场或其他类型的占用者检测，传感器12可具有所需面积和/或形状。例如，图1所示的三个传感器12大约为11,000-12,100平方毫米。可以提供更大或更小的尺寸。不同传感器12的面积差异可能更大，例如一个或多个传感器12具有比另一传感器12小得多或大得多的面积。
柔性电路材料10包括孔隙11A-C。孔隙11A-C是在薄膜材料中或穿过薄膜材料的孔洞。孔隙11A-C是经切割(cut)、冲压(punch)、压制(stamp)、浇铸(mold)、成型(form)或以其他方式形成在柔性电路薄膜10中的。
孔隙11A-B中的一些孔隙每个的面积小于每个天线的天线面积。孔洞的面积小于天线之一或每个天线的面积。例如，每个孔隙11A-B小于传感器12之一或每个传感器12的面积的一半或小于十分之一。可以使用具有相同面积或不同面积的孔隙11A-B。例如，即使同样类型的孔隙11A、11B、11C也可能具有不同的面积。与传感器12邻近但没有穿过传感器12的孔隙11A具有相同的面积，但其尺寸可能变化。穿过传感器12的孔隙11B具有两种不同的面积，但也可能只具有一种面积或具有多于两种不同的面积。
一种类型的孔隙11A与传感器12邻近但没有穿过传感器12。多个孔隙11A沿传感器12的两个边缘延伸，但也可能只沿一个边缘、部分边缘或多于两个边缘延伸。另一类型的孔隙11B穿过传感器12。这另一类型的孔隙11B可能沿一个维度线性间隔开(如图1所示)，但也可能采取其他布置。例如，孔隙11B是沿传感器12的一个或多个边缘的。作为另一示例，二维重复或不重复的图样被提供。图1示出使用两种类型的孔隙11A和11B。在替换实施例中，只有一种类型或更多类型的孔隙被提供。
孔隙11A-C可以具有任何形状。一种类型的孔隙11A-C可能具有相同的形状或多个不同的形状。例如，与传感器12邻近但没有穿过传感器12的小面积孔隙11A都具有相同的形状，但也可能包括两种或多种形状的孔隙。作为另一示例，穿过传感器12的孔隙11B具有两种不同的形状，但也可能包括更多或更少的不同形状。可以使用任何形状，例如圆形(参见孔隙11A)、椭圆形(参见孔隙11B)、矩形(参见孔隙11C)、方形或任何其他曲线形、直边形或它们的组合。孔隙11A-C可能一般具有特定形状，例如与真实或算术上的理想形状有一定偏离的形状(例如“橄榄球形”一般是椭圆形)。
第三类孔隙11C位于传感器12之间。第三类孔隙11C可以比其他孔隙11A-B和/或传感器12更大、相同或更小。例如，第三类孔隙11C包括具有与一个或多个传感器12基本相同或更大的面积的孔洞。第三类孔隙11C可能被提供用于允许“呼吸”或气流通过泡沫体，以使得占用者感觉舒适。第三类孔隙11C消除了不需要的或者不合意的不支持传感器12和/或其他孔隙(例如孔隙11A)的薄膜材料，以获得噪声减小。
占用者检测电路22是处理器、放大器、滤波器、专用集成电路、现场可编程门阵列、数字组件、模拟组件、它们的组合或其他现在已知或以后将开发用于确定占用者的存在或特性的设备。例如，占用者检测电路22确定与压力传感器相关联的电阻、电流或电压。作为另一示例，占用者检测电路22使用图样识别或其他过程来进行光、声或红外感测。在另一示例中，在美国专利No.5,406,627、No.5,948,031、No.6,161,070、No.6,329,913、No.6,329,914、No.6,816,077和No.6,696,948中公开的占用者检测电路中的一种被使用，这些美国专利的公开文本通过引用被结合于此。占用者对电场的影响被用于确定占用者(例如人或无生命的占用者)的存在或其他特性。与射频波的传输相关联的负载电流或其他值被用于确定占用者信息。或者，来自一个传感器12的发送和在其他传感器12处的接收被使用。可以使用其他电场或电容感测电路，例如用于确定电容、频率改变、电流电平、电压电平或占用者对电场或电容值的影响的其他特性的电路。
在柔性材料10上可以形成或连接附加组件。例如如图1所示，温度、湿度或温度湿度两用传感器被与柔性材料10相连。在一个实施例中，提供了在美国专利No.6,816,077中公开的附加传感器之一。在一个实施例中，在柔性材料10中形成有这样的孔隙，该孔隙用于定位印制电路板或分立的传感器组件，以与柔性材料10上的一个或多个迹线14相连接。该连接与尾部20或占用者检测电路22间隔开。迹线14从附加传感器延伸到占用者检测电路22。在替换实施例中，一个或多个附加传感器被形成在柔性薄膜10上，例如形成柔性电路。
图2示出将传感器系统放置在座椅30中。例如，座椅30是车辆中的乘客座椅、驾驶员座椅、长座椅(bench)、桶状座椅(bucket)或其他座椅。柔性薄膜10被放在车辆座椅内的至少一部分上。例如，柔性电路材料处于基部34中的织品和泡沫体之间，其间存在或不存在任何居间材料。柔性薄膜10被接合到泡沫体、织品或其两者。或者，柔性薄膜10置于其他材料之上但不连接到其他材料。在另一替换方式中，薄膜10被缝合或以其他方式连接到其他座椅材料。如图2所示，柔性薄膜10被放置在基部34的顶部，但或者也可以放在多层泡沫体或其他基部座椅材料之间。对于图1的薄膜10，与尾部20最接近的传感器12位于基部的咬线(bite line)上或附近(例如靠近基部34的后方但在顶部32的前方)。在替换实施例中，柔性薄膜10被放置在顶部32内或邻近顶部32，被放置在基部34和顶部32两者内或邻近两者或者与座椅30间隔开，例如位于顶衬(headliner)或仪表盘中。
尾部20使得能够将占用者检测电路22相对于传感器12和关联的柔性薄膜放置在各种位置上。占用者检测电路22处于形成在基部23内的空间或其他结构内。在替换实施例中，占用者检测电路22处于车辆内的其他位置。对于具有折叠平座椅的示例，占用者检测电路22安装在前s坐垫框36下面或沿着基部34或坐垫框36的一侧。标准座椅可以允许安装到坐垫、坐垫框36或后部32中，例如在后框和后罩之间。尾部20可以在所需安装方向上从柔性电路10延伸。在一个实施例中，尾部20延伸穿过将外罩织品连接到J带或其他修饰连接器的缝纫(stitching)中的间隙，所述连接器用于连接座椅30下面的坐垫框36上的占用者检测电路22。占用者检测电路22的朝向可以避免尾部20中的折叠。或者，电路22可以按尾部20的柔韧性和折叠所适应的任何角度来放置。电路板或关联的外壳被利用螺丝钉、塑料扣件、螺栓、粘胶、插销、夹子或其他现在已知或以后将开发的结构连接到坐垫框。外壳或印制电路板可被接合、缝合或以其他方式附接到座椅30的织物外罩或泡沫体。
此外，线缆、无线或其他通信路径被提供，以用于从占用者检测电路22发送信息到另一处理器、设备或系统或在占用者检测电路22处接收来自另一处理器、设备或系统的信息。例如，占用者检测电路22可操作用于沿线缆向与座椅30间隔开的气囊系统发送信息。或者，占用者检测电路22包括气囊系统控制器。例如，占用者检测电路22检测占用者的移动以感测碰撞，或包括在座椅30内或与座椅30间隔开的单独的碰撞传感器。占用者检测电路22确定是否激活气囊展开。
图3示出用于减小座椅中用于占用者检测的薄膜材料的噪声的方法的一个实施例。在一个实施例中，该方法是利用传感器系统、柔性薄膜10和图1或2所示的布置来实现的。在其他实施例中，使用不同的柔性材料、配置或组件布置。可以提供不同的、更多的或更少的动作。
在动作52中，在薄膜材料中提供多个通孔(through hole)。在薄膜材料上还提供导电区域。导电区域是天线、电极或其他传感器组件。导电区域被形成在薄膜材料之中或之上。每个通孔具有小于导电区域的一半的孔洞面积，但是也可以提供其他相对尺寸。可以提供其他更大或更小的通孔。可以使用类型、位置、尺寸、形状或其组合的任何布置。
在动作54中，薄膜材料被放在泡沫体材料附近。可以使用其他可压缩的或柔性的材料以取代泡沫体材料。薄膜材料与泡沫体材料相连(例如通过压力接合)或者无连接地设置在泡沫体材料上。通过紧靠泡沫体材料放置薄膜材料，可压缩的泡沫体材料响应于施加到薄膜材料上的至少一个位置上的压力而延伸到至少某些通孔中。泡沫体材料延伸到一个或多个孔洞中的动作起到支撑薄膜材料的作用，从而减小薄膜材料随压力改变而褶皱、弹起或弯曲的可能性。
柔性薄膜被放置以用于占用感测。例如，柔性电路材料被放置在车辆座椅内的至少一部分中。在车辆座椅内包括放置在外表面上，放置在织物下面但在泡沫体之上，放置在泡沫体内，放置在泡沫体下面并在框架之上，或者放置在座椅的框架下面。传感器被放在基部中，背部中或放在座椅的基部和背部两者中。其他位置可被用于检测车辆、房屋或其他位置的占用者的坐下、直立或其他姿态。同一柔性薄膜可被与用于多个座椅的分开的传感器一起使用，或者不同的薄膜可被用于不同座椅或同一座椅的多个部分。
在动作56中，薄膜材料被覆盖。可以使用任何覆盖材料，例如附加的泡沫体、屏蔽电极或介电材料。在一个实施例中，薄膜材料被覆盖以座椅覆盖材料，例如织品、皮革或其他现在已知或以后将开发的座椅覆盖材料。该覆盖物可以保护薄膜材料免受物品或占用者损坏。
柔性薄膜与占用者检测电路相连。例如，柔性电路材料与更坚硬的电路板相连。柔性电路材料利用接合、夹子、别针、焊接、压力、连接器、它们的组合或其他现在已知或以后将开发的连接技术连接到电路板。一个或多个天线和关联的信号迹线被设置在柔性电路材料上。柔性电路材料在其他方面不带有有源和/或无源电路组件。当多个天线或其他传感器被设置在柔性电路材料上时，多个天线通过分开的迹线连接到占用者检测电路。或者，一条或多条迹线被连在一起以提供更大或组合的传感器。占用者检测电路被形成在电路板上。或者，占用者检测电路被形成在柔性电路材料上。柔性电路材料通过对迹线和关联电路的摹制(patterning)、蚀刻或成型与占用者检测电路相连。
在动作58中，占用者的存在或特性至少部分地被利用薄膜材料之上或之中的导电结构来感测。传感器系统的传感器和占用者检测电路被用于检测占用者的存在和特性。例如，天线被用于检测作为电容或电场的函数的占用者的存在或特性。交变电流被施加到传感器。发送方传感器的电流、电压、电容或其他特性被测量以用于检测占用者。作为替换或附加，响应于发送而接收信号的不同传感器的电流、电压、电容或其他特性被用于检测。尺寸、重量、位置、运动、存在、导电性、负载、图样或其他特性可被确定。在另一实施例中，重量或重量图样是利用至少部分位于薄膜材料之上或之中的应变仪、重量单元(weight cell)、电容或其他带有导体的重量传感器来感测的。
虽然已经参考各种实施例描述了本发明，但是应该理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以作出很多改变和修改。因此，希望上面的详细描述被视为示例性的而非限制性的，并且将会理解，希望由所附权利要求(包括所有等同物)来限定本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种用于占用者检测的传感器系统，该传感器系统包括：
具有多个孔隙的柔性电路材料；
在所述柔性电路材料上的至少一个天线；
与所述至少一个天线相连的占用者检测电路，该占用者检测电路可操作用于响应于被发送的能量来检测占用者的存在或特性。
2.如权利要求1所述的传感器系统，其中所述占用者检测电路包括电容或电场感测电路；并且
其中所述柔性电路材料包括聚酯薄膜，并且所述至少一个天线包括导电材料。
3.如权利要求1所述的传感器系统，其中所述多个孔隙中的每个孔隙的面积都小于所述至少一个天线中的每个天线的天线面积。
4.如权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个天线包括两个或更多个天线，其中每个天线与所述多个孔隙中的至少一个相关联。
5.如权利要求1所述的传感器系统，其中所述多个孔隙具有至少两种不同形状。
6.一种用于减小座椅中用于占用者检测的薄膜材料的噪声的方法，该方法包括：
在所述薄膜材料中提供多个通孔，并且在所述薄膜材料上提供导电区域；
将所述薄膜材料放置在泡沫体材料附近；以及
将座椅覆盖材料放置在所述薄膜材料附近。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述导电区域包括天线；所述方法还包括：
利用所述天线感测作为电场或电容的函数的占用者的存在或特性。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述通孔中的每个通孔的孔面积小于所述导电区域的一半。
9.如权利要求6所述的方法，其中将所述薄膜材料放置在泡沫体材料附近的步骤包括：放置所述薄膜材料，以使得所述泡沫体材料响应于被施加到所述薄膜材料上的至少一个位置的压力而延伸到所述通孔中的至少某些通孔中。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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