CN105144838B - 具有感测能力的传导性加热器 - Google Patents

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Abstract

一种组合式的加热器(10)和传感器(20)，包括：(a)加热层、感测层或这两者；(b)一个或多个电力施加部(12)、一个或多个感测施加部(12)或这两者，其中，所述加热层和所述感测层位于同一面内，以及所述加热层是包括多个金属化纤维的无纺层，其中所述多个金属化纤维随机地取向而形成所述加热层，以使得在施加电力时，所述加热层提供热。

Description

具有感测能力的传导性加热器
技术领域
本教导通常涉及包括加热能力和感测能力这两者以使得对乘员的全部或一部分进行感测和加热的装置。
背景技术
本教导基于提供改进型加热器、更优选为用在交通工具中的改进型加热器。一般地，加热器包括形成为图案的导线。在向该导线施加电力的情况下，该导线产生热。该导线还可以配置在含碳材料中，以使得随着该导线的升温，热扩散到该含碳材料中从而对更大区域进行加热。然而，无法始终实现在这些装置中获得均匀加热，并且在加热导线周围可能发生热点。此外，如果加热导线发生断裂，则加热器可能停止进行加热。加热器还可以包括利用正温度系数材料所连接的电极，以使得从一个电极经由正系数材料向另一电极传导电力并且产生热。其它加热器具有将多个长材料编织到一起以形成加热器的编织结构。由于这些材料可能允许沿着一个导线的电流漂移，因此这些加热器可能沿着这些材料中的一个或多个材料产生热点。
除加热器外，还可以在交通工具组件内安装传感器。这些传感器可以是乘员传感器，其中该乘员传感器判断交通工具座椅内的乘员的存在、乘员的重量、乘员的大小或它们的组合，使得例如可以基于所感测到的特性来打开或关闭气囊。典型地，在使用加热器和乘员传感器的情况下，在组件内安装两个独立组件，以使得一个组件产生热并且另一组件进行感测。具有两个独立组件增加了系统的复杂性、提高了安装费用、增加了可能发生故障的组件的数量、增大了包装空间、可能引起这两个装置之间的电气干扰、或者它们的组合等。因此，期望具有包括感测能力的组合式加热器，以使得该加热器可以进行如下这两种操作：加热；以及乘员的存在或乘员的位置或者这两者的感测。
可以在美国专利5,824,996、美国专利5,935,474、美国专利6,057,530、美国专利6,150,642、美国专利6,172,344、美国专利6,294,758、美国专利7,053,344、美国专利7,285,748和美国专利7,838,804中发现加热器的示例，其中所有这些专利全部通过引用包含于此以用于所有目的。可以在美国专利5,006,421和美国专利7,500,536以及美国专利申请公开2009/0255916、美国专利申请公开2011/0290775和美国专利申请公开2013/0020305中发现组合式传感器和加热器的示例。
具有无独立组件的组合式加热器和传感器很具吸引力。具有无需添加任何附加的感测元件而用作传感器的加热器很具吸引力。需要如下的柔性加热器，其中该柔性加热器提供良好的加热性能并且还可用作传感器，以使得可以将加热器/传感器安装在紧凑空间或需要高灵活度的空间或者这两者中。
发明内容
本教导通过提供包括以下的改进型装置来满足本需求中的一个或多个(如果不是所有)：一种组合式的加热器和传感器，包括：(a)加热层、感测层或这两者；(b)一个或多个电力施加部、一个或多个感测施加部或这两者；其中，所述加热层和所述感测层位于同一面内，以及所述加热层是包括多个金属化纤维的无纺层，其中所述多个金属化纤维随机地取向而形成所述加热层，以使得在施加电力时，所述加热层提供热。
这里的教导提供一种传感器，包括：(a)无纺感测层，其具有：(i)随机取向的多个个体纤维；以及(ii)散布在随机取向的所述多个个体纤维之间的多个空隙和/或孔隙；以及(b)一个或多个电力施加部，其使所述感测层连接至信号源，以使得所述传感器感测乘员的存在、与所述传感器的接触或这两者。
这里的教导提供一种方法，包括以下步骤：(a)将组合式的加热器和传感器安装在机动车的组件中；(b)向所述组合式的加热器和传感器提供电力，以使得所述组合式的加热器和传感器的加热层产生热；(c)向所述组合式的加热器和传感器提供信号，以使得所述组合式的加热器和传感器的感测层产生用于判断乘员的存在、乘员与所述机动车的所述组件之间的接触或者这两者的信号；以及(d)针对乘员、没有乘员、所述组件与乘员之间没有接触或者它们的组合的情况而监测所述信号。
这里的教导通过提供无独立组件的组合式加热器和传感器出人意料地解决了这些问题中的一个或多个。这里的教导提供用作传感器而无需添加任何附加的感测组件的加热器。这里的教导提供如下的柔性加热器，其中该柔性加热器提供良好的加热性能并且还可用作传感器，以使得可以将加热器/传感器安装在紧凑空间或需要高灵活度的空间或者这两者中。
附图说明
图1示出这里的教导的加热器的红外图像；
图2示出这里的教导的加热器/传感器；
图3A示出图2的电力施加的近视图；
图3B示出这里的教导的替代电力施加的近视图；
图4示出方向盘的截面图；
图5A示出包括各侧具有电力施加部的一个中央电力施加部的加热器/传感器的示例；
图5B示出具有各自包括独立的电力施加部的多个部分的加热器/传感器；
图5C示出具有电气连接电力施加部的多个部分的加热器/传感器；
图6A示出包括纵长电力施加部的加热器/传感器；
图6B示出绕方向盘所配置的图6A的加热器/传感器；
图7示出包括沿着加热器/传感器的长度延伸以提供电力的多个独立的电力施加部的加热器/传感器；
图8A示出各自包括纵长电力施加部的两个独立的加热器/传感器；
图8B示出配置在方向盘上的图8A的两个独立的加热器/传感器；
图9A示出沿着加热器/传感器的长度延伸以提供电力的多个独立的电力施加部的加热器/传感器；
图9B示出加热器/传感器的电气结构的示例；
图9C示出电气结构的另一示例；
图9D示出加热器/传感器的该加热器/传感器的端部彼此靠近而在端部之间无间隙的示例；
图10示出具有用于施加电力的独立的电力施加部和用于施加信号的独立的电力施加部的加热器/传感器的示例；
图11示出这里的教导的感测电路；
图12示出组合式加热电路和感测电路的示例；以及
图13示出施加至加热器的信号和电力的示例。
具体实施方式
这里所呈现的说明和例示意图使本领域其它技术人员熟知本发明、其原理及其实际应用。正如可能最适合特殊使用的要求那样，本领域技术人员可以以多种形式来修改并应用本教导。因此，如所述的本教导的具体实施例并不意图穷举或限制本教导。因此，这些教导的范围不应参考上述说明来确定，而是应参考所附权利要求书以及这些权利要求的等同物的所有范围来确定。包括专利申请和公开的所有文章和文献的公开内容通过引用而被包含以用于所有目的。如根据所附权利要求书将收集到的其它组合也是可以的，其中这些其它组合同样通过引用而被并入本撰写说明书中。
本教导要求2013年5月15日提交的美国临时申请61/823,642的优先权，其教导全部包含于此以用于所有目的。如这里所教导的装置可以用作加热器以及/或者并入到其它装置中以使得该其它装置可以用作加热器。如这里所教导的装置可用于任何已知的加热应用。例如，加热器可用于加热床、设备、用作治疗加热器、加热交通工具座椅、方向盘、镜、玻璃、地板、门板、扶手、顶盖内饰板等或它们的组合。优选地，如这里所教导的装置可以连接至或内置于交通工具座椅、方向盘或这两者。如这里所论述的加热器可以是如下的独立工件，其中该独立工件配置在交通工具座椅的座垫(即，屁股或背部)上然后配置在加热器上所设置的装饰盖上、或配置在方向盘的周围然后被装饰工件所覆盖、或者这两者。加热器的一部分可以进入座垫中的槽，以使得将加热器、座垫、装饰盖或它们的组合附接至座椅骨架。加热器可以是可成形的、可成型的、可切割的或它们的组合，以使得可以大致防止加热器对交通工具座椅的槽区域进行加热。例如，可以切割出加热器的一部分，以大致仅电极、总线、电力导体或它们的组合延伸至交通工具座椅的槽内。装饰盖可以具有经由加热器延伸以使得加热器连接至装饰盖和交通工具组件的附接特征。
可以通过机械紧固件、粘合剂、来自一个或多个邻接层的压力、焊接、热熔接、超声波焊接、缝接或它们的组合来将一个或多个加热器固定在交通工具座椅和/或方向盘中。例如，与加热器相同材料的线可以将加热器缝接至装饰层、支撑件或这两者，以使得可以将加热器固定在组件内。粘合剂可以可解除地连接至加热器或者永久地连接至加热器，并且可以是压敏粘合剂、胶水、钩环紧固件、喷雾粘合剂、剥离粘贴粘合剂或它们的组合。加热器可以直接固定至装饰层、直接固定至座椅的座垫(即，屁股、背部或这两者)、直接固定至方向盘、或者它们的组合。机械紧固件可以贯通加热器而延伸、连接至加热器、附接在加热器上或它们的组合，以使得加热器可以固定在座椅内或方向盘内、或者这两者。机械紧固件可以是：卡圈；金属棒，其延伸到加热器的一部分上并且使加热器和装饰层拉向靠近座垫；塑料标签，其贯通加热器的一部分或装饰层的一部分、或者它们的组合而穿孔；或者它们的组合。这里的教导的加热器可以结合其它装置来使用。
一个或多个加热器可以连同一个或多个传感器(例如，接触传感器、乘客传感器或这两者)一起使用。加热器可以是传感器。传感器可被缝接到加热器内。例如，传导线、导线、导体、印刷电极或它们的组合可以连接至加热器，以使得在施加信号、电力或这两者的情况下，产生信号。传感器可以是用于感测乘客的存在、与加热器的接触、以靠近加热器的方式的接触、乘员的大小或它们的组合的任何类型的乘客传感器。加热器、方向盘、交通工具座椅或它们的组合可以无单独传感器。例如，如这里所论述的，加热器自身可以用作传感器。乘客传感器可以是电容传感器、压力传感器、膜传感器、红外、无源和/或有源超声波传感器、质量传感器或它们的组合。传感器可以连接至如下系统，其中该系统在用户没有与方向盘相接触的情况下触发警报，在用户没有正接触方向盘的情况下接通车载引导系统，在检测到乘客并且乘客没有系上安全带的情况下提供警报，在预定重量以下的乘员在座椅上的情况下关闭气囊、或者它们的组合。加热器和乘客传感器可以连同主动制冷系统、主动制热系统、通风系统或它们的组合一起使用。
加热器可以连同主动制热、主动制冷、通风或它们的组合一起使用。加热器可以是多孔的，以使得空气可以直接穿过加热器。加热器可以包括覆盖加热器以使得空气直接穿过加热器的一个或多个多孔层、以及覆盖加热器的一个或多个层(例如，毛绒层、粘合剂、保护性覆盖层或它们的组合)。加热器可以包括完全和/或部分覆盖加热器的一个或多个阻挡层，以使得这些阻挡层辅助将流体流引向加热器的可以接触的区域。阻挡层在存在的情况下可以以任何结构形成，以使得空气可以直接指向具体期望位置。例如，加热器可以贯通加热器的中央“U”字形部呈大致多孔的，并且“U”字形周围的区域可以包括可防止流体通过而使移动的流体指向接触区域的非多孔或阻挡材料。加热器可以包括一个或多个通孔，以使得空气可以移动通过加热器。加热器可以包括扇和/或送风机以及/或者与扇和/或送风机流体连通，与送风机和/或扇邻接以使得送风机和/或扇可以使流体移动通过加热器和/或在加热器周围移动。加热器、扇、送风机或它们的组合可以包括珀耳帖装置、热电装置或这两者，以使得热和/或冷空气(即，空调风)可以向着乘员移动。加热器可以间接地连接至包括珀耳帖装置、热电装置或这两者的扇、送风机或这两者。
加热器可以连接至辅助使空调风分散至乘员的插入件(即，袋)。加热器可以具有一个或多个孔，其中这一个或多个孔使孔反映在插入件中。加热器可以不具有孔，并且来自袋的空气可以直接通过加热器通向乘员。加热器层可以直接连接至插入件。加热器层的全部或一部分可以连接至插入件。插入件可以是形成大致空气不可渗透层和/或空气不可渗透层的一个或多个聚合物层，以使得指向插入件的空气指向预定区域。插入件可以包括一个或多个间隔件材料。如这里所教导的加热器可以用作间隔件材料和/或在插入件中形成开放空间的间隔层的一部分。可以从这里的包括通过引用包含于此的以下内容的教导中得到插入件及其各种层和材料的附加方面：专利7,083,227中的第1列第45行～第3列第67行、第4列第54行～第6列第32行和图2～3；以及美国专利7,735,932中的第3列第34行～第10列第2行、第11列第4行～第13列第18行和图1、4、15A和15B，其中这些附加方面示出可以连同这里所教导的加热器一起使用的插入件、插入件材料和插入件结构的替代实施例。
一个或多个加热器可被形成为片材。加热器可以是一个或多个片材。加热器可以是在物理上独立且电气连接到一起的多个片材。优选地，如这里所教导的加热器是无纺片材。例如，如这里所教导的加热层可以包括多个纤维，其中这多个纤维可以可选地被切割成预定长度并且随机进行调整以形成加热器。加热器可以符合几乎任何形状。例如，加热器可以缠绕圆形物体以使得对该圆形物体进行加热(例如，方向盘)。加热器可以包括形成加热层的多个纤维。加热层可以由约50重量百分比以上、约60重量百分比以上、优选为约70重量百分比以上、或者更优选为约80重量百分比以上的纤维构成。加热层可以由约82重量百分比以上、85重量百分比以上、约90重量百分比以上、约92重量百分比以上、或者甚至约95重量百分比以上的纤维构成。加热层可以由约99重量百分比以下、约98重量百分比以下、或者约97重量百分比以下的纤维制成。加热层可以包括约50重量百分比～99重量百分比的纤维、优选为约70重量百分比～约99重量百分比的纤维、并且更优选为约80重量百分比～约99重量百分比的纤维(即，约80重量百分比～约90重量百分比的纤维)。
优选地，多个纤维随机地分布在加热层中。更优选地，多个纤维具有平均较短的纤维长度，以使得在组合的情况下，加热层具有无纺结构并且使用机械装置无法使纤维彼此编织。甚至更优选地，在施加电力的情况下，纤维的平均纤维长度和取向在加热器间产生大致恒定的热梯度、大致恒定的热密度或这两者。纤维可以充分随机地取向，以使得纤维的取向强制使电力移动并且扩散到整个加热器，从而提供大致均匀的加热、均匀的热密度或这两者，并且电力不会沿着一条特定线行进。在示例中，这里所教导的加热层大致无纤维取向，以使得加热层不具有纵向、横向或这两者。加热层可以无个体加热导线、加热线或这两者，并且加热可以通过随机取向的纤维而进行。如这里所论述的随机取向是指纤维的约60％以下(纤维的约50％以下、优选为约40％以下、更优选为约30％以下、或者甚至更优选为约20％以下)取向成相同方向。平均纤维长度可能会影响纤维的取向。
平均纤维长度可以是使得形成无纺片材并且该片材具有足以弯曲、折叠、切割、传导电力、推入槽内、拉伸或它们的组合的强度的任何长度。平均纤维长度可以是如下的任何长度，其中该长度使得纤维彼此充分接触，以使得在施加电力的情况下，电力在纤维之间传递并且加热器产生大致均匀的温度梯度(即，在加热器上随机测量的情况下的温度约在±5℃以下、±3℃以下或±2℃以下的范围内)。平均纤维长度可以为约130mm以下、约110mm以下、约100mm以下、约80mm以下、约60mm以下、约50mm以下。优选地，平均纤维长度相对较短。因而，平均纤维长度可以为约40mm以下、约30mm以下、优选为约28mm以下、更优选为约25mm以下、或者甚至更优选为约22mm以下。平均纤维长度可以在约50mm～约1mm的范围内、优选在约40mm～约3mm约的范围内、更优选在约25mm～约5mm的范围内改变。如这里所论述的平均纤维长度可以具有±5mm以下、±4mm以下、优选为±3mm以下、更优选为约±2mm以下、或者甚至更优选为约±1mm以下、或者最优选为约±0.5mm以下的标准偏差。最大纤维长度(即，加热器中的最长纤维)可以为约200mm以下、优选为约175mm以下、更优选为约150mm以下、甚至更优选为约100mm以下、或者最优选为约50mm以下。
加热层可以由传导电力和产生热的任何无纺材料制成。加热层可以由可被切割、弯曲、折叠、穿孔或它们的组合的任何无纺材料制成，其中该无纺材料在被施加电力的情况下以任何方式产生热。加热层可以由可使用水刺工艺(例如，水刺法)、针刺工艺或这两者的组合所产生的材料制成。加热层可以包括碳、金属涂层碳、聚合物、金属涂层聚合物、结合剂或它们的组合。优选地，加热层包括由碳或聚合物制成的多个纤维，其中这些纤维涂布有金属材料的一个或多个层。可以在形成层之前将一个或多个涂层涂敷至纤维，可以在纤维是层(例如，纤维垫或纤维片材)的情况下将一个或多个涂层涂敷至纤维，可以将第一涂层涂敷至纤维、然后在纤维是层的一部分的情况下将第二涂层涂敷至纤维，或者它们的组合。在示例中，可以形成尼龙垫，然后可以向尼龙垫涂布铜然后涂布镍，以使得镍防止铜被腐蚀和/或氧化。可以制成纤维的聚合物是尼龙、聚酯、聚氨酯、聚酰胺、芳纶、对位芳纶、间位芳纶、乙烯醇、热塑性聚氨酯弹性体、聚氨酯、聚酰亚胺、碳、碳纤维或它们的组合。纤维可以涂布有可传导电力的任何材料。
可用于涂布碳纤维、聚合物纤维或这两者的金属是铜、银、金、镍、铝、钨、锌、锂、铂、锡、钛、粗铂4或它们的组合。在一个优选实施例中，多个纤维仅由碳制成。在另一优选实施例中，纤维由尼龙或碳制成并且涂布有镍或银。如果使用涂布纤维，则可以使用涂层作为加热层的总重量的百分比。涂层的总重量的百分比可以是任何重量，以使得在向加热层供给电力的情况下，加热层产生热。优选地，涂层在加热层的总重量中的百分比可以是使得加热层在施加电力时升温至约80℃～约110℃的温度的足够的量。涂层在加热层的总重量中的百分比可以是使得加热层的电阻率为约1Ω～5Ω并且优选为约1.5Ω～约2.5Ω的足够的量。涂层可以构成加热层的总重量的约5％以上、约10％以上、或者优选为约15％以上。涂层可以构成加热层的总重量的约50％以下、约40％以下或约30％以下(即，总重量的约20％～约25％)。一个金属化尼龙无纺毛绒的示例是以从YSShield可得的商标名HNV80进行出售的。一些碳无纺布的一些示例是在从Marktek Inc.可得的商标名C10001xxxT系列、NC10004xxxT系列、C100040xxT系列可得的。无纺布的另一示例是以从ConductiveComposites可得的商标名Nickel Nanostrands、Nickel CVD涂布碳纤维或Nickel CVD涂布无纺碳纤维进行出售的。可以使用结合剂将这里所论述的多个纤维保持到一起。
加热层可以是无纺材料。优选地，可以感觉像加热层(即，无纺均质平坦结构)。更优选地，加热层可以是具有随机取向的微结构的无纺材料。加热器可以无孔。加热器可以包括孔。孔可以是任何形状，以使得产生热并且对相邻的面、人、项、装置或它们的组合进行加热。孔可以是圆形、椭圆形、正方形、十字状、长且薄、对称、非对称、几何形状、非几何形状或它们的组合。加热器可以包括边切口。优选地，加热器可以无边切口。加热器在形状上可以为蛇形。优选地，加热器在形状上不是蛇形。加热层的微结构可以包括多个孔隙、多个空隙或这两者。如这里所述的空隙和孔隙是加热层的微结构的一部分，而通孔和切口较大并且例如是去除了材料的空间。加热层可以具有足够量的空隙和/或孔隙，以使得来自空气增流器的空气可以穿过加热层，加热层的纤维随机地取向，电力随机地分布在整个加热层，保护层可以渗透加热层，或者它们的组合。加热层的空隙和/或孔隙可以表示加热层的总表面积的约10％以上、约15％以上、约20％以上、约25％以上、约30％以上或者甚至约40％以上的面积。加热层的空隙和/或孔隙可以表示加热层的总表面积的约90％以下、约80％以下、约70％以下、约60％以下或约50％以下的面积。加热层可以在加热层中具有足够量的纤维和/或材料，以使得一个或多个其它层可以连接至加热层，保护层可以在加热层上形成平坦面，或这两者。
加热器可以包括电极。加热器可以无任何附加的电气传导层(例如，总线、电极、端子、迹线、痕迹、分支或它们的组合)。优选地，加热器包括大致沿着加热器的长度和/或宽度延伸并且辅助向加热器施加电力(例如，电力施加部)的总线、电极或这两者。更优选地，加热层可以没有使电源连接至加热器的端子(即，电力施加部的单个点)。加热层可以没有金、银、铜或它们的组合。加热器可以包括正温度系数材料(PTC)。加热层可以没有在单独步骤中添加至加热层的辅助产生热、产生信号或这两者的任何附加的电气传导层、正温度系数层、添加剂或它们的组合。加热层可以无稳定材料、软填充物质、浸渍填充材料或它们的组合。例如，加热层可以没有添加至加热器以辅助在纤维之间传导电力的稳定材料、软填充物质、浸渍填充材料或它们的组合。更优选地，加热层可以仅是加热器的产生热所需的部分。例如，加热层可以不是基板，加热层可以没有配置和/或印制在加热层上以形成加热层的一个或多个材料、交织形成材质的材料、或者它们的组合。可以使用加热层的结构来改变加热层的电阻率、面功率密度或这两者。
如这里所论述的加热层具有电阻率和面功率密度。可以通过以下操作来改变加热层的电阻率和面功率密度：改变加热层的大小和形状；改变前向覆盖层、后向覆盖层或这两者的材料构造；改变施加至加热层的电压的量；改变施加至加热层的安培数的量；或它们的组合。例如，可以通过(例如，添加切口、通孔、狭缝或它们的组合)从加热层去除材料来改变加热层的电阻率和面功率密度。在另一示例中，可以从策略上从加热层去除材料，以使得提高加热器的电阻率。加热层的电阻率可以为约1.0Ω以上、优选为约1.5Ω以上、或者更优选为约1.8Ω以上。加热层的电阻率可以为约7Ω以下、约5Ω以下、约3Ω以下或约2.5Ω以下(即，约1.5Ω～约2.3Ω)。电阻率可以与加热层的面功率密度成正比。优选地，电阻率与加热层的面功率密度成反比。因而，随着电阻率的增大，面功率密度减小。
加热层的面功率密度可以为约100W/m2以上、约200W/m2以上、约300W/m2以上或约400W/m2以上。面功率密度可以为约2000W/m2以下、约1500W/m2以下、约1000W/m2以下或约750W/m2以下(例如，约600W/m2～约450W/m2)。如这里所论述的一个或多个其它因素可以影响加热层的电阻率、面功率密度或这两者，诸如基重、单位面积重量或这两者。
加热层的特征可以在于单位面积重量(即，织物的每单位面积的重量)。单位面积重量可以为约50g/m2以上、约60g/m2以上、约70g/m2以上、优选为约80g/m2以上、更优选为约90g/m2以上、或者最优选为100g/m2以上。单位面积重量可以为约500g/m2以下、约400g/m2以下、优选为约300g/m2以下、或者更优选为约200g/m2以下。单位面积重量可以为约50g/m2～约300g/m2、优选为约75g/m2～约250g/m2、并且更优选为约100g/m2～约200g/m2。
加热层的纤维所具有的一个性质是密度。纤维的密度可以为约0.5g/cm3以上、约0.75g/cm3以上、约1.0g/cm3以上或约1.2g/cm3以上。纤维的密度可以为约10g/cm3以下、约5.0g/cm3以下、约3.0g/cm3以下或约2.0g/cm3以下。纤维的密度可以为约0.5g/cm3～约3.0g/cm3、优选为约1.0g/cm3～约2.0g/cm3、并且更优选为约1.1g/cm3～约1.5g/cm3。
加热层的纤维的特征在于直径。纤维的直径可以为约0.0001mm以上、优选为约0.001mm以上、优选为约0.005mm以上、或者最优选为约0.0065以上。纤维的直径可以为约1mm以下、约0.5mm以下、约0.1mm以下、优选为约0.05mm以下、更优选为约0.02mm以下、或者最优选为约0.008mm以下(即，约0.007mm～约0.006mm)。纤维的直径可以为约0.0005mm～约0.1mm、优选为约0.001mm～约0.05mm、并且更优选为约0.005mm～约0.02mm。
加热层的材料具有厚度。加热层的厚度可以是使得在施加电力时加热层产生热的任何厚度。加热层可以足够薄，以使得电阻率为约1Ω～约3Ω并且更优选为约1.5Ω～约2.5Ω，并且在与相比这里所教导的加热层变低的加热层进行比较的情况下，加热层的加热性能得以提高。加热层的厚度可以为约0.001mm以上、约0.005mm以上、或者优选为约0.07mm以上。加热层的厚度可以为约30mm以下、约10mm以下、优选为约5mm以下、更优选为约2mm以下、或者更优选为约1.0mm以下。加热层的厚度可以为约0.001mm～约10mm、优选为约0.005mm～约5mm、并且更优选为约0.07mm～约1mm。
加热层的材料具有基重。加热层的基重可以为约10g/m2以上、约30g/m2以上、约50g/m2以上、或者甚至约70g/m2以上。加热层的材料可以具有约200g/m2以下、约150g/m2以下或约100g/m2以下的基重。
加热层的材料的特征可以在于热导率。23℃的热导率可以为约2.0W/m*k以下、约1.0W/m*k以下、约0.5W/m*k以下或约0.005W/m*k以下。23℃的热导率可以为约0.001W/m*k以上、约0.005W/m*k以上或约0.01W/m*k以上。热导率可以为使用ASTM STP 1426或ASTMSTP 1320在23℃所测量到的约1.0W/m*k～约0.001W/m*k、优选为约0.5W/m*k～约0.005W/m*k、并且更优选为约0.01W/m*k～约0.075W/m*k。600℃的热导率可以为约3.0W/m*k以下、约2.0W/m*k以下、约1.0W/m*k以下、约0.5W/m*k以下或约0.01W/m*k以下。600℃的热导率可以为约0.001W/m*k以上、约0.005W/m*k以上、约0.01W/m*k以上或约0.05W/m*k以上。热导率可以为使用ASTM STP 1426或ASTM STP 1320在600℃所测量到的约1.5W/m*k～约0.001W/m*k、优选为约0.7W/m*k～约0.007W/m*k、并且更优选为约0.1W/m*k～0.01W/m*k。
加热层包括比热。23℃的比热可以为约0.001W*sec/g*K以上、约0.01W*sec/g*K以上、优选为约0.1W*sec/g*K以上、或者更优选为约0.5W*sec/g*K以上。23℃的比热可以为约5.0W*sec/g*K以下、约2.0W*sec/g*K以下或约1.0W*sec/g*K以下。比热可以为使用ASTMSTP 1426或ASTM STP 1320在23℃所测量到的约2.0W*sec/g*K～约0.001W*sec/g*K、优选为约1.5W*sec/g*K～约0.01W*sec/g*K、并且更优选为约1.0W*sec/g*K～约0.1W*sec/g*K。600℃的比热可以为约10W*sec/g*K以下、约5.0W*sec/g*K以下或约3.0W*sec/g*K以下。600℃的比热可以为约0.1W*sec/g*K以上、约0.5W*sec/g*K以上、约1.0W*sec/g*K以上或约1.5W*sec/g*K以上。加热层所具有的比热可以为使用ASTM STP 1426或ASTM STP 1320在600℃所测量到的约10.0W*sec/g*K～约0.01W*sec/g*K、优选为约5W*sec/g*K～约0.1W*sec/g*K、并且更优选为约2.5W*sec/g*K～约0.75W*sec/g*K。
加热层包括断裂拉伸强度。该断裂拉伸强度可以为约1N/cm以上、约1.5N/cm以上、或者优选为约2N/cm。该断裂拉伸强度可以为约100N/cm以下、约80N/cm以下或约60N/cm以下。加热层的加热断裂拉伸强度可以为约0.5N/cm～100N/cm、优选为约1.0N/cm～80N/cm、并且更优选为约1.5N/cm～60N/cm。
加热层的材料可以具有耐化学品性。通常，加热层的材料可以展现出以下的耐化学品性和/或材料特性中的一个或多个。加热层的材料可以具有良好的耐强酸性。加热层的材料可以具有优良的耐弱酸性。加热层的材料可以具有差的耐强碱性。加热层的材料可以具有良好的耐弱碱性。加热层的材料可以具有良好的针对有机溶剂的耐化学性。加热层的材料可以展现出低的弹性模量(即，材料没有拉伸)、非研磨性、非硬化、自润滑性或它们的组合。
加热层可以通过将这里所论述的组合物中的一个或多个混合到一起而形成。可以对混合后的组合物进行挤压，从而形成纤维、片材、垫、线或它们的组合。可以将组合物倒入模具中从而形成加热层。可以通过将多个纤维混合到一起并且形成垫来形成加热层。材料可以形成可展现这里所论述的加热特性的第一物质。可以对材料进行二次处理。
可以将加热层附接至一个或多个端子，并且在通电(即，施加电力)时，加热层产生热。加热层可以连接至施加电力、信号或这两者的一个或多个电力施加导线。电力施加导线可以仅施加电力、仅施加信号、或这两者。电力施加导线可以施加电力和信号这两者。电力施加导线可以连接至电源、微处理器、处理器、计算机或它们的组合。加热层可以连接至两个或更多个、三个或更多个或者甚至四个或更多个端子和/或电力施加导线，其中这些端子和/或电力施加导线向电力施加部施加电力和/或信号，以使用加热器/传感器来提供加热和/或感测。例如，加热层可以包括连接至加热层的各端部的正极导线和负极导线，以使得总共四个导线连接至加热层。加热层在连接至一个或多个正极电源和一个或多个负极电源(即，电力施加层或电力施加材料)的情况下，可以产生热以及/或者可以用于进行感测。优选地，加热层没有连接至针对加热层的总线和/或电极的端子。例如，总线和/或电极可以连接至加热层，并且总线和/或电极可以连接至电源。端子可以使用任何装置直接和/或间接地附接至加热层，以使得电力经由端子进入加热层并且加热层产生热。可以将端子压接到加热层上。例如，电力施加部可以包括使电源连接至电力施加部的端子。端子可以通过缝接、结合、机械紧固件或它们的组合连接至加热层、各电力施加层或这两者。优选地，加热层可以没有直接附接至加热层的端子(即，电力施加部的单个点)。加热器可以没有使电源附接至加热器的机械紧固件。例如，加热层可以不具有用于夹持加热层并且使一个或多个导线固定至加热器的机械附接装置。加热层可以包括辅助向加热层供给电力的两个或更多个电力施加部。
两个或更多个电力施加部可以位于加热器上的任何位置。优选地，两个或更多个电力施加部间隔开。两个或更多个电力施加部可以间隔开足够的距离，以使得加热器在施加电力时部分和/或完全通电。更优选地，两个或更多个电力施加部位于加热器的边缘区域中。例如，一个电力施加部可以位于沿着加热器的一个边缘的位置，并且第二个电力施加部可以位于沿着相对的边缘的位置，以使得在电力从第一边缘向第二边缘行进时，电力经由加热器行进。电力施加部可以沿着加热器的横向边缘(例如，宽度)或纵向边缘(例如，长度)延伸。电力施加导线的长度可以与加热器/传感器的传导率成反比。因而，例如，导线越长，加热器/传感器的传导率越小。更具体地，具有纵向电力施加部的加热器/传感器可以仅由碳材料制成。在另一示例中，沿着横向边或边缘延伸的电力施加部可以连接至具有相比由碳材料制成的加热器而言传导率更高的金属化纤维的加热器。该加热器可以包括多于两个的电力施加部。例如，加热器可以包括大致位于加热器中央的电力施加部和位于中央的电力施加部的各侧上的电力施加部，以使得电力和/或信号从中央的电力施加部向边缘行进，反之亦然。该加热器可以包括四个以上的电力施加部。例如，该加热器可以包括从各边缘起延伸并且向着相对的边缘延伸的两个相对的电力施加部。这两个相对的电力施加部可以在这些电力施加部连接之前终止，以使得在这些电力施加部之间存在间隙。该间隙可以电气隔离加热器/传感器的侧/边缘。加热器/传感器的侧/边缘可以具有相同的极性，以使得间隙和/或隔离器没有位于加热器/传感器的侧/边缘之间，或者使得加热器/传感器没有发生短路，或者这两者。因而，各加热器可以包括两个或更多个、三个或更多个或者甚至四个或更多个的用于施加热和/或电力的电力施加部。电力施加部可以配置在加热器/传感器上，以使得电力施加部的相对的侧/边缘包括相同的极性。例如，负极性、正极性或这两者可以位于相对的边缘上，以使得在加热器/传感器缠绕芯的情况下，正极性或负极性非常接近。在另一示例中，正极性位于侧/边缘上，以使得侧/边缘在缠绕的情况下处于接近关系并且负极性位于这两者的中间。
各电力施加部可以包括用于施加电力、信号或这两者的一个或多个部件。在一个优选示例中，各个电力施加部包括连接到一起的两个独立母线、电极、导线或它们的组合，并且这两个母线、电极、导线或它们的组合各自辅助向加热层供给电力。电力施加部可以施加信号、电力或这两者。加热器/传感器可以包括位于彼此接近的位置的两个电力施加部，并且一个电力施加部可以提供电力且一个电力施加部可以提供信号。如这里所论述的，电力施加部可以施加信号、电力或这两者。然而，可以使用独立的电力施加部和关联的导线来施加仅信号或仅施加电力。用于感测的独立的电力施加部可以直接连接至微处理器或处理器以判断用户是否与加热器/传感器相接触。母线、电极、导线或它们的组合可以由相同材料、不同材料或它们的组合制成。
优选地，单个电力施加部中的母线和/或电极各自由两个或更多个不同的材料制成。电力施加部可以包括一个或多个导线，并且优选包括交织到一起的两个或更多个导线。一个或多个导线可以刺穿过加热器，以使得在加热器的一个或两个端部上形成电力施加部。针刺导线可以连接至加热器并且直接连接至电源。针刺导线可以由银涂布导线、铜涂布导线或以这两种方式涂布的导线制成。针刺导线可以由与加热器大致相同的材料制成；然而，针刺导线相比加热器中的纤维可以具有更长的纤维长度。导线可以由辅助向加热层传送电力以使得产生热的任何导电材料制成。各导线所具有的电阻率可以为约5Ω*m以下、约2Ω*m以下或约1Ω*m以下。各导线所具有的电阻率可以为约0.01Ω*m以上、约0.05Ω*m以上或约0.01Ω*m以上(即，约0.25Ω*m)。各导线可以具有的重量可以为约0.1g/mm以下、约0.01g/mm以下、约0.001g/mm以下或约0.0001g/mm以下。各导线所具有的重量可以为约0.00001g/mm以上、优选为约0.00005g/mm以上、更优选为约0.0001g/mm以上、或者最优选为约0.0005g/mm以上(即，约0.0007g/mm)。优选实施例中的各个导线是编织到一起以形成单个导线的多个导线的复合体。例如，导线可以是各自具有直径约0.07mm的20条银导线，并且可以将这20条银导线各自编织到一起以形成单个导线。这些导线优选由铜、银、金、镍或它们的组合制成以及/或者涂布有铜、银、金、镍或它们的组合，以使得将电力传送至加热层。可以利用用于使一个或多个导线固定地连接至加热器并且没有实质干扰向加热层的电力传送的任何装置，来使一个或多个导线连接至加热层。可以使用的附接装置和/或方法的一些示例是缝接、胶粘(例如，利用导电或非导电胶)、接合、交织、订钉或它们的组合。优选地，使用粘合层来使一个或多个导线连接至加热层。使一个或多个导线固定至加热层的粘合层还可以使第二母线和/或电极连接至加热层。
电力施加部可以由在施加电力时辅助向加热层传送电力以使得加热层变热的任何材料制成。电力施加部可以由使得在施加传感器信号时加热层感测状况的任何材料制成。电力施加部可以包括位于一个或多个导线的下方、优选一个或多个导线的上方或这两者的组合的母线和/或电极。如这里所论述，电力施加部可以没有导线，并且也可以仅由无纺材料制成。例如，可以将夹具直接附接至提供用以向加热器供给电力的电气连接的无纺材料。母线和/或电极可以是具有电气传导率的无纺材料。母线和/或电极可以是一个或多个导电性无纺条。母线和/或电极可以由与加热层相同的材料制成。优选地，母线和/或电极可以由碳材料、聚合物材料、金属涂布材料或形成用于向加热器传输电力的导电介质的材料的组合制成。例如，母线和/或电极可以是涂布有镍或银的多个尼龙纤维，并且涂布尼龙纤维可以利用结合剂结合到一起并形成向加热层传导电力的无纺材料。母线和/或电极可以使用如这里针对一个或多个导线所论述的任何材料和/或方法附接至加热层。优选地，母线和/或电极、一个或多个加热导线或者这两者的组合使用粘合织物连接至加热层。更优选地，各电力施加部包括利用粘合层连接至加热层的两个或更多个导线以及无纺导电材料。
粘合层可以是在施加热时形成连接的任何粘合片材。粘合层可以是这里所论述的任何粘合层。粘合层可以是聚酰胺。粘合层优选是无纺材料。粘合层优选是与互连纤维和/或纤维状粘合颗粒之间的空隙和/或孔隙互连的多个纤维和/或纤维状粘合颗粒。粘合层可以具有多个空隙、多个孔隙或这两者。粘合层可以具有足够量的空隙和/或孔隙，以使得在粘合层正连接两个或更多个电气传导层(例如，一个或多个电力施加层、加热层或这两者)的情况下，电力可以通过空隙和/或孔隙，可以维持电气连接，粘合层没有干扰两个或更多个电气传导层之间的电力供给，或者它们的组合，并且可以在两个或更多个层之间形成连接。粘合层的空隙和/或孔隙可以表现加热层的总表面积的约10％以上、约20％以上、约30％以上、优选为约40％以上、或者更优选为约45％以上的面积。粘合层的空隙和/或孔隙可以表现加热层的总表面积的约90％以下、约80％以下、约70％以下或约60％以下的面积。粘合层所具有的基重可以为约5g/m2以上、约10g/m2以上或约15g/m2以上。粘合层所具有的基重可以为约50g/m2以下、约30g/m2以下或约25g/m2以下(即，约19g/m2)。粘合层所具有的初熔温度可以为约85℃以上、约100℃以上或约110℃以上。粘合层所具有的初熔温度可以为约200℃以下、约180℃以下或约160℃以下(即，约150℃)。可以使用的粘合织物的示例是以从Spunfab Ltd.可得的商标名Spunfab进行出售的。
电力施加部(即，母线和/或电极、一个或多个导线或者这两者的组合)可以由表面传导率为约1.0×10-2Ω/sq以下、约5.0×10-2Ω/sq以下、优选为约1.0×10-3Ω/sq以下、更优选为约5.0×10-3Ω/sq以下、或者最优选为约1.0×10-4Ω/sq以下的任何材料制成。电力施加部(即，母线和/或电极、一个或多个导线或者这两者的组合)可以由表面传导率为约1.0×10-9Ω/sq以上、约5.0×10-8Ω/sq以上或约1.6×10-8Ω/sq以上的材料制成。
加热器可以仅包括加热层(例如，加热器可以包括一层)。优选地，加热器包括至少三层。然而，加热器可以没有固接在加热层上方的任何层。例如，加热层可以包括相互渗透加热层并且在加热层上方形成部分或全部保护层的层。加热层可以使独立材料(即，保护层)部分和/或全部并入加热层以使得利用保护层来保护加热层。保护层可以是增强层。例如，保护层可以增强各个纤维，以使得纤维得以强化并且加热器的强度特性提高(例如，拉伸强度、撕裂强度、折叠强度等或它们的组合)。保护层可以是交织到加热层中的任何材料，以使得保护层增加了加热层的强度(例如，拉伸强度、撕裂强度、折叠强度等或它们的组合)、加热层的绝缘属性或这两者。优选地，保护层增加了加热层的强度，并且形成加热器上方的部分介电涂层或加热器上方的完全介电涂层。保护层可以在加热层的前表面、后表面、侧边缘或它们的组合上形成绝缘层，以使得外部的加热层具有介电特性、流体阻抗特性或这两者。保护层可以在前侧、后侧、侧边缘、顶边缘、底边缘或它们的组合上形成层，以使得保护层是加热层上的介电层。保护层可以填充加热层的各个纤维之间的孔隙和/或空隙。优选地，保护层填充加热层的各个纤维之间的孔隙和/或空隙，但没有完全包围各个纤维以使得纤维之间的连接和/或电气连接保持不变。加热器可以包括一个或多个附接层。附接层可以是单面粘合层。附接层可以由与这里为了附接电力施加部所论述的粘合剂相同的材料制成。附接层可以是粘合层(例如，胶、糊剂、喷雾粘合剂、粘合膜、即剥即贴或钩环等)。优选地，附接层可以是即剥即贴膜。附接层可以展现出如这里所论述的保护特性。加热器可以无附接层。
如这里所论述的加热器和/或传感器可以包括并排配置以进行加热和/或感测的一个或多个或者甚至两个或更多个加热层。例如，可以在装置中并排创建并配置两个大致镜像加热器/传感器，以使得各加热器可以进行加热并且各加热器可以进行感测。在使用多于一个加热器的情况下，单个加热器的总面积可以与多个加热器的总面积大致相同。在使用多于一个加热器的情况下，可以同时、单独、以交替方式或以它们的组合的方式使用这多个加热器。例如，在将两个加热器/传感器应用于方向盘的情况下，一个加热器/传感器可以进行加热并且另一个加热器/传感器可以感测诸如手等的状况，然后加热器/传感器可以交替以使得可以大致始终确定乘员手的存在。在另一示例中，在将两个或更多个加热器/传感器安装在方向盘中的情况下，各传感器可以感测方向盘的一半和/或四分之一，以使得可以感测多于一个的手并且可以感测手的具体位置。
可以使用工艺来产生如这里所论述的加热器。该工艺可以包括以几乎任何顺序产生的以下步骤中的一个或多个。可以获得这里所论述的多个纤维。如这里所论述的纤维可以涂布有金属、切成期望长度、进行细化以使得纤维平坦化、进行细化以使得纤维具有椭圆形、或者它们的组合。如这里所论述的，纤维可以与任何结合剂混合、覆盖有任何结合剂、移动至与任何结合剂相接触或它们的组合。纤维可以配置在容器内以使得纤维具有随机取向。可以利用结合剂或无需利用结合剂对纤维进行挤压从而形成无纺片材。可以使用水刺法来组成纤维。可以向纤维喷结合剂、可以将纤维浸在结合剂中、可以使纤维涂布有结合剂、或者它们的组合。将一个或多个电力施加部附接至加热层。附接一个或多个导线、一个或多个无纺导电条、一个或多个电极和/或母线，附接一个或多个预装的电力施加部，或者它们的组合。对加热层以及一个或多个导线、一个或多个无纺导电条、一个或多个电极和/或母线进行加热，附接一个或多个预装的电力施加部，或者它们的组合，以使得形成向加热层的电气连接。通过将一个或多个导线、一个或多个无纺导电条、一个或多个粘合层、一个或多个母线和/或电极或者它们的组合合成到一起来产生预装的电力施加部，以使得在放置在加热器上并进行加热的情况下，粘合剂使预装的电力施加部连接至加热层并且形成电气连接。使一个或多个电力施加部连接至电源、导线或这两者。将收缩管应用于一个或多个电力施加部、电源、导线或它们的组合，以使得在加热步骤期间，收缩管收缩并且一个或多个电力施加部和电源、导线或这两者电气和物理连接。将前覆盖层、后覆盖层、连接层(例如，粘合层、机械附接层或这两者)或它们的组合应用于加热层。对加热层进行切割，以使得加热层包括通孔、切口或这两者。将阻燃材料、防火材料、防水材料、介电层或它们的组合应用于加热层。将温度传感器附接至加热层、加热器或这两者。使温度传感器电气连接至电源。使加热层(例如，物理和/或电气)连接至控制器、控制模块或这两者。使加热器连接至交通工具座椅、地板、方向盘、镜、插入件或它们的组合。
如这里所论述的，可以在组件的构造期间将加热器与另一组件集成，以使得加热器和该组件形成一个整体件。例如，如果制品是模制零件，则可以将形成加热层的加热介质添加至模具，以使得在创建最终制品的情况下，加热层遍及该制品，并且在施加电力的情况下，该制品整体发热。加热介质可以是个体纤维。加热介质可以是片材。加热介质可以散布到模具中、被切割并作为片材配置在模具中，混入模制材料中并将这两者共同添加至模具，或者它们的组合。
可以使用这里所论述的任何方法来控制如这里所论述的加热器。优选地，加热器包括测量加热器的温度的热敏电阻或负系数温度传感器，并且基于所测量到的温度，控制器控制加热器、通风系统、空气调节系统或它们的组合的温度。可以使用脉冲宽度调制来控制加热器、空气调节系统、通风系统或它们的组合。
加热器可以包括传感器。优选地，加热器可以是传感器。可以以与加热同时、在加热周期之间、在加热周期内或它们的组合的方式使用加热器的感测部。优选地，加热周期和感测周期可以交替。传感器可以检测乘员的存在、乘员与组件的接触、乘员的质量、这里所论述的任何其它感测功能、或它们的组合。加热器的感测部可以仅包括加热器(即，电力施加部、一个或多个电力连接、连续加热层)。感测部可以在将信号经由一个或多个母线传递至加热器的情况下起作用。
信号可以是检测乘员、来自乘员的接触、乘员的存在、或它们的组合的任何信号。信号可以是模拟信号、数字信号或这两者的组合。信号具有频率并且信号的频率可以是预定频率。在信号通过加热器时，信号的频率可以是恒定的。在乘员接触包括加热器的组件、乘员靠近该组件和/或加热器或者这两者的情况下，信号的频率可能发生漂移。频率的变化可以是足以由乘员引起的任何频率漂移(例如，毫赫、微秒等或它们的组合)。例如，在与乘员所引起的频率漂移相比的情况下，将包放置在座椅上不会引起足够的频率漂移(在存在的情况下)而触发传感器发送信号。频率漂移可以是与电容的变化相关联的任何频率漂移。电容可以是一个或多个电容并且优选是多个电容。电容可以是所测量电容、所计算电容或这两者。电容可以是平均电容。电容可以是多个平均测量电容、多个计算电容或这两者。平均电容可以是约3个以上、5个以上或约10个以上的所计算电容的平均值、所测量电容的平均值、或这两者的平均值。系统的所测量电容、所计算电容或这两者为约50pF以上、约75pF以上或约100pF以上。该系统的所测量电容、所计算电容或这两者为约500pF以下、约400pF以下、约300pF以下或约200pF以下。优选地，频率漂移与约100pF～约200pF的电容、所测量电容、所计算电容或它们的组合的变化相关联。例如，具有频率的信号可以进入加热器并且在该信号从加热器退出时可以测量到该信号，在乘员与加热器相接触的情况下，信号的频率可能发生漂移，以使得与在乘员没有与加热器相接触的情况下的信号相比，信号在其退出时的频率发生延迟。在另一示例中，可以测量系统的电容并且可以将系统的电容设置为基线，以使得无乘员的系统测量到0pF，并且在乘员接触加热器和/或传感器的情况下，如所测量到和/或所计算出的系统的电容约为100pF。
可以使用RC串联电路公式来计算系统的电容。可以利用以下的公式来计算系统的电容：τ＝RC，其中R是参考电阻器的电阻，C是监测中的电容器的电容，并且τ是时间常数。放电期间的时间常数(τ)可以是电压下降电路两端所施加的电压的约36.8％所需的时间量。参考电阻器具有已知值，以使得在确定时间常数时，可以计算出电容以确定系统的电容。可以在τ之后使电容放电至约36.8％，并且实质在约5τ之后完全放电(0.7％)。可选地，充电期间的时间常数(τ)可以大致为电压达到电路两端所施加的电压的约63.2％所需的时间量。电容在约5τ之后大致满充电(99.3％)。可以连续监测、间歇监测或以这两种方式监测信号。可以使用这里所论述的RC串联电路公式、电容分压器技术或这两者来测量和/或计算系统的电容。
电容分压器技术可用于将电压分割成测量电压和参考电压。可以将参考电压与测量电压进行比较以确定系统的电容。在Microchip中的第1～25页上列出为DS01478B的Burke Davison所撰写的标题为“mTouch TM Sensing Solution Acquisition MethodsCapacitive Voltage Divider”的文章中描述了可以与这里的教导共同使用的分压器技术的一个示例，其教导的全部内容通过引用明确地包含于此以用于所有目的。代替RC串联电路公式或除该RC串联电路公式外，可以使用电容分压器技术，以测量加热器/传感器的电容。
监测步骤可以将信号、信号的频率、信号的电容、电压、时间常数或它们的组合(以下称为所测量信号)与查找表进行比较，以确定乘员的存在、乘员的接触或这两者。可以在所测量信号到达信号控制器之前，经由电阻器对该所测量信号进行过滤。电阻器可用于辅助系统确定乘员的存在、乘员的接触或这两者。电阻器可用于保护系统的测量节点、保护微处理器、或这两者。可以将所测量信号与查找表进行比较以确定乘员的状态。所测量信号可以判断是否存在乘员、乘员是否与组件相接触、或这两者。在乘员与包括加热器的组件相接触的情况下，所测量信号可以是恒定的，并且预定所测量信号外的所测量信号的变化(例如，乘员在预定时间量内没有与加热器相接触)可能产生预定应答。在预定所测量信号外的所测量信号存在并持续了约1秒以上、约2秒以上、约3秒以上或约5秒以上之后，可能发生预定应答。在预定信号外的所测量信号存在并持续了约30秒以下、优选为约20秒以下、更优选为约10秒以下之后，可能发生预定应答。例如，如果驾驶员的手离开方向盘，则将无法接管汽车，直到该操作进行了较长持续时间为止。加热功能可以包括用以向加热器提供电力以使得加热器产生热的一个控制器，并且感测功能可以是用以提供感测的单独控制器，或者加热功能和感测功能可以由同一控制器进行操作。
可以恒定地施加、间歇地施加、改变或这些方式的组合操作电力、电流、电压或它们的组合，以使得加热器产生热。优选地，控制器可以使用脉冲宽度调制(PWM)来调节加热器的控制、加热器的温度或这两者。根据加热器的期望温度，可以延长或缩短提供电力的PWM信号。因而，可以施加或不施加电力(即，接通或断开)，并且调整施加电力的持续时间。例如，在加热器接通的情况下，PWM可以提供约60％～约80％的信号，因而加热器在时间的约40％～约20％之间断开。感测信号可以中断加热信号和/或加热电压，以使得在获取到一个或多个并且优选为多个测量信号的情况下，临时停止加热。例如，可以使加热中断约500ms以使得可以获取到一个或多个信号，并且可以间歇地重复该处理以使得可以检测到乘员。在加热器断开以及/或者没有施加电力以对加热器进行加热的情况下，传感器可以提供感测功能。
可以在任何时间向加热器提供信号，以使得加热器可用于进行感测。优选地，在没有正在施加电力(即，加热器为“断开”)的情况下，向加热器施加信号。在感测信号的施加期间，一个或多个晶体管可以使加热器从电源断开、使加热器从接地端断开、或者这两者。在感测信号的施加期间，可以断开电力控制器、加热性能或这两者。信号可以是具有频率的任何信号。信号可以是信号在电容发生变化时出现漂移的任何信号。
这里的教导提供用于进行加热和感测的方法。该方法包括采用几乎任何顺序的这里所论述的步骤中的一个或多个。可以向加热器施加电力以使得该加热器产生热。可以向加热器施加信号以使得加热器是传感器。可以交替或同时施加电力、信号或这两者。可以间歇断开电力以使得可以施加感测信号。控制器可以测量系统的电容的漂移、所测量信号的频率的漂移、或这两者。一个或多个晶体管可以接通和/或断开电路的加热部(例如，接地端、电源或这两者)。
图1示出在加热器10和传感器20接通的情况下的方向盘2的红外图像。加热器10/传感器20在各端部处包括电力施加部12，并且这些电力施加部连接至电力导线以使得加热器10/传感器20提供加热和感测能力。如图所示，加热器10的热在方向盘2的周围是均匀的。
图2示出加热器10/传感器20。电力施加部12位于两端部，以使得在施加电力的情况下，加热器10进行加热并且传感器20进行感测。
图3A示出图2的电力施加部12的近视图。电力施加部12包括电力施加导线14，并且电力施加导线14被经由粘合剂(未示出)所连接的电力施加材料16覆盖。
图3B示出包括针刺到加热器10/传感器20中从而形成用于供给电力和/或信号的电极的电力施加导线14的电力施加部12的近视图。
图4示出方向盘2的截面图。方向盘2包括芯4。加热器10/传感器20缠绕芯4。加热器10/传感器20被装饰层6所覆盖。
图5A示出具有三个电力施加部12的加热器10/传感器20。如图所示，中间的电力施加部12是任一侧均为负电力施加部12的正电力施加部12。尽管优选大致居中，但中间的电力施加部12可以位于两端部的电力施加部12之间的几乎任何位置。正电力施加导线14延伸成与中央的电力施加部12相接触，而端部的电力施加部12各自连接至单独的负电力施加导线14。
图5B示出两个独立的加热器10/传感器20，其中这两个加热器10/传感器20在进行组合的情况下，形成加热器/传感器。独立的加热器10/传感器20各自包括分别连接至独立的电力施加导线14的正电力施加部12和负电力施加部12。如图所示，正电力施加部12位于彼此接近的位置，并且负电力施加部12位于加热器10/传感器20的外侧。如图所示，由于各传感器20将能够单独感测乘员的手(未示出)，因此传感器20在处于感测模式的情况下，可以感测乘员的一个或多个手是否例如与方向盘相接触。
图5C示出经由共通的正电力施加导线14和负电力施加导线14电气连接到一起的两个独立的加热器10/传感器20。如图所示，负电力施加导线14连接至加热器10/传感器20和正电力施加导线的外侧端部，并且在加热器10/传感器20的与负电力施加部12相对的端部中位于彼此接近的位置。如图所示，各传感器20可以单独确定与乘员的接触，以使得传感器可以判断在感测阶段一个或多个乘员身体部位是否与传感器20相接触。
图6A示出具有沿着加热器10/传感器20的长度延伸的纵向电力施加部12的加热器10/传感器20。纵向电力施加部12沿着加热器10/传感器20的相对的边缘以加热器/传感器材料在这两者之间延伸并且电气连接两个相对的电力施加部12的状态大致平行地延伸。
图6B示出连接至方向盘2的图6A的加热器10/传感器20。加热器10/传感器20包括电力施加部12，其中这些电力施加部12缠绕芯4(未示出)，以使得电力施加部12以电力施加导线14从各个电力施加部12延伸出的状态位于彼此大致接近的位置。如图所示，绝缘层50位于两个电力施加部12之间并且除穿过加热器10/传感器20的材料外使电力施加部12彼此电气绝缘，以使得电力必须从一个电力施加部12经由产生热的材料向第二电力施加部12行进。
图7示出电力施加导线14连接至加热器10/传感器20的各端部以使得纵向电力施加部12沿着加热器10/传感器20的长度延伸的加热器10/传感器20。电力施加部12从各端部起纵向延伸并且在电力施加部12接触之前终止，以使得在电力施加部12的各端部之间存在小的间隙52，并且各个正电力施加部12电气隔离且各个负电力施加部12电气隔离。负电力施加部12和正电力施加部12经由加热器10/传感器20电气连接。
图8A示出各自包括各自连接至电力施加导线14的正电力施加部12和负电力施加部12的两个独立的加热器10/传感器20。各加热器10/传感器20通过使来自一个电力施加部12的电力和/或信号传递经过加热器材料并且到达相对的电力施加部12来单独进行加热并且单独进行感测。各传感器20可以单独感测状况，以使得可以同时感测诸如两只手等的多于一个的状况。
图8B示出图8A的缠绕方向盘2并且电力施加导线14连接到一起以使得电力和/或信号分布在加热器10/传感器20之间的两个独立的加热器10/传感器20。
图9A示出包括三个纵向电力施加部12的加热器10/传感器20。如图所示的两个外侧电力施加部12为负且中间的电力施加部12为正。电力施加部各自连接至电力施加导线14以使得经由加热器10/传感器20施加电力和感测信号。
图9B示出在加热器10/传感器20缠绕方向盘2的情况下该加热器/传感器的截面图。如图所示，加热器10/传感器20的两个负端部被配置得彼此接近并且甚至相接触，而没有使加热器10/传感器20发生短路。
图9C示出在另一加热器10/传感器20缠绕方向盘2的情况下该加热器10/传感器20的截面图。如图所示，加热器10/传感器20的两个正端部被配置得彼此接近并且甚至相接触，而没有使加热器10/传感器20发生短路。
图9D示出加热器10/传感器20缠绕方向盘2并且端部移动得相接触，以使得在加热器10/传感器20的端部之间不存在间隙。
图10示出包括用于在各端部施加电力的电力施加部12A并且在各端部施加信号的电力施加部12B的加热器10/传感器20。用于施加电力的电力施加部12A各自连接至电力施加导线14A，以使得向加热器10/传感器20施加电力以产生热。用于施加信号的电力施加部12B各自连接至电力施加导线14B，以使得在热断开以感测乘员接触的情况下向加热器10/传感器20施加信号。电力施加导线14B连接至用于感测乘员接触的微处理器60。
图11示出感测期间的电路图。经由输入22提供信号，其中该信号进入方向盘2中的加热器(未示出)。然后，该信号返回并且经由电阻器26延伸至输出24，其中在该输出24中，将该信号与查找表进行比较。如图所示，方向盘2形成电容器40的一侧并且乘员100形成电容器40的另一侧，以使得在乘员100与方向盘2相接触的情况下，经由输出24感测频率漂移。
图12示出包括加热和感测这两者的电路图。在加热器10处于工作中的情况下，从电源30经由第二晶体管34向加热器10施加电力。在感测期间，从输入22向加热器20发送信号，并且断开第一晶体管32和第二晶体管34，以使得信号通过电阻器26和输出24。
图13示出加热器10和传感器20的操作的一个示例。经由脉冲宽度调制使加热器10通电，以使得在给定时间内施加电力，然后在给定时间内断开电力。在加热器断开的时间内，向加热器施加信号以使得使用加热器来进行感测。
这里所陈述的任何数值均包括以一个单位为增量的从低值到高值的所有值，只要在任何的低值和任何的高值之间分离出至少两个单位即可。作为示例，如果陈述了组件的量或者例如温度、压力和时间等的处理变量的值例如为1～90、优选为20～80、更优选为30～70，则意图在本说明书中明确列举了诸如15～85、22～68、43～51、30～32等的值。对于小于1的值，认为一个单位是0.0001、0.001、0.01或0.1是合适的。这些仅是具体意图的数值的示例，并且所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合均应被视为在本申请中以相同方式进行了明确陈述。
除非另外陈述，否则所有范围都包括两个端点和端点之间的所有数字。与范围有关地使用“约”或“大致”适用于该范围的两端。因而，“约20～30”意图涵盖包括至少所指定的端点的“约20～约30”。
包括专利申请和公开的所有文章和文献的公开内容均通过引用而被包含以用于所有目的。用以描述组合的术语“主要包括”应包括所标识出的元件、成分、组件或步骤以及没有从本质上影响该组合的基本和新颖特征的这类其它元件、成分、组件或步骤。用以描述元件、成分、组件或步骤的组合的术语“具备”或“包括”的使用还考虑主要包括元件、成分、组件或步骤的实施例。通过使用这里的术语“可以”，意图是“可以”包括的任何所述属性均是可选的。
可以利用一个集成元件、成分、组件或步骤来提供多个元件、成分、组件或步骤。可选地，可以将一个集成元件、成分、组件或步骤分割成单独的多个元件、成分、组件或步骤。用以描述元件、成分、组件或步骤的“a”或“一个”的公开并不意图排除附加的元件、成分、组件或步骤。
应当理解，上述说明意图是例示性而非限制性的。本领域技术人员在阅读上述说明时，将明白除所提供的示例外的许多实施例以及许多应用。因此，教导的范围应不是参考上述说明来确定，而是应参考所附权利要求书以及这些权利要求的等同物的全部范围。包括专利申请和公开的所有文章和文献的公开内容均通过引用而被包含以用于所有目的。在所附权利要求书中省略这里所公开的主题的任何方面既不是放弃该主题，也不应被视为本发明人未将这一主题看作是所公开的创造性主题的一部分。

Claims (20)

1.一种组合式的加热器(10)和传感器(20)，包括：
a)加热层和感测层；
b)一个或多个电力施加部(12)，用于施加电力、感测信号或这两者；
c)加热器控制器，其连接至所述加热器而使所述加热器通电，以使得所述加热器提供热；以及
d)感测控制器，其连接至所述传感器而提供信号，以使得所述传感器提供感测，
其中，所述感测控制器和所述加热器控制器经由一个或多个导线连接至所述加热层和所述感测层，并且所述一个或多个导线进行使所述加热器通电以及向所述传感器提供信号这两个操作，
所述加热层和所述感测层位于同一面内，
在施加电力时，所述加热层提供热，
所述加热层和所述感测层是同一装置，
所述加热器没有任何构成传感器的单独部件，以及
所述感测控制器所提供的信号具有频率，并且所述感测控制器测量该信号的频率的漂移，以判断乘员是否与所述组合式的加热器和传感器、与包括所述组合式的加热器和传感器的组件或者与这两者相接触。
2.根据权利要求1所述的组合式的加热器和传感器，其中，所述感测层是缝接到所述加热层中以提供感测功能的感测导线。
3.根据权利要求1所述的组合式的加热器和传感器，其中，使用脉冲宽度调制来控制所述加热器，并且在所述加热器断开的情况下，信号通过所述感测层以提供感测。
4.根据权利要求1所述的组合式的加热器和传感器，其中，所述一个或多个电力施加部(12)是紧固至所述加热层和所述感测层的导电性无纺织物，并且所述一个或多个电力施加部是位于所述加热器的相对的边缘区域的两个电力施加部。
5.根据权利要求1所述的组合式的加热器和传感器，其中，所述加热器和传感器位于方向盘内且被装饰层覆盖。
6.根据权利要求1所述的组合式的加热器和传感器，其中，所述加热器和传感器位于交通工具座椅内且被装饰层覆盖。
7.根据权利要求1所述的组合式的加热器和传感器，其中，所述传感器判断：乘员与所述组合式的加热器和传感器、与包括所述组合式的加热器和传感器的组件或者与这两者之间的乘员接触；乘员的存在；或者这两者。
8.根据权利要求1所述的组合式的加热器和传感器，其中，所述加热层是包括随机地取向的多个金属化纤维的无纺层。
9.根据权利要求4所述的组合式的加热器和传感器，其中，所述加热层是包括随机地取向的多个金属化纤维的无纺层。
10.根据权利要求5所述的组合式的加热器和传感器，其中，所述组合式的加热器和传感器是两个独立的组合式的加热器和传感器。
11.根据权利要求5所述的组合式的加热器和传感器，其中，所述一个或多个电力施加部是间隔开的三个电力施加部，以使得一个电力施加部位于两个电力施加部的中间。
12.根据权利要求5所述的组合式的加热器和传感器，其中，所述加热器和传感器包括两个电力施加部和间隙，所述两个电力施加部连接至各个端部并且向着中央延伸，所述间隙在所述中央处位于从所述各个端部延伸的所述两个电力施加部之间，以使得从第一端部延伸的电力施加部与从第二端部延伸的电力施加部电气隔离。
13.一种方法，包括以下步骤：
a)将组合式的加热器(10)和传感器(20)安装在机动车的组件中；
b)向所述组合式的加热器和传感器提供电力，以使得所述组合式的加热器和传感器的加热层产生热；
c)向所述组合式的加热器和传感器提供信号，以使得所述组合式的加热器和传感器的感测层产生用于判断乘员的存在、乘员与所述机动车的所述组件之间的接触或者这两者的信号；以及
d)针对乘员、没有乘员、所述组件与乘员之间没有接触或者它们的组合的情况而监测所述信号，
其中，所述电力和所述信号是经由导线而施加至所述组合式的加热器和传感器的，并且所述导线针对所述信号和所述电力这两者是相同的，以及
所述信号包括频率并且感测控制器测量所述频率、所述频率的漂移、所述信号的电容、测量电压或它们的组合，以判断乘员的存在、乘员与所述组合式的加热器和传感器之间的接触或者这两者。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，通过脉冲宽度调制来施加所述电力，以使得所述电力具有接通相位和断开相位。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，在所述电力处于断开相位的情况下，向所述组合式的加热器和传感器施加所述信号。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述加热层是包括随机地取向的多个金属化纤维的无纺层。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述电力处于断开相位的情况下，向所述组合式的加热器和传感器施加所述信号。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述方法还包括在方向盘内安装所述组合式的加热器和传感器的步骤。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述组合式的加热器和传感器是两个独立的组合式的加热器和传感器，并且以使得所述两个独立的组合式的加热器和传感器间隔开的方式安装所述两个独立的组合式的加热器和传感器。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述组合式的加热器和传感器包括一个或多个电力施加部，所述一个或多个电力施加部是间隔开的三个电力施加部，以使得一个电力施加部位于两个电力施加部的中间。
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