CN106414216B - 用于在方向盘的传感器垫上印刷传感器电路的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了在用于方向盘的传感器垫上印刷传感器回路的系统和方法。例如，所述传感器垫可以包括基层衬底、一个或多个印刷感测回路以及绝缘材料。所述印刷感测回路用导电油墨制成，所述导电油墨从印刷头设置在所述基层衬底或绝缘层上，并且粘附到其上。这些传感器垫相对于可以使用的基层衬底和绝缘材料的类型、所述感测回路的形状以及每个回路可以占据的面积是通用的。屏蔽回路也可以印刷在所述感测回路附近。这种配置允许屏蔽作为所述感测垫的一部分的所述感测回路，这可能减少方向盘轮缘的厚度以及制造和安装时间。

Description

用于在方向盘的传感器垫上印刷传感器电路的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年6月2日提交的标题为“用于在方向盘的传感器垫上印刷传感器电路的系统和方法”的美国临时专利申请号62/006,312的优先权，所述申请的内容以引用的方式整体并入本文。
背景技术
当前的方向盘设计可以包括围绕方向盘框架轮缘的一个或多个传感器垫，其被配置成使用电容式感测来检测驾驶员的手的存在。已知的传感器垫包括缝合到织物或泡沫衬底的导线回路。
方向盘框架通常由金属(诸如镁合金或钢)制成，并且可以是用于感测垫中的信号的干扰源。
因此，现有的传感器垫在制造上可能是耗时的，这包括设计用于传感器的线缝布局以及设计用于屏蔽体的线缝布局，每个布局位于单独的垫上，这些垫必须正确地装配在方向盘轮缘的复杂曲线形状上。另外。可能需要根据哪些区域应提供感测以及车辆制造商的方向盘规格来重新设计图案，这可能是耗时的。此外，制造过程和可用材料限制了使用基层衬底上的可用空间的能力。
因此，在本领域中需要一种改进的传感器垫和其制造方法。
发明内容
本文公开了在用于方向盘的传感器垫上印刷传感器回路或电路的系统和方法。具体来说，根据各种实施的传感器垫包括基层衬底、一个或多个印刷感测回路以及介电或绝缘材料。印刷感测回路用导电油墨制成，所述导电油墨例如从印刷头设置在基层衬底或绝缘层上，并且粘附到其上。这些传感器垫相对于所使用的基层衬底和绝缘材料的类型以及感测回路的形状和每个回路占据的面积是通用的。另外，在某些实施中，传感器垫包括一个或多个印刷屏蔽回路，其邻近感测回路并且通过绝缘材料层与感测回路分离。可以基于传感器/屏蔽体布局配置来指定将传感器与屏蔽体分离的绝缘材料的厚度。增加厚度可以有助于降低传感器和屏蔽体之间的噪声影响，并且也防止由于构造变化引起的‘有效短路’。这种配置允许屏蔽作为感测垫的一部分的感测回路，这可以减少由传感器垫接近方向盘轮缘、方向盘轮缘的厚度以及制造和安装时间导致的对由传感器垫携带的电信号的不必要的电干扰。
根据各种实施，导电油墨可以包括银、碳、碳纳米管(CNT)、石墨烯或铜。另外，基层衬底可以包括聚合物泡沫、聚合物膜、皮革、乙烯基塑料、毡或无纺材料。绝缘材料可以包括任何合适的介电或绝缘材料，诸如聚酰胺，或其他可印刷介电油墨。
在一个实施中，一个或多个感测回路印刷到基层衬底上。绝缘材料是第一绝缘材料，并且一个或多个屏蔽回路用导电油墨印刷到第一绝缘材料上。第二绝缘材料设置在一个或多个屏蔽回路上。一个或多个感测回路包括第一感测回路和第二感测回路，并且一个或多个屏蔽回路包括第一屏蔽回路和第二屏蔽回路。第一屏蔽回路设置成邻近第一感测回路，并且第二屏蔽回路设置成邻近第二感测回路。然而，在替代实施中，第一屏蔽回路可以设置成邻近第一感测回路和第二感测回路。
传感器垫可以进一步包括用导电油墨印刷到第一绝缘材料上的一个或多个屏蔽馈电迹线。每个屏蔽馈电迹线从相应的屏蔽回路朝向第一绝缘材料的边缘延伸。传感器垫也可以包括用导电油墨印刷到基层衬底上的一个或多个传感器返回迹线。传感器返回迹线从相应的感测回路朝向基层衬底的边缘延伸。
在替代实施中，一个或多个屏蔽回路用导电油墨印刷到设置在基层衬底上的第二绝缘材料上。设置在感测回路上的绝缘材料是第一绝缘材料，并且第三绝缘材料设置在一个或多个屏蔽回路上。一个或多个感测回路印刷到第三绝缘材料上。
另外，根据各种实施，一种用于方向盘上的手感测的系统包括传感器垫，诸如上述传感器垫，以及与传感器垫通信的电子控制单元(ECU)。ECU包括处理器和电源。处理器被配置成从一个或多个感测回路中的至少一个接收信号，并且确定与信号相关联的指示。
在传感器垫包括一个或多个屏蔽回路和屏蔽馈电迹线的某些实施中，系统包括在ECU和各自的屏蔽馈电迹线之间延伸的屏蔽馈电线。处理器被配置成指示电源经由屏蔽馈电线和屏蔽馈电迹线通过一个或多个屏蔽回路选择性地生成电压信号。系统也可以包括在ECU和各自的传感器返回迹线之间延伸的传感器返回线。处理器经由传感器返回线和传感器返回迹线接收从感测回路中的至少一个接收的信号。
根据其他各种实施，一种制造传感器垫的方法包括(1)用导电油墨在基层衬底附近印刷一个或多个感测回路，所述基层衬底被配置成安装在方向盘框架轮缘周围；以及(2)在一个或多个感测回路上设置绝缘材料层。在一个实施中，印刷一个或多个感测回路包括将一个或多个感测回路印刷在基层衬底上。在这个实施中，绝缘材料是第一绝缘材料层，并且方法也包括用导电油墨将一个或多个屏蔽回路印刷到第一绝缘层上，以及在一个或多个屏蔽回路上设置第二绝缘材料层。
在替代实施中，绝缘材料层是第一绝缘材料层，并且方法包括用导电油墨将一个或多个屏蔽回路印刷到设置在基层衬底上的第二绝缘材料上，以及在一个或多个屏蔽回路上设置第三绝缘材料层。将一个或多个感测回路印刷到第三绝缘材料层上。
方法也可以包括通过设置成邻近感测回路的屏蔽回路中的一个或多个选择性地生成电压信号。电压信号足以屏蔽邻近的感测回路免受来自金属方向盘框架的电干扰。
附图说明
附图中的部件不一定相对于彼此成比例。在几个视图中，相同的参考数字指定相应的零件。
图1A图示方向盘中的各层的截面图。
图1B图示具有多个区域的传感器垫层和屏蔽垫的透视图。
图2图示传感器垫。
图3图示根据一个实施的传感器垫的顶视图。
图4图示图3中的传感器垫的截面图。
图5图示使用图3中所示的传感器垫的方向盘系统的示意图。
图6图示根据另一实施的传感器垫的顶视图。
图7图示图6中的传感器垫的截面图。
图8图示根据另一实施的传感器垫的顶视图。
图9图示图8中的传感器垫的截面图。
图10图示根据另一实施的传感器垫层的顶视图。
图11图示图10中的传感器垫的截面图。
图12图示根据一个实施的加热器垫层的顶视图。
具体实施方式
本文公开了在用于方向盘的传感器垫上印刷传感器回路或电路的系统和方法。具体来说，根据各种实施的传感器垫包括基层衬底、一个或多个印刷感测回路以及介电或绝缘材料。印刷感测回路用导电油墨制成，所述导电油墨例如从印刷头设置在基层衬底或绝缘层上，并且粘附到其上。这些传感器垫相对于所使用的基层衬底和绝缘材料的类型以及感测回路的形状和每个回路占据的面积是通用的。另外，在某些实施中，传感器垫包括用导电油墨制成的一个或多个印刷屏蔽回路，其邻近感测回路并且通过绝缘材料层与感测回路分离。可以基于传感器/屏蔽体布局配置来指定将传感器与屏蔽体分离的绝缘材料的厚度。增加厚度可以有助于降低传感器和屏蔽体之间的噪声影响，并且也防止由于构造变化引起的“有效短路”。这种配置允许屏蔽作为感测垫的一部分的感测回路，这可以减少由传感器垫接近方向盘轮缘、方向盘轮缘的厚度以及制造和安装时间导致的对由传感器垫携带的电信号的不必要的电干扰。
迄今为止，由于方向盘的复杂的三维几何形状和在方向盘的顶表面上的可视穿透的可能性，印刷导电油墨没有被用于方向盘传感器或加热垫。另外，当垫被拉伸和/或紧紧地缠绕方向盘框架轮缘并且邻近方向盘框架中的辐条时，有油墨图案破损的担心。然而，申请人发现了避免这些问题的各种解决方案。例如，根据一个实施，具有合适的伸长率和柔性特性的导电油墨可以印刷到充分拉伸的基层衬底上，这允许传感器垫在方向盘框架轮缘周围被更均匀地拉伸并且避免基层衬底的不希望的聚束。根据另一实施，聚合物泡沫层可以设置在垫和表皮之间，这防止穿透。当可拉伸油墨和基层衬底不能用于特定的方向盘轮缘配置并且基层衬底的一些聚束是不可避免的时，这种实施可能是特别有用的。并且，根据又一实施，印刷有导电油墨的基层衬底可以是安装为方向盘的最外层的皮革表皮的下侧，这减轻了对于穿透的担心并且进一步减少在制造和安装过程中使用的材料以及与安装相关联的时间和成本。下面将参照图3至图11更详细地讨论这些和其他实施。
图1A图示方向盘轮缘感测系统的截面图，方向盘轮缘感测系统包括传感器垫、屏蔽垫和加热器垫。具体来说，轮缘包括框架12、第一超模压层(例如，泡沫)14、加热器垫6、屏蔽垫7、传感器垫8和外皮20。一些传感器垫设计可以包括一个感测区或彼此间隔开的多个感测区。图1B图示具有多于一个感测区的传感器垫和具有多于一个导电区的单独的屏蔽垫的透视图，所述导电区设置在传感器垫和方向盘框架之间。屏蔽垫上的每个导电区屏蔽邻近其的传感器垫的部分。
具有其自己的返回迹线(或连接到其的返回线)的每个导线回路限定离散的感测电路或区域。图2图示具有这种配置的示例性传感器垫的透视图。从感测区延伸的传感器返回线可以对其他感测区提供额外的电干扰源，特别是当来自一个感测区的传感器返回线被路由接近另一个感测区时。为了限制干扰，尝试路由传感器返回线以避免各个区域，但是由于传感器垫和/或方向盘的配置的空间限制，这种配置并不总是可行的选择。申请人也发现了用于每次选择性地屏蔽一个或多个感测回路的系统和方法。
例如，图3图示根据各种实施的传感器垫10的顶视图。传感器垫10包括基层衬底12、用导电油墨印刷在基层衬底12上的一个或多个感测回路14a、14b、14c，以及印刷在基层衬底12上并且分别在每个感测回路14a-14c和基层衬底12的一端18之间延伸的传感器返回迹线16a、16b、16c。一个或多个感测回路14a、14b、14c响应于在通常分别指定为“区域1”、“区域2”和“区域3”的区域中的输入。概括指定每个区域的区域可以在指定区域内具有合适的电路图案。例如，电路图案可以具有大体上锯齿形布置、大体上螺旋布置、网格图案布置、交叉影线布置或实心区域布置。
另外，在其他实施中，可以有一个或多个区域，并且这些区域或电路图案可以不同地成形或设置在基层衬底12的其他部分上。可以基于传感器垫10的感测需要和特定车辆的方向盘的形状来确定基层衬底上的区域的数量、形状和相对位置。此外，构成感测回路14a、14b、14c的导电油墨电路可以在所述区域的一般区域的一部分上延伸，但不一定覆盖大体上所有的区域。
如图3中所示，传感器返回迹线16a、16b、16c分别从感测回路区域14a、14b、14c的一侧延伸，并且在不是感测区的一部分的基层衬底12的一部分上延伸。因此，各自的返回迹线16a、16b、16c不干扰彼此携带的信号。然而，此布局可能不适合所有方向盘配置。例如，如下面参照图8和图9所讨论的，如果需要更多的感测区或如果从一个或多个感测区接收不同的输入，则在基层衬底上可能没有足够的空间用于印刷传感器返回迹线，使得所述传感器返回迹线不在另一个传感器返回迹线或另一个感测回路区域上延伸。
另外，如图4中所示，传感器垫10包括设置在感测回路14a-14c和传感器返回迹线16a-16c上的第一介电或绝缘层13。一个或多个屏蔽回路19a、19b和19c用导电油墨印刷在层13上。屏蔽回路19a-19c分别在由感测回路14a-14c和传感器返回迹线16a-16c限定的区域上延伸。屏蔽馈电迹线17a、17b、17c分别在每个屏蔽回路19a、19b、19c和基层衬底12的端部18之间延伸。第二介电或绝缘层15设置在屏蔽回路19a-19c和屏蔽馈电迹线17a-17c上。类似于传感器返回迹线16a-16c，屏蔽馈电迹线17a-17c在屏蔽回路19a-19c附近延伸，但不在屏蔽回路19a-19c上延伸。
所使用的印刷系统可以包括例如丝网印刷、喷墨印刷或移印。导电油墨可以包括导电材料，诸如银、碳、CNT、石墨烯、铜，或其他合适的导电材料。例如，根据各种实施，导电油墨能够伸长最小约10％而没有显著的特性改变。在某些实施中，可以使用银或碳基油墨(例如，石墨烯)，因为其可以承受至少10％的伸长率而没有破裂或显著的特性改变，诸如电阻的变化。另外，用于印刷感测回路的导电油墨可以是用于印刷屏蔽回路的相同的导电油墨，或可以选择不同的油墨。此外，导电材料可以用添加剂(诸如聚合物(诸如聚氨酯))改性，以影响电阻。
所使用的介电材料可以包括聚酰胺基材料或其他合适的绝缘材料。在某些实施中，绝缘材料可以是基层衬底或印刷在其上和/或印刷感测或屏蔽回路上的介电层。另外，绝缘材料的厚度可以基于邻近绝缘材料的回路配置的密度而变化。例如，厚度可以在约0.5mm至约1.0mm的范围内，或可以大于或小于所述范围。增加厚度可以有助于降低传感器和屏蔽体之间的噪声影响，并且也防止由于构造变化引起的‘有效短路’。基层衬底可以包括毡、皮革、泡沫或膜(例如，聚氨酯、聚乙烯或其他合适的聚合物)，或能够在其上接收和保持印刷导电油墨的其他合适的无纺材料。在各种实施中，基层衬底具有在约5％至约20％之间伸长的能力。具有较低伸长率的衬底倾向于更难以缠绕方向盘。作为实例，头层粒面皮革使用参考力(例如，约9kg)具有约13±5％的伸长特性，并且劈开粒面皮革具有约5±3％的伸长特性。
当选择衬底、导电油墨和回路的图案时，考虑衬底和油墨所允许的拉伸量，以防止当衬底被围绕方向盘拉伸时损坏油墨。在某些实施中，选择导电油墨和基层衬底，使得基层衬底的最大伸长率与导电油墨的最小伸长率大体上相同。例如，在一个实施中，可以选择相对可拉伸的无纺材料，诸如具有约10％的最大伸长率的无纺材料用于基层衬底12，并且可以选择具有约10％的最小伸长率的石墨烯基油墨用于导电油墨。此外，根据缠绕方向盘框架轮缘的形状，可以选择印刷图案来增加应用所需的缠绕、伸长和拉伸过程的稳健性。作为特定实例，交叉影线或锯齿形图案可以用于此目的。
如图5中所示，方向盘系统包括电子控制单元40，其包括处理器41和电源42。ECU40经由分别用于传感器回路14a-14c的传感器返回迹线16a-16c，以及分别与屏蔽回路19a-19c中的每个相关联的屏蔽馈电迹线17a-17c，与一个或多个其他车辆系统(未示出)和传感器垫10进行电子通信。
处理器41被配置成检测来自邻近每个感测回路14a-14c的驾驶员的输入，诸如手的存在。在一个实施中，来自一个或多个感测回路14a-14c的信号分别通过传感器返回迹线16a-16c，以及从每个传感器返回迹线16a-16c延伸到ECU 40的传感器返回线(未单独示出)传达给处理器41。例如，信号可以通过在感测回路14a-14c中的一个或多个中的电容式感测来生成并且由处理器41接收。处理器41可以将所述信号与指示各种输入的信号的范围进行比较。例如，信号可以与来自由处理器41接收的信号的各种类型的用户输入相关联，诸如，手的存在、触摸、握持、滑动动作、轻敲动作、双击、轻敲并保持，或其组合。当电压信号的电流电平和/或频率可以增加或减小时，处理器41也可以控制由电源42生成的电压信号的电流电平和/或频率。
电源42被配置成经由分别连接到一个或多个屏蔽馈电迹线17a-17c中的每个的一个或多个屏蔽馈电线，通过一个或多个屏蔽回路19a-19c来生成电压信号。电压信号被配置成屏蔽邻近屏蔽回路19a、19b、19c的一个或多个传感器回路14a、14b、14c。屏蔽电压信号可以是用于屏蔽邻近屏蔽回路19a-19c的区域的频率特定信号。屏蔽回路的频率特定信号被配置成尽可能接近地匹配针对各自的感测回路14a-14c生成的电容电压信号。
屏蔽回路中的电流可以小于约200微安。在某些实施中，电流可以在约9微安和约11微安之间，并且在一个实施中，电流可以是约10微安。
当安装在方向盘系统中时，传感器垫10被定向成使得一个或多个屏蔽回路19a-19c设置在方向盘框架和一个或多个感测回路14a-14c之间。
图6和图7中所示的实施类似于上面参照图3和图4所述的实施，而是包括屏蔽回路39，其直接印刷到设置在基层衬底32上的第一介电或绝缘层33a上；以及感测回路34，其印刷到设置在屏蔽回路39上的第二介电或绝缘层33b上。或者(未示出)，如果基层衬底32是足够的绝缘材料，则屏蔽回路39可以印刷到基层衬底32上。阴影区域描绘了感测回路34从中接收输入的一般区域。屏蔽回路39由虚线区域描绘。第三介电或绝缘层33c设置在感测回路34上。类似于上面参照图3和图4所述的实施，当安装在方向盘系统中时，传感器垫30被定向成使得屏蔽回路39设置在方向盘框架和感测回路34之间。
图8和图9图示传感器垫20的实施，传感器垫20包括以堆叠和垂直偏移布置设置的介电层、印刷屏蔽回路和印刷感测回路，使得屏蔽回路提供在每个传感器回路或传感器返回迹线之间来屏蔽其中的信号。传感器垫20包括直接设置在基层衬底22上的第一介电层23a。第一屏蔽回路29a和其屏蔽馈电迹线27a印刷在第一介电层23a上。第二介电层23b设置在第一屏蔽回路29a和迹线27a上。第一感测回路24a和其相应的传感器返回迹线26a印刷在第一屏蔽回路23a上方的第二介电层23b上。第三介电层23c设置在第一感测回路24a和其传感器返回迹线26a上。当从垫20的顶部观察时，第二屏蔽回路29b和其相应的屏蔽馈电迹线27b印刷在第三介电层23c上并紧邻第一屏蔽回路29a(参见图8)。第四介电层24d设置在第二屏蔽回路29b和其屏蔽馈电迹线27b上。第二感测回路24b和其传感器返回迹线26b印刷在第二屏蔽回路29b上方的第四介电层24d上。第五介电层24e设置在第二感测回路24b和传感器返回迹线26b上。当从垫20的顶部观察时，第三屏蔽回路29c和其屏蔽馈电迹线27c印刷在紧邻第二屏蔽回路29b的第五介电层24e上。第六介电层24f设置在第三屏蔽回路29c和其屏蔽馈电迹线27c上。第三感测回路24c和其传感器返回馈源26c印刷在屏蔽回路29c上方的第六介电层24f上，并且第七介电层24g设置在第三感测回路24c和其传感器返回迹线26c上。
具有屏蔽回路29a-29c的多个单独的电路允许屏蔽回路29a-29c选择性地屏蔽一个或多个感测区。屏蔽回路29a-29c接收电压信号，其防止方向盘框架干扰各自的感测回路24a、24b、24c和传感器返回迹线26a、26b、26c中的信号。在其他实施(未示出)中，可能有屏蔽回路和感测回路的其他组合。
图10和图11图示包括传感器返回线56a-56c的替代实施，传感器返回线56a-56c分别连接到感测回路54a-54c，并且向上延伸穿过设置在感测回路54a-54c上方的绝缘材料53a。具体来说，传感器垫50包括屏蔽回路59a-59c和屏蔽馈电迹线57a-57c，屏蔽馈电迹线57a-57c从印刷在基层衬底22上的各自的回路59a-59c延伸。在这个实施中，基层衬底22充当绝缘层。第一介电或绝缘层55设置在屏蔽回路59a-59c和迹线57a-57c上。感测回路54a-54c印刷在第一绝缘层55上。传感器返回线56a、56b、56c直接或经由传感器返回迹线(未示出)分别连接到感测回路54a、54b、54c。第二介电或绝缘层53a设置在感测回路54a-54c上，并且传感器返回线56a-56c延伸穿过并放置在第二绝缘层53a上。第三介电或绝缘层53b设置在传感器返回线56a-56c上。
在替代实施(未示出)中，传感器返回线可以直接连接到印刷传感器回路。另外，传感器返回线可以设置在与其他传感器返回线不同的介电或绝缘层中。此外，屏蔽馈电线可以连接到印刷屏蔽馈电迹线或直接连接到屏蔽回路。屏蔽馈电线也可以设置在与屏蔽回路和其他屏蔽馈电线分离的一个或多个介电或绝缘层中。
具有由印刷导电油墨区域限定的传感器回路，以及视情况具有由印刷导电油墨区域限定的屏蔽回路的传感器垫允许制造商对于可以使用的衬底的类型的更多的灵活性，可以减小方向盘轮缘的厚度，可以较少耗时地制造和安装，并且允许在感测回路的形状和感测回路的数量方面的一定程度的自动化和定制，这不容易用当前的传感器垫来实现。例如，待印刷的感测回路的图案可以在多个衬底上重复，或其可以根据衬底的尺寸和车辆制造的需要而放大或缩小。根据某些实施，这种技术允许从常见的陈旧印刷图案调整定制图案，这减少了设计和生产的时间，并且提高了产品生产的可靠性。
在使用膜基层衬底的某些实施中，传感器垫20、30、50的总厚度可以在约60微米和约185微米之间。例如，传感器层、用于传感器层的介电层、屏蔽层和用于屏蔽层的介电层各自可以是约10微米厚，并且膜衬底可以是约20微米厚，从而产生具有约60微米的总厚度的垫。在另一实施中，传感器层和屏蔽层各自可以是约20微米厚，用于传感器的介电层和屏蔽层各自可以是约10微米厚，并且膜衬底可以是约125微米，从而产生具有约185微米的总厚度的垫。在其他实施中，可以使用泡沫或织物衬底。在这些实施中，泡沫衬底可以具有高达约1.5mm的厚度，并且织物衬底可以具有高达约1mm的厚度。
在各种实施中，传感器回路可以印刷在已经是方向盘组件的一部分的材料上，这可以减小方向盘轮缘的总厚度和在轮缘中使用的材料。例如，传感器回路可以印刷在例如构成方向盘轮缘的外层的皮革或乙烯基塑料表皮的背面上。或者，作为另一实例，传感器回路可以印刷在包括在轮缘中的超模压聚合物泡沫层的表面上。在其他实施中，传感器垫可以单独制造并通过将垫粘合或以其他方式粘附到外表皮的内表面上来安装，这可以减少将材料安装在方向盘轮缘中的时间，并且可以增加沿着方向盘轮缘的一个或多个感测区的位置的准确度。
另外，这种技术可以应用于制造用于方向盘的加热器垫。例如，图12图示通过将导电油墨印刷到基层衬底上制造的加热器垫70的一个实施。加热器垫70包括各自由导电回路限定的一个或多个加热区71a、71b，并且供电线73a、73b和返回线74a、74b分别在每个导电回路71a、71b和电源75之间延伸。如图所示，至少部分地选择用于每个加热区71a、71b的油墨图案以提供对加热器垫70的更均匀的加热。具体来说，区域71a、71b的第一部分76a、76b分别邻近供电线73a、73b连接到每个区域的导电供电迹线的位置，并且每个区域71a、71b的第二部分77a、77b分别被设置为更远离连接。每个部分76a、76b的厚度小于每个部分77a、77b的厚度，以便为从每个供电线73a、73b分别流入每个回路71a、71b的电流提供更大的电阻，这迫使更多的电流朝向每个导电回路的远端部分并且提供每个区域的更均匀的加热。导电油墨被介电层(未示出)覆盖。
电源75可以是与感测/屏蔽垫通信的同一ECU(诸如图5中所示的ECU 40)的一部分，或电源75可以是单独的ECU的一部分。在这些实施中，电源75可以向加热器垫70提供加热电流，直到方向盘达到预定温度或直到电源75以其他方式被指示停止为加热器垫70生成电流。
另外，根据一些实施，电源75可以是用于生成屏蔽层的电压信号的相同电源。在这种实施中，电源被配置成选择性地生成屏蔽层的电压信号和加热器层的加热电流。电压信号可以被配置成尽可能接近地匹配感测回路的电压信号，并且屏蔽电流可以小于约200微安。加热电流可以在约4安培和约8安培之间。例如，电源可以被配置成响应于接收到加热器的“接通”信号而生成加热器层的一个或多个导电回路的加热电流。接通信号可以从来自一个或多个感测回路的存在信号被接收，所述存在信号指示邻近一个或多个感测回路的手的存在，或可以从车辆中的按钮或其他输入设备被接收。另外，电源可以被配置成响应于接收到信号(例如，覆盖信号)而生成屏蔽层的一个导电区的屏蔽电压信号，所述信号指示分别在一个或多个感测区中的感测优先于加热。电源也可以被配置成响应于各自的感测区的温度达到设置温度而停止生成加热器层的一个或多个导电回路的加热电流。另外，电源可以被配置成周期性地(诸如每隔约10毫秒至约50毫秒)交替生成加热电流和屏蔽电压信号。在其他实施中，所述周期可以是每隔约10毫秒至约100毫秒。
此外，在某些实施(未示出)中，用于加热方向盘的导电区的附加层可以印刷在与感测层和屏蔽层相同的基层衬底附近，并且通过介电材料与屏蔽或感测层分离。
除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。类似于或等效于本文所述的那些的方法和材料可以用于本公开的实践或测试。除非上下文另有明确规定，否则在说明书和所附权利要求中使用的单数形式“一”、“所述”包括复数指示物。本文使用的术语“包含”和其变体与术语“包括”和其变体同义使用，并且是开放的、非限制性的术语。尽管将描述用于方向盘手检测系统的实施，但是本领域技术人员将显而易见的是，实施不限于此。
本文所使用的术语“近似地”、“大约”、“大体上”和类似术语旨在具有与本公开的主题所属的本领域普通技术人员的共同和公认用法一致的宽泛含义。审阅本公开的本领域技术人员应当理解，这些术语旨在允许所描述和要求保护的某些特征的描述，而不将这些特征的范围限制到所提供的精确数值范围。因此，这些术语应当被解释为指示所描述和要求保护的主题的非实质性或无关紧要的修改或改变被认为是在所附权利要求中所述的本发明的范围内。
应注意，本文中用于描述各种实施方案的术语“示例性”旨在指示这些实施方案是可能的实施方案的可能的实例、表示和/或图示(并且这种术语并不旨在意味着这些实施方案必须是特殊的或最高级的实例)。
本文所使用的术语“耦接”、“连接”等意味着两个构件直接或间接地彼此接合。这种接合可以是固定的(例如，永久的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这种接合可以通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此一体地形成为单个整体，或者通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件彼此附接来实现。
本文中对元件的位置(例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等)的引用仅用于描述图中各种元件的定向。应注意，各种元件的定向可以根据其他示例性实施方案而不同，并且这些变化旨在被本公开所涵盖。
重要的是应注意，各种示例性实施方案中所示的用于方向盘的感测系统的构造和布置仅是说明性的。尽管在本公开中仅详细描述了几个实施方案，但是审阅本公开的本领域技术人员将容易地了解，许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例的变化、参数值、安装或分层布置、材料的使用、颜色、定向等)，而不实质上脱离本文所述的主题的新颖教导和优点。例如，示出为一体形成的元件可以由多个零件或元件构成，元件的位置可以颠倒或以其他方式改变，并且离散元件或位置的性质或数量可以变更或改变。根据替代实施方案，任何过程或方法步骤的次序或顺序可以改变或重新排序。在不脱离本实施方案的范围的情况下，也可以对各种示例性实施方案的设计、操作条件和布置进行其他替换、修改、改变和省略。
尽管已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中定义的主题不一定限于上述具体特征或动作。相反，上述具体特征和动作被公开为实施权利要求的示例性形式。

Claims (33)

1.一种传感器垫，其被配置成设置在方向盘框架周围，所述传感器垫包括：
支撑至少一个屏蔽电路、至少一个感测电路和多个绝缘材料层的基层衬底，其中绝缘材料层限定传感器垫中的多个表面；
一个或多个感测回路，其用导电油墨印刷在多个绝缘材料表面中的一个上；
一个或多个屏蔽回路，用导电油墨印刷在传感器垫内的绝缘材料表面中的另一个上；
其中屏蔽回路和感测回路被配置成一个屏蔽回路和一个感测回路的对应对，其中屏蔽回路重叠印刷有相应感测电路的多个绝缘材料表面内的至少一个区域，从而屏蔽回路和感测回路隔开至少一个绝缘材料层。
2.根据权利要求1所述的传感器垫，其中所述一个或多个感测回路印刷到所述基层衬底上。
3.根据权利要求2所述的传感器垫，其中所述绝缘材料是第一绝缘材料，并且所述传感器垫进一步包括：
一个或多个屏蔽回路，其用所述导电油墨印刷到所述第一绝缘材料上，以及
第二绝缘材料，其设置在所述一个或多个屏蔽回路之上。
4.根据权利要求3所述的传感器垫，其中：
所述一个或多个感测回路包括第一感测回路和第二感测回路，并且所述一个或多个屏蔽回路包括第一屏蔽回路和第二屏蔽回路，以及
所述第一屏蔽回路设置成邻近所述第一感测回路，并且所述第二屏蔽回路设置成邻近所述第二感测回路。
5.根据权利要求3所述的传感器垫，其中：
所述一个或多个感测回路包括第一感测回路和第二感测回路，并且所述一个或多个屏蔽回路包括第一屏蔽回路，以及
所述第一屏蔽回路设置成邻近所述第一感测回路和所述第二感测回路。
6.根据权利要求3所述的传感器垫，进一步包括用导电油墨印刷到所述第一绝缘材料上的一个或多个屏蔽馈电迹线，每个屏蔽馈电迹线从相对应的屏蔽回路朝向所述第一绝缘材料的边缘延伸。
7.根据权利要求2所述的传感器垫，进一步包括一个或多个传感器返回迹线，其用导电油墨印刷到所述基层衬底上并且从相对应的感测回路朝向所述基层衬底的边缘延伸。
8.根据权利要求1所述的传感器垫，其中所述绝缘材料是第一绝缘材料，并且所述传感器垫进一步包括用导电油墨印刷到第二绝缘材料上的一个或多个屏蔽回路，所述第二绝缘材料设置在所述基层衬底上，其中第三绝缘材料设置在所述一个或多个屏蔽回路之上，并且所述一个或多个感测回路印刷到所述第三绝缘材料上。
9.根据权利要求1所述的传感器垫，其中所述导电油墨包括以下的一个或多个：银、碳、碳纳米管、石墨烯、锌、镍、锡或铜。
10.根据权利要求9所述的传感器垫，其中所述导电油墨进一步包括用于影响所述油墨的电阻的聚合物添加剂。
11.根据权利要求1、9或10所述的传感器垫，其中所述导电油墨能够承受高达10％的伸长率。
12.根据权利要求11所述的传感器垫，其中所述基层衬底能够伸长至少20％。
13.根据权利要求11所述的传感器垫，其中所述导电油墨以交叉影线或锯齿形图案印刷。
14.根据权利要求1-10中任一项所述的传感器垫，其中所述基层衬底包括聚合物膜，并且所述传感器垫的总厚度在60微米至185微米之间。
15.根据权利要求1至10中任一项所述的传感器垫，其中所述基层衬底是皮革表皮的下侧，其被配置成安装在所述方向盘框架轮缘的至少一部分周围，并且所述皮革表皮的所述下侧的相对侧是围绕所述方向盘框架轮缘的最外层。
16.根据权利要求1所述的传感器垫，其中所述油墨以选自以下的一个或多个的图案印刷在所述基层衬底附近：交叉影线、锯齿形、网格、螺旋或实心区域。
17.根据权利要求1所述的传感器垫，其中所述基层衬底包括以下之一：聚合物泡沫、聚合物膜、皮革、乙烯基塑料、毡或无纺材料。
18.一种用于方向盘中的手感测的系统，包括：
传感器垫，包括：
支撑至少一个屏蔽电路、至少一个感测电路和多个绝缘材料层的基层衬底，其中绝缘材料层限定传感器垫中的多个表面，并且其中所述层围绕从基层衬底延伸并通过多个表面的轴堆叠；
一个或多个感测电路，其用导电油墨印刷在多个绝缘材料表面中的一个上；
一个或多个屏蔽电路，用导电油墨印刷在传感器垫内的绝缘材料表面中的另一个上；
其中屏蔽电路和感测电路被配置成一个屏蔽电路和一个感测电路的对应对，其中屏蔽回路重叠印刷有相应感测电路的多个绝缘材料表面内的至少一个区域，从而屏蔽电路和感测电路隔开至少一个绝缘材料层；
其中感测电路和屏蔽电路包括跨所述多个表面中的相应一个和绝缘材料表面中的另一个延伸的相应返回迹线；以及
与所述传感器垫通信的电子控制单元，所述电子控制单元包括：
处理器，以及
电源，
其中所述处理器被配置成从所述一个或多个感测回路中的至少一个接收信号，并且确定与所述信号相关联的指示。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述指示选自以下之一：触摸、轻敲，保持、滑动或其组合。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述一个或多个感测回路印刷到所述基层衬底上。
21.根据权利要求18所述的系统，其中所述绝缘材料是第一绝缘材料，并且所述传感器垫进一步包括用导电油墨印刷到第二绝缘材料上的一个或多个屏蔽回路，所述第二绝缘材料设置在所述基层衬底上，并且其中第三绝缘材料设置在所述一个或多个屏蔽回路之上，并且所述一个或多个感测回路印刷到所述第三绝缘材料上。
22.根据权利要求18所述的系统，进一步包括用导电油墨印刷在所述基层衬底附近的一个或多个屏蔽回路和相对应的屏蔽馈电迹线，每个屏蔽馈电迹线从相对应的屏蔽回路朝向所述基层衬底的边缘延伸。
23.根据权利要求22所述的系统，进一步包括连接到每个屏蔽馈电迹线的屏蔽馈电线，所述屏蔽馈电线在相应的屏蔽馈电迹线和电子控制单元之间延伸，其中所述处理器被配置成指示所述电源经由所述屏蔽馈电线和所述屏蔽馈电迹线通过所述一个或多个屏蔽回路选择性地生成电压信号。
24.根据权利要求18所述的系统，进一步包括用导电油墨印刷在所述基层衬底附近的一个或多个屏蔽回路，以及连接到每个屏蔽回路的相对应的屏蔽馈电线，所述屏蔽馈电线在相应的屏蔽回路和电子控制单元之间延伸，其中所述处理器被配置成指示所述电源经由所述屏蔽馈电线通过所述一个或多个屏蔽回路选择性地生成电压信号。
25.根据权利要求18所述的系统，进一步包括用导电油墨印刷在所述基层衬底附近的一个或多个传感器返回迹线，每个传感器返回迹线对应于所述一个或多个感测回路中的一个，并且从相应的传感器回路朝向所述基层衬底的边缘延伸。
26.根据权利要求25所述的系统，进一步包括在每个传感器返回迹线和所述电子控制单元之间延伸的传感器返回线，其中从所述感测回路中的至少一个接收的所述信号由所述处理器经由所述传感器返回线和所述传感器迹线接收。
27.根据权利要求18所述的系统，进一步包括在每个感测回路和所述电子控制单元之间延伸的传感器返回线，其中从所述感测回路中的至少一个接收的所述信号由所述处理器经由所述传感器返回线接收。
28.根据权利要求18所述的系统，其中所述基层衬底是皮革表皮，并且所述感测回路印刷在所述皮革表皮的下侧附近，所述皮革表皮被配置成安装在所述方向盘框架轮缘周围，并且与所述下侧相对的所述皮革表皮的外侧是所述方向盘框架轮缘的最外层。
29.根据权利要求18所述的系统，其中聚合物泡沫材料设置在所述基层衬底的至少一部分和最外层表皮之间，所述最外层表皮设置在所述方向盘框架轮缘周围。
30.根据权利要求18所述的系统，其中聚合物泡沫材料设置在所述基层衬底的至少一部分和所述方向盘框架轮缘之间。
31.一种制造用于方向盘的传感器垫的方法，所述方法包括：
用导电油墨在基层衬底上印刷一个或多个屏蔽回路，所述基层衬底被配置成安装在方向盘框架轮缘之上；以及
在所述一个或多个屏蔽回路之上设置绝缘材料层；
在绝缘材料上印刷一个或多个感测回路，其中
屏蔽回路重叠印刷有相应感测电路的绝缘材料的至少一个区域。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述一个或多个屏蔽回路包括第一屏蔽回路，并且所述一个或多个感测回路包括彼此间隔开的第一感测回路和第二感测回路，所述第一屏蔽回路设置成邻近所述第一感测回路和所述第二感测回路，并且所述方法进一步包括通过所述第一屏蔽回路生成电压信号，所述电压信号足以屏蔽所述第一感测回路和所述第二感测回路免受来自金属方向盘框架的电干扰。
33.根据权利要求31所述的方法，其中所述一个或多个屏蔽回路包括第一屏蔽回路和第二屏蔽回路，并且所述一个或多个感测回路包括彼此间隔开的第一感测回路和第二感测回路，所述第一屏蔽回路设置成邻近所述第一感测回路，并且所述第二屏蔽回路设置成邻近所述第二感测回路，并且所述方法进一步包括通过所述第一屏蔽回路或所述第二屏蔽回路选择性地生成电压信号，所述电压信号足以屏蔽所述第一感测回路或所述第二感测回路免受来自金属方向盘框架的电干扰。
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