CN111051146A - 乘员检测系统、感测垫和电开关 - Google Patents

Abstract

一种乘员检测系统包括感测垫，该感测垫包括丝网印刷在第一基部上的导体和丝网印刷在第二基部上的导体。感测垫包括以间隔开的图案印刷在所述基部中至少一个上的多个介电材料节点。第一基部位于第二基部上方，使得当向下的力施加至第一基部时，导体的至少一部分之间的距离减小。该系统包括可操作地连接到导体的控制器。控制器包括被配置为检测乘员的存在的感测电路或处理器。感测垫结构可以用作力激活的电开关，该力激活的电开关在导体接触时被激活。

Description

乘员检测系统、感测垫和电开关

相关申请的交叉引用

本申请要求分别于2017年7月11日和2018年5月25日提交的美国专利申请No.15/646,841和No.15/989,960的优先权和权益。前述申请通过引用并入本文。

背景技术

本申请涉及一种使用力激活电开关或电容感测的乘员检测系统，其可以用于检测车辆中的车辆座椅的乘员。如本文所述，电开关具有除了乘员感测之外的应用。电容感测可以采用感测垫。

附图说明

本发明的特征、方面和优点将从下面的描述以及在下面简要描述的附图中示出的所附示例性实施方式中变得显而易见。

图1是包含乘员检测系统或电开关的车辆座椅的侧视图。

图2是图1的乘员检测系统的俯视图。

图3是在图2的乘员检测系统中使用的感测器衬垫的分解图，该衬垫结构可以用作电开关。

图4是在图3的感测器衬垫和电开关中使用的基部的侧视图。

图5是图4的基部的俯视图。

图6是图5的感测器衬垫的通过线6-6剖开的局部截面图，并且包括第一基部和第二基部。

图7是图6中圈出的感测器衬垫区域的详细视图。

具体实施方式

乘员检测系统针对被配置为由力(例如，重量、按压力、物体的存在等)激活的电开关，或者被配置为使用电容感测检测座椅上乘员的存在的电容感测系统。乘员检测系统可包括第一基部、第二基部、以及位于所述第一基部和所述第二基部中任一个上的多个节点。多个节点远离第一基部或第二基部延伸以在第一基部和第二基部之间形成间隙或间隔层。多个节点可以以一图案布置。该图案可以包括相邻节点之间的空间。根据第一示例性实施方式，当将预定力施加到第一基部或第二基部时，第一基部和第二基部之间的间隙或间隔层减小，以允许第一基部的至少一部分接触第二基部的处于在多个节点之间定位的空间中的一部分。

该系统被配置为使得当第一基部接触第二基部时，电开关被激活。该系统可以进一步被配置为使得可以检测和测量用于激活电开关的力(例如，压力、重量等)。根据第二示例性实施方式，电容感测系统可以使用在间隔层的相对侧上的多个电极。可以在电极处于感测电路内的各种配置时进行测量。电容感测系统可以将重量感测概念与电容感测概念结合或集成到单个系统中。集成系统可以使用重量/压力信息以及电容信息来识别乘员状况并产生优选的分类。

优选地，用于检测系统的组装材料可以包括用于导体的任何类型的导电材料(例如，铜、导电油墨、导电织物等)以及用于多个节点的任何合适的介电材料。

乘员检测系统可以被结合到位于车辆座椅中的感测垫或衬垫中。可替代地，该系统可以被集成到其他部件中，诸如，例如车辆方向盘、车辆仪表板或其他部件。重要的是，所公开的结构不限于用作车辆中的乘员检测系统，而是还可以用作其他环境中的力激活开关或电容感测系统。

如图1所示，乘员检测系统100可以位于车辆座椅20中。该座椅可以包括座椅靠背22和座椅底部24。乘员检测系统100优选位于座椅套26下方的座椅底部24中。乘员检测系统100包括感测器衬垫或垫150、控制器110和线束120。线束120承载电力以及与车辆电力系统和通信总线的连接。线束120通过连接器125连接至车辆的电气系统。

图2是检测系统100的各个部件的俯视图。该系统包括可选的支撑下部基础层155。下部基础层155可以包括毡材料，并且可以连接或安装到车辆座椅的结构部件上，诸如例如座椅底盘。上部基础层157(优选是毡材料)位于间隔开的导体层下方，并为控制器110提供支撑。

在第一实施方式中，系统100可以包括电开关，该电开关包括第一基部160和第二基部170。控制器110包括感测电路和/或处理器，其确定施加的力的量度以减小第一基部160与第二基部170之间的距离。当施加预定力时，第一基部与第二基部之间的距离减小了第一基部与第二基部之间的间隙或间隔层。当第一基部和第二基部之间的间隙或间隔层充分减小时，第一基部的导体层和第二基部的导体层能够在介电材料的多个节点之间的空间中彼此接触。当导体层彼此接触时，电开关被激活。在电开关被结合到车辆乘员检测系统中的情况下，电开关的激活指示在车辆座椅20中存在乘员10。控制器110然后可以经由线束120中包含的导线向车辆通信总线提供数据，所述线束通过连接器125连接到车辆电源和通信系统。

在第二实施方式中，可以监视基部之间的电容以确定在座椅20上的力的量度，该力可以与坐在座椅20上的人相关联。每个基部都通过电子连接器162、172连接到控制器110。连接器162、172将电子信号传送到每个基部。提供给基部的电子信号可以是时变电压信号，诸如，例如正弦信号。每个基部优选地包括印刷的导电材料，其形成承载通过基部的电子信号的导体、导电迹线或“导线”。如上所述，控制器110包括感测电路和/或处理器，其确定所施加的力的量度以减小第一基部160和第二基部170之间的距离。可以通过系统100使用电容的量度的改变指示乘员10在车辆座椅20中的存在。控制器110可以通过线束120中包含的导线将数据提供给车辆通信总线，所述线束通过连接器125连接到车辆电源和通信系统。

第一基部和第二基部中的每一个优选地是单片塑料型膜材料。例如，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜可用于基部中的任一或二者。可替代地，可以将诸如PEN、PC、PI或PEI的其他聚基膜用作基部。每个基部优选地包括印刷的导电材料，其形成承载通过导体层的电子信号的导体、导电迹线或“导线”。优选地，导体是可以被印刷到膜上的油墨基材料。导电油墨可以包括例如银(Ag)、银/氯化银(Ag/AgCl)和/或碳。导电油墨优选以一图案印刷在膜基部层上。

如图3所示，第一基部160和第二基部170通过间隔层(未标记)间隔开或分开。间隔层包括介电材料。优选地，介电材料是可以以节点、点或墩(mound)175的图案印刷在第二基部170上的油墨基材料。节点的形状可以变化。例如，节点可以缩窄，具有比顶部更大的面积的基底。圆柱体、立方体、圆锥体、棱柱、金字塔或其他合适的形状可以用作节点的形状。在图3中，每个节点175包括接触第一基部160的顶部。当力施加到车辆座椅20(例如，座椅底部24)时，系统的第一基部160的至少一部分和第二基部170之间的距离被允许减小。

如图4和图5所示，介电材料以间隔开的图案布置在基部170的顶部上，该间隔的图案在基部之间产生间隙或间隔层。由于丝网处理的能力，节点175的图案可以是任何合适的形状、大小和间距。节点的图案可以轻松调整以适合不同的座椅配置。例如，节点可以覆盖基部的表面积的不到20％，以便允许基部之间的间隙有足够大小的体积。减少节点覆盖的表面积百分比可以使乘员检测系统更加灵敏。

图7示出了图6所示的乘员检测系统的一个实施方式的详细视图。如图7所示，每个基部160和170包括三个不同的层。例如，基部160可以包括基底层164。可以在基底层164上印刷诸如例如Ag的主导体层166。可以在主导体层166上印刷例如碳基油墨的次导体层168。基部170可以包括类似的构造。例如，基部可以包括基底层174。可以在基底层174上印刷诸如例如Ag的主导体层176。可以在主导体层176上印刷例如碳基油墨的次导体层178。介电节点175可以印刷在基底层174上，或者印刷在次导体层178或主导体层176中的任一个上。可替代地，介电节点175可以印刷在基底层164上或印刷在次导体层168或主导体层166中的任一个上。

由于节点位置的易于构造和调整，因此可以大大降低开发乘员检测系统的成本和时间。因为可以将节点丝网印刷到基底层和/或导体层上，所以可以改变和调整节点之间的间隔。节点基本上不可压缩，因此出于分析系统操作的目的，可以将介电材料的节点视为不可压缩的，从而不需要分析间隔层的弹簧常数。间隔层实质上是介电材料的节点之间的间隙。作为一个示例，精确定位介电材料的节点的能力允许系统在用作电开关时提供更精确的力测量。先前的电开关系统通常使用带孔的粘合剂。孔基本上决定了激活开关所需的力的量。

作为第二示例，精确地定位介电材料的节点的能力还允许系统在用作电容感测系统时提供对座椅上的乘员的更准确的检测。整个感测垫的厚度可以潜在地减小到350微米或更小，以使整个系统在座椅结构中的侵入性降低。例如，间隔层的厚度可以减小到5至8微米。如上所述，可以对系统进行修改以适应包括不同座椅底盘和/或座椅弹簧构造的不同座椅设计。

检测系统可以与座椅安全带提醒系统结合使用。在第一实施方式中，例如，如果电开关由于施加到座椅上的力而被激活，则检测系统可以被配置为确定乘员位于座椅中。然后，检测系统中的控制器可以向座椅安全带提醒系统提供信号，以指示乘员位于车辆座椅中。座椅安全带提醒系统可以接收来自检测系统和座椅安全带扣紧感测器二者的输入。如果系统确定座椅上有乘员，且座椅安全带未扣紧，则会激活座椅安全带提醒器(例如，声音警报、警告灯等)，以警告乘员。如上所述，本文公开的检测系统的配置也可以用于其他应用。这些应用包括其他汽车或车辆应用，以及其中可以采用成本相对较低和低轮廓力激活的电开关或电容感测系统的配置。

如本文所述，乘员检测可包括电开关和控制器。电开关可以包括第一基部、第二基部以及位于第一基部和第二基部中的至少一个上的介电材料的多个节点。多个节点远离第一基部和第二基部中的至少一个延伸，从而在第一基部和第二基部之间产生间隙。多个节点以一图案布置在第一基部和第二基部中的至少一个上，该图案包括相邻节点之间的空间。所述开关被配置为使得当将预定力施加到所述第一基部或所述第二基部时，所述第一基部与所述第二基部之间的间隙减小以允许所述第一基部的至少一部分接触所述第二基部的处于在多个节点之间定位的空间中的一部分。所述控制器被配置为当所述第一基部接触所述第二基部而导致所述开关被激活时，输出乘员检测信号。

如本文所述，第一基部和第二基部均包括基底层和主导体层。而且，第一基部和第二基部中的每个可以包括柔性基底层，并且主导体层可以被印刷在柔性基底层上。在一个公开的实施方式中，多个节点中的每个可以从与第一基部或第二基部接触的较宽的基部区域向上缩窄，并且多个节点中的每个的顶部接触第一基部或第二基部中的另一个。

电开关的实施方式可以包括：印刷在第一基部上的第一导体丝网，印刷在第二基部上的第二导体丝网，以及位于第一基部和第二基部中的至少一个上的介电材料的多个节点。开关被配置为使得多个节点中的每个节点延伸以在第一基部和第二基部之间产生间隙。所述多个节点可以以一图案布置在第一基部和第二基部中的至少一个上，其在每个节点之间提供空间。所述开关被配置为使得当将预定力施加到所述第一基部或所述第二基部时，所述第一基部与所述第二基部之间的间隙减小，以允许所述第一导体的至少一部分接触所述第二导体的在多个节点之间的空间中的一部分。当第一导体接触第二导体时，电开关被激活。第一基部和第二基部中的每个可包括柔性基底层，并且其中第一和第二导体被印刷在基底层上。电开关可以被配置为定位在车辆中以检测乘员的存在。每个节点可以包括印刷在第一基部和第二基部中的至少一个的基底层上的油墨。第一导体、第二导体和多个节点可以被印刷在第一基部的同一侧上。

在公开的实施方式中，用于在电容感测系统中使用的感测垫包括第一导体、第二导体和分隔导体的间隔件。感测垫可以包括感测电路，该感测电路可操作地耦接到第一导体和第二导体，并且被配置为使用第一导体和第二导体之间的电容的量度来感测物体的存在。间隔件可以包括多个介电材料的节点，并且其中每个节点与每个其他节点分开，以提供允许第一导体的至少一部分和第二导体之间的距离减小的空间。

感测垫可以被配置为使得每个节点从与基部层接触的较宽的基部区域向上缩窄。而且，节点可以以一图案布置。节点可以包括油墨并且可以被印刷到基部层上。该垫可以进一步包括第一基部层，并且其中第一导体位于第一基部层上。节点可以沉积在第一基部层上。第一导体可以包括被印刷在第一基部层上的油墨。第一基部层可以包括塑料膜。所述节点可以包括印刷在第一基部层上的油墨。在感测垫中，节点可以从底部到顶部缩窄，并且节点的底部接触第一基部层，并且节点的顶部接触包括第二导体的第二基部层，从而在将力施加至第二基部层时，第一导体和第二导体之间的距离减小。第一导体和节点可以被印刷在第一基部层的同一侧上。

为了本公开的目的，术语“耦接”是指两个部件彼此直接或间接地(电气地、机械地或磁性地)接合。这种接合本质上可以是固定的或本质上是可移动的。可以用两个部件(电气或机械部件)以及将任何其他中间构件彼此一体地定义为单个整体，或者将两个部件或两个部件以及任何其他构件彼此附接在一起来实现这种接合。这种接合本质上可以是永久的，或者替代地本质上可以是可移动的或可释放的。

已经参考示例性实施方式描述了本公开。然而，本领域技术人员将认识到，可以在形式和细节上进行改变而不背离所公开主题的精神和范围。例如，尽管可能已经将不同的示例性实施方式描述为包括提供一个或多个益处的一个或多个特征，但是可以预期，在所描述的示例性实施方式中或在其他替代实施方式中，所描述的特征可以彼此互换或彼此组合。本公开的技术是复杂的，因此并非可以预见该技术中的所有改变。参照示例性实施方式描述的本公开显然旨在尽可能广泛。例如，除非另外特别指出，否则列举单个特定要素的示例性实施方式也涵盖多个这样的特定要素。

示例性实施方式可以包括程序产品，该程序产品包括用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的计算机或机器可读介质。例如，乘员检测系统可以是计算机驱动的。在附图的方法中示出的示例性实施方式可以由包括计算机或机器可读介质的程序产品控制，该程序产品用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构。这样的计算机或机器可读介质可以是可由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用介质。计算机或机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机执行特定功能或一组功能的指令和数据。本发明的软件实现可以用具有基于规则的逻辑和其他逻辑的标准编程技术来完成，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和判断步骤。

同样重要的是要注意，示例性实施方式中所示的系统的元件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一定数量的实施方式，但是审阅本公开的本领域技术人员将容易理解，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、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、方向等的变化)，而不会脱离所列举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部分构成，或者示出为多个部分的元件可以被一体形成，组件的操作可以颠倒或以其他方式改变，结构和/或构件或连接器或系统的其他元件的长度或宽度可以改变，在元件之间提供的调节或附接位置的性质或数量可以改变。应当注意，系统的元件和/或组件可以由提供足够强度或耐久性的多种材料中的任何一种构成。因此，所有这样的修改旨在被包括在本公开的范围内。根据替代实施方式，任何过程或方法步骤的顺序或次序可以改变或重新排序。在不脱离本主题的精神的情况下，可以在示例性实施方式的设计、操作条件和布置中进行其他替换、修改、改变和省略。

Claims (20)

1.一种用于检测车辆中的乘员的系统，包括：

上部基部层，其包含上部电极；

下部基部层，其包含下部电极；

多个节点，其位于所述下部基部层上，其中所述基部层被布置为使得当向下的力施加到所述上部基部层时，上部导体的至少一部分与下部导体之间的距离减小；以及

控制器，其包含感测电路，所述感测电路可操作地连接到所述上部电极和所述下部电极，并且被配置为使用所述上部电极和所述下部电极之间的电容的量度来检测所述乘员的存在。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个节点以一图案布置。

3.根据权利要求1所述的系统，其中每个节点包括印刷在所述基部层上的油墨。

4.根据权利要求1所述的系统，其中每个节点从所述下部基部层向上缩窄。

5.根据权利要求4所述的系统，其中每个节点包括介电材料。

6.一种电容检测系统，包括：

上部电极，其印刷在上部膜层上；

下部电极，其印刷在下部膜层上；

以间隔开的图案印刷在下部膜层上的介电材料的多个节点，其中所述上部膜层位于所述下部膜层上方，使得当向下的力施加到所述上部膜层时，上部导体的至少一部分和下部导体之间的距离减小；以及

控制器，其可操作地连接到所述上部电极和所述下部电极，并且所述控制器包含感测电路，所述感测电路被配置为使用所述上部电极和所述下部电极之间的电容的量度来检测所述乘员的存在。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述节点与所述上部膜层和所述下部膜层中的每个接触。

8.根据权利要求7所述的系统，其中所述节点被布置为使得所述节点覆盖小于所述下部膜层的表面积的百分之二十。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述节点被布置为使得所述图案在所述下部膜层的一部分上具有比在所述下部膜层的另一部分上更高的节点聚集度。

10.一种电开关，其配置为在车辆中使用，所述电开关包括：

第一基部；

第二基部；以及

位于所述第一基部和所述第二基部中的至少一个上的介电材料的多个节点，其中

所述多个节点远离所述第一基部和所述第二基部中的所述至少一个延伸，从而在所述第一基部和所述第二基部之间产生间隙；

所述多个节点在所述第一基部和所述第二基部中的所述至少一个上以一图案布置，所述图案包括相邻节点之间的空间；以及

当预定的力施加到所述第一基部或所述第二基部时，所述第一基部和所述第二基部之间的间隙减小，以允许所述第一基部的至少一部分接触所述第二基部的处于在所述多个节点之间定位的空间中的一部分；以及

所述开关被配置为使得当所述第一基部接触所述第二基部时，所述电开关被激活。

11.根据权利要求10所述的电开关，其中所述第一基部和所述第二基部均包括基底层和主导体层。

12.根据权利要求11所述的电开关，其中所述第一基部和所述第二基部均包括次导体层。

13.根据权利要求11所述的电开关，其中当所述第一基部的主导体层接触所述第二基部的主导体层时，所述电开关被激活。

14.根据权利要求11所述的电开关，其中所述基底层由柔性材料构成。

15.根据权利要求12所述的电开关，其中当所述第一基部的次导体层接触所述第二基部的次导体层时，所述电开关被激活。

16.根据权利要求12所述的电开关，其中所述主导体层位于所述基底层与所述次导体层之间。

17.根据权利要求12所述的电开关，其中所述主导体层和所述次导体层被丝网印刷在所述第一基部和所述第二基部中的每一个上。

18.根据权利要求12所述的电开关，其中所述主导体层和所述次导体层中的至少一个包括碳基油墨。

19.根据权利要求12所述的电开关，其中所述主导体层和所述次导体层中的至少一个包括银。

20.根据权利要求10所述的电开关，其中，

所述多个节点中的每一个从与所述第一基部或所述第二基部接触的更宽的基部区域向上缩窄；并且

所述多个节点中的每一个的顶部接触所述第一基部或所述第二基部中的另一个。

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