CN113196102A - 具有功能涂层的可见构件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及在机动车的内部区域和外部区域中具有功能性涂层的可见构件及其制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及在机动车的内部区域和外部区域中具有功能性涂层的可见构件及其制造方法。
背景技术
目前，传感器和摄像机作为独立的构件安装在车辆中和车辆上。这些系统占用非常大的空间，是昂贵的并且对于更换情况而言是非常耗费的。到下游的计算单元的连通和连接通过缆线进行。从停车传感器、车道保持和距离传感器到用于自主驾驶的部件，这些部件对于车辆中的所有辅助系统都是强制需要的。变型多样性和成本很高，几乎每种应用情况都需要不同的技术。因此，例如停车传感器仅是简单的距离传感器，而对于交通标志识别需要摄像机，对于距离调节或紧急制动辅助甚至需要摄像机和雷达传感器的组合。常规的雷达传感器仅提供距离和角度。这意味着，仅存在如下信息：在传感器的可见范围中存在一些东西。因此还附加地安装了摄像机。
通常几乎不存在冗余系统。如果摄像机或雷达传感器或者与位于下游的计算单元的缆线连接出现故障，则功能通常不再可用。在修理时必须满足高且复杂的要求。因为所更换的构件的功能与安全相关，所以经常必须重新校准替换件。
DE 10 2017 212 784 A1公开了一种用于车辆的装饰件，该装饰件包括至少一个集成的电路板，该电路板完全被至少一种热塑性组分和/或至少一种热固性漆包围。电路板在装饰件中的集成能够实现，不需要在装饰件外部的额外的安装空间和与之相关的耗费来将装饰件与电路板以电和信号技术联接。在一种设计方案中，电路板包括至少一个电子构件，所述电子构件可以是光学传感器、例如红外传感器或激光雷达传感器、声学传感器、例如超声波传感器、电磁传感器、例如电感传感器、电容传感器或雷达传感器、加速度传感器、速度传感器、温度传感器、湿度传感器或亮度传感器和/或光源，例如用于示出徽标、字母、符号、形状或技术结构。
由DE 10 2015 216 793 A1公知了一种用于车辆的碰撞识别的传感器，该传感器具有能导电的检测区域，为了连续的电压测量和/或电阻测量在该检测区域上施加电压。该检测区域是具有由导电填料构成的渗透网络的可变形的塑料体。检测区域如此设计，使得物体向检测区域上的碰撞会引起电压变化和/或电阻变化。
EP 1 654 726 B1涉及一种用于机动车的停车系统和/或近距离检测系统的传感器，尤其是超声波传感器。传感器具有罐形的壳体，其底部被设计为振动膜。壳体至少在外侧上具有涂层，所述涂层由不受气候影响的粉末构成，所述粉末能够被涂瓷漆/瓷化，并且膜的振动特性不受到影响或者基本上不受到负面影响。
DE 103 17 638 A1公开了一种用于利用机动车外侧上的碰撞传感器和机动车车身上的对压力敏感的漆进行碰撞识别的装置，该漆与碰撞传感器接触，该碰撞传感器根据施加的压力改变电参数。
DE 10 2011 010 861 A1教导了一种用于分析和优化机动车雷达传感器的雷达罩的方法。该方法包括对用于制造雷达罩模型的漆和塑料组分的雷达周期性传输特性进行定性和定量的分析。基于对漆和塑料组分的定性和定量分析的结果，对雷达罩模型实施模拟过程。基于漆组分和塑料组分的雷达周期性的传输特性和反射特性来选择优化的雷达罩模型。雷达罩由机动车构件、例如保险杠和饰板构成。
由DE 10 2008 036 012 A1得知一种用于机动车中的雷达传感器的雷达罩，该雷达罩的壁由至少两层组成。在壁的一侧上或者在两个塑料层之间布置有至少一个电感或者电容式地起作用的装置，该装置至少部分地补偿雷达传感器的电磁辐射的由漆层引起的反射。
发明内容
在此背景下，本发明的目的在于，提供一种用于机动车的内部区域和外部区域的具有传感装置功能的可见构件，其能够被灵活地设计和使用并且能够成本低廉地制造。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的装置以及具有权利要求9的特征的方法来实现。本发明的设计方案和改进方案由从属权利要求得出。
本发明的主题是一种用于机动车的可见构件，其包括具有可见表面的基体和在基体的可见表面上的至少一个传感器元件。根据本发明，所述至少一个传感器元件与邻接于所述至少一个传感器元件的、用于无线数据传输的元件电连接，通过该用于无线数据传输的元件能够将传感器元件的测量数据无线地传输至分析单元，并且该用于无线数据传输的元件能够由感应式的激活元件供能。
在一个实施方式中，用于无线数据传输的元件是无源的RFID应答器。在另一实施方式中，用于无线数据传输的元件是NFC芯片。在另一实施例中，用于无线数据传输的元件被配置用于无线光学数据传输(光学式的无线通讯，OWC)。
在可见构件的一种实施方式中，至少一个传感器元件与用于无线数据传输的元件通过放大电路和/或预处理电路连接。
在可见构件的一种实施方式中，在所述至少一个传感器元件上设有波长调制器。在一个实施方式中，波长调制器是用于雷达的波长调制器。在另一实施方式中，波长调制器是IR(红外光)波长调制器。对于可见光不需要调制器。
在另一实施方式中，至少一个传感器元件具有防扩散/防渗透的封装层。在一个实施方式中，防扩散的封装层包围波长调制器。该封装层可以用聚对二甲苯、硅氧化物(SiOx)或尖晶石(铝酸镁(MgAl2O4))实现更大的硬度(与普通玻璃相比的150倍)。
根据本发明的可见构件不仅可以用在车辆的外部区域中而且也可以例如为了内部空间监控而用于内部区域中。在一种实施方式中，可见构件的基体是用于机动车的外部区域的构件，例如车身构件、尤其保险杠；散热器格栅；前或后挡风玻璃。在另一实施方式中，可见构件的基体是用于机动车的内部区域的构件。在另一实施方式中，基体是膜，特别是自粘膜或磁性膜。
通过无源RFID应答器进行至位于下游的计算单元的无线数据传输，该无源RFID应答器作为印刷电路集成在至少一个传感器元件的下面或后面，也共同称为“传感层”。通过无线数据传输，不需要至下游的计算单元的物理连接(缆线连接、电极)。
下游的数据处理以本领域技术人员原则上公知的方式进行。在根据本发明的可见构件的一种实施方式中，至少一个传感器元件被设置用于执行数据预处理，通过所述数据预处理将待传输的数据量减少到相关的数据。
在可见构件的一个实施方式中，无源RFID应答器被印刷在可见表面上。在另一实施方式中，无源RFID应答器被印刷在载体膜上，所述载体膜布置在可见表面上。载体膜尤其可以是如目前用于完全覆膜着色所用的膜。
RFID芯片能通过感应式激活元件来供给能量，也就是说，通过感应式电压源来实现对无源RFID应答器和至少一个传感器元件(“传感层”)的电压供应。在一个实施方式中，使用多于一个的感应式电压源。由此满足了自主驾驶时的安全性的基本前提(考虑到法律规定)。通过经由感应式发送器的多个电压源为自动驾驶提供了安全冗余。
在可见构件的一种实施方式中，至少一个传感器元件被印刷到可见表面上。在另一实施方式中，至少一个传感器元件被印刷到载体膜上，该载体膜布置在可见表面上。
在可见构件的一种实施方式中，至少一个传感器元件被设置用于接收辐射。在一个实施方案中，辐射为红外辐射。在另一实施方式中，辐射是雷达波。在又一个实施方案中，辐射是在可见范围中的辐射。
在可见构件的一种实施方式中，至少一个传感器元件包括有机聚合物。现代传感器材料主要由有机聚合物组成。它们可以通过不同的方法制造。所需的电子电路可以被印刷。
通过合适的波长调制可以实现对于不同波长(例如雷达和红外)敏感的区域。因此可以使用相同的制造技术来制造用于不同波长范围的传感器。传感器(例如用于雷达和红外)分别基于相同的有机材料基本原理。
在一个实施例中，可见构件包括被设置用于接收不同波长范围的辐射的至少两个传感器元件(例如一个传感器元件用于雷达，一个传感器元件用于红外)。
在一种实施方式中，所述至少一个传感器元件被面状地实施并且具有最大1μm到2μm的厚度。在一个实施方式中，所述至少一个传感器元件由多个层构成，每个层具有小于1μm的厚度。在一个实施方式中，所述至少一个传感器元件由五个层组成。所述至少一个传感器元件的面状布置实现了一种新的设计语言，因为消除了在通常的电子构件组中存在的几何限制。各个传感器元件可以任意地围绕车辆布置，并且可以实现任意的自由形状表面。
在一个特殊的实施方式中，无源RFID应答器和至少一个传感器元件布置在自粘膜上，所述自粘膜作为“移动传感器”仅暂时地施加到车辆上。
根据本发明，尤其将传感器活性材料集成在涂层系统、尤其是漆系统中。如果将根据本发明的由有机聚合物制成的传感器元件实现在漆系统中，例如在车辆的前侧或挡泥板上，则可以随后用车辆漆的面漆和/或清漆进行涂覆，并因此将其置于面漆和/或清漆层的下面。于是保护它们免受环境影响。此外，通过置于位于外部的涂漆系统中，避免了边界面，所述边界面会通过折射、衍射、散射等导致不期望的信号衰减和信号变化。
在可见构件的一种实施方式中，至少一个传感器元件和基体的可见表面至少部分地被共同的涂装材料层覆盖。在另一实施方式中，至少一个传感器元件和基体的可见表面完全地被涂装材料覆盖。
本发明的主题也是一种用于制造本发明的可见构件的方法，其中，向基体上施加层的序列，其中，该序列包括：
a)包含至少一个用于无线数据传输的元件的层；
b)必要时包括至少一个信号放大电路的层；
c)必要时包含至少一个信号处理电路的层；
d)包含至少一个传感器元件的层；
e)必要时包含至少一个波长调制器的层；和
f)必要时的封装层。
在所述方法的一个实施方式中，基体首先经历原则上已知的用于涂漆准备的工艺步骤，例如清洗、酸洗、钝化或等离子活化；并且随后提供漆填料(Lackfüller)。
将传感层施加到基体上，以如下顺序：
1.作为印刷电路施加至少一个用于无线数据传输的元件；
2.必要时施加信号放大电路和/或信号预处理电路；
3.施加至少一个传感器元件；
4.必要时施加波长调制器；
5.必要时进行封装。
在一个实施例中，信号放大电路和/或信号预处理电路的施加经由物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)或等离子体增强化学气相沉积(Plasma-AssistedChemical Vapor Deposition，PACVD)来进行。
在一个实施方式中，传感器元件的施加通过PVD或PACVD进行。在另一实施方式中，通过印刷来施加传感器元件。
在一个实施方式中，传感器元件构造为OLED并且包括3至5个层。在一个实施例中，层包括两个用作电极的层。在文献DE 10 2018 100728 A1中描述了这种传感器元件的制造。
在一个实施方式中，波长调制器例如被施加用于雷达或IR。对于可见光，不需要调制器。
如果需要，另外施加防扩散的封装层。
在所述方法的一个实施方式中，接下来将构件重新送回到正常的涂漆过程中，根据需要回到底漆或清漆中。如果是不涂漆的构件(散热器格栅、前挡风玻璃内侧、移动膜等)，则可将可见构件直接输送用于安装。
在本发明的方法中，单个层的厚度小于1μm，无论是通过印刷还是通过涂覆来制备。基体上的整个层结构的厚度、即传感层的厚度最大为1μm至2μm。
根据本发明的方法的优点包括，提供一种用于根据本发明的可见构件的成本有利的制造方法，尤其是对于维修和更换情况而言。利用根据本发明的方法，也可以成本低廉地实现具有多个传感器的构件以用于不同波长范围、尤其是用于可见光、IR和雷达。本发明的其它优点和设计方案由说明书得出。
应理解的是，前面提到的特征不仅能够以分别说明的组合、而且也能够以其他组合或单独地使用，而不脱离本发明的范围。
Claims (10)
1.一种用于机动车的可见构件，包括具有可见表面的基体和在基体的可见表面上的至少一个传感器元件，其特征在于，所述至少一个传感器元件与邻接于所述至少一个传感器元件的、用于无线数据传输的元件电连接，通过该用于无线数据传输的元件能够将传感器元件的测量数据无线地传输至分析单元，并且该用于无线数据传输的元件能够由感应式的激活元件供能。
2.根据权利要求1所述的可见构件，其特征在于，所述至少一个传感器元件与所述用于无线数据传输的元件通过放大电路和/或预处理电路连接。
3.根据权利要求1或2所述的可见构件，其特征在于，在所述至少一个传感器元件上设有波长调制器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的可见构件，其特征在于，所述用于无线数据传输的元件被印刷在基体的可见表面上或被印刷在布置在可见表面上的载体膜上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的可见构件，其特征在于，所述至少一个传感器元件被设置用于接收辐射。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的可见构件，其特征在于，所述至少一个传感器元件包括有机聚合物。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的可见构件，该可见构件包括被设置用于接收不同波长范围的辐射的至少两个传感器元件。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的可见构件，其特征在于，所述至少一个传感器元件和所述基体的可见表面至少部分地被共同的涂装材料层覆盖。
9.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的可见构件的方法，其中，向基体上施加层的序列，其中，该序列包括：
a)包含至少一个用于无线数据传输的元件的层；
b)必要时包括至少一个信号放大电路的层；
c)必要时包含至少一个信号处理电路的层；
d)包含至少一个传感器元件的层；
e)必要时包含至少一个波长调制器的层；和
f)必要时的封装层。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，每个单个层的厚度小于1μm。
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