DE112019007633T5

DE112019007633T5 - Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines sensorischen Substrats

Info

Publication number: DE112019007633T5
Application number: DE112019007633.7T
Authority: DE
Inventors: David Wilson
Original assignee: Joyson Safety Systems Acquisition LLC
Current assignee: Joyson Safety Systems Acquisition LLC
Priority date: 2019-06-14
Filing date: 2019-06-14
Publication date: 2022-04-28
Also published as: WO2020251590A1; CN114026440A

Abstract

Ein Insassen- oder Objekterfassungssystem in einem Fahrzeug umfasst elektrische Schaltkreise zur kapazitiven Erfassung und entsprechende Schaltkreise, die das Sensorsystem gegen Störungen abschirmen. Eine Sensorschaltung und eine Abschirmschaltung können mit leitfähiger Tinte auf gegenüberliegende Seiten eines nichtleitenden Substrats mit einem Siebdruckverfahren gedruckt werden. Bei dem Substrat handelt es sich um eine Kunststofffolie oder ein anderes Gewebe, das eine elastische Gedächtnisstruktur aufweist, die bei Dehnung elastisch ist. Die leitfähige Tinte, mit der die Schaltkreise auf das Substrat gedruckt werden, weist eine ähnliche Dehnungselastizität auf, so dass das Substrat und die darauf befindlichen Schaltkreise Verformungskräften ausgesetzt werden können, ohne dass die gedruckten Schaltkreise brechen. Das Substrat kann mit einer Kohlenstoffpolymerschicht überzogen werden, um alternative Leiterbahnen zu schaffen, die eine schnelle Wiederherstellung der Leitfähigkeit bei einer Unterbrechung der gedruckten Leiterbahnen auf dem Substrat ermöglichen.

Description

HINTERGRUND
Derzeitige Ausführungen kapazitiver Sensortechnologien sind häufig so ausgebildet, dass sie um Lenkräder von Automobilen herum oder möglicherweise innerhalb eines Fahrzeugsitzes platziert werden, so dass leitfähige Objekte, wie ein menschlicher Körper, elektrische Reaktionen in den Sensorsystemen hervorrufen können, die für die Insassenerkennung nützlich sind. In früheren Ausführungsformen kann ein System zur Nutzung kapazitiver Sensortechniken eine Sensormatte mit einer darauf angeordneten elektrischen Schaltung umfassen, die das Vorhandensein von einem oder mehreren Teilen eines menschlichen Körpers oder eines anderen Objekts in der Nähe der Sensormatte erkennt. In diesen Installationen ist die Sensormatte häufig zwischen einem äußeren Abschnitt eines Lenkrads und einem Rand eines Lenkradrahmens angeordnet. Der Lenkradrahmen besteht in der Regel aus Metall, zum Beispiel aus einer Magnesiumlegierung oder Stahl, und kann eine Störquelle darstellen (beispielsweise, ohne Einschränkung, parasitäre Kapazitäten und/oder unerwünschte elektromagnetische Reaktionen), die die elektrischen Signale in der Sensormatte verzerren. In anderen Installationen kann ein Fahrzeugsitz ein kapazitives Sensorsystem enthalten, das sich in der Nähe einer ähnlichen Metallinfrastruktur befindet, die den kapazitiven Sensorbetrieb stören kann, der für Insassenerkennungssysteme nützlich ist.
Herkömmliche kapazitive Sensoren und die dazugehörigen Abschirmungssysteme sind häufig geschichtete Baugruppen, die eine Sensormatte, eine Abschirmungsschicht und/oder eine Heizmatte umfassen, die zusammen eine physische Erfassung des Körpers eines Insassen, der Position eines Insassen in einem Fahrzeug oder der Platzierung eines Objekts in einem Fahrzeug ermöglichen. In früheren Ausführungsformen liefert eine Energiequelle ein Spannungssignal an eine Abschirmungsmatte, um eine elektrische Abschirmung für eine Sensormatte bereitzustellen. Durch die Nähe der Sensormatte zu einem Metallobjekt, wie beispielsweise einem Lenkrad oder einem Sitzrahmen, kann es zu Interferenzen mit den von der Sensormatte übertragenen elektrischen Signalen kommen, was durch die Bereitstellung des Abschirmungsspannungssignals an die Abschirmungsmatte verhindert wird. Darüber hinaus kann das System auch eine Heizmatte umfassen. Die Heizmatte kann von der Abschirmungsmatte getrennt sein oder als eine Kombination aus Heiz- und Abschirmungsmatte verwendet werden. Um die Heizmatte als Abschirmungsmatte zu verwenden, erzeugt die Stromquelle einen Heizstrom zur Beheizung des Lenkrads oder das Abschirmungsspannungssignal zur Verwendung der Heizmatte als Abschirmungsmatte. Der Heizstrom ist größer als ein Abschirmstrom.
Probleme entstehen jedoch, wenn geschichtete Anordnungen zu dick oder sperrig sind, um sie in Verbindung mit verschiedenen Komponenten eines Fahrzeugs zu installieren, oder wenn sich die in den Schichten verwendeten Materialien nicht in eine für eine bestimmte Anwendung wünschenswerte Form bringen lassen. Dementsprechend besteht ein Bedarf an verbesserten Systemen und Verfahren zur Herstellung eines kapazitiven Sensorsystems, das eine zugehörige Abschirmungsvorrichtung umfasst, so dass der Sensor und die Abschirmung in verschiedenen Bereichen einer Fahrzeugkarosserie angebracht werden können. Natürlich müssen alle Verbesserungen an den Strukturen eines kapazitiven Sensorsystems immer noch zuverlässig Änderungen der elektrischen Ausgangssignale liefern, die für zahlreiche Zwecke der Insassenerkennung und Insassensicherheit verwendet werden können.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Hierin werden Systeme und Verfahren zur Abschirmung eines Sensorsystems in einem Fahrzeug offengelegt.
In einer Ausführungsform umfasst ein Substrat eine nichtleitende Schicht mit einer ersten und einer zweiten Seite, wobei auf der ersten und der zweiten Seite jeweils Leiterbahnen anhaften. Die Schicht und die Leiterbahnen bestehen jeweils aus flexiblen Zusammensetzungen mit gemeinsamer Elastizität, um sich in Verbindung miteinander zu dehnen und zusammenzuziehen. Die Elastizität erhält die strukturelle Durchgängigkeit der Leiterbahnen bei Vorhandensein von Verformungskräften auf die Schicht.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Substrat ein nichtleitendes Grundmaterial mit einer ersten und einer zweiten Seite, wobei auf der ersten und der zweiten Seite jeweils Leiterbahnen anhaften. Das Grundmaterial und die Leiterbahnen weisen jeweils flexible Zusammensetzungen mit einer gemeinsamen Elastizität auf, die es dem Grundmaterial und den Leiterbahnen ermöglicht, sich in Verbindung miteinander zu dehnen und zusammenzuziehen und die elektrische Durchgängigkeit der Leiterbahnen bei Vorhandensein von Verformungskräften auf das Substrat aufrechtzuerhalten. Diese Ausführungsform kann ferner eine erste Kohlenstoffpolymerschicht umfassen, die mit der ersten Seite des Substrats verbunden ist, und eine zweite Kohlenstoffpolymerschicht, die mit der zweiten Seite des Substrats verbunden ist.
In einer anderen Ausführungsform erstrecken sich die Kohlenstoffpolymerschichten über und zwischen den Leiterbahnen und sorgen so für zusätzliche Redundanz in der elektrischen Leitfähigkeit.
Im Folgenden wird auch ein Verfahren zum Drucken der Leiterbahnen auf das Substrat beschrieben.
Figurenliste
Die Bauteile in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu zueinander. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen in den verschiedenen Ansichten die entsprechenden Teile.

1 zeigt eine Explosionsdarstellung der Schichten in einer Sensormatte gemäß einer Ausführung.
2 zeigt eine Draufsicht auf eine zusammengesetzte Sensormattenschicht gemäß der Ausführung in 1.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines ersten Beispiels einer auf eine Sensormatte gedruckten Schaltungsstruktur gemäß einer Ausführung.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten Beispiels einer auf eine Sensormatte gedruckten Schaltungsstruktur gemäß einer Ausführung.
5 zeigt ein schematisches Diagramm eines Lenkradsystems, das eine Sensormatte mit gedruckten Schaltungen gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen verwendet.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Lenkradsystems, das die Sensormatte gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen mit einer Heizmatte gemäß einer anderen Ausführung verwendet.
7 zeigt eine Draufsicht auf eine Sensormatte, wie sie hierin offenbart ist, und zeigt eine schematische Darstellung von Sensorzonen und ausgewählten Sensorrückleitungen von jeder Schleife, die mit jeder Zone verbunden ist.
8 zeigt eine Draufsicht auf eine Sensormatte, wie sie hierin offenbart ist, und zeigt eine schematische Darstellung von Sensorzonen und einen anderen Satz ausgewählter Sensorrückleitungen von jeder Schleife, die mit jeder Zone verbunden ist.
9 zeigt eine Draufsicht auf eine Sensormatte, wie sie hierin offenbart ist, und zeigt eine schematische Darstellung von Sensorzonen und einen anderen Satz ausgewählter Sensorrückleitungen von ausgewählten Schaltkreisen, die mit jeder Zone verbunden sind.
10 zeigt eine Draufsicht auf eine Sensormatte, wie sie hierin offenbart ist, und zeigt eine schematische Darstellung von Sensorzonen und einen anderen Satz ausgewählter Sensorrückleitungen von ausgewählten Schaltkreisen, die mit jeder Zone verbunden sind.
11 zeigt eine Draufsicht auf eine Sensormatte, wie sie hierin offenbart ist, und zeigt eine schematische Darstellung von Sensorzonen und einen anderen Satz ausgewählter Sensorrückleitungen von ausgewählten Schaltkreisen, die mit jeder Zone verbunden sind.
12 zeigt eine schematische Darstellung einer Computerumgebung, in der Ausführungsformen dieser Offenbarung implementiert sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Vorrichtungen, Systeme und Verfahren zur elektronischen Erfassung von Insassen und anderen Objekten in einem Fahrzeug sowie geeignete Abschirmungsmechanismen zur Berücksichtigung elektrischer Störungen werden hier offengelegt. Bestimmte Beispiele kapazitiver Sensorvorrichtungen werden im Zusammenhang mit einem System zur Erkennung der Platzierung von Händen erläutert, das insbesondere für Lenkradanwendungen nützlich ist, aber solche Beschreibungen sind nicht einschränkend für diese Offenbarung. Die hier beschriebenen Konzepte sind gleichermaßen auf Insassen- und Objekterkennungstechnologien anwendbar, die innerhalb oder in der Nähe jeder Fahrzeugkomponente platziert werden können, die von elektronischer Erkennung, zugehörigen Abschirmungsfunktionen und computergestützten Analysetechniken profitieren würde, die Steuerdaten für Fahrzeugdatenmanagementsysteme liefern. Die in dieser Veröffentlichung verwendeten Begriffe sind daher so zu verstehen, dass sie im weitesten Sinne verstanden werden. So schließt beispielsweise der Begriff „Fahrzeug“ alle Formen von Transportmitteln ein, in denen sich die Insassen von einem Zielort zum anderen bewegen. In der Tat können bestimmte physikalische Ausführungen eines Sensorsystems in zahlreichen Arten von elektronischen Sensorumgebungen nützlich sein, und der Begriff „kapazitive“ Sensorik ist nicht als einziger Technologiesektor gedacht, der die unten beschriebenen Strukturen nutzen kann.
Eine nicht einschränkende Ausführung kapazitiver Sensortechnologien ist ein Sensorsystem, das ein Substrat 190 umfasst, das für die Platzierung in oder auf mehreren Strukturen im Innenraum eines Fahrzeugs ausgebildet ist. Wie in 1 dargestellt, kann ein Substrat 190 ein Grundmaterial, eine Lage oder eine Schicht 100 enthalten, das es ermöglicht, sowohl eine Sensorschaltung 124A, 124B, 124C als auch eine Abschirmschaltung 122 mit einer minimalen Anzahl von Schichten darauf aufzubauen. Durch den Einsatz von Druckverfahren und leitfähigen Tintenprodukten können sowohl die Sensorschaltungen 124A, 124B, 124C als auch die Abschirmschaltungen 122 auf gegenüberliegenden Seiten 110, 120 einer einzigen Schicht (beispielsweise einer einzigen Matte) 100 ausgebildet werden. In dieser Ausführungsform umfasst ein Substrat 190 zum Einbau in ein Sensorsystem innerhalb eines Fahrzeugs eine nichtleitende Schicht 100 mit einer ersten Seite 110 und einer zweiten Seite 120. Entsprechende Leiterbahnen 122, 124A-C sind auf die erste Seite und die zweite Seite der Schicht gedruckt und haften daran an. In einer nachstehend beschriebenen Ausführungsform können die Leiterbahnen mit einer Silberpolymer-Tinte im Siebdruckverfahren auf die gegenüberliegenden Seiten 110, 120 des Substrats gedruckt werden, wie in 1 dargestellt.
Ein nicht einschränkendes Ziel der beschriebenen Ausführungsformen ist es, eine Sensor- und Abschirmstruktur bereitzustellen, die in schwer einzubauenden Fahrzeugkomponenten zahlreicher Formen, Konturen und Größen innerhalb eines Fahrzeugs positioniert werden kann. Um dieses Ziel zu erreichen, bestehen die Schicht 100 und die Leiterbahnen 122, 124A-C jeweils aus flexiblen Zusammensetzungen mit einer gemeinsamen Elastizität, die es dem Substrat und den Leiterbahnen ermöglicht, sich in Verbindung miteinander zu dehnen und zusammenzuziehen. Der Begriff „gemeinsame Elastizität“ dient nur zu Beschreibungszwecken, aber im Allgemeinen ist die Elastizität der nichtleitenden Schicht 100 und der elektrisch leitenden Leiterbahnen 122, 124A-C so abgestimmt, dass die strukturelle Durchgängigkeit der Leiterbahnen bei Vorhandensein von Verformungskräften auf die Schicht erhalten bleibt. Die Schicht 100 und die Leiterbahnen 122, 124A-C sind mit Dehnungsparametern ausgelegt, die sich überschneiden, so dass Verformungskräfte das gesamte Substrat 190 nicht in einer Weise dehnen oder zusammenziehen können, die die Dehnungsgrenzen für eine oder beide der Schicht 100 und der darauf befindlichen Leiterbahnen 122, 124A-C verletzt. Mit anderen Worten, die Schicht kann geformt, gefaltet und vor allem gedehnt werden, um den Designumständen zu entsprechen, ohne die durch die Leiterbahnen gebildeten Schaltungen zu unterbrechen. Die Schicht und die Leiterbahnen sind so ausgebildet, dass sie Verformungskräften standhalten, die eine Abmessung der Platte in jeder Richtung um einen Betrag zwischen 2 % und 10 % dehnen. Die 3 und 4 veranschaulichen, dass die Leiterbahnen 122, 124A-C auf gegenüberliegenden Seiten der Schicht 100 sowie die Schicht selbst Längen- und Breitenabmessungen entlang der Achsen A-A und B-B aufweisen können. Dementsprechend verleiht die gemeinsame Elastizität zwischen der nichtleitenden Schicht 100 und den jeweiligen Leiterbahnen 122, 124A-C auf den gegenüberliegenden Seiten 110, 120 der Schicht dem Substrat 190 einen Formgedächtniseffekt, der es ermöglicht, das gesamte Substrat 190 einer Dehnung, Kontraktion oder anderen Verformungskräften entlang der Achsen auszusetzen, ohne dass die Leiterbahnen und die sich daraus ergebenden Abschirm- und Sensorschaltungen brechen.
Die 3 und 4 zeigen, dass die Leiterbahnen 122, 124A-C eine erste Struktur 71 auf der ersten Seite 110 der nichtleitenden Schicht 100 und eine zweite Struktur 81 auf der zweiten Seite 120 der Schicht 100 bilden. In anderen Ausführungsformen können die ersten und zweiten Strukturen 71, 81 ähnlich oder sogar identisch sein. In einem nicht einschränkenden Beispiel funktionieren die Leiterbahnen auf den gegenüberliegenden Seiten der Schicht ähnlich wie getrennte Sensormatten und Abschirmungsmatten von mehrschichtigen kapazitiven Sensorvorrichtungen, jedoch mit viel mehr Flexibilität im Design und mehr Verwendungsmöglichkeiten, die eine platzsparende Effizienz erfordern, die bei früheren Vorrichtungen nicht gegeben war.
In einer nicht einschränkenden Ausführungsform veranschaulicht 3 eine Ausführung einer gedruckten metallischen Netzschicht, bei der metallische Leiterbahnen 122 in einer Weise zusammengedruckt werden, die einem Strickmuster ähnelt, und auf eine erste Seite einer oben beschriebenen nichtleitenden Schicht gedruckt werden, um eine Abschirmschaltung 7 zu bilden. 4 zeigt, wie eine andere Struktur auf einer zweiten Seite 120 der nichtleitenden Schicht 100 eine Netzschicht bilden kann, in der metallische Leiterbahnen 124A-C zu einer zweiten Struktur 81 gedruckt werden. Die in den 3 und 4 gezeigten Strukturen ermöglichen es, dass die Bahnen der Abschirmung und der Sensorschaltungen in den jeweiligen Strukturen in Kontakt bleiben, wenn sie gedehnt werden, wodurch die elektrische Leitfähigkeit durch den Netzdruck erhalten bleibt, nachdem das Substrat 190 am Lenkradkranz befestigt wurde. Diese Strukturen sind beispielhaft, und andere geeignete strickähnliche Strukturen können in anderen Ausführungen verwendet werden. Das gedruckte Netz kann sich um etwa 2 % bis etwa 10 % entlang der Achse A-A oder der Achse B-B dehnen, ohne die leitenden Eigenschaften der Leiterbahnen zu beeinträchtigen, wie es in bestimmten Ausführungen der Fall ist.
Während der Installation der gedruckten Abschirmschaltung 7, 122 auf dem Lenkradkranz wird das gesamte Substrat 190 entlang der A-A-Achse und der B-B-Achse gedehnt. Diese Anordnung der Netzschicht verbessert den Kontakt zwischen den benachbarten Leiterbahnen, um solchen Verformungskräften auf dem Substrat standzuhalten.
In bestimmten Ausführungsformen kann die gedruckte Netzabschirmschaltung 7, 122 einen Netzschichtbereich umfassen, der eine leitende Zone neben der Grundschicht 100 bildet. In anderen Ausführungsformen (nicht dargestellt) kann die Netzabschirmschaltung 7, 122 jedoch eine Vielzahl separater Netzschichtbereiche umfassen, die auf der nichtleitenden Schicht 100 voneinander beabstandet und getrennt sind, aber elektrisch miteinander gekoppelt sind, um eine leitfähige Zone neben jedem der Vielzahl von Netzschichtbereichen bereitzustellen. Eine solche Ausführung bietet eine gezielte Abschirmung für einen bestimmten Bereich des Lenkrads und reduziert die Menge der für die Netzabschirmschaltung 122 verwendeten Netzschicht. In einer anderen Ausführung (nicht abgebildet) können die mehreren separaten Netzschichtbereiche nicht elektrisch gekoppelt sein und sind stattdessen separat mit der Energiequelle verbunden, um separate leitende Zonen zu schaffen, die separat aktiviert werden können. Der gleiche parallele Aufbau ist für Zonen in den Sensorschaltungen 124A, 124B, 124C möglich.
Wie bereits erwähnt, ist ein Aspekt eines Substrats 190 gemäß dieser Offenbarung die Leichtigkeit, mit der das Substrat 190 in eine bestimmte Form für eine bestimmte Anwendung zum Einformen gedehnt werden kann. In dieser Hinsicht kann die nichtleitende Schicht 100 als eine elastische Gedächtnisschicht beschrieben werden, die eine Schichtbreitenabmessung und eine Schichtlängenabmessung entlang der jeweiligen Achsen A-A und B-B aufweist, die in den 3 und 4 dargestellt sind. In ähnlicher Weise hat jede der ersten und zweiten Struktur 71, 81 eine entsprechende Breitenabmessung und eine entsprechende Längenabmessung entlang der jeweiligen Achsen. In einem Beispiel, das diese Offenbarung nicht einschränkt, dehnen und kontrahieren sich die Breitenabmessungen der Schicht und die jeweiligen Breitenabmessungen der Struktur bei Vorhandensein der Verformungskräfte entlang einer entsprechenden Achse A-A oder B-B gleichzeitig um einen Betrag von 2 % bis 10 %. In ähnlicher Weise dehnen und kontrahieren sich die Schichtlängenabmessungen und die jeweiligen Strukturlängenabmessungen um einen Betrag von 2 % bis 10 % gleichzeitig bei Vorhandensein der Verformungskräfte entlang der anderen Achse A-A oder B-B. Die auf die Schicht einwirkenden Verformungskräfte können mindestens eine der folgenden Kräfte umfassen: Zugkräfte, Druckkräfte, Scherkräfte und Kombinationen davon, wie beispielsweise Kräfte, die für die Installation oder das Formen des Substrats 190 zur Anbringung an oder innerhalb einer entsprechenden Fahrzeugkomponente verwendet werden (beispielsweise um ein Lenkrad herum, entlang einer A-Säule oder B-Säule, in einem Sitz oder sogar auf einem Zubehörteil wie einer Feststellbremse, einer Sonnenblende, einer Kopfstütze oder einem Armaturenbrettzubehör des Fahrzeugs).
Die Leiterbahnen 122, 124A-C des Substrats 190 bilden auf einer einzigen Grundschicht 100 entsprechende Sensorschaltungen 8 und Abschirmschaltungen 7 ( ). Die nichtleitende Beschaffenheit der Schicht 100 verhindert Kurzschlüsse durch die Schicht und steuert sowohl die Sensorkapazität als auch die parasitäre Kapazität bei einem Abtastvorgang. In einer Ausführungsform werden die Leiterbahnen 122, 124A-C durch Bedrucken, vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, durch Siebdruck, der Leiterbahnen und anschließendes Aushärten der Leiterbahnen bei einer vordefinierten Temperatur oder durch Trocknenlassen der Leiterbahnen auf jeder Seite der Schicht vor der Verwendung gebildet. In diesem Zusammenhang bilden alle Leiterbahnen auf den gegenüberliegenden Seiten der Schicht eine verfestigte, abgeleitete Struktur einer flüssigen und bedruckbaren Zusammensetzung, wie beispielsweise einer leitfähigen Tinte. In einer Ausführungsform ist die verfestigte, abgeleitete Struktur eine dehnbare leitfähige Tinte, wie die in gezeigte Silberpolymer-Tinte.
Wie bereits erwähnt, wird das Substrat 190 für elektrische Sensorsysteme in einem Fahrzeug verwendet und kann eine Grundschicht 100 in Form einer nichtleitenden Schicht enthalten, die ebenfalls flexibel ist, mehrere Formen bilden kann und zur Platzierung auf oder in einer Fahrzeugkomponente gedehnt werden kann. Die nichtleitende Schicht 100 kann eine Folie sein, die die Leiterbahnen 122, 124A-C trägt, ohne Kurzschlüsse durch die Schicht zu ermöglichen. Bei der Folie kann es sich um eine Kunststofffolie handeln, die aus zahlreichen polymeren Materialien ausgewählt werden kann, darunter Folien aus PET, PEN, PI und Kombinationen davon. Andere Schichten können sich wie oben beschrieben besser dehnen lassen und aus einer Kunststofffolie bestehen, die eine thermoplastische Polyurethanfolie umfasst. Die Kunststofffolie ist undurchlässig für eine leitfähige Tinte, die zur Herstellung der Leiterbahnen verwendet wird. In anderen Ausführungsformen kann die nichtleitende Schicht ein Gewebe sein, einschließlich mindestens eines von Geweben, Vliesstoffen und Kombinationen davon. Bei Geweben, die normalerweise die leitenden Tinten absorbieren und Probleme mit dem Durchscheinen (und Kurzschlüssen zwischen den gegenüberliegenden Seiten 110, 120) verursachen würden, kann das Gewebe eine Oberflächenbeschaffenheit aufweisen, die den Siebdruck ermöglicht und resistent dagegen ist, dass das Gewebe eine leitende Tinte absorbiert, die zur Bildung der jeweiligen Leiterbahnen verwendet wird. Um eine doppelseitige Schaltung auf dem Substrat zu erreichen, muss das Gewebe oder die Folie eine ausreichende Oberflächenenergie aufweisen, um die Haftung der Leiterbahnen zu fördern.
In einer anderen Ausführungsform weist ein Substrat zur Verwendung bei der elektrischen Erfassung von Insassen und anderen Objekten in einem Fahrzeug eine Sensorschaltung 8, 124A, 124B, 124C und eine Abschirmschaltung 7, 122 auf gegenüberliegenden Seiten 110, 120 derselben Schicht 100 auf. Die Schicht ist ein nichtleitendes Grundmaterial mit einer ersten Seite 110 und einer zweiten Seite 120 und entsprechenden Leiterbahnen, die auf die erste und die zweite Seite geklebt sind. Das Grundmaterial und die Leiterbahnen bestehen beide aus flexiblen Zusammensetzungen mit einer gemeinsamen Elastizität, die es dem Grundmaterial und den Leiterbahnen ermöglicht, sich in Verbindung miteinander zu dehnen und zusammenzuziehen und die elektrische Durchgängigkeit der Leiterbahnen bei Vorhandensein von Verformungskräften auf das Substrat aufrechtzuerhalten. In dieser Ausführungsform kann das Substrat auch eine erste Kohlenstoffpolymerschicht 140A, die mit der ersten Seite 110 der Schicht 100 verbunden ist, und eine zweite Kohlenstoffpolymerschicht 140B, die mit der zweiten Seite 120 der Schicht 100 verbunden ist, umfassen. Im Beispiel von 1 umfassen die jeweiligen Leiterbahnen eine erste Silberpolymer-Leiterbahn auf der ersten Seite und eine zweite Silberpolymer-Leiterbahn auf der zweiten Seite. 1 sowie zahlreiche andere Figuren in dieser Offenbarung zeigen, dass ein Satz der Leiterbahnen 124A, 124B, 124C (das heißt die zweite Silberpolymer-Leiterbahn) in einer Vielzahl von Zonen der Leiterbahnen ausgebildet ist. Die Verwendung verschiedener Zonen für Sensorschaltungen wird weiter unten erörtert.
Die Substrate 190, die für die hier besprochenen Sensorschaltungen 8, 124A-C und Abschirmschaltungen 7, 122 verwendet werden, können für die Herstellung mit Druckverfahren ausgebildet werden, die die Leiterbahnen darauf bilden. Bei einem Verfahren zur Herstellung der Schaltungen werden in einem ersten Schritt entsprechende Referenzpunkte auf eine erste Seite 110 und eine zweite Seite 120 eines flexiblen Gewebes, einer Schicht oder einer Folie (Grundmaterial 100) aufgebracht, um einen Druckprozess zu steuern. Anschließend wird die Schicht mit einer konstanten Spannung gehalten und in beständigen Abmessungen gehalten, um eine erste Leiterbahn 122 einer ersten Struktur 71 auf die erste Seite 110 des flexiblen Grundmaterials zu drucken. Das Verfahren umfasst ferner das Drucken einer zweiten Leiterbahn 124 einer zweiten Struktur 81 auf die zweite Seite 120 des flexiblen Grundmaterials, wobei der Druck entsprechend der Platzierung der Referenzpunkte abgeschlossen wird. Die erste und die zweite Struktur können sich völlig voneinander unterscheiden, wie in den 3 und 4 gezeigt, oder die Strukturen können ähnlich oder sogar identisch sein, soweit es sich um eine allgemeine Struktur handelt. Bei einem Verfahren sind die Referenzpunkte Siebdruck-Referenzpunkte und der Druck erfolgt im Siebdruckverfahren mit einer leitfähigen Tinte. Vor dem Drucken der zweiten Leiterbahn umfasst ein Herstellungsverfahren das Aufbringen von mindestens einem der jeweiligen Referenzpunkte auf die zweite Seite und das Siebdrucken der zweiten Leiterbahn. Vor dem Aufbringen des mindestens einen der jeweiligen Referenzpunkte umfasst ein Schritt das Trocknen der ersten Leiterbahn und das Wenden des flexiblen Gewebes, um die zweite Seite zu bedrucken. Die jeweiligen Referenzpunkte definieren die zweite Leiterbahn als eine Vielzahl von Zonen zum Erfassen verschiedener Aspekte der Position eines Fahrzeuginsassen oder von Körperteilen in verschiedenen Bereichen entlang des Substrats. In einem optionalen Schritt umfasst das Verfahren ferner das Aufbringen eines Kohlenstoffpolymers auf mindestens eine Seite des flexiblen Gewebes.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Substrat 190, das in kapazitiven Sensortechnologien innerhalb eines Fahrzeugs verwendet wird, ein nichtleitendes Grundmaterial 100 mit einer ersten Seite 110 und einer zweiten Seite 120. Entsprechende Leiterbahnen 122, 124A-C definieren jeweilige Strukturen 71, 81, die auf der ersten Seite und der zweiten Seite haften, wobei die Strukturen eine Vielzahl redundanter elektrisch leitender Bahnen über Bereiche der Strukturen definieren. Das Grundmaterial und die Leiterbahnen bestehen beide aus flexiblen Zusammensetzungen mit einer gemeinsamen Elastizität, die es dem Grundmaterial und den Leiterbahnen ermöglicht, sich in Verbindung miteinander zu dehnen und zusammenzuziehen und die elektrische Durchgängigkeit der Leiterbahnen bei Vorhandensein von Verformungskräften auf das Substrat aufrechtzuerhalten. Eine erste Kohlenstoffpolymerschicht 140A ist mit der ersten Seite 110 des Grundmaterials 100 verbunden, und eine zweite Kohlenstoffpolymerschicht 140B ist mit der zweiten Seite 120 der Schicht verbunden. Die Kohlenstoffpolymerschichten erstrecken sich über und zwischen den Leiterbahnen und sorgen so für zusätzliche Redundanz in der elektrischen Leitfähigkeit. Die Kohlenstoffpolymerschichten 140A, 140B sind als entsprechende Schutzschichten ausgebildet, aber die Kohlenstoffpolymerschichten dienen auch als kapazitive Platten auf gegenüberliegenden Seiten des Grundmaterials oder der nichtleitenden Schicht oder des Gewebes. Das Kohlenstoffpolymermaterial wird über den jeweiligen Leiterbahnen und in den zwischen den Leiterbahnen 122, 124A-C gebildeten Vertiefungen C1, C2, C3 und W1, W2 abgelagert. Die resultierende Kohlenstoffpolymerplatte, die über der Sensorschaltung positioniert ist, stellt eine konsistente elektrische Platte als Teil einer kapazitiven Schaltungskomponente dar, die zwischen den Sensorschaltungen 124A-C auf dem Substrat 190 und einem menschlichen Körperteil oder einem anderen leitenden Objekt in der Nähe der leitenden Kondensatorplatte gebildet wird, die später durch das Kohlenstoffpolymer 140B gebildet wird. Auf der gegenüberliegenden Seite 110 ist das jeweilige Kohlenstoffpolymer 140A eine Kondensatorplatte, die das Vorhandensein von parasitärer Kapazität oder unerwünschten elektromagnetischen Kräften relativ zu einem gegenüberliegenden Metallteil, wie beispielsweise einem Lenkradrahmen oder einer Sitzkonstruktion, kontrolliert.
Wie bereits erwähnt, können die Leiterbahnen auf den gegenüberliegenden Seiten des Substrats mit elektrischen Schaltkreisen verbunden und für kapazitive Sensor- und Abschirmfunktionen im Fahrzeug als Teil von Insassenüberwachungs-, Sicherheitssystemen oder Zubehörsteuerungssystemen in einem Fahrzeug verwendet werden. In einigen nicht einschränkenden Ausführungsformen und nur als Beispiel hierin kann ein Substrat 190 mit einer Sensorschaltung und einer Abschirmschaltung darauf um ein Lenkrad in einer Konstruktion ähnlich der in den 2 und 5 gewickelt werden. zeigt einen Querschnitt eines Lenkradkranzes, der ein Substrat 190, wie in gezeigt, enthalten könnte. Die Lenkradausführung umfasst einen Rahmen 12, eine um den Rahmen 12 herumgeformte Schicht 14 und eine optionale Heizmattenschicht 6 um die herumgeformte Schicht 14. Das hier beschriebene Substrat 190 stellt eine Abschirmschaltung 7 bereit, die aus den jeweiligen Leiterbahnen 122 auf einer ersten Seite 110 einer nichtleitenden Schicht, Gewebes oder Folie 100 eines Substrats 190 gebildet wird. Die Abschirmschaltung 7 könnte aus einer gedruckten leitfähigen Tintenstruktur gebildet werden, die dem Lenkradrahmen 12 zugewandt ist. Eine Sensorschaltung 8 ist auf einer zweiten Seite 120 derselben nichtleitenden Schicht 100 gegenüber der Abschirmschaltung 7 angeordnet. Das Lenkrad kann mit einer Außenhaut 20 um die Sensorschaltung 8 herum versehen werden. Der Rahmen 12 besteht typischerweise aus einer Magnesiumlegierung, einer Aluminiumlegierung, Stahl oder einer Kombination davon, kann aber auch aus einem anderen geeigneten starren Material hergestellt werden. Die herumgeformte Schicht 14 besteht beispielsweise aus Polyurethanschaum oder thermoplastischem Elastomerschaum. Die Außenhaut 20 besteht in der Regel aus Leder oder Vinyl, kann aber auch aus Holz, Kohlefaser, Kunststoff, Polyurethanschaum, Gewebe oder einem anderen geeigneten Material bestehen. Dadurch, dass die Abschirmschaltung 7 direkt an den Sensorschaltung 8 angrenzt, wird die Abstandsschwankung zwischen den beiden Schaltkreisen durch eine bekannte Schichtdicke kontrolliert, die nicht stark variiert, da die Möglichkeit der thermischen Ausdehnung und Kontraktion minimiert wird. Darüber hinaus wird der Abstand zwischen diesen Schichten durch die Spannung der Außenhaut 20, die das Substrat und andere Komponenten der Lenkradbaugruppe zusammenpresst, weiter minimiert.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Substrats 190, das als Träger einer Sensorschaltung 8, einer Abschirmschaltung 7 und einer Heizmatte 6 beschrieben ist. Offensichtlich muss das Grundmaterial oder die Schicht 100 in dieser Anwendung aus einem Gewebe oder Kunststoff bestehen, das seine strukturelle Integrität angesichts der dem Lenkrad zugeführten Wärme beibehält (beispielsweise ein Gewebe anstelle einer Folie für das Grundmaterial 100). Die Sensorschaltung 8 kann eine oder mehrere Sensorzonen umfassen, wie beispielsweise die Sensorzonen 124a, 124b, 124c, die beispielsweise als Zonen 1-3 bezeichnet werden, und die voneinander getrennt und beabstandet sind. Darüber hinaus kann die Abschirmschaltung 7 und die Heizmatte 6 eine oder mehrere leitende Zonen, wie beispielsweise die leitenden Zonen 54a, 54b, 54c bzw. 52a, 52b, 52c, umfassen, die den Sensorzonen auf der Sensormatte entsprechen und eine selektive Zonenabschirmung und -heizung ermöglichen.
Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 30, die in 7 dargestellt ist, steht in elektronischer Verbindung mit der Heizmatte 6, der Sensorschaltung 8, der Abschirmschaltung 7 und einem oder mehreren anderen Fahrzeugsystemen (nicht dargestellt). Insbesondere verlaufen SensorRückleitungen 34a-34c zwischen der ECU 30 und jeder Sensorschaltung 124a-124c, und leitende Zuführungsleitungen 56a-56c und 58a-58c verlaufen zwischen der ECU 30 und jeder Leiterschleife 52a-52c und 54a-54c für die Heizmatte 6 bzw. die Abschirmschaltung 7. Die Steuereinheit 30 enthält einen Prozessor 31 und eine Energiequelle 32.
Der Prozessor 31 ist so ausgebildet, dass er Eingaben eines Fahrers, wie beispielsweise das Vorhandensein einer Hand, neben jeder Sensorschleife 124a-124c erkennt. In einer Ausführung wird ein elektrisches Signal von einer oder mehreren Sensorschaltungen 124a-124c an den Prozessor 31 übermittelt, und der Prozessor 31 bestimmt, ob das Signal eine Eingabe des Fahrers darstellt. Das Signal kann beispielsweise durch kapazitive Abtastung erzeugt werden, und der Prozessor 31 kann das erzeugte Signal mit einer Reihe von Signalen vergleichen, die die Anwesenheit der Hand des Fahrers oder anderer Körperteile des Fahrers darstellt.
Zusätzlich zur Erkennung des Vorhandenseins einer Hand oder anderer Körperteile des Fahrers können die Sensorschaltungen 124a, 124b, 124c und der Prozessor 31 auch so ausgebildet werden, dass sie anhand der von der Sensormatte empfangenen Signale verschiedene Arten von Benutzereingaben in den jeweiligen Sensorzonen erkennen, wie beispielsweise einen Griff, eine Wischbewegung, eine Tippbewegung oder Ähnliches. Durch die Verwendung einer Mehrzonen-Sensormatte mit den in bestimmten Bereichen angeordneten Sensorschleifen kann die Sensormatte beispielsweise so ausgebildet werden, dass sie erkennt, wenn keine, eine oder beide Hände auf dem Lenkrad liegen und/oder wenn ein Knie das Lenkrad berührt. Die Ausführungsformen sind nicht darauf beschränkt, nur einen Menschen, ein anderes Tier oder ein bestimmtes Körperteil zu erfassen, sondern das Substrat 190 verfügt über geeignete Schaltkreise, um jedes leitfähige Objekt zu erfassen, sei es ein statisches, unbelebtes Objekt, das eine elektrische Reaktion in den Schaltkreisen des Substrats hervorruft, oder ein lebendes dynamisches Tier oder ein Mensch.
Zurückbeziehend auf das Beispiel von 7, das diese Offenbarung nicht einschränkt, ist die Energiequelle 32 so ausgebildet, dass sie selektiv einen elektrischen Strom durch eine oder mehrere Leiterschleifen 52a-52c der Heizmatte 6 zur Erwärmung mindestens eines Teils der Außenhaut 20 und ein Spannungssignal durch eine oder mehrere Leiterschleifen 54a-54c (also die Abschirmschaltung 7, 122) zur Abschirmung mindestens eines Teils der Sensorschaltung 8, 124A-C gegen Störungen durch den Lenkradrahmen 12 erzeugt. Der Heizstrom ist größer als ein Abschirmstrom. Beispielsweise beträgt der Heizstrom etwa 4 bis etwa 8 Ampere, was für die Erzeugung von Wärme zur Erwärmung der Außenhaut 20 des Lenkrads ausreicht, und der Abschirmstrom beträgt weniger als etwa 200 Mikroampere, was für die Abschirmung der Sensormatte 8 gegenüber dem Lenkradrahmen 12 ausreicht, gemäß einigen Ausführungen. In bestimmten Ausführungsformen kann der Abschirmstrom beispielsweise zwischen etwa 9 und etwa 11 Mikroampere betragen. In einer bestimmten Ausführung kann der Heizstrom etwa 7 Ampere und der Abschirmstrom etwa 10 Mikroampere betragen. Diese elektrischen Stromwerte können pro Zone oder pro Kanal angegeben werden und werden entsprechend bestimmter Anwendungen in die Steuereinheit 30 eingegeben.
In einer Ausführung (nicht dargestellt) kann die Steuereinheit 30 mindestens einen ersten Schaltkreis und einen zweiten Schaltkreis zwischen der Energiequelle 32 und den Leiterschleifen 52a-52c bzw. 54a-54c enthalten. Der erste Stromkreis empfängt den Heizstrom, der ein einfacher, ohmscher Spannungsstrom ist, um den Bereich in der Nähe der Leiterschleifen 52a-52c zu erwärmen. Der zweite Stromkreis empfängt den Abschirmstrom, bei dem es sich beispielsweise um ein frequenzspezifisches Signal handeln kann, um den Bereich neben den Leiterschleifen 54a-54c abzuschirmen. Das frequenzspezifische Signal des zweiten Schaltkreises ist so ausgebildet, dass es dem für die Sensormatte erzeugten Kapazitätsspannungssignal so nahe wie möglich kommt.
Die Höhe des von der Energiequelle 32 zu erzeugenden Heizstroms, Messspannungspegels oder Abschirmspannungssignals wird gemäß einer Ausführung vom Prozessor 31 gesteuert. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Prozessor 31 beispielsweise so ausgebildet sein, dass er die Energiequelle 32 anweist, den Heizstrom in einer oder mehreren Leiterschleifen 52a-52c zu erzeugen, wenn er eine Eingabe von einer Taste, einem Schalter oder einem anderen geeigneten Eingabemechanismus am Lenkrad oder an einer anderen Stelle des Fahrzeugs erhält. In einer anderen Ausführung kann der Prozessor 31 so ausgebildet sein, dass er den Heizstrom als Reaktion auf den Empfang von Eingaben von einer oder mehreren Sensorschaltungen 124a-124c erzeugt. In einer bestimmten Ausführung kann der Prozessor 31 beispielsweise so ausgebildet sein, dass er die Energiequelle 32 anweist, den Heizstrom für eine bestimmte Leiterschleife (52a-52c) zu erzeugen, die an die bestimmte(n) Sensorschleife(n) 124a-124c angrenzt, die das Vorhandensein der Hand (oder Hände) des Fahrers feststellt. Diese Ausbildung ermöglicht es dem System, Energie zu sparen, indem es nur die Bereiche des Lenkradkranzes beheizt, für die die Anwesenheit der Hand des Fahrers erkannt wird. Wenn der Prozessor 31 beispielsweise das Vorhandensein der Hand des Fahrers in der Nähe des Sensorkreises 124a feststellt, kann der Prozessor 31 den Heizstrom durch die Leiterschleife 52a erzeugen, die sich in der Nähe des Sensorkreises 124a befindet, um den Bereich des Lenkrads unter der Hand des Fahrers zu erwärmen.
In einer anderen Ausführung oder zusätzlich zu der oben beschriebenen Ausführung kann der Prozessor 31 so ausgebildet sein, dass er die Energiequelle 32 anweist, den Heizstrom so lange zu erzeugen, bis das Lenkrad entweder eine voreingestellte Temperatur erreicht oder ein überschreibendes Signal von einem anderen Fahrzeugsystem empfangen wird, das anzeigt, dass die Erkennung in einer oder mehreren Zonen Vorrang vor der Heizung hat. Insbesondere kann der Prozessor 31 ein Temperatursignal von einem oder mehreren Temperatursensoren im Lenkrad empfangen und anhand des Temperatursignals feststellen, ob die voreingestellte Temperatur erreicht wurde. Ein typischer Regelbereich für die Heizung liegt beispielsweise zwischen etwa 30° C und etwa 42° C. Die Temperatur wird typischerweise mit einem oder mehreren Thermistoren erfasst, beispielsweise einem Thermistor mit negativem Temperaturkoeffizienten (NTC), wie es in bestimmten Ausführungen der Fall ist. Der Thermistor liefert eine Rückmeldung an den Prozessor 31, und der Prozessor 31 verwendet die Temperaturrückmeldung, um die Solltemperatur des Lenkrads zu regeln.
Darüber hinaus kann das überschreibende Signal dem Prozessor 31 anzeigen, dass ein anderes System elektrische Ressourcen erhalten soll, die sonst der Heizmatte 6 für die Heizfunktion zugewiesen würden, oder dass die Eingabe von der Sensormatte 8 Vorrang vor der Heizung hat.
In einer anderen Ausführung oder zusätzlich zu der oben beschriebenen Ausführung kann der Prozessor 31 so ausgebildet sein, dass er die Energiequelle 32 anweist, die Erzeugung des Heizstroms und des Abschirmspannungssignals periodisch abzuwechseln, beispielsweise alle etwa 10 bis etwa 50 Millisekunden. In anderen Ausführungsformen kann die Periode zwischen etwa 10 und etwa 100 Millisekunden liegen. Die Häufigkeit des Wechsels kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Prozessors 31, der Außen- oder Innentemperatur oder den Wünschen des Fahrers festgelegt werden. Darüber hinaus kann die Temperaturüberwachung an Bord den Zeitplan beeinflussen, um beispielsweise eine Überhitzung der Steuereinheit selbst zu verhindern. Oder wenn ein bestimmter Fehlerzustand erkannt wird und die Steuereinheit 30 die Behandlung dieses Fehlerzustands priorisieren muss, kann das Timing beeinflusst werden.
In der in 8 dargestellten alternativen Ausführung ist eine erste Energiequelle 62A zur Erzeugung eines Heizstroms für die Heizmatte 6 und eine zweite Energiequelle 62B zur Erzeugung eines Abschirmspannungssignals für die Abschirmschaltung 7 vorgesehen. Die erste 62A und die zweite Energiequelle 62B sind in 8 in zwei separaten Steuereinheiten 60A bzw. 60B dargestellt, können aber auch in einer Steuereinheit 60 enthalten sein, wie in 9 gezeigt. Diese Ausführungen ermöglichen es dem System, eine kontinuierliche Abschirmung und Heizung zu gewährleisten, wenn dies gewünscht wird. Darüber hinaus kann die ECU 60A oder 60 einen ersten Schaltkreis zum Empfang des Heizstroms von der Energiequelle 62A enthalten, der ein einfacher, ohmscher Spannungsstrom ist, um den Bereich neben den Leiterschleifen der Heizmatte 6 zu erwärmen. Und die ECU 60B oder 60 kann einen zweiten Schaltkreis zum Empfang des Abschirmungsspannungssignals von der Energiequelle 62B enthalten, das beispielsweise ein frequenzspezifisches Signal sein kann, um den Bereich neben den Leiterschleifen der Abschirmungsmatte 7 abzuschirmen.
Darüber hinaus können in Sensorschaltungen mit mehreren Zonen die Signale, die von den mit jeder Sensorzone verbundenen Sensorrückleitungen übertragen werden, in den mit benachbarten Zonen verbundenen Sensorschleifen oder Sensorrückleitungen Rauschen erzeugen, wenn die Leitungen zu nahe beieinander liegen. Dieses Rauschen vermindert die Fähigkeit der Sensormatte, die Anwesenheit einer Hand in der Nähe einer oder mehrerer Sensorzonen zu erkennen. Darüber hinaus kann die Überschneidung eines Sensorrückleitungskabels aus einer Zone, das eine andere Zone kreuzt, zu einer unbeabsichtigten Erkennung aus einer anderen Zone führen. Dementsprechend sehen verschiedene hierin beschriebene Ausführungen eine Abschirmung um mindestens einen Teil der Sensorrückführdrähte vor, die neben einer anderen Sensorzone oder einem Sensorrückführdraht angeordnet sein können, um das/die von dem/den Sensorrückführdraht(-drähten) übertragene(n) Signal(e) zu isolieren.
Darüber hinaus können im Fahrzeug biometrische Sensoren angebracht werden, die mit der Handabtastung über das Lenkrad mit nicht-biometrischen Sensoren zusammenarbeiten. Diese biometrischen Sensoren können am Lenkrad oder an einer anderen Stelle des Fahrzeugs angebracht werden. Beispiele für diese biometrischen Sensoren sind die Erkennung der Netzhaut, die Überwachung der Herzfrequenz, die Überwachung des Erregungszustands und die Erkennung des Fahrers (beispielsweise auf einem Fahrzeugsitz).
Wie in 10 dargestellt, steht die ECU 30 in elektronischer Kommunikation mit der Heizmatte 16, der Sensorschaltung 18 und einem oder mehreren anderen Fahrzeugsystemen (nicht dargestellt). Insbesondere erstrecken sich die Sensorrückleitungen 34a-34c zwischen der ECU 30 und jeder Sensorzone und leitende Zuführungsleitungen 36a-36c von der Heizmatte 16 zwischen der ECU 30 und jedem Teil einer Heizmatte, die mit dem Substrat dieser Offenbarung verwendet wird.
11 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Sensorkreis 18, die den Weg jedes der drei Sensorrückleitungen 34a, 34b, 34c zeigt, die sich von ihren jeweiligen Sensorschaltungszonen 124a, 124b, 124c erstrecken. Wie dargestellt, erstreckt sich die Sensorrückleitung 34a über einen Teil der Sensorschaltung 124b, die eine Störquelle für die Sensorschaltung 124b darstellen kann. Um das von den Sensorrückleitungen übertragene Signal voneinander zu isolieren und gleichzeitig eine effiziente Leitungsführung entlang der Sensormatte 18 zu ermöglichen, können eine oder mehrere der Sensorrückleitungen 34a-34c, die sich zwischen der Steuereinheit 30 und den Sensorschleifen 124a-124c erstrecken, eine Abschirmung um mindestens einen Teil der Sensorrückleitung 34a-34c enthalten.
Sofern nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann allgemein verstanden wird. Methoden und Materialien, die den hier beschriebenen ähnlich oder gleichwertig sind, können bei der Durchführung oder Prüfung der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Wie in der Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen verwendet, schließen die Singularformen „ein“, „eine“, „der“, „die“, „das“ Pluralreferenzen ein, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt. Der Begriff „umfassend“ und Variationen davon, wie er hier verwendet wird, wird synonym mit dem Begriff „einschließlich“ und Variationen davon verwendet und ist ein offener, nicht einschränkender Begriff. Es werden zwar Ausführungen für Lenkradhanderkennungssysteme beschrieben, doch wird es für Fachleute offensichtlich sein, dass die Ausführungen nicht darauf beschränkt sind.
Die hier verwendeten Begriffe „ungefähr“, „etwa“, „im Wesentlichen“ und ähnliche Ausdrücke haben eine weit gefasste Bedeutung, die mit dem üblichen und anerkannten Sprachgebrauch von Fachleuten auf dem Gebiet, auf das sich der Gegenstand dieser Offenbarung bezieht, übereinstimmt. Fachleute, die diese Offenbarung lesen, sollten verstehen, dass diese Begriffe dazu dienen, eine Beschreibung bestimmter beschriebener und beanspruchter Merkmale zu ermöglichen, ohne den Umfang dieser Merkmale auf die angegebenen genauen Zahlenbereiche zu beschränken.
Dementsprechend sollten diese Begriffe so ausgelegt werden, dass unwesentliche oder inkonsequente Modifikationen oder Änderungen des beschriebenen und beanspruchten Gegenstands als im Rahmen der Erfindung liegend betrachtet werden, wie sie in den beigefügten Ansprüchen aufgeführt sind.
Es sollte beachtet werden, dass der Begriff „beispielsweise“, wie er hier zur Beschreibung verschiedener Ausführungsformen verwendet wird, darauf hinweisen soll, dass solche Ausführungsformen mögliche Beispiele, Darstellungen und/oder Illustrationen möglicher Ausführungsformen sind (und dass ein solcher Begriff nicht bedeuten soll, dass solche Ausführungsformen notwendigerweise außergewöhnliche oder superlative Beispiele sind).
Die hier verwendeten Begriffe „gekoppelt“, „verbunden“ und dergleichen bedeuten die direkte oder indirekte Verbindung von zwei Elementen miteinander. Eine solche Verbindung kann stationär (beispielsweise dauerhaft) oder beweglich (beispielsweise abnehmbar oder lösbar) sein. Eine solche Verbindung kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Glieder oder die beiden Glieder und etwaige zusätzliche Zwischenglieder einstückig miteinander ausgebildet sind oder dass die beiden Glieder oder die beiden Glieder und etwaige zusätzliche Zwischenglieder aneinander befestigt sind.
Verweise auf die Positionen von Elementen (beispielsweise „oben“, „unten“, „über“, „unter“ und so weiter) dienen lediglich zur Beschreibung der Ausrichtung verschiedener Elemente in den Figuren. Es sollte beachtet werden, dass die Ausrichtung verschiedener Elemente in anderen beispielhaften Ausführungsformen unterschiedlich sein kann und dass solche Variationen von der vorliegenden Offenbarung umfasst werden sollen.
Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass der Aufbau und die Anordnung des Sensorsystems für ein Lenkrad, wie sie in den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen gezeigt werden, nur illustrativ sind. Obwohl in dieser Offenbarung nur einige wenige Ausführungsformen im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute, die diese Offenbarung lesen, leicht erkennen, dass viele Modifikationen möglich sind (beispielsweise Variationen in Größen, Abmessungen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, Werte von Parametern, Montage- oder Schichtanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Ausrichtungen oder Ähnliches), ohne wesentlich von den neuen Lehren und Vorteilen des hier beschriebenen Gegenstands abzuweichen. Beispielsweise können Elemente, die als einteilig dargestellt sind, aus mehreren Teilen oder Elementen zusammengesetzt sein, die Position von Elementen kann umgekehrt oder auf andere Weise variiert werden, und die Art oder Anzahl einzelner Elemente oder Positionen kann geändert oder variiert werden. Die Reihenfolge oder Abfolge von Prozess- oder Verfahrensschritten kann gemäß alternativen Ausführungsformen variiert oder neu angeordnet werden. Andere Substitutionen, Modifikationen, Änderungen und Auslassungen können auch in der Konstruktion, den Betriebsbedingungen und der Anordnung der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Ausführungsformen abzuweichen.
In den Abbildungen wird eine beispielhafte Computerumgebung verwendet, in der beispielhafte Ausführungsformen und Aspekte implementiert werden können. Die Computerumgebung ist nur ein Beispiel für eine geeignete Computerumgebung und soll keine Einschränkung des Nutzungs- oder Funktionsumfangs darstellen.
Es können zahlreiche andere allgemeine oder spezielle Computerumgebungen oder Ausbildungen verwendet werden. Beispiele für bekannte Datenverarbeitungsgeräte, -umgebungen und/oderkonfigurationen, die sich zur Verwendung eignen, sind unter anderem Personal Computer, Servercomputer, Handheld- oder Laptop-Geräte, Multiprozessorsysteme, mikroprozessorbasierte Systeme, Netzwerk-Personal Computer (PC), Minicomputer, Großrechner, eingebettete Systeme, verteilte Datenverarbeitungsumgebungen, die eines der oben genannten Systeme oder Geräte umfassen, und Ähnliches.
Es können computerausführbare Anweisungen, wie beispielsweise Programmmodule, verwendet werden, die von einem Computer ausgeführt werden. Zu den Programmmodulen gehören im Allgemeinen Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen oder Ähnliches, die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte abstrakte Datentypen implementieren. Verteilte Rechenumgebungen können verwendet werden, wenn Aufgaben von entfernten Verarbeitungsgeräten ausgeführt werden, die über ein Kommunikationsnetz oder ein anderes Datenübertragungsmedium verbunden sind. In einer verteilten Datenverarbeitungsumgebung können sich Programmmodule und andere Daten sowohl in lokalen als auch in entfernten Computerspeichermedien, einschließlich Speichergeräten, befinden.
In seiner grundlegendsten Ausbildung umfasst ein Computer normalerweise mindestens eine Verarbeitungseinheit und einen Speicher. Je nach der genauen Ausbildung und dem Typ des Computergeräts kann der Speicher flüchtig (zum Beispiel Direktzugriffsspeicher (RAM)), nichtflüchtig (zum Beispiel Festwertspeicher (ROM), Flash-Speicher und so weiter) oder eine Kombination aus beidem sein.
Datenverarbeitungsgeräte können zusätzliche Merkmale/Funktionalitäten aufweisen. So kann ein Computer beispielsweise zusätzlichen (entnehmbaren und/oder nicht entnehmbaren) Speicher enthalten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf magnetische oder optische Festplatten oder Bänder. Ein solcher zusätzlicher Speicher ist in 2 als Wechselspeicher und nicht entfernbarer Speicher dargestellt.
Ein Computergerät enthält in der Regel eine Vielzahl von computerlesbaren Medien. Computerlesbare Medien können alle verfügbaren Medien sein, auf die das Gerät zugreifen kann, und umfassen sowohl flüchtige als auch nicht-flüchtige Medien, entfernbare und nicht entfernbare Medien.
Zu den Computerspeichermedien gehören flüchtige und nicht flüchtige sowie entfernbare und nicht entfernbare Medien, die in einem beliebigen Verfahren oder einer beliebigen Technologie zur Speicherung von Informationen wie computerlesbaren Anweisungen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten eingesetzt werden. Speicher, entnehmbare und nicht entnehmbare Speicher sind Beispiele für Computerspeichermedien. Zu den Computerspeichermedien gehören unter anderem RAM, ROM, elektrisch löschbare Festwertspeicher (EEPROM), Flash-Speicher oder andere Speichertechnologien, CD-ROM, Digital Versatile Disks (DVD) oder andere optische Speicher, Magnetkassetten, Magnetbänder, Magnetplattenspeicher oder andere magnetische Speichervorrichtungen oder jedes andere Medium, das zur Speicherung der gewünschten Informationen verwendet werden kann und auf das ein Computer zugreifen kann. Jedes dieser Computerspeichermedien kann Teil der Rechnereinrichtung sein.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 200 kann Kommunikationsverbindungen enthalten, die es der Vorrichtung ermöglichen, mit anderen Vorrichtungen zu kommunizieren. Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann auch Eingabegeräte wie eine Tastatur, eine Maus, einen Stift, ein Spracheingabegerät, ein Berührungseingabegerät oder Ähnliches enthalten. Auch ein oder mehrere Ausgabegeräte wie ein Bildschirm, Lautsprecher, Drucker und so weiter können vorhanden sein. Alle diese Geräte sind in der Technik wohlbekannt und müssen hier nicht ausführlich erörtert werden.
Es versteht sich von selbst, dass die verschiedenen hier beschriebenen Techniken in Verbindung mit Hardwarekomponenten oder Softwarekomponenten oder gegebenenfalls mit einer Kombination aus beidem implementiert werden können. Zu den beispielhaften Arten von Hardwarekomponenten, die verwendet werden können, gehören feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), anwendungsspezifische Standardprodukte (ASSPs), System-on-a-Chip-Systeme (SOCs), komplexe programmierbare Logikbausteine (CPLDs), und so weiter. Die Verfahren und Vorrichtungen des gegenwärtig offenbarten Gegenstands oder bestimmte Aspekte oder Teile davon können die Form von Programmcode (das heißt Anweisungen) annehmen, die in greifbaren Medien wie CD-ROMs, Festplatten oder anderen maschinenlesbaren Speichermedien verkörpert sind, wobei die Maschine, wenn der Programmcode in eine Maschine, wie zum Beispiel einen Computer, geladen und von dieser ausgeführt wird, zu einer Vorrichtung zum Ausführen des gegenwärtig offenbarten Gegenstands wird.
12 zeigt ein Beispiel für eine Computerumgebung, in der die oben beschriebene elektronische Steuereinheit arbeitet. Im Allgemeinen verarbeitet die ECU 30, die dazu bestimmt ist, die oben beschriebenen Sensor- und Abschirmvorgänge zu steuern, Signale, seien es Stromsignale oder Datensignale, die von der Abschirmschaltung 7, der Sensorschaltung 8 und einer Heizmatte 6 empfangen und/oder ihnen zugeführt werden. Mit dem entsprechenden Prozessor 202 und dem Speicher 204 kann die ECU 30 mit computerimplementierter Software ausgebildet werden, um sicherzustellen, dass die Schaltungen in den gesamten Abschirm-, Sensor- und Heizsystemen dieser Offenbarung für die oben beschriebenen Zwecke arbeiten. In gewissem Sinne kann die Steuereinheit 30 lokal auf das Substrat 190 dieser Offenbarung ausgerichtet sein und in bestimmten, nicht einschränkenden Ausführungsformen eine etwas grundlegende Ausbildung 206 enthalten, die nur auf die Steuerung der Sensor-, Abschirm- und Heizkreise in einer Substratinstallation zugeschnitten ist. Diese lokale Steuereinheit 30 kann auch an ein globaleres Fahrzeugsteuersystem angeschlossen sein, das eine Vielzahl von Fahrzeugsystemen und Zubehör mit leistungsfähigeren Hardwarekonfigurationen implementiert und allgemein als computerisierte Datenverarbeitungsvorrichtung 200 des Fahrzeugs bezeichnet wird. Es ist erwähnenswert, dass eine fahrzeugweite Datenverarbeitungsvorrichtung 200 wahrscheinlich Systemspeicher und Prozessoren umfasst, aber auch anspruchsvollere Arten von Speichergeräten 208, 210, mehrere Eingangs-/Ausgangs-Verbindungen 212, 214 und eine Netzwerkschnittstellensteuerung 216 für diverse Datenkommunikationen im gesamten Fahrzeug einschließt. In dieser Hinsicht werden die verschiedenen Komponenten der hier für die Sensortechnik verwendeten computergestützten Systeme so ausgewählt, dass sie Daten oder sogar Stromsignale zwischen Quellvorrichtungen und Empfängervorrichtungen gemäß verschiedenen, auf die jeweilige Verwendung zugeschnittenen Ausführungen übertragen. Insbesondere können die Ausführungsformen dieser Offenbarung jede Art von Computeroperationen verwenden, die zu einer Netzwerkverbindung fähig sind, einschließlich Zubehör wie Mensch-Maschine-Schnittstellensysteme (zum Beispiel Touchpad(s), berührungsempfindliche Bereiche auf einem Display und/oder Schalter zur Verbindung mit einer oder mehreren Komponenten in einem Datenkommunikationsnetzwerk, das die Insassenerfassung und die entsprechende Benutzerkommunikation handhabt).
Obwohl sich beispielhafte Ausführungen auf die Verwendung von Aspekten des gegenwärtig offenbarten Gegenstands im Zusammenhang mit einem oder mehreren eigenständigen Computersystemen beziehen können, ist der Gegenstand nicht so beschränkt, sondern kann vielmehr in Verbindung mit einer beliebigen Computerumgebung, wie beispielsweise einem Netzwerk oder einer verteilten Computerumgebung, implementiert werden. Darüber hinaus können Aspekte des vorliegenden Gegenstands in oder über eine Vielzahl von Verarbeitungschips oder Geräten implementiert werden, und die Speicherung kann ebenfalls über eine Vielzahl von Geräten erfolgen.
Obwohl der Gegenstand in einer Sprache beschrieben wurde, die sich auf strukturelle Merkmale und/oder methodische Handlungen bezieht, ist es zu verstehen, dass der in den beigefügten Ansprüchen definierte Gegenstand nicht notwendigerweise auf die oben beschriebenen spezifischen Merkmale oder Handlungen beschränkt ist. Vielmehr werden die oben beschriebenen spezifischen Merkmale und Handlungen als beispielhafte Formen der Umsetzung der Ansprüche offengelegt.

Claims

Substrat, umfassend: eine nicht leitende Schicht mit einer ersten und einer zweiten Seite; jeweilige Leiterbahnen, die auf der ersten und der zweiten Seite anhaften, wobei die Schicht und die Leiterbahnen jeweils flexible Zusammensetzungen mit gemeinsamer Elastizität umfassen, um sich in Verbindung miteinander zu dehnen und zusammenzuziehen, wobei die Elastizität die strukturelle Durchgängigkeit der leitenden Leiterbahnen bei Vorhandensein von Verformungskräften auf die Schicht aufrechterhält.
Substrat nach Anspruch 1, wobei die Schicht und die Leiterbahnen so ausgebildet sind, dass sie Verformungskräften widerstehen, die eine Abmessung der Schicht in jeder Richtung um einen Betrag zwischen 2 % und 10 % dehnen.
Substrat nach Anspruch 1, wobei die Leiterbahnen eine erste Struktur auf der ersten Seite und eine zweite Struktur auf der zweiten Seite bilden, wobei die Schicht eine elastische Gedächtnisschicht mit einer Schichtbreitenabmessung und einer Schichtlängenabmessung umfasst; wobei sowohl die erste als auch die zweite Struktur eine entsprechende Breitenabmessung der Struktur und eine entsprechende Längenabmessung der Struktur umfassen; und wobei sich die Breitenabmessung der Schicht und die jeweiligen Breitenabmessungen der Struktur bei Vorhandensein der Verformungskräfte gleichzeitig um einen Betrag von 2 % bis 10 % dehnen und zusammenziehen.
Substrat nach Anspruch 3, bei dem sich das Längenmaß der Schicht und die jeweiligen Längenmaße der Struktur bei Vorhandensein der Verformungskräfte gleichzeitig um einen Betrag von 2 % bis 10 % dehnen und zusammenziehen.
Substrat nach Anspruch 1, wobei die Verformungskräfte mindestens eine der folgenden Kräfte umfassen: Zugkräfte, Druckkräfte, Scherkräfte und Kombinationen davon.
Substrat nach Anspruch 1, wobei die Leiterbahnen eine verfestigte, abgeleitete Struktur aus einer flüssigen und druckbaren Zusammensetzung umfassen.
Substrat nach Anspruch 6, wobei die fluidische und druckbare Zusammensetzung eine leitfähige Tinte ist.
Substrat nach Anspruch 6, wobei die verfestigte, abgeleitete Struktur eine dehnbare, leitfähige Tinte ist.
Substrat nach Anspruch 1, wobei die nichtleitende Schicht eine Folie umfasst.
Substrat nach Anspruch 1, wobei die nichtleitende Schicht eine Kunststofffolie umfasst.
Substrat nach Anspruch 10, wobei die Kunststofffolie aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus PET, PEN, PI und Kombinationen davon besteht.
Substrat nach Anspruch 10, wobei die Kunststofffolie eine thermoplastische Polyurethanfolie umfasst.
Substrat nach Anspruch 10, wobei die Kunststofffolie undurchlässig für eine leitfähige Tinte ist, die zur Bildung der Leiterbahnen verwendet wird.
Substrat nach Anspruch 1, wobei die nichtleitende Schicht ein Gewebe ist.
Substrat nach Anspruch 14, wobei das Gewebe mindestens eines der folgenden Elemente umfasst: gewebte Stoffe, nicht gewebte Stoffe und Kombinationen davon.
Substrat nach Anspruch 14, wobei das Gewebe eine Oberflächenbeschaffenheit aufweist, die einen Siebdruck ermöglicht.
Substrat nach Anspruch 16, wobei die Oberflächenbeschaffenheit resistent gegen die Absorption einer leitfähigen Tinte durch das Gewebe ist, die zur Bildung der jeweiligen Leiterbahnen verwendet wird.
Substrat, umfassend: ein nicht leitendes Grundmaterial mit einer ersten und einer zweiten Seite, jeweilige Leiterbahnen, die auf der ersten und der zweiten Seite anhaften, wobei das Grundmaterial und die Leiterbahnen jeweils flexible Zusammensetzungen mit einer gemeinsamen Elastizität umfassen, die es dem Grundmaterial und den Leiterbahnen ermöglicht, sich in Verbindung miteinander zu dehnen und zusammenzuziehen und die elektrische Durchgängigkeit der Leiterbahnen bei Vorhandensein von Verformungskräften auf das Substrat aufrechtzuerhalten; eine erste Kohlenstoffpolymerschicht, die mit der ersten Seite des Substrats verbunden ist; und eine zweite Kohlenstoffpolymerschicht, die mit der zweiten Seite des Substrats verbunden ist.
Substrat nach Anspruch 18, wobei die jeweiligen Leiterbahnen eine erste Silberpolymer-Leiterbahn auf der ersten Seite und eine zweite Silberpolymer-Leiterbahn auf der zweiten Seite umfassen.
Substrat, umfassend: ein nicht leitendes Grundmaterial mit einer ersten und einer zweiten Seite; jeweilige Leiterbahnen, die jeweilige Strukturen definieren, die auf der ersten Seite und der zweiten Seite anhaften, wobei die Strukturen eine Vielzahl von redundanten elektrisch leitenden Bahnen über Bereiche der Strukturen definieren; wobei das Grundmaterial und die Leiterbahnen jeweils flexible Zusammensetzungen mit einer gemeinsamen Elastizität umfassen, die es dem Grundmaterial und den Leiterbahnen ermöglicht, sich in Verbindung miteinander zu dehnen und zusammenzuziehen und die elektrische Durchgängigkeit der Leiterbahnen bei Vorhandensein von Verformungskräften auf das Substrat aufrechtzuerhalten; eine erste Kohlenstoffpolymerschicht, die mit der ersten Seite des Substrats verbunden ist; und eine zweite Kohlenstoffpolymerschicht, die mit der zweiten Seite des Substrats verbunden ist, wobei sich die Kohlenstoffpolymerschichten über und zwischen den Leiterbahnen erstrecken, um eine zusätzliche Redundanz der elektrischen Leitfähigkeit zu erreichen.
Verfahren zur Herstellung eines doppelseitigen kapazitiven Sensors, wobei das Verfahren umfasst: Aufbringen von jeweiligen Referenzpunkten auf eine erste und eine zweite Seite eines flexiblen Gewebes, um einen Druckprozess zu steuern; Drucken einer ersten Leiterbahn einer ersten Struktur auf die erste Seite des flexiblen Gewebes; und Drucken einer zweiten Leiterbahn einer zweiten Struktur auf die zweite Seite des flexiblen Gewebes, wobei das Drucken entsprechend einer Platzierung der Referenzpunkte abgeschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Referenzpunkte Siebdruck-Referenzpunkte sind und der Druck ein Siebdruck mit einer leitfähigen Tinte ist.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei vor dem Drucken der zweiten Leiterbahn mindestens einer der jeweiligen Referenzpunkte auf die zweite Seite aufgebracht und die zweite Leiterbahn im Siebdruckverfahren gedruckt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem vor dem Aufbringen des mindestens einen der jeweiligen Referenzpunkte die erste Leiterbahn getrocknet und das flexible Gewebe gewendet wird, um die zweite Seite zu bedrucken.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die jeweiligen Referenzpunkte die zweite Leiterbahn als eine Vielzahl von Zonen definieren.
Verfahren nach Anspruch 21, ferner umfassend das Aufbringen eines Kohlenstoffpolymers auf mindestens eine Seite des flexiblen Gewebes.