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技术方案

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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：基层衬底，其被配置成安装在方向盘框架轮缘的至少一部分周围；一个或多个感测回路，其用导电油墨印刷在所述基层衬底的一个或多个区域附近；以及绝缘材料，其覆盖所述一个或多个感测回路中的每个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.02 US 62/006,3121.一种传感器垫，其被配置成设置在方向盘框架周围，所述传感器垫包括：基层衬底，其被配置成安装在方向盘框架轮缘的至少一部分周围；一个或多个感测回路，其用导电油墨印刷在所述基层衬底的一个或多个区域附近；以及绝缘材料，其覆盖所述一个或多个感测回路中的每个。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约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约20％。13.根据权利要求11或12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.根据上述权利要求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约60微米至约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：基层衬底，其被配置成安装在方向盘框架轮缘的至少一部分周围，一个或多个感测回路，其用导电油墨印刷在所述基层衬底的一个或多个区域附近，以及绝缘材料，其覆盖所述一个或多个感测回路中的每个；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·斯塔扎克，D·凡特泽夫德，J·利斯曼，
申请(专利权)人：TK控股公司，
类型：发明
国别省市：美国;US