壓力響應式b面座椅佔用傳感器單元的製作方法

2023-05-04 09:38:11

壓力響應式b面座椅佔用傳感器單元的製作方法
【專利摘要】一種壓力響應式B面座椅佔用傳感器單元，用於檢測座椅的佔用狀態，包括布置在基板上的壓力傳感器。該壓力傳感器包括：印刷電路板，其具有第一表面和第二表面，所述第一表面具有至少兩個電極，PCB利用所述第二表面布置在所述基板上；和膜片元件，其與所述電極布置成面對的關係並且與所述電極間隔開，以便能在壓力下偏轉，並在所述電極之間建立電接觸。所述基板包括一個或多個固定元件，所述基板能夠經由所述一個或多個固定元件固定到所述座椅的結構框架、座墊和/或一個或多個座墊支撐彈簧上。
【專利說明】壓力響應式B面座椅佔用傳感器單元
【技術領域】
[0001]本發明總的來說涉及感測可佔用物品例如特別是車輛座椅的佔用狀態。具體地說，本發明涉及一種壓力響應式座椅佔用傳感器，其可以布置在車輛座椅的B面，即座墊和座墊支撐結構(椅盤或彈簧)之間。
【背景技術】
[0002]座椅佔用傳感器當今廣泛用在自動車輛中，以便為諸如座椅安全帶提醒裝置、輔助約束系統(安全氣囊)等各種儀器提供座椅佔用信號。座椅佔用傳感器存在一些變型，例如，基於電容感測、變形感測或壓力(力感測)。壓敏型座椅佔用傳感器通常布置在座墊的泡沫體和座椅罩之間。
[0003]消費者對車輛的定製和個性化的可能性是現代汽車的關鍵銷售因素。這導致為一個汽車模型提供許多不同變型的汽車內飾。隨著越來越多的可用選項，關於技術設備在車輛中的執行出現了嚴格限制。利用布置在座墊的泡沫體和座椅罩之間的座椅佔用傳感器，每種座椅設計(皮革，布料，運動，舒適，...)要求對乘員檢測系統進行特殊開發工作。這導致開發成本高，因此對汽車行業是沒有吸引力的解決方案。因此，要解決的問題在於找到一種受座椅設計的影響較少因而可用於更多種類的汽車座椅或者甚至汽車平臺的傳感器解決方案。
[0004]文獻DE 197 52 976 Al公開了一種呈薄膜型壓力傳感器的形狀的車輛座椅佔用傳感器。該壓力傳感器包括:第一承載膜、間隔件和第二承載膜，它們以夾層結構的方式設置在彼此上。接觸元件布置在承載膜的內表面上。間隔件中的開口允許當壓力施加在傳感器上時各接觸元件彼此相接觸。壓力傳感器布置在車輛座椅的泡沫墊的底側上的空腔內。壓力傳感器由關閉空腔並擱置在椅盤上的泡沫塊支撐。
[0005]文獻DE 20 2010 003 563 Ul公開了一種壓力傳感器單元，其包括構造為薄膜型傳感器的壓力傳感器。該壓力傳感器包括兩個薄膜，這兩個薄膜由布置在它們之間的間隔材料保持在一定距離處。該壓力傳感器設置在可壓縮的中間層上，該可壓縮的中間層又布置在基板上。
[0006]然而，DE 197 52 976 Al和DE20 2010 003 563 Ul中的壓力傳感器單元具有在高溫(高達85°C )下薄膜型壓力傳感器通常變得更靈敏和當經受低溫(低至_40°C )時較不靈敏的缺點。由於溫度應優選對傳感器活動無影響，所以適合於用在布置於B面上的傳感器中的薄膜型壓力傳感器的設計是複雜的。

【發明內容】

[0007]技術問題
[0008]本發明的目的在於提供一種改進的壓力響應式B面座椅佔用傳感器單元。該目的是利用權利要求1所述的本發明來實現的。
[0009]本發明的總體描述[0010]根據本發明，一種壓力響應式B面座椅佔用傳感器單元，用於檢測座椅特別是車輛座椅的佔用狀態，包括布置在基板上的壓力傳感器。該壓力傳感器包括:印刷電路板(PCB),其具有第一表面和第二表面,所述第一表面具有至少兩個電極,PCB利用所述第二表面布置在所述基板上；和膜片元件，其與所述至少兩個電極布置成面對的關係並且與所述至少兩個電極間隔開，以便能在壓力下偏轉，並在所述至少兩個電極之間建立電接觸。所述基板包括一個或多個固定元件，所述基板能夠經由所述一個或多個固定元件固定到所述座椅的結構框架、座墊和/或一個或多個座墊支撐彈簧上。
[0011]因而，所述座椅佔用傳感器單元構造成結合在座墊泡沫的B面上。將理解，該環境很少或不受可以由用戶容易地感知的座椅部件(例如乘員可以坐的A面)的設計的影響。對於特定的車型，B面通常被定義僅僅一次，即在座椅框架設計的時刻。作為汽車的被動安全概念的一部分的框架在車輛的被動安全概念已被定義之後將不會被改變。由於這發生在車型開發的早期階段，所以座椅佔用傳感器單元的供應商在必要時獲取更多的時間來進行調
M
iF.0
[0012]有利地，所述壓力傳感器被構造用於可靠地測量例如在IOOmbar範圍內優選在20mbar範圍內的低壓。座椅泡沫基本上均勻地分布由座墊支撐椅盤或彈簧上的乘員引起的力來確保其乘坐舒適，從而導致B面上的傳感器位置處的壓力低。將進一步理解，由於其結構，可以使壓力傳感器對環境變化(如溫度和溼度的變化)相對不敏感，從而它可以可靠地測量所涉及的低壓。據估計，可以使在整個汽車溫度範圍(_40°C至+85°C)上的激活壓力的總變化小至室溫(20°C)下激活壓力的約20%，這明顯小於當前利用薄膜型壓力傳感器能夠實現的激活壓力的變化。座椅佔用傳感器單元優選構造成使得坐在座椅上的5%的女性導致座椅被檢測為被佔用，而其上布置有更輕物體的座椅被檢測為空。
[0013]座椅佔用傳感器單元優選構造成足夠小，以便對乘員的乘坐舒適感沒有負面影響並且不影響(移動)汽車的H點。
[0014]所述壓力傳感器優選地包括一個或多個間隔元件，所述一個或多個間隔元件布置在所述印刷電路板和所述膜片之間，從而將所述印刷電路板和所述膜片元件附連到彼此上。所述一個或多個間隔元件優選包括具有所需厚度的電絕緣膜。電絕緣薄膜可以是雙面膠。膜片、一個或多個間隔元件和PCB可以利用機械裝置諸如夾子、夾具、鉚釘、螺釘等附連到彼此上。
[0015]作為對將膜片附連到PCB上的間隔元件的選擇，基板可包括設置在PCB周圍的升高的邊界，膜片可固定到該升高的邊界上。
[0016]所述一個或多個間隔元件優選地基本上不可壓縮(B卩，在乘員引起的典型壓力下不顯著屈服)。然而，本發明的變型可以使用可壓縮的間隔元件；在這種情況下，由於膜片的彎曲和可壓縮間隔元件的屈服的組合將引起壓力傳感器的激活。
[0017]根據座椅佔用傳感器單元的優選實施例，膜片包括(作為一部分地包括或由其組成)金屬箔片。選擇金屬箔片的厚度和設計，以便獲得所需的激活壓力。膜片還可以包括塑料膜(例如由PET，PEN, PI, PEEK等製成)，該塑料膜在其面向PCB上的電極的側承載導電層。這種導電層可以是附連到塑料膜上的印刷導電面或金屬箔片。
[0018]當膜片與PCB的至少兩個電極接觸時，電極之間經由膜片建立電流路徑，並且電極之間的電阻從高值(斷路電阻值或完整性檢查電阻值)向低值(例如，< 100Ω)下降。可以利用附連到座椅佔用傳感器單元的控制和評估電路(例如ASIC)檢測電阻下降(作為電阻、電流或電壓的變化)。優選地，所述至少兩個電極相互叉指式地布置。
[0019]根據座椅佔用傳感器單元的優選實施例，PCB在第二表面上包括利用貫通電連接(豎直互連通道:VIA)與所述至少兩個電極的一個或多個電接觸的電連接元件。
[0020]優選地，所述至少兩個電極經由布置在PCB的第二表面上的至少一個完整性檢查部件(例如電阻器或二極體)互連。電極的利用這種完整性檢查部件的互連具有可檢測電路中斷的優點。
[0021]基板優選地包括用於容納所述印刷電路板的第二表面上的電氣部件(例如完整性檢查部件或焊墊，連接線纜利用其連接到所述電極)的一個或多個間隙(凹槽或開口)。
[0022]基板還優選地包括將印刷電路板保持在其正確位置的定位元件。
[0023]線纜引導件可以設置在基板上用於將連接線纜引導到印刷電路板，和選擇性地夾持連接線纜，由此線纜上的任何張力可以由基板接收而不直接傳送到焊墊。
[0024]座椅佔用傳感器單元優選地構造成使得其可以不用任何額外的安裝設備就附連到座椅的B面。因此，夾型附連是優選的。優選地，所述一個或多個固定元件的至少一個包括用於緊固件(夾子、夾具、鉚釘等)的孔眼。作為選擇，緊固件也可以與基板一體地形成。
[0025]根據本發明的優選實施例，所述一個或多個固定元件的至少一個包括構造成用於卡扣座椅的座墊支撐彈簧的緊固件。根據本發明的另一優選實施例，所述固定元件的至少一個可以構造成用於將基板固定到座椅的泡沫上。這些不同實施例的緊固件也可組合在單一座椅佔用傳感器單兀上。
[0026]優選地，所述座椅佔用傳感器單元包括布置在所述膜片的頂部上的氈層。
[0027]本發明的優選方面涉及一種汽車座椅，其包括:結構框架；座墊,其能夠由座椅乘員佔用；座墊支撐彈簧結構和椅盤的至少一個；以及如本文描述的座椅佔用傳感器單元，所述座椅佔用傳感器單元布置在所述座墊與所述座墊支撐彈簧結構和椅盤的至少一個之間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]現在將參考附圖通過實例描述本發明的優選實施例，其中:
[0029]圖1是包括壓力傳感器和基板的座椅佔用傳感器單元的立體分解圖；
[0030]圖2是圖1的座椅佔用傳感器單元的壓力傳感器的不同層的示意圖；
[0031]圖3是圖1的座椅佔用傳感器單元的壓力傳感器的基板的頂側的透視圖；
[0032]圖4是圖1的座椅佔用傳感器單元的壓力傳感器的基板的底側的透視圖；
[0033]圖5是座椅佔用傳感器單兀的不意性電路圖；
[0034]圖6是圖4的基板的變型固定到座椅的座墊支撐彈簧的透視圖；
[0035]圖7與圖6對應，其中省去了將座墊支撐彈簧互連的帶狀物；
[0036]圖8是包括壓力響應式B面座椅佔用傳感器單元的汽車座椅的示意性縱向剖視圖。
【具體實施方式】
[0037]圖1至5示出了包括壓力傳感器12和基板14的座椅佔用傳感器單元10的優選實施例。該壓力傳感器包括雙層印刷電路板16 (例如FR4PCB，但是可以使用其它材料)、間隔件18和由金屬箔片20形成的膜片。間隔件18夾在PCB16和金屬箔片20之間，以便將金屬箔片20保持在與PCB16的上表面22有一定的距離處。PCB16利用其下表面24擱置在基板14上。
[0038]如圖2中最佳顯示，PCB16在其上表面22上包括兩個相互交叉指型的電極26、28或26』、28』。在所示變型中，電極指具有0.15mm的寬度，並以0.15mm的間隙分開。指狀結構能夠修正間隔件的定位誤差。如果在座椅佔用感測單元10的組裝過程中，間隔件布置得稍微偏離其理論位置，則壓力傳感器的激活壓力不顯著變化。與圖2所示構造不同的其它構造(形狀設計和定向)是可以的。在底面24上，PCB包括焊墊30，焊墊30用於將電極26、28或26』、28』連接到用於將電極與控制和評估電路34 (例如，ASIC)相連的連接線纜32(圖5)。其它焊墊36設置在底面上，用於將電極26、28或26』、28』與例如電阻器38或二極體40 (圖5)的完整性檢查部件互連。完整性檢查部件因而直接焊接在PCB上，這使得其集成非常容易。(這不是利用薄膜型壓力傳感器的情形，在薄膜型壓力傳感器中，完整性檢查部件通常成型在必須單獨集成到座椅中的熱熔塊中。)電極26、28或26』、28』利用VIA42電連接到相應的焊墊30、36。
[0039]控制和評估電路34試圖驅動電流通過電極26、28或26』、28』。當座椅無負載(不被佔用)時，電極26、28或26』、28』經由僅僅電阻器38和/或二極體40互連。當座椅被佔用時，座墊的泡沫在金屬箔片20上施加壓力，金屬箔片20向下彎曲通過間隔件18中的開口 42，並最終與電極26、28或26』、28』相接觸。結果，當足夠的壓力施加在座墊上時，電極26、28或26』、28』之間的電阻顯著下降(即，遠低於電阻器38或二極體40的電阻)。因而，如圖5所表示的一樣，金屬箔片20起著壓力激活開關的作用。控制和評估電路34在其信號輸出端46上輸出表不座椅是否被佔用的信號。
[0040]間隔件18中的開 口 42可以具有各種形狀，如圖2所示。其它形狀當然是可能的。開口 42的特定設計決定了金屬箔片20和PCB16在哪裡接觸。在所示設計中，具有三個連通的接觸單元，但可以根據期望激活壓力再次選擇單元的數量。
[0041]在所示實施例中，間隔件18由雙面膠(例如，塗有丙烯酸酯粘合劑的PET膜)形成。間隔件18的高度(厚度)決定了為了建立接觸金屬箔片20必須偏轉多少。因此，以使得達到壓力傳感器12的期望壓力閾值(激活壓力)的方式來選擇間隔件18的高度與金屬箔片20的厚度。例如，金屬箔片20可以由50μπι厚的鋼、銅或黃銅箔片製成。金屬箔片20具有與PCB16基本相同的尺寸(例如如所示實例中的40mmX70mm)。
[0042]可以理解的是，PCB和金屬箔片具有較小的溫度係數(10 X IO-f^ZOXlO-6K-1X因此，壓力傳感器12的任何殘留溫度依賴特性(溫度引起的激活壓力的變化)主要是由於間隔件18的粘合劑引起的。有利地，間隔件18因而被選擇為具有少量的膠。作為代替，可以使用不具有任何膠的間隔件。在這種情況下，PCB、間隔件和膜片優選地利用機械固定件，諸如夾具、鉚釘、螺釘或其它緊固件被保持在一起。
[0043]以如下方式構造座椅佔用傳感器單元10，使得當座椅佔用傳感器單元10布置在汽車座椅的B面，即在座墊的泡沫和椅盤或座墊支撐彈簧之間時，座椅佔用傳感器單元10具有以下特徵:
[0044]ο當5 %的女性坐在座椅上時，無論環境溫度可以是在從-40 V到85 °C的範圍內的任何數值，連接線纜的導線之間的電阻都從無窮大(或完整性檢查部件的電阻值)下降到小於100 Ω的電阻。
[0045]O當更輕的物體(如筆記本電腦或手袋)設置在座椅上時，可以檢測到在從_40°C至85°C之間的溫度範圍內連接線纜的導線之間無電阻變化(電阻保持無窮大或完整性檢查電阻值)。
[0046]間隔件18中的開口 42經由延伸穿過間隔件18並穿過PCB的通風孔44流體連接到外部。由於通風孔44，壓力傳感器的內部和外部的空氣壓力相同，因此對測量沒有影響。此外，可以通過將負壓測試儀連接到通風孔44的出口並施加真空來容易地測試壓力傳感器12的激活壓力。本領域技術人員將會理解，沒有必要給金屬箔片20打孔來提供通風孔。
[0047]如圖3最佳示出地，基板(優選由塑料製成)包括其上應用壓力傳感器12的大致平坦的表面48。表面48具有凹槽50，52，其設置成容納PCB16的底面24上的部件，特別是焊墊30、36和完整性檢查部件。基板14上設置有升高的邊界56來作為壓力傳感器12的橫向保護。通過從基板14的頂表面48凸出並與壓力傳感器12上的對應定位孔60相配合的定位銷58來確定壓力傳感器12的正確位置。
[0048]線纜引導件54與基板14 一體地形成，用於將連接線纜32引導到PCB16的底面24。該線纜引導件構造成夾持連接線纜32，由此線纜上的任何張力可以由基板14接收而不直接傳送到焊墊30。
[0049]基板14還包括翼構件62，其與基板14的主體一體地形成並且包括用於將座椅佔用傳感器單元10附連到車輛座椅上的第一組固定元件。所述第一組固定元件包括位於翼構件62的末端處的孔眼64。由於這些孔眼，可以利用適當的緊固件(未示出)將座椅佔用傳感器單元10容易地連接到椅盤、座墊支撐彈簧、將座墊支撐彈簧互連的帶狀物70 (參見圖6)或泡沫墊上。翼構件62比基板14的主體薄並因此比主體的剛性小。當座椅有負載時，翼構件可能因此彎曲。
[0050]第二組固定元件66布置在基板14的底側，如圖5，6和7所示。楔形固定件66從基板14的底面突出。它們彼此相對地成對布置，從而形成剛好寬到足以在其中接納座椅的座墊支撐彈簧68 (參見圖6和圖7)的空隙。固定元件66從而將座椅佔用傳感器單元10固定在彈黃68上。
[0051]圖8是包括座椅佔用傳感器單元10的汽車座椅72的示意圖。汽車座椅72包括結構框架74，其支撐裝飾元件(座墊和裝飾件)。汽車座椅72的座墊76擱置在捕獲於結構框架74的相對部件之間的座墊支撐彈簧68上。座椅佔用傳感器單元10夾在彈簧68和座墊76的下側(B面)之間。座椅佔用傳感器單元10經由位於座椅佔用傳感器單元10的基板的底側的固定元件66固定到一個或多個彈簧68上。
[0052]本領域技術人員將會理解，座椅佔用傳感器單元10具有模塊化的結構。基板可構造成使得其適合一大批車輛座椅。在將座椅佔用傳感器單元結合到座椅中之前、期間或甚至之後，能夠移除不需要用於固定在特定類型的座椅上的任何固定元件。如果激活壓力的修改是必要的，則其可以利用間隔件開口 42的設計來實現。該單元的其它部件不需要進行修改。將進一步理解，可以選擇標準材料用於座椅佔用傳感器單元；因此，可以獨立於任何特定的客戶申請來預定這些材料。
[0053]雖然已經詳細描述了具體實施例，但是本領域的普通技術人員將會理解，可根據本公開的總體教導來對那些細節進行各種修改和替換。相應地，所公開的具體布置僅僅用來舉例說明並且不對本發明範圍進行限制，本發明的範圍由所附權利要求以及其任何和全部等同形式的整個範圍給出。
[0054]附圖標記列表
[0055]10座椅佔用傳感器單元
[0056]12壓力傳感器
[0057]14基板
[0058]16印刷電路板 [0059]18間隔件
[0060]20金屬箔片
[0061]22PCB的上表面
[0062]24PCB的下表面
[0063]26,26』電極
[0064]28,28，電極
[0065]30焊墊
[0066]32連接線纜
[0067]34控制和評估電路
[0068]36焊墊
[0069]38電阻器
[0070]40二極體
[0071]42開口
[0072]44通風孔
[0073]46信號輸出端
[0074]48基板的頂面
[0075]50凹槽
[0076]52凹槽
[0077]54線纜引導件
[0078]56邊界
[0079]58定位銷
[0080]60定位孔
[0081]62翼構件
[0082]64孔眼
[0083]66楔形固定元件
[0084]68座墊支撐彈簧
[0085]70將座墊支撐彈簧互連的帶狀物
[0086]72汽車座椅
[0087]74結構框架
[0088]76座墊
【權利要求】
1.一種壓力響應式B面座椅佔用傳感器單元，用於檢測座椅特別是車輛座椅的佔用狀態，包括: 壓力傳感器，其包括: 印刷電路板，其具有第一表面和第二表面，所述第一表面具有至少兩個電極；和 膜片元件，其與所述至少兩個電極布置成面對的關係並且與所述至少兩個電極間隔開，以便能在壓力下偏轉，並在所述至少兩個電極之間建立電接觸；以及 基板，其中所述印刷電路板利用其第二表面布置在所述基板上，所述基板包括一個或多個固定元件，所述基板能夠經由所述一個或多個固定元件固定到所述座椅的結構框架、座墊和/或座墊支撐彈簧上。
2.根據權利要求1所述的座椅佔用傳感器單元，其中，所述壓力傳感器包括一個或多個間隔元件，所述一個或多個間隔元件布置在所述印刷電路板和所述膜片元件之間，並將所述印刷電路板和所述膜片元件附連到彼此上。
3.根據權利要求2所述的座椅佔用傳感器單元，其中，所述一個或多個間隔元件基本上是不可壓縮的。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的座椅佔用傳感器單元，其中，所述膜片元件包括金屬箔片。
5.根據權利要求1至3中任一項所述的座椅佔用傳感器單元，其中，所述膜片包括其上施加有導電層的可彎曲的承載板或薄膜。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的座椅佔用傳感器單元，其中，所述至少兩個電極被相互交叉指型地布置。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的座椅佔用傳感器單元，其中，所述印刷電路板在所述第二表面上包括利用VIA與所述至少兩個電極的一個或多個電接觸的電連接元件。
8.根據權利要求7所述的座椅佔用傳感器單元，其中，所述至少兩個電極經由布置在所述第二表面上的至少一個完整性檢查部件互連。
9.根據權利要求7或8所述的座椅佔用傳感器單元，其中，所述基板包括用於容納所述印刷電路板的第二表面上的電氣部件的一個或多個間隙。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的座椅佔用傳感器單元，其中，所述基板包括將所述印刷電路板保持在其正確位置的定位元件。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的座椅佔用傳感器單元，其中，所述基板包括用於將連接線纜引導到所述印刷電路板以及可選地夾持所述連接線纜的線纜引導件。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的座椅佔用傳感器單元，其中，所述一個或多個固定元件的至少一個包括用於緊固件的孔眼。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的座椅佔用傳感器單元，其中，所述一個或多個固定元件的至少一個包括構造成用於卡扣所述座椅的座墊支撐彈簧的緊固件。
14.根據權利要求1至13中任一項所述的座椅佔用傳感器單元，包括布置在所述膜片的頂部上的氈層。
15.—種汽車座椅,包括: 結構框架； 座墊，其能夠由座椅乘員佔用；座墊支撐彈簧結構和椅盤的至少一個；以及 如權利要求1至14中任一項所述的座椅佔用傳感器單元，所述座椅佔用傳感器單元布置在所述座墊與所述座墊支撐彈 簧結構和椅盤的至少一個之間。
【文檔編號】H01H3/14GK103765538SQ201280041874
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月17日 優先權日:2011年8月31日
【發明者】H·克洛斯, L·費德施皮爾, P·約納斯, G·格德特, P·布瓦耶, R·奧爾塞洛, C·布爾 申請人:Iee國際電子工程股份公司