用于窗户玻璃的可印制传感器的制作方法

专利名称：用于窗户玻璃的可印制传感器的制作方法
技术领域：
本发明 一般涉及在车辆窗户上感测环境变化的系统。
背景技术：
典型地，例如温度传感器等的环境传感器安装在车辆车厢中。这 样做是因为传感器通常不会与车辆的美观需求相和谐，还因为设计符
合每个车辆外观的传感器需要有额外的花费、库存(inventory ),并 产生极不希望的制造问题。然而，将传感器安装在乘员车厢之内将影 响传感器的性能和准确度。
使得商业传感器与车辆的美观需求不相和谐的一个方面在于需 要进行将传感器附在车辆上的安装。此外，商业生产的传感器的空间 需求和电连接的完整性可能不适合于恶劣的汽车环境。
按照上述观点，很明显，存在对在窗户上的感测环境变化的改进 系统的需要。

发明内容
本发明提供一种在车辆窗户上感测环境变化的系统，以满足上述 需要，以及克服所列举的相关技术中的缺点以及其它限制。
该系统包括集成到窗户组件并被配置为感测环境变化的传感器。 该传感器可以包括被印制至窗户组件的透明玻璃板上的导电墨水。该 玻璃板可以是单层或多层塑料(聚碳酸酯或其它适合的材料)。该传 感器可以包括电阻式传感器或电容式传感器，并且可以被配置为检测 一个或多个环境情况(例如，但是不仅限于，温度或湿度)的变化。 当被装配进入车辆中时，传感器与控制器电通信，而该控制器被配置 为基于传感器的输出控制如车辆窗户雨刷(wiper)、车辆除霜器、或车辆气候控制子系统等的各种车辆子系统。
在本发明的另一个方面，传感器可以是被配置为检测一个或多个 环境情况的变化的电阻-电容式传感器。就本身而言，电阻式元件和电 容式元件被布置为并联电连接并形成一时间常数。控制器可以基于传 感器中所产生的电阻或电容变化来检测时间常数的变化，从而解译一 个或多个环境情况中的变化。
在参考附加于本说明书并构成此说明书一部分的附图和权利要 求，阅读下面的说明书之后，本发明的其它目的、特征以及优势将对 于本领域的技术人员变得显而易见。


图1是根据本发明的一个实施例在窗户上感测环境变化的系统
的示意图2是在窗户上感测环境变化的电阻式系统的示意图3是在窗户上感测环境变化的电容式系统的示意图4是在窗户上感测环境变化的另一电容式系统的示意图5是在窗户上感测环境变化的另一电容式系统的示意图6是在窗户上感测环境变化的又一电容式系统的示意图7是在窗户上感测环境变化的电阻-电容式(RC)系统的示意
图8是在窗户上感测环境变化的另一RC系统的示意图；以及 图9是示出了在窗户上感测环境变化的RC系统的输入和输出信 号的图表。
具体实施例方式
现在，参考图1,图中示出了实现本发明原理的系统，并以附图 标记10来表示。系统10包括与窗户组件14的玻璃板集成在一起并 与控制器16电通信的传感器12。传感器12可以是温度传感器、湿度 传感器、或其它用于在窗户14上检测环境变化的传感器。就本身而
5言，传感器12可以响应于一个或多个环境的变化，产生可以被控制 器16检测出的电阻、电容、或其它电特性的变化。
窗户组件14可以包括常规的透明玻璃板。然而，优选地，该窗 户组件14包括透明塑料板，例如聚碳酸酯板。因此，传感器12可以 使用已知技术和导电墨水或导电聚合体(如那些已知在工业中被用于 玻璃或塑料板上的可导电墨水或可导电聚合体)来印制或应用在板 上。基于特定的应用可以使用各种材料。导电墨水的一个示例包括金 属颜料墨水，该墨水包括银、铜、锌、铝、镁、镍、锡、硅或它们的 混合物或合金等的颜料。导电性聚合体的示例包括但不仅限于聚苯胺 和聚噻吩(即，Baytron⑧聚合体，H.C. Starck GmbH，德国)。
其它的材料可以包括导电薄膜。导电薄膜可以包括但不仅限于铟 锡氧化物(ITO)、铟掺杂锌氧化物(IZO)、以及铝掺杂锌氧化物。 通过本领域技术人员已知的任何适合的技术可将导电薄膜应用于透 明板上，这些技术包括但不仅限于例如等离子体增强化学气相沉积、 离子辅助等离子体沉积、磁控溅射、电子束蒸发、以及离子束溅射等 的真空沉积处理。此外，本文中稍后说明的任何迹线、垫状物(pad)、 电阻元件或电容元件可以由这样的导电颜料墨水、导电聚合体或导电 薄膜形成。
窗户组件可以还包括不透明区域，例如通过将墨水印制在板上或 经过使用二次注射成型(two-shot molding)工艺而获得的框。其它 不透明区域可以包括渐弱点(fade-out dot)、标识等。在二次注射成 型工艺中，塑料树脂不透明的第二注射可以是与树脂的第一透明注射 类似或不同的塑料树脂成份。透明的树脂可以还包括添加剂，例如将 板着色为所希望颜色的着色剂。
控制器16向传感器12提供电流或电压信号。随着接近窗户组件 14的环境情况的变化，在传感器12中将会发生电特性变化，其影响 由控制器16所提供的驱动信号。然后，控制器16解译对驱动信号的 影响，以确定引起传感器12中电特性变化的特定环境变化。
控制器16可以使用关于环境变化的信息以控制其他车辆子系统。例如，如果传感器12是湿度传感器，则控制器16可以基于传感 器12控制挡风玻璃雨刷系统18以启动雨刷、增加雨刷速度或降低雨 刷速度。在类似的示例中，控制器16可以用于控制车辆除霜子系统 20。就本身而言，传感器12可以是湿度传感器、温度传感器或两者 均可。因此，控制器16可以基于传感器12启动与窗户14相关联的 除霜，加强除霜或减弱除霜。
在又一示例中，控制器16与气候控制子系统22进行电通信。如 同在前述示例中，控制器16可以基于传感器12启动气候控制系统， 加强加热或制冷，减弱加热或制冷，或进行其它的气候变化。此外， 控制器16可以与例如悬挂系统、防锁死刹车系统、或安全系统(安 全气囊、乘客安全带或其它)等的车辆控制系统24通信。因此，控 制器16可以被配置为基于传感器12所检测的环境变化来控制车辆控 制系统24进行包括但不仅限于上述所有的变动。
现在参考图2，其中示出的传感器112为电阻式温度传感器。传 感器112应用于窗户组件114的玻璃板的表面。传感器112可以被印 制在窗户组件114的暴露表面上或在窗户组件114的两层之间，例如 多层聚碳酸酯板的情况下，该传感器可位于应用到主板的一个或多个 保护层之下。控制器116与也由导电墨水制成的第一迹线130电连接。 迹线130将控制器116连接至电阻式元件134的第一侧，该电阻式元 件由导电材料制成，其中该电阻式元件134被配置为基于窗户组件114 和传感器112中的温度变化而变化电阻。与迹线相似，电阻式元件134 可以由导电墨水制成，并如上所提出的，印制到窗户组件114的表面 上。相应地，第二迹线132将元件134的第二侧连接到控制器116从 而闭合了电路。就本身而言，控制器116提供了沿迹线130传递、通 过元件134、并通过迹线132返回控制器116的驱动信号。通过测量 由元件134引起的驱动信号(电压或电流)的任何变化，控制器116 可以确定围绕传感器112和窗户组件114的环境的温度或温度变化。
现在参考图3，示出的传感器212为电容式传感器。迹线230和 232被设置为将控制器216电连接至传感器212并具有与上述同样的变化。传感器212包括第一垫状物240和第二垫状物242。第一和第 二垫状物240、 242可以位于窗户组件214的表面(例如彼此邻近的 聚碳酸酯板)上。此外，对于多层聚碳酸酯板，垫状物240和242可 以位于不同的层上甚至重叠，以提供更大的电容表面面积，从而增加 传感器212的灵敏度。因此，第一迹线230连接至第一垫状物240而 第二迹线232连接至第二垫状物242。就本身而言，控制器216提供 了沿迹线230传递、通过由第一和第二垫状物240、 242所形成的电 容式元件、并通过迹线232返回的驱动信号。控制器216被配置为测 量在第一和第二垫状物240、 242上的电压或电流，以检测并解译围 绕传感器212和窗户组件214的环境变化。
现在参考图4，提供了另一种电容式传感器的实施例。迹线330 和332被设置为将控制器316电连接至传感器312并且具有与上述同 样的变化。传感器312包括第一组迹线350和第二组迹线352,它们 形成了交错的迹线的匹配图案354。如上面所注意到的，第一和第二 组迹线350, 352可以位于窗户组件314的表面上。此外，窗户组件 314可以是多层的聚碳酸脂板，使得第一组迹线350可以位于与第二 组迹线352不同的层，从而使两组迹线350， 352隔开。此外，如果 第一和第二组迹线350， 352被放置在聚碳酸脂板的不同层上，则它 们可以交叠以增加电容效果。与前述实施例一样，控制器316被配置 为测量在匹配图案354 (或者更具体地说，第一和第二组迹线350、 352 )上的电压或电流的变化，以检测并解译围绕传感器312和窗户 组件314的环境情况和任何变化。
现在参考图5，提供了电容式传感器的另一实施例。迹线430和 432被设置为将控制器416电连接至传感器412并且具有与上述同样 的变化。在窗户组件414上的传感器412包括彼此紧密平行接近的第 一迹线460和第二迹线462。此外，窗户组件414是多层聚碳酸脂板， 使得第一和第二迹线460、 462可以位于窗户组件414的不同层上， 从而使第一和第二迹线460、 462隔开。在这样的结构中，第一和第 二迹线460， 462可以交叠，从而改善了通过窗户的可见度，并且增加了电容表面积，从而增加电容效果。同样，控制器416被配置为测 量在第一和第二迹线460、 462上的电压或电流的变化，从而检测并 解译围绕传感器412和窗户组件414的环境变化。
现在参考图6，提供了又一电容式传感器。迹线530和532被设 置为将控制器516电连接至窗户组件514上的传感器512并且具有与 上述同样的变化。传感器512包括形成螺旋图案570的第一迹线572 以及第二迹线574。在整个螺旋图案570上，第一和第二迹线572， 574可以被基本上保持等距离地隔开或者可以基于螺旋形图案570的 几何图形而具有变化的间距。螺旋图案570可以是卵形或甚至是圆形 的，从而增加电容并减小了窗户组件514上的图案大小。如上所述， 第一和第二迹线572， 574可以位于窗户组件514的不同层上并且彼 此交叠。和前述实施例中一样，控制器516被配置为测量在第一和第 二迹线572， 574上的电容变化，以检测环境情况或那些情况的变化。
现在参考图7，提供了一种电阻-电容式电路。迹线630和632 被设置为将控制器616电连接至窗户组件614上的传感器612并且具 有与上述同样的变化。传感器612包括电阻式元件682和电容式元件 680。为了清楚起见，以示意的形式示出了电阻式和电容式元件682, 680。此外，电阻式和电容式元件682, 680被设置为并联电连接。这 样，电阻式和电容式元件682, 680可以被配置为基于单一的环境参 数或多个环境参数而变化电阻和/或电容特性。例如，控制器616可以 提供脉冲信号，该信号可以被电阻式元件682和电容式元件680结合 而产生的时间常数所影响。因此，控制器616可以感测时间常数的变 化以确定环境情况或环境情况中的变化。在一个实施例中，电阻式元 件682可以是对温度敏感的，而电容式元件680可以是不变的或也对 温度敏感。在另一个实施例中，电阻式元件682可以对温度敏感而电 容式元件680可以对湿度敏感，从而提供了关于多个环境情况变化(也 就是在此示例中的温度和湿度)的输出。同样，控制器616可以解译 对信号时间常数的影响，以分别提取关于传感器612所感测到的湿度 和温度变化的信息。现在参考图8，提供了电阻-电容式传感器712的另一实施例。迹 线730和732被设置为将控制器716电连接至窗户组件714上的传感 器712并且具有与上述同样的变化。传感器712包括与第二组迹线792 匹配的第一组迹线790，并从而提供了电容式元件。此外，电阻式元 件798被附在第一组迹线790的第一部分794和第二组迹线792的第 二部分796之间。同样，第一和第二组迹线790， 792,和电阻式元件 798 —起形成了上面联系图7总体说明的电阻-电容式传感器。此外， 由第一和第二组迹线790， 792形成的匹配图案具有为普通圆形的形 状，其中第一和第二组迹线7卯，792形成了间错(interfit)的环， 例如交错的同心环，以提升传感器712的电容效果。
现在参考图9，提供示出了关于图7和8所述的驱动信号和RC 时间常数的影响的图表。例如，控制器16通过脉宽调制器提供驱动 信号810。很明显，驱动信号的频率和占空比可以基于应用而变化。 使用高频率的驱动信号可以在控制器16和传感器12之间提供更简单 的传导适应性并且可以提升传感器12的电容性能。但减小驱动信号 810的频率可以使得对所产生的信号812的采样增加，并可增加在确 定与环境变化所对应的电容和电阻变化时的分辨率。如图所示，所产 生的信号812具有与驱动信号810相对应的频率和占空比的波形。然 而，由传感器12的电阻式和电容式元件形成的RC时间常数基于传 感器12的电阻和电容的电性参数生成普通的锯齿波。同样，锯齿波 形的上升和下降的曲线部分形状将会基于传感器12和窗户14周围的 环境参数的变化、根据传感器12中所产生的电阻和电容变化以曲线 的形式变化。
本领域的技术而人员将容易看出，上述说明相当于执行本发明原 理的举例说明。该说明并不希望限制本发明的应用或范围，而在于允 许在不背离下述权利要求中确定的本发明的精神的情况下进行修改、 变动和变化。
权利要求
1.一种用于车辆的窗户组件，所述窗户组件包括车辆的透明板；集成在所述板上并被配置为感测环境变化的传感器。
2. 根据权利要求1所述的窗户组件，其特征在于，所述传感器 包括印制在窗户上的导电墨水。
3. 根据权利要求1所述的窗户组件，其特征在于，所述传感器 包括导电薄膜。
4. 根据权利要求1所述的窗户组件，其特征在于，所述传感器 包括导电聚合体。
5. 根据权利要求1所述的窗户组件，其特征在于，所述透明板 包括玻璃板。
6. 根据权利要求1所述的窗户组件，其特征在于，所述透明板 包括塑料板。
7. 根据权利要求6所述的窗户组件，其特征在于，所述塑料板 包括聚碳酸酯板。
8 . 根据权利要求6所述的窗户组件，其特征在于，所述塑料板 包括多层塑料板，并且所述传感器的第一部分位于所述多层塑料板的 第一层上并且所述传感器的第二部分位于所述多层塑料板的第二层 上。
9. 根据权利要求1所述的窗户组件，其特征在于，所述传感器 包括温度传感器。
10. 根据权利要求l所述的窗户组件，其特征在于，所述传感器 包括湿度传感器。
11. 根据权利要求l所述的窗户组件，其特征在于，所述传感器 被配置为基于环境变化而改变电阻。
12. 根据权利要求l所述的窗户组件，还包括与传感器电通信并 被配置为基于传感器而控制车辆窗户雨刷的控制器。
13. 根据权利要求l所述的窗户组件，还包括与传感器电通信并 被配置为基于传感器而控制车辆除霜器的控制器。
14. 根据权利要求l所述的窗户组件，还包括与传感器电通信并 被配置为基于传感器而控制车辆气候控制子系统的控制器。
15. 根据权利要求l所述的窗户组件，其特征在于，所述传感器 包括电容式传感器。
16. 根据权利要求l所述的窗户组件，其特征在于，所述传感器 包括第一和第二迹线，每个迹线都与垫状物电通信，而垫状物具有的 宽度大于迹线具有的宽度。
17. 根据权利要求l所述的窗户组件，其特征在于，所述传感器 包括间错图案的多个迹线。
18. 根据权利要求l所述的窗户组件，其特征在于，所述传感器 包括以螺旋图案形成的迹线。
19. 根据权利要求l所述的窗户组件，其特征在于，所述传感器 包括电阻式和电容式元件。
20. 根据权利要求1所述的窗户组件，其特征在于，所述电阻式 和电容式元件并联电连接。
21. 根据权利要求20所述的窗户组件，其特征在于，所述电阻 式和电容式元件形成时间常数，并被配置为基于时间常数影响驱动电 压。
22. 根据权利要求21所述的窗户组件，其特征在于，所述时间 常数被配置为基于环境变化而变化。
23. 根据权利要求22所述的窗户组件，还包括被配置为感测时 间常数的变化，从而检测环境状况的变化的控制器。
全文摘要
一种在窗户组件(214，314)上感测环境情况的系统。该系统包括透明板和集成在板上的传感器(112，212)。传感器被配置为在板上感测环境变化。传感器可以包括印制在窗户组件上的导电墨水(130，132)。窗户组件可以包括例如多层聚碳酸酯板的塑料板，使得传感器的一部分可以位于板的一层上而传感器的另一部分在窗户的第二层上与第一部分交叠。传感器可以是电阻式或电容式传感器并且可以被配置为检测一个或更多环境情况，例如温度和湿度的变化。此外，传感器可以与控制器(116，216)电通信，用于基于传感器控制各种车辆子系统。
文档编号B60J1/00GK101600604SQ200780006223
公开日2009年12月9日 申请日期2007年1月4日 优先权日2006年1月6日
发明者罗伯特·施文克 申请人:埃克阿泰克有限责任公司