可变电阻导电橡胶传感器及检测对象/人与其接触的方法与流程

文档序号：12156329阅读：332来源：国知局

本公开内容总体上涉及传感器，并且更具体地，涉及适于检测人或一些其他对象的存在、用于车辆(例如用于车辆座椅、车窗和车辆闭合板)的压力传感器和夹压传感器(pinch sensor)。

背景技术：

本部分提供背景信息，其不一定是与本公开内容相关联的发明概念的现有技术。

已知在正当闭合板关闭时检测到外来的障碍物或对象的情形下，应用夹压传感器来防止电动窗或闭合板(如升降门或侧门)关闭。还已知将开关应用于汽车座椅以检测乘客的存在，其继而可以启用或禁用通常被称为安全气囊的充气约束装置。夹压传感器和开关以不同的形式出现，包括非接触式传感器，如基于电容变化的传感器；以及接触式传感器，其取决于由与外来对象的接触引起的传感器的物理变形。

接触式夹压传感器通常以沿着并且毗邻车门的外围布置的橡胶条的形式被应用。橡胶条是导电的并且嵌入通常由空气隙彼此隔开的两根小直径的导线。当在通常是非导电弹性体材料的外部非导电套上直接施加冲击力而使两根导线彼此接触时，其中外部套包裹内部导电橡胶条和导线，导线之间的电阻降低，并且可操作地连接至两根导线的微控制器检测电阻或电压的降低，从而当电阻或电压降低超过预定阙值时检测到对象。这样的常规夹压传感器产生的一些根本问题如下所示(没有按重要性排序)：常规夹压传感器一般具有沿每一侧通常约35度的有限的启动角，因此，在倾斜地而不是正面地施加夹压力的情况下，导线可能不彼此接触；常规夹压传感器在构造上一般比较复杂并且昂贵，主要是由于将电阻器固定在导线的末端需要复杂的挤压过程和压接过程(crimping process)，并且还由于需要对末端周围的非导电盖进行二次成型；并且更进一步，这样的夹压传感器的布置可能由于经由导线的弯曲应力和位移造成的错误启动而损害传感器的效率。

还已知特别是在车窗应用中利用马达霍尔效应传感器。实施霍尔效应传感器通常是昂贵的，并且此外，在车窗应用中，可以证明霍尔效应传感器满足由以下法规强制实行的车辆标准所允许的最大力限制是具有挑战性的：交通部(DOT)，国家公路交通安全管理局，《美国联邦法规》第49章第571款，RIN 2127-AG36，联邦机动车辆安全标准(FMVSS)，在标准的FMVSS 118中的电动窗(FMVSS)、隔断和顶板系统，其通过引用合并到本文中。满足所述标准的困难主要源于对象的初始感测到使窗停止和/或逆行的反应时间之间的时间上的滞后。

因此，期望提供消除或者减轻上述缺点的至少一个缺点的传感器/开关。

技术实现要素：

本部分提供本公开内容的概括性总结，而不是其全范围或其全部特征、方面或目标的全面披露。

本公开内容的一个方面是提供可变电阻导电橡胶传感器元件，也被称为传感器本体，其用于包括电动升降门、电动窗、采光顶、行李箱盖的电动闭合系统中，并且也用于装饰板移动检测、外部门把手启动压力检测、包括例如车辆座椅上的乘客检测的非平面开关应用中。

本公开内容的一个相关方面是提供能够成形来获得如横截面图中所示的任何期望的形状的可变电阻导电橡胶传感器本体。

本公开内容的一个相关方面是提供能够成形来获得如横截面图中所示的变化形状的可变电阻导电橡胶传感器本体。

本公开内容的一个相关方面是提供可挤压的可变电阻导电橡胶传感器本体。

本公开内容的一个相关方面是提供可成型的可变电阻导电橡胶传感器本体。

本公开内容的一个相关方面是提供具有由导电橡胶构造的传感器本体的可变电阻导电橡胶传感器，其中传感器本体在相对的第一末端和第二末端之间延伸。第一导线经由第一电连接器可操作地连接至第一末端。

本公开内容的一个相关方面是提供具有可操作地连接至第一导线的微控制器的可变电阻导电橡胶传感器，其中，微控制器被配置成根据响应于传感器本体弹性变形的电阻增加来检测传感器本体的外部接触的发生。

本公开内容的一个相关方面是提供具有可操作地连接至第一导线的微控制器的可变电阻导电橡胶传感器，其中，微控制器被配置成根据响应于由外部接触引起的温度增加的电阻增加来检测传感器本体的外部接触的发生。

本公开内容的一个相关方面是提供在第一末端与第二末端之间具有如横截面图中所示的变化横截面面积的传感器本体，其中横截面的面积变化可以是阶梯状的和/或连续的变化，从而能够被定制成任何应用外壳。

本公开内容的一个相关方面是提供可变电阻导电橡胶传感器，其中,传感器本体具有完全地或者大体上在传感器本体的整个外表面周围延伸的启动角度。

本公开内容的一个相关方面是提供传感器本体作为一薄片材料，其被配置成覆盖车辆的乘客座椅以检测乘客的存在。

本公开内容的一个相关方面是提供传感器本体作为细长条的材料，其被配置为窗的夹压传感器。

本公开内容的一个相关方面是提供传感器本体以感测压力和/或温度变化。

本公开内容的一个相关方面是提供能够被压缩、弯曲、扭转和/或拉伸的传感器本体。

本公开内容的一个相关方面是提供用于检测在车窗、车辆闭合件、车辆装饰板和车辆座椅应用中的至少一个中对象/人接触车辆部件的发生的方法。该方法包括布置包括由导电橡胶构造的传感器本体的传感器，该传感器本体在操作上连接至毗邻车辆部件的微控制器。

这些和其他可替选的实施例旨在提供具有可变电阻导电橡胶传感器本体的传感器/开关，以用于当机动车辆的部件被接触时检测压力变化和温度变化的至少一个变化。

适用性的另外的领域将由于本文提供的描述变得明显。该总结中的描述和具体示例仅仅旨在说明性的目的，而不旨在限制本公开内容的范围。

附图说明

本文中所描述的附图旨在举例说明本公开内容所选择的实施例，而不旨在限制本公开内容的范围，其中：

图1是根据本公开内容的教示的一方面所构造的可变电阻导电橡胶传感器的示意性透视顶视图；

图2是图1的可变电阻导电橡胶传感器的示意性透视仰视图，其中去除了末端盖和底部安装带；

图3是基本上沿图1的线3-3截取的示意性剖视图；

图4是图1的可变电阻导电橡胶传感器的示意性的、部分被去除的、不完整的透视图；

图5是根据本公开内容的教示的一方面的示出为附接至车辆的载体部件的图1的可变电阻导电橡胶传感器的示意性透视图；

图6是根据本公开内容的教示的另一方面构造的可变电阻导电橡胶传感器的示意性透视顶视图；

图7是基本上沿图6的线7-7截取的示意性剖视图；

图8是包括根据本公开内容的教示的一方面的可变电阻导电橡胶传感器的窗应用的示意性侧视图，其中窗被示出在完全升高的位置处；

图9是类似于图8的视图，其中窗被示出在较低的位置处；

图10是类似于图8的视图，其中所示对象阻挡窗的向上移动并且毗邻可变电阻导电橡胶传感器；

图11A至图11D例示了可变电阻导电橡胶传感器被测试的不同方位；

图12是根据本发明的一方面构造的传感器的电子示意图；以及

图13是根据本发明的一方面构造的传感器装置的电子示意图。

具体实施方式

为了描述的清晰，本文中在一个或更多个特定的车辆应用(即，电动窗)的背景下对本公开内容进行了描述。然而，在结合附图阅读下面的详细描述时，将清楚的是本公开内容的发明概念可以应用于许多其他的系统和应用，例如，如电动升降门、电动顶板、行李箱盖、装饰板移动检测；外部门把手启动压力检测；包括例如车辆座椅上的乘客检测的非平面开关应用。

现在更详细地参照附图，图1至图5例示了根据本发明的一方面的可变电阻导电橡胶传感器装置的实施例，并且所述可变电阻导电橡胶传感器装置在下文中被简单地称为传感器10，其也有效地用作开关。传感器10具有由导电弹性体如导电橡胶构成的传感器本体12。作为示例而非限制，传感器本体12被示出为沿轴线13在彼此隔开的第一末端14与第二末端16之间(图2)纵向延伸。传感器本体12相对于轴线13可纵向变形，可扭转力下关于轴线13扭转并且可径向压缩。根据一方面以及如图2和图3中所示的，传感器本体12可以具有在第一末端14与第二末端16之间轴向延伸的凹陷沟道18，从而给传感器本体12提供了如横截面图(图3)中所示的基本上U形的构造。传感器10还可以包括在下文中被称为第一导线20和第二导线22的一对导电部件，其中导线20、22的每一根导线均可以沿其长度被在其外表面上的绝缘套24、26绝缘。如图4中所示，第二导线22具有从第二绝缘套26露出的第二裸露端30，其用于经由第二电连接器27可操作地电连接至导电传感器本体12的第二末端16；而第一导线20沿沟道18的长度延伸，其中，第一导线20的第一裸露端28从第一绝缘套24露出，用于经由第一电连接器25可操作地电连接至导电传感器本体12的第一末端14。以这种方式，导线20、22的每一根导线均被电连接至末端14、16中的相关联的一个末端，导线20、22的另一根导线被电连接至的末端14、16中的与所述相关联的一个末端相对的另一个末端。应该认识到：第一导线20的被第一绝缘套24覆盖的部分通过沟道18延伸，并且没有与导电传感器本体12直接电通信，因为其与导电传感器本体12绝缘。当传感器本体12被由外部接触产生的作用力作用时，传感器本体12通过例如被压缩、扭转或拉伸而被弹性变形，因此，传感器本体12的导电材料呈现电阻的增大。这样的外部接触可以由与对象或人体的接触产生。像这样，如图13中所示，由于电压经由导线20、22被施加在传感器本体12的两端，因此可以经由微控制器32检测电压变化，微控制器32被配置成例如经由执行器33来执行所期望的和所选择的任务。微控制器32可以例如使用软件算法来检测传感器本体12两端的电压变化以检测与传感器本体12的外部接触。

传感器本体12可以由任何合适的弹性导电材料形成，并且根据一个目前优选的方面，传感器本体12可以由炭黑硅橡胶形成。这样的一种炭黑硅橡胶材料被测得具有45±5度的邵氏A级；1.16±0.10的比重(g/cc)；约15％±5％的炭黑含量；约3.0MPa±0.5MPa的抗张强度(N/mm²)；以及在约150至300之间的断裂伸长率(％)。此外，可以例如经由成型过程或挤压过程来形成传感器本体12以呈现任何期望的构造。因此，传感器本体12可以被配置成符合需要压力传感器/开关的多种应用。由于传感器本体12被成型或者被挤压，因此形成传感器本体12的复杂性被最小化，并且因此与其制造相关联的成本也被最小化。传感器本体12被成型或者被挤压允许传感器本体12的可成形的几何结构具有大的挠性，其中传感器本体12可以被形成为沿其长度具有均匀的不变的轮廓，或者传感器本体12可以被形成为沿其长度具有变化的轮廓，包括变化的宽度和/或厚度，不论是阶梯状变化还是连续变化。因此，取决于应用，传感器本体12可以被形成具有几乎任何期望的形状/几何结构以符合在预期的应用中可行的外壳。传感器本体12除了有益于检测由物理作用(例如被压缩、被拉伸、被扭转)产生的作用力以外，传感器本体12的材料也能够根据材料温度的局部或整体变化来检测人接触。当然，为了避免微控制器32触发不必要的启动信号，可以对微控制器32进行编程以考虑任何预期的环境条件，作为示例而不限制，例如预期的温度条件。由于传感器本体12沿其整个本体作为可变电阻器，因此传感器本体12的启动角(作用力能够被检测到的角度范围)在传感器本体12的整个外表面或者大体上整个外表面的上方和周围延伸，从而与需要经过其延伸导线以使导线彼此接触的传感器相比，导致针对作用力(F，参见图1和图3)的启动角大大增加。

传感器10还被示出为具有布置在传感器本体12的末端14、16上的一对末端盖34、36。末端盖34、36用于遮住连接器25、27以及导线20、22的露出端28、30以避免暴露于外部环境。末端盖34、36可以由任何合适的非导电聚合材料制成，并且作为示例而不限制，可以例如以成型过程来形成所期望的末端盖34、36。末端盖34、36可以具有基本上符合传感器本体12的外部形状的低的轮廓形状。末端盖34、36可以经由任何合适的粘合剂、压入配合、紧固件等被固定于传感器本体12的末端14、16。

为了在装配中便于将传感器10附接至配套的车辆部件44(图5)，并且此外，为了闭合第二导线22延伸通过的沟道18，可以沿传感器本体12的在末端盖34、36之间的一段或者沿传感器本体12的整个长度并且在沟道18上附接背衬件38(图1、图3和图4；图2所示为应用背衬件之前的情形)。可以经由任何合适的接合手段(包括粘合胶、压敏粘合剂、熔融、焊接或其他合适的方法)沿背衬件38的侧40中的一个或更多个将背衬件38附接至传感器本体12，并且可以沿相对的面朝外的侧42以相似的方式将背衬件38附接至配套的车辆部件。因此，应该认识到：双面自粘带或者双面自粘胶带可以用于背衬件38。

在图6和图7中，示出了根据本发明的另一方面构造的传感器110，其中相同附图标记被偏移了系数100以标识如上所述的相似特征。

传感器110总体上与上面针对传感器10所讨论的相同；然而，传感器本体112的形状是不同的。传感器本体112的横截面基本上为T形，而不是如横截面图中所示的具有基本上U形主体，传感器本体112具有从较宽的底部119延伸的较窄部分117和延伸进入本体112的较宽底部119的相对浅的沟道118。另外，传感器110具有与上面针对传感器10所讨论的所有部件相同的部件，包括导线对120、122、末端盖(未示出)和背衬件138。由于传感器110以这样的方式成形，因此可以增加传感器本体112的高度并且可以减小传感器本体112的宽度。当然，要理解的是：传感器本体的许多其他形状和构造是可能的，并且被预期在本发明的范围内，如上所述，包括低轮廓的基本上平面的构造。

作为示例而不限制，在图8至图10中示出了车窗应用，根据本发明构造的一对传感器10被用作夹压传感器以在对象52出现在窗48的前缘46与传感器10之间时进行指示。传感器10被示出为例如经由背衬件38固定于车辆的上部门顶梁50。在图8中，在没有任何障碍物存在的情况下，窗48被示出在全闭合的位置处。在图9中，窗48被示出在较低的位置处，并且在图10中窗48被示出为从图9的较低位置朝着图8的闭合位置升高；然而，对象52被示出为布置在窗48的前缘46与上部门顶梁50之间。当对象52撞击一个或多个传感器10时，对象52使相应的传感器10被径向地压缩，并且因此，如上所述，使传感器10的电阻增加，从而触发使窗48的移动方向逆转的动作。

作为示例而不限制，如图13中示意性所示的，例如经由具有约20mA的最大电流输出并且使用约1.0±1％伏的低压差电压调节器54对夹条10施加恒定电压。此外，作为示例而不限制，电压控制型脉宽调制器(VCPWM)56可以被布置在夹条或传感器10与固定的电阻器58之间，其中VCPWM 56测量输入端的电压并且以约1kHz的频率改变输出脉冲宽度。如图13中所示，电压控制型脉宽调制器(VCPWM)可以包括电压控制型振荡器(VCO)。在夹条或传感器10的电阻变化时，例如在由对象52对传感器本体12施加压缩力的情况下夹条或传感器10的电阻增大，则VCPWM 56的脉冲宽度输出减小，并且微控制器32(有时被称为微控制单元)使窗48经由执行器33逆转方向，朝着开口位置倒回。作为示例而不限制，微控制器32可以被配置成约每10ms采样电压输入一次，并且如果确定夹条10的电阻已经从基准电阻改变了超过约5％，则检测夹压条件，并且微控制器32命令执行器33相应地进行响应。

例如，可以经由由微控制器32监测的样本来设定基准电阻，从而允许微控制器32考虑环境条件，例如大气温度、湿度和振动。关于上面提到的约每10ms执行一次的采样，作为示例而不限制，微控制器32可以被配置成计算例如在约每1至5分钟之间的脉冲宽度的平均值。然后，已经计算了脉冲宽度的平均值的基准的微控制器32在检测约5％的电阻变化时，将使执行器33执行前述动作。

在图11A至图11D中，示出了传感器本体12的各种方位，包括图11A中的水平传感器本体12'；图11C中的双竖直传感器本体12”；图11B中的单竖直传感器本体12”'；以及图11D中的穹形传感器本体12”″。针对传感器本体12的各种方位获得了测试结果并且记录在表1中，以确定给定的构造在被控制力(10N，20N，30N)撞击时的电阻变化的大小。测试结果表明针对单竖直传感器本体12”'的构造发现了最大的百分比电阻变化(kΩ)。

表1

因此，鉴于上面的描述，结合各种附图，要理解的是传感器本体的各种构造(包括细长条和平坦的或大体上平坦的板)是可能的，其被预期在本发明的范围内。例如，除了所示的窗应用以外，许多其他的应用，包括(作为示例而不限制)例如车辆座椅乘客检测应用、内部/外部装饰应用、内部/外部把手应用和各种闭合件应用等平坦的和不平坦的应用，可以得益于具有根据本发明构造的可变电阻导电传感器本体的传感器的纳入。还要理解的是：需要传感器/开关响应于热条件和/或人接触来被激活的应用也可以得益于根据本发明构造的传感器/传感器本体，因为可以用微控制器监测传感器本体的可变电阻材料响应于热变化/接触的变化，其中例如经由前述环境温度的移动平均算法来配置微控制器，以确定温度的预期的正常变化，其不会启动来自微控制器的命令指令，相反，由于人类接触的温度变化会启动来自微控制器的命令。

本公开内容的一个相关方面是提供用于检测在车窗、车辆闭合件、车辆装饰板和车辆座椅应用中的至少一个中对象/人接触车辆部件的发生的方法。该方法包括布置包括由导电橡胶构造的传感器本体12的传感器10，该传感器本体12可操作地连接至可以定位成毗邻车辆部件的微控制器。可以如上所述对传感器本体12进行配置，并且因此可以经由成型或挤压来构造传感器本体12以供应任何期望的车窗、车辆闭合件、车辆内饰板和车辆座椅外套。

本发明的上述实施例旨在作为本发明的示例，并且在不偏离本发明的精神的情况下，本领域的技术人员可以实现针对上述实施例的改变和修改。

此外，本发明还可以通过下述方式来实施。

附记1.一种可变电阻导电橡胶传感器，包括：

由导电弹性体制成的传感器本体，所述传感器本体限定了外部形状并且沿轴线在彼此隔开的第一末端与第二末端之间延伸，并且能够相对于所述轴线纵向变形、能够关于所述轴线扭转且能够径向压缩；

经由第一电连接器在操作上连接至所述传感器本体的所述第一末端的第一导线；并且

其中所述传感器本体响应于外部接触，呈现出电阻的增加。

附记2.根据附记1所述的可变电阻导电橡胶传感器，还包括：在操作上连接至所述第一导线的微控制器。

附记3.根据附记1所述的可变电阻导电橡胶传感器，还包括：在操作上与所述传感器本体串联耦接的电阻器。

附记4.根据附记3所述的可变电阻导电橡胶传感器，还包括：在所述传感器本体和所述电阻器之间并且与所述传感器本体和所述电阻器在操作上耦接的电压控制型脉宽调制器。

附记5.根据附记1所述的可变电阻导电橡胶传感器，其中，所述传感器本体响应于在受到由所述外部接触产生的作用力的作用时被弹性变形，而呈现出电阻的增加。

附记6.根据附记1所述的可变电阻导电橡胶传感器，其中，所述传感器本体响应于由所述外部接触产生的温度增加，呈现出电阻的增加。

附记7.根据附记1所述的可变电阻导电橡胶传感器，还包括：

具有在所述第一末端与所述第二末端之间轴向延伸的凹陷沟道的传感器本体；

通过所述传感器本体的凹陷沟道轴向延伸、并且沿其长度被第一绝缘套绝缘、并且延伸至从所述第一绝缘套露出的第一裸露端的第一导线；并且

其中所述第一绝缘套将所述第一导线与所述凹陷沟道电绝缘，以防止在所述第一导线与所述凹陷沟道之间的直接电通信。

附记8.根据附记7所述的可变电阻导电橡胶传感器，还包括：沿所述传感器本体的在所述第一末端与所述第二末端之间的部分附接的背衬件，所述背衬件将所述传感器本体附接至车辆部件；并且

其中，横穿所述第一导线延伸通过的凹陷沟道来附接所述背衬件。

附记9.根据附记1所述的可变电阻导电橡胶传感器，还包括：沿所述传感器本体的在所述第一末端与所述第二末端之间的部分附接的背衬件，所述背衬件将所述传感器本体附接至车辆部件。

附记10.根据附记1所述的可变电阻导电橡胶传感器，还包括：经由第二电连接器在操作上连接至所述传感器本体的第二末端的第二导线；并且

其中，所述第一导线和所述第二导线通过在所述第一导线与所述第二导线之间延伸的传感器本体来彼此电通信。

附记11.根据附记1所述的可变电阻导电橡胶传感器，还包括：布置在所述第一末端上的第一末端盖以遮住所述第一电连接器。

附记12.根据附记1所述的可变电阻导电橡胶传感器，其中，所述导电弹性体是炭黑硅橡胶。

附记13.根据附记1所述的可变电阻导电橡胶传感器，其中，所述传感器本体沿其长度在所述第一末端与所述第二末端之间具有恒定的轮廓。

附记14.根据附记1所述的可变电阻导电橡胶传感器，其中，所述传感器本体沿其长度在所述第一末端与所述第二末端之间具有变化的轮廓。

附记15.根据附记14所述的可变电阻导电橡胶传感器，其中，所述传感器本体具有在所述第一末端与所述第二末端之间的台阶处突然变化的轮廓。

附记16.根据附记14所述的可变电阻导电橡胶传感器，其中，所述传感器本体具有在所述第一末端与所述第二末端之间连续变化的轮廓。

附记17.根据附记1所述的可变电阻导电橡胶传感器，其中，所述传感器本体具有基本上矩形的横截面。

附记18.根据附记1所述的可变电阻导电橡胶传感器，其中，所述传感器本体具有基本上U形的横截面。

附记19.根据附记1所述的可变电阻导电橡胶传感器，其中，所述传感器本体具有基本上T形的横截面，所述基本上T形的横截面具有从较宽的底部延伸的窄部分。

附记20.一种检测在车窗、车辆闭合件、车辆装饰板和车辆座椅应用中的至少一个中对象/人接触车辆部件的发生的方法，包括：

布置包括由导电橡胶构造的传感器本体的传感器，所述传感器本体在操作上连接至毗邻所述车辆部件的微控制器；

通过所述微控制器测量所述传感器本体的电阻；

所述微控制器根据所述传感器本体的电阻大于基准值，来确定对象/人接触的发生。

附记21.根据附记20所述的方法，还包括以下步骤：基于多个之前所测得的所述传感器本体的电阻值来确定所述基准值。