汽车座椅用的柔性压力传感器及其制造方法与流程

本技术涉及传感器，尤其涉及一种汽车座椅用的柔性压力传感器及其制造方法。

背景技术：

1、本部分的描述仅提供与本技术公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

2、随着汽车智能化水平的不断提升，座椅舒适性系统已成为高端车型的重要配置。其中，座椅气囊支撑系统通过在座椅坐垫及靠背内布置多个气囊，根据乘员的体型、坐姿及压力分布情况动态调节各气囊的气压，实现对乘员腰部、背部及侧向的主动支撑，从而显著提升长途驾驶的乘坐舒适性。为实现对气囊支撑系统的精确控制，需要在座椅内布置压力检测装置，实时获取乘员施加在座椅各区域的压力分布数据，作为气囊气压调节的控制依据。

3、目前，用于座椅气囊支撑系统的压力检测装置主要采用电阻式柔性压力传感器。该传感器通常包括上下两层保护层，在两层保护层之间布置多个压敏单元，通过检测各压敏单元电阻值的变化来获取对应位置的压力信息。为了实现多点压力检测，现有技术中通常采用矩阵扫描方式--在两层保护层上分别布置沿第一方向延伸的导线和沿第二方向延伸的导线，两层导线在交叉点处通过压敏材料电连接，形成压力检测点。

4、现有技术中的压敏材料通常采用碳浆层。碳浆是一种含有碳系导电颗粒（如石墨、炭黑、碳纳米管等）的导电浆料，通过丝网印刷、喷涂或刮涂等方式形成在保护层或基材的表面。碳浆层的工作原理是：当碳浆层受到压力时，其内部的导电颗粒之间的接触更加紧密，导电通路增加，电阻值减小；当压力减小时，导电颗粒之间的接触变松，电阻值增大。碳浆层作为压敏元件在压力传感器中已有较为广泛的应用。

5、然而，现有的用于座椅气囊支撑系统的压力检测装置在制造过程中，两层导线均采用缝线方式固定在无纺布上，无纺布再固定在保护层上。具体而言，需要将导线逐根缝制在无纺布的表面，再将缝制有导线的无纺布贴合于保护层上，第一方向的导线与第二方向的导线在交叉点处需要精确对位，且交叉点之间需要保持电绝缘。这种采用无纺布作为导线承载层的缝线工艺存在以下不足：

6、首先，缝线工艺复杂，难以实现规模化生产。 对于具有数十甚至上百个检测点的传感器而言，需要将大量导线逐根缝制在无纺布上，且每根导线的走向、间距及交叉点位置均需精确控制，生产效率极低，且一致性难以保证。

7、其次，无纺布与保护层的双层结构增加了传感器的整体厚度。 无纺布作为导线的承载层需要具有一定的厚度和机械强度，再叠加保护层后，整个传感器的厚度显著增加。当传感器安装在座椅发泡层与蒙皮之间时，较厚的传感器结构会产生明显的异物感，影响乘员的乘坐舒适性。

8、第三，缝线方式难以实现线路的精确定位和可靠的绝缘处理。 导线在缝制过程中容易发生偏移，导致交叉点位置偏差；同时，两层导线在非交叉点区域需要保持电绝缘，而缝线方式加之无纺布的纤维结构，难以在大面积范围内实现可靠的绝缘隔离，存在短路风险。

9、第四，现有传感器的材料体系不具备整体拉伸性。 现有技术中，保护层多采用pet等不可拉伸或拉伸性极差的材料，无纺布同样不具备拉伸性。当传感器贴合在座椅发泡层表面使用时，发泡层在乘员乘坐时会发生较大形变，而不可拉伸的传感器无法随之拉伸，不仅影响乘坐的舒适性，还可能导致导线断裂或压敏元件失效。虽然已有研究尝试采用tpu作为柔性基底、可拉伸导电油墨作为电极，但绝缘层、导电连接层及压敏元件等仍为不可拉伸材料，使得传感器在整体拉伸时，不可拉伸部件成为应力集中点，导致分层、开裂或功能失效。

10、第五，采用碳浆层作为压敏元件的方案存在附着力差、易疲劳开裂等问题。 碳浆中的导电颗粒与第一柔性保护层（尤其是tpu材质）之间的结合力较弱，在传感器反复受压和弯曲使用过程中，碳浆层容易从保护层表面剥落或开裂；同时，碳浆层为刚性颗粒与树脂的复合体系，在长期循环压力作用下内部会逐渐产生微裂纹，最终导致碳浆层断裂，使得压敏单元的电阻值发生不可逆的变化。

11、此外，与上述用于座椅气囊支撑系统的压力检测装置不同，汽车座椅中还配置有另一类压力检测装置--安全带提醒装置（safety belt reminder，简称sbr）。sbr装置通常安装在座椅发泡棉与蒙皮之间或发泡棉与座椅骨架之间，用于检测座椅是否被乘员占用。sbr装置的结构与本技术所涉及的气囊支撑用压力检测装置存在本质区别：现有的sbr传感器采用硬质材料作为保护层，其结构件包含活动的上壳和固定的下壳构成的开关盒体、非闭合性电路元器件及复位弹性胶垫等，通过上壳相对于下壳的上下运动来实现触点的通断。这种硬质结构使得sbr传感器仅能提供“导通/断开”的二元开关信号，无法输出连续的压力分布数据，难以满足气囊支撑系统对多点压力分布的精确检测需求。

12、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、基于前述的现有技术缺陷，本技术中的汽车座椅用的柔性压力传感器及其制造方法，用于解决现有技术中的至少一个技术问题。

2、为了实现上述目的，本技术提供了如下的技术方案：一种汽车座椅用的柔性压力传感器，包括第一柔性保护层和设置在所述第一柔性保护层一侧的覆盖层；所述第一柔性保护层在其朝向所述覆盖层的一侧设置有第一导电线路层、绝缘油墨层、第二导电线路层以及多个压敏单元，所述第一导电线路层由导电银浆通过第一次丝网印刷形成在所述第一柔性保护层的一侧表面；所述绝缘油墨层通过第二次丝网印刷选择性地形成在所述第一导电线路层和/或所述第一柔性保护层的表面的预定绝缘位置；所述第二导电线路层由导电银浆通过第三次丝网印刷形成在所述第一柔性保护层的表面、所述第一导电线路层的表面以及所述绝缘油墨层的表面，所述第二导电线路层在所述预定导通位置与所述第一导电线路层直接接触并电连接，所述第二导电线路层在所述预定绝缘位置通过所述绝缘油墨层与所述第一导电线路层电绝缘；任一个所述压敏单元包括压敏元件，所述压敏元件的电阻值随所受压力的变化而变化，所述压敏元件与对应的所述第一导电线路层和所述第二导电线路层形成串联回路。

3、本技术实施例还公开了一种汽车座椅用的制造方法，包括以下步骤：

4、提供第一柔性保护层和覆盖层；

5、在所述第一柔性保护层的第一侧表面通过第一次丝网印刷导电银浆，形成第一导电线路层；

6、在所述第一导电线路层和/或所述第一柔性保护层的表面的预定绝缘位置，通过第二次丝网印刷绝缘油墨，选择性地形成绝缘油墨层；

7、在所述第一柔性保护层的表面、所述第一导电线路层的表面以及所述绝缘油墨层的表面通过第三次丝网印刷导电银浆，形成第二导电线路层，其中，所述第二导电线路层在所述预定导通位置与所述第一导电线路层直接接触并电连接，在所述预定绝缘位置通过所述绝缘油墨层与所述第一导电线路层电绝缘；

8、将多个压敏单元设置在覆盖层的一侧面；

9、将形成有压敏单元的覆盖层和形成有第一导电线路层、绝缘油墨层、第二导电线路层的第一柔性保护层进行贴合。

10、借由以上的技术方案，本技术的有益效果在于：

11、（1）以丝网印刷完全替代缝线工艺，大幅提升生产效率。 本技术通过三次丝网印刷（银浆→绝缘油墨→银浆）在同一第一柔性保护层的同一侧表面依次形成第一导电线路层、绝缘油墨层和第二导电线路层，完全替代了传统的导线缝制工艺。三次印刷均采用丝网印刷方式，速度快、精度高、一致性好，适合大批量规模化生产。

12、（2）省去无纺布层，降低传感器厚度，提升舒适性。 本技术的所有功能层（第一导电线路层、绝缘油墨层、第二导电线路层、压敏单元）均直接形成在第一柔性保护层的同一侧表面，无需像现有技术那样先在无纺布上缝制导线再将无纺布贴合在保护层上。省去无纺布层大幅降低了传感器的整体厚度，消除了因无纺布与保护层双层结构产生的异物感，提升了乘员的乘坐舒适性。

13、（3）绝缘油墨选择性印刷，导通位置自然接触，工艺简化。 本技术的绝缘油墨层通过丝网印刷选择性地形成在预定绝缘位置，预定导通位置不印刷绝缘油墨。第二导电线路层在第三次丝网印刷时，在预定导通位置自然与第一导电线路层直接接触并电连接，无需额外的导通元件或开孔工序。这一“选择性印刷、自然接触导通”的方式与现有技术中“先整层覆盖再开孔”的方案相比，大幅简化了工艺流程。

14、（4）覆盖层选材灵活，兼容现有安装体系。 本技术的覆盖层仅起封装保护作用，不承载任何导电线路，因此既可采用柔性材料（tpu、pet、pi），也可采用非柔性材料（无纺布）。这一灵活性使得本技术的传感器可以直接兼容现有座椅传感器的无纺布安装体系，方便产品迭代升级。

15、（5）整体可拉伸，适应发泡层形变。 本技术的第一柔性保护层采用tpu、pdms或改性pet等可拉伸材料，绝缘油墨层的拉伸率不小于20%，使得整个传感器在贴合于座椅发泡层表面时能够随发泡层的形变而同步拉伸，不会产生相对位移和应力集中，避免了线路断裂和压敏元件失效，同时显著提升了乘员的乘坐舒适性。该有益效果由技术特征“第一柔性保护层的材质为热塑性聚氨酯、聚二甲基硅氧烷或改性聚对苯二甲酸乙二醇酯”和“绝缘油墨的拉伸率不小于20%”共同带来。

16、参照后文的说明和附图，详细公开了本技术的特定实施例，指明了本技术的原理可以被采用的方式。应该理解，本技术的实施例在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本技术的实施例包括许多改变、修改和等同。

17、针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，与其它实施例中的特征相组合，或替代其它实施例中的特征。

18、应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。