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压敏碳浆层。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。压敏碳浆层的工作原理是：当压敏碳浆层受到压力时，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。压敏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，采用压敏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，压敏碳浆层容易从保护层表面剥落或开裂；同时，压敏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，最终导致压敏碳浆层断裂，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：

3、第一柔性保护层；

4、第二柔性保护层，与所述第一柔性保护层相对设置；

5、第一导电线路层，所述第一导电线路层由导电银浆通过丝网印刷形成在所述第一柔性保护层的一侧表面；

6、第二导电线路层，所述第二导电线路层由导电银浆通过丝网印刷形成在所述第二柔性保护层的一侧表面；

7、多个压敏单元，多个所述压敏单元设置在所述第一柔性保护层和所述第二柔性保护层之间，任一个所述压敏单元包括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的压敏元件，所述压敏元件的电阻值随所受压力的变化而变化。

8、本技术实施例公开了一种汽车座椅用的柔性压力传感器的制造方法，包括以下步骤：

9、提供第一柔性保护层和第二柔性保护层；

10、在所述第一柔性保护层的一侧表面通过丝网印刷导电银浆，形成第一导电线路层；

11、在所述第二柔性保护层的一侧表面通过丝网印刷导电银浆，形成第二导电线路层；

12、在第二柔性保护层上设置多个压敏单元，

13、在形成有所述第一导电线路层的所述第一柔性保护层或形成有所述第二导电线路层的所述第二柔性保护层上设置多个绝缘单元；

14、在形成有所述第一导电线路层的所述第一柔性保护层或形成有所述第二导电线路层的所述第二柔性保护层上设置多个导电单元；

15、将所述第一柔性保护层具有所述第一导电线路层的侧面与所述第二柔性保护层具有所述第二导电线路层的侧面进行对齐贴合。

16、借由以上的技术方案，本技术的有益效果在于：

17、（1）工艺简化，适合规模化生产。本技术采用丝网印刷导电银浆的方式形成第一导电线路层和第二导电线路层，完全替代了传统的导线缝制工艺。丝网印刷工艺速度快、精度高、一致性好，适合大批量规模化生产，大幅降低了制造成本和人工工时。

18、（2）省去无纺布层，降低传感器厚度，提升舒适性。本技术将导电线路层直接丝网印刷在柔性保护层表面，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。

19、（3）线路布局灵活，绝缘与导通控制精准。本技术通过设置多个独立的绝缘单元和多个独立的导电单元，两者间隔排列在预定位置，由绝缘单元控制两层线路在需要绝缘的位置电绝缘，由导电单元控制两层线路在需要导通的位置电连接。这种“各自独立、间隔排列”的结构避免了传统一整层绝缘层开孔方案的复杂工艺，且可以根据矩阵扫描电路的设计需求灵活布置每个绝缘单元和导电单元的位置，实现精准的局部绝缘和局部导通控制。

20、（4）提高了传感器的柔性和乘坐舒适性。本技术的第一柔性保护层和第二柔性保护层采用热塑性聚氨酯（tpu）、聚二甲基硅氧烷（pdms）或改性聚对苯二甲酸乙二醇酯（改性pet）等可拉伸材料，且无需使用无纺布作为导线承载层，整个传感器为单一柔性保护层结构。当传感器贴合在座椅发泡层上使用时，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。

21、（5）压敏元件附着力强，可靠性高。本技术的一种实施方式中，压敏元件为压敏碳浆层，该压敏碳浆层不是直接印刷在tpu等柔性保护层上，而是先设置在第三柔性基材（pet片材）的表面，再将带有压敏碳浆层的pet片材贴合在第二柔性保护层上。由于碳浆与pet的附着力优于碳浆与tpu的附着力，这一结构显著提高了压敏碳浆层的附着强度和耐久性，避免了在反复受压和拉伸过程中压敏碳浆层的脱落或开裂。

22、（6）压敏材料选择多样，适用范围广。本技术既可采用压敏碳浆层作为压敏元件，也可采用导电纤维布层作为压敏元件。导电纤维布层由导电纤维编织而成，具有更好的柔软性和拉伸性，且其电阻值随压力增大而连续减小，适用于需要高柔性、高拉伸性的应用场景。

23、（7）矩阵扫描电路结构完整，检测精度高。本技术通过第一导电线路与第二导电线路交叉排列，在交叉点处可以设置压敏元件，并且通过导电单元和绝缘单元的控制形成完整的矩阵扫描回路，能够实现对每个检测点的独立寻址和电阻读取，检测精度高、响应速度快。

24、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。

25、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。

26、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。