CN103917704A

CN103917704A - 用于乘用人感测和/或加热应用的导电性织物

Info

Publication number: CN103917704A
Application number: CN201280054438.7A
Authority: CN
Inventors: T·维特科斯基
Original assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Current assignee: IEE International Electronics and Engineering SA
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2012-10-08
Publication date: 2014-07-09
Also published as: WO2013050621A2; US20140246415A1; DE112012004179T5; WO2013050621A3

Abstract

一种柔性加热器和/或电极，其包括具有经纱方向和纬纱方向的织造织物材料，所述织物材料包括具有低电导系数的至少一个区域和具有高电导系数的至少两个区域。高电导系数的所述至少两个区域相邻于低电导系数的所述至少一个区域。高电导系数的所述至少两个区域中的至少一个被可操作地连接至所述加热器和/或电极的接线端子，所述接线端子用于将所述加热器和/或电极连接至电子控制电路。

Description

用于乘用人感测和/或加热应用的导电性织物

技术领域

本发明总体上涉及可被用于例如车辆中的乘用人感测和/或加热的导电性织物。本发明更特别地涉及用于将被集成在车辆乘客车厢的专用表面中的乘用人探测系统(ODS)、乘用人分类系统(OCS)和/或乘用人加热的织物基的电极元件。

背景技术

如今众所周知的是，为机动车辆配备舒适相关的功能性构件诸如加热器(用于座椅区域加热，靠背加热，扶手加热，方向盘加热，换挡杆加热，或其它内表面区域的加热)，或安全相关的构件诸如用于控制辅助约束系统的乘用人探测或分类系统，所述辅助约束系统诸如安全气囊或安全带预张紧器或其它安全系统(如驾驶员监视或生命指征监控)。座椅加热器和乘用人探测或分类系统都使用电极元件，所述电极元件车辆中被布置在紧靠乘客车厢内的乘用人附近。通常，这些电极元件，诸如座椅加热垫或传感器电极，将被布置到乘用人座椅的座位表面中和/或车辆内车厢的其它表面中，其在正常条件下与乘用人接触或接近乘用人，诸如在座椅表面区域，座椅靠背，扶手，方向盘，换挡杆，车门，或其它表面区域中。为隐藏这些用于乘用人的电极元件，这些电极元件通常被布置在座椅装饰的下面或在界定车辆乘客车厢的其它表面覆罩的下面。

由于这些电极构件或元件不应削弱乘客的舒适性，因而这些电极元件不能被乘用人感觉到在装饰或覆罩下面是重要的。为此原因，所述电极元件应当是高度柔性的并且，尤其是如果被集成在车辆座椅的座位表面中的话，应当是高度可透空气和湿气的。因此近来的发展趋向于作为导电织物构件提供这些电极元件，所述导电织物构件可以容易地满足上述的需求。

织物基的乘用人探测系统或乘用人分类系统被设计成在车辆寿命内是全功能的，该寿命为至少15年。然而，座椅加热器常常在仅工作几年后便失效。当今的构造和生产座椅加热器的观念，包括其材料观念，严重限制了它们的耐用性。因而生产座椅加热器的当今的方式不能被转至生产用于诸如乘用人探测系统或乘用人分类系统的安全性相关应用的织物传感器电极。

目前用于车辆中具有织物材料的座椅加热目的的电导系数主要由铜配线或集成至织物材料中的碳纤维获得。这些材料为天性易碎的并且线/纤维是易于破损的。它们造成了潜在的舒适性欠缺或者如果导电的线破损的话甚至是伤及乘客的危险。因此，如果汽车寿命需求为15年和更长的话，这些系统在用于组合了座椅占用感测和加热的产品或者甚至仅用于加热时表现出严重的局限。

用于串联加热的铜配线常常通过支撑的织物上的刺绣而被应用。碳纤维经常需要复杂的技术以便将它们附着至支撑的织物。这些技术缺乏设计自由度，因为几何延伸量(例如，加热器的尺寸)与该系统的电学性质过于强烈地相关。几何的和电学的各目标值在很大程度上是独立的并且可以容易地实现的系统正被寻求。

传感器或加热器至汽车内部的集成需要尽可能地容易。大多数传感器或加热器目前不能被缝纫到支撑物，因为该过程会过多地损害它们的电学性质。可以容易被集成、例如可以缝纫到车辆座椅的装饰中的织物感测和加热方案正被寻找。总的来说，将要解决的问题为缺乏稳定性，缺乏舒适性，设计缺陷，以及织物汽车传感器和加热器集成时的困难。

如今乘用人感测和加热被提供为不同的产品：通常根据电容测量原理工作的乘用人传感器，和单独的加热器。乘用人感测系统拥有超过15年的寿命而加热器的寿命通常更短，典型地为仅有几年。传感器和加热器都可以被成功地集成在车辆座椅中，但是作为单独的系统。

织物拥有用于汽车应用的有利特性，诸如可透空气性，弹性，柔软性，和低价格。织物乘用人感测和织物加热将增大它们的市场份额。而且，没有能够在15年以上的寿命内提供集成在一件织物中的乘用人感测和加热的可用的系统。

目前市场上可用的织物加热系统表现出与用来设计和生产这些加热器的材料和技术有关的特性缺陷。被缝纫到柔性的支撑物、例如车辆座椅装饰中的传感器或加热器，在市场上并未出现。

用于串联加热的铜基配线常常通过支撑的织物上的刺绣而被应用。碳纤维经常需要复杂的技术以便将它们附着/集成至织物。那些传导材料易于破损，因此承载着有关舒适性和安全性的巨大风险。这些技术缺乏设计自由度，因为几何尺寸(例如，加热器的尺寸)与系统的热电性质过于强烈地相关。

技术问题

本发明的目标是提供一种用于乘用人感测和/或加热应用的改良的导电性织物材料。该目标由在权利要求1中所要求保护的导电性织物材料实现。

发明内容

本发明公开了一种织物传感器和/或加热器材料，其适于提供车辆中的乘用人感测(分类或探测)，加热或者加热和乘用人感测。该织物传感器和/或加热器以在车辆中至少15年的寿命为特征。为实现该目标，本发明提出了使用天性柔韧且长期稳定的导电性材料诸如纱线和油墨。包括导电纱线的并且任选地被添印的织物被织造使得最后得到的传感器和/或加热器织物是有弹性的，柔软的，可透空气的，且便宜的。

这通过将不同电导系数的区域实施到该织物中而成为可能。这些区域要么通过织造过程要么通过织造和印刷过程的组合而在技术上被获得。对于加热而言，织造和/或印刷的这些过程允许满足与加热元件的电学和几何参数有关的三个条件。最后得到的传感器和/或加热器织物产生最大的乘客舒适性和运行安全性。由于其固有的耐用性以及其在设计中的可变性，其可以容易地被集成在车辆车厢中的任何位置处。

根据本发明的第一方面，柔性加热器和/或电极包括具有经纱方向和纬纱方向的织造织物材料，所述织物材料包括具有低电导系数的至少一个区域和具有高电导系数的至少两个区域。高电导系数的所述至少两个区域相邻于低电导系数的所述至少一个区域被布置并优选地延伸。高电导系数的所述至少两个区域中的至少一个被可操作地连接至所述加热器和/或电极的接线端子，所述接线端子用于将所述加热器和/或电极连接至电子控制电路。

在本发明的优选实施方式中，具有低电导系数的所述至少一个区域通过使用适当丝线密度的导电性纬纱和/或经纱纱线而被提供。替代地或另外地，具有低电导系数的所述至少一个区域通过将低电导率的材料施加到、优选地印刷到由非导电纱线或由低电导系数的纱线制成的织造织物上而被提供。

在本发明的可能的实施方式中，高电导系数的所述至少两个区域中的至少一个通过使用高电导系数的纬纱或经纱纱线而被提供。替代地或另外地，高电导系数的所述至少两个区域中的至少一个通过将高电导率的材料相邻于具有低电导系数的所述至少一个区域施加到、优选地印刷到由非导电纱线或由低电导系数的纱线制成的织造织物上而被提供。

根据一个实施方式，高电导系数的所述至少两个区域中的第一个与具有低电导系数的至少一个区域相邻地在经纱方向上延伸，并且高电导系数的所述至少两个区域中的第二个与具有低电导系数的至少一个区域相邻地在经纱方向上延伸，高电导系数的所述至少两个区域中的所述第一个和所述第二个至少在一个交叉点处相交。为改善高电导系数的所述区域之间的电接触，高电导率的材料在所述交叉点的区域中优选被施加到、例如被印刷到高电导系数的所述至少两个区域中的所述第一个和所述第二个上。

根据另一实施方式，高电导系数的所述至少两个区域中的第一个和第二个两者与具有低电导系数的所述至少一个区域的相反侧相邻地在经纱方向上或在纬纱方向上延伸，并且高电导系数的所述至少两个区域中的第一个和第二个都被可操作地连接至所述加热器和/或电极的接线端子，所述接线端子用于将所述加热器和/或电极连接至电子控制电路。

取决于该加热器或电极的构造，具有低电导系数的所述至少一个区域可以被构造成具有各向异性电导系数的性质，优选地为在纬纱和经纱方向上的不同的电子性质。

本发明还涉及加热装置，其包括如上公开的柔性加热器和/或电极，以及用于为所述柔性加热器供应加热电流的电子控制单元。在可行的实施方式中，该加热器装置包括多个加热器元件和用于为所述加热器元件供应加热电流的电子控制单元，所述加热器元件中的每一个包括如上公开的柔性加热器和/或电极。

在本实施方式的可行的变体中，各单独加热器元件的低电导系数的区域具有不同的电学性质，诸如不同的面电阻Rsq_j。各单独加热器元件优选地按次序被布置，使得各低电导系数的区域的各单独面电阻Rsq_j随着距所述接线端子的距离的增大而减小。

在另一可行的实施方式中，各单独加热器元件的高电导系数的至少两个区域中的各个被相互对齐地布置并被互连以便形成用于低电导系数的各单独区域的共同馈线。

本发明还涉及感测装置，其包括如在此上面所述的柔性加热器和/或电极，以及用于向所述柔性加热器和/或电极供应感测电压或电流的电子控制单元。

附图说明

本发明的更多细节和优点将参考附图从下列对若干非限制性实施方式的详细说明而明显看出。

具体实施方式

织物电极和/或加热织物被集成在车辆车厢中，优选地传感器和/或加热器从背面附装至诸如驾驶员座椅、乘客座椅、后座、方向盘、车厢的车门侧面、换档杆等的表面。

本发明公开了如何设计和生产用于乘用人探测或分类系统的织物电极或者加热织物或者表现出混合功能性的织物，即其可以被用于感测和加热。

用于生产这种织物并提供电导系数的所有材料的特征在于，当它们暴露于车辆寿命内存在的环境应力和机械应力时，它们的相关性质只发生小的变化。因此这些材料本身需要是有弹性的、柔性的、并且在某种程度上呈化学惰性的。特别是在施以机械应力时，在周期性弯曲载荷之后或在暴露至高湿度、高温或某些化学物质之后，它们的电机械特性仅被允许在小范围内改变。

由那些材料制备的该导电的织物具有特有的性质，使其极好地适于在汽车中感测和加热。该织物是有弹性的，柔软的，可透空气的，可印刷的，机械耐用的，并且环境健壮的。另外，因为基于大规模生产、分别全自动、大量技术工艺的纱线，织造技术，油墨，印刷技术，等，其具有相当低的价格。

本发明的重要方面涉及结构化的电导系数如何被集成在织物中以及其如何与结构化的沉积技术，也就是导电油墨的印刷相组合的方法。当正确地组合了这两种技术时，即当选择正确的材料和技术时，并且当使用严格的设计准则时，由此得到的传感器电极和/或加热器以使其合格地以超过15年的寿命用于汽车感测和/或加热应用的方式履行功能。

定义：

·纱线：不同类型的纱线通常被用来织造该织物：(非导电的)纯聚合物纱线，纯金属纱线(短纤纱或连续的长丝纱)，混合短纤纱(例如，PET与钢)，混合连续纱线(例如，PET与钢)。纱线导电长丝可以由全金属构成，例如由钢构成，或者它们可以由涂覆的聚合物长丝构成，例如用银或钢涂覆的，或者它们可以由用另一金属(例如钢或铜)涂覆或镀覆的金属长丝(例如铜或钢)构成。沙罗线可以由任何类型的导电的或非导电的单丝纱或复丝纱制成。

·高电导系数纱线：每单位长度的电阻，R/a，典型地在0.1和100Ohm/m之间。

·低电导系数纱线：每单位长度的电阻，R/a，典型地在10²和10⁵Ohm/m之间。

·非导电纱线：每单位长度的电阻，R/a>10⁶Ohm/m。典型地，纱线为纯聚合物纱线。

·原料织物：原料织物优选地为其中不同程度的电导系数(线电导系数，面电导系数)通过使用导电纱线被实现的织物。原料织物可以拥有不同电导系数的若干区域。原料织物区域的电导系数由所使用的纱线，每单位长度的丝线数目，和织造设计决定。为使原料织物可透空气，调整相邻丝线之间的特定间隙是有利的。为防止丝线移位，其中纬线被压到一起并因而被保护以免移位或滑移的沙罗织造技术是有利的。为使纬线之间的接触电阻最小，该技术也是有益的但不是必需的。

·印刷：将液体形式的功能性材料(油墨)施加到织物基质上的技术。该液体油墨随后固化在该织物基质上。印刷技术为平台丝网印刷，圆网丝网印刷，柔版印刷，凹版印刷，胶印，喷墨印刷。在本发明中圆网丝网印刷是最为有利的。

·高电导率油墨：其固化形式下的电导率典型地在5*10⁵和5*10⁷S/m之间变化的油墨。

·低电导率油墨：其固化形式的电导率典型地位于10^-1和10⁴S/m之间的油墨。这种油墨典型地包含作为导电颗粒的炭黑、石墨或碳纳米管和作为粘合剂的柔软聚合物。诸如导电聚合物或者炭黑、石墨和银颗粒的混合物的替代的导电填料是可行的。在固化状态下，低电导率油墨可以拥有其电阻率对温度的特有的相依性。特别值得期望的是具有展现出正温度系数(PTC)的电阻率的油墨，使得加热功率在升高的温度下受到限制。电阻比率R(T＝358K)/R(T＝293K)≈10是值得期望的。

·印刷织物：利用高电导率油墨或低电导率油墨在规定的区域中被添印(overprinted)的原料织物。

·高电导系数区域：在一个平面方向上的长度>>在垂直的平面方向上的长度。在长方向上测量的每单位长度的电阻，R_i/a，典型地在0.01和10Ohm/m之间。下标i表示第i个高电导系数区域。

·低电导系数区域：具有典型地在10Ohm和10kOhm之间的面电阻，Rsq_j，的导电织物片材。下标j表示第j个低电导系数区域。

A.用于乘用人探测或分类的织物电极

让我们首先描述用于电容性乘用人分类(或探测)系统的织物电极，所述系统的功能是在10kHz和1MHz之间的典型频率范围内确保在电极区域上的规定电势。为此目的，所述电极需要拥有低阻抗但其载流容量允许相反地很小。为使昂贵的高电导系数的织物的消耗最小并且为使其机械耐用性最大，该传感器电极由两种不同电导系数区域制备。纬纱(经纱)方向上的高电导系数区域跨过经纱(纬纱)方向上的高电导系数区域以便形成矩形型式的高电导系数区域以及经纱和纬纱中的高电导系数区域相重叠的区域。高电导系数区域和低电导系数区域适合于横跨整个电极织物限定电势并因此使能够通过电容性技术探测乘用人。见用来说明的图1。

下面，四种不同的实现方式被描述。

Aa.)高电导系数区域由高电导系数的纱线并且任选地由高密度的丝线实现。多个直接相邻的丝线可以由高电导系数的纱线构成。对于高电导系数区域，相同的纱线或不同的纱线可以被使用在纬纱中和经纱中。低电导系数区域通过在纬纱中和经纱中使用高或低电导系数的纱线而被实现。纱线成分和丝线密度被调整以便产生低电导系数区域的典型地在10Ohm和10kOhm之间的面电阻Rsq_j。利用这种原料织物，感测得以实现。

Ab.)原料织物为低电导系数的未结构化的织物片材。低电导系数区域的建立如同在实现方式Aa.)中所述的。各高电导系数区域利用高电导率油墨以如图1中所示的图案通过丝网印刷被施加。

Ac.)高电导系数区域根据实现方式Aa.)被实现。原料织物的其它的区域由非导电纱线制成，从而产生Rsq>10⁶Ohm。随后，要么以全面(未结构化的)印刷、要么以(结构化的)印刷图案，原料织物利用低电导系数油墨被添印，以便实现具有Rsq_j在10Ohm和10kOhm之间的面电阻的低电导系数区域。

Ad.)i.)在经纱和纬纱中的高电导系数区域相重叠的区域中原料织物利用高电导率油墨根据实现方式Aa.)和Ac.)被添印。这减少了纬线之间的接触电阻并结果允许快速调整横跨传感器织物的静电势。

ii.)另外，传感器织物将被接通的区域利用高电导率的油墨被添印。这允许接通区域中的较低的接触电阻。接通优选地通过卷边、铆接、钎焊、或胶合被实现。

iii.)在另一实现方式中，在完整的高电导系数区域中(见图1)原料织物利用高电导系数的油墨根据实现方式1a.)和1c.)另外被添印。

传感器织物的优选生产

在织造工艺中原料织物在辊子上被生产。原料织物优选地在平台或圆网丝网印刷过程中被添印(实现方式Ab.)，Ac.)，和Ad.))。对于每侧的长度，传感器织物的典型尺寸s₁，s₂在200和400mm之间。传感器织物的相应侧长度表示为s₁和s₂。为最大化辊子的使用，辊子宽度r应当是传感器织物的长度s₁的偶数倍，如果s₁是在纬纱方向上被测量的话，并且应当是传感器织物的长度s₂的整数倍，如果s₁是在经纱方向上被测量的话(见图2)。

相邻的高电导系数区域之间的间隔要么相等要么在经纱和纬纱方向上在较小和较大间隔之间周期性地交替。间隔或交替的次序在经纱和纬纱方向上可以是不同的并且取决于织物电极的精确设计。

原料织物(实现方式Aa.))或印刷织物(实现方式Ab.)，Ac.)，和Ad.))从辊子上切断以便获得可以被接触和被集成在传感器中的织物电极。这种织物电极的示意性描绘在图2中呈现。

B.用于加热的或用于加热和乘用人分类或探测的织物

加热(焦耳加热)需要电流流过。通常电压为车辆的车载电压。加热电流根据欧姆定律由施加在加热元件上的电压和加热元件的电阻限定。加热元件的加热(＝电)功率为所施加的电压和流过加热元件的电流的乘积。

电压在操作期间不必须恒定。为了加热，电压可以是时间的函数；其例如可以被脉宽调制。加热和乘用人感测基于相同的织物材料(本发明)但使用不同的电子控制和电源电路。以这种方式，相同的高电导系数区域和低电导系数区域被用于加热和用于乘用人感测但它们的机能是不同的。如上所述，加热需要可感知的加热电流以便产生需要的加热功率，然而乘用人感测需要快速确定织物电极上的电势和非常小的电流。这可以仅利用按交替的、并且典型地周期性的次序运行的不同的电子电路而被实现。本发明还涉及适于实现加热或加热和乘用人感测的织物结构。本发明并不涉及不是织物的整体部分的电子控制电路或电源电路。加热器可以包括众多不同的加热元件。

定义：

·功率密度：每单位面积的加热功率。用于加热器的功率密度典型地从100到1000W/m²变化。

·加热元件：织物中的功能性元件。其由彼此相对的两个高电导系数区域和在该相对的高电导系数区域之间的低电导系数区域构成。见用以说明的图3。在各高电导系数区域之间应用电压(＝电势差)时，加热电流将流过该低电导系数区域。加热的该原理通常已知为并联加热。

·(各)馈线：之间具有低电导系数区域的相对的各高电导系数区域。馈线向该低电导系数区域“馈送”以电流以便加热该低电导系数区域。

实践中，加热元件的各馈线的电阻将导致各馈线中的电压降并从而导致各馈线中的加热电流。作为直接的结果，加热元件中的加热功率密度将不是恒定的但其将是距电源的距离的函数。而且，对于距电源的相等距离处，功率密度将在各馈线和低电导系数区域之间不同。

各馈线的宽度w_fli，i＝1，2，…表示第i个馈线，一般来说远小于低电导系数区域的宽度w_lc(比方说w_lc/w_fli＝10)。这是并联加热的概念所固有的。然而，这并不是对读者的要求，而是提示。

为了使得织物加热元件适于汽车应用，若干条件需要被满足。各变量的含义在图3中示出。该两个馈线拥有下标i(i＝1，2)；针对具有宽度w_lc的单一低电导系数区域(j＝1)，并且Rsq_i＝Rsq。

条件1：确定的功率密度需要在某一容许区间内被获得。固定的温度差与功率密度成比例。1.)为了在低的环境温度下获得快速的加热，以及，2.)因为整个加热器上的功率密度一般来说将等于或低于单一加热元件的功率密度，因此加热元件的目标功率密度需要足够高。加热元件的目标功率密度，P_target/A，记为

\frac{P_{t \arg et}}{A} = U_{0}^{2} [l_{0} {(Sech [\frac{l_{0} \sqrt{\frac{R_{1} + R_{2}}{a}}}{\sqrt{Rsq \cdot w_{1 c}}})}^{2} + \frac{\sqrt{Rsq \cdot w_{1 c}} Tanh [\frac{l_{0} \sqrt{\frac{R_{1} + R_{2}}{a}}}{\sqrt{Rsq \cdot w_{1 c}}}]}{\sqrt{\frac{R_{1} + R_{2}}{a}}})] / ({2 l}_{0} Rsq \cdot w_{1 c}^{2})

(式1)

P_target/A的典型容许区间为±5％。式1提供了各导电材料如何以及各几何尺寸如何需要被选择以便获得加热元件的规定功率密度的指导。典型地，加热元件的供电电压，U₀，被给出一先验的电压，要么是车载直流电压要么是较低的电压。

条件2：长度l₀的加热元件的功率从该加热元件的一端到另一端不允许下降超过指定的小数。该功率为距电源的距离的单调下降的函数。低电导系数区域中在长度x＝l₀处的功率密度不小于在x＝0处(在该处电压U₀被供给)的功率密度的f₁倍(其中f₁≤1)的条件记为

{(Sech [\frac{1_{0}}{\sqrt{Rsq \cdot w_{1 c}}} \sqrt{\frac{R_{1} + R_{2}}{a}})}^{2} &GreaterEqual; f_{1}

(式2)

典型的选定值为f₁＝0.95。

条件3：各馈线的功率密度，P_fli，不得超过低电导系数区域的功率密度P_lc乘以因子f₃，以便防止各馈线的过高温度。另一方面，值得期望的是各馈线还被加热至某一程度(乘以因子f₂)以便使加热器的功率密度均匀。为了陈述容易，我们对于所有的i设定R_i＝R和w_fli＝w_fl。于是我们需要f₂<P_fli/P_lc<f₃，其中P_fli为该馈线的最大功率密度并且P_lc为低电导系数区域的最大功率密度。显然各最大功率密度在x＝0处(在该处电压U₀被供给)获得。各馈线的功率密度在低电导系数区域的功率密度的f₂倍和f₃倍之间变化的条件记为

f_{2} \leq \frac{w_{lc} {(Tanh [\frac{l_{0} \sqrt{\frac{2 R}{a}}}{\sqrt{Rsq \cdot w_{1 c}}}])}^{2}}{{2 w}_{f 1}} \leq f_{3}

(式3)

f₂和f₃的典型取值分别为0.1和0.5。

一般来说，知晓包括低电导系数区域以及两个相同的馈线的加热元件的总功率是有益的。加热元件的总功率P记为

P = \frac{U_{0}^{2} Tanh [\frac{l_{0} \sqrt{\frac{2 R}{a}}}{\sqrt{Rsq \cdot w_{1 c}}}]}{\sqrt{\frac{2 R}{a}} \sqrt{Rsq \cdot w_{1 c}}}

(式4)

以下，我们将上面的公式化条件称作条件1至3。

加热元件(可以承担乘用人感测功能)被设计和构造以便满足条件1至3。注意的是，条件1至3提供用于各材料的选择(R_i/a，Rsq)，加热元件的几何形状(w_fli，w_lc，l₀)，以及各热电条件(U₀，P_target/A)的精确准则。在实践中以上各指定变量中的一些可以是不变的并且因而不能被改变，以便最佳地满足条件1至3。

以下，加热元件的若干实现方式被描述。所有实现方式都满足上面列出的条件1至3。加热器由一个或由众多的加热元件构成。各加热元件可以在材料或几何形状上不同，但所有加热元件都满足条件1至3。各加热器和/或传感器要么利用原料织物或要么利用印刷织物而被实现。各高电导系数区域和各低电导系数区域的存在允许织物电极的电势调整地足够快以便允许电容性乘用人感测。

实现方式

Ba.)各高电导系数区域由高电导系数的纱线并任选地由要么纬纱中的要么经纱中的高密度的丝线实现。多个直接相邻的丝线可以由高电导系数的纱线构成。各低电导系数区域通过在纬纱中和在经纱中使用高或低电导系数的纱线而被实现。纱线成分和丝线密度被调整以便产生低电导系数区域的典型地在10Ohm和10kOhm之间的面电阻。利用这种原料织物，感测和/或加热得以实现。

Bb.)原料织物为如在实现方式Ba.)中所描述的低电导系数的未结构化的织物片材。各高电导系数区域利用高电导系数油墨以图案化的方式通过印刷被施加。由于印刷提供了构造各高电导系数区域以便最佳地满足条件1至3的自由度，由多个相同加热元件构成的加热器的实现方式可以呈现为类似图4中所示的形式。

Bc.)各高电导系数区域如在Ba.)中所述地被织造。该原料织物的其它区域由非导电纱线制成并拥有面电阻Rsq>10⁶Ohm。随后，要么利用全面(未结构化的)印刷、要么以(结构化的)印刷图案，该原料织物利用低电导率油墨被添印，以便实现具有Rsq在10Ohm和10kOhm之间的面电阻的低电导系数区域。

在一特定的实现方式中，各馈线由各单一丝线构成并且电压跨相邻的馈线被施加。在相邻的馈线之间可以有由纯聚合物纱线制成的多个非导电的丝线。图5示出了这样的实现方式，其中加热器由多个加热元件构成。

Bd.)高电导系数区域根据实现方式Ba.)被织造，并且被添印高电导率油墨，以便：i.)实现设计Bb.)，ii)在电触点的区域中(如在图2中被示出的)，iii)在整个高电导系数区域中，以便最小化R_i/a。

用于A(感测)和B(感测和/或加热)的其它的特征和实现方式：

i.)由面电阻Rsq表征的低电导系数区域，拥有各向异性的电导系数性质。这意味着该面电阻Rsq可以拥有根据平面方向的不同的值。特别地，如果Rsq拥有在定义中指定的值并且在仅电场梯度的方向上符合条件1至3的话，这就足够了。在垂直方向上，Rsq>10⁶Ohm是可接收的。这意味着在垂直于电场梯度的方向上，各丝线和各纱线可以是非导电的，例如，是纯聚合的。

ii.)加热元件由不同Rsq_j的多个低电导系数区域构成。优选地，低电导系数区域的Rsq_j越低，到电源的距离越大。在j个低电导系数区域的情况下，第j个区域的相应面电阻是Rsq_j。以这种方式，更容易满足条件1至3，尤其是如果几何约束被强加在该加热元件上的话。作为示例，图6示出了具有不同Rsq_j的低电导系数的宽度w_lc的三个(j＝1，2，3)区域的加热元件。特别地，Rsq₁可以由原料织物实现，而较低的Rsq₂和Rsq₃通过在原料织物上利用低电导率油墨印刷各自区域而被实现。Rsq₃可以通过例如印刷每单位面积更大质量的导电油墨，或通过印刷更高电导率的油墨而获得。

iii.)印刷高电导系数区域，其中R_i/a不是恒定的而是根据离电源的距离变化。目的是使能够满足条件1至3。这优选地通过利用高电导率油墨在原料织物中选择性地添印高电导系数区域的若干部分而被实现。

iv.)被集成在车辆中的该加热器织物和/或传感器织物可以包括众多的加热元件。图4和5呈现了其中加热器由多个加热元件构成的实例。本身就能理解，给超过一个加热元件馈电的馈线将承载因此更高的电流。这在评价条件1至3时需要被考虑。

v.)如果加热器由超过一个加热元件构成，那么材料性质(R_i/a，Rsq_j)和加热元件的几何参数可以为各不同的加热元件做不同地选择。

vi.)如果加热器由众多(潜在地不同的)加热元件构成，那么对条件1至3的满足优选地通过使用适当的计算机模拟技术来支持。

图1a.)和1b.)在俯视图中示出了该原料织物的实施方式。图1a.)或1b.)的示意性描述显示了横跨辊子整个宽度(纬纱方向)延伸的织物片段和经纱方向上的任意片段。各浅灰色区域表示面电阻为Rsq的各低电导系数区域，而纬纱和经纱中的各深灰色的条纹分别表示每单位长度的电阻为R₁/a和R₂/a的高电导系数区域。相邻的高电导系数区域之间的间隔的次序在纬纱中以及在经纱中是周期性的。各黑色的正方形表示其中高电导系数的纬纱和经纱区域相重叠的区域。这些图指的是实现方式Aa.)，Ab.)，和Ac.)。

图1a.)举例说明了由虚线边界的矩形表示的三个织物电极。它们在纬纱方向上的伸展量为s₁，在经纱方向上的伸展量为s₂。辊子宽度是s₁的整数倍。在本实例中，辊子宽度r是s₁的两倍。这些织物电极被从该织物辊子上切割下来，使得U形的高电导系数区域位于经纱方向上(U形的开口)。

图1b.)举例说明了替代的实现方式，其中高电导系数区域的周期性次序被颠倒，即相比于图1a.)经纱和纬纱被交换。四个织物电极由虚线矩形表示。让我们在经纱方向上用s₁并且在纬纱方向上用s₂表示它们的延伸量。辊子宽度是s₂的整数倍。在本实例中，辊子宽度r是s₂的三倍。这些织物电极被从该织物辊子上切割下来，使得U形的高电导系数区域位于纬纱方向上(U形的开口)。

图2为由印刷织物制成的织物电极的示意性俯视图。所显示的织物电极相当于图1a.)中的具有延伸量s₁(水平)和s₂(竖直)的虚线矩形。各浅灰色区域表示面电阻为Rsq的低电导系数区域而纬纱和经纱中的各深灰色条纹分别表示每单位长度的电阻为R₁/a和R₂/a的高电导系数区域。虚线的圆和半圆表示在高电导系数区域相重叠的各区域中(如在实现方式Ad.)i.)中所述)和在电压供给根据实现方式Ad.)ii.)被接通的区域中利用高电导率油墨的添印。各高电导系数区域形成U形。该织物电极被接通至简化的电路。

图3在俯视图中示出了示意性加热元件，其中低电导系数区域以浅灰色显示，各高电导系数区域，所谓的各馈线，以深灰色示出。该加热器元件的长度为l₀，低电导系数区域(面电阻Rsq)拥有宽度w_lc，并且两个高电导系数区域的宽度为w_fl1和w_fl2，分别拥有每单位长度的电阻R₁/a和R₂/a。电压被施加在限定了电压供给位置的各高电导系数区域的底端之间。电流经过该电压源从一个高电导系数区域经过低电导系数区域到另一个高电导系数区域流动。

图4为对多个加热元件的示意性俯视图说明。灰色区域表示由原料织物提供的低电导系数区域。阴影线区域为高电导系数区域。高电导系数区域被印刷在原料织物上。加热器的所显示的片段包括多个加热元件，其中的三个被任意选定并由具有虚线边界线的矩形突出显示。在该描绘中，对于该三个加热元件而言，几何形状和所包含的材料是相同的。一般来说，几何形状和材料可以针对不同的加热元件而做出不同地选择。在任何情况下，每个加热元件都满足条件1至3。各交叉阴影线区域也是高电导系数区域；典型地，交叉阴影线区域的电导系数大于该阴影线区域的电导系数。它们可以通过利用高电导率油墨来添印已经在原料织物中被实现的高电导系数区域而被实现。在工程实践中，人们可以希望在有限元模拟的帮助下设计该加热器的几何形状。电压供给可以在任何需要的位置被接通。在实践中，人们将在该两个交叉阴影线的高电导系数区域中的适当的位置处接通该加热器。

图5在俯视图中示出了织物的片段，其示出了由高电导系数纱线(深灰色的线)实现的高电导系数丝线和由非导电的、纯聚合物纱线(画阴影线的线)实现的非导电丝线。在该图中各丝线被示出为要么位于经纱方向上要么位于纬纱方向上。为清楚起见，位于垂直方向上(纬纱或经纱，分别地)的丝线未被示出。这些丝线也是由非导电纱线制成。在前面定义的术语中，各深灰色的线代表各高电导系数区域。各低电导系数区域通过利用低电导率油墨添印原料织物而被实现。该图中这一低电导系数区域以浅灰色示出。具有虚线边界线的矩形代表满足条件1至3的各加热元件。加热器可以由大量的这种加热元件构成。注意的是，该加热器的横向延伸量本质上由所印刷的低电导系数区域限定。电压供给被接通至各高电导系数区域使得电势在相邻的高电导系数区域之间交替。总线系统被用于接通使得横跨每个加热元件施加的电压被良好地限定。

图6示出了包括以深灰色着色的两个高电导系数区域(馈线)的加热元件。具有宽度w_lc并具有面电阻R_sqj的三个低电导系数区域(j＝1，2，3)，分别以浅灰色、阴影线、和交叉阴影线着色。

Claims

1.柔性加热器和/或电极，其包括具有经纱方向和纬纱方向的织造织物材料，所述织物材料包括具有低电导系数的至少一个区域和具有高电导系数的至少两个区域，高电导系数的所述至少两个区域相邻于低电导系数的所述至少一个区域，并且其中高电导系数的所述至少两个区域中的至少一个被可操作地连接至所述加热器和/或电极的接线端子，所述接线端子用于将所述加热器和/或电极连接至电子控制电路。

2.根据权利要求1所述的柔性加热器和/或电极，其中具有低电导系数的所述至少一个区域通过使用适当丝线密度的导电性纬纱和/或经纱纱线而被提供。

3.根据权利要求1所述的柔性加热器和/或电极，其中具有低电导系数的所述至少一个区域通过将低电导率的材料施加到、优选地印刷到由非导电纱线或由低电导系数纱线制成的织造织物上而被提供。

4.根据权利要求1或3中任一项所述的柔性加热器和/或电极，其中高电导系数的所述至少两个区域中的至少一个通过使用高电导系数的纬纱或经纱纱线而被提供。

5.根据权利要求1或3中任一项所述的柔性加热器和/或电极，其中高电导系数的所述至少两个区域中的至少一个通过将高电导率的材料相邻于具有低电导系数的所述至少一个区域施加到、优选地印刷到由非导电纱线或由低电导系数纱线制成的织造织物上而被提供。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的柔性加热器和/或电极，其中高电导系数的所述至少两个区域中的第一个与具有低电导系数的至少一个区域相邻地在经纱方向上延伸，并且其中高电导系数的所述至少两个区域中的第二个与具有低电导系数的至少一个区域相邻地在经纱方向上延伸，高电导系数的所述至少两个区域中的所述第一个和所述第二个至少在一个交叉点处相交。

7.根据权利要求6所述的柔性加热器和/或电极，其中高电导率的材料在所述交叉点的区域中被施加到、优选被印刷到高电导系数的所述至少两个区域中的所述第一个和所述第二个上。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的柔性加热器和/或电极，其中高电导系数的所述至少两个区域中的第一个和第二个两者与具有低电导系数的所述至少一个区域的相反侧相邻地在经纱方向上或在纬纱方向上延伸，并且其中高电导系数的所述至少两个区域中的第一个和第二个都被可操作地连接至所述加热器和/或电极的接线端子，所述接线端子用于将所述加热器和/或电极连接至电子控制电路。

9.根据权利要求1中8中任一项所述的柔性加热器和/或电极，其中具有低电导系数的所述至少一个区域被构造成具有各向异性电导系数的性质，优选为在纬纱和经纱方向上的不同的电子性质。

10.加热装置，其包括根据权利要求1至9中任一项所述的柔性加热器和/或电极，以及用于为所述柔性加热器供应加热电流的电子控制单元。

11.加热装置，其包括多个加热器元件和用于为所述加热器元件供应加热电流的电子控制单元，所述加热器元件中的每一个包括根据权利要求1至9中任一项所述的柔性加热器和/或电极。

12.根据权利要求11所述的加热装置，其中各单独加热器元件的低电导系数的区域具有不同的电学性质，诸如不同的面电阻Rsq_j。

13.根据权利要求12所述的加热装置，其中各单独加热器元件按次序被布置，使得各低电导系数的区域的各单独的面电阻Rsq_j随着距所述接线端子的距离的增大而减小。

14.根据权利要求11或12所述的加热装置，其中各单独加热器元件的高电导系数的至少两个区域中的各个被相互对齐地布置并被互连以便形成用于低电导系数的各单独区域的共同馈线。

15.感测装置，其包括根据权利要求1至9中任一项所述的柔性加热器和/或电极，以及用于为所述柔性加热器和/或电极供应感测电压或电流的电子控制单元。