CN105403234A - 一种压电式门把手传感器结构 - Google Patents

Abstract

一种压电式门把手传感器结构，门把手本体上装有压电元件和柔性隔热膜，压电元件设置于门把手本体的抓握部位上的贴膜凹槽内，柔性隔热膜设置于门把手本体上并将压电元件覆盖于凹槽内。采用柔性隔热膜覆盖压电元件，使得在人手抓握门把手时，压力仍然可通过膜传递到压电元件上，而人手温度对压电元件温度的影响则被膜削弱和延迟。无论门把手工作环境温度如何，反应都会同样迅速，原来存在的环境温度较高时传感器反应变慢而引起的开门被卡滞的现象被完全消除。此外，压电元件上的柔性隔热膜在抵抗环境的冷热气流、噪声和振动干扰方面也起到了明显的作用。

Description

一种压电式门把手传感器结构

技术领域

本发明涉及汽车门把手，特别是涉及汽车无钥匙进入与启动***中安装在门把手上的压电式门把手传感器结构。

背景技术

汽车的无钥匙进入与启动***（PassiveEntryPassiveStart-PEPS），目前已有多种技术可以在门把手上设置传感器作为PEPS***的唤醒开关。中国专利号为ZL201210294053.X的专利中公开了一种采用压电元件作为门把手传感器的PEPS***，该***，通过抓握门把手的动作，触发压电元件，随后***自动查询、认证操作者的身份信息，并根据认证结果确定是否将车门解锁。

从门把手被抓握到传感器输出有效信号这段时间，要求越短越好，也即传感器的反应必须越快越好。因为抓握门把手——拉门把手——门被打开这一过程是连贯的，传感器在门把手被抓握后，输出有效信号越迟，PEPS***开锁指令发出也会推迟，从而导致本应是连贯的开门过程因未能及时解锁而卡滞，给使用者造成不愉快的操作感受。

大部分压电元件除了正压电效应、逆压电效应外同时具有热释电效应。在利用压电元件的逆压电效应于电声和超声工程时，热释电效应相对于施加在压电元件上的强大电功率而言，所起的干扰完全可以被忽略，但在利用压电元件的正压电效应于声音、振动和加速度等探测时，由于拾取到的信号非常微弱，来自探测目标或环境的热释电干扰强度会达到不容忽视的程度。

在ZL201210294053.X号中国专利所述的压电式门把手传感器中，其压电元件安装在门把手朝向车门的内侧表面，在抓握门把手时，人手会直接接触压电元件。人手本身具有一定的温度，其接触压电元件产生的热释电效应会对压电元件的工作产生干扰。通过实验观察，我们发现该专利所述的压电式门把手传感器在环境温度较高时，传感器的反应明显地会由于热释电干扰而变慢，开门时被卡滞的现象会频繁发生。其测试结果如图1所示：当元件表面温度低于人手温度，例如，元件表面温度是25℃，人手温度是32℃时，元件输出的信号中会同时含有压电和热释电成分，示波器显示此时的波形如图1（a）；为了避免热释电效应，改用温度为25℃的小木棒轻触元件，结果得到如图1（b）的波形。而当环境温度为65℃（如夏天将汽车停放在户外阳光下，门把手可达到这个温度）时，再次测量32℃人手和65℃小木棒轻触压电传感器的输出波形，得到图1（d）和（e）。

图1（d）很好地揭示了环境温度较高时传感器反应变慢而引起的开门被卡滞的现象。与25℃时的情形不同，受试压电元件此时的输出信号极性改变且延迟了约200mS。就是这个延迟导致了开门被卡滞的现象。而图1（e）和图1（b）显示，65℃时元件的压电性能并无变化。图1（d）中的负脉冲，是冷的手接触热的压电元件时强烈的热释电效应产生的负极性信号在抵消了压电效应的正极性脉冲后留下的影响。

图1（a）和图1（d）波形表面上完全不同，但是却是同一个原因导致的：人手直接接触压电元件，压电与热释电效应同时产生，互相干涉。在手的温度高于压电元件的温度时，两种效应产生的信号极性相同，因而会互相加强；在手的温度低于压电元件的温度时，两种效应产生的信号极性相反，会互相削弱。

由上可见，热释电效应对ZL201210294053.X号中国专利所述的PEPS门把手***存在极大的影响。

发明内容

本发明旨在提供一种消除了热释电效应影响的压电式门把手传感器结构，以使压电式门把手传感器在不同环境温度下反应同样快捷，消除因为环境温度较高时传感器反应变慢而引起的开门被卡滞的现象。

本发明所述的压电式门把手传感器结构，传感器为在受按压变形时能够在上下表面产生电压的压电元件，在门把手本体的抓握部位上设置压电元件，在压电元件的外侧表面覆盖有柔性隔热膜。

本发明所述的压电式门把手传感器结构，采用柔性隔热膜覆盖压电元件，在人手抓握门把手时，其抓握动作产生的压力变化仍然可即时传递到压电元件上，而人手与压电元件之间的温差，则需经过隔热膜后方能传递到压电元件，其延迟了压电元件的热释电效应，使压电效应与热释电效应错开。这样，在环境温度高于人手温度时，压电元件因压电效应输出的正脉冲与热释电效应产生的负脉冲被柔性的隔热膜成功分离出来，避免了热释电效应对压电效应产生不良影响。无论门把手工作环境温度如何，反应都会同样迅速，原来存在的环境温度较高时传感器反应变慢而引起的开门被卡滞的现象被完全消除。此外，由于柔性隔热膜的存在，环境中的冷热气流和噪声不再直接作用在压电元件上，传感器被这些干扰误触发的情形也不再出现。

附图说明

图1是现有技术中的压电式门把手传感器的输出波形图。

图2是本发明所述压电式门把手传感器结构的结构示意图。

图3是图2所示压电式门把手传感器结构与现有技术对比的输出波形图。

图4、5是图2所示压电式门把手传感器结构的压电元件的结构示意图。

图6、7是图2所示压电式门把手传感器结构的压电元件的安装结构示意图。

具体实施方式

如图2所示。一种压电式门把手传感器结构，传感器为在受按压变形时能够在上下表面产生电压的压电元件3，在门把手本体1的抓握部位上设置压电元件，在压电元件的外侧表面（即面向人手抓握的一侧的表面）覆盖有柔性隔热膜；门把手本体1的抓握部位上设置有安装压电元件3的凹槽,压电元件安装于凹槽内，覆盖于压电元件外侧的柔性隔热膜2位于门把手可被人手接触的抓握部位的表面。抓握门把手时，压电元件即时受压变形产生压电信号，而人手的温度则需要先传递到隔热薄膜，而后经由隔热薄膜传递到压电元件表面，由于隔热薄膜的存在，人手的温度传递到压电元件需要一定时间，这使得因人手与压电元件之间温差产生的热释电效应会较压电效应滞后一定时间。因而人手握门把手时，压电效应能够不受热释电效应影响，及时触发PEPS，使开门顺畅，避免卡滞。

如图3所示，图3（c）和（f）分别是在压电元件表面黏贴了0.5mm厚的柔性塑料膜后，人手接触膜时，压电元件输出的信号波形。从这两个图中，特别是图3（f）中可见，紧接在“接触开始”时刻之后的正脉冲，是被膜成功分离出来的压电信号。这个信号的幅度上升到被***确认有效的幅度的时刻仅在“接触开始”时刻之后约20mS，用这样的正脉冲作为PEPS***的唤醒信号，无论门把手工作环境温度如何，反应都会同样迅速，原来存在的环境温度较高时传感器反应变慢而引起的开门被卡滞的现象被完全消除。其次，从实验可得，柔性隔热膜的厚度在0.3-1.0mm之间为宜。膜太厚会降低传感器灵敏度，而膜太薄则达不到削弱和延迟热释电信号的目的。

如图4、5所示，所述的压电式门把手传感器结构，柔性隔热膜2朝向门把手的一面涂布胶水，以提高其密封及隔热性能；除此之外，还在门把手本体1上设置向内凹陷的贴膜凹槽11，压电元件3的上表面与所述贴膜凹槽的底部平齐，且贴膜凹槽的深度不大于柔性隔热膜2的厚度，也就是说，要这样选择膜的厚度，使它在贴好后其外表面不会低于门把手被抓握部分的表面。这样，既可防止人手刮擦门把手本体时柔性隔热膜的边缘翘起而导致脱落，又可以保证人手抓握门把手时接触到柔性隔热膜。

压电元件3包括金属壳体31和用于抑制电磁辐射干扰的屏蔽盒32，金属壳体31由金属薄片整体冲压而成，金属壳体的表面设有向背面凹陷并凸出于背面的内拱凸台33，屏蔽盒设置于金属壳体的背面并覆盖金属壳体的背面和自该背面凸出的内拱凸台；金属壳体的上、下两端设有接地的焊接点34，压电陶瓷片35用导电胶黏贴于内拱凸台的内表面，导电胶既固定压电陶瓷片同时也将其一个导电面接地。压电陶瓷片朝向屏蔽盒悬空的面上设有连接线路板电子单元的引线。该种结构的压电元件，在有人手触摸时即会有微形变，并输出压电信号。

压电元件3和门把手本体1之间存在间隙-包括压电元件凸出于背面的内拱凸台33的侧面与门把手本体之间，和屏蔽盒32与门把手本体的内壁之间-这可以消除现有技术中门把手本体被意外挤压产生微形变时，造成压电元件也随之产生微形变而引起误触发的可能。

如图6所示，压电元件3设置于由电路板4、手动锁门按钮5、低频磁性天线6和组件外壳7组成的电子组件8上，且电路板上对电磁噪声敏感的元件设置于压电元件的屏蔽盒32的覆盖区域内，此时，电子单元放大来自压电元件的信号然后整形为开关信号，并通过电缆将此开关信号接入PEPS***，压电元件的金属壳体在组合为电子部件时，可以以电路板为底构成电子单元屏蔽盒，从而抵抗电磁干扰，也可以为压电元件提供支撑。

Claims (8)

1.一种压电式门把手传感器结构，其传感器为在受按压变形时能够在上下表面产生电压的压电元件（3），在门把手本体（1）的抓握部位上设置压电元件，在压电元件的外侧表面覆盖有柔性隔热膜。

2.根据权利要求1所述的压电式门把手传感器结构，其特征在于：门把手本体的抓握部位上设置有安装压电元件的凹槽,压电元件安装于凹槽内，覆盖于压电元件外侧的柔性隔热膜位于门把手可被人手接触的抓握部位的表面。

3.根据权利要求1所述的压电式门把手传感器结构，其特征在于：柔性隔热膜（2）朝向门把手的一面涂布胶水。

4.根据权利要求1所述的压电式门把手传感器结构，其特征在于：门把手本体（1）的凹槽***上设置向内凹陷的贴膜凹槽（11），压电元件（3）的上表面与所述贴膜凹槽（11）的底部平齐，且贴膜凹槽的深度不大于柔性隔热膜（2）的厚度。

5.根据权利要求1所述的压电式门把手传感器结构，其特征在于：压电元件（3）包括金属壳体（31）和用于抑制辐射干扰的屏蔽盒（32），金属壳体的表面设有向背面凹陷并凸出于背面的内拱凸台（33），屏蔽盒设置于金属壳体的背面并覆盖金属壳体的背面和自该背面凸出的内拱凸台；金属壳体的上、下两端设有接地的焊接点（34），压电陶瓷片（35）设置于内拱凸台的内表面，且压电陶瓷片上设有连接线路板电子单元的引线。

6.根据权利要求5所述的压电式门把手传感器结构，其特征在于：金属壳体（31）由金属薄片整体冲压而成。

7.根据权利要求5所述的压电式门把手传感器结构，其特征在于：压电元件（3）和门把手本体（1）之间存在间隙。间隙存在于包括压电元件凸出于背面的内拱凸台（33）的侧面与门把手本体之间，和屏蔽盒（32）与门把手本体的内壁之间。

8.根据权利要求5、6和7所述的压电式门把手传感器结构，其特征在于：压电元件（3）设置于由电路板（4）、手动锁门按钮（5）、低频磁性天线（6）和组件外壳（7）组成的电子组件（8）上，且电路板上对电磁噪声敏感的元件设置于压电元件的屏蔽盒（32）的覆盖区域内。