專利名稱：壓敏傳感器、目標(biāo)檢測裝置和開閉裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓敏傳感器、目標(biāo)檢測裝置和開閉裝置用于防止目標(biāo)夾在汽車動力窗、電動機驅(qū)動式移門、電動機驅(qū)動的可開式車頂、大樓的自動門等。
已有技術(shù)壓敏傳感器至今一直用于防止夾住目標(biāo)，例如，在USP 3,465,476或日本實用新型公開號No.41-15095中揭示了一種利用壓力閉合觸點類型的壓敏開關(guān)。這種類型的壓敏開關(guān)沿窗框配置時會彎曲并閉合，此時會產(chǎn)生檢測錯誤。
因此，揭示了一種壓電傳感器作為彎曲而不產(chǎn)生檢測差錯的壓敏傳感器。如，USP 5,907,213揭示了使用壓電傳感器作為壓敏傳感器的例子，該傳感器具有非壓電區(qū)和壓電區(qū)，其中，僅僅壓電區(qū)的部分直接配置在動力窗的窗框上。在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)關(guān)閉動力窗的窗玻璃時如果目標(biāo)夾在窗框與窗玻璃之間，則壓電傳感器因目標(biāo)的壓力而變形，并從該傳感器發(fā)出電壓脈沖，窗框與窗玻璃之間有無目標(biāo)取決于有無該電壓脈沖。
USP 4,943,757中揭示了一種使用該壓電傳感器的開閉裝置，它包含安裝在擋風(fēng)雨條(配置在窗框中)中的壓電傳感器，和根據(jù)該壓電傳感器輸出的信號驅(qū)動窗玻璃的電動機。如果閉合窗玻璃使目標(biāo)夾在窗框與窗玻璃之間，則壓電傳感器因目標(biāo)壓力而變形，從該壓電傳感器發(fā)出電壓脈沖，并當(dāng)該電壓脈沖大于夾住檢測閾值時電動機反向旋轉(zhuǎn)，消除夾住。
但是，USP 5,907,213中的壓電傳感器因直接配置在窗框中，故若目標(biāo)壓在壓電傳感器上時，難以使其變形。因而用測評裝置檢測夾住狀態(tài)時，壓電傳感器不會產(chǎn)生足夠的電壓脈沖用來檢測。
在USP 4,943,757揭示的開閉裝置中，如果目標(biāo)通過擋風(fēng)雨條壓著壓電傳感器，則該壓電傳感器難以變形(除非擋風(fēng)雨條非常柔軟)，發(fā)不出足夠的電壓脈沖。因此，窗玻璃繼續(xù)關(guān)閉直到電壓脈沖超過夾住檢測閾值，施加于目標(biāo)的壓力增加直到解除夾持狀態(tài)，此時，可能使目標(biāo)破壞或電壓脈沖超不過檢測閾值，不能解除夾持狀態(tài)。
本發(fā)明揭示本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，并提供(A)配置在打開或開閉裝置中的壓敏傳感器，容易隨目標(biāo)壓力而變形；(B)目標(biāo)檢測裝置，使用壓敏傳感器安全地檢測目標(biāo)與壓敏傳感器的接觸狀態(tài)；(C)開閉裝置，當(dāng)夾住目標(biāo)時能減輕目標(biāo)受到的壓力直到解除夾持狀態(tài)。
本發(fā)明揭示的壓敏傳感器包含(a)壓敏裝置，依據(jù)變形產(chǎn)生輸出信號；(b)將所述壓敏裝置支持在至少一個開口的支持裝置，和對該開口進(jìn)行開閉的開閉單元，其中，支持裝置比壓敏裝置更柔軟。由于這一特征，當(dāng)目標(biāo)與壓敏傳感器接觸時支持裝置易于與壓敏裝置一起變形，故不會妨礙壓敏裝置的變形，壓敏傳感器產(chǎn)生足夠的輸出信號用來檢測。
對支持裝置加接變形放大部分，放大壓敏裝置的變形，從而提高了壓敏裝置的靈敏度。在該變形放大部分中形成空洞部分以便空洞部分隨目標(biāo)壓力變形增加壓敏裝置的變形量，從而進(jìn)一步提高壓敏裝置的靈敏度。
支持裝置設(shè)有振動阻尼單元時可阻尼掉傳播到壓敏裝置的不需要的振動，壓敏裝置不發(fā)出這種導(dǎo)致檢測差錯的輸出信號。
該振動阻尼單元也用作變形放大部分和支持裝置由擋風(fēng)雨條的一部分構(gòu)成時，可進(jìn)一步減少構(gòu)件的數(shù)量，更合理。
當(dāng)壓敏裝置配置在開口中使得離開閉單元的最短距離在3mm到5mm范圍內(nèi)時，可按FMVSS118規(guī)定的要求檢測最小直徑為4mm或更小的夾住的桿條，這是美國對動力窗等中夾住狀態(tài)的規(guī)定。
通過配置電阻檢測壓敏傳感器引出信號用多個電極中的故障電極，以提高可靠性。
壓敏傳感器還可用柔軟的壓電傳感器構(gòu)成，以便支持裝置沿安裝部分的形狀柔性支持著壓電傳感器。結(jié)果提高了設(shè)計安裝部分的自由度，便于增加設(shè)計中的機械強度。而且，壓敏傳感器與夾住部分間的縫隙窄，因而當(dāng)夾住目標(biāo)時，該目標(biāo)能安全地與壓敏傳感器接觸。
壓電傳感器使用混合壓電材料模壓制成，該混合壓電材料由非結(jié)晶氯化聚乙烯、結(jié)晶氯化聚乙烯和壓電陶瓷粉混合而成。因具有非結(jié)晶氯化乙烯的柔性和結(jié)晶氯化乙烯的耐高溫性，故能擺脫傳統(tǒng)壓電傳感器(這種傳統(tǒng)壓電傳感器使用聚乙二烯氟化物作為壓電材料)中出現(xiàn)的高溫時靈敏度下降的現(xiàn)象，且高溫耐受性極佳，模壓時無需硫化處理，使生產(chǎn)效率高。
本發(fā)明提供目標(biāo)檢測裝置，它包含上述壓敏傳感器，和根據(jù)該壓電傳感器的輸出信號判別目標(biāo)的接觸狀態(tài)的裝置。
通過對該目標(biāo)檢測裝置提供報告裝置，對第三方報告判別裝置的判別結(jié)果，以提高安全性。
將壓敏傳感器直接連接到判別裝置并將壓敏傳感器和判別裝置集成為一體，因而無需連接器和其它連接部件，可消除接觸故障和其它故障，可靠性得到提高，而且構(gòu)件更合理。
判別裝置還設(shè)有濾波器，從壓敏傳感器的信號中僅提取特定的頻率分量。該濾波器濾除傳播到壓敏傳感器的不需要振動產(chǎn)生的輸出信號，因此提高了判別目標(biāo)接觸的精度。根據(jù)壓敏傳感器輸出對應(yīng)振動的信號判別傳感器的異常功能，從而提高了裝置的可靠性。
本發(fā)明的目標(biāo)檢測裝置進(jìn)一步包含對壓電傳感器中產(chǎn)生的電荷進(jìn)行放電的放電單元。如果環(huán)境溫度變化和壓電傳感器中因壓電效應(yīng)而產(chǎn)生電荷，則因該電荷經(jīng)放電單元放電，所以可免除因環(huán)境溫度變化導(dǎo)致判別目標(biāo)接觸的錯誤。判別裝置計算壓敏傳感器輸出信號的每單位時間的積分值，并根據(jù)該積分值判別目標(biāo)的接觸。因此，即便目標(biāo)按壓壓敏傳感器的速度低或即便是軟目標(biāo)接觸，也能安全地判別到目標(biāo)的接觸。
而且，在該目標(biāo)檢測裝置中，在壓敏傳感器的信號輸入單元與發(fā)出判別目標(biāo)接觸的結(jié)果的信號輸出單元之間設(shè)有旁路高頻信號用旁路單元。其結(jié)果是，如果高頻強電場加到壓敏傳感器或判別裝置和高頻信號侵入信號輸入單元，則高頻信號被旁路到信號輸出單元，釋放到判別裝置的外側(cè)，不會出現(xiàn)判別錯誤。通過將信號輸入單元和信號輸出單元設(shè)置得相互更靠近并縮短高頻信號的旁路路徑，使得如果高頻信號侵入信號輸入單元更不會出現(xiàn)目標(biāo)的接觸判別錯誤。
本發(fā)明還提供開閉裝置，包含上述目標(biāo)檢測裝置、驅(qū)動開閉單元的驅(qū)動裝置，和根據(jù)判別裝置的輸出信號打開開閉單元用的控制裝置。該開閉裝置迅速且安全地判別與目標(biāo)的接觸，停止開閉單元的開閉或打開它。因此，從開始夾住目標(biāo)直到消除該夾持狀態(tài)，加給目標(biāo)的壓力在減小。
本發(fā)明的開閉裝置還包含開閉單元的接觸判別單元，用于當(dāng)驅(qū)動裝置驅(qū)動開閉單元時檢測諸如開或閉的速度和驅(qū)動電流等的驅(qū)動狀態(tài)，并根據(jù)檢測到的驅(qū)動狀態(tài)判別目標(biāo)與開閉單元的接觸。驅(qū)動裝置的控制是基于判別單元或目標(biāo)檢測裝置的輸出信號。例如，當(dāng)目標(biāo)檢測裝置或開閉單元的接觸判別單元判別到夾持狀態(tài)時，驅(qū)動裝置受控以便停止開閉單元的關(guān)閉動作或打開它，從而提高了安全性。
如果目標(biāo)檢測裝置中出現(xiàn)功能異常，則控制裝置根據(jù)開閉單元中接觸判別單元的輸出信號控制驅(qū)動裝置，提高安全性。
在本發(fā)明的開閉裝置中，當(dāng)關(guān)閉開閉單元時，控制裝置控制驅(qū)動裝置以便在一旦打開特定距離或特定時間之后進(jìn)行關(guān)閉。在該方法中，如果在關(guān)閉開閉單元前目標(biāo)壓力已加給壓敏傳感器且壓敏傳感器不能變形，則在壓敏傳感器一旦恢復(fù)變形后目標(biāo)的壓力使得壓敏傳感器再次變形。其結(jié)果是，判別為目標(biāo)接觸，能防止夾住目標(biāo)。
附圖概述

圖1是本發(fā)明實施例1中目標(biāo)檢測裝置和開閉裝置的外觀圖。
圖2是圖1中位置2-2處的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖3(a)是從室的內(nèi)側(cè)觀察時裝置中壓敏傳感器的外觀圖。
圖3(b)是從室的外側(cè)觀察時裝置中壓敏傳感器的外觀圖。
圖4是上述壓敏傳感器的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖5是裝置中壓敏傳感器的外觀圖。
圖6為表示裝置中壓敏傳感器和判別裝置的配置的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是裝置的框圖。
圖8是在夾持目標(biāo)狀態(tài)下圖1中位置2-2處的剖視圖。
圖9是在靠近尾端夾持目標(biāo)狀態(tài)下圖1中位置2-2處的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖10是裝置中濾波器的輸出信號V、夾持判別單元的判別輸出J和加給電動機的電壓Vm的波形圖。
圖11是裝置工作過程的流程圖。
圖12(a)表明裝置壓敏傳感器的另一實施例。
圖12(b)表明裝置壓敏傳感器的另一實施例，具體描述支持裝置側(cè)壁彎曲的剖面結(jié)構(gòu)。
圖12(c)表明裝置壓敏傳感器的另一實施例，具體描述壓電傳感器部分暴露在外側(cè)的剖面結(jié)構(gòu)。
圖12(d)表明裝置壓敏傳感器的另一實施例，具體描述剖面結(jié)構(gòu)，其中，支持裝置由部分擋風(fēng)雨條18構(gòu)成。
圖13是配置在擋風(fēng)雨條上端的壓敏傳感器的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖14是配置在擋光板邊緣的壓敏傳感器的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖15是第2實施例開閉裝置中濾波器的輸出信號V、積分值S、判別裝置的判別輸出J和加給電動機的電壓Vm的波形圖。
圖16是表明第3實施例開閉裝置中門開閉檢測單元的輸出信號Sd和濾波器30的輸出信號V的關(guān)系的波形圖。
圖17是第4實施例開閉裝置中加給驅(qū)動裝置的電壓Vm的波形圖。
圖18是第5實施例中目標(biāo)檢測裝置和開閉裝置的外觀圖。
圖19是圖18中位置19-19處的剖面圖。
圖20是裝置中壓敏傳感器的結(jié)構(gòu)圖。
圖21是配置在移門的裝置中壓敏傳感器的其它實施例的外觀圖。
圖22是配置在移門的裝置中壓敏傳感器的其它實施例的外觀圖。
圖23是實施例6的外觀圖。
圖24是實施例7的外觀圖。
較佳實施例的詳細(xì)描述實施例1下面，參見圖1至圖14描述實施例1。
圖1是實施例1中目標(biāo)檢測裝置和開閉裝置的外觀圖，表明汽車動力窗中應(yīng)用例，圖2是圖1中位置2-2處的剖面圖。在圖2中，圖右側(cè)表示室內(nèi)，圖左側(cè)表示室外。
如圖1所示，汽車門1有作為開口的窗框200和作為開閉單元的窗玻璃3，壓敏傳感器4配置在窗框200的周邊端部。判別裝置5根據(jù)壓敏傳感器4的輸出信號判別目標(biāo)與壓敏傳感器4的接觸。
開閉裝置包含該目標(biāo)檢測裝置、開閉窗玻璃3的驅(qū)動裝置6和控制驅(qū)動裝置6的控制裝置7。驅(qū)動裝置6由電動機8、導(dǎo)線9、窗玻璃3的支持件10、導(dǎo)軌11等組成。導(dǎo)線9由電動機8驅(qū)動，與導(dǎo)線9耦連的支持件10沿導(dǎo)軌11上下移動，使窗玻璃3打開和關(guān)閉。驅(qū)動裝置6不限定于使用導(dǎo)線9的這種類型，也可用其它方法實施?？刂蒲b置7與電動機8組合在一起。
如圖2所示，壓敏傳感器4由作為壓敏傳感裝置的柔性壓電傳感器12和支持裝置13組成。支持裝置13包含橡膠或發(fā)泡樹脂件的塑料體14，使壓電傳感器12組合在靠近最低位置處，該塑料體14比該壓電傳感器12更軟。具體而言，定義每單位變形的壓縮負(fù)載作為壓電傳感器12或塑料體14受特定形狀構(gòu)件壓縮時的壓縮率，制成塑料體14的材料使得塑料體14的壓縮率可比壓電傳感器12的壓縮率小。此外，由于壓電傳感器12易于變形，包圍壓電傳感器12的支持裝置13的壁厚可減薄。支持裝置13有變形放大部分15，放大壓電傳感器12的變形。變形放大部分15有空洞部分16和側(cè)壁17。支持裝置13還包含阻尼振動的振動阻尼部分，該振動阻尼部分還用作側(cè)壁17。側(cè)壁17的諧振頻率最好為10Hz或更低。擋風(fēng)雨條18配置在窗框200中。如果塑料體14的壓縮率大于壓電傳感器12的，則利用形成具有空洞部分16的放大部分15，可將支持裝置13的壓縮率設(shè)置得比壓電傳感器12的更小。
壓電傳感器12最好配置在窗框200中，使得到窗玻璃3的最短距離可在3mm到5mm范圍內(nèi)。在該實施例中，如圖2所示，壓電傳感器12組合在支持裝置13中，因而支持裝置13可配置在窗框200中，使得支持裝置13與窗玻璃3間的最短距離(x)可在3mm至5mm范圍內(nèi)。
一種變化例是，當(dāng)具有特定大小(如圖2中虛線所示)的目標(biāo)190在靠近窗玻璃端部夾在其中時，壓電傳感器12可配置在窗框200中配置得使該壓電傳感器12的部分可定位在離開目標(biāo)190的位置(圖2中直線L1)的窗玻璃3側(cè)?；蛘?，壓電傳感器12可配置在窗框200中配置得使壓電傳感器12的部分可定位在中心軸L2和窗玻璃3的L1形成的夾角中。這里，L1可作為通過窗玻璃3的總閉合頂端(圖2中點P1)和窗框200的窗玻璃3側(cè)端(圖2中點P2)的直線加以確定。作為目標(biāo)190可采用直徑為4mm-200mm的桿。安裝在窗框200的壓電傳感器4的位置形狀隨窗框200的邊緣形狀而變。
圖3(a)圖3(b)是壓敏傳感器4的外觀圖。圖3(a)是從室內(nèi)側(cè)看的壓敏傳感器4的外觀圖，圖3(b)是從室內(nèi)外看的壓敏傳感器4的外觀圖，圖3(b)中，目標(biāo)190在點Pr與壓敏傳感器4接觸。壓敏傳感器4利用雙面粘膠帶或粘接劑粘接于窗框200。作為其它安裝方法，可利用楔形夾將壓敏傳感器4安裝在窗框200中，或可在窗框200中形成槽，將壓敏傳感器4安裝在槽中。
圖4是壓電傳感器12的剖面結(jié)構(gòu)圖。壓電傳感器12包含(a)作為引出信號用電極的中心電極20，
(b)外側(cè)電極21，(c)復(fù)合壓電材料制復(fù)合壓電層22，該復(fù)合壓電材料由橡膠彈性體中混合壓電陶瓷的燒結(jié)粉末形成，該橡膠彈性體由非結(jié)晶的氯化聚乙烯與結(jié)晶氯化聚乙烯混合而成，和(d)外包層23，它們同心層壓、制作在電纜中，并加以極化。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)具有極好的柔性，產(chǎn)生取決于變形的輸出信號。壓電陶瓷可使用諸如鈦酸鉛或鉛鈦酸鋯酸鹽等的燒結(jié)粉末。
壓電傳感器12的制作過程如下。首先，利用滾動法將氯化聚乙烯薄片和40-70 vol.％的壓電陶瓷(這里用鉛鈦酸鋯酸鹽)的粉末混勻。該片細(xì)微切割成小粒片，這些小粒片與中心電極20連續(xù)擠壓，形成復(fù)合壓電層22。外側(cè)電極21包繞復(fù)合壓電層22。外包層23包圍著外側(cè)電極21連續(xù)擠壓。最后，將復(fù)合壓電層22加以極化，在中心電極20與外側(cè)電極21間施加5-10kV/mm的直流高壓。
對于該氯化聚乙烯薄片，使用非結(jié)晶的氯化聚乙烯和結(jié)晶氯化聚乙烯的混合物。在這種情況下，考慮到壓鑄加工性、柔性和壓電特性，經(jīng)驗表明最好使用分子量為60,000到150,000的非結(jié)晶氯化聚乙烯75 wt.％和分子量為200,000到400,000、結(jié)晶度為15到25％的結(jié)晶氯化聚乙烯25 wt.％的混合氯化聚乙烯。這種混合氯化聚乙烯可包含直到約70 vol.％的壓電陶瓷粉末。
當(dāng)把壓電陶瓷粉末加到這種混合氯化聚乙烯中時，最好預(yù)先將壓電陶瓷粉末浸入鈦偶聯(lián)劑溶液中并加以干燥。經(jīng)過這種處理，壓電陶瓷粉末的表面被包含在鈦偶聯(lián)劑中的親水基和憎水基所覆蓋。親水基防止壓電陶瓷粉末聚集，而憎水基增加了混合氯化聚乙烯和壓電陶瓷粉末的濕潤性。結(jié)果壓電陶瓷粉末能大容量均勻地加到混合的氯化聚乙烯中直到70 vol.％。也可在滾動該混合的氯化聚乙烯和壓電陶瓷粉末時添加鈦偶聯(lián)劑來替代浸入鈦偶聯(lián)劑溶液中的做法。已經(jīng)知道，可獲得如上同樣的效果。這種處理有1個好處，不需要在鈦偶聯(lián)劑溶液中作任何特定浸入處理。
中心電極20可以是普通的單金屬導(dǎo)線，但是在該實施例中采用將金屬線圈繞制在絕緣聚合纖維上的電極。作為絕緣聚合纖維可使用加熱毯中商用聚酯纖維，而金屬線圈最好是含銀5 wt.％的合金銅。
外側(cè)電極21是帶狀電極，具有金屬膜粘附在聚合物層上，包繞在復(fù)合壓電層22上。聚合物層可用聚乙烯對酞酸鹽(PET)，該電極具有鋁膜粘附在其上，在120℃具有高溫穩(wěn)定性，是一種市場上的批量產(chǎn)品，因此，用作外側(cè)電極21很理想。當(dāng)連接該電極到判定裝置5時，由于鋁膜難焊接，因而可通過如壓接或使用眼孔連接。或圍繞外側(cè)電極21的鋁膜纏上金屬單根線線圈或金屬編織線與鋁膜導(dǎo)通，該金屬單根線線圈或金屬編織線可焊接到判定裝置5。此時能焊接，提高了工作效率。其間，為了屏蔽壓電傳感器與外部的電噪聲，最好包圍復(fù)合壓電層22纏繞外側(cè)電極21，作局部覆蓋。
外包層23可使用氯乙烯或聚乙烯，或為了在物體按壓時使壓電傳感器12易于變形，最好使用比復(fù)合壓電層22具有更高柔性或彈性的材料，如橡膠。作為車用部件，還要考慮到熱阻和冷阻，具體來說，最好選擇在-30℃到85℃不使柔性下降的材料。作為橡膠可使用諸如乙丙橡膠(EPDM)、氯丁橡膠(CR)、丁基橡膠(IIR)、硅橡膠(Si)或熱塑合成橡膠等。該壓電傳感器的最小曲率可減小到半徑達(dá)5mm。
圖5為壓電傳感器12的外觀圖，檢測故障的電阻24組合在壓電傳感器12的一端25。檢測故障的電阻24連接在壓電傳感器12的中心電極20與外側(cè)電極21之間。檢測故障的電阻24還用著放電單元，對壓電傳感器12中熱電效應(yīng)產(chǎn)生的電荷進(jìn)行放電，使構(gòu)件配置合理化。壓電傳感器12直接連接到判定裝置5，形成一體。而且，提供電源和輸出檢測信號的電纜26和連接器27連接到判定裝置5。將壓電傳感器12配置在支持裝置13中時，檢測故障的電阻24組合在端部25中，壓電傳感器12插入支持裝置13中，壓電傳感器12和判定裝置5連接成一體?；蛘弋?dāng)利用擠壓成型形成支持裝置13時，壓電傳感器12也可同時擠壓，壓電傳感器12可配置在支持裝置13中，然后可將檢測故障的電阻24組合到端部25中，以便壓電傳感器12和判定裝置5作成一體。
圖6表示壓敏傳感器4和判定裝置5配置的結(jié)構(gòu)圖。如圖6所示，壓敏傳感器4直接連接到判定裝置5形成一體，無需連接壓敏傳感器4和判定裝置5的電纜。此外，縮短了壓敏傳感器4在窗框200外側(cè)中的放置距離，使壓敏傳感器4避免了門構(gòu)件28來的不需要的振動作用。判定裝置5配置在門構(gòu)件28的內(nèi)側(cè)，如靠近側(cè)鏡的安裝位置。在壓敏傳感器4接觸門構(gòu)件28的部分，可配置振動阻尼(吸收)構(gòu)件，使門構(gòu)件28的振動或不希望的振動不會從車體經(jīng)門構(gòu)件28傳輸?shù)綁好魝鞲衅?。
圖7是實施例1中目標(biāo)檢測裝置和開閉裝置的框圖。目標(biāo)檢測裝置包含壓電傳感器12、用于使壓電傳感器12的輸出信號中僅通過特定頻率分量的濾波器30、根據(jù)濾波器30來的輸出信號判定目標(biāo)與壓敏傳感器4的接觸用的判定單元31，以及根據(jù)檢測故障的電阻24和分壓電阻29形成的電壓值、判別壓電傳感器12中中心電極20和外側(cè)電極21的故障用的異常判定單元32。而且，信號輸入單元33與信號輸出單元34在判定裝置5中配置得相互靠近，信號輸入單元33將壓電傳感器12來的輸出信號饋送到判定裝置5，信號輸出單元34發(fā)送判定單元31的判定信號。信號輸出單元34具有連接判定裝置5的電源線和接地線。旁路單元35由電容器構(gòu)成，傳遞信號輸入單元33和信號輸出單元34間的高頻信號。
驅(qū)動裝置6有霍爾元件36，檢測電動機8的旋轉(zhuǎn)?？刂蒲b置7包含位置檢測器37，根據(jù)霍爾元件36的輸出信號檢測窗玻璃3的上端位置；開閉單元的接觸判定單元38，根據(jù)霍爾元件36的輸出信號檢測窗玻璃3的移動速度，來判別目標(biāo)與窗玻璃3的接觸；控制器39，根據(jù)判定裝置5、位置檢測器37和開閉單元中接觸判定單元38的輸出信號控制電動機8。
位置檢測器37檢測通過計數(shù)和存儲霍爾元件36發(fā)來的脈沖信號檢測窗玻璃3上端的當(dāng)前位置。這里，窗玻璃3的上端位置Y如圖1所示表達(dá)為離窗框200最低點的高度。
開閉單元的接觸判定單元38，通過觀察窗玻璃3的移動速度在目標(biāo)與窗玻璃3接觸時減慢，判定為目標(biāo)的接觸。具體而言，根據(jù)霍爾元件36發(fā)出的脈沖信號的脈沖間隔，計算出窗玻璃3的移動速度，當(dāng)計算每單位時間移動速度的差|ΔVw|大于預(yù)定值Vw1時，判定為目標(biāo)與窗玻璃3接觸，并發(fā)送脈沖信號Lo→Hi→Lo作為判定信號。
開閉裝置還包含報告裝置40，利用車廂前面板中的特定光等信號告知判定裝置5的判定結(jié)果；開閉開關(guān)41，用于開或閉窗玻璃3；車電池構(gòu)成的電源42。開關(guān)41包含自動升開關(guān)和自動降開關(guān)，用于一次接觸操作開和閉窗玻璃3；手動升開關(guān)和手動降開關(guān)，用于手動操作開和閉窗玻璃3。
濾波器30濾除汽車車體振動產(chǎn)生的不希望信號和壓電傳感器12輸出信號中無關(guān)信號。濾波器30的濾波特性是僅僅提取壓電傳感器12與目標(biāo)接觸因壓力而變形時出現(xiàn)在輸出信號中的特定頻率分量。通過分析汽車車體的振動特性和運行中的車體振動使濾波特性最優(yōu)化。具體而言，為了消除汽車引擎和運行引起的振動噪聲，濾波器30最好是提取10Hz或更低信號分量的低通濾波器。
用屏蔽構(gòu)件包覆整個結(jié)構(gòu)實現(xiàn)判定裝置5的電屏蔽，以消除引入的噪聲。外側(cè)電極21與判定裝置5的屏蔽構(gòu)件導(dǎo)通，對壓敏傳感器12電屏蔽?；蛘撸ㄟ^在電路的輸入和輸出單元接入直通電容器或EMI濾波器可提供克服強電場的對策。
下面說明目標(biāo)檢測裝置檢測目標(biāo)與壓敏傳感器4接觸的操作。圖8是在目標(biāo)190侵入和夾持在窗框200與窗玻璃3之間情況下圖1中位置2-2處的剖視圖。如圖8所示，目標(biāo)190與壓敏傳感器4接觸時，目標(biāo)190的壓力施加到支持裝置13和壓電傳感器12。支持裝置13比壓電傳感器12更柔軟，因而如圖3(b)所示，支持裝置13在接觸點Pr受到目標(biāo)190壓力的壓縮，側(cè)壁17變形，同時空洞部分16變形。結(jié)果，壓電傳感器12從目標(biāo)190與支持裝置13相接觸的點Pr開始彎曲并變形。
圖9是在目標(biāo)190端部侵入和夾持在窗框200與窗玻璃3之間情況下圖1中位置2-2處的剖視圖。如圖9所示，在該實施例中，由于壓敏傳感器4位于離開L1的窗玻璃3側(cè)，因而支持裝置13受目標(biāo)190的壓縮情況與上述情況相同，側(cè)壁17變形，同時空洞部分也變形，從而使壓電傳感器12變形。而且，在圖2所示實施例中，由于壓電傳感器12與窗玻璃3的距離(x)設(shè)定在3mm-5mm范圍內(nèi)，如果按照圖中夾持的目標(biāo)190的直徑為4mm，那么壓電傳感器12受目標(biāo)190壓力而變形。
比較支持裝置4沒有空洞部分16的結(jié)構(gòu)和本實施例結(jié)構(gòu)，可見在本實施例中空洞部分受目標(biāo)壓力而變形，支持裝置13的壓縮度更大，使壓電傳感器12變形更顯著。
當(dāng)壓電傳感器12以這種方式變形時，壓電傳感器12因壓電效應(yīng)而發(fā)出與變形相關(guān)的輸出信號。經(jīng)濾波器30從壓電傳感器12中提取特定頻率分量。此時，汽車引擎和運行產(chǎn)生的振動經(jīng)窗框200傳播到壓敏傳感器4，但是支持裝置13提供的側(cè)壁17還用作振動阻尼部分，這樣的振動能消除。側(cè)壁17未消除的振動分量加到壓電傳感器12，在壓電傳感器12的輸出信號中存在著這種不希望的振動分量，但濾波器30能濾除汽車車體等振動產(chǎn)生的這種不希望的信號。
參照圖10說明判定單元31和控制器39的工作過程。圖10是表明濾波器30的輸出信號V、判定裝置5的判別輸出J和電動機8所加電壓Vm的波形圖。圖10中縱座標(biāo)軸從頂部依序表示V、J和Vm，橫座標(biāo)表示時間t。當(dāng)在時間t1接通開閉開關(guān)41的自動升開關(guān)時，控制器39將電壓Vd加給電動機8，關(guān)閉窗玻璃3。當(dāng)關(guān)閉窗玻璃3時啟動判定裝置5進(jìn)行判別。如圖8或圖9所示，當(dāng)夾持著目標(biāo)190時，壓電傳感器12因壓電效應(yīng)發(fā)出與壓電傳感器12變形加速度相關(guān)的信號，濾波器30產(chǎn)生比圖10所示參考電位V0更大的信號。此時，在壓電傳感器12僅配置在窗框200的壓電傳感器12的結(jié)構(gòu)中，夾持時的壓電傳感器12的變形小，但在本實施例中，如圖2所示，由于支持裝置13由比壓電傳感器12更柔軟的彈性體14構(gòu)成，夾持時支持裝置13容易壓縮，因而增大了壓電傳感器12的變形。夾持時空洞部分16也變形，因而進(jìn)一步增大了壓電傳感器12的變形。于是，壓電傳感器12的變形大，作為變形二次微分的加速度也增大，使得壓電傳感器12的輸出信號增大。當(dāng)V離開V0的幅值|V-V0|大于D0時，判定單元31判定為目標(biāo)處于接觸狀態(tài)，并發(fā)出脈沖信號Lo→Hi→Lo作為時間t2的判別輸出?？刂破?9接收到該脈沖信號時停止將電壓+Vd加給電動機8，并施加規(guī)定時間的-Vd直到時間t3使窗玻璃3下降到規(guī)定距離為止，由此解除夾持。當(dāng)解除夾時，壓電傳感器12發(fā)出與恢復(fù)變形的加速度相關(guān)的信號(比圖10中參考電位V0小的信號分量)。
夾持時間的V是否大于V0是變化的，這取決于壓電傳感器12的變形方向或極化方向、電極的電位分配(應(yīng)當(dāng)為參考電位)和壓電傳感器12的支持方向，但是，判定單元31是根據(jù)V和V0差的絕對值來判別夾持的，因此，能與V-V0值的正負(fù)無關(guān)地判定夾持。
這里是檢測目標(biāo)與壓敏傳感器4接觸時的工作。在該實施例中，開閉單元中接觸判定單元38也檢測目標(biāo)與窗玻璃3的接觸。當(dāng)接收到判定單元31的檢測信號和開閉單元中接觸判定單元38的檢測信號中至少一方的檢測信號時，如果位置檢測器37檢測到的窗玻璃3上端位置Y比圖1中Y0低，則控制器39中止將電壓+Vd加到電動機8并施加規(guī)定時間的-Vd，將窗玻璃3降下規(guī)定距離。如果Y高于Y0，則控制器39僅僅根據(jù)輸入的判定單元31的檢測信號停止施加電壓+Vd給電動機8，并施加規(guī)定時間的電壓-Vd，降低窗玻璃3規(guī)定距離。Y高于Y0時控制器39不參照開閉單元中接觸判定單元38的檢測信號的理由是，如果開閉單元中接觸判定單元38在Y大于Y0的區(qū)域中檢測，則當(dāng)窗玻璃3完全關(guān)閉時|ΔVw|會大于Vw1，并發(fā)出檢測信號。為了盡可能大地加寬目標(biāo)檢測裝置和開閉單元中接觸判定單元38的目標(biāo)檢測范圍，Y0應(yīng)當(dāng)設(shè)置得靠近壓敏傳感器4的最低端。具體而言，考慮到按照FMVSS118(美國關(guān)于動力窗等中夾持的規(guī)定)中的要求，檢測一根最小直徑為4mm棒的夾持，Y0最好設(shè)置在低側(cè)離壓敏傳感器4的最低端為3mm-5mm的位置處。
如圖8和圖9所示，這里說明的目標(biāo)檢測裝置和開閉裝置的工作就是目標(biāo)190接觸壓敏傳感器4并夾持在窗框200與窗玻璃3中間時的工作，但是，如果目標(biāo)190在夾持于窗框200與窗玻璃3之間前接觸壓敏傳感器4，則當(dāng)|V-V0|大于D0時判定單元31判定為目標(biāo)接觸，控制器39停止將電壓+Vd加給電動機8并施加規(guī)定時間的電壓-Vd，將窗玻璃3下降規(guī)定的距離?；蛘?，如果目標(biāo)190在夾持于窗框200與窗玻璃3之間前接觸窗玻璃3且|ΔVw|大于Vw1，則開閉單元中接觸判定單元38判定為目標(biāo)與窗玻璃3接觸。
下面說明異常判定單元32判定故障的過程。圖7中，檢測故障的電阻24和分壓電阻29的阻值設(shè)定為R1、R2，點P的電壓為Vp，電源電壓為Vs。R1和R2的值通常為幾兆到幾十兆歐，濾波器30和異常判定單元32的輸入阻抗與R1和R2相比高得多，復(fù)合壓電層22的阻值通常大于幾百兆歐。因此，Vp可認(rèn)為是R1和R2對Vs的電壓分壓值V12。當(dāng)壓電傳感器12的中心電極20和外側(cè)電極21正常時，Vp為V12。如果兩電極20、21中至少一個電極斷路，則圖7中點Pa或點Pb等效為開路，Vp等于Vs。當(dāng)中心電極20與外側(cè)電極21短路時，等效為點Pa和點Pb短路，使Vp等于接地電位。依據(jù)Vp的這種變化，異常判定單元檢測Vp的值，判別中心電極20和外側(cè)電極21的斷路和短路引起的異常。當(dāng)異常判定單元32判定為異常時，判定單元31繼續(xù)發(fā)送Hi作為判定信號J。
圖11表示上面提到的開閉裝置的工作過程的流程圖。首先當(dāng)壓敏傳感器4正常且沒有目標(biāo)與壓敏傳感器4或窗玻璃3接觸時，工作過程如下。在步驟ST1，控制器39判別判定單元31的判別信號J是否保持在Hi。當(dāng)壓敏傳感器4正常，進(jìn)入步驟ST2，控制器39判別開閉開關(guān)41的自動升開關(guān)是否接通。如果自動升開關(guān)未接通，則過程返回到步驟ST1，如果接通，則控制器39在步驟ST3將加給電動機8的電壓Vm改變到Vd，并關(guān)閉窗玻璃3。在步驟ST4，判定單元31判別|V-V0|是否大于D0，且當(dāng)無目標(biāo)與壓敏傳感器4或窗玻璃3接觸且|V-V0|小于D0時，過程進(jìn)入步驟ST5。在步驟ST5，控制器39判別位置檢測器37檢測到的窗玻璃3的上端位置Y是否大于圖1所示規(guī)定位置Y0。如果Y大于Y0，過程進(jìn)到步驟ST6，反之，過程進(jìn)到步驟ST9。在步驟ST6，開閉單元中接觸判定單元38判別|ΔVw|是否大于預(yù)設(shè)值Vw0。如果|ΔVw|大于Vw0判別為窗玻璃3完全關(guān)閉，過程進(jìn)到步驟ST7，Vm設(shè)定為零，使電動機8停止，由此中止窗玻璃3的關(guān)閉行動。在步驟ST6，如果|ΔVw|小于Vw0，則返回到步驟ST4，繼續(xù)窗玻璃3的關(guān)閉行動。當(dāng)從步驟ST5進(jìn)到步驟ST9時，如果沒有目標(biāo)與窗玻璃3接觸，則開閉裝置中接觸判定單元38判定為|ΔVw|小于Vw1，返回到步驟ST4，繼續(xù)窗玻璃3的關(guān)閉行動。
在異常情況下，也即，如果壓敏傳感器4的中心電極20和外側(cè)電極21中至少一個電極為開路或短路，則工作過程如下。當(dāng)壓敏傳感器4中出現(xiàn)異常且異常判定單元32判別到該異常時，判定單元31不斷發(fā)送Hi作為判定信號J，過程從步驟ST1轉(zhuǎn)移到ST8，控制器39使報告裝置40閃爍，通知第3方在壓敏傳感器4中出現(xiàn)異常，過程從步驟ST2繼續(xù)進(jìn)行。在這種情況下，如下文所述，如果壓敏傳感器4異常，則開閉單元中接觸判定單元38檢測有沒有目標(biāo)與窗玻璃3接觸，從而使夾持能得到釋放。
當(dāng)壓敏傳感器4正常且目標(biāo)與壓敏傳感器4或窗玻璃3接觸時，工作程序如下。壓敏傳感器4正常，故步驟從ST1前進(jìn)到步驟ST2，當(dāng)自動升開關(guān)接通時，過程進(jìn)到步驟ST3，控制器39改變加給電動機8的電壓，從Vm變?yōu)閂d，關(guān)閉窗玻璃3。在步驟ST4，當(dāng)目標(biāo)與壓敏傳感器4接觸時，|V-V0|變成大于D0，在步驟ST10，判定單元31發(fā)出脈沖信號Lo→Hi→Lo作為判定輸出。在步驟ST11進(jìn)到ST13，控制器39中止將電壓+Vd加給電動機8并施加規(guī)定時間的-Vd使窗玻璃3下降規(guī)定的距離，并使報告裝置40閃爍規(guī)定時間，以通知第3方接觸到目標(biāo)。
在步驟ST4，當(dāng)目標(biāo)未與壓敏傳感器4接觸時，則在步驟ST5，位置檢測器37判別窗玻璃3的上端位置Y是否高于Y0，如果Y高于Y0，則進(jìn)到步驟ST6，繼續(xù)窗玻璃3的關(guān)閉動作。如果在步驟ST5 Y低于Y0，則進(jìn)到步驟ST9，開閉單元中的接觸判定單元38檢測接觸。當(dāng)目標(biāo)與窗玻璃3接觸時，則在步驟ST9|ΔVw|大于Vw1，因此，在步驟ST10，開閉單元中接觸判定單元38發(fā)出信號Lo→Hi→Lo作為判定信號。在步驟ST11、ST12和ST13，控制器39停止將+Vd加給電動機8，并施加規(guī)定時間的-Vd，降低窗玻璃3規(guī)定距離，使報告裝置40閃爍規(guī)定時間，以通知第3方有目標(biāo)接觸。如果在步驟ST9|ΔVw|小于Vw1，沒有目標(biāo)與窗玻璃3接觸，過程進(jìn)到步驟ST4，繼續(xù)進(jìn)行窗玻璃3的關(guān)閉動作。其間，由于窗玻璃3完全關(guān)閉時的窗玻璃3的移動速度變化量比目標(biāo)與窗玻璃3接觸時的大，所以可將大于Vw1的值設(shè)定為Vw0(Vw0是窗玻璃3完全關(guān)閉時的預(yù)定值)。
在窗框200設(shè)有側(cè)遮陽板的情況下，如果目標(biāo)夾持在側(cè)遮陽板和窗玻璃33之間，則目標(biāo)不可能與壓敏傳感器4接觸。然而，在該實施例中，開閉單元中的接觸判定單元38檢測目標(biāo)與窗玻璃3的接觸，并釋放夾持。
在壓敏傳感器4中出現(xiàn)異常情況下，控制器39可禁止開閉開關(guān)41中的自動升開關(guān)的操作。在這種情況下，窗玻璃3只能由開閉開關(guān)41中的手動開關(guān)進(jìn)行關(guān)閉。
通常，壓電材料具有壓電效應(yīng)和熱電效應(yīng)。在該實施例中，如果在壓電傳感器13中因熱電效應(yīng)隨環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生電荷，則用作檢測故障的電阻24也用作對該電荷放電的放電單元。因此，盡管環(huán)境溫度在變化，在進(jìn)入濾波器30的信號中也不會包含不希望的噪聲。在該實施例中，雖然用作檢測故障的電阻24也可用作放電單元，但也可在判定裝置5中的壓電傳感器12來的信號線與地線之間連接單獨的放電單元。
在高頻強電場環(huán)境中，壓敏傳感器4可能起到某種天線的作用，將高頻信號饋送到判定裝置5，由此產(chǎn)生判定差錯。但是，在該實施例中，如果有高頻信號侵入信號輸入單元33，則旁路單元35將高頻信號傳遞到信號輸出單元34，允許流到判定單元5的外側(cè)，使得在進(jìn)入濾波器30的信號中不會包含不需要的噪聲。另外，信號輸入單元33和信號輸出單元34配置成相互靠近，縮短了高頻信號的旁路路徑，使得高頻信號能很容易地通過。
在壓敏傳感器4的另一實施例中，它可以如圖12(a)到(d)那樣構(gòu)成。圖12(a)到(d)是壓敏傳感器4的剖視結(jié)構(gòu)圖，在圖12(a)中，壓敏傳感器4的支持裝置13包含比壓敏裝置12更柔軟的塑性體構(gòu)成的側(cè)壁17，和比側(cè)壁17更硬的塑性體14b。塑性體14b比側(cè)壁17更硬，因此，當(dāng)將壓敏傳感器4粘接或安裝到窗框200時，因安裝側(cè)堅硬而更容易粘接。
在圖12(b)中，支持裝置13的側(cè)壁17是彎曲的，由于側(cè)壁17彎曲，因而更易變形和更易阻尼振動。
圖12(c)中，壓敏裝置12未組合到支持裝置13中，而是壓敏裝置12的一部分暴露在外側(cè)并由支持裝置13支持著。由于一部分壓敏裝置12處于暴露狀態(tài)，故目標(biāo)直接與壓敏裝置12接觸，從而提高了壓敏傳感器4的靈敏度。
在圖12(d)中，支持裝置13由汽車的擋風(fēng)雨條18的一部分構(gòu)成，由于擋風(fēng)雨條18也用作支持裝置13，因而構(gòu)件合理。
在該實施例中，壓敏傳感器4配置在窗框200上，但壓敏傳感器4也可配置在窗玻璃3上。圖13是壓敏傳感器4配置在窗玻璃3上端的剖視結(jié)構(gòu)圖。按照該結(jié)構(gòu)，在關(guān)閉窗玻璃3的動作中，當(dāng)目標(biāo)與窗玻璃3的上端接觸時，壓敏傳感器4檢測到接觸的目標(biāo)，停止窗玻璃3的閉合動作，窗玻璃3打開，能事先防止夾持。
按照圖14所示，當(dāng)側(cè)遮陽板43安裝在窗框200上時，壓敏傳感器44可配置在側(cè)遮陽板43的邊緣。如圖14所示，在該結(jié)構(gòu)中，若目標(biāo)190從位置S1開始夾持在側(cè)擋光板43與窗玻璃3之間，則壓敏傳感器4不能檢測到夾持，除非目標(biāo)到達(dá)位置S2，但是，通過使用壓敏傳感器44，目標(biāo)190處于位置S1時就能夠得到檢測，使夾持可提早檢測并獲釋。
在實施例1中，判定裝置5的判定結(jié)果由報告裝置40告知，該報告裝置40的告知由車室內(nèi)面板中特定的光等形成。另外，告知裝置40可用如車?yán)葘崿F(xiàn)，或具有通信功能，判定裝置5的判定結(jié)果可通過無線手段或便攜電話電路進(jìn)行告知。
實施例2參照圖15說明實施例2。在該實施例中，判定裝置5計算壓電傳感器12輸出信號的每單位時間的積分值Sr，并根據(jù)該積分值判別目標(biāo)的接觸。
圖15是該結(jié)構(gòu)的波形圖，示出信號V，由壓電傳感器12的輸出通過濾波器30獲得；積分值Sv；判定裝置5的判定輸出J；加給電動機8的電壓Vm。在圖15中，縱軸從上開始依序表示V、Sv、J和Vm，橫軸代表時間t。當(dāng)開閉開關(guān)41中自動升開關(guān)在時間t4接通時，控制器39將電壓+Vd加給電動機8，關(guān)閉窗玻璃3。當(dāng)目標(biāo)接觸壓敏傳感器4時，壓電傳感器12受目標(biāo)壓力而變形，產(chǎn)生對應(yīng)該變形的輸出信號V。此時，若目標(biāo)是柔性的或環(huán)境溫度低且窗玻璃3的閉合速度低，則壓電傳感器12變形慢，圖15中V比圖10中的電平低。因此，如圖15所示，判定單元31計算V的單位時間的積分值Sv，當(dāng)Sv超過預(yù)定值S0時，在時間t5發(fā)出脈沖信號Lo→Hi→Lo。控制器39接收到該脈沖信號停止加給電動機8的電壓+Vd，并施加規(guī)定時間的電壓-Vd直到時間t6將窗玻璃3下降規(guī)定距離，由此釋放夾持。
按照上述動作，如果目標(biāo)按壓壓敏傳感器的速度低，則判定裝置根據(jù)壓敏傳感器輸出信號的積分值判別目標(biāo)的接觸，因此，當(dāng)柔軟的目標(biāo)接觸壓敏傳感器時，也能可靠地判別接觸。
實施例3參照圖16說明實施例3。該實施例的特征在于具有檢查壓敏傳感器的工作是否正常的功能。門開閉檢測器設(shè)置在門或車體中，當(dāng)門打開時發(fā)出信號Hi，門關(guān)閉時給出信號Lo。當(dāng)檢測門的開或閉時，異常判定單元32根據(jù)壓敏傳感器4對應(yīng)門的開或閉帶來的窗框200上的振動的輸出信號判別壓敏傳感器4的異常。
圖16是該結(jié)構(gòu)的波形圖，示出門開閉檢測器的輸出信號Sd與濾波器30的輸出信號V間的關(guān)系。在圖16中，縱軸從上開始依序表示Sd和V，橫軸表示時間t。
當(dāng)門在時間t7打開時，Sd從Lo變化到Hi，門打開時的車體振動從窗框200傳播到壓敏傳感器4，壓敏傳感器4發(fā)出車體振動產(chǎn)生的輸出，V表示這種波形圖16中所示。當(dāng)門在時間t8關(guān)閉時，Sd從Hi變化到Lo，門關(guān)閉時的車體振動傳播到壓敏傳感器4，壓敏傳感器4發(fā)出車體振動產(chǎn)生的輸出，如圖16所示，在V出現(xiàn)輸出。每當(dāng)門開閉檢測器的輸出信號從Lo變化到Hi，或相反變化時，若此時輸出電壓V的幅值|V|大于預(yù)定值D1，則異常判定單元32判定為沒有異常工作，若V小于D1，則判定為壓敏傳感器4的靈敏度下降，異常工作。當(dāng)判定為異常時，與實施例1一樣，判定單元31的判定信號J一直為Hi，目標(biāo)的接觸判別僅由開閉單元中接觸判定單元38執(zhí)行。
按照上述動作，壓敏傳感器的異常工作得到判別，裝置的可靠性得到提高。
實施例4參照圖17說明實施例4。在該實施例中，控制裝置7在關(guān)閉窗玻璃3時控制驅(qū)動裝置6，使得窗玻璃3一旦在打開方向中移動規(guī)定距離或打開規(guī)定時間后，再次關(guān)閉。圖17表明該結(jié)構(gòu)中加給驅(qū)動裝置6的壓電Vm的波形圖。該圖中，縱軸表示Vm，橫軸表示時間t。在圖17中，當(dāng)在時間t9接通自動升開關(guān)關(guān)閉窗玻璃3時，控制器39將加給電動機8的電壓Vm設(shè)置在-Vd直到t10將窗玻璃3在打開方向中移動一小段距離，在時間t10之后設(shè)置在+Vd直到窗玻璃3在時間t11完全關(guān)閉為止。從時間t9到t10的時間設(shè)置，根據(jù)開閉單元3的重量和電動機8的容量進(jìn)行優(yōu)化，至少可為大約數(shù)百毫秒。
例如，在關(guān)閉窗玻璃3之前，如果目標(biāo)已經(jīng)夾持在窗框200與窗玻璃3之間，則假定壓敏傳感器4處于不能變形的狀態(tài)。此時，在打開方向中一旦移動窗玻璃3規(guī)定距離或打開規(guī)定時間后關(guān)閉窗玻璃3時，壓敏傳感器4的變形一旦得到恢復(fù)，則由窗玻璃3的關(guān)閉行動按壓目標(biāo)而使壓敏傳感器4變形。因此，從壓敏傳感器4發(fā)出依賴壓力的輸出信號，并判定為目標(biāo)接觸，以便防止目標(biāo)不必要地夾持在窗框200與窗玻璃3之間。
實施例5參照圖18說明實施例5。
圖18是實施例5中目標(biāo)檢測裝置和開閉裝置的外觀圖。顯示汽車動力移門的應(yīng)用情況。圖19是圖18中位置19-19處的剖視圖。本實施例中的開閉裝置包含移門45、該移門的門板46、起伏部分47、移門45的垂直邊48、壓敏傳感器50、門鎖51、檢測移門45開閉的電極52，以及駕駛員和乘客打開移門45進(jìn)出用的人體開口53。圖19還示出壓電傳感器54、支持壓電傳感器54的支持裝置55、將壓電傳感器50安裝到移門45的安裝部分56，以及當(dāng)移門45關(guān)閉時在人體開口53與移門45間密封用的密封部分57。
壓敏傳感器50最好配置在移門45的人體開口53側(cè)位于緊靠車廂內(nèi)側(cè)的垂直邊48的臺階上。這種臺階通常為配置移門45中下?lián)鯓?gòu)件而設(shè)置，例如在日本公開專利No.62-137716中揭示具有這種臺階的移門。如圖19所示，壓敏傳感器50以距離人體開口53規(guī)定距離y安裝在安裝部分56，以便當(dāng)移門45完全關(guān)閉時不與人體開口53接觸?？紤]到可能會夾住兒童的手指等，距離y最好在3mm到5mm。為了便于檢測目標(biāo)與移門45的接觸，還配置壓敏傳感器50，使得部分壓敏傳感器50可從垂直邊48突出到人體開口53側(cè)?；蛘邏好魝鞲衅?0可配置在垂直邊48?？刂蒲b置7配置在移門45中。為了在盡可能寬的范圍內(nèi)檢測目標(biāo)靠近移門45的垂直邊48，按照例如日本實用新型公開No.38-2015所揭示，發(fā)送判別信號給控制裝置7的判定裝置5配置在壓敏傳感器50的最低位置。判定裝置5安裝在靠近移門45中垂直邊48的最低位置處?；虬凑杖毡竟_專利No.8-232525或No.9-96146所揭示，當(dāng)電動機或其控制單元配置在移門45中時，該判定裝置5通常配置在窗玻璃較低端的較低側(cè)，避開移門45的窗玻璃。因此，在本實施例中，控制裝置7也配置在移門45中窗玻璃較低端的較低側(cè)，因而，通過在窗玻璃較低端的較低側(cè)，最好靠近判定裝置5，設(shè)置的穿通孔，判定裝置5的判定信號必然通過電纜26發(fā)送給控制裝置7。當(dāng)從外部到移門45內(nèi)部傳送信號時，這種穿通孔的配置是十分普遍的，例如，檢測移門45開閉的電極52就是這樣配置的。通過使用電動機等通常結(jié)構(gòu)之一實現(xiàn)移門45的驅(qū)動裝置。
圖20是壓敏傳感器50的結(jié)構(gòu)圖。壓敏傳感器50由作為壓敏裝置的壓電傳感器54、支持裝置55等構(gòu)成。壓電傳感器54通過將中心電極20、外電極21和作為壓電材料的合成壓電層22同軸層疊構(gòu)成，并且以電纜形式出現(xiàn)，是柔性的。支持裝置55與壓電傳感器54組合，具有比壓電傳感器54更柔軟的彈性體14、空洞部分58和裝到安裝部分56用的槽59。在實施例1的壓電傳感器12中，外包層23配置在最外層，但在本實施例的壓電傳感器54中，支持裝置55也用作外包層，使構(gòu)件合理化。
本實施例的開閉裝置還能以與實施例1相同過程檢測目標(biāo)與壓敏傳感器50的接觸，也能防止目標(biāo)的夾持，或者如果目標(biāo)被夾持，能減小釋放前對目標(biāo)施加的壓力。
或者，如圖18所示，在本實施例中，為了防止目標(biāo)夾持在移門45與人體開口53之間，配置具有柔性壓電傳感器54的壓敏傳感器50，使得可沿移門45的外形彎曲。為了增強剛性或出于式樣考慮，門板46設(shè)有起伏部分47，如果在垂直邊48有彎曲部分49，則本實施例的壓敏傳感器不會出現(xiàn)像在已有接觸類型的壓敏開關(guān)中那樣因彎曲部分49中壓敏開關(guān)的誤接觸而造成檢測錯誤。因此，在加強剛性或門板46樣式方面增加了設(shè)計的自由度。
傳統(tǒng)的接觸型壓敏開關(guān)不能彎曲，因而當(dāng)配置在移門45上時會在壓敏開關(guān)與垂直邊48間形成不需要的間隙。因此，若目標(biāo)夾持在該間隙與人體開口53間，夾持會因目標(biāo)不接觸壓敏開關(guān)而不能檢測。相反，在本實施例中，由于垂直邊48與壓敏傳感器50間的間隙很小，因而若目標(biāo)夾持在移門45與人體開口53之間時，目標(biāo)易于接觸壓敏傳感器50，因而能檢測夾持狀態(tài)。
如果移門45設(shè)置諸如門鎖51和檢測開閉用的電極52等附件，則壓敏傳感器50能避開這些附件，進(jìn)行彎曲并配置，結(jié)果，對附件的位置沒有限制。
在移門45中配置壓敏傳感器50結(jié)構(gòu)的另一實施例中，壓敏傳感器50可按圖21和圖22所示配置。在圖21中，壓敏傳感器50配置在垂直邊48、上邊60和下邊61。在該結(jié)構(gòu)中，能檢測目標(biāo)夾持在移門45的垂直邊48和人體開口53(圖18)之間，而且還能檢測目標(biāo)夾持在上邊60、下邊61和人體開口53之間，使得夾持檢測范圍加寬。雖然壓敏傳感器50在移門45的角部62必需彎曲，但使用柔性壓電傳感器54，因而如果彎曲，不會像現(xiàn)有壓敏傳感器54那樣出現(xiàn)檢測差錯。
在圖22中，壓敏傳感器50沿移門45的整個周邊配置，且壓敏傳感器50的兩端連接判定裝置5。在該結(jié)構(gòu)中，能檢測目標(biāo)夾持在移門45的整個周邊與人體開口53(圖18)之間，與圖18或圖21中結(jié)構(gòu)相比，進(jìn)一步擴大了夾持的檢測范圍。
在圖22的結(jié)構(gòu)中，由于壓敏傳感器50的兩端連接判定裝置5，故能利用判定裝置5從壓電傳感器54的兩端檢測信號。此時，若壓電傳感器54的中心電極20或外部電極21途中斷開，則因檢測信號可從壓電傳感器54的任一端獲得，從而增加了可靠性。在另一情況下，外電極21的一端接地，另一端通過電阻接電源，利用異常判定單元32檢測外電極21側(cè)該電阻的接觸點的電壓。在該結(jié)構(gòu)中，如果外電極21正常，則該點的電壓是地電位，當(dāng)外電極21斷開，該點的電壓是電源電壓，因此能檢測外電極21的斷開，進(jìn)一步增加了可靠性。
(實施例6)在圖23所示的實施例中，本發(fā)明應(yīng)用于汽車的電動機驅(qū)動的可開式車頂63，壓敏傳感器65配置在電動機驅(qū)動可開式車頂63的窗玻璃64。在該結(jié)構(gòu)中，能防止目標(biāo)夾持在電動機驅(qū)動可開式車頂63中。
(實施例7)圖24所示實施例是本發(fā)明應(yīng)用于火車的自動門66，壓敏傳感器69配置在自動門66的門67或門的開口68中。在該結(jié)構(gòu)中，能防止目標(biāo)夾持在自動門66中。
在前面實施例1到7中，作為壓敏裝置使用電纜形式的柔性壓電傳感器，但也可采用帶狀或片狀形式的柔性壓電傳感器。而且，可使用檢測電極間靜電電容類型的壓敏裝置、電導(dǎo)率隨壓力變化類型的壓敏裝置或其它壓敏裝置，來替代壓電傳感器。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明涉及壓敏傳感器、目標(biāo)檢測裝置以及開閉裝置，用于防止目標(biāo)夾持在動力窗、電動機驅(qū)動的移門、電動機驅(qū)動的可開式車頂和大樓的自動門等。在這些裝置中，至今存在著諸如釋放夾持失效和因夾持釋放前加給目標(biāo)壓力增大導(dǎo)致目標(biāo)損壞等問題。本發(fā)明提供的壓敏傳感器輸出大，柔性極好，目標(biāo)接觸檢測裝置的可靠性高，且開閉裝置在夾持目標(biāo)時不會損壞目標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種壓敏傳感器(4)，其特征在于，配置在開口(200)和開閉所述開口的用的開閉單元(3)的兩者中至少一個中，用于檢測目標(biāo)的接觸和防止該目標(biāo)夾持在所述開口與所述開閉單元之間，所述壓敏傳感器包含根據(jù)變形產(chǎn)生輸出信號的壓敏裝置(12)，和在所述開口和所述開閉單元至少之一中支持所述壓敏裝置的支持裝置(13)；其中，所述支持裝置具有比所述壓敏裝置更大的柔性。
2.如權(quán)利要求1所述的壓敏傳感器，其特征在于，所述支持裝置包含放大所述壓敏裝置的變形的變形放大部分(15)。
3.如權(quán)利要求2所述的壓敏傳感器，其特征在于，所述變形放大部分包含空洞部分(16)。
4.如權(quán)利要求1所述的壓敏傳感器，其特征在于，所述支持裝置包含阻尼振動的振動阻尼部分(17)。
5.如權(quán)利要求4所述的壓敏傳感器，其特征在于，所述支持裝置包含放大所述壓敏裝置的變形的變形放大部分(15)；所述振動阻尼部分還用作所述變形放大部分。
6.如權(quán)利要求1所述的壓敏傳感器，其特征在于，所述支持裝置由汽車的擋風(fēng)雨條(18)的一部分構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述的壓敏傳感器，其特征在于，所述壓敏傳感器可配置在所述開口，使得離所述開閉單元的最短距離可在3mm到5mm范圍。
8.如權(quán)利要求1所述的壓敏傳感器，其特征在于，進(jìn)一步包含引出信號用的多個電極(20，21)；配置在所述電極間檢測所述電極是否斷開的故障檢測電阻(24)。
9.如權(quán)利要求1所述的壓敏傳感器，其特征在于，其中，所述壓敏裝置由柔性壓電傳感器(12)構(gòu)成，并且所述支持裝置沿所述開口或所述開閉單元的邊緣形狀柔軟地支持著所述壓電傳感器。
10.如權(quán)利要求9所述的壓敏傳感器，其特征在于，所述壓電傳感器通過使用由非結(jié)晶氯化聚乙烯、結(jié)晶氯化聚乙烯和壓電陶瓷粉混合而成的混合壓電材料模壓制成。
11.一種目標(biāo)檢測裝置，用于檢測目標(biāo)的接觸和防止該目標(biāo)夾持在所述開口(200)與開閉所述開口的所述開閉單元(3)之間，其特征在于，所述目標(biāo)檢測裝置包含權(quán)利要求1，2，3，4，5，6，7，8，9，或10的所述壓敏傳感器(4)，和根據(jù)所述壓敏傳感器的輸出信號判別目標(biāo)與所述壓敏傳感器的接觸的判別裝置(5)。
12.如權(quán)利要求11所述的目標(biāo)檢測裝置，其特征在于，進(jìn)一步包含告知第三方判別裝置的判別結(jié)果的報告裝置(40)。
13.如權(quán)利要求11所述的目標(biāo)檢測裝置，其特征在于，所述壓敏傳感器直接連接到所述判別裝置，并將所述壓敏傳感器和所述判別裝置集成為一體。
14.如權(quán)利要求11所述的目標(biāo)檢測裝置，其特征在于，所述判別裝置還包含濾波器(30)，從所述壓敏傳感器的輸出信號中僅提取特定的頻率分量。
15.如權(quán)利要求11所述的目標(biāo)檢測裝置，其特征在于，所述判別裝置計算所述壓敏裝置的輸出信號的每單位時間的積分值，并根據(jù)該積分值判別目標(biāo)與所述壓敏傳感器的接觸。
16.如權(quán)利要求11所述的目標(biāo)檢測裝置，其特征在于，所述判別裝置包含根據(jù)所述壓敏裝置輸出對應(yīng)于所述開口或所述開閉單元的振動的信號判別所述傳感裝置的異常用的異常判別單元。
17.如權(quán)利要求11所述的目標(biāo)檢測裝置，其特征在于，所述判別裝置包含饋送所述壓敏裝置的輸出信號用的信號輸入單元(33)；發(fā)送判別目標(biāo)與所述壓敏傳感器接觸的判別結(jié)果的信號輸出單元(34)；在所述信號輸入單元與所述信號輸出單元之間旁路高頻信號通過的旁路單元(35)。
18.如權(quán)利要求17所述的目標(biāo)檢測裝置，其特征在于，所述信號輸入單元和所述信號輸出單元相互靠近配置以便縮短高頻信號的旁路路徑。
19.一種目標(biāo)檢測裝置，用于檢測目標(biāo)的接觸和防止該目標(biāo)夾持在所述開口(200)與開閉所述開口的所述開閉單元(3)之間，其特征在于，所述目標(biāo)檢測裝置包含權(quán)利要求9或10的所述壓敏傳感器(4)；根據(jù)所述壓敏傳感器的輸出信號判別目標(biāo)與所述壓敏傳感器的接觸的判別裝置(5)；配置在所述壓電傳感器和所述判別裝置兩者至少之一中、對所述壓電傳感器中產(chǎn)生的電荷進(jìn)行放電的放電單元(24)。
20.一種開閉裝置，具有檢測目標(biāo)的接觸和防止該目標(biāo)夾持在所述開口(200)與開閉所述開口的所述開閉單元(3)之間的功能，其特征在于，所述開閉裝置包含權(quán)利要求11或19的所述目標(biāo)檢測裝置；驅(qū)動所述開閉單元的驅(qū)動裝置(6)；控制所述驅(qū)動裝置以便當(dāng)所述開閉單元關(guān)閉時所述判別裝置判別到目標(biāo)與所述壓敏傳感器接觸就停止所述開閉單元的關(guān)閉動作用的控制裝置。
21.如權(quán)利要求20所述的開閉裝置，其特征在于，所述控制裝置包含所述開閉單元的接觸判別單元(38)，用于當(dāng)所述驅(qū)動裝置驅(qū)動所述開閉單元時所述接觸判別單元檢測到驅(qū)動狀態(tài)就根據(jù)檢測的驅(qū)動狀態(tài)判別目標(biāo)是否與所述開閉單元接觸；根據(jù)所述目標(biāo)檢測裝置和所述接觸判別單元兩者中至少一個的輸出信號控制所述驅(qū)動裝置的控制器(7)。
22.如權(quán)利要求21所述的開閉裝置，其特征在于，如果在所述目標(biāo)檢測裝置中出現(xiàn)異常，所述控制裝置根據(jù)所述接觸判別單元控制所述驅(qū)動裝置。
23.如權(quán)利要求20所述的開閉裝置，其特征在于，在關(guān)閉所述開閉單元時一旦在打開方向中移動所述開閉單元一段規(guī)定距離或打開規(guī)定時間后，所述控制裝置控制所述驅(qū)動裝置進(jìn)行關(guān)閉。
全文摘要
在檢測目標(biāo)夾持在窗框等中的壓敏傳感器中,支持裝置13比壓電傳感器12更柔軟,與壓電傳感器12一起更易變形而不妨礙壓電傳感器12的變形,并發(fā)出取決于這種變形的輸出信號。因此,當(dāng)利用判別裝置檢測目標(biāo)與壓敏傳感器4的接觸時,該壓敏傳感器4能產(chǎn)生用于檢測的足夠大小的輸出信號。
文檔編號H01L41/087GK1350612SQ00807491
公開日2002年5月22日 申請日期2000年5月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月13日
發(fā)明者荻野弘之, 中谷直史, 吉野浩二, 長井彪, 金澤成壽, 伊藤雅彥, 藤井優(yōu)子 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社