本发明专利技术公开了一种带有多模态触觉感知的智能汽车方向盘装置，包括方向盘、ECU、触觉传感器和处理电路，触觉传感器与处理电路均安装在方向盘上，方向盘、触觉传感器和处理电路分别与ECU电性连接，触觉传感器受力后将随着压力和温度改变的电阻值通过处理电路转化为电压信号传输到ECU，ECU根据输入的信号发出相应的指令；本发明专利技术电阻式触觉传感器柔性好，体积小，容易集成在方向盘上，可以同时测量压力和温度，消除了传统触觉传感器因温度变化带来误差的可能，驾驶员可以通过手部握力大小和位置来触发汽车的各种辅助驾驶系统，从而达到使智能车辆人机交互界面智能化，效率化和安全化的效果。效果。效果。
【技术实现步骤摘要】
一种带有多模态触觉感知的智能汽车方向盘装置
[0001]本专利技术涉及智能车辅助驾驶
，更具体的说是涉及一种带有多模态触觉感知的智能汽车方向盘装置。
技术介绍
[0002]在过去的几年中，汽车行业取得了长足进步。许多数现代汽车已经具有了类似计算机架构的数字平台。由此产生的计算机控制系统和小工具不断推陈出新。驾驶员辅助系统已成为现代汽车的标配。同时，驾驶员的便捷驾驶和休闲娱乐需要愿望导致了智能座舱的出现，智能座舱往往配备了高度交互式的信息系统。近年来，设计师也变得更加关注驾驶员与汽车之间的交互，即人车交互。
[0003]然而，人类的认知水平是有限的，为了在各种因素的干扰下有效地完成任务，智能系统的辅助是不可或缺的。研究表明，分心驾驶是与醉酒驾驶相提并论的一种危险行为，分心驾驶包括四种：
[0004]1)视觉分心：任何导致驾驶员将视线从道路上移开的情况。
[0005]2)手动分心：任何导致驾驶员不把手放在方向盘上的任务。
[0006]3)音频干扰：任何会掩盖车内重要声音(例如警报器)或外部(例如救护车警报器)的噪音。
[0007]4)认知分心：任何导致认知负荷并降低驾驶员对主要驾驶任务的注意力的任务。数据显示2014年，在涉及驾驶员分心的机动车事故中，死亡人数为3179，受伤人数为431000。
[0008]因此，保证驾驶员与各种车载系统进行高效的短暂的交互，是一种行之有效的解决方案。有研究表明，在现有的视觉和听觉交互模式中添加触觉交互模式，将触觉信息作为一种交互通道可以使未来汽车人机交互技术的发展方向朝着更加人性化、安全化的方向发展。
技术实现思路
[0009]有鉴于此，本专利技术提供了一种带有多模态触觉感知的智能汽车方向盘装置。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]一种带有多模态触觉感知的智能汽车方向盘装置，包括方向盘、ECU、触觉传感器和处理电路，所述触觉传感器与所述处理电路均安装在所述方向盘上，所述方向盘、所述触觉传感器和所述处理电路分别与所述ECU电性连接，所述方向盘表面设置多个触觉传感器安装槽，所述触觉传感器固定安装在所述触觉传感器安装槽中，所述触觉传感器受压后电阻值将随着压力和温度改变，其实时的电阻值通过处理电路转化为电压信号传输到所述ECU，所述ECU根据输入的信号发出相应的指令；其中，
[0012]所述触觉传感器为柔性多模态电阻式触觉传感器，包括上基板、下基板、第一敏感层、第二敏感层和连接层，所述连接层的上下端面均与所述敏感层连接，所述上基板的下端
面上涂覆有第一电极，所述下基板的上端面上涂覆有第二电极，所述第一敏感层背离所述连接层的一面与所述上基板的下端面连接且与所述第一电极接触；所述第二敏感层背离所述连接层的一面与所述下基板的上端面连接且与所述第二电极接触。
[0013]进一步的，所述上基板和所述下基板为耐高温的PET胶带，所述第一电极与所述第二电极为条形导电铜漆，均涂覆在所述PET胶带有粘性的一面；所述第一电极与所述第二电极正交排列。
[0014]进一步的，所述第一敏感层为填充了1:1含量的碳黑(CB)和石墨烯(GP)的室温硫化硅橡胶(RTV)制成的导电橡胶，所述第二敏感层为填充了1:1含量的碳黑(CB)和碳纳米管(CNT)的室温硫化硅橡胶(RTV)制成的导电橡胶，每个敏感层均是一个传感单元，一个电阻式多模态触觉传感器包含两个传感单元，好处是测量冗余，减少误差。
[0015]进一步的，所述连接层为玻璃纤维双面胶带。
[0016]进一步的，所述处理电路固定安装在所述方向盘的下面，所述第一电极和所述第二电极分别通过两根电极导线与所述处理电路连接，所述处理电路与所述ECU电连接。
[0017]进一步的，所述处理电路包括Arduino UNO单片机、微型电源和参考电阻，所述微型电源为所述Arduino UNO单片机、所述参考电阻及各个所述触觉传感器供电，每个所述触觉传感器的电极导线分别连接arduinoUNO单片机上的与各个所述触觉传感器位置对应的信号输入端，所述ArduinoUNO单片机的信号输出端连接所述ECU的输入端；以实现驾驶员可以自定义不同触摸位置和握力大小所产生的的功能。
[0018]进一步的，所述处理电路同时测试第一敏感层和第二敏感层的实时阻值，所述Arduino UNO单片机以分压原理将两个敏感层的阻值转化为电压信号输入所述ECU中，所述ECU根据输入的由压力和温度转化来的电压信号来发出对应指令。其中，分压电路的计算公式是：V
out
＝(V
in
×
R2)/(R1+R2)，V
in
是输入电压，V
out
是输出电压，设定的输入电压V
in
是5V，R1是基准电阻，根据测得的V
out
便可以算出未知的电阻R2，也就是传感器单元的当前阻值。
[0019]进一步的，所述电阻式多模态触觉传感器的制备方法为：
[0020](1)分散：将称取的导电填料在少量无水乙醇中用玻璃棒搅拌分散使其初步分散，然后使用超声分散仪分散导电填料1h。
[0021](2)混合：将RTV的基本组分和8％比重的导电填料溶液在烧杯里混合，使用电动搅拌器以300r/min搅拌30min；然后加入RTV基体质量分数5％的固化剂，再使用电动搅拌器以500r/min搅拌30min。
[0022](3)除泡：使用真空泵除气泡30min。
[0023](4)旋涂：通过针管取出液态混合材料，注入PS培养皿，在200r/min的速度下旋涂120S。
[0024](5)固化：将旋涂成型的混合材料放入真空干燥箱，在60℃下保温24h。
[0025](6)组装：把裁剪好的导电复合材料薄膜放在涂有导电铜漆的PET胶带上，加热固化；最后把就两种导电复合材料制成的传感单元以电极正交排列的方式叠放，中间用绝缘的玻璃纤维双面胶带隔开。
[0026]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种带有多模态触觉感知的智能汽车方向盘装置，优点在于：
[0027]1、本专利技术所述的电阻式触觉传感器柔性好，可以同时测量压力和温度，消除了传
统触觉传感器因温度变化带来误差的可能。
[0028]2、导电橡胶复合材料具备力敏和温敏双重特性，带有双信号通道，不需要复杂的信号处理电路，体积小，容易集成在方向盘上。
[0029]3、本专利技术所述的智能方向盘装置具有手势识别和人体温度感知能力，温度和压力同属触觉领域，温度可以辅助感知驾驶员手的位置，驾驶员可以通过手部握力大小和位置来触发汽车的各种辅助驾驶系统如：自动驾驶功能，影音娱乐功能和导航功能。
[0030]本专利技术所述的带有触觉感知的智能方向盘装置可以用于提供更有效和较少干扰的人机交互界面，从而使汽车驾驶辅助系统更加智能化，效率化和安全化。
附图说明
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种带有多模态触觉感知的智能汽车方向盘装置，包括方向盘(1)、ECU、触觉传感器(2)和处理电路(3)，所述触觉传感器(2)与所述处理电路(3)均安装在所述方向盘(1)上，所述方向盘(1)、所述触觉传感器(2)和所述处理电路(3)分别与所述ECU电性连接，其特征在于，所述方向盘(1)表面设置多个触觉传感器安装槽，所述触觉传感器(2)固定安装在所述触觉传感器安装槽中，所述触觉传感器(2)受压后电阻值将随着压力和温度改变，其实时的电阻值通过所述处理电路(3)转化为电压信号传输到所述ECU，所述ECU根据输入的信号发出相应的指令；其中，所述触觉传感器(2)为柔性多模态电阻式触觉传感器，包括上基板(21)、下基板(22)、第一敏感层(23)、第二敏感层(24)和连接层(25)，所述连接层(25)的上下端面分别与第一敏感层(23)、第二敏感层(24)连接，所述上基板(21)的下端面上涂覆有第一电极(211)，所述下基板(22)的上端面上涂覆有第二电极(221)，所述第一敏感层(23)背离所述连接层(25)的一面与所述上基板(21)的下端面连接且与所述第一电极(211)接触；所述第二敏感层(24)背离所述连接层(25)的一面与所述下基板(22)的上端面连接且与所述第二电极(221)接触。2.根据权利要求1所述的一种带有多模态触觉感知的智能汽车方向盘装置，其特征在于，所述上基板(21)和所述下基板(22)为耐高温的PET胶带，所述第一电极(211)与所述第二电极(221)为条形导电铜漆，均涂覆在所述PET胶带有粘性的一面，所述第一电极(211)与所述第二电极(221)正交排列。3.根据权利要求1所述的一种带有多模态触觉感知的智能汽车方向盘装置，其特征在于，所述第一敏感层(23)为填充了1:1含量的碳黑(CB)和石墨烯(GP)的室温硫化硅橡胶(RTV)制成的导电橡胶，所述第二敏感层(24)为填充了1:1含量的碳黑(CB)和碳纳米管(CNT)的室温硫化硅橡胶(RTV)制成的导电橡胶。4.根据权利要求1所述的一种带有多模态触觉感知的智能汽车方向盘装置，其特征在于，所述连接层(25)为玻璃纤维双面胶带。5.根据权利要求1所述的一种带有多模态触觉感知的智能汽车方向盘装置，其特征在于，所述处理电路(3)固定安装在所述方向盘(1)的下面，所述第一电极(211)和所述第二电极(221)分别通过两根电极导线与所述处理电路(3)连接，所述处理电路(3)与所述EC...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱冰，马驰，钱志辉，赵健，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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