一种采用电容感应的离手监控转向盘及实现方法技术

本发明专利技术提供一种采用电容感应的离手监控转向盘及实现方法，属于转向盘监控技术领域，包括转向盘和控制模块；控制模块内设有主控制芯片，主控制芯片包括电容感应单元和按键处理单元；控制模块连接有检测感应模块、按键输入模块和实时告警模块；感应垫采用柔性导电材质，匹配转向盘形状，与转向盘粘结后包裹于转向盘的轮缘；控制模块通过电容采集感应层采集感应垫的电容值，并将采集的感应垫的电容值与预设的阈值相比，判断手与转向盘的状态，以及在手离转向盘时通过实时告警模块发出报警。本发明专利技术通过柔性材质导电材质感应垫搭配电容采集感应层，对驾驶员是否用手握住转向盘进行准确判断，并在手离转向盘时，实时进行告警，避免驾驶员违规操作。驾驶员违规操作。驾驶员违规操作。

【技术实现步骤摘要】
一种采用电容感应的离手监控转向盘及实现方法


[0001]本专利技术属于转向盘监控
，具体涉及一种采用电容感应的离手监控转向盘及实现方法。

技术介绍

[0002]随着汽车行业的不断发展，汽车越来越朝向智能化的线路发展。尤其是最近，无人驾驶汽车的兴起。虽然未来技术发展会全程采用智能无人驾驶，但是目前的无人驾驶更多的只是一种驾驶模式，都是有人和无人驾驶共存的状态，在这个发展历程中，怎么向发动机传达汽车当前的驾驶状态，就是一个至关紧要的问题。在此需求下，离手监控转向盘应运而生，用以自动检测驾驶员是否用手握住转向盘。
[0003]另外，随着汽车的日益普及，可以驾驶汽车的人越来越多，这些人中间对汽车安全的认识良莠不齐，各种违规操作层出不穷。尤其在驾驶安全要求更加严格的车辆，如校车、公交车、大巴车上司机操作更是如此。此种情况下也需要一种可以检测司机有没有双手脱离转向盘的离手检测。目前采用视觉检测，通过安装在仪表台的摄像头不断地采集转向盘上的驾驶员手部动作来判断是否出现违规操作。特别是校车领域，通过检测司机是否违规操作，需要及时向管理方发送消息，进行实时监视的作用，而监控往往只能在发生状况后调查才能知道，并不能第一时间进行警告。
[0004]同时，由于转向盘功能越来越集成，转向盘实现的功能很多，现阶段转向盘添加最多的功能就是巡航，巡航一般通过CAN报文实现，此种方式存在风险，在主控芯片失效后，巡航就会无法控制。
[0005]此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种采用电容感应的离手监控转向盘及实现方法，是非常有必要的。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的上述现有的无人驾驶及司机违规监控都需要进行转向盘离手监控，但现有的离手监控往往只能在发生状况后起作用，无法在司机违规的第一时间进行警告的缺陷，本专利技术提供一种采用电容感应的离手监控转向盘及实现方法，以解决上述技术问题。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种采用电容感应的离手监控转向盘，包括转向盘和控制模块；控制模块内设有主控制芯片，主控制芯片包括电容感应单元和按键处理单元；控制模块连接有检测感应模块、按键输入模块和实时告警模块；按键处理单元与按键输入模块连接；检测感应模块包括感应垫和电容采集感应层；电容采集感应层与电容感应单元连接；电容采集感应层设置于转向盘内部；
感应垫采用柔性导电材质，匹配转向盘形状，与转向盘粘结后包裹于转向盘的轮缘；控制模块通过电容采集感应层采集感应垫的电容值，并将采集的感应垫的电容值与预设的阈值相比，判断手与转向盘的状态，以及在手离转向盘时通过实时告警模块发出报警。电容采集感应层采用NXP专用芯片，采用电流和电荷进行校准比对，且内置高精度算法及滤波电路，可靠性高，使用方便。感应垫及电容采集感应层利用人体本身自带电容特性，检测感应垫处接触电容变化，判断是否有人体接触到转向盘。普通的感应垫都是用亚克力板或者玻璃材质覆盖，并且在形状上都是规则的，材质都是硬质的，处理起来比较简便，并无特殊要点，本专利技术中采用柔性导电材质，使得感应垫可以包裹在转向盘的轮缘，且包裹后不影响感应垫的导电性。本专利技术中进行电容感应和按键处理的芯片共用主控制芯片一个芯片，有效降低成本。
[0008]进一步地，控制模块还连接有整车控制系统及巡航模块；当手离转向盘时，控制模块通过实时告警模块发出报警的同时，还通过CAN总线向整车控制系统发送信号；巡航模块设置于转向盘内部；巡航模块通过CAN总线与整车控制系统连接；巡航模块通过硬线与控制模块连接。CAN总线与硬线互为备份，在整车控制系统的主控芯片失效时，依然能够保持巡航模块的工作，保证巡航可靠性。因为单片机采集的电压和发动机硬线电压存在很大的压差，并不能同时输出，而此转向盘通过相应的控制电路可以实现在主控芯片失效的情况下依然能保持巡航模块工作。
[0009]进一步地，实时告警模块设置于转向盘处，实时告警模块包括声音单元或灯光单元。在驾驶员手脱离转向盘后，控制模块控制实时告警模块通过灯光或声音提醒驾驶员注意，正在进行违规操作。
[0010]进一步地，按键输入模块包括若干按键，每个按键均连接有电阻，电阻另一端与控制模块连接；不同按键连接的电阻阻值不同；各按键中设置有巡航按键，巡航按键还通过硬线与控制模块连接。巡航按键采用硬线和电阻两种方式工作，硬线为备份。
[0011]进一步地，转向盘包括盘柄；盘柄从内向外依次设有骨架、PU发泡层、电子屏蔽层以及皮革层；盘柄包括左盘柄区、右盘柄区、上盘柄区以及下盘柄区；电容采集感应层设置在电子屏蔽层与皮革层之间；感应垫粘结并包裹于皮革层内部的边缘；感应垫包括左感应垫和右感应垫；左感应垫设置于左盘柄区，右感应垫设置于右盘柄区；电容采集感应层包括左上感应区、左下感应区、右上感应区、右下感应区、第一上悬空感应区、第一下悬空感应区、第二上悬空感应区以及第二下悬空感应区；左上感应区与左下感应区设置于左盘柄区内侧，且左上感应区采集左感应垫上表面电容值，左下感应区采集左感应垫下表面电容值；
右上感应区与右下感应区设置于右盘柄区内侧，且右上感应区采集右感应垫上表面电容值，右下感应区采集右感应垫下表面电容值；第一上悬空感应区与第一下悬空感应区设置于上盘柄区内侧；第二上悬空感应区与第二下悬空感应区设置于下盘柄区内侧；各感应区均与控制模块连接。
[0012]第二方面，本专利技术提供一种基于上述第一方面的采用电容感应的离手监控转向盘实现方法，包括如下步骤：S1.设定上下表面及悬空的电容通道，预先分别设定手与转向盘的双手握状态、单手握状态以及离手状态，分别通过电容采集层的各感应区采集电容值，并计算出各状态下的各电容通道采样值，再计算出各状态下的上表面阈值及下表面阈值；S2.控制模块每间隔设定时间段通过各感应区采集电容值，计算出各电容采样通道的采样实时值，再计算出上下表面电容通道的采样实时值与作为基准电容实时值的悬空电容通道采样值的电容差值；S3.分别根据上下表面电容通道采样实时值与基准电容实时值的差值，与各状态下的上表面阈值及下表面阈值进行比对，判断手与转向盘状态为双握状态、单手握状态还是离手状态，以及在离手状态时，进行报警。
[0013]进一步地，步骤S1具体步骤如下：S11.设定上表面电容通道、下表面电容通道、第一悬空电容通道以及第二悬空电容通道；S12.预先将双手离开转向盘，记录左上感应区与右上感应区采集的电容值，取二者均值作为离手状态的上表面电容通道采样值；记录左下感应区与右下感应区采集的电容值，取二者均值作为离手状态的下表面电容通道采样值；记录第一上悬空感应区与第二上悬空感应区采集的电容值，取二者均值作为离手状态的第一悬空电容通道采样值；记录第一下悬空感应区与第二下悬空感应区采集的电容值，取二者均值作为离手状态的第二悬空电容通道采样值；S13.预先将单手握住转向盘，记录左上感应区与右上感应区采集的电容值，取二者均值作为单手状态的上表面电容通道采样值；记录左下感应区与右下感应区采集的电容值，取二者均值作为单手状态的下表面电容通道采样值；记录第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用电容感应的离手监控转向盘，其特征在于，包括转向盘和控制模块；控制模块内设有主控制芯片，主控制芯片包括电容感应单元和按键处理单元；控制模块连接有检测感应模块、按键输入模块和实时告警模块；按键处理单元与按键输入模块连接；检测感应模块包括感应垫和电容采集感应层；电容采集感应层与电容感应单元连接；电容采集感应层设置于转向盘内部；感应垫采用柔性导电材质，匹配转向盘形状，与转向盘粘结后包裹于转向盘的轮缘；控制模块通过电容采集感应层采集感应垫的电容值，并将采集的感应垫的电容值与预设的阈值相比，判断手与转向盘的状态，以及在手离转向盘时通过实时告警模块发出报警。2.如权利要求1所述的采用电容感应的离手监控转向盘，其特征在于，控制模块还连接有整车控制系统及巡航模块；当手离转向盘时，控制模块通过实时告警模块发出报警的同时，还通过CAN总线向整车控制系统发送信号；巡航模块设置于转向盘内部；巡航模块通过CAN总线与整车控制系统连接；巡航模块通过硬线与控制模块连接。3.如权利要求1所述的采用电容感应的离手监控转向盘，其特征在于，实时告警模块设置于转向盘处，实时告警模块包括声音单元或灯光单元。4.如权利要求1所述的采用电容感应的离手监控转向盘，其特征在于，按键输入模块包括若干按键，每个按键均连接有电阻，电阻另一端与控制模块连接；不同按键连接的电阻阻值不同；各按键中设置有巡航按键，巡航按键还通过硬线与控制模块连接。5.如权利要求1所述的采用电容感应的离手监控转向盘，其特征在于，转向盘包括盘柄；盘柄从内向外依次设有骨架、PU发泡层、电子屏蔽层以及皮革层；盘柄包括左盘柄区、右盘柄区、上盘柄区以及下盘柄区；电容采集感应层设置在电子屏蔽层与皮革层之间；感应垫粘结并包裹于皮革层内部；感应垫包括左感应垫和右感应垫；左感应垫设置于左盘柄区，右感应垫设置于右盘柄区；电容采集感应层包括左上感应区、左下感应区、右上感应区、右下感应区、第一上悬空感应区、第一下悬空感应区、第二上悬空感应区以及第二下悬空感应区；左上感应区与左下感应区设置于左盘柄区内侧，且左上感应区采集左感应垫上表面电容值，左下感应区采集左感应垫下表面电容值；右上感应区与右下感应区设置于右盘柄区内侧，且右上感应区采集右感应垫上表面电容值，右下感应区采集右感应垫下表面电容值；第一上悬空感应区与第一下悬空感应区设置于上盘柄区内侧；第二上悬空感应区与第二下悬空感应区设置于下盘柄区内侧；各感应区均与控制模块连接。
6.一种基于上述权利要求1
‑
5任一项的采用电容感应的离手监控转向盘实现方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.设定上下表面及悬空的电容通道，预先分别设定手与转向盘的双手握状态、单手握状态以及离手状态，分别通过电容采集层的各感应区采集电容值，并计算出各状态下的各电容通道采样值，再计算出各状态下的上表面阈值范围及下表面阈值范围；S2.控制模块每间隔设定时间段通过各感应区采集电容值，计算出各电容采样通道的采样实时值，再计算出上下表面电容通道的采样实时值与作为基准电容实时值的悬空电容通道采样值的电容差值；S3.分别根据上下表面电容通道采样实时值与基准电容实时值的差值，与各状态下的上表面阈值范围及下表面阈值范围进行比对，判断手与转向盘状态为双握状态、单手握状态还是离手状态，以及在离手状态时，进行报警。7.如权利要求6所述的采用电容感应的离手监控转向盘实现方法，其特征在于，步骤S1具体步骤如下：S11.设定上表面电容通道、下表面电容通道、第一悬空电容通道以及第二悬空电容通道；S12.预先将双手离开转向盘，记录左上感应区与右上感应区采集的电容值，取二者均值作为离手状态的上表面电容通道采样值；记录左下感应区与右下感应区采集的电容值，取二者均值作为离手状态的下表面电容通道采样值；记录第一上悬空感应区与第二上悬空感应区采集的电容值，取二者均值作为离手状态的第一悬空电容通道采样值；记录第一下悬空感应区与第二下悬空感应区采集的电容值，取二者均值作为离手状态的第二悬空电容通道采样值；S13.预先将单手握住转向盘，记录左上感应区与右上感应区采集的电容值，取二者均值作为单手状态的上表面电容通道采样值；记录左下感应区与右下感应区采集的电容值，取二者均值作为单手状态的下表面电容通道采样值；记录第一上悬空感应区与第二上悬空感应区采集的电容值，取二者均值作为单手状态的第一悬空电容通道采样值；记录第一下悬空感应区与第二下悬空感应区采集的电容值，取二者均值作为单手状态的第二悬空电容通道采样值；S14.预先将双手握住转向盘，记录左上感应区与右上感应区采集的电容值，取二者均值作为双手状态的上表面电容通道采样值；记录左下感应区与右下感应区采集的电容值，取二者均值作为双手状态的下表面电容通道采样值；记录第一上悬空感应区与第二上悬空感应区采集的电容值，取二者均值作为双手状态的第一悬空电容通道采样值；记录第一下悬空感应区与第二下悬空感应区...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘林林，徐江，谷百宁，姜文涛，刘那琴，
申请(专利权)人：中国重汽集团济南动力有限公司，
类型：发明
国别省市：