一种方向盘上人手位置检测方法及系统与流程 专利技术说明

电子电路装置的制造及其应用技术1.本发明涉及智能驾驶领域，尤其涉及一种方向盘上人手位置检测方法及系统。背景技术：2.行业内将汽车自动驾驶等级分为l1～l4,不同等级的自动驾驶系统对于手握方向盘状态的识别要求是不同的。例如l3等级以后，要求系统能够根据驾驶员手握方向盘的姿势识别和判定目前是进行主动驾驶还是自动驾驶，因此对驾驶员不同的抓握方向盘姿势进行识别及判定尤为重要。现有的检测方法中通常采用基于光学系统和基于重力感应的检测方式，往往会受到手套、衣服等的影响，准确度较低。技术实现要素：3.为了解决上述问题，本发明提出了一种方向盘上人手位置检测方法及系统。4.具体方案如下：5.一种方向盘上人手位置检测方法，包括以下步骤：6.s1：在方向盘的不同位置依次设置感应片；7.s2：针对每个感应片，构建单路感应激励检测电路，通过向各感应片发送激励信号来检测各感应片的电压从初始值达到最大值所需的时间；8.s3：基于检测到的各感应片的电压从初始值达到最大值所需的时间与预设时间的匹配情况判断人手与方向盘的位置。9.进一步的，单路感应激励检测电路包括激励信号发射端和电容电压检测端；激励信号发射端串联第一电阻后与感应片电连接，第一电阻与激励信号发射端之间设置一下拉电阻；电容电压检测端用于检测感应片的电压。10.进一步的，电容电压检测端对应的检测电路包括第二电阻、第三电阻和第一电容，其中，电容电压检测端串联第二电阻后电连接于第一电阻与感应片之间，第一电容一端接地、另一端电连接于电容电压检测端与第二电阻之间，第三电阻一端接地、另一端电连接于第二电阻与感应片之间。11.进一步的，方向盘上设置8个感应片分别分布于左上、左下、右上和右下的以90度划分的四处位置的外侧和内侧。12.一种方向盘上人手位置检测方法，其特征在于，包括以下步骤：13.s1：在方向盘的不同位置依次设置感应片；14.s2：针对每个感应片，构建单路感应激励检测电路，通过向各感应片发送激励信号来检测各感应片的电压从初始值达到最大值所需的时间；根据电压从初始值达到最大值所需的时间计算各感应片对应的整体电容值；15.s3：基于计算的各感应片对应的整体电容值与预设整体电容值的匹配情况判断人手与方向盘的位置。16.进一步的，根据电压从初始值达到最大值所需的时间计算感应片对应的整体电容值的公式为：17.c＝t/[r*ln(v0/vu)][0018]其中，c表示感应片对应的整体电容值，r表示单路感应激励检测电路中感应片串联的电阻的阻值，v0表示电压初始值，vu表示电压最大值。[0019]一种方向盘上人手位置检测方法，其特征在于，包括以下步骤：[0020]s1：在方向盘的不同位置依次设置感应片；[0021]s2：针对每个感应片，构建单路感应激励检测电路，通过向各感应片发送激励信号来检测各感应片的电压从初始值达到最大值所需的时间，将该时间减去人手未靠近方向盘时各感应片的电压从初始值达到最大值所需的时间得到人手电容的充电时间；根据人手电容的充电时间计算各感应片对应的人手电容值；[0022]s3：基于计算的各感应片对应的人手电容值与预设人手电容值的匹配情况判断人手与方向盘的位置。[0023]一种方向盘上人手位置检测系统，其特征在于：包括根据本发明实施例上述方法的步骤s1设置的感应片、根据步骤s2设置的单路感应激励检测电路、微控制器和车辆电子控制单元；所有感应片的激励信号发射端和电容电压检测端均与微控制器的引脚连接，通过微控制器同时向各激励信号发射端发送激励信号，通过微控制器采集各电容电压检测端的电压值从初始值达到最大值所需的时间；微控制器实现如本发明实施例上述方法中的电容值的计算和/或人手与方向盘的位置的判断。[0024]进一步的，还包括车辆电子控制单元，微控制器通过can总线与车辆电子控制单元通信，以将人手与方向盘的位置关系发送至车辆电子控制单元。[0025]本发明采用如上技术方案，通过电容感应来对方向盘姿势进行识别以及判断，测量不受手套、衣服的影响，相较与传统的方法，成本较低并且精度较高。附图说明[0026]图1所示为本发明实施例一中方法的流程图。[0027]图2所示为本发明实施例一中方向盘位置划分示意图。[0028]图3所示为本发明实施例一中单路感应激励检测电路图。[0029]图4所示为本发明实施例一中激励电路的等效图。[0030]图5所示为本发明实施例二中方法的流程图。[0031]图6所示为本发明实施例三中方法的流程图。具体实施方式[0032]为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。[0033]现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。[0034]实施例一：[0035]本发明实施例提供了一种方向盘上人手位置检测方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：[0036]s1：在方向盘的不同位置依次设置感应片。[0037]该实施例中结合驾驶过程中司机的常用姿势，优选将方向盘划分为如图2所示的8处位置，分别为：左上、左下、右上和右下的外侧和内侧(图2中用序号1～8表示)，在8处位置对应设置8个感应片。[0038]s2：针对每个感应片，构建单路感应激励检测电路，通过向各感应片发送激励信号来检测各感应片的电压从初始值达到最大值所需的时间。[0039]该实施例中构建的单路感应激励检测电路如图3所示，其中包括激励信号发射端tx和电容电压检测端fb。激励信号发射端tx串联第一电阻r1后与感应片cu电连接，第一电阻r1与激励信号发射端tx之间设置一下拉电阻“r？”。电容电压检测端fb用于检测感应片cu的电压，电容电压检测端fb对应的检测电路包括第二电阻r2、第三电阻r3和第一电容c1，其中，电容电压检测端fb串联第二电阻r2后电连接于第一电阻r1与感应片cu之间，第一电容c1一端接地、另一端电连接于电容电压检测端fb与第二电阻r2之间，第三电阻r3一端接地、另一端电连接于第二电阻r2与感应片cu之间。[0040]由于任何的两个导电物体都之间都存在着感应电容，因此，感应片与大地之间即可构成一个感应电容，在周围环境不变的情况下，该感应电容值是固定不变的微小值。当有人体靠近这个感应片的情况下，人体与大地构成的感应电容并联感应片与大地构成的感应电容，会使总的电容值增加，如图4所示。[0041]通过对感应片cu充电，电容电压检测端fb检测感应片cu充满电(电压从初始值达到最大值)所需要的时间，即可得到人体并联感应片cu所需要的时间。[0042]s3：基于检测到的各感应片的电压从初始值达到最大值所需的时间与预设时间的匹配情况判断人手与方向盘的位置。[0043]预设时间可以通过实验采集人手位于方向盘不同位置时的时间并存储，通过与预先存储的时间进行比较可以得到对应的人手与方向盘的位置关系。[0044]实施例二：[0045]由于从电容充电放电的时间可得到电容值的变化，电容与充电时间的关系如公式(1)所示：[0046]vt＝v0+(vu-v0)* [1-e (-t/rc)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(1)[0047]其中，v0表示电容的电压初始值，vu表示电容充满电时的电压最大值，vt为任意时刻t上电容的电压，r表示与电容串联的电阻的阻值，c表示电容的容值。[0048]对公式(1)进行变形得到公式(2)：[0049]上面的公式进行变形得到公式二：[0050]t＝r1cln[v0/vu]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(2)[0051]公式(2)为电容充满电的时间和容值的关系，从中可以看到c越大，充电的时间越长。[0052]因此，该实施例中基于电容值提出了一种方向盘上人手位置检测方法，如图5所示，所述方法包括以下步骤：[0053]s1：在方向盘的不同位置依次设置感应片。[0054]s2：针对每个感应片，构建单路感应激励检测电路，通过向各感应片发送激励信号来检测各感应片的电压从初始值达到最大值所需的时间；根据电压从初始值达到最大值所需的时间计算各感应片对应的整体电容值。[0055]根据公式(2)变形可以得到公式(3)，即可得到时间与电容值的对应关系：[0056]c＝t/[r*ln(v0/vu)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(3)[0057]在该步骤中，c为感应片对应的整体电容值，r表示单路感应激励检测电路中感应片串联的电阻的阻值，即第一电阻r1。[0058]图4为激励电路的等效图，3k的电阻串联在电容上，相当于增加了电容的直流阻抗，根据公式(2)可以得出，电阻的阻值增大的话，充电时间会加长，相当于加大了检测的分辨率，能够提高精确度，所以需要增加一个合适的串联电阻。[0059]s3：基于计算的各感应片对应的整体电容值与预设整体电容值的匹配情况判断人手与方向盘的位置。[0060]与实施例一类似，预设整体电容值也是通过实验采集并计算的人手位于方向盘不同位置时的整体电容值。[0061]实施例三：[0062]根据上述公式(2)，设感应片对应的电容值为c1，人手对应的电容值为c2，环境的电容值为c3。[0063]情况一：当人手没有靠近感应片的时候，只有感应片和环境的电容值，此时电容值设为cx，cx＝c1+c3。[0064]情况二：当人手靠近感应片的时候，就有了感应片加人手加环境的电容值，此时电容值设为cy，cy＝c1+c2+c3。[0065]通过此方案可以测量到tcx(情况一的电容充电时间)和tcy(情况二的电容充电时间)，已知tcx＝tc1+tc3，tcy＝tc1+tc2+tc3，通过tcy-tcx可以得出人手电容的充电时间为tc2。[0066]基于此，本实施例提出了一种方向盘上人手位置检测方法，如图6所示，所述方法包括以下步骤：[0067]s1：在方向盘的不同位置依次设置感应片。[0068]s2：针对每个感应片，构建单路感应激励检测电路，通过向各感应片发送激励信号来检测各感应片的电压从初始值达到最大值所需的时间，将该时间减去人手未靠近方向盘时各感应片的电压从初始值达到最大值所需的时间得到人手电容的充电时间；根据人手电容的充电时间计算各感应片对应的人手电容值。[0069]s3：基于计算的各感应片对应的人手电容值与预设人手电容值的匹配情况判断人手与方向盘的位置。[0070]根据公式c＝ε*s/d可得，s(相对面积)不变的情况下，d(两个极板之间的距离)越大电容越小，因此，手的位置相对于每个感应片的距离不一样，并联上的电容值也不一样。根据此公式，当司机的手在方向盘上，每个感应片感应到的电容值是不一样，相对于单一感应片只有一个数值来说，有了进一步的优化，只要事先标定好每个驾驶姿势的时间或电容值，实际应用中检测到的时间或电容值相对于每个标定好的时间或电容值进行相比较，就可以得出驾驶员目前的驾驶姿势。[0071]实施例四：[0072]本发明还提供一种方向盘上人手位置检测系统，包括根据实施例一～实施例三中任一所述方法的步骤s1设置的感应片、根据步骤s2设置的单路感应激励检测电路、微控制器和车辆电子控制单元。[0073]所有感应片的激励信号发射端和电容电压检测端均与微控制器的引脚连接，通过微控制器同时向各激励信号发射端发送激励信号，通过微控制器采集各电容电压检测端的电压值从初始值达到最大值所需的时间。微控制器实现如实施例一～实施例三中任一所述方法中的电容值的计算和人手与方向盘的位置的判断。[0074]微控制器通过can总线与车辆电子控制单元通信，以将人手与方向盘的位置关系发送至车辆电子控制单元。[0075]尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。









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