CN112623016B - 手检测系统、方向盘及包含其的汽车 - Google Patents

手检测系统、方向盘及包含其的汽车 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种手检测系统、方向盘及包含其的汽车。其中，手检测系统包括电连接的第一导电层结构和控制器，手检测系统具有加热模式和手检测模式；在加热模式下，控制器用于控制第一导电层结构通电，以使第一导电层结构产生热量；在手检测模式下，控制器用于根据第一导电层结构的阻抗检测手检测系统上是否放置有人手。本发明中，通过复用第一导电层结构实现了集成加热功能和手检测功能，与现有技术相比，简化了层级结构，降低了成本。在加热模式下，第一导电层结构作为加热负载在通电时自身产生热量。在手检测模式下，人手放置在手检测系统上导致第一导电层结构的阻抗发生变化，控制器基于该阻抗检测手检测系统上是否放置有人手。

Description

手检测系统、方向盘及包含其的汽车
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种手检测系统、方向盘及包含其的汽车。
背景技术
随着驾驶辅助系统越来越普遍以及用户对汽车主动安全的关注，对方向盘离手检测功能(Hand on/off Detection，简称HOD)的需求越来越多。结合方向盘加热功能的普遍应用，有许多方向盘集成了方向盘离手检测和方向盘加热这两个功能。其中，方向盘离手检测功能是指，通过检测方向盘包裹材料中传感器接收到的阻抗变化，判断驾驶员的手是否离开了方向盘，为高级辅助驾驶提供可靠的驾驶员状态。方向盘加热功能，是指方向盘表面包裹材料中带有热阻丝等通电发热的材料，可以通电进行加热，加热温度与温升时间可调。
目前，实现集成方向盘离手检测和方向盘加热这两个功能的已有方案为：方向盘为三层导电信号结构，其中，第一层为离手检测的传感器层，第二层为离手检测的传感器层，第三层为发热材料，作为加热负载。这种方案需要三层导电信号结构，层级结构复杂，成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中需要三层导电信号结构实现集成方向盘离手检测和方向盘加热功能，存在层级结构复杂、成本较高等的缺陷，提供一种手检测系统、方向盘及包含其的汽车。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明的第一方面提供一种手检测系统，包括电连接的第一导电层结构和控制器，所述手检测系统具有加热模式和手检测模式；
在加热模式下，所述控制器用于控制所述第一导电层结构通电，以使所述第一导电层结构产生热量；
在手检测模式下，所述控制器用于根据所述第一导电层结构的阻抗检测所述手检测系统上是否放置有人手。
可选地，所述手检测系统还包括第一开关和第二开关；
所述第一导电层结构的一端通过第一开关与电源连接，另一端通过第二开关接地；
在加热模式下，所述控制器具体用于控制所述第一开关和所述第二开关闭合；
在手检测模式下，所述控制器具体用于控制所述第一开关和所述第二开关断开。
可选地，在加热模式下，所述控制器依次控制所述第一开关和所述第二开关闭合；和/或，
在手检测模式下，所述控制器依次控制所述第一开关和所述第二开关断开。
可选地，所述控制器通过向第一开关和第二开关发送PWM信号，以控制所述第一开关和所述第二开关闭合或断开。
可选地，所述第一开关和/或所述第二开关为MOS管。
可选地，所述第一导电层结构通过电容与所述控制器电连接，和/或，
所述第一导电层结构的材料包括石墨烯和银浆。
可选地，所述手检测系统还包括与所述控制器电连接的第二导电层结构；
在手检测模式下，所述控制器具体用于根据所述第一导电层结构和所述第二导电层结构的阻抗检测所述手检测系统上是否放置有人手。
可选地，在手检测模式下，所述控制器具体用于分别向所述第一导电层结构和所述第二导电层结构输出交流信号，并通过采集所述交流信号的电流获取所述第一导电层结构和所述第二导电层结构的阻抗。
可选地，所述第二导电层结构包覆于所述第一导电层结构的外面，且所述第二导电层结构与所述第一导电层结构之间设有绝缘层。
可选地，所述第二导电层结构的材料为导电织布，和/或，
所述第二导电层结构通过电容与所述控制器电连接。
本发明的第二方面提供一种方向盘，包覆有第一方面所述的手检测系统。
可选地，所述手检测系统还包括与所述控制器电连接的第二导电层结构；
在手检测模式下，所述控制器具体用于根据所述第一导电层结构和所述第二导电层结构的阻抗检测所述方向盘上是否放置有人手。
可选地，在手检测模式下，所述控制器具体用于分别向所述第一导电层结构和所述第二导电层结构输出交流信号，并通过采集所述交流信号的电流获取所述第一导电层结构和所述第二导电层结构的阻抗。
可选地，所述第二导电层结构包覆于所述第一导电层结构的外面，且所述第二导电层结构与所述第一导电层结构之间设有绝缘层。
可选地，所述第二导电层结构的材料为导电织布，和/或，
所述第二导电层结构通过电容与所述控制器电连接。
可选地，所述第二导电层结构设有至少一个感应区域，且每个感应区域均与所述控制器电连接。
可选地，所述感应区域的数量为三个，且分别设于所述方向盘的正面左半区域、正面右半区域及背面区域。
本发明的第三方面提供一种汽车，包括第二方面所述的方向盘。
本发明的积极进步效果在于：本发明提供的手检测系统，通过复用第一导电层结构实现了集成加热功能和手检测功能，与现有技术相比，简化了层级结构，降低了成本。具体地，在加热模式下，第一导电层结构作为加热负载，在通电状态下可以自身产生热量。在手检测模式下，人手放置在手检测系统上会导致第一导电层结构的阻抗发生变化，控制器基于第一导电层结构的阻抗检测手检测系统上是否放置有人手。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的一种手检测系统的内部结构示意图。
图2为本发明实施例1提供的一种PWM信号的示意图。
图3为本发明实施例1提供的另一种手检测系统的内部结构示意图。
图4为本发明实施例2提供的一种方向盘的内部结构示意图。
图5为本发明实施例2提供的一种方向盘的层结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供一种手检测系统，包括电连接的第一导电层结构和控制器，所述手检测系统具有加热模式和手检测模式。
在加热模式下，所述控制器用于控制所述第一导电层结构通电，以使所述第一导电层结构产生热量。
在手检测模式下，所述控制器用于根据所述第一导电层结构的阻抗检测所述手检测系统上是否放置有人手。其中，第一导电层结构相当于传感器，其等效阻抗会随着人手的靠近或者远离发生变化。
在本实施方式提供的手检测系统中，通过复用第一导电层结构实现了集成加热功能和手检测功能，与现有技术相比，简化了层级结构，降低了成本。具体地，在加热模式下，第一导电层结构作为加热负载，在通电状态下可以自身产生热量。在手检测模式下，人手放置在手检测系统上会导致第一导电层结构的阻抗发生变化，控制器基于第一导电层结构的阻抗检测手检测系统上是否放置有人手。
在可选的一种实施方式中，如图1所示，上述手检测系统还包括第一开关和第二开关。所述第一导电层结构的一端通过第一开关与电源VCC连接，另一端通过第二开关接地。在加热模式下，所述控制器具体用于控制所述第一开关和所述第二开关闭合。在手检测模式下，所述控制器具体用于控制所述第一开关和所述第二开关断开。
本实施方式中，控制器用于通过控制第一开关和第二开关的闭合实现加热模式和手检测模式的切换。具体地，控制器通过控制第一开关和第二开关均闭合，以实现控制第一导电层结构通电，从而使得第一导电层结构进入加热模式。控制器通过控制第一开关和第二开关均断开，第一导电层结构仅与控制器连接，控制器用于采集第一导电层的阻抗，使得第一导电层结构进入手检测模式。
在具体实施中，上述第一开关和第二开关可以为MOS管，也可以为开关芯片等，具体不做限定。
为了减小开关干扰信号对控制器造成的影响，在可选的一种实施方式中，在加热模式下，所述控制器依次控制所述第一开关和所述第二开关闭合，和/或，在手检测模式下，所述控制器依次控制所述第一开关和所述第二开关断开。
在可选的另一种实施方式中，所述控制器通过向第一开关和第二开关发送PWM信号，以控制所述第一开关和所述第二开关闭合或断开。在具体实施中，可以通过调整PWM信号的占空比实现调整第一开关和第二开关闭合或者断开的时间，从而调整第一导电层结构处于加热模式或手检测模式的时间。在如图2所示的例子中，PWM信号的电平为高电平时，第一开关和第二开关闭合，PWM信号的电平为低电平时，第一开关和第二开关断开。如图2所示，t1～t2时间段，第一开关和第二开关断开，手检测系统处于手检测模式，t2～t3时间段，第一开关和第二开关闭合，手检测系统处于加热模式。
在可选的一种实施方式中，如图3所示，上述手检测系统还包括与所述控制器电连接的第二导电层结构。在手检测模式下，所述控制器具体用于根据所述第一导电层结构和所述第二导电层结构的阻抗检测所述手检测系统上是否放置有人手。其中，第一导电层结构相当于一个传感器，第二导电层结构相当于一个传感器，两个传感器的等效阻抗均会随着人手的靠近或者远离发生变化。
本实施方式中，在手检测模式下，控制器根据第一导电层结构和第二导电层结构的阻抗检测手检测系统上是否放置有人手，与仅根据第一导电层结构的阻抗检测相比，提高了检测的准确率。
在可选的一种实施方式中，在手检测模式下，所述控制器具体用于分别向所述第一导电层结构和所述第二导电层结构输出交流信号，并通过采集所述交流信号的电流获取所述第一导电层结构和所述第二导电层结构的阻抗。在具体实施中，控制器向第一导电层结构和第二导电层结构发送一定频率的交流信号，并通过采集电流信号的电流以及与第一导电层结构连接端口的电压可以得到第一导电层结构的阻抗，通过采集电流信号的电流以及与第二导电层结构连接端口的电压可以得到第二导电层结构的阻抗。
本实施方式中，在手检测模式下，人手触摸或者离开手检测系统，会导致第一导电层结构和第二导电层结构的阻抗发生变化，从而导致交流信号的电流发生变化，因此，通过采集交流信号的电流可以获取到第一导电层结构和第二导电层结构的阻抗，从而实现手检测功能。
在可选的一种实施方式中，所述第二导电层结构包覆于所述第一导电层结构的外面，且所述第二导电层结构与所述第一导电层结构之间设有绝缘层。
需要说明的是，第一导电层结构和第二导电层结构均可以用于手检测，由于第二导电层结构包覆于第一导电层结构的外面，因此，相较于第一层导电层结构，第二导电层结构可以向控制器贡献较多的手检测数据。
本实施方式中，通过复用内层的第一导电层结构实现加热功能和手检测功能，能够有效地抑制电磁辐射干扰以及开关噪声等影响，从而提高手检测功能的准确性。
为了进一步减小电压干扰信号，在具体实施的一个例子中，所述第一导电层结构通过电容与所述控制器电连接，和/或，所述第二导电层结构通过电容与所述控制器电连接。本实施方式中，通过在第一导电层结构和/或第二导电层结构与控制器之间设置电容，可以避免控制器端口的电压过高造成控制器损坏。
在可选的一种实施方式中，所述第一导电层结构的材料包括石墨烯和银浆，和/或，所述第二导电层结构的材料为导电织布。
实施例2
本实施例提供一种方向盘，其包覆有实施例1所述的手检测系统。
在加热模式下，手检测系统中的控制器用于控制第一导电层结构通电，以使第一导电层结构产生热量，第一导电层结构产生的热量会传递至方向盘的表面，从而实现方向盘加热功能。
在手检测模式下，手检测系统中的控制器用于根据第一导电层结构和/或第二导电层结构的阻抗检测手检测系统上是否放置有人手，也即检测方向盘上是否放置有人手，从而实现方向盘离手检测功能。
本实施方式中，通过复用第一导电层结构实现了在方向盘内集成加热功能和离手检测功能，简化了方向盘的层级结构，降低了成本。
在可选的一种实施方式中，上述第二导电层结构设有至少一个感应区域，且每个感应区域均与所述控制器电连接。本实施方式中，控制器用于根据所有感应区域的阻抗以及感应区域在方向盘上的位置实现多区域的离手检测，从而为高级辅助驾驶提供更完善的离手检测数据。
在可选的一种实施方式中，所述感应区域的数量为三个，且分别设于所述方向盘的正面左半区域、正面右半区域及背面区域。本实施方式中，通过设置三个感应区域，可以更准确地检测人手在方向盘上的具体位置，提高了离手检测功能的准确性。
如图4所示，第二导电层结构设有三个感应区域，分别为感应区域A、B和C，并均通过电容与控制器连接，第一导电层结构通过电容与控制器连接。控制器通过控制第一开关和第二开关的闭合使得第一导电层结构处于加热模式或者离手检测模式。其中，在第一导电层结构处于加热模式时，控制器根据第二导电层结构的阻抗检测方向盘上是否放置有人手。在第一导电层结构处于离手检测模式时，控制器根据第一导电层结构和第二导电层结构的阻抗检测方向盘上是否放置有人手。
图5是用于示出一种方向盘的层结构的示意图。如图5所示的方向盘包括9层结构L0～L8，人手可以直接接触的是L0层，其中，L0层为离型膜层，用于保护粘结层，材料是高分子聚合物。L1层为胶水，用于黏合L0层和L2层。L2层为上述第二层导电结构，材料为导电织布。L3层为绝缘层，材料为聚乙烯发泡和压敏胶。L4层用于保护L5层，材料是热塑性聚氨酯弹性体薄膜。L5层为上述第一层导电结构，材料为石墨烯和银浆。L6层为塑封保护层，用于保护L5层，材料为高分子聚合物。L7层为胶水，用于黏合L6层和L8层。L8层用于为方向盘提供更好的手感，材料为发泡棉。
实施例3
本实施例提供一种汽车，包括实施例2所述的方向盘。
本实施例中，由于方向盘具有加热功能和手检测功能，不仅可以给司机用户带来良好的开车体验，而且在检测到司机用户的手离开方向盘的情况下可以进入高级辅助驾驶模式，例如发出提示司机用户手已离开方向盘的提示信号，或者启动无人驾驶等功能。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种手检测系统，其特征在于，包括第一导电层结构、控制器以及第二导电层结构，所述第一导电层结构和所述第二导电层结构均与所述控制器电连接，所述手检测系统具有加热模式和手检测模式；
在加热模式下，所述控制器用于控制所述第一导电层结构通电，以使所述第一导电层结构产生热量；
在手检测模式下，所述控制器用于分别向所述第一导电层结构和所述第二导电层结构输出交流信号，并通过采集所述交流信号的电流获取所述第一导电层结构和所述第二导电层结构的阻抗，以及根据所述第一导电层结构和所述第二导电层结构的阻抗检测所述手检测系统上是否放置有人手；
其中，所述第二导电层结构向所述控制器贡献的手检测数据的数据量高于所述第一导电层结构。
2.如权利要求1所述的手检测系统，其特征在于，所述手检测系统还包括第一开关和第二开关；
所述第一导电层结构的一端通过第一开关与电源连接，另一端通过第二开关接地；
在加热模式下，所述控制器具体用于控制所述第一开关和所述第二开关闭合；
在手检测模式下，所述控制器具体用于控制所述第一开关和所述第二开关断开。
3.如权利要求2所述的手检测系统，其特征在于，在加热模式下，所述控制器依次控制所述第一开关和所述第二开关闭合；和/或，
在手检测模式下，所述控制器依次控制所述第一开关和所述第二开关断开。
4.如权利要求2所述的手检测系统，其特征在于，所述控制器通过向第一开关和第二开关发送PWM信号，以控制所述第一开关和所述第二开关闭合或断开。
5.如权利要求2所述的手检测系统，其特征在于，所述第一开关和/或所述第二开关为MOS管。
6.如权利要求1-5中任一项所述的手检测系统，其特征在于，所述第一导电层结构通过电容与所述控制器电连接，和/或，
所述第一导电层结构的材料包括石墨烯和银浆。
7.如权利要求1所述的手检测系统，其特征在于，所述第二导电层结构包覆于所述第一导电层结构的外面，且所述第二导电层结构与所述第一导电层结构之间设有绝缘层。
8.如权利要求1-5中任一项所述的手检测系统，其特征在于，所述第二导电层结构的材料为导电织布，和/或，
所述第二导电层结构通过电容与所述控制器电连接。
9.一种方向盘，其特征在于，包覆有如权利要求1-8中任一项所述的手检测系统。
10.如权利要求9所述的方向盘，其特征在于，所述第二导电层结构设有至少一个感应区域，且每个感应区域均与所述控制器电连接。
11.如权利要求10所述的方向盘，其特征在于，所述感应区域的数量为三个，且分别设于所述方向盘的正面左半区域、正面右半区域及背面区域。
12.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求9-11中任一项所述的方向盘。
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