CN112874631A - 汽车方向盘hod监测系统 - Google Patents

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    • B62D15/029—Steering assistants using warnings or proposing actions to the driver without influencing the steering system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明属于汽车方向盘HOD应用技术领域，具体公开了汽车方向盘HOD监测系统，包括网关、LIN通信模块、主控模块和HOD传感器；所述网关、LIN通信模块、主控模块、HOD传感器依次连接，其中，网关与ADAS系统连接。1、电容式检测和扭矩信号二合一方案，既解决了EPS在颠簸路面误判的问题，同时又能根据扭矩信号对HOD信号进行融合，解决电容感应方案在多指的应用场合存在的模糊判断的区域，未能准确识别出HOD状态问题；2：电容式检测和扭矩信号二合一方案，通过内部的算法分析和方向盘电容检测布局方式，解决了传统HOD方案不能识别多种驾驶员操作手势问题，精确识别出当前驾驶员对方向盘掌控能力，提高驾驶体验。

Description

汽车方向盘HOD监测系统
技术领域
本发明属于汽车方向盘HOD应用技术领域，具体涉及汽车方向盘HOD监测系统。
背景技术
随着科技的发展，作为汽车转向系统中的重要部件——方向盘，不仅仅是转向的部件，还兼具更多种功能，如音响控制、定速巡航、蓝牙、行车电脑等功能都能通过方向盘实现。
HOD(Hand Off Detection)功能，即离手检测功能是ADAS(高级驾驶辅助系统)的一种，也是L1-L4级汽车自动驾驶系统的要求，HOD正逐渐被越来越多的整车厂所重视。
目前市面上主要使用电容感应式和EPS(Electric Power Steering)电子助力转向系统的扭矩信号作为HOD方案的传感检测，EPS方案基于车辆原来的扭矩信号实现HOD方案，可以节省硬件成本，但是在颠簸的路况上，一方面扭矩信号受方向盘来回摆动出现误触发的情况，另一方面电容感应式虽然可以解决颠簸路况的问题，但是在多根手指的应用场合，会存在模糊判断的区域，不能根据驾驶员对方向盘横向的掌控能力，准确识别出HOD状态。
基于上述问题，本发明提供汽车方向盘HOD监测系统。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对现有技术的不足，提供汽车方向盘HOD监测系统，其设计合理，一方面采用电容式检测和扭矩信号二合一方式，可在颠簸复杂的路况应用，另一方面采用电容式检测和扭矩信号二合一方式，并且内部电容检测采用上下双区布局，不仅可以识别多达14种常见的驾驶员手势，还可以精确识别当前驾驶员掌控方向盘横向操作的能力。
技术方案：本发明提供的汽车方向盘HOD监测系统，包括网关、LIN通信模块、主控模块和HOD传感器；所述网关、LIN通信模块、主控模块、HOD传感器依次连接，其中，网关与ADAS系统连接。
本技术方案的，所述主控模块为NXP的S32K系列MCU作为主控芯片，芯片ASIL B等级；所述HOD传感器为ASIL B等级；所述LIN通信模块为SBC带电源监控和外部看门狗功能。
本发明的汽车方向盘HOD监测系统的工作方法，包括以下步骤，步骤1、主控模块通过LIN通信模块接收ADAS系统的HOD配置、控制信息和EPS扭矩信号，并且通过LIN通信模块反馈HOD状态信息。步骤2、主控模块通过HOD模块实现HOD功能，结合获取的扭矩信号，内部数据和算法处理后，可通过LIN通信模块反馈ADAS系统当前驾驶员握方向盘的状态以及手势。
本技术方案的，所述步骤2中当在HOD确定能判断当前手势的情况下，如双手握方向盘或膝盖轻碰方向盘这些明确的手势，直接判断输出HOD状态；当在双指捏方向盘或双指扣方向盘这些模糊的地带时，系统会结合扭矩信号共同裁决判断，精确识别当前驾驶员是否具有掌握方向盘横向操作的能力，最终输出一个准确的HOD状态。
与现有技术相比，本发明的汽车方向盘HOD监测系统的有益效果在于：1、电容式检测和扭矩信号二合一方案，既解决了EPS在颠簸路面误判的问题，同时又能根据扭矩信号对HOD信号进行融合，解决电容感应方案在多指的应用场合存在的模糊判断的区域，未能准确识别出HOD状态问题；2：电容式检测和扭矩信号二合一方案，通过内部的算法分析和方向盘电容检测布局方式，解决了传统HOD方案不能识别多种驾驶员操作手势问题，精确识别出当前驾驶员对方向盘掌控能力，提高驾驶体验。
附图说明
图1是本发明的汽车方向盘HOD监测系统的结构框图；
图2和图3是本发明的汽车方向盘HOD监测系统的硬件结构框图；
图4是本发明的汽车方向盘HOD监测系统的常见驾驶员手势图；
图5是本发明的汽车方向盘HOD监测系统的HOD状态矩阵表示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
如图1、图2和图3所示的汽车方向盘HOD监测系统，包括网关、LIN通信模块、主控模块和HOD传感器；所述网关、LIN通信模块、主控模块、HOD传感器依次连接，其中，网关与ADAS系统连接。
进一步优选的，所述主控模块为NXP的S32K系列MCU作为主控芯片，芯片ASIL B等级；所述HOD传感器为ASIL B等级；所述LIN通信模块为SBC带电源监控和外部看门狗功能。
本发明的汽车方向盘HOD监测系统的工作方法，包括以下步骤，步骤1、主控模块通过LIN通信模块接收ADAS系统的HOD配置、控制信息和EPS扭矩信号，并且通过LIN通信模块反馈HOD状态信息。步骤2、主控模块通过HOD模块实现HOD功能，结合获取的扭矩信号，内部数据和算法处理后，可通过LIN通信模块反馈ADAS系统当前驾驶员握方向盘的状态以及手势。
进一步优选的，所述步骤2中当在HOD确定能判断当前手势的情况下，如双手握方向盘或膝盖轻碰方向盘这些明确的手势，直接判断输出HOD状态；当在双指捏方向盘或双指扣方向盘这些模糊的地带时，系统会结合扭矩信号共同裁决判断，精确识别当前驾驶员是否具有掌握方向盘横向操作的能力，最终输出一个准确的HOD状态。
实施例
本发明的汽车方向盘HOD监测系统的所要解决的技术问题是，
问题1、目前市面上使用单一电容感应方案在多指的应用场合会存在模糊判断的区域，未能准确识别出HOD状态；同样，EPS方案在颠簸的路况会出现误触发的问题；
问题2、目前市面上的HOD方案只能粗略地识别离手和在手两种手势，当驾驶员在天气寒冷时，开车的前段时间采用捏手(传感器检测到变化量很小，但驾驶员能掌握方向盘横向操作)这种模糊手势，传统的HOD方案会误判为离手状态，这就与HOD原本的使用初衷相违背了。
本发明的汽车方向盘HOD监测系统，通过现有方向盘的加热丝进行离手检测，无需对现有的方向盘进行改造，大大降低了成本，集成度高，稳定可靠；内部算法结合EPS的扭矩信号共同裁决，输出最终HOD状态，可识别多种驾驶手势，提高了驾驶安全水平。
如图1所示，主要由LIN(Local Interconnect Network)通信模块、主控模块、HOD模块组成，主控模块通过LIN通信模块接收ADAS系统的HOD等配置和控制信息和EPS扭矩信号，并且通过LIN通信模块反馈HOD状态信息；主控模块通过HOD模块实现HOD功能，结合获取的扭矩信号，内部数据和算法处理后，可通过LIN通信模块反馈ADAS系统当前驾驶员握方向盘的状态以及手势。
本发明的汽车方向盘HOD监测系统问题1的解决，目前市面上使用单一电容感应方案在多指的应用场合会存在模糊判断的区域，未能准确识别出HOD状态；同样，EPS方案在颠簸的路况会出现误触发的问题，本设计使用电容传感器和EPS扭矩信号，经过内部算法共同裁决后，输出最终的HOD状态，不仅解决了现有EPS方案在颠簸路面的误触发，还解决了电容检测方案在多手指应用场合的模糊地带；如图2和图3所示，硬件实现上，本设计采用NXP的S32K系列MCU作为主控芯片，该芯片ASIL B等级，HOD传感器也是ASIL B等级，LIN SBC带电源监控和外部看门狗功能，提高了整个系统的可靠性和鲁棒性。
本发明的汽车方向盘HOD监测系统问题2的解决，目前市面上，对于驾驶员某些特殊的驾驶手势会误判，例如因天气寒冷时，开车的前段时间，驾驶员可能会双指扣方向盘或双指捏方向盘的操作，此时驾驶员对方向盘的掌控能力处于模块地带，即当前手势可能不安全(驾驶员未能完全掌控方向盘横向操作)和当前手势是安全的(驾驶员能掌控方向盘的横向操作)，传统的HOD方案在这些模糊的手势操作会判断为离手状态，并且进行声光报警，这不仅会影响驾驶员的驾驶体验，声光报警产生的噪音，可能干扰到驾驶员，对驾驶安全也有间接的影响。
如图4所示，本设计通过电容检测感应方案，结合扭矩信号共同裁决，可以精确识别一般驾驶员经常发生的14中驾驶手势状态；
在HOD确定能判断当前手势的情况下，如双手握方向盘或膝盖轻碰方向盘这些明确的手势，直接判断输出HOD状态；
在双指捏方向盘或双指扣方向盘这些模糊的地带时，系统会结合扭矩信号共同裁决判断，精确识别当前驾驶员是否具有掌握方向盘横向操作的能力，最终输出一个准确的HOD状态。
另外，本发明的汽车方向盘HOD监测系统，使用上下双区的电容检测方式，通过对比方向盘上下两个区域的数据，可以更加精确识别常用手势，解决了单区电容检测方案(如图4所示右边圈出部分)存在的手势冲突问题。系统工作流程如下：开始工作时默认进入HOD未知状态，待驾驶员提供一个大于安全状态阈值的变化(离手或在手)，系统进行基准跟随，进入确定的状态；每个区都有三个阈值，分别是不安全阈值、模糊阈值和安全阈值，对应的是一根手指的变化、四根手指的变化和单手握的变化，通过当前的实时数据与三个阈值进行对比，单个区进入的HOD状态，最后结合下图(图5)的HOD状态矩阵表，输出最终的HOD状态；
举个例子，当一个手指触摸方向盘上区时，上区通道在不安全状态，下区通道在无手状态，最终HOD系统输出无手状态；当两根手指捏方向盘时，上区通道在不安全状态，下区通道也在不安全状态，结合矩阵表，识别出是两根手指捏的手势，HOD系统进入模糊状态。在模糊状态时，系统结合扭矩信号，扭矩信号是否大于设定扭矩信号阈值，输出一个确定的无手或握手的HOD状态。
本发明的汽车方向盘HOD监测系统，采用电容式检测和扭矩信号二合一方案，不仅可在颠簸的复杂路况应用，还能识别多种驾驶员操作手势，解决了问题1；，采用电容式检测和扭矩信号二合一方案，并且方向盘电容检测上下双区布局方式，不仅可以识别14种常见驾驶员手势，还可以精确识别当前驾驶员掌控方向盘横向操作的能力，解决了问题2。
本发明的汽车方向盘HOD监测系统，基于电容传感器和扭矩信号设计出了低成本、高性能，可以精确判断出多达14种驾驶员平常存在的手势的汽车方向盘HOD模块，此系统可应用于自动驾驶、离手检测预警等ADAS高级的系统应用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.汽车方向盘HOD监测系统，其特征在于：包括网关、LIN通信模块、主控模块和HOD传感器；所述网关、LIN通信模块、主控模块、HOD传感器依次连接，其中，网关与ADAS系统连接。
2.根据权利要求1所述的汽车方向盘HOD监测系统，其特征在于：所述主控模块为NXP的S32K系列MCU作为主控芯片，芯片ASIL B等级；所述HOD传感器为ASIL B等级；所述LIN通信模块为SBC带电源监控和外部看门狗功能。
3.根据权利要求2所述的汽车方向盘HOD监测系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1、主控模块通过LIN通信模块接收ADAS系统的HOD配置、控制信息和EPS扭矩信号，并且通过LIN通信模块反馈HOD状态信息；
步骤2、主控模块通过HOD模块实现HOD功能，结合获取的扭矩信号，内部数据和算法处理后，可通过LIN通信模块反馈ADAS系统当前驾驶员握方向盘的状态以及手势。
4.根据权利要求3所述的汽车方向盘HOD监测系统的工作方法，其特征在于：所述步骤2中当在HOD确定能判断当前手势的情况下，如双手握方向盘或膝盖轻碰方向盘这些明确的手势，直接判断输出HOD状态；当在双指捏方向盘或双指扣方向盘这些模糊的地带时，系统会结合扭矩信号共同裁决判断，精确识别当前驾驶员是否具有掌握方向盘横向操作的能力，最终输出一个准确的HOD状态。
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