CN113720361A - 一种集成加热功能的方向盘离手检测传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成加热功能的方向盘离手检测传感器，其包括：电容式传感组件和控制组件，所述控制组件与电容式传感组件中的感应丝连接，并控制感应丝在感应采集状态与加热状态间切换。本发明提供的方案相对于传统设计节省了屏蔽层，使传感器感应垫更轻薄，可平滑地集成在方向盘内，且灵敏度不受影响。
Description
技术领域
本发明涉及传感技术，具体涉及汽车方向盘离手检测传感器。
背景技术
当前汽车自动驾驶发展迅速，为了有效提高驾驶安全性，一些高级驾驶辅助系统(ADAS)已应用在汽车上。方向盘离手检测(HOD)就是ADAS的一种，这也是L1-L4级汽车自动驾驶系统的要求。
方向盘离手检测，即通过检测驾驶员的手是否离开方向盘而进行提醒警示，从而保障行车安全。当前HOD实现的方法大多为电容感应方式，然而这种检测方式存在不少缺点：如传感器布局复杂导致成本高昂，所占空间大等。
由于电容式传感器对周围环境要求很高，周围接地的金属或者导线都可能影响其灵敏度，如方向盘加热丝等。因此目前常规设计方案中，离手检测传感器与加热丝独立设置，同时在两者之间都加了一层厚厚的屏蔽层，用于屏蔽加热丝通电后对传感器的影响，但如此设置也增大了传感器的厚度，导致对方向盘的空间要求很高，使其不能适用于所有方向盘供应商。
发明内容
针对现有方向盘离手检测方案与方向盘加热方案之间所存在的技术问题，需要一种新的方向盘离手检测与方向盘加热的设置方案。
为此，本发明的目的在于提供一种集成加热功能的方向盘离手检测传感器，通过摒弃常规采用厚屏蔽层，能够在不降低传感器灵敏度的情况下，使传感器感应垫更轻薄。
为了达到上述目的，本发明提供的集成加热功能的方向盘离手检测传感器，包括：电容式传感组件和控制组件，所述控制组件与电容式传感组件中的一根感应丝连接，并可直接控制该根感应丝在感应采集状态与加热状态间切换。
在本发明的一些实施方式中，所述控制组件包括接地组件、高驱芯片以及电容处理器；所述接地组件连接感应丝，控制感应丝的接地状态；所述高驱芯片连接感应丝，控制对感应丝的供电状态，所述电容处理器控制接地组件与高驱芯片协调工作，以控制感应丝在感应采集状态与加热状态间切换。
在本发明的一些实施方式中，所述电容处理器控制接地组件导通感应丝的接地，同时控制高驱芯片输出加热电流至感应丝，使感应丝处于加热状态。
在本发明的一些实施方式中，所述电容处理器控制控制接地组件断开感应丝的接地，同时控制高驱芯片断开与感应丝的电流输送，使感应丝处于电容采集状态，所述电容处理器可通过对金属丝进行充放电，采集外部环境电容。
在本发明的一些实施方式中，所述接地组件为MOS管。
在本发明的一些实施方式中，所述接地组件为继电器。
在本发明的一些实施方式中，所述电容处理器通过一个IO口控制接地组件与高驱芯片的工作状态。
在本发明的一些实施方式中，所述电容处理器中通过分时控制策略控制感应丝在感应采集状态与加热状态间切换。
本发明提供的方案相对于传统设计节省了屏蔽层，使传感器感应垫更轻薄，可平滑地集成在方向盘内，且灵敏度不受影响。
本发明提供的方案在具体应用时对方向盘内部空间要求小，适用于全部方向盘方案。
本发明提供的方案集成方向盘离手检测和加热功能，性能稳定可靠且成本低廉。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明实例中集成加热功能的方向盘离手检测传感器的构成示例。
图2为本发明实例中集成加热功能的方向盘离手检测传感器的电路示例图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
针对现有方向盘中同时设置方向盘离手检测传感器和方向盘加热丝方案，方向盘中的加热丝是接地的，而地对电容有屏蔽作用，故而两者接触在一起会影响电容传感器灵敏度，从而使得现有方向盘中电容式传感器受通电后加热丝影响。
据此，本方案摒弃现有方案中独立设置方向盘加热丝的方案，创新的采用一根金属丝即作为感应丝，同时又作为加热丝，如不仅可以避免独立设置加热丝在通电后对方向盘中电容式传感器灵敏度的影响，还可以实现不再设置厚屏蔽层，从而有效减少方向盘中离手检测传感器和方向盘加热组件的整体体积(无需在独立设置加热丝和厚屏蔽层)，同时可降低成本。
据此，本方案给出集成加热功能的方向盘离手检测传感器，该传感器基于一组金属丝实现感应采集和加热。
具体的，本方向盘离手检测传感器主要包括电容式传感组件和控制组件，所述控制组件与电容式传感组件中的一根感应丝连接，并直接控制感应丝在感应采集状态与加热状态间切换。
这里的控制组件在构成上主要包括接地组件、高驱芯片以及电容处理器。
其中，接地组件与电容式传感组件中相应感应丝的一端连接，控制感应丝的接地状态，即可导通感应丝的接地状态，使得感应丝保持接地；或断开感应丝的接地状态，使得感应丝的一端悬空。
为了能够稳定可靠的对感应丝接地状态的控制，本方案在实施时，优选采用MOS管或继电器来构成相应的接地组件，但并不限于此。
高驱芯片与电容式传感组件中相应感应丝连接，能够控制对感应丝的供电状态，可对感应丝进行供电，使感应丝通电发热。
本接地组件的电容处理器，其控制接地组件与高驱芯片协调工作，以控制感应丝在感应采集状态与加热状态间切换。
具体的，本电容处理器通过控制接地组件导通感应丝的接地，同时控制高驱芯片输出加热电流至感应丝，使感应丝处于加热状态。
本电容处理器控制可通过控制接地组件断开感应丝的接地，同时控制高驱芯片断开与感应丝的电流输送，使感应丝处于电容采集状态，所述电容处理器可通过对金属丝进行充放电，采集外部环境电容。
本电容处理器在实施时，可通过分时控制策略控制感应丝在感应采集状态与加热状态间切换。
作为举例，这里可通过时钟片来实现控制工作，入将一个时间周期分为T1和T2，在T1内只采集电容，在T2内只进行加热，加热速率由T1、T2配合决定。
由此构成的方向盘离手检测传感器中，通过接地组件(如MOS管、继电器)通断和软件策略控制感应丝实现分时工作：在感应采集工作状态与加热工作状态间切换；采集电容的时候断开与地的连接，屏蔽地干扰，加热的时候不采集电容。
以下通过一下具体实例来说明一下本方案。
参见图1，本发明给出的一种集成加热功能的方向盘离手检测传感器的实例方案。
由图可知，本方向盘离手检测传感器100主要包括SBC电路110、电容处理器(MCU)120、MOS管130、负载驱动器140以及一金属丝150。
其中，SBC电路110集成了电源电路和LIN功能，将外部输入12V转为能被电容处理器(MCU)处理的3.3V电。
MOS管130由电容处理器(MCU)120控制，用于控制金属丝160的接地状态。如在处于加热状态时，负责将金属丝160接地；在采集电容时，负责将断开金属丝160与地的连接。
这里的负载驱动器140即为高驱芯片140，其由电容处理器(MCU)120控制，用于控制金属丝160的通电加热状态。如，在处于加热状态时，输出12V电给感应丝；在采集电容状态时，控制将感应丝悬空。
本实例中的电容处理器(MCU)120在实施时，其可集成电容采集模块和晶振等功能，控制整个模块的工作，包括切换电容采集功能加热功能，采集电容，和外部通讯等。
如图2所示，其所示为本实例方案实施时一个电路设计示例。
由图可知，这里的电容处理器(MCU)120由相应的MCU芯片构成，其与MOS管130以及高驱芯片140进行配合设置时，采用一个IO口来同时控制高驱芯片和MOS管打开关闭。
具体的，电容处理器(MCU)120的IO口同时连接MOS管130栅极和高驱芯片140的INPUT口。
与此同时，MOS管130的源极接地，MOS管130的漏极接金属丝150的中部。
金属丝150的一端接在高驱芯片140的输出口，即高驱芯片140的OUTPUT口，由高驱芯片140决定接12V或断开。金属丝150的中间通过MOS管130连接到地，由MOS管决定是连接到MCU电容采集AD口，还是接地。金属丝150的另一端接至电容处理器(MCU)120的电容AD采集口。
由此设置的方案中，电容处理器(MCU)120通过一个IO口同时控制MOS管130和高边驱动器芯片140的工作状态。
这样，当电容处理器(MCU)120的IO口输出高电平时，此时高驱芯片140向金属丝150输出12V；而MOS管打开，源极和漏极导通，使得金属丝150接地，实现驱动MOS管130和高驱芯片140同时打开，使得金属丝两端为12V和GND，此时的金属丝150处于加热状态，作加热丝用，此时金属丝不采集电容。
当电容处理器(MCU)120的IO口输出低电平时，MOS管关闭，源极和漏极断开，使得金属丝悬空，高驱芯片140悬空，实现驱动MOS管130和高驱芯片140同时关闭，此时金属丝一端悬空，一端连接至电容处理器(MCU)120的电容AD采集口，此时金属丝处于感应采集状态，作感应丝用。此状态下，可由电容处理器(MCU)120对金属丝进行充放电，采集外部环境电容，此时金属丝不进行加热。
与此同时，电容处理器(MCU)120中设定控制策略，将一个时间周期分为T1和T2，在T1内只采集电容，在T2内只进行加热，加热速率由T1、T2决定。
据此，本实例方案在实施时，可通过MOS管和负载芯片(即高驱芯片)的开关实现采集电容和加热功能的切换。通过电容处理器(MCU)来控制MOS管和负载芯片(即高驱芯片)同时打开和关闭。
当MOS管关闭时，断开了12V和地的连接，只通过一个限流电阻连接到电容AD采集口，金属丝充当感应带，采集电容，通过电容值的大小判断手是否离开方向盘。具体由MCU电容AD采集口对金属丝进行充电，金属丝作为电容正极，大地作为电容负极，形成一个对地的电容，通过人手形成的这个电容对已知容值的大电容进行充电，当大电容充满电后，结合充电次数，经计算得到人体电容值。
当MOS管打开时，金属丝两端为12V和地，由于选用阻值小功率大的金属丝，这种模式下可以迅速发热，充当加热功能。
同时，通过MCU毫秒级快速切换MOS管的打开和关闭，可以同时实现采集电容和加热功能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.集成加热功能的方向盘离手检测传感器，其特征在于，包括：电容式传感组件和控制组件，所述控制组件与电容式传感组件中的一根感应丝连接，并可直接控制该根感应丝在感应采集状态与加热状态间切换。
2.根据权利要求1所述的集成加热功能的方向盘离手检测传感器，其特征在于，所述控制组件包括接地组件、高驱芯片以及电容处理器；所述接地组件连接感应丝，控制感应丝的接地状态；所述高驱芯片连接感应丝，控制对感应丝的供电状态，所述电容处理器控制接地组件与高驱芯片协调工作，以控制感应丝在感应采集状态与加热状态间切换。
3.根据权利要求2所述的集成加热功能的方向盘离手检测传感器，其特征在于，所述电容处理器控制接地组件导通感应丝的接地，同时控制高驱芯片输出加热电流至感应丝，使感应丝处于加热状态。
4.根据权利要求2所述的集成加热功能的方向盘离手检测传感器，其特征在于，所述电容处理器控制控制接地组件断开感应丝的接地，同时控制高驱芯片断开与感应丝的电流输送，使感应丝处于电容采集状态，所述电容处理器可通过对金属丝进行充放电，采集外部环境电容。
5.根据权利要求2所述的集成加热功能的方向盘离手检测传感器，其特征在于，所述接地组件为MOS管。
6.根据权利要求2所述的集成加热功能的方向盘离手检测传感器，其特征在于，所述接地组件为继电器。
7.根据权利要求1所述的集成加热功能的方向盘离手检测传感器，其特征在于，所述电容处理器通过一个IO口控制接地组件与高驱芯片的工作状态。
8.根据权利要求1所述的集成加热功能的方向盘离手检测传感器，其特征在于，所述电容处理器中通过分时控制策略控制感应丝在感应采集状态与加热状态间切换。
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