CN209634401U - 一种具有健康监测功能的汽车方向盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有健康监测功能的汽车方向盘，包括方向盘主体和安装在所述方向盘主体上的监测装置，所述方向盘主体的轮缘部分采用空心的金属骨架且所述金属骨架外包裹有绝缘护套；所述监测装置包括主控模块以及用于采集生理参数和生物特征的传感器模块；所述主控模块安装在金属骨架内部，所述传感器模块安装于所述方向盘主体上且处在所述金属骨架的外部，所述传感器模块通过穿入金属骨架的导线与所述主控模块连接。

Description

一种具有健康监测功能的汽车方向盘

技术领域

本实用新型涉及汽车配件领域，特别是涉及一种具有健康监测功能的汽车方向盘。

背景技术

现在社会中，人、车、路、交通环境、交通管理是影响道路交通事故的因素，而其中最重要的因素是人。因此，及时准确地了解驾驶员的生理健康信息，包括心电、血氧、血压、疲劳等，并根据这些信息提示驾驶员做出相应的休息或状态调整，对安全驾驶起着极其重要的作用。

现有技术中用于判断汽车驾驶员是否疲劳的方式主要有机械传感类和视频类，机械传感类主要是通过汽车本来的操作变化判断驾驶员是否处于疲劳状态，视频类主要是通过视频反馈用户状态来判断疲劳驾驶，这两种方式判断精度低，使用效果不明显，无法为用户提供准确实时的疲劳信息。而针对心血管疾病的一些生理健康参数，则通过可穿戴智能设备或生理健康监测仪等设备进行获取。这类设备需要驾驶员穿戴或与人体皮肤直接接触，难以实现对驾驶员自然驾驶状态的无干扰，同时穿戴与卸下这些设备都严重影响了驾驶员上下车的时间。而目前较为方便，并且与本发明较为类似的系统主要是一种健康监测方向盘套(如：授权公告号CN 204895545 U或CN 203111290 U)，但这种系统工作前需要充电，甚至在工作的时候也有可能需要连接充电线进行充电，给使用带来了不便以及驾驶安全隐患。同时这种系统的人机交互界面只能通过手机APP软件进行操作和显示，过程比较繁琐，因此给驾驶员带来的交互体验并不好。

实用新型内容

基于此，有必要针对现有技术的问题，提供一种具有健康监测功能的汽车方向盘。

一种具有健康监测功能的汽车方向盘，包括方向盘主体和安装在所述方向盘主体上的监测装置，其特征在于，所述方向盘主体的轮缘部分采用空心的金属骨架且所述金属骨架外包裹有绝缘护套；

所述监测装置包括主控模块以及用于采集生理参数和生物特征的传感器模块；

所述主控模块安装在金属骨架内部，所述传感器模块安装于所述方向盘主体上且处在所述金属骨架的外部，所述传感器模块通过穿入金属骨架的导线与所述主控模块连接。

上述具有监测功能的汽车方向盘，监测装置直接安装在方向盘主体上，方向盘主体可直接集成装配到汽车上，使驾驶员使用起来更加方便。且监测装置中各部件之间连接的导线安装在轮缘金属骨架内部，具有电磁屏蔽环境。使监测装置不易受到车内的强电磁干扰，从而工作稳定性更强。

在其中一个实施例中，所述方向盘主体包括轮毂，轮辐，以及所述轮缘，所述轮缘通过所述轮辐与所述轮毂相连接，所述轮辐至少包括分别设置在所述轮毂两侧左右对称的第一轮辐和第二轮辐。

在其中一个实施例中，所述传感器模块包括：

心电信号获取模块，用于将实时采集的人体肢体导联信号反馈给所述主控模块；

指纹传感器，用于将实时采集的指纹信息反馈给所述主控模块；以及

脉搏传感器，用于将实时采集的脉搏信号反馈给所述主控模块。

在其中一个实施例中，所述心电信号获取模块包括两个电极，以及与两个所述电极连接的信号处理电路；

所述信号处理电路用于将所述电极采集的信号转换为所述主控模块可处理的信号；

两个所述电极分别设置在所述轮缘两侧分别靠近所述第一轮辐和所述第二轮辐处。

在其中一个实施例中，所述指纹传感器设置在其中一个轮辐上，靠近所述轮辐与所述轮缘连接处。

在其中一个实施例中，所述脉搏传感器设置在另一个轮辐上，靠近所述轮辐与所述轮缘连接处，所述指纹传感器和所述脉搏传感器的位置左右对称。

在其中一个实施例中，所述监测装置还包括与所述主控模块通信连接的显示模块，用于接收并显示所述主控模块输出的参数信息，所述显示模块固定在轮缘上，且所述显示模块的周向位置与所述主控模块相应。

在其中一个实施例中，所述监测装置还包括与所述主控模块通信连接的按键模块，用于向所述主控模块输入参数，所述按键模块设置在所述第一轮辐或者是所述第二轮辐上。

在其中一个实施例中，所述监测装置还包括用于所述主控模块与上位机通讯的通信模块。

在其中一个实施例中，所述通信模块包括：

无线通信单元，包括位于所述显示模块上缘的通信天线，用于与所述上位机无线远程通信连接；以及

有线通信单元，用于与汽车总线通信连接。

附图说明

图1为本实施例中监测装置在方向盘主体上的安装位置示意图；

图2为本实施例中监测装置中主控模块内部模块结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例中提供了一种具有监测功能的汽车方向盘，包括方向盘主体和安装在方向盘主体上的监测装置，在驾驶过程中，监测装置可以实时监测驾驶员的生理健康状况，以减少由于驾驶员疲劳而引起的交通事故。

如图1所示，方向盘主体包括轮毂1，轮辐2，以及轮缘3。其中轮缘3部分采用空心的金属骨架，且金属骨架外包裹有绝缘护套4。

监测装置包括主控模块8以及用于采集生理参数和生物特征的传感器模块，主控模块8安装在方向盘主体上且处在金属骨架的外部，传感器模块通过穿入金属骨架的导线与主控模块8连接。所述传感器模块包括用于监测的各种传感器以及与传感器连接的用于实现传感器功能的外围电路。

在本实施例中，轮缘3为空心结构的金属管，主控模块8固定安装在轮缘3金属管内部，在汽车行驶的过程中，不会因为运动而使主控模块8松动或者从固定位置松动而影响监测装置的正常运行。主控模块8的具体位置在方向盘回正后的正上(前)方处(在下文中方向盘始终为回正时的位置状态，之后不再赘述)。与主控模块8通信连接的各传感器模块安装在方向盘主体的外部，连接主控模块8与传感器模块的导线穿过金属骨架相应位置处的过线孔实现电路连接。

在本实施例中，监测装置里的各导线都是埋藏于方向盘的金属骨架中，大部分的与主控模块8连接的导线都安装在轮缘3的金属管内部。通常，由于汽车内部设置的大量的电气元件和线路会造成强电磁场，将会干扰监测装置中各导线中传输的微弱信号，则会一定程度影响到监测装置的正常工作。在本实施例中，由于主控模块8和各导线都设置在金属骨架的内部，金属骨架具有电磁屏蔽性能，使其监测装置在工作时不易受到车内各种电磁干扰，能够正常的工作。

在本实施例中，轮缘3通过轮辐2与轮毂1相连接。轮毂1和轮辐2的内部也可以设置为金属骨架，且与轮缘3的金属骨架相互连接为整体，在轮毂1和轮辐2采用金属骨架时，在金属骨架外部同样的包裹有绝缘护套4。绝缘护套4的材质不仅限于一种材料，可以采用绝缘发泡材料或者是皮革材料。

如图1所示，轮辐2至少包括两个，分别为第一轮辐21和第二轮辐22。第一轮辐21和第二轮辐22分别设置在轮毂1两侧左右对称的位置。

在本实施例中，传感器模块包括有心电信号获取模块，指纹传感器6，以及脉搏传感器7。

心电信号获取模块，用于实时采集驾驶员肢体导联信号，经过处理后，再反馈给主控模块8，通过主控模块8的处理可计算出驾驶员的平均心率值，起到实时监测驾驶员心率的功用。

指纹传感器6，用于将实时采集的指纹信号反馈给主控模块8，通过主控模块8对驾驶员指纹信号的识别，做出相应的处理。

脉搏传感器7，用于将实时采集的驾驶员脉搏信号反馈给主控模块8，通过主控模块8的对心电图信号和脉搏信号的融合处理，可计算出驾驶员的血压值。

如图1所示，心电信号获取模块包括两个电极5，分别安装轮缘3两侧分别靠近第一轮辐21和第二轮辐22处。具体的，当驾驶员双手握在轮缘3两侧时，手掌可自然接触相应侧的电极5位置。在本实施例中，两个电极5采用一定厚度的导电橡胶皮，包裹在方向盘主体的绝缘护套4上，使得驾驶员手握时具有良好的手感。导电橡胶皮通过金属铆钉的连接方式分别固定在第一轮辐21和第二轮辐22上。在金属骨架和绝缘护套4上与电极5安装处相对应的地方开有过线孔，使连接电极5导线可以从过线孔中穿入金属管内部与主控模块8连接。为了进一步提高弱信号的电磁干扰屏蔽，该导线采用单芯屏蔽线。在其它实施例中，电极5也可采用金属材质制成。

在本实施例中，心电信号获取模块还包括与两个电极5相连接的信号处理电路，由于通过两个电极5采集的人体肢体导联信号为微弱的压差信号，主控模块8不能直接处理，所以需要信号处理电路将电极5采集的信号转化为主控模块8可处理的信号。在本实施例中，信号处理电路包括滤波电路，放大电路，模数转换电路。滤波电路将压差信号中的噪声去掉后，再由放大电路将微弱的信号放大，最后通过模数转换电路将模拟信号转化为主控模块8可读取的数字信号并传输给主控模块8。

如图1所示，指纹传感器6设置在第一轮辐21上，靠近第一轮辐21与轮缘3连接处。具体的，驾驶员手握在方向盘主体上时，通常情况下，双手手掌分别与设置在左右两侧轮辐2上的电极5相接触，在需要采集指纹数据时，只需要大拇指稍向轮缘3方向移动，就可以触摸到指纹传感器6。

在本实施例中，金属骨架外部的绝缘护套4与指纹传感器6对应的位置开有与指纹传感器6形状相匹配的窗口，使指纹传感器6可镶嵌在其中，且指纹传感器6朝向驾驶员一面与绝缘护套4的表面齐平，使驾驶员的大拇指接触在电极5上时，更为舒适。连接指纹传感器6的导线从所在的位置下方的金属骨架开有的孔中穿过，与安装在轮缘3内的主控模块8连接。

在本实施例中，脉搏传感器7为脉波搏光电传感器，可以通过光电容积描记法原理采集驾驶员手指处毛细血管内血红蛋白和还氧血红蛋白的比例，可以计算出血氧饱和度值。同时，通过脉搏传感器7还可采集到驾驶员脉搏信号，通过主控模块8对反馈回来的心电信号和脉搏波信号进行融合处理，得到驾驶员的血压值。

如图1所示，脉搏传感器7设置在第二轮辐21上，靠近第二轮辐22与轮缘3连接处。具体的，驾驶员手握在方向盘主体上时，双手手掌处放置在电极5上，而大拇指可以轻松的触摸到脉搏传感器7。

在本实施例中，金属骨架外部的绝缘护套4与脉搏传感器7对应的位置开有与指纹传感器6形状相匹配的窗口，使指纹传感器6可镶嵌在其中，且指纹传感器6朝向驾驶员一面与绝缘护套4的表面齐平，使驾驶员的大拇指接触在电极5上时，更为舒适。连接脉搏传感器7的导线从所在的位置下方的金属骨架开有的孔中穿过，与安装在轮缘3内的主控模块8连接。

在本实施例中，脉搏传感器7设置在第一轮辐21上，指纹传感器6设置在第二轮辐22上。脉搏传感器7和指纹传感器6设置的位置可以依实际情况互相交换。

如图1所示，监测装置还包括与主控模块8通信连接的显示模块9，用于接收并显示主控模块8输出的参数信息。显示模块9为LCD或者OLED屏幕，固定设置在轮缘3上，且显示屏的周向位置与主控模块8相应。在本实施例中，显示模块9嵌入绝缘护套中，其屏幕一面与绝缘护套4表面平行。通常,显示模块9可以显示一些简单的心率，呼吸率，血氧血压值，疲劳状态等简单的字符信息。驾驶员可通过显示模块9直观的看到自己的身体健康数据，实时了解自己的身体状态，且显示模块9安装在驾驶员方便查看的地方。

如图1所示，监测装置还包括与主控模块8通信连接的按键模块10，用于向主控模块8输入参数，按键模块10设置在第一轮辐21上。驾驶员通过按键模块10和显示模块9的配合进行人机交互操作。第二轮辐22上与按键模块10相对应的位置安装有汽车多媒体中控相关的按键区。在其他实施例中，按键模块10可以设置在第二轮辐22上，汽车多媒体中控的按键区设置在第一轮辐21上。依照实际情况的需求，监测装置中的按键模块10和汽车多媒体中控的按键区可以互相交换位置。

在本实施例中，监测装置还包括用于主控模块8与上位机通讯的通信模块。上位机可以是汽车上的组合仪表盘或车载多媒体中控系统，还可以是连接到驾驶员手机APP的软件。驾驶员可以通过汽车中的组合仪表盘或者中控显示屏及时的了解自己的身体状况以及历史信息，也可以随时通过手机APP软件查询相关的信息。同时，通过车载多媒中控系统自身搭载4G远程通讯功能和手机联网功能，可将驾驶员的各种健康数据传输到远程健康云平台，可作为驾驶员个人的长期健康监测和预测管理系统。

在本实施例中，监测装置中的通信模块包括无线通信单元和有线通信单元以实现与上位机通讯的不同方式，增加了监测装置通信的多样性，使监测装置可以灵活的运用在不同的场景中。

如图1所示，无线通信单元包括位于显示模块9上缘的通信天线11，用于与上位机无线远程通信连接。此时，上位机为搭载有相关APP软件的手机。通信天线11可通过蓝牙，WIFI等其他无线通信方式与手机中载入的APP软件进行通信。在APP软件应用里系统可以提供功能更强大的操作界面，同时可以显示心电图波形，脉搏波波形等更详细的原始数据。同时，APP软件可通过4G网络将数据上传到远程健康云平台中。

有线通信单元，监测装置通过通信电缆与汽车上的时钟弹簧12相连接，从而连接到汽车总线中，并与汽车组合仪表盘或车载多媒体中控系统进行通信连接，通过汽车CAN/LIN总线或RS232/485串口总线进行数据交换。通常，组合仪表盘和车载多媒体中控系统本质上是一种嵌入在汽车中的设备，并安装有操作系统，同时也配备了无线连接模块，无线连接模块可采用BT/BLE,WIFI，用于与方向盘主体和手机完成短距离的通信。无线连接模块还可采用4G或者3G用于将从监测装置通过有线传输接收到的各数据可通过汽车组合仪表盘或车载多媒体中控系统上传导远程健康云平台中。

如图2所示，主控模块8为主控电路板100，在主控电路板上集成了MCU控制器101，分别与MCU控制器101通信连接的传感器数据采集电路102，数据储存电路103，数据通信电路104，报警电路105，以及各种对外的电气接口。

传感器数据采集电路102，接收来自各传感器采集的数据反馈给MCU控制器101；

数据储存电路103，用于储存MCU控制器101内部处理好的数据；

数据通信电路104，用于与监测装置的通信模块相连接，将由MCU控制器101内部处理好的数据再传输出去；

报警电路105，在本实施例中，报警电路105内集成有发声装置。在显示模块9的一侧的绝缘护套4和相对应的金属骨架上开有多个通孔，通孔的位置与扬声器的位置互相对应。当MCU控制器101内部的处理判断出驾驶员的身体状况异常时，将传输指令给报警电路105，由报警电路105内集成的发声装置发出报警声以提醒驾驶员，以免造成事故。

在本实施例中，与MCU控制器101通信连接的心电信号获取模块，分别从两个电极5处采集到的人体肢体到导联信号，可得到微弱的压差信号。该微弱压差信号通过滤波，放大和模数转换等处理后得到MCU控制器101可处理的心电图数字信号。通过MCU控制器101对该信号的处理可计算出驾驶员的平均心率值，心率的计算是通过计算多个RR间隔时间，并推算出每分钟内RR(心室搏动间距)个数，即显示的当前心率值。由于呼吸的运动会造成心电波形幅值的变化，因此表现到心电图波形上会产生一个呼吸波的包络，MCU控制器101可通过对心电数据进行包络提取算法处理后得到驾驶员的呼吸率。进一步的，MCU控制器101还可以通过对心电图信号进行特征提取后建立疲劳监测模型，从而计算生成参数，并输出疲劳等级。

在本实施例中，与MCU控制器101通信连接的脉搏传感器7为光电传感器，利用光电容积描记法原理采集驾驶员手指处毛细血管内血红蛋白和还氧血红蛋白的比例，从而计算出血氧饱和度值。进一步的，MCU控制器101可以通过对心电图信号和光电容积脉搏波信号进行融合算法计算，得到驾驶员的血压值。

在本实施例中，与MCU控制器101通信连接的指纹传感器6，将采集到的指纹数据反馈给MCU控制器101，通过MCU控制器101内部的处理的可以识别驾驶员的身份，当驾驶员使用该健康监测装置时，需要先进行指纹识别，身份验证通过后进入该驾驶员的数据账户，监测过程中的所有健康数据就会记录下该驾驶员账户下的存储空间。用户指纹数据库可以通过显示模块9和方向盘主体上的按键模块10这种简易的人机交互操作方式进行建立和删除，也可以使用手机上的APP软件界面来设置。

在本实施例中，MCU控制器101内部所涉及到方法本身在本领域中为公知技术不为本实施例改进之处，本实施例重点改进在于硬件配置。

在本实施例中，安装在方向盘主体内的监测装置包括有多条通信导线用于各电路和传感器模块的连接，以及到汽车总线的连接。脉搏传感器7、指纹传感器6、按键模块10连接到主控模块8都采用4芯线缆，其中2芯为供电电缆，2芯为通讯电缆，一般的该2芯通信电缆为串行通信方式，比如串口、I2C总线通信等。用于采集人体肢体导联的电极5与主控模块8相连接的导线为单芯同轴屏蔽电缆。显示模块9与主控模块8之间则通过软排线进行连接，软排线的形式比如FFC或FPC排线等。用于主控模块8和汽车总线通信的连接的电缆为4芯电缆，其中2芯为供电电缆，2芯为通讯电缆。

在本实施例中，连接主控模块8和汽车总线的电缆中的2芯通信电缆一般为CAN或LIN形式的汽车总线通信方式，也可以通过软件配置成串口通信方式。该电缆由主控电路板100引出，在一侧轮辐2处穿过金属管骨架，并引入连接到位于方向盘主体中心下方的时钟弹簧12连接器。该时钟弹簧12连接器用于将方向盘内的各种电缆连接到汽车线束，同时保证在方向盘转动时仍旧能提供一个可靠的电气连接。

在本实施例中，连接主控模块8和汽车总线的4芯电缆中2芯供电电缆为监测装置的电源线，从汽车总线处获得电源。使具有监测功能的汽车方向盘不需要额外充电。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种具有健康监测功能的汽车方向盘，包括方向盘主体和安装在所述方向盘主体上的监测装置，其特征在于，所述方向盘主体的轮缘部分采用空心的金属骨架且所述金属骨架外包裹有绝缘护套；

所述监测装置包括主控模块以及用于采集生理参数和生物特征的传感器模块；

所述主控模块安装在金属骨架内部，所述传感器模块安装于所述方向盘主体上且处在所述金属骨架的外部，所述传感器模块通过穿入金属骨架的导线与所述主控模块连接。

2.根据权利要求1所述的具有健康监测功能的汽车方向盘，其特征在于，所述方向盘主体包括轮毂，轮辐，以及所述轮缘，所述轮缘通过所述轮辐与所述轮毂相连接，所述轮辐至少包括分别设置在所述轮毂两侧左右对称的第一轮辐和第二轮辐。

3.根据权利要求2所述的具有健康监测功能的汽车方向盘，其特征在于，所述传感器模块包括：

心电信号获取模块连接所述主控模块，用于将实时采集的人体肢体导联信号反馈给所述主控模块；

指纹传感器模块连接所述主控模块，用于将实时采集的指纹信息反馈给所述主控模块；以及

脉搏传感器模块连接所述主控模块，用于将实时采集的脉搏信号反馈给所述主控模块。

4.根据权利要求3所述的具有健康监测功能的汽车方向盘，其特征在于，所述心电信号获取模块包括两个电极，以及与两个所述电极连接的信号处理电路；

所述信号处理电路用于将所述电极采集的信号转换为所述主控模块可处理的信号；

两个所述电极分别设置在所述轮缘两侧分别靠近所述第一轮辐和所述第二轮辐处。

5.根据权利要求3或4所述的具有健康监测功能的汽车方向盘，其特征在于，所述指纹传感器设置在其中一个轮辐上，靠近所述轮辐与所述轮缘连接处。

6.根据权利要求5所述的具有健康监测功能的汽车方向盘，其特征在于，所述脉搏传感器设置在另一个轮辐上，靠近所述轮辐与所述轮缘连接处，所述指纹传感器和所述脉搏传感器的位置左右对称。

7.根据权利要求2所述的具有健康监测功能的汽车方向盘，其特征在于，所述监测装置还包括与所述主控模块通信连接的显示模块，用于接收并显示所述主控模块输出的参数信息，所述显示模块固定在轮缘上，且所述显示模块的周向位置与所述主控模块相应。

8.根据权利要求2所述的具有健康监测功能的汽车方向盘，其特征在于，所述监测装置还包括与所述主控模块通信连接的按键模块，用于向所述主控模块输入参数，所述按键模块设置在所述第一轮辐或者是所述第二轮辐上。

9.根据权利要求7所述的具有健康监测功能的汽车方向盘，其特征在于，所述监测装置还包括用于所述主控模块与上位机通讯的通信模块。

10.根据权利要求9所述的具有健康监测功能的汽车方向盘，其特征在于，所述通信模块包括：

无线通信单元，包括位于所述显示模块上缘的通信天线，用于与所述上位机无线远程通信连接；以及

有线通信单元，用于与汽车总线通信连接。