CN107000777A - 用于检测手指存在于车辆方向盘附近的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的系统，包括连接至所述车辆的转向系统的方向盘（2），所述方向盘包括多个光学传感器（7），所述光学传感器布置在所述方向盘的轮缘（25）上并且配置成用于检测驾驶员的至少一只手的至少一个手指（5）存在于所述方向盘的轮缘附近或者与所述轮缘接触，借助于此，所述系统能确定在方向盘轮缘附近或者与方向盘轮缘接触的手指的数量及其在轮缘上的相应位置。本发明还涉及与该装置对应的方法。

Description

用于检测手指存在于车辆方向盘附近的系统

技术领域

本发明涉及允许检测在机动车辆方向盘附近存在一个或多个手指和/或（一个或多个）手的系统和方法。

更确切地，涉及车辆驾驶员以多大程度上主动和有力的方式握住方向盘的方式，这个信息被传输到驾驶员警示监控系统和/或驾驶辅助系统，甚至自动驾驶系统。

背景技术

已知测量由驾驶员的手在方向盘上所施加的力偶，例如在电动辅助转向系统中。

从文献US 2014 054 880 A1中还已知在车辆方向盘轮缘内部布置多个传感器，以便检测驾驶员的手指和手所施加的强大压力，例如以便控制气囊保护系统。

但是，已知的这些系统无法明确地知道主动接触在方向盘上的手指的数量；已知的这些系统也无法检测驾驶员的手是否未接触方向盘（未握住方向盘）。检测施加于方向盘上的力偶的系统不能区分力偶是由手还是身体的其它部位（例如膝盖）所施加的，也不能区分手是否仅搁在方向盘上而并没有施力。

因此需要提出一种改良的方案以允许产生更精细且更明确的信息，以便提供给第三方用户系统，例如驾驶员警示监控系统和/或辅助驾驶系统，甚至自动驾驶系统。

发明内容

根据本发明，提出一种用于检测驾驶员的至少一只手存在于机动车辆的驾驶方向盘的轮缘附近或者与所述轮缘接触的检测方法，所述方向盘连接至所述机动车辆的转向系统并且包括多个光学传感器，所述光学传感器布置在所述方向盘的轮缘上并且配有红外发射二极管和接收光电二极管，所述方法包括下列步骤：

a）扫描所述光学传感器，

a1）获知在自然照明下、所述发射二极管尚未激活时由所述接收二极管所接收到的光强度，

a2）获知在人工照明下、即所述发射二极管已经激活时由所述接收二极管所接收到的光强度，

b）据此推算在所述方向盘的轮缘附近或者与所述轮缘接触的手指的数量，其中包括“零手指”的状况，

c）重复步骤a）和b），或a）、a1）、a2）和b），

d）实时并且持续地向第三方系统提供综合信息（手的数量，手指的数量）。

这样允许无论照明条件如何、尤其是在有阳光的情况下，能增加检测的可靠性。

根据一个实施例，多个光学传感器由在红外范围内、优选地在大约900 nm的波长范围内工作的一系列光学传感器构成，可选地由红外发射二极管和接收光电二极管交替地构成。

有利地，综合信息（手的数量，手指的数量）被提供至车辆的辅助驾驶系统或警示监控系统。因此，可以向辅助驾驶系统或驾驶员警示监控系统提供精确的信息。

此外，该方法可以有利地包括下列功能：e）识别即使在方向盘转动时也一直被遮蔽的位置，由此推断一元件被持久地安置在一个或多个特定的传感器上，并且禁止考虑在这个（这些）特定的传感器上的信息；这样允许避免将物体或条带紧固在方向盘轮缘上的可能的情形；因此，实际上，用户无法通过持久地遮蔽一个或多个传感器来欺骗警示监控系统；此功能还能考虑到紧固在方向盘轮缘上的附件的存在。

此外，本发明还涉及一种用于机动车辆的系统，其包括连接至车辆的转向系统的方向盘，所述方向盘包括多个光学传感器，所述光学传感器布置在所述方向盘的轮缘上并且配置成用于检测驾驶员的至少一只手的至少一个手指存在于所述方向盘的轮缘附近或者与所述轮缘接触，借助于此，所述系统能精确地确定在所述方向盘的轮缘附近或者与所述轮缘接触的手指的数量及其在所述轮缘处的相应位置。

有利地，此类检测系统还可以确定驾驶员的手均未抓住方向盘轮缘并且手指均未紧挨着轮缘的情况，即驾驶员未抓握方向盘、甚至驾驶员的手指离方向盘轮缘还有很大距离的情况。

通过此类装置，可以向第三方系统提供手指数量信息，例如警示检测系统和/或辅助驾驶系统，甚至自动驾驶系统，例如越线主动警告器，交通拥挤时的车道自动跟随系统。

在本发明的不同实施例中，还可以可选地使用下列一种和/或其它布置。

光学传感器优选地用于获知在离方向盘轮缘至少2 cm距离的范围内物体；由此确定手指在方向盘轮缘附近但是并未有力接触的情况，这样允许更好地向用户系统通知驾驶员的状况，甚至驾驶员的意图。

光学传感器优选地沿着周向方向相互隔开至多15 mm。因此，容易辨别所获知的物体，并且这样允许可靠地检测单根手指在轮缘上或者位于轮缘附近，并且确定这根手指（或多根手指）相对于方向盘轮缘的位置。

光学传感器一个接一个地布置在轮缘上，以对称方式相对于方向盘的顶点分布在至少200°、甚至至少260°上。由此，检测区域对于通常的不同构型的方向盘抓握而言是足够宽广的。

光学传感器布置在轮缘的与驾驶员相反的一侧上；这样的位置已证明是最优的以用于检测用手指抓握方向盘的最常见并且最频繁的情况；而且，有利地，从驾驶员或乘客的视点无法看到这些传感器。

多个传感器由在红外范围内、优选地在大约900 nm的波长范围内工作的一系列光学传感器构成；因此可以利用成熟的、低成本的、能良好控制的且对于电磁干扰不敏感的技术。

红外二极管的布置可以通过红外发射二极管和接收光电二极管交替构成。这样允许对一方面的自然光线下和另一方面的人工光线即使用发射二极管实现的照明下的情况进行比较分析。

该系统还可以包括控制单元，该控制单元连接至传感器并且配置来管理传感器提供的检测信息，并且将关于接触方向盘轮缘的手指和手的数量的高级别信息传递到另外的系统。这样允许有效地通知一个或多个驾驶辅助系统。

附图说明

通过阅读下面对于本发明的以非限制性示例的方式给出的实施例之一的说明，将明白本发明的其它方面、目标和优点。参照附图能更好地理解本发明，其中：

- 图1示出了包括根据本发明的检测系统的车辆方向盘的总体示意图；

- 图2A和图2B示出了两种驾驶配置，分别是主动抓握方向盘和未抓握方向盘的情况；

- 图3示出了图1所示的系统的方向盘轮缘的剖视图；

-图4示出了图1所示的系统中所使用的光学传感器的示例的细节图；

-图5示出了尤其包括传感器的获知装置的功能图；

- 图6示出了说明驾驶员的手的手指的检测的时序图；

- 图7示出了说明在自然照明和人工照明下的光学检测的另外的时序图。

具体实施方式

图1示出了机动车辆的方向盘2的总体示意图。该图展示了车辆驾驶的方向盘，它通过轴线为X的转向柱连接至车辆的转向系统。方向盘2包括检测装置3，该检测装置3的主要用途是检测驾驶员对于方向盘的抓握品质，但是也可以检测驾驶员未抓握方向盘。

方向盘2包括中间部分61，称为轮毂，并且还包括轮缘25，在图示的示例中该轮缘25通过三个分支连接至轮毂，但是分支的数量也可以是四个或甚至两个，或者方向盘可以是单分支类型的方向盘。

检测装置3包括布置在方向盘2的轮缘25上的多个传感器7。在图2A中，可以看出，手4（左手4G，右手4D）以称作“9h15”的抓握位置抓握方向盘2。当然，驾驶员通常也可以采用其它典型位置，例如“10h10”，即两手不对称的位置，以及单手位置。

驾驶员的手4的手指通过附图标记5表示。在图2B中，驾驶员抓握未方向盘2，该方法必须也能检测出这种情况。

在图3所示的示例中，方向盘2的轮缘25具有圆形或略微椭圆形的剖面，其中第一前表面2A朝向驾驶员，相反的表面2B取向成与驾驶员的视野相对，上表面2S在轮缘25的外部部分上，以及下表面2U在轮缘25的内部部分上。轮缘25的此剖面的中间方向表示为XC，其平行于轴线X。

方向盘2的轮缘25包括框架63，该框架63通常是由金属制成的，并且围绕方向盘2的轴线X沿着圆CC延伸。另外，方向盘2的轮缘25包括由合成材料制成的内衬64，如果需要，该内衬64上可覆盖织物或皮革，该内衬64可以具有一定的柔性，并且它的外表面65可以具有一定的粗糙度，以便供驾驶员的手的抓握。

在图示的示例中，检测传感器7设置在轮缘25的与驾驶员可见的表面相反的一侧2B上，这样通常允许检测手4的手指5的最后一个手指节（参照图3）。传感器7的此位置也是最适合的，以便车辆的乘客看不到这些传感器7。

但是应注意到，如果需要，也可以将传感器安装在外部的上表面2S、内表面2U和/或前表面2A上。

优选地，传感器7一个接一个地布置成沿着周向方向CC。

有利地，传感器分布在360°的角度扇区上，即，传感器优选地沿着周向方向CC覆盖方向盘2的轮缘25的一整圈。

有利地，传感器7的分布相对于方向盘2的顶点29是对称的（当机动车辆直线行驶时）。

应注意到，不排除传感器7覆盖的扇区小于360°，例如大约260°，或者甚至例如大约200°，使得与驾驶员统计人群中的常规抓握扇区重合。

根据有利的选择，传感器7沿着周向方向CC相互隔开至多15 mm的距离E（参照图4）。这样允许提供足够的精确性，以便能区分检测到的可能的不同物体，其中包括单个手指5存在于方向盘2的轮缘25上。如上所述，可以在给定的径向位置XC上有单个传感器7（参照图3），或者多个传感器分布在给定的径向位置XC上（在表面2A、2S、2B上）。

根据传感器的技术选择，检测区域（换言之传感器的作用半径）可以是更大或更小的；图4中展示了对于光学传感器的典型覆盖区域7A。

在示出的示例中，检测传感器是光电二极管类型的光学传感器；充当光导和封闭零件的零件70设置在这些二极管本身以及轮缘25的外壁65之间。光学封闭零件70的形状是环形条带，它覆盖设置有光学传感器的整个表面。光学封闭零件70可以有利地形成为“着色镜片”以限制可见光范围内的辐射朝向传感器7的穿透，尤其是如下所述在红外范围内进行工作的情况下。可选地，还可以在每个光电二极管的正前方放置无源滤波器，其以工作波长为中心。此类滤波允许去除无用的光谱部分并且改良检测的灵敏度。

优选地，沿着周向方向CC交替设置红外发射二极管Tx（7T）和接收光电二极管Rx（7R）。根据这种布置，当发射二极管7T之一被激活时，则特别地关注邻近的两个接收二极管7R上的光接收水平。

根据未示出的变型，每个光学传感器7由一对集成的二极管（红外发射二极管-接收光电二极管）构成。

根据还未示出的变型，每个红外发射二极管Tx被两个接收光电二极管包围，这两个接收光电二极管沿着径向方向（垂直于包含圆CC的平面）位于红外发射二极管两侧。

但是，事实证明，沿着周向方向CC交替设置红外发射二极管Tx（7T）和接收光电二极管Rx（7R），结合传感器7的顺序扫描方法，证明是尤其优选的，因为一个光电二极管与其相邻的两个发射二极管中的每个成对地循序地被使用。

工作波长范围优选地大约是900 nm，优选地在850 nm到940 nm之间，但是不排除较低值（750-850 nm）。

光学传感器7的作用半径7A允许检测离轮缘25在2 cm距离U的范围内的物体（且尤其是手指5），这个距离例如是从方向盘2的轮缘25的后表面开始所测量的。因此，可以检测并定位距离轮缘25几毫米但是不接触该轮缘25的手指5（图4，附图标记5’）。

如图5所示，除了上述传感器7之外，检测系统3还包括电子处理单元8，其配置来管理来自传感器7的检测信息。具体地，处理单元8可以在所有二极管上执行反复扫描；其中包括激活一个发射二极管7T并且同时测量邻近的两个接收二极管7R上的光接收水平。

特别地，处理单元8识别哪个传感器7（多个传感器之中）检测到物体（被手指5全部或部分地遮蔽），并且根据传感器7的地理位置，推断在轮缘25的周向上所检测到的手指5的位置，例如采用相对于方向盘2的顶点29的角偏移的形式表达。

电子处理单元8适于向另一个第三方用户系统68（例如是警示检测系统）和/或“AutoDrive”系统（即辅助驾驶系统，甚至自动驾驶系统）传递关于接触方向盘2的轮缘25的手指5和手4的数量的高水平信息。

当电子处理单元8和第三方用户系统68之间的连接是有线的时，它会通过旋转接触器66。

以可选的方式，可以设想，在未请求使用红外发射器7T执行检测的时期，利用红外发射器7T（其存在用于检测功能）通过红外传输从方向盘2向不旋转的元件传输信息；在这种情况下，不需要通过旋转接触器。

图6的左侧部分在顶部示出了从所存在的所有传感器（一般数量是至少二十个，甚至三十个）当中的一定数量的传感器71-73和76-79所发出的信号。图6的底部的时序图示出了方向盘2相对于直线驾驶位置的角度（“方向盘TETA”）。

在标为91的第一时期中，驾驶员以直线进行驾驶（“方向盘TETA”接近零）；标为77的传感器一直检测手指5（例如搁在方向盘2上的手4的手指5）的存在，并且标为71、76的传感器不时地检测手指5（可以是移动的另一只手4的手指5，或者是驾驶员有规律地移动的手指5）。

在标为92的时期中，驾驶员转动方向盘2以便进行转弯；由于他在方向盘2上移动他的手4，一些传感器7在操控期间被激活；通常，在这个阶段，一般传感器7均未被手指5持久激活。实际上，当驾驶员在方向盘2上移动他的手4时，在传感器7上发生多次状态的变化。

在标为93的时期，驾驶员将方向盘2打正以便回到直线上；此处同样地，驾驶员在方向盘2上移动他的手4，或者通过在朝向直线的方向上的自然恢复，使方向盘2滑动。此处同样地，传感器7上自然有多次状态的变化。

在标为94的时期，同样发现与第一时期91相似的驾驶情况，传感器信号上的变化很小。

因此，根据本发明的方法可以通过如下一系列步骤构成：

a）扫描光学传感器7，

b）据此推算与方向盘2的轮缘25接触或者在其附近的手指5的数量，其中包括“零手指”的状况，

c）重复步骤a）和b），

d）实时并且持续地向车辆的控制或监控系统提供综合信息（手4的数量，手指5的数量）。

首先，综合信息可以包括检测系统所检测到的手指5的数量。

然后，电子处理单元8配置成根据检测到的位置间距来计算手指5是属于单只手4，还是属于两只不同的手4G、4D。因此，除了所检测到的手指5的数量之外，综合信息还可以包括接触方向盘2的轮缘25或者在其附近的手4的数量，以及对于每只手4的手指5的数量，以及所检测到的每个手指5相对于方向盘2的顶点29的角位置。

手指5的数量和手4的数量可以是零值，这表明驾驶员未抓握方向盘2。综合信息实时刷新，并且对于所检测到的每个手指5还可包括该手指与轮缘25分隔开的距离（接触时距离等于零，以及如果手指就在附近，则距离不是零）。综合信息的此类精细度允许准确且有效地向辅助驾驶系统提供信息。

根据图7示出的一个有利的方面，设想光学传感器7能检测在自然照明下（即发射二极管Tx，7T未激活时）由接收二极管Rx，7R接收到的光强度（步骤a1），标为11），以及此外，在第二时间，进行照明，且然后获得在人工照明下（即在发射二极管Tx，7T激活时）由接收二极管Rx，7R接收到的光强度（步骤a2），标为12）。当然该检测可以优选地是脉冲式的，即检测瞬间通过标为19的静止时间隔开，这样能使耗电量最小化，并且对于来自外界的光线变化（例如阳光与路边树木的交织，或者某些城市霓虹灯的照明）不那么敏感。

在图7中应注意到，接收二极管Rx，7R和发射二极管Tx，7T发出的信号分别标为RX和TX。

更确切地，以及结合图4，当发射二极管Tx静止时，测量由光电二极管Rx所接收到的光量；如果一个或多个光电二极管Rx接收到的光量明显少于其它的光电二极管，则这表明手指5”存在于方向盘2的轮缘25附近（实际上，手指5”相对于自然环境照明形成阴影9）。当手指5”完全遮蔽传感器7时，所接收的光强度基本是零。另一方面，大多数传感器7接收到的是车厢这个部分中的环境光水平，这样允许确定用作参考的感知平均光水平。

在人工照明阶段，测量发射二极管Tx提供的在驾驶员的手指5’上反射的红外照明9T的反射所提供的补充光9R。通过分析补充光量允许评估手指5’相对于方向盘2的轮缘25的外表面65的距离。因此评估相对于轮缘25的表面的直到U=20 mm的距离。

为了考虑夜间驾驶状况（车厢照明很弱），则可以例如在仪表板上设置红外的或更长的一般环境照明源，以取代白天的自然光照明。

应注意到，在简化版本中，轮缘25中的传感器7可以仅是一些光电二极管，其负责测量一个或多个手指5相对于自然光照明或人工照明（位于例如仪表板中）所具有的阴影9。

根据有利的可选的功能，电子处理单元8配置成用于检测在一个（或多个邻接的）传感器7上持久存在的物体；这个物体可能是紧固在方向盘2的轮缘25上的附件（例如卫星控件），但是这个物体（例如胶带）也可能是用户为了试图欺骗警示监控系统而放置的。

如果图6右侧部分中通过附图标记7W示出的传感器即使在明显地转动方向盘2（例如大于半圈）时也持续地检测到某个东西，则这表明它不是驾驶员的手指5，而是紧固在方向盘2的轮缘25上的物体。于是，电子处理单元8将排除这个（或这些）传感器7不予考虑，例如直到能够再次在这个传感器7上标注状态变化时为止；换言之，被持久遮蔽的传感器7被禁止，尤其是它向第三方监控系统产生综合信息的功能被禁止。实际上，被禁止的传感器7不再能反映驾驶员对方向盘2的抓握品质。

Claims (6)

1.一种用于检测驾驶员的至少一只手（4）存在于机动车辆的驾驶方向盘（2）的轮缘（25）附近或者与所述轮缘（25）接触的检测方法，所述方向盘（2）连接至所述机动车辆的转向系统并且包括多个光学传感器（7），所述光学传感器布置在所述方向盘（2）的轮缘（25）上并且配有红外发射二极管（Tx，7T）和接收光电二极管（Rx，7R），所述方法包括下列步骤：

a）扫描所述光学传感器（7），

a1）获知在自然照明下、所述发射二极管（Tx，7T）尚未激活时由所述接收二极管（Rx，7R）所接收到的光强度，

a2）获知在人工照明下、即所述发射二极管（Tx，7T）已经激活时由所述接收二极管（Rx，7R）所接收到的光强度，

b）据此推算在所述方向盘（2）的轮缘（25）附近或者与所述轮缘（25）接触的手指（5）的数量，其中包括“零手指”的状况，

c）重复步骤a）和b），或a）、a1）、a2）和b），

d）实时并且持续地向第三方系统提供综合信息（手（4）的数量，手指（5）的数量）。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其中，所述多个光学传感器（7）由在红外范围内、优选地在大约900 nm的波长范围内工作的一系列光学传感器（7）构成。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的检测方法，其中，在红外范围内工作的所述一系列光学传感器（7）由红外发射二极管（Tx，7T）和接收光电二极管（Rx，7R）交替地构成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测方法，其中，所述综合信息（手（4）的数量，手指（5）的数量）被提供到所述车辆的辅助驾驶系统或警示监控系统。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的检测方法，其中，增加下列步骤：

e）识别即使在所述方向盘（2）转动时也一直被遮蔽的位置，由此推断一元件被持久地安置在一个或多个特定的光学传感器（7）上，并且禁止考虑这个（这些）特定的传感器（7）上的信息。

6.一种用于机动车辆的且实施根据前述权利要求中任一项所述的检测方法的系统，其包括连接至车辆的转向系统的方向盘（2），所述方向盘（2）包括多个光学传感器（7），所述光学传感器布置在所述方向盘（2）的轮缘（25）上并且配置成用于检测驾驶员的至少一只手（4）的至少一个手指（5）存在于所述方向盘（2）的轮缘（25）附近或者与所述轮缘（25）接触，借助于此，所述系统能确定在所述方向盘（2）的轮缘（25）附近或者与所述轮缘（25）接触的手指（5）的数量及其在所述轮缘（25）处的相应位置。