用于在方向盘上进行手检测的系统

技术领域

本发明涉及一种用于在方向盘上进行手检测的系统以及一种用于在方向盘上进行手检测的方法。

背景技术

在现代车辆中，可能有必要检测驾驶员是否将他的手放在方向盘上(例如，以确定驾驶员是否准备进行转向动作)。转向辅助装置可以包括主动校正可能性以供驾驶员在某些情况下使用。例如，可以规定仅当驾驶员将他的手放在方向盘上时才激活转向辅助系统。在大多数国家，强制性要求正在行驶的车辆处于驾驶员的控制之下，即使现代辅助系统在某些情况下也能够安全地运行车辆。

为了识别是否有至少一只手位于方向盘上，已经发展出若干种概念。一个概念依赖于EPS系统，并在方向盘中引起低幅度振动。如果驾驶员的手放在方向盘上，则会产生能够被检测到的减振效果。但是，振动会分散驾驶员的注意力或使驾驶员感到不适。基于手对方向盘的机械影响的这样的系统和其他手检测系统例如在DE 10 2016 005 013 A1、DE 102017 102 265 A1、US 2015/0210273 A1、US 2017/0297618 A1和US 2018/0099693 A1中描述。其他系统使用专用传感器。一种这样的系统使用电阻传感器元件，其中两个导体在方向盘的表面下方间隔开地设置。如果在表面上施加一定的压力，则会使导体接触。但是，激活传感器所需的压力量会使该方法变得不那么可靠。另一种方法使用电容传感器，该电容传感器通过手对传感器生成的电场的影响来检测手。这样的系统例如在DE 10 2011 109 711A1和US 2015/0048845 A1中描述。虽然这些传感器更可靠，但是它们却大大增加了方向盘的复杂性。如果要检测手的位置(这使得必须提供多个传感器，即每个表面位置一个传感器，以及针对每个单独传感器的检测电路)，则尤其如此。这种复杂性增加了成本，并使系统更容易出现故障。电容传感器还可能导致错误的检测，例如由于用户的手或方向盘附近的其他物体的电气特性发生变化而影响传感器的电场。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于在方向盘上进行手检测的可靠装置。

该问题通过根据权利要求1的用于在方向盘上进行手检测的系统和根据权利要求15的用于在方向盘上进行手检测的方法来解决。

本发明提供一种用于在方向盘上进行手检测的系统。大体上，“在方向盘上进行手检测”是指检测用户的至少一只手是否在方向盘上。方向盘当然地属于车辆(通常是诸如汽车的陆地车辆)。然而，对诸如海上或空中车辆的其他车辆的应用也在本发明的范围内。

该系统包括至少一个光源，其适于发射光的发射信号，使得该发射信号从方向盘内部指向方向盘的表面的至少一个检测区域，所述检测区域能够至少部分地透过该发射信号。光源的类型在本发明的范围内不受限制。出于效率原因，光源优选地包括至少一个LED(发光二极管)。光源还可以包括一些(可能是简单的)光学元件(诸如被设置为导引或聚焦发射信号的透镜或平面镜)。发射信号是光信号，这大体上意味着它包括波长在100nm和50μm之间、优选地在315nm和1450nm之间的电磁辐射。它可以包括可见光以及不可见光。光源适于以使发射信号从方向盘内部撞击到至少一个检测区域(该检测区域是方向盘的表面的一部分)上的方式发射所述发射信号。也可以说，来自方向盘内部的发射信号可以辐照该表面的检测区域。

特别地，检测区域可以是方向盘的外缘或边缘的表面的一部分。通常，这将是被设计用于在方向盘的正常运行期间被用户的至少一只手触摸的表面。该检测区域能够至少部分地透过所述发射信号，这意味着至少在所述检测区域没有被不透明物体覆盖的情况下，所述发射信号的至少一部分可以穿过该检测区域透射到方向盘的外部。该检测区域可以被视为方向盘的表面上的“窗口”。该窗口通常由实心的(部分)透明物体形成，但是也可以通过方向盘的表面上的至少一个凹口或通孔来实现。但是，后一种选项通常不是优选的，因为它具有凹口被灰尘或其他异物堵塞的风险。

该系统还包括至少一个光传感器，其适于检测反射信号，该反射信号是发射信号从检测区域反射到方向盘内部的一部分。通常，发射信号可以部分地透射穿过检测区域，并且部分地反射回方向盘内部。另外，发射信号的一部分可以被吸收。反射信号是发射信号被反射的一部分。反射信号的强度以及可能地频谱可以取决于若干个因素。应当理解，如果检测区域是实心的透明元件的一部分，则当光信号到达透明元件与围绕方向盘的空气之间的界面时，总会有一些内部反射。然而，如果将诸如用户(驾驶员)的手之类的物体放在检测区域上，则这会影响反射信号。例如，光可以穿过检测区域透射到方向盘外部的空气中，被手反射并穿过检测区域重新进入方向盘内部，从而通常会增大反射信号。应当注意，当然一些光会被手吸收。但是，如果将手直接放在检测区域中的透明元件上，使得在它们之间没有空气，则反射过程会发生变化，因为在透明元件外部没有光学上密度较小的介质(空气)。这可以减少反射到方向盘内部的光量。通常，反射信号是反射光可以被光传感器检测到的一部分。应当理解，光传感器必须对反射信号的至少一部分敏感，即，它必须分别对相应的频率或波长敏感。光传感器可以例如包括光电二极管。可选地，可以将若干个光电二极管组合成一个光传感器，其中光电二极管可选地对不同的波长敏感。光传感器还可以包括滤光器，以便选择性地检测特定波长范围、特定偏振等。

通常，至少一个光源和至少一个光传感器设置在方向盘内部。尽管在技术上可以将光源或光传感器设置在方向盘外部，但是这使得将来自光源的发射信号引导到检测区域或将来自检测区域的反射信号引导到光传感器变得复杂。

此外，该系统包括检测单元，其联接到至少一个光传感器并且适于基于对反射信号的检测在方向盘上检测用户的手。通常，检测单元通过导线联接到至少一个光传感器。无论哪种方式，它都被联接或连接为使得它接收有关对反射信号的检测的信息。取决于实施例，光传感器可以主动地将数据发送到检测单元(例如，经由总线系统)，或者光传感器可以被动地工作，即，检测单元基于光传感器的特性确定对反射信号的检测。例如，如果光传感器包括光电二极管，则检测单元可以向光电二极管施加电压并检测电流，该电流当然地随光电二极管的电阻而变化，而电阻又取决于反射信号的强度。如前所述，来自特定检测区域的反射信号取决于是否有物体放在该检测区域的表面上。因此，如果手放在方向盘上使得其覆盖至少一个检测区域，则这会影响反射信号，该反射信号又可以被检测单元用来检测手的存在。例如，检测单元可以将与反射信号的强度有关的量(诸如光电二极管的电阻)与至少一个阈值进行比较。根据比较，检测单元确定手是否放在方向盘的表面上。应当理解，检测单元可以至少部分地由软件实现。

优选地，检测单元设置在方向盘内部。因此，到至少一个光传感器的连接可以保持相对较短，并且通常更稳健(例如对于电磁兼容性而言)。在短连接的情况下，给各个光源分配电力和来自光传感器的信号的运行时间也更佳。

光源和检测区域可以是用于进行手检测的系统的专用部件。然而，检测区域的辐照可以附加地用于其他目的，例如用于突出显示方向盘的特定部分或可视化ADAS(高级驾驶员辅助系统信息)。

尽管可以设想发射信号通过空气从光源行进到检测区域，但是高度优选的是该系统包括至少一个光导，其被配置为将来自至少一个光源的发射信号引导到至少一个检测区域。在这种情况下，“引导”所述发射信号可以可选地但非必要地包括使所述发射信号重新定向和/或聚焦或散焦。在最简单的情况下，发射信号可以在光导内自由传播。光导可以由能够至少部分地透过发射信号的任何材料(例如，玻璃或透明聚合物)制成。光导的至少一些表面可以包括反射衬里，尽管由于光导的内部和外部介质之间的折射率变化，这可能是不必要的。光导可以是单个的一件式元件，或者其可以包括若干个元件。例如，它可以包括多根光纤。优选地但非必要地，至少一个光导从光源延伸到检测区域。通常，这会降低光源和检测区域之间信号丢失(该信号丢失可能是例如由于不希望的吸收、散射或反射)的风险。特别地，方向盘在检测区域中的表面可以是光导的表面。

此外，优选地，至少一个光导被配置为将反射信号引导到至少一个光传感器。特别地，这可以与被配置为将发射信号引导到检测区域的光导为同一光导。但是，也可以采用两个不同的光导。同样，优选地但不是必须地，光导从检测区域延伸到光传感器。同样，引导反射信号可以包括使反射信号重新定向、聚焦或散焦。通常，用于引导发射信号的光导和用于引导反射信号的光导可以使用相同的材料。即使这两个光导不相同，两个光导也可以使用相同的设计选项(一件式或多件式，等等)。

优选地，该系统包括多个光源、多个检测区域和/或多个光传感器。在这种情况下有多种选项。例如，该系统可以包括多个检测组件，其中每个检测组件包括一个光源、一个检测区域和一个光传感器，而在不同的检测组件之间没有任何通信或干涉。替代地，单个光源可以被配置为将发射信号发送到多个检测区域，而一个光传感器对应于每个检测区域。此外，多个光源可以将发射信号发送到多个检测区域，而单个光传感器被配置为从若干个检测区域接收反射信号。但是，光源和光传感器之间的关联可以更复杂，例如，多个光源可以发送发射信号，使得由每个发射信号产生的反射信号被多个光传感器接收。因此，由各个光传感器接收的信号可以被视作由多个发射信号产生的反射信号的叠加。应当理解，对于每个光源和/或每个光传感器，可以有专用的光导。替代地，至少一个光导可以与多个光源和/或多个光传感器相关联。如果采用多个光源，这些光源不是同时运行而是依次运行，使得任何反射光都可以被明确地归因于光源中的一个的发射信号，则这是可以是有利的。

此外，至少一个光导可以被配置为将来自单个光源的发射信号引导到多个检测区域。例如，光导可以沿着方向盘的外围设置，沿着周向方向延伸，并且以规则或不规则的间隔设置有多个检测区域，其中光可以从光导中联接出或进入光导中。光源可以设置在光导的一端，而一个光传感器设置在另一端。替代地或附加地，一个或若干个光传感器可以设置在两个端部之间，例如在每个检测区域附近设置一个光传感器。光源也可以设置在两个端部之间的某处，其中检测区域和光传感器设置在光源的两侧。

如上面已经暗示的那样，至少一个光导可以被配置为将来自多个检测区域的反射信号引导到至少一个光传感器。可选地，这可以是被配置为将来自单个光源的发射信号引导到多个检测区域的光导。可以设想，来自若干个检测区域的反射信号被引导到单个光传感器或多个光传感器。在后一种情况下，每个光传感器可以被配置为仅接收来自单个检测区域的反射信号或接收来自多个检测区域的反射信号。

在某些情况下，一个光传感器可以旨在检测来自与来自特定光源的发射信号相关联的检测区域的反射信号，但是该光传感器也可以接收来自其他源的光。特别地，这可以是环境光，但是也可以是来自与该光传感器不相关联的光源的散射或反射光。因此，存在来自其他源的这种光被误认为是反射信号的风险。可以采取若干种措施来防止这种错误检测。根据一个实施例，发射信号是偏振信号，并且至少一个光传感器适于选择性地检测偏振反射信号。由于环境光通常不是偏振的，因此可以安全地将其与反射信号区分开。当然，必须确保偏振不会在光导内变化或通过检测区域中的反射而变化。同样，可以通过对每个信号使用不同的偏振来区分来自不同光源的发射信号。

替代地或附加地，发射信号可以是调制信号。在这种情况下，可以使用所有种类的调制(例如频率、脉冲、相位或幅度调制)。对于相应的光源，这也可以对应于颜色变化(即光的波长的调制)。再次，环境光通常没有调制，或者即使其具有调制，该调制也将不同于发射信号的调制。同样，可以对来自不同光源的发射信号使用不同的调制。发射信号也可以是具有特征频率、脉冲长度和/或脉冲间隔的脉冲信号。当然，脉冲信号也可以被视为幅度调制信号，其中幅度被暂时减小到零。如果发射信号是调制信号，则不仅检测反射信号的幅度，而且检测反射信号的相位也可以是有用的。

优选地，检测单元被配置为控制至少一个光源发射所述发射信号。这可以是特别有利的，因为检测单元可以将对反射信号的检测与发射信号的发射互相关联。例如，检测单元可以以给定的时间间隔和/或以给定的调制模式激活特定的光源，从而使得更容易将相应的发射信号与检测的反射信号互相关联。例如，反射信号的调制至少应该类似于发射信号的调制，并且反射信号只能在与相应光源的激活时间相对应的时间被接收到(将光在光源和光传感器之间的飞行时间考虑在内)。如果发射信号是调制信号，则通常由检测单元控制其调制和/或接收到的信号的解调。

发射信号可以采用各种波长。通常，发射信号可以是可见光信号、紫外光信号和/或红外光信号。使用包括来自上述光谱中的至少两种的光的发射信号显然在本发明的范围内。为了避免来自不同光源的发射信号之间的干涉，各个发射信号可以采用不同的光谱范围。然而，在一些实施例中，干涉甚至可以被有目的地用于手检测。

尽管对于某些应用来说，简单地在方向盘上检测手的存在就足够了，但是通常优选地，检测单元被配置为基于对反射信号的检测来确定手的位置。换句话说，检测单元不仅可以检测手是否在方向盘上，而且还可以检测手在方向盘的哪一部分上。对于这样的实施例，系统通常包括多个检测区域，并且对至少一个反射信号的检测取决于手覆盖哪个检测区域。优选地但不是必须地，该实施例可以采用多个光源、多个光导和/或多个光传感器。

可选地，检测单元可以被配置为确定手和方向盘之间的接触强度。这可以以不同的方式实现。例如，当驾驶员更牢固地握住方向盘时，这可能意味着更多的检测区域被手覆盖，这可能导致被更多数量的光传感器检测到。同样，当接触强度增加时，这也可能对单个检测区域中的反射产生影响。例如，如果方向盘在相应检测区域中的表面是光导的表面，则检测区域的每个点的反射特性取决于手是否直接与光导接触，还是在两者之间存在由空气填充的间隙。因此，取决于手是松散地放在光导的表面上还是紧紧地压在光导的表面上，反射信号将不同。同样，可以设想，当手牢固地握住方向盘时，光导会发生机械变形，这也可能会影响光如何从光源被引导到检测区域和/或从检测区域被引导到光传感器。

还优选地，所述检测单元被配置为基于多个光传感器的检测在方向盘上检测两只手。在该实施例中，检测单元可以使用至少两个光传感器的同时检测，该至少两个光传感器适于从至少两个不同的、间隔开的检测区域接收反射信号。“起作用的”检测区域的数量和/或检测到的信号的幅度可以用于区分单只手和两只手。然而，还有其他可能性，并且该实施例不限于检测方法或算法。作为另一个示例，如果两个“起作用的”检测区域之间的距离足够大，例如大于正常手的宽度，则可以假定检测不是由单只手引起的，而是由两只手引起的。

虽然通常可以认为基于反射信号的手的检测是可靠的，但是在某些情况下也可能会发生错误检测。为了解决这些情况，该系统可以包括沿着方向盘的表面设置的至少一个电容传感器，并且检测单元被配置为至少部分地基于至少一个电容传感器的测量结果来检测手。换句话说，本发明系统的光学检测与电容检测相结合，以提高可靠性。因此，检测系统变得冗余，例如以便达到更高的ASIL(汽车安全完整性等级)。这是特别有利的，因为这两种检测方法依赖于不同的测量原理，因此不易受到相同干涉和/或误用源的影响。例如，可能会影响光学检测的环境光不会影响电容测量。类似地，在方向盘附近除了手之外的其他物体的存在或手的阻抗可能会影响电容测量结果，但通常不会影响光学检测。除了提高检测的可靠性之外，该实施例还可以用于检测一个传感器系统的故障。例如，如果光学系统和电容系统的检测结果持续地彼此不同，则可能表示其中一个系统发生故障。除此之外，内部测量数据还可以提供与诊断有关的许多附加的信息(例如偏移值)。

本发明还提供了一种用于在方向盘上进行手检测的方法，该方法使用至少一个光源、至少一个光传感器以及联接到所述至少一个光传感器的检测单元。该方法包括：

-至少一个光源发射光的发射信号，使得所述发射信号从方向盘内部指向检测区域，所述检测区域是方向盘的表面的一部分；

-至少一个光传感器检测反射信号，所述反射信号是发射信号从所述检测区域反射到方向盘内部的一部分；以及

-检测单元(9)基于对所述反射信号的检测在方向盘上检测用户的手。

上面已经相对于本发明的系统描述了所有这些术语，因此将不再赘述。

本发明方法的优选实施例对应于本发明系统的优选实施例。

附图说明

通过以下参考附图对非限制性实施例的详细描述，本发明的更多细节和优点将变得显而易见，其中：

图1是方向盘的示意图，其具有用于在方向盘上进行手检测的本发明系统的第一实施例；

图2是本发明系统的检测组件的第一实施例的示意图；

图2A是对应于图2的示意图，其中手在检测组件上；

图3是本发明系统的检测组件的第二实施例的示意图；

图4是本发明系统的检测组件的第三实施例的示意图；

图5是本发明系统的检测组件的第四实施例的示意图；以及

图6是具有本发明系统的第二实施例的方向盘的示意图。

具体实施方式

图1示意性地示出了用于车辆(通常是公路车辆)的方向盘20。方向盘的圆周表面20.1包括多个检测区域6。在每个检测区域6的下方，检测组件2设置在方向盘20内部。每个检测组件2通过导体11连接到检测单元10。替代地，检测组件2可以通过公共总线结构彼此连接并且与检测单元10连接。检测单元10设置在方向盘20内部，但是可选地也可以设置在车辆的另一部分中。

图2示出了检测组件2的第一实施例。它包括用作光源的LED 3和用作光传感器的光电二极管8。LED 3和光电二极管8均设置在延伸到检测区域6的光导5内。也可以说，检测区域6是光导5的表面的一部分。LED 3和光电二极管8均连接到检测单元10。在运行期间，检测单元10控制LED3发射出发射信号E

光导5以及因此检测区域6能够部分地透过发射信号E

如果将手30放在检测区域6上，如图2A所示，则这对反射信号R

取决于各个检测区域6的数量、距离和位置，检测单元10可以差不多准确地确定手30的位置，并且还可以确定驾驶员是将单只手30还是两只手30放在方向盘20上(包括两只手30的位置)。

可选地，检测单元10可以确定手30和方向盘20之间的接触强度。这可以以不同的方式实现。例如，当驾驶员更牢固地握住方向盘20时，这可能意味着手30覆盖更多的检测区域6，这可能导致被更多数量的光电二极管8检测到。此外，当接触强度增加时，这也可能影响单个检测区域6中的反射，例如由于在光导5和手30之间几乎没有由空气填充的间隙。而且，当手30牢固地握住方向盘20时，光导5可能会机械变形，这也会影响光如何从LED 3被引导到检测区域6和/或从检测区域6被引导到光电二极管8。

为了更好地将反射信号R

图3示出了可以在本发明系统1中使用的检测组件2的替代实施例。在该实施例中，单个光导5设置在两个LED 3、4和两个光电二极管8、9上方。光导5延伸到第一检测区域6以及第二检测区域7。第一LED 3和第一光电二极管8设置在第一检测区域6下方，而第二LED和第二光电二极管9设置在第二检测区域7下方。原则上，该实施例与图2所示的第一实施例类似地工作。LED 3、4中的每一个将发射信号E

图4示出了检测组件2的第三实施例，其与第二实施例有些相似，但是仅包括单个LED 3，该单个LED 3设置在第一光电二极管8和第二光电二极管9之间的中间位置。在运行期间，第一光电二极管8和第二光电二极管9都接收源自LED 3的发射信号E

图5示出了检测组件2的第四实施例，其具有与第三实施例类似的设置。然而，第一LED 3设置在第一检测区域6下方，而第二LED 4设置在第二检测区域7下方，并且单个光电二极管8设置在LED 3、4之间。响应于来自LED 3、4中的任一个的发射信号E

图6示出了方向盘20，其具有略微修改的用于手检测的本发明系统1的第二实施例。为了简单起见，在该图中未示出电导体11。除了检测组件2之外，沿着方向盘20的表面20.1设置有电容传感器12。该电容传感器12也连接到检测单元10，并用作在方向盘20上检测手30的存在——以及位置——的冗余(备份)装置。电容传感器12的类型在这种情况下不受限制，并且可以使用本领域中已知的任何类型。应当理解，电容传感器12也可以连接到与检测单元10分离的其他控制设备。无论怎样，如果光电二极管8、9的检测和电容传感器12的检测一致，则可以使用它们来相互验证。这是特别有利的，因为这两种传感器类型不易受到相同干扰源的影响。如果仅通过一种传感器类型检测到手30，则可以应用各种标准来解释该结果。其中，仅通过一种传感器类型的重复检测可以被视为另一种传感器类型发生故障的指示。

附图标记

1 进行手检测的系统

2 检测组件

3、4 LED

5 光导

6、7 检测区域

8、9 光电二极管

10 检测单元

11 导体

12 电容传感器

20 方向盘

20.1 表面

30 手

E

R

T