行業(yè)內(nèi)將汽車(chē)自動(dòng)駕駛等級(jí)分為L(zhǎng)1-L4, 不同等級(jí)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)對(duì)于手握方向盤(pán)狀態(tài)的識(shí)別要求是不同的。例如L3等級(jí)以后，要求系統(tǒng)能夠根據(jù)駕駛員手握方向盤(pán)的姿勢(shì)識(shí)別和判定目前是進(jìn)行主動(dòng)駕駛還是自動(dòng)駕駛。實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)會(huì)對(duì)駕駛員不同的抓握方向盤(pán)姿勢(shì)進(jìn)行識(shí)別及判定，通過(guò)ECU一系列算法，輸出一個(gè)提醒的信號(hào)給到駕駛員。

根據(jù)國(guó)際相關(guān)規(guī)定，提供車(chē)道保持輔助系統(tǒng) （LKAS） 的所有新車(chē)必須配備方向盤(pán)離手檢測(cè)（HOD）功能，歐盟要求2021年4月1日起生產(chǎn)的新車(chē)必須配備此功能。

方向盤(pán)離手檢測(cè)可通過(guò)不同的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，常見(jiàn)的有如下幾種：

     1．測(cè)量方向盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩來(lái)實(shí)現(xiàn)離手檢測(cè)功能，即通過(guò)測(cè)量駕駛員作用在方向盤(pán)上的力矩大小和方向來(lái)進(jìn)行判定。它的成本較低，缺點(diǎn)是測(cè)量時(shí)需要轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)，且無(wú)法識(shí)別手部姿勢(shì)也不具備防騙功能。

     2．光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量借助光學(xué)傳感設(shè)備對(duì)駕駛員進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，具有較高的測(cè)量精度，但是實(shí)施的成本也較高，通常需要有多個(gè)設(shè)備組件支持，例如補(bǔ)光器、攝像頭、軟件驅(qū)動(dòng)等。而且由于拍攝角度等條件的限制，駕駛員手握方向盤(pán)的姿勢(shì)，例如是緊握還是虛接觸也難以得到辨認(rèn)。

     3．電容式傳感器測(cè)量是根據(jù)駕駛員對(duì)方向盤(pán)的抓握狀態(tài)來(lái)進(jìn)行測(cè)量和判斷，包括抓握的方式、左右手分辨等。測(cè)量不受手套、衣物等影響，并且無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)。這種測(cè)量方式利用單芯片即可實(shí)現(xiàn)，是當(dāng)前主流的一種解決方案。

本文介紹的是第3種類(lèi)型-電容式傳感器離手檢測(cè)方向盤(pán)。

- （一） -

應(yīng)用場(chǎng)景

     駕駛員接觸方向盤(pán)的類(lèi)型主要分為以下三種：

     主要檢測(cè)和顯示駕駛?cè)藛T控制車(chē)輛的狀態(tài)有：

--緊握方向盤(pán)，雙手，單手

--搭放在方向盤(pán)，雙手，單手、

--雙手離開(kāi)握方向盤(pán)

     如上圖示，駕駛員雙手均未觸碰方向盤(pán)，此時(shí)方向盤(pán)燈帶顯示紅色預(yù)警，提醒駕駛員注意開(kāi)車(chē)安全。

- （二） -

工作原理

1.主要零部件簡(jiǎn)介

HOD控制器（ECU）：安裝在方向盤(pán)輪轂內(nèi)，布置的位置視具體情況作調(diào)整；

傳感器墊：包含傳感器層、加熱層和屏蔽層，通常使用電容式傳感器，傳感器墊集成在方向盤(pán)骨架和皮革包裹層之間；

     如上圖示，傳感器墊包覆在方向盤(pán)輪圈位置，通過(guò)分內(nèi)圈左右區(qū)和外圈共三個(gè)區(qū)，各個(gè)區(qū)域傳感器都能識(shí)別接觸，握住和離開(kāi)三種方向盤(pán)控制方式，可探測(cè)駕駛員不同的握手姿勢(shì)，滿(mǎn)足離手檢測(cè)功能。

2. 電氣原理

如上圖示，HOD墊在正常通電的情況下，在方向盤(pán)周?chē)纬梢粋€(gè)均勻的電容場(chǎng)，當(dāng)手靠近或者接觸方向盤(pán)時(shí)，方向盤(pán)周?chē)碾娙輬?chǎng)發(fā)生變化。傳感器在測(cè)量時(shí)會(huì)向被測(cè)物體發(fā)射正弦波，在被測(cè)負(fù)載上建立電壓，內(nèi)部的檢測(cè)器隨后會(huì)接收到負(fù)載端反饋的鏡像電流。內(nèi)置的跨阻放大器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，解調(diào)器進(jìn)行I和Q的信號(hào)解調(diào)和分離，根據(jù)相位值不同進(jìn)行分離處理。I和Q值分別對(duì)應(yīng)電阻R和電容C值。執(zhí)行系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電阻R和電容C信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和判定。電容傳感器會(huì)第一時(shí)間監(jiān)測(cè)到該變化，發(fā)出信號(hào)提醒駕駛員。

- （三） -

HOD標(biāo)定測(cè)試

開(kāi)發(fā)初期明確方向盤(pán)的手勢(shì)識(shí)別要求，從而在設(shè)計(jì)分區(qū)上面選擇合適的方案應(yīng)對(duì)。樣件出來(lái)后，通過(guò)大量的標(biāo)定驗(yàn)證和測(cè)試，使HOD能夠精確識(shí)別出不同的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)離手檢測(cè)功能。

- 小結(jié) -

隨著汽車(chē)高科技技術(shù)越來(lái)越成熟，汽車(chē)集成了越來(lái)越多的智能化功能，人們也逐漸愿意嘗試并接受自動(dòng)駕駛的方式。作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員不能忽視”在解放駕駛員雙手的同時(shí)，也要能夠保障駕乘人員的安全”。畢竟無(wú)論是自動(dòng)駕駛還是主動(dòng)駕駛，人身安全是最重要的。無(wú)論是方向盤(pán)離手檢測(cè)，疲勞提醒，或更多的智能化汽車(chē)安全產(chǎn)品，相信在未來(lái)會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。

文章：張愛(ài)民

編輯：谷宗強(qiáng)

廣汽研究院集成安全技術(shù)部