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方向盘“离手检测”功能介绍
行业内将汽车自动驾驶等级分为L1-L4, 不同等级的自动驾驶系统对于手握方向盘状态的识别要求是不同的。例如L3等级以后，要求系统能够根据驾驶员手握方向盘的姿势识别和判定目前是进行主动驾驶还是自动驾驶。实际应用中，系统会对驾驶员不同的抓握方向盘姿势进行识别及判定，通过ECU一系列算法，输出一个提醒的信号给到驾驶员。
根据国际相关规定，提供车道保持辅助系统 （LKAS） 的所有新车必须配备方向盘离手检测（HOD）功能，欧盟要求2021年4月1日起生产的新车必须配备此功能。
方向盘离手检测可通过不同的技术方案实现，常见的有如下几种：
1．测量方向盘转动扭矩来实现离手检测功能，即通过测量驾驶员作用在方向盘上的力矩大小和方向来进行判定。它的成本较低，缺点是测量时需要转动方向盘，且无法识别手部姿势也不具备防骗功能。
2．光学系统测量借助光学传感设备对驾驶员进行状态监测，具有较高的测量精度，但是实施的成本也较高，通常需要有多个设备组件支持，例如补光器、摄像头、软件驱动等。而且由于拍摄角度等条件的限制，驾驶员手握方向盘的姿势，例如是紧握还是虚接触也难以得到辨认。
3．电容式传感器测量是根据驾驶员对方向盘的抓握状态来进行测量和判断，包括抓握的方式、左右手分辨等。测量不受手套、衣物等影响，并且无需转动方向盘。这种测量方式利用单芯片即可实现，是当前主流的一种解决方案。
本文介绍的是第3种类型-电容式传感器离手检测方向盘。
- （一） -
应用场景
驾驶员接触方向盘的类型主要分为以下三种：
主要检测和显示驾驶人员控制车辆的状态有：
--紧握方向盘，双手，单手
--搭放在方向盘，双手，单手、
--双手离开握方向盘
如上图示，驾驶员双手均未触碰方向盘，此时方向盘灯带显示红色预警，提醒驾驶员注意开车安全。
- （二） -
工作原理
1.主要零部件简介
HOD控制器（ECU）：安装在方向盘轮毂内，布置的位置视具体情况作调整；
传感器垫：包含传感器层、加热层和屏蔽层，通常使用电容式传感器，传感器垫集成在方向盘骨架和皮革包裹层之间；
如上图示，传感器垫包覆在方向盘轮圈位置，通过分内圈左右区和外圈共三个区，各个区域传感器都能识别接触，握住和离开三种方向盘控制方式，可探测驾驶员不同的握手姿势，满足离手检测功能。
2. 电气原理
如上图示，HOD垫在正常通电的情况下，在方向盘周围形成一个均匀的电容场，当手靠近或者接触方向盘时，方向盘周围的电容场发生变化。传感器在测量时会向被测物体发射正弦波，在被测负载上建立电压，内部的检测器随后会接收到负载端反馈的镜像电流。内置的跨阻放大器将电流信号转换成电压信号，解调器进行I和Q的信号解调和分离，根据相位值不同进行分离处理。I和Q值分别对应电阻R和电容C值。执行系统通过对电阻R和电容C信号进行测量和判定。电容传感器会第一时间监测到该变化，发出信号提醒驾驶员。
- （三） -
HOD标定测试
开发初期明确方向盘的手势识别要求，从而在设计分区上面选择合适的方案应对。样件出来后，通过大量的标定验证和测试，使HOD能够精确识别出不同的状态，实现离手检测功能。
- 小结 -
随着汽车高科技技术越来越成熟，汽车集成了越来越多的智能化功能，人们也逐渐愿意尝试并接受自动驾驶的方式。作为产品开发人员不能忽视”在解放驾驶员双手的同时，也要能够保障驾乘人员的安全”。毕竟无论是自动驾驶还是主动驾驶，人身安全是最重要的。无论是方向盘离手检测，疲劳提醒，或更多的智能化汽车安全产品，相信在未来会有更广阔的应用前景。
文章：张爱民
编辑：谷宗强
广汽研究院集成安全技术部
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