一种基于电容式的方向盘触摸识别方法及系统[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011625999.0
(22)申请日 2020.12.31
(71)申请人 均胜均安汽车电子（上海）有限公司
地址 201702 上海市青浦区崧泽大道8000
号3幢一层东侧
(72)发明人 袁圃　李妙峰　赵德顺　吕洋　
廖伟兵　俞士鹏　
(74)专利代理机构 北京清大紫荆知识产权代理
有限公司 11718
代理人 李思琼　冯振华
(51)Int.Cl.
G01D 5/241(2006.01)
G01D 3/028(2006.01)
G01D 3/032(2006.01)
B62D 1/04(2006.01)
(54)发明名称
一种基于电容式的方向盘触摸识别方法及
系统
(57)摘要
本发明提供了一种基于电容式的方向盘触
摸识别方法及系统，该方法包括：周期性采集方
向盘中电容式传感器的电压值，并存储；对所采
集的多组电压数据求取平均值；对平均值进行消
除温湿度环境干扰的补偿处理；将补偿处理后的
数据与控制单元中预设的触摸阈值进行对比，若
补偿处理后的数据大于触摸阈值，则输出触摸信
号，若否，则输出无触摸信号。

该方法及系统能够
有效消除外界环境对数据采集的干扰，提高方向
盘控制系统采集和处理数据的准确性和稳定性，
保证方向盘的操作可靠性和安全性。

权利要求书1页 说明书5页 附图3页CN 112611402 A 2021.04.06
C N 112611402
A
1.一种基于电容式的方向盘触摸识别方法，其特征在于，包括：
周期性采集方向盘中电容式传感器的电压值，并存储；
对所采集的多组电压数据求取平均值；
对平均值进行消除温湿度环境干扰的补偿处理；
将补偿处理后的数据与控制单元中预设的触摸阈值进行对比，若补偿处理后的数据大于触摸阈值，则输出触摸信号，若否，则输出无触摸信号。

2.一种基于电容式的方向盘触摸识别系统，包括设置在方向盘中的电容式传感器和控制单元，所述控制单元包括数据采集模块和数据处理模块，所述数据采集模块采集方向盘中电容式传感器的电压值并输出至所述数据处理模块，所述数据处理模块将接收到的电压值数据进行处理后输出触摸识别信号，其特征在于，
所述数据处理模块包括温湿度补偿模块，所述温湿度补偿模块将接收到的电压值数据进行消除温湿度环境干扰的补偿处理，所述数据处理模块根据补偿后的数据输出触摸识别信号。

3.根据权利要求2所述的方向盘触摸识别系统，其特征在于，所述温湿度补偿模块通过LIN总线上的控制器获取外界环境的温湿度值。

4.根据权利要求3所述的方向盘触摸识别系统，其特征在于，所述温湿度补偿模块对数据的补偿处理是根据的电压值原始数据与温湿度环境关系的标定实验确定。

5.根据权利要求4所述的方向盘触摸识别系统，其特征在于，电压值原始数据与温湿度环境关系的标定实验包括：在不同的温湿度环境下采集方向盘中电容式传感器的电压值，并将采集到的电压值原始数据分别与对应的温湿度值进行对比，得到电压值原始数据与温湿度环境关系。

6.根据权利要求5所述的方向盘触摸识别系统，其特征在于，电压值原始数据与温湿度环境关系是Y＝(ar+b)*X；
其中，Y为补偿后的数据，X为电压值原始数据，a和b为常量、r为温湿度补偿系数。

7.根据权利要求2‑6任一项所述的方向盘触摸识别系统，其特征在于，所述数据处理模块还包括存储模块，所述存储模块将所述数据采集模块采集到的数据进行存储，所述数据处理模块计算所存储的数据的平均值以及所述温湿度补偿模块的补偿处理，与预设的触摸阈值进行比对输出触摸识别信号。

8.根据权利要求7所述的方向盘触摸识别系统，其特征在于，所述存储模块将所述数据采集模块采集到的数据放大调整数据后进行存储。

9.根据权利要求8所述的方向盘触摸识别系统，其特征在于，所述存储模块的存储空间存满后，再计算所存储的数据的平均值。

10.根据权利要求9所述的方向盘触摸识别系统，其特征在于，所述存储模块的存储空间存满后，依次覆盖存储模块中前面的数据。

权　利　要　求　书1/1页CN 112611402 A
一种基于电容式的方向盘触摸识别方法及系统
技术领域
[0001]本公开涉及汽车控制技术领域，尤其涉及一种基于电容式的方向盘触摸识别方法及系统。

背景技术
[0002]随着汽车工业的飞速发展，汽车已经成为人们出行不可或缺的交通工具之一。

目前，不少汽车方向盘上均安装有功能控制开关，使驾驶者双手不离开方向盘就可操作实现各种控制功能，使用更方便。

[0003]现有方向盘开关已经采用了触摸式控制，例如采用电容式触摸传感器和电感式触摸传感器。

然而，触摸传感器和触摸检测控制器在进行数据的采集和处理过程中往往会受到外界因素的影响，例如温湿度的影响，导致数据处理准确性低、数据不稳定等问题，使得方向盘容易被误触发，影响方向盘操作的可靠性及安全性。

发明内容
[0004]有鉴于此，本公开实施例提供一种基于电容式的方向盘触摸识别方法及系统，该方法及设备能够有效消除外界环境对数据采集的干扰，提高方向盘控制系统采集和处理数据的准确性和稳定性，保证方向盘的操作可靠性和安全性。

[0005]为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006]一种基于电容式的方向盘触摸识别方法，包括：
[0007]周期性采集方向盘中电容式传感器的电压值，并存储；
[0008]对所采集的多组电压数据求取平均值；
[0009]对平均值进行消除温湿度环境干扰的补偿处理；
[0010]将补偿处理后的数据与控制单元中预设的触摸阈值进行对比，若补偿处理后的数据大于触摸阈值，则输出触摸信号，若否，则输出无触摸信号。

[0011]一种基于电容式的方向盘触摸识别系统，包括设置在方向盘中的电容式传感器和控制单元，所述控制单元包括数据采集模块和数据处理模块，所述数据采集模块采集方向盘中电容式传感器的电压值并输出至所述数据处理模块，所述数据处理模块将接收到的电压值数据进行处理后输出触摸识别信号，所述数据处理模块包括温湿度补偿模块，所述温湿度补偿模块将接收到的电压值数据进行消除温湿度环境干扰的补偿处理，所述数据处理模块根据补偿后的数据输出触摸识别信号。

[0012]进一步地，所述温湿度补偿模块通过LIN总线上的控制器获取外界环境的温湿度值。

[0013]进一步地，所述温湿度补偿模块对数据的补偿处理是根据的电压值原始数据与温湿度环境关系的标定实验确定。

[0014]进一步地，电压值原始数据与温湿度环境关系的标定实验包括：在不同的温湿度环境下采集方向盘中电容式传感器的电压值，并将采集到的电压值原始数据分别与对应的
温湿度值进行对比，得到电压值原始数据与温湿度环境关系。

[0015]进一步地，电压值原始数据与温湿度环境关系是Y＝(ar+b)*X；
[0016]其中，Y为补偿后的数据，X为电压值原始数据，a和b为常量、r为温湿度补偿系数。

[0017]进一步地，所述数据处理模块还包括存储模块，所述存储模块将所述数据采集模块采集到的数据进行存储，所述数据处理模块计算所存储的数据的平均值以及所述温湿度补偿模块的补偿处理，与预设的触摸阈值进行比对输出触摸识别信号。

[0018]进一步地，所述存储模块将所述数据采集模块采集到的数据放大调整数据后进行存储。

[0019]进一步地，所述存储模块的存储空间存满后，再计算所存储的数据的平均值。

[0020]进一步地，所述存储模块的存储空间存满后，依次覆盖存储模块中前面的数据。

[0021]本发明的一种基于电容式的方向盘触摸识别方法及系统，其有益效果在于：[0022]1、充分利用电容的基本特性，当人手触摸方向盘，电容式传感器上下两级距离变化，接触面积变化，导致电压变化。

通过采集方向盘电容式传感器上的电压值，从而识别方向盘是否被触摸。

并且只需要控制器主MCU芯片采集处理数据，成本较低。

[0023]2、系统启动时，控制器在固定的时间内采集多组来自方向盘电容式传感器上的原始数据，保证原始数据的一致性。

对原始数据进行自学习，修匀或平滑，使得原始数据的上下波动被削弱了，过滤因外界干扰等因素导致的原始数据偏大或偏小，采集的原始数据越多，自学习效果越强。

[0024]3、对多组原始数据放大处理，提高数据分辨率，然后对放大的原始数据求平均，以消除由于外界环境的干扰导致的某些数据偏大偏小，得到处理后的中间数据，防止数据的突变，保证数据的稳定性，准确度高，使得方向盘不会被误触发(错误识别)，满足功能安全的要求。

[0025]4、考虑温湿度对方向盘带来的影响，在不同的温湿度环境下，对采集的原始数据做对比，得到一个系数r，该系数会随着不同温湿度环境下调整，通过系数的调整对中间数据进行温湿度补偿处理。

例如如果温湿度太高，r会调整为一个负数，得到的最终原始数据会比采集的原始数据低，即过滤掉温湿度过高对采集数据的影响，满足不同温湿度场景下对数据的影响，保证数据的稳定性，得到最优值。

附图说明
[0026]为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

[0027]图1为本发明实施例中方向盘触摸识别方法示意图；
[0028]图2为本发明实施例中消除温湿度环境干扰的补偿标定实验示意图；
[0029]图3为本发明实施例中方向盘结构示意图；
[0030]图4为本发明实施例中方向盘触摸识别系统示意图；
[0031]图5为本发明实施例中方向盘无触摸值变化电压值示意图；
[0032]图6为本发明实施例中方向盘有触摸值变化电压值示意图。

具体实施方式
[0033]下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

[0034]以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。

显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。

本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。

需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

[0035]要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。

应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。

基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。

举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。

另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

[0036]还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

[0037]另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。

然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

[0038]如图1‑2所示，本公开实施例提供一种基于电容式的方向盘触摸识别方法，包括：[0039]周期性采集方向盘中电容式传感器的电压值，并存储；
[0040]当存储空间满后，对所有电压数据先进行放大处理，再求取平均值，并对该平均值进行消除温湿度环境干扰的补偿处理；
[0041]系统正常上电后，周期性采集方向盘中电容式传感器层的电压值，将采集的数据放大调整之后进行存储，当存储空间满后，之后采集的数据将存储空间中已有数据依次覆盖。

[0042]将补偿处理后的数据与控制器中预设的触摸阈值进行对比，若补偿处理后的数据大于触摸阈值，则输出触摸信号，若否，则输出无触摸信号。

[0043]其中，消除温湿度环境干扰的补偿标定实验包括：在不同的温湿度环境下采集方向盘中电容式传感器的电压值，并将采集到的电压值原始数据分别与对应的温湿度值进行对比，根据电压值原始数据与温湿度环境关系，获得：Y＝(ar+b)*X；其中，Y为补偿后的数据，X为电压值原始数据，a和b为常量、r为温湿度补偿系数。

[0044]本发明上述实施方式中，充分利用电容的基本特性，当人手触摸方向盘，电容式传感器上下两级距离变化，接触面积变化，导致电压变化。

通过采集方向盘电容式传感器上的电压值，从而识别方向盘是否被触摸。

系统启动时，控制器在固定的时间内采集多组来自方向盘电容式传感器上的原始数据，保证原始数据的一致性。

对多组原始数据放大处理，提高
数据分辨率，然后对放大的原始数据求平均，以消除由于外界环境的干扰导致的某些数据偏大偏小。

得到处理后的中间数据。

对中间数据进行温湿度补偿处理，满足不同温湿度场景下对数据的影响，保证数据的稳定性，得到最优值。

[0045]本发明还提供一种基于电容式的方向盘触摸识别系统，包括设置在方向盘中的电容式传感器和控制单元，所述控制单元包括数据采集模块和数据处理模块，所述数据采集模块采集方向盘中电容式传感器的电压值并输出至所述数据处理模块，所述数据处理模块将接收到的电压值数据进行处理后输出触摸识别信号，还包括供电系统，所述供电系统与所述控制单元连接。

所述数据处理模块包括温湿度补偿模块，所述温湿度补偿模块将接收到的电压值数据进行消除温湿度环境干扰的补偿处理，所述数据处理模块根据补偿后的数据输出触摸识别信号。

所述温湿度补偿模块对数据的补偿处理是根据的电压值原始数据与温湿度环境关系的标定实验确定。

电压值原始数据与温湿度环境关系的标定实验包括：在不同的温湿度环境下采集方向盘中电容式传感器的电压值，并将采集到的电压值原始数据分别与对应的温湿度值进行对比，得到电压值原始数据与温湿度环境关系。

[0046]具体地，电压值原始数据与温湿度环境关系是Y＝(ar+b)*X；
[0047]其中，Y为补偿后的数据，X为电压值原始数据，a和b为常量、r为温湿度补偿系数。

[0048]在一种优选的实施方式中，所述数据处理模块还包括存储模块，所述储存模块将所述数据采集模块采集到的数据进行存储，所述数据处理模块计算所存储的数据的平均值以及所述温湿度补偿模块的补偿处理，与预设的触摸阈值进行比对输出触摸识别信号。

[0049]参考附图3，在一种优选的实施方式中，所述方向盘从内至外依次包括铁圈层1、泡沫层2、屏蔽层3、电容式传感器层4和皮革层5。

电容式传感器层4和屏蔽层3之间组成了类似于电容的结构，屏蔽层3主要屏蔽外界的干扰，控制单元主要采集传感器层上电压的值。

[0050]另外，为了更大降低成本，外界环境的温湿度值，可以通过LIN总线上的其他控制器获得，如图4所示。

[0051]本发明的工作原理为：
[0052]1、系统上电正常工作后，控制单元中的数据采集模块周期性采集方向盘中传感器层的电压值，数据处理模块将采集的数据放大调整之后存储在缓存器中，当缓存器数据存满之后，之后采集的数据依次覆盖缓存器中前面数据。

[0053]2、对缓存器中的所有数据求平均，将平均后得到的数据，发送至温湿度补偿模块，消除温湿度环境的干扰，考虑两种情况：一是如果外界的温湿度比较大，此时控制器采集的数据会变的比较大，温湿度补偿系数r会调整为一个负数，降低采集的原始数据，求得最后的补偿数据。

二是如果外界的温湿度比较低，数据采集模块采集的数据比较小，温湿度补偿系数r会调整为一个正数，提高采集的原始数据值，求得最后的补偿数据。

[0054]3、最后将补偿后的数据通过与存储在数据处理模块中触摸阈值进行对比判断是否为触摸或者无触摸：
[0055]一是如果最后的补偿数据小于或等于触摸阈值，则为无触摸。

[0056]二是如果最后的补偿数据大于触摸阈值，则视为触摸。

[0057]方向盘的状态分为两种：
[0058]一是当人手没有触摸方向盘的时候，传感器层上的电压值没有发生太大的波动，通过数据采集模块采集数据比较稳定，最后得到的补偿数据也比较稳定，如图5所示，最后
通过判断为无触摸。

[0059]二是当人手开始触摸方向盘的时候，传感器层上的电压值开始发生变化，通过数据采集模块采集的数据值由小快速变大，当人手完全接触方向盘，数据采集模块采集的数据升大到一定程度后，也慢慢稳定，见图6所示，消除温湿度影响后，通过对比补偿后的数据，判断为触摸。

[0060]以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。

因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

图1
图2
图3
图4
图5
图6。