本發(fā)明涉及允許檢測在機動車輛方向盤附近存在一個或多個手指和/或（一個或多個）手的系統(tǒng)和方法。

更確切地，涉及車輛駕駛員以多大程度上主動和有力的方式握住方向盤的方式，這個信息被傳輸?shù)今{駛員警示監(jiān)控系統(tǒng)和/或駕駛輔助系統(tǒng)，甚至自動駕駛系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

已知測量由駕駛員的手在方向盤上所施加的力偶，例如在電動輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中。

從文獻us2014054880a1中還已知在車輛方向盤輪緣內(nèi)部布置多個傳感器，以便檢測駕駛員的手指和手所施加的強大壓力，例如以便控制氣囊保護系統(tǒng)。

但是，已知的這些系統(tǒng)無法明確地知道主動接觸在方向盤上的手指的數(shù)量；已知的這些系統(tǒng)也無法檢測駕駛員的手是否未接觸方向盤（未握住方向盤）。檢測施加于方向盤上的力偶的系統(tǒng)不能區(qū)分力偶是由手還是身體的其它部位（例如膝蓋）所施加的，也不能區(qū)分手是否僅擱在方向盤上而并沒有施力。

因此需要提出一種改良的方案以允許產(chǎn)生更精細且更明確的信息，以便提供給第三方用戶系統(tǒng)，例如駕駛員警示監(jiān)控系統(tǒng)和/或輔助駕駛系統(tǒng)，甚至自動駕駛系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，提出一種用于檢測駕駛員的至少一只手存在于機動車輛的駕駛方向盤的輪緣附近或者與所述輪緣接觸的檢測方法，所述方向盤連接至所述機動車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)并且包括多個光學(xué)傳感器，所述光學(xué)傳感器布置在所述方向盤的輪緣上并且配有紅外發(fā)射二極管和接收光電二極管，所述方法包括下列步驟：

a）掃描所述光學(xué)傳感器，

a1）獲知在自然照明下、所述發(fā)射二極管尚未激活時由所述接收二極管所接收到的光強度，

a2）獲知在人工照明下、即所述發(fā)射二極管已經(jīng)激活時由所述接收二極管所接收到的光強度，

b）據(jù)此推算在所述方向盤的輪緣附近或者與所述輪緣接觸的手指的數(shù)量，其中包括“零手指”的狀況，

c）重復(fù)步驟a）和b），或a）、a1）、a2）和b），

d）實時并且持續(xù)地向第三方系統(tǒng)提供綜合信息（手的數(shù)量，手指的數(shù)量）。

這樣允許無論照明條件如何、尤其是在有陽光的情況下，能增加檢測的可靠性。

根據(jù)一個實施例，多個光學(xué)傳感器由在紅外范圍內(nèi)、優(yōu)選地在大約900nm的波長范圍內(nèi)工作的一系列光學(xué)傳感器構(gòu)成，可選地由紅外發(fā)射二極管和接收光電二極管交替地構(gòu)成。

有利地，綜合信息（手的數(shù)量，手指的數(shù)量）被提供至車輛的輔助駕駛系統(tǒng)或警示監(jiān)控系統(tǒng)。因此，可以向輔助駕駛系統(tǒng)或駕駛員警示監(jiān)控系統(tǒng)提供精確的信息。

此外，該方法可以有利地包括下列功能：e）識別即使在方向盤轉(zhuǎn)動時也一直被遮蔽的位置，由此推斷一元件被持久地安置在一個或多個特定的傳感器上，并且禁止考慮在這個（這些）特定的傳感器上的信息；這樣允許避免將物體或條帶緊固在方向盤輪緣上的可能的情形；因此，實際上，用戶無法通過持久地遮蔽一個或多個傳感器來欺騙警示監(jiān)控系統(tǒng)；此功能還能考慮到緊固在方向盤輪緣上的附件的存在。

此外，本發(fā)明還涉及一種用于機動車輛的系統(tǒng)，其包括連接至車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方向盤，所述方向盤包括多個光學(xué)傳感器，所述光學(xué)傳感器布置在所述方向盤的輪緣上并且配置成用于檢測駕駛員的至少一只手的至少一個手指存在于所述方向盤的輪緣附近或者與所述輪緣接觸，借助于此，所述系統(tǒng)能精確地確定在所述方向盤的輪緣附近或者與所述輪緣接觸的手指的數(shù)量及其在所述輪緣處的相應(yīng)位置。

有利地，此類檢測系統(tǒng)還可以確定駕駛員的手均未抓住方向盤輪緣并且手指均未緊挨著輪緣的情況，即駕駛員未抓握方向盤、甚至駕駛員的手指離方向盤輪緣還有很大距離的情況。

通過此類裝置，可以向第三方系統(tǒng)提供手指數(shù)量信息，例如警示檢測系統(tǒng)和/或輔助駕駛系統(tǒng)，甚至自動駕駛系統(tǒng)，例如越線主動警告器，交通擁擠時的車道自動跟隨系統(tǒng)。

在本發(fā)明的不同實施例中，還可以可選地使用下列一種和/或其它布置。

光學(xué)傳感器優(yōu)選地用于獲知在離方向盤輪緣至少2cm距離的范圍內(nèi)物體；由此確定手指在方向盤輪緣附近但是并未有力接觸的情況，這樣允許更好地向用戶系統(tǒng)通知駕駛員的狀況，甚至駕駛員的意圖。

光學(xué)傳感器優(yōu)選地沿著周向方向相互隔開至多15mm。因此，容易辨別所獲知的物體，并且這樣允許可靠地檢測單根手指在輪緣上或者位于輪緣附近，并且確定這根手指（或多根手指）相對于方向盤輪緣的位置。

光學(xué)傳感器一個接一個地布置在輪緣上，以對稱方式相對于方向盤的頂點分布在至少200°、甚至至少260°上。由此，檢測區(qū)域?qū)τ谕ǔ５牟煌瑯?gòu)型的方向盤抓握而言是足夠?qū)拸V的。

光學(xué)傳感器布置在輪緣的與駕駛員相反的一側(cè)上；這樣的位置已證明是最優(yōu)的以用于檢測用手指抓握方向盤的最常見并且最頻繁的情況；而且，有利地，從駕駛員或乘客的視點無法看到這些傳感器。

多個傳感器由在紅外范圍內(nèi)、優(yōu)選地在大約900nm的波長范圍內(nèi)工作的一系列光學(xué)傳感器構(gòu)成；因此可以利用成熟的、低成本的、能良好控制的且對于電磁干擾不敏感的技術(shù)。

紅外二極管的布置可以通過紅外發(fā)射二極管和接收光電二極管交替構(gòu)成。這樣允許對一方面的自然光線下和另一方面的人工光線即使用發(fā)射二極管實現(xiàn)的照明下的情況進行比較分析。

該系統(tǒng)還可以包括控制單元，該控制單元連接至傳感器并且配置來管理傳感器提供的檢測信息，并且將關(guān)于接觸方向盤輪緣的手指和手的數(shù)量的高級別信息傳遞到另外的系統(tǒng)。這樣允許有效地通知一個或多個駕駛輔助系統(tǒng)。

附圖說明

通過閱讀下面對于本發(fā)明的以非限制性示例的方式給出的實施例之一的說明，將明白本發(fā)明的其它方面、目標和優(yōu)點。參照附圖能更好地理解本發(fā)明，其中：

-圖1示出了包括根據(jù)本發(fā)明的檢測系統(tǒng)的車輛方向盤的總體示意圖；

-圖2a和圖2b示出了兩種駕駛配置，分別是主動抓握方向盤和未抓握方向盤的情況；

-圖3示出了圖1所示的系統(tǒng)的方向盤輪緣的剖視圖；

-圖4示出了圖1所示的系統(tǒng)中所使用的光學(xué)傳感器的示例的細節(jié)圖；

-圖5示出了尤其包括傳感器的獲知裝置的功能圖；

-圖6示出了說明駕駛員的手的手指的檢測的時序圖；

-圖7示出了說明在自然照明和人工照明下的光學(xué)檢測的另外的時序圖。

具體實施方式

圖1示出了機動車輛的方向盤2的總體示意圖。該圖展示了車輛駕駛的方向盤，它通過軸線為x的轉(zhuǎn)向柱連接至車輛的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。方向盤2包括檢測裝置3，該檢測裝置3的主要用途是檢測駕駛員對于方向盤的抓握品質(zhì)，但是也可以檢測駕駛員未抓握方向盤。

方向盤2包括中間部分61，稱為輪轂，并且還包括輪緣25，在圖示的示例中該輪緣25通過三個分支連接至輪轂，但是分支的數(shù)量也可以是四個或甚至兩個，或者方向盤可以是單分支類型的方向盤。

檢測裝置3包括布置在方向盤2的輪緣25上的多個傳感器7。在圖2a中，可以看出，手4（左手4g，右手4d）以稱作“9h15”的抓握位置抓握方向盤2。當然，駕駛員通常也可以采用其它典型位置，例如“10h10”，即兩手不對稱的位置，以及單手位置。

駕駛員的手4的手指通過附圖標記5表示。在圖2b中，駕駛員抓握未方向盤2，該方法必須也能檢測出這種情況。

在圖3所示的示例中，方向盤2的輪緣25具有圓形或略微橢圓形的剖面，其中第一前表面2a朝向駕駛員，相反的表面2b取向成與駕駛員的視野相對，上表面2s在輪緣25的外部部分上，以及下表面2u在輪緣25的內(nèi)部部分上。輪緣25的此剖面的中間方向表示為xc，其平行于軸線x。

方向盤2的輪緣25包括框架63，該框架63通常是由金屬制成的，并且圍繞方向盤2的軸線x沿著圓cc延伸。另外，方向盤2的輪緣25包括由合成材料制成的內(nèi)襯64，如果需要，該內(nèi)襯64上可覆蓋織物或皮革，該內(nèi)襯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，以便供駕駛員的手的抓握。

在圖示的示例中，檢測傳感器7設(shè)置在輪緣25的與駕駛員可見的表面相反的一側(cè)2b上，這樣通常允許檢測手4的手指5的最后一個手指節(jié)（參照圖3）。傳感器7的此位置也是最適合的，以便車輛的乘客看不到這些傳感器7。

但是應(yīng)注意到，如果需要，也可以將傳感器安裝在外部的上表面2s、內(nèi)表面2u和/或前表面2a上。

優(yōu)選地，傳感器7一個接一個地布置成沿著周向方向cc。

有利地，傳感器分布在360°的角度扇區(qū)上，即，傳感器優(yōu)選地沿著周向方向cc覆蓋方向盤2的輪緣25的一整圈。

有利地，傳感器7的分布相對于方向盤2的頂點29是對稱的（當機動車輛直線行駛時）。

應(yīng)注意到，不排除傳感器7覆蓋的扇區(qū)小于360°，例如大約260°，或者甚至例如大約200°，使得與駕駛員統(tǒng)計人群中的常規(guī)抓握扇區(qū)重合。

根據(jù)有利的選擇，傳感器7沿著周向方向cc相互隔開至多15mm的距離e（參照圖4）。這樣允許提供足夠的精確性，以便能區(qū)分檢測到的可能的不同物體，其中包括單個手指5存在于方向盤2的輪緣25上。如上所述，可以在給定的徑向位置xc上有單個傳感器7（參照圖3），或者多個傳感器分布在給定的徑向位置xc上（在表面2a、2s、2b上）。

根據(jù)傳感器的技術(shù)選擇，檢測區(qū)域（換言之傳感器的作用半徑）可以是更大或更小的；圖4中展示了對于光學(xué)傳感器的典型覆蓋區(qū)域7a。

在示出的示例中，檢測傳感器是光電二極管類型的光學(xué)傳感器；充當光導(dǎo)和封閉零件的零件70設(shè)置在這些二極管本身以及輪緣25的外壁65之間。光學(xué)封閉零件70的形狀是環(huán)形條帶，它覆蓋設(shè)置有光學(xué)傳感器的整個表面。光學(xué)封閉零件70可以有利地形成為“著色鏡片”以限制可見光范圍內(nèi)的輻射朝向傳感器7的穿透，尤其是如下所述在紅外范圍內(nèi)進行工作的情況下。可選地，還可以在每個光電二極管的正前方放置無源濾波器，其以工作波長為中心。此類濾波允許去除無用的光譜部分并且改良檢測的靈敏度。

優(yōu)選地，沿著周向方向cc交替設(shè)置紅外發(fā)射二極管tx（7t）和接收光電二極管rx（7r）。根據(jù)這種布置，當發(fā)射二極管7t之一被激活時，則特別地關(guān)注鄰近的兩個接收二極管7r上的光接收水平。

根據(jù)未示出的變型，每個光學(xué)傳感器7由一對集成的二極管（紅外發(fā)射二極管-接收光電二極管）構(gòu)成。

根據(jù)還未示出的變型，每個紅外發(fā)射二極管tx被兩個接收光電二極管包圍，這兩個接收光電二極管沿著徑向方向（垂直于包含圓cc的平面）位于紅外發(fā)射二極管兩側(cè)。

但是，事實證明，沿著周向方向cc交替設(shè)置紅外發(fā)射二極管tx（7t）和接收光電二極管rx（7r），結(jié)合傳感器7的順序掃描方法，證明是尤其優(yōu)選的，因為一個光電二極管與其相鄰的兩個發(fā)射二極管中的每個成對地循序地被使用。

工作波長范圍優(yōu)選地大約是900nm，優(yōu)選地在850nm到940nm之間，但是不排除較低值（750-850nm）。

光學(xué)傳感器7的作用半徑7a允許檢測離輪緣25在2cm距離u的范圍內(nèi)的物體（且尤其是手指5），這個距離例如是從方向盤2的輪緣25的后表面開始所測量的。因此，可以檢測并定位距離輪緣25幾毫米但是不接觸該輪緣25的手指5（圖4，附圖標記5’）。

如圖5所示，除了上述傳感器7之外，檢測系統(tǒng)3還包括電子處理單元8，其配置來管理來自傳感器7的檢測信息。具體地，處理單元8可以在所有二極管上執(zhí)行反復(fù)掃描；其中包括激活一個發(fā)射二極管7t并且同時測量鄰近的兩個接收二極管7r上的光接收水平。

特別地，處理單元8識別哪個傳感器7（多個傳感器之中）檢測到物體（被手指5全部或部分地遮蔽），并且根據(jù)傳感器7的地理位置，推斷在輪緣25的周向上所檢測到的手指5的位置，例如采用相對于方向盤2的頂點29的角偏移的形式表達。

電子處理單元8適于向另一個第三方用戶系統(tǒng)68（例如是警示檢測系統(tǒng)）和/或“autodrive”系統(tǒng)（即輔助駕駛系統(tǒng)，甚至自動駕駛系統(tǒng)）傳遞關(guān)于接觸方向盤2的輪緣25的手指5和手4的數(shù)量的高水平信息。

當電子處理單元8和第三方用戶系統(tǒng)68之間的連接是有線的時，它會通過旋轉(zhuǎn)接觸器66。

以可選的方式，可以設(shè)想，在未請求使用紅外發(fā)射器7t執(zhí)行檢測的時期，利用紅外發(fā)射器7t（其存在用于檢測功能）通過紅外傳輸從方向盤2向不旋轉(zhuǎn)的元件傳輸信息；在這種情況下，不需要通過旋轉(zhuǎn)接觸器。

圖6的左側(cè)部分在頂部示出了從所存在的所有傳感器（一般數(shù)量是至少二十個，甚至三十個）當中的一定數(shù)量的傳感器71-73和76-79所發(fā)出的信號。圖6的底部的時序圖示出了方向盤2相對于直線駕駛位置的角度（“方向盤teta”）。

在標為91的第一時期中，駕駛員以直線進行駕駛（“方向盤teta”接近零）；標為77的傳感器一直檢測手指5（例如擱在方向盤2上的手4的手指5）的存在，并且標為71、76的傳感器不時地檢測手指5（可以是移動的另一只手4的手指5，或者是駕駛員有規(guī)律地移動的手指5）。

在標為92的時期中，駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤2以便進行轉(zhuǎn)彎；由于他在方向盤2上移動他的手4，一些傳感器7在操控期間被激活；通常，在這個階段，一般傳感器7均未被手指5持久激活。實際上，當駕駛員在方向盤2上移動他的手4時，在傳感器7上發(fā)生多次狀態(tài)的變化。

在標為93的時期，駕駛員將方向盤2打正以便回到直線上；此處同樣地，駕駛員在方向盤2上移動他的手4，或者通過在朝向直線的方向上的自然恢復(fù)，使方向盤2滑動。此處同樣地，傳感器7上自然有多次狀態(tài)的變化。

在標為94的時期，同樣發(fā)現(xiàn)與第一時期91相似的駕駛情況，傳感器信號上的變化很小。

因此，根據(jù)本發(fā)明的方法可以通過如下一系列步驟構(gòu)成：

a）掃描光學(xué)傳感器7，

b）據(jù)此推算與方向盤2的輪緣25接觸或者在其附近的手指5的數(shù)量，其中包括“零手指”的狀況，

c）重復(fù)步驟a）和b），

d）實時并且持續(xù)地向車輛的控制或監(jiān)控系統(tǒng)提供綜合信息（手4的數(shù)量，手指5的數(shù)量）。

首先，綜合信息可以包括檢測系統(tǒng)所檢測到的手指5的數(shù)量。

然后，電子處理單元8配置成根據(jù)檢測到的位置間距來計算手指5是屬于單只手4，還是屬于兩只不同的手4g、4d。因此，除了所檢測到的手指5的數(shù)量之外，綜合信息還可以包括接觸方向盤2的輪緣25或者在其附近的手4的數(shù)量，以及對于每只手4的手指5的數(shù)量，以及所檢測到的每個手指5相對于方向盤2的頂點29的角位置。

手指5的數(shù)量和手4的數(shù)量可以是零值，這表明駕駛員未抓握方向盤2。綜合信息實時刷新，并且對于所檢測到的每個手指5還可包括該手指與輪緣25分隔開的距離（接觸時距離等于零，以及如果手指就在附近，則距離不是零）。綜合信息的此類精細度允許準確且有效地向輔助駕駛系統(tǒng)提供信息。

根據(jù)圖7示出的一個有利的方面，設(shè)想光學(xué)傳感器7能檢測在自然照明下（即發(fā)射二極管tx，7t未激活時）由接收二極管rx，7r接收到的光強度（步驟a1），標為11），以及此外，在第二時間，進行照明，且然后獲得在人工照明下（即在發(fā)射二極管tx，7t激活時）由接收二極管rx，7r接收到的光強度（步驟a2），標為12）。當然該檢測可以優(yōu)選地是脈沖式的，即檢測瞬間通過標為19的靜止時間隔開，這樣能使耗電量最小化，并且對于來自外界的光線變化（例如陽光與路邊樹木的交織，或者某些城市霓虹燈的照明）不那么敏感。

在圖7中應(yīng)注意到，接收二極管rx，7r和發(fā)射二極管tx，7t發(fā)出的信號分別標為rx和tx。

更確切地，以及結(jié)合圖4，當發(fā)射二極管tx靜止時，測量由光電二極管rx所接收到的光量；如果一個或多個光電二極管rx接收到的光量明顯少于其它的光電二極管，則這表明手指5”存在于方向盤2的輪緣25附近（實際上，手指5”相對于自然環(huán)境照明形成陰影9）。當手指5”完全遮蔽傳感器7時，所接收的光強度基本是零。另一方面，大多數(shù)傳感器7接收到的是車廂這個部分中的環(huán)境光水平，這樣允許確定用作參考的感知平均光水平。

在人工照明階段，測量發(fā)射二極管tx提供的在駕駛員的手指5’上反射的紅外照明9t的反射所提供的補充光9r。通過分析補充光量允許評估手指5’相對于方向盤2的輪緣25的外表面65的距離。因此評估相對于輪緣25的表面的直到u=20mm的距離。

為了考慮夜間駕駛狀況（車廂照明很弱），則可以例如在儀表板上設(shè)置紅外的或更長的一般環(huán)境照明源，以取代白天的自然光照明。

應(yīng)注意到，在簡化版本中，輪緣25中的傳感器7可以僅是一些光電二極管，其負責測量一個或多個手指5相對于自然光照明或人工照明（位于例如儀表板中）所具有的陰影9。

根據(jù)有利的可選的功能，電子處理單元8配置成用于檢測在一個（或多個鄰接的）傳感器7上持久存在的物體；這個物體可能是緊固在方向盤2的輪緣25上的附件（例如衛(wèi)星控件），但是這個物體（例如膠帶）也可能是用戶為了試圖欺騙警示監(jiān)控系統(tǒng)而放置的。

如果圖6右側(cè)部分中通過附圖標記7w示出的傳感器即使在明顯地轉(zhuǎn)動方向盤2（例如大于半圈）時也持續(xù)地檢測到某個東西，則這表明它不是駕駛員的手指5，而是緊固在方向盤2的輪緣25上的物體。于是，電子處理單元8將排除這個（或這些）傳感器7不予考慮，例如直到能夠再次在這個傳感器7上標注狀態(tài)變化時為止；換言之，被持久遮蔽的傳感器7被禁止，尤其是它向第三方監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生綜合信息的功能被禁止。實際上，被禁止的傳感器7不再能反映駕駛員對方向盤2的抓握品質(zhì)。