电容式传感方向盘离手检测(HoD)令驾驶更安全

万物互联的程度正在不断地提升和完善中，汽车更是如此，更加安全、舒适、环保以及智能的交通出行是我们共同的愿景。未来对于自动驾驶技术和汽车电动化的需求将日益增加，汽车的智能化升级首先要基于对车内和车外状态进行检测。

离手检测是实现ADAS和自动驾驶的关键要素

为了有效地提高驾驶安全性，方向盘离手检测（HoD）已在许多高级驾驶辅助系统（ADAS）中得到了应用，这也是L1-L4级自动驾驶系统的要求。根据联合国79号条例规定,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,欧盟也对2021年4月1日起生产的新车采纳了该条例。

从低自动化到半自动化再到全自动化，不同等级的自动驾驶系统对于手握方向盘状态的要求是不同的。系统会对不同的手势和抓握姿势进行判定，随后输出一个提醒信号给到驾驶员。例如在L3等级以后，我们要求系统能在驾驶员手握方向盘时能够识别和判定目前是在进行主动驾驶还是自动驾驶。

 图片来源：艾迈斯半导体

驾驶员在驾驶过程中，会由于突发情况或者习惯原因导致双手离开方向盘，无论在低速还是高速行驶中，这都是一个非常危险的行为。方向盘离手检测，即通过检测驾驶员的手是否离开方向盘进行提醒警示，从而在辅助驾驶系统中保障行车安全。当前有多种实现HoD的方式，例如电容感应、图像识别、压力感应等。汽车厂家在设计这方面的功能时，也会综合考虑到可靠性、安全性、成本和植入该功能的便利程度等因素。

图片来源：艾迈斯半导体

离手检测的测量方式

目前主流的离手检测方式可分为扭矩测量、光学测量和电容测量这三种类型。

其中，电容测量在测量精度、可靠性、成本控制等方面均实现了不错的效果，相较其他两种测量方案具有比较明显的优势。

1．复用扭矩测量来实现HoD功能是通过测量驾驶员作用在方向盘上的力矩大小和方向的方式来进行判定。它的成本较低但是测量的必要条件是要转动方向盘，并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状态，例如是紧握还是虚接触也难以得到辨认。

3．电容式传感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，并且可以复用方向盘的导电织布省去传感设备的金属导线从而进一步地削减成本。

在下图所示的应用实例中，可以看到电容传感方案的电路结构比较简单，传感芯片的导线与方向盘的导电织布相连，从而令手部只需要和方向盘的外表皮有所接触就可以实现电容式传感。这样的设计方式也是方向盘厂商植入HoD功能的一个发展趋势。
 

图片来源：艾迈斯半导体

艾迈斯半导体推出AS8579电容式传感芯片

在传感器领域，艾迈斯半导体具有行业领先的技术优势和多样化的解决方案，也有多种类型的先进传感器应用在汽车中。在离手检测应用中，艾迈斯半导体推出一款电容式传感器AS8579，可以实现高精准度、高可靠的测量并且适用于多种环境条件。

性能特点

AS8579电容传感器是一个标准的SPI平台，可以实现I&Q测量和数据分离，具有14-bit分辨率，可编辑多个测量频率以避免测量时受到车内其它频率波的干扰。它拥有10个独立的测量通道，方便设计时在方向盘上进行多个位置分区，也可为方案提供冗余的通道选择。同时它的安全等级也通过了ISO26262认证。

该款芯片的特点还在于它在测量手握方向盘的电容值同时，还会测量人体对地的电阻值，这样设计的优点在于当电容测量出现较大偏差的情况下，例如空气潮湿，手部潮湿，座位上有水等，加入对阻值的测量可以对最终的结果进行修正，以保证在多种环境条件下测量的准确性。

技术细节

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。

基于I&Q测量方案的优点在于它可以不受佩戴手套或者湿手等情况对于测量的影响。并且可以准确地测量不同的抓握姿势和其他材料接触方向盘所产生的电容值，实现防骗功能。由于本款芯片的测量方式是测量相对值，也可便于系统在计算时不受寄生阻抗的影响。

应用领域

除了驾驶员离手检测，该款芯片还可以应用于燃油液位传感、占座传感、后备箱自动打开和车内电容控制开关例如空调、收音机、导航等。

图片来源：艾迈斯半导体

在未来，汽车对于人们的作用，将不仅仅局限在交通工具上，而会带来更多多元化的功能和体验。但无论在哪个时代，安全可靠是其承载的不变的内核，而且会随着科技的发展不断完善和进步。我们也期望更多诸如离手检测的技术可以应用于汽车的辅助驾驶系统，令我们的行驶更加安全和便捷。