技术领域
[0001] 本
发明涉及汽车领域，具体的说涉及一种智能汽车方向盘。
背景技术
[0002] 随着汽车行业的不断发展，汽车已经成为人们日常生活不可或缺的重要交通工具。而随着汽车的普及，人们对汽车性能的要求也越来越高，在获得良好动
力性和经济性的同时，还要求具备功能集成化程度高，操作方便快捷的新型多功能汽车方向盘。在现实生活中，汽车的部分控制装置的执行元件为杆系结构，其结构复杂，并且，
外壳结构因为要根据手形制作以满足舒适性，所以外壳制造工艺繁琐，加工成本和模具成本比较高；另一方面在突发状况或心不在焉时很容易误操作。如果将这些杆系控制装置与方向盘做成一个整体，并设有提醒装置和防误操作装置，将有助于改善控制的准确性，及时性和快捷性，同时大大提高了方向盘的功能效率。此外，这些杆系控制装置不仅要在经常受到不同
频率和大小的力的使用下能保持好原来的形状，同时，还要根据人体的手形制作在一定限度内保证舒服程度，也要具有一定的强度和弹性，防止结构破坏，影响指令的准确性和及时性。最重要的一点，随着汽车的大量增加，每年都会有成千上万的交通事故发生，而这些交通事故中有很大一部分来源于驾驶员的疲劳驾驶与醉酒驾驶，如果将方向盘的盘缘内部做成微元胞结构，通过检测微元胞的结构形变来反馈
信号，判断并提醒驾驶员的行驶状态，将会有效避免这类交通事故的发生，保护驾驶员与行人的安全。
发明内容
[0003] 为了解决上述技术问题，本发明提出的一种智能汽车方向盘，该方向盘在获得执行可靠性和准确性的同时，且操作快捷简单，利用提醒装置与防误操作装置，让驾驶员可以安全驾驶；同时为了满足
外圈骨架的强度、
刚度要求，保证良好的握感，同时便于检测疲劳驾驶，该方向盘的盘缘内部做成微元胞填充结构。
[0004] 本发明的目的是这样实现的，该型智能汽车方向盘包括构成方向盘本体的金属骨架、微元胞填充层和外表面蒙皮，酒精气体
传感器，
电阻应变片，
转向轴连接配合杆，安全气囊，左侧多功能
开关，右侧多功能开关，
辐条多功能开关，
控制器，状态提示灯和
线束若干；所述微元胞填充层设置在方向盘本体内部，微元胞填充层由呈
密度梯度分布的一系列微元胞排列构成，所述微元胞为负泊松比微元胞；所述酒精
气体传感器，电阻应变片和控制器设置在方向盘本体中的微元胞填充层内部，左侧多功能开关和右侧多功能开关套装在方向盘本体的左右两侧，辐条多功能开关设置在方向盘本体辐条的上面，状态提示灯设置在方向盘本体的外表面。
[0005] 所述控制器包括：
[0006] 用于处理各模
块之间的关系并向各模块发出相应指令的MCU
微控制器；
[0007] 用于采集开关信号的开关信号采集模块；
[0008] 用于供电的电源模块；
[0009] 用于驱动点亮OLED小灯的O
LED灯驱动模块；
[0010] 用于连接汽车蓝牙装置并收发信号的蓝牙模块；
[0011] 用于检测驾驶员酒驾情况的酒精传感器模块、
[0012] 用于检测驾驶员疲劳驾驶情况的电阻应变片处理模块，
[0013] 用于采集
模拟信号的模拟信号采集模块，
[0014] 本发明具有以下优点和积极效果：
[0015] 1.本发明通过设计一种新型的具有微元胞密度梯度分布的智能方向盘，具有较高的强度和刚度，一方面可以在不同大小和频率的力下很好地保持方向盘本体形状，另一方面可以保证良好的触感。
[0016] 2.本发明通过检测微元胞的结构形变来反馈信号，判断并提醒驾驶员的行驶状态，当驾驶员疲劳驾驶时，施加给方向盘的力的大小和形式将会产生大致五种变化，即
应力过大，应力过小，单手离开，双手离开，应变区域过多，其中单手离开和双手离开由布置在车上的
位置传感器检测，应变区域过多是指两只手臂压在方向盘上，具体表现为受力的应变片增多，应力过大是指一只手臂横放在方向盘上，具体表现为受力的应变片应变增大，应力过小是指双手仍正常握着方向盘，但是由于疲劳，握力小于限定值，具体表现为应变片应变减小。这五种情况都会触发警报，即车里的喇叭响，提醒驾驶员要做适当休息。当驾驶员醉酒驾驶时，酒精气体传感器经过吸收驾驶员呼出的气体，由酒精传感器模块进行处理检测酒精浓度，再由MCU判断是否属于酒驾范围，进而通过蓝牙通道传至ECU和BCM发出相应动作，若汽车未启动，则不让汽车启动，若
发动机启动了但是没有车速，则不让其驱动，若发动机启动了而且有车速，则限速，打双闪。
[0017] 3.本发明所述的智能方向盘多功能开关装置的滚轮结构，可以通过滚轮的左右滑动，实现档位的转换，同时有文字和图像对档位信息进行补充说明，并且设有状态提示灯，用来显示和提醒各档位的工作状态。
[0018] 4.本发明为了方便驾驶员对档位工作状态进行实时观察，设计了一种状态指示灯，其位于方向盘本体外表面，具体
定位在方向盘摆正位置时的上半圈，共十二个状态指示灯，对称分布于两侧，左侧状态指示依次为左
转向灯、右转向灯、
远光灯、
近光灯、
雾灯，前窗喷
水，右侧依次为，前窗雨刷，后窗喷水，
后窗雨刷，前窗预热，后窗预热，车窗升降，相应功能的指示灯上刻有表达该功能的文字或图像，状态指示灯的触发效果为当多功能开关模块旋转至相应命令档位时，状态指示灯进入闪烁状态，当功能已经执行时，状态指示灯进入常亮状态，并且由于前窗喷水，前窗雨刷，后窗喷水，后窗雨刷，前窗预热，后窗预热存在调节问题，所以其状态灯有渐变趋势，如预热
温度越高，其状态指示灯越红。
[0019] 5.本发明所述的智能方向盘多功能开关装置的实现效果由状态提示灯进行指示并提醒，而且设置有工作位置，便于防止误操作。
[0020] 6.本发明为了使滚轮的滚动流畅，滚动滚轮时手感良好，实时准确地进行档位转换，方向盘本体外边面蒙皮与档位按钮均采用塑料或
复合材料制成，中间滚轮是由
橡胶材料制成；本发明为了便于驾驶员观察与操作，在各档位上表面刻有相应的图像或文字，清晰易懂。
[0021] 7.本发明为了保证驾驶员的交通安全，设置了检测酒驾的酒精气体传感器和感受疲劳驾驶的电阻应变片。酒精气体传感器经过吸收驾驶员呼出的气体，由酒精传感器模块进行处理检测酒精浓度，再由MCU判断是否属于酒驾范围，进而通过蓝牙通道传至ECU和BCM发出相应动作，若汽车未启动，则不让汽车启动，若发动机启动了但是没有车速，则不让其驱动，若发动机启动了而且有车速，则限速，打双闪。电阻应变片则是通过巡检
电路的巡检，传至
信号处理电路处理，再由MCU做出疲劳判断，通过蓝牙通道传至BCM，利用喇叭对驾驶员进行提醒。
[0022] 8.本发明智能汽车方向盘可以实时显示当前汽车车灯，档位，雨刷，暖
风的工作状态，并且以文字或图像的形式直观表达，此外，设置工作位置、先旋后推或拉的操作方式以防误操作，并利用外表面蒙皮内部微结构的结构形变检测疲劳驾驶等不安全现象，同时该装置结构简单可靠，重量较轻，既具有舒服的触感，进一步推广其在用户中的应用。
附图说明：
[0023] 图1为本发明的正视图。
[0024] 图2为本发明图1的俯视图。
[0025] 图3为本发明图2的局部剖视图。
[0026] 图4为本发明的信号响应机制的
流程图。
[0027] 图5为本发明左转向灯档实现功能的流程图。
[0028] 图6为本发明右转向灯档实现功能的流程图。
[0029] 图7为本发明近光灯档实现功能的流程图。
[0030] 图8为本发明远光灯档实现功能的流程图。
[0031] 图9为本发明雾光档实现功能的流程图。
[0032] 图10为本发明组合档实现功能的流程图。
[0033] 图11为本发明车窗升降实现功能的流程图。
[0034] 图12为本发明车窗预热实现功能的流程图。
[0035] 图13为本发明雨刷和喷水实现功能的流程图。
[0036] 图14为本发明检测的不安全行驶项目。
[0037] 图15为本发明疲劳驾驶的检测方式。
[0038] 图16为本发明检测疲劳驾驶实现功能的流程图。
[0039] 图17为本发明检测醉酒驾驶实现功能的流程图。
[0040] 图18为本发明蓝牙模块实现功能的流程图。
[0041] 图19为本发明车载电话实现功能的流程图。
[0042] 图20为本发明音响调节实现功能的流程图。
具体实施方式
[0043] 为更好地理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明创造做进一步详细阐述。目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
[0044] 如图1-图3所示：一种智能汽车方向盘，该方向盘包括构成方向盘本体的金属骨架、微元胞填充层2、外表面蒙皮3，酒精气体传感器4，电阻应变片5，转向轴连接配合杆6，安全气囊7，左侧多功能开关8，右侧多功能开关9，辐条多功能开关，控制器11，状态提示灯12和线束若干，其中金属骨架与安全气囊7与当代汽车的安装位置一致，所述微元胞填充层2设置在方向盘本体内部，微元胞填充层2由呈密度梯度分布的一系列微元胞排列构成，所述微元胞为负泊松比微元胞。可有效抵抗由于触碰外力过大所引起方向盘的
变形，同时可通过检测微元胞的结构形变来反馈信号，判断并提醒驾驶员的行驶状态。
[0045] 所述酒精气体传感器4，电阻应变片5和控制器11设置在微元胞填充层2内部，左侧多功能开关8和右侧多功能开关9套装在方向盘本体的左右两侧，辐条多功能开关设置在辐条13上，状态提示灯12设置在方向盘本体的上表面，具体定位在方向盘摆正位置时的上半圈。
[0046] 如图4所示：是多功能开关的功能响应机制
框图，所述控制器11包括：
[0047] 用于处理各模块之间的关系并向各模块发出相应指令的MCU微控制器11-1；
[0048] 用于采集开关信号的开关信号采集模块11-2；
[0049] 用于供电的电源模块11-3；
[0050] 用于驱动点亮OLED小灯的OLED灯驱动模块11-4；
[0051] 用于连接汽车蓝牙装置并收发信号的蓝牙模块11-5；
[0052] 用于检测驾驶员酒驾情况的酒精传感器模块11-6、
[0053] 用于检测驾驶员疲劳驾驶情况电阻应变片处理模块11-7，
[0054] 模拟信号采集模块11-8，
[0055] 其中：开关信号采集模块11-2包括开关信号采集电路，电源模块11-3包括降压电路与稳压电路，稳压电路通过线束连接到汽车低压供电系统，LED灯驱动模块11-4包括OLED灯驱动电路，酒精传感器模块11-6包括供电电路和传感器信号处理电路，将处理过的信号传至MCU的AD
接口，电阻应变片处理模块11-7包括信号巡检电路和信号处理电路，巡检电路是巡检二十四个电阻应变片的，然后由信号处理电路处理，将处理过的信号传至MCU的AD接口，模拟信号采集模块11-8包括供电电路和信号滤波电路，将经过滤波的
电压值传至MCU的AD接口。
[0056] 多功能开关的功能响应机制是建立在控制器11中的蓝牙模块11-5与汽车上的蓝牙装置完成对接的前提下，由控制器11中的MCU11-1通过开关信号采集模块11-2、模拟信号采集模块11-8、电阻应变片处理模块11-7、酒精传感器模块11-6采集各信号的状态，经MCU11-1做出判断后，通过建立好的蓝牙通道，将指令发送到汽车上的BCM或ECU中，做出相应动作；一旦功能实现后，部分执行功能会立即通过蓝牙通信方式反馈回MCU控制器11-1一个信号，从而触发OLED灯驱动模块11-4进行相应的动作。
[0057] 所述酒精气体传感器4安装在方向盘摆正时方向盘中间轴线与盘缘的下方交点处，用于检测驾驶员酒驾；所述电阻应变片5布置于方向盘外表面圆周四个45°的方向上，沿盘缘共布置二十四个，每16mm布置一个，用于检测驾驶员疲劳驾驶。所述左侧多功能开关8的执行元件是一环形橡胶滚轮，其套装于方向盘本体左侧偏上部位，可360°旋转，其执行动作为先绕其自身轴线将相应功能键旋至工作位置，再向前推或者向后拉即触发功能，其上分布有三个档位，呈长方体状，其中转向灯挡位于档位结构正中间，处于工作位置，向上推为左转向灯挡，向下拉为右转向灯挡，往左滚动为近光远光档，向上推为近光挡，向下拉为远光挡，往右滚动依次为雾灯组合档，向上推为雾光挡，向下拉为组合档，表现为近光灯和雾灯同时亮。
[0058] 所述右侧多功能开关9的执行元件是一环形橡胶滚轮，其套装于方向盘本体右侧偏上部位，可360°旋转，其执行动作为先绕其自身轴线将相应功能键旋至工作位置，再向前推或者向后拉即触发功能，其上分布有三个档位，呈圆柱状，其中车窗升降挡位于档位结构正中间，处于工作位置，向上推为前面两个车窗升降，升降程度可旋转车窗挡控制，向下拉为后面两个车窗升降，升降程度可旋转车窗挡控制，往左滚动为喷水雨刷挡，向上推一下为给前窗喷水，再推一下为前窗雨刷摆动，向下拉一下为给后窗喷水，再拉一下为后窗雨刷摆动，喷水和雨刷摆动的速度均有旋转该档位控制，往右滚动为车窗预热挡，向上推为给前车窗预热，向下拉为给后车窗预热，预热的温度由旋转预热档控制。档位功能生效时间为1s，旋转范围为3/4圈，旋转信号由模拟信号采集电路采集，采集到的信号是0-5V，电压越高，则变化最大，如车窗控制时，5V时下降到底，0V至顶，呈线性变化。所述辐条多功能开关上设置有车载电话键10-1，音响调节功能键10-2。
[0059] 所述状态指示灯12位于方向盘本体外表面，具体定位在方向盘摆正位置时的上半圈，共十一个状态指示灯，对称分布于两侧，左侧状态指示依次为左转向灯12-1、右转向灯12-2、远光灯12-3、近光灯12-4、雾灯12-5，中间为前窗喷水12-6，右侧依次为前窗雨刷指示灯12-7，后窗喷水指示灯12-8，后窗雨刷指示灯12-9，前窗预热指示灯12-10，后窗预热指示灯12-11，车窗升降指示灯12-12相应功能的指示灯上刻有表达该功能的文字或图像，状态指示灯12的触发效果为当左侧多功能开关8和右侧多功能开关9旋转至相应命令档位时，状态指示灯进入闪烁状态，当功能已经执行时，状态指示灯进入常亮状态，并且由于前窗喷水，前窗雨刷，后窗喷水，后窗雨刷，前窗预热，后窗预热存在调节问题，所以其状态灯有渐变趋势，如预热温度越高，其状态指示灯越红。
[0060] 如图5所示：是左转向灯档实现功能的流程图。触发左转向灯挡，由控制器11中的MCU11-1通过开关信号采集模块11-2采集左转向灯挡打开信号，然后MCU11-1通过控制蓝牙模块11-5将信号传送到汽车上的蓝牙装置，通过汽车上的BCM进行实时处理，打开左转向灯，一旦打开左转向灯后，立刻将左转向灯已经打开的信号通过蓝牙通信方式反馈回MCU11-1进行处理，由控制器11中的OLED灯驱动模块11-4驱动OLED小灯进行响应，效果表现为左转向灯的状态提示灯发光，提醒左转向灯已经打开。
[0061] 如图6所示：为右转向灯档实现功能的流程图。触发右转向灯挡，由控制器11中的MCU11-1通过开关信号采集模块11-2采集右转向灯挡打开信号，然后MCU14通过控制蓝牙模块11-5将信号传送到汽车上的蓝牙装置，通过汽车上的BCM进行实时处理，打开右转向灯，一旦打开右转向灯后，立刻将右转向灯已经打开的信号通过蓝牙通信方式反馈回MCU11-1进行处理，由控制器11中的OLED灯驱动模块11-4驱动OLED小灯进行响应，效果表现为右转向灯的状态提示灯发光，提醒右转向灯已经打开。
[0062] 如图7所示：为近光灯档实现功能的流程图。触发近光灯挡，由控制器11中的MCU11-1通过开关信号采集模块11-2采集近光灯挡打开信号，然后MCU通过控制蓝牙模块11-5将信号传送到汽车上的蓝牙装置，通过汽车上的BCM进行实时处理，打开近光灯，一旦打开近光灯后，立刻将近光灯已经打开的信号通过蓝牙通信方式反馈回MCU进行处理，由控制器11中的OLED灯驱动模块11-4驱动OLED小灯进行响应，效果表现为近光灯的状态提示灯发光，提醒近光灯已经打开。
[0063] 如图8所示：为远光灯档实现功能的流程图。触发远光灯挡，由控制器11中的MCU11-1通过开关信号采集模块11-2采集远光灯挡打开信号，然后MCU通过控制蓝牙模块11-5将信号传送到汽车上的蓝牙装置，通过汽车上的BCM进行实时处理，打开远光灯，一旦打开远光灯后，立刻将远光灯已经打开的信号通过蓝牙通信方式反馈回MCU进行处理，由控制器11中的OLED灯驱动模块11-4驱动OLED小灯进行响应，效果表现为远光灯的状态提示灯发光，提醒远光灯已经打开。
[0064] 如图9所示：为雾光档实现功能的流程图。触发雾光灯挡，由控制器11中的MCU11-1通过开关信号采集模块11-2采集雾光灯挡打开信号，然后MCU通过控制蓝牙模块11-5将信号传送到汽车上的蓝牙装置，通过汽车上的BCM进行实时处理，打开雾灯，一旦打开雾灯后，立刻将雾灯已经打开的信号通过蓝牙通信方式反馈回MCU进行处理，由控制器11中的OLED灯驱动模块11-4驱动OLED小灯进行响应，效果表现为雾灯的状态提示灯发光，提醒雾灯已经打开。
[0065] 如图10所示：为组合档实现功能的流程图。触发组合挡，由控制器11中的MCU11-1通过开关信号采集模块11-2采集组合挡打开信号，然后MCU通过控制蓝牙模块11-5将信号传送到汽车上的蓝牙装置，通过汽车上的BCM进行实时处理，打开雾灯和近光灯，一旦打开雾灯和近光灯后，立刻将雾灯和近光灯已经打开的信号通过蓝牙通信方式反馈回MCU进行处理，由控制器11中的OLED灯驱动模块11-4驱动OLED小灯进行响应，效果表现为雾灯和近光灯的状态提示灯发光，提醒雾灯和近光灯已经打开。
[0066] 如图11所示：为车窗升降实现的流程图。触发车窗挡，由控制器11中的MCU11-1通过开关信号采集模块11-2采集车窗挡打开信号，然后MCU通过控制蓝牙模11-5块将信号传送到汽车上的蓝牙装置，通过汽车上的BCM进行实时处理，实现车窗升降，一旦车窗升降后，立刻将车窗已经升降的信号通过蓝牙通信方式反馈回MCU进行处理，由控制器中11的OLED灯驱动模块11-4驱动OLED小灯进行响应，效果表现为车窗的状态提示灯发光，提醒车窗正在升降，升降程度由旋转档位控制，旋转范围为3/4圈，旋转信号由模拟信号采集电路采集，采集到的信号是0-5V，电压越高，则变化最大，如车窗控制时，5V时下降到底，0V至顶，呈线性变化。
[0067] 如图12所示：为车窗预热实现的流程图。触发车窗预热挡，由控制器11中的MCU11-1通过开关信号采集模块11-2采集车窗预热挡打开信号，然后MCU11-1通过控制蓝牙模块
11-5将信号传送到汽车上的蓝牙装置，通过汽车上的BCM进行实时处理，实现车窗预热，一旦车窗预热后，立刻将车窗已经预热的信号通过蓝牙通信方式反馈回MCU进行处理，由控制器11中的OLED灯驱动模块11-4驱动OLED小灯进行响应，效果表现为车窗预热的状态提示灯发光，提醒车窗正在预热，预热温度由旋转档位控制，旋转范围为3/4圈，旋转信号由模拟信号采集电路采集，采集到的信号是0-5V，电压越高，则变化最大，如车窗控制时，5V时下降到底，0V至顶，呈线性变化。
[0068] 如图13所示：为喷水和雨刷实现的流程图。触发喷水雨刷挡，向上推一下为给前窗喷水，再推一下为前窗雨刷摆动，向下拉一下为给后窗喷水，再拉一下为后窗雨刷摆动，由控制器11中的MCU通过开关信号采集模块11-2采集喷水挡，雨刷挡打开信号，然后MCU11-1通过控制蓝牙模块11-5将信号传送到汽车上的蓝牙装置，通过汽车上的BCM进行实时处理，实现喷水，雨刷摆动，一旦功能生效后，立刻将功能生效的信号通过蓝牙通信方式反馈回MCU进行处理，由控制器11中的OLED灯驱动模块11-4驱动OLED小灯进行响应，效果表现为雨刷，喷水的状态提示灯发光，提醒喷水，雨刷正在工作，喷水和雨刷摆动的速度均由旋转该档位控制，旋转范围为3/4圈，旋转信号由模拟信号采集电路采集，采集到的信号是0-5V，电压越高，则变化最大，如车窗控制时，5V时下降到底，0V至顶，呈线性变化。
[0069] 如图14所示：为本发明不安全行驶项目检测方框图，包括疲劳驾驶和醉酒驾驶。
[0070] 如图15、16所示：为本发明对不同形式的疲劳驾驶的检测方法和实现流程。当驾驶员疲劳驾驶时，施加给方向盘的力的大小和形式将会产生大致五种变化，即应力过大，应力过小，单手离开，双手离开，应变区域过多，其中单手离开和双手离开由布置在车上的
位置传感器检测，应变区域过多是指两只手臂压在方向盘上，具体表现为受力的应变片增多，应力过大是指一只手臂横放在方向盘上，具体表现为受力的应变片应变增大，应力过小是指双手仍正常握着方向盘，但是由于疲劳，握力小于限定值，具体表现为应变片应变减小。这五种情况都会触发警报，即车里的喇叭响，提醒驾驶员要做适当休息。
[0071] 如图17所示：为本发明对醉酒驾驶的检测流程图。当驾驶员醉酒驾驶时，酒精气体传感器经过吸收驾驶员呼出的气体，由酒精传感器模块进行处理检测酒精浓度，再由MCU判断是否属于酒驾范围，进而通过蓝牙通道传至ECU和BCM发出相应动作，若汽车未启动，则不让汽车启动，若发动机启动了但是没有车速，则不让其驱动，若发动机启动了而且有车速，则限速，打双闪。
[0072] 如图18所示：为蓝牙模块实现功能流程图。控制器中的蓝牙模块将与汽车上的蓝牙装置通过密钥进行一对一实时对接，定好通信协议来实现对汽车的实时无线控制。所述通信协议具体为在标准格式下汽车蓝牙装置对蓝牙模块11-5传送的功能信号进行识别的协议部分。
[0073] 如图19所示：为车载电话的功能实现流程图。触发车载电话接听按键(挂断按键)，由控制器中的MCU通过开关信号采集模块采集信号，然后MCU通过控制蓝牙模块将信号传送到汽车上的蓝牙装置，通过汽车上的BCM进行实时处理，接听电话(挂断电话)。
[0074] 如图20所示：为音响调节的功能实现流程图。触发音响调节按键，由控制器中的MCU通过开关信号采集模块11-2采集信号，然后MCU通过控制蓝牙模块11-5将信号传送到汽车上的蓝牙装置，通过汽车上的BCM进行实时处理，调节音响。
