VOLANT DE VEHICULE

La présente invention est relative aux systèmes et procédés permettant de détecter la présence d'un ou plusieurs doigt(s) et/ou main(s) à proximité du volant d'un véhicule automobile.

Plus précisément, on s'intéresse à la façon dont le conducteur du véhicule prend en main le volant, de façon plus ou moins active et ferme, cette information étant transmise à un système de surveillance de vigilance du conducteur, et/ou à un système de conduite assistée voire automatisée.

Il est connu de mesurer le couple exercé par les mains du conducteur sur le volant par exemple dans les systèmes de direction assistée électrique.

II est également connu, du document US 2014 054 880 A1 , d'agencer une pluralité de capteurs à l'intérieur de la jante du volant d'un véhicule afin de détecter une forte pression exercée par les doigts et les mains du conducteur par exemple pour piloter un système de protection airbag.

Toutefois, les systèmes connus ne permettent pas d'accéder à une connaissance précise du nombre de doigts en contact actif sur le volant ; les systèmes connus ne permettent pas non plus de détecter que les mains du conducteur ne sont pas au contact du volant (volant non tenu). Les systèmes détectant un couple exercé sur le volant ne peuvent pas discriminer si le couple est fourni par les mains ou une autre partie du corps comme les genoux par exemple, ni si les mains sont justes posées sans effort exercé.

Il est donc apparu un besoin de proposer une solution améliorée pour permettre d'élaborer une information plus fine et plus précise pour mise à disposition d'un système tiers utilisateur comme par exemple un système de surveillance de vigilance du conducteur, et/ou à un système de conduite assistée voire automatisée.

Selon l'invention, il est proposé un procédé pour détecter la présence d'au moins une main d'un conducteur à proximité ou au contact de la jante d'un volant de conduite pour un véhicule automobile, le volant étant relié au système de direction du véhicule automobile et comprenant une pluralité de capteurs optiques, agencés sur la jante du volant et équipés de diodes infrarouge d'émission et de photodiodes de réception, le procédé comportant les étapes suivantes :

a) scanner les capteurs optiques,

a1 ) capter l'intensité lumineuse reçue par les diodes de réception sous éclairage naturel, les diodes émettrices étant non activées, a2) capter l'intensité lumineuse reçue par des diodes de réception sous éclairage artificiel, à savoir avec les diodes émettrices activées,

b) en déduire le nombre de doigts à proximité ou au contact de la jante du volant, y compris la condition « zéro doigt »,

c) répéter les étapes a) et b) ou a), a1 ), a2), et b),

d) mettre à disposition en temps réel et continûment une information composite (nombre de mains, nombre de doigts) pour un système tiers.

Ceci permet d'augmenter la fiabilité de la détection quelles que soient les conditions d'éclairement notamment en présence de soleil.

Selon un mode de réalisation, la pluralité de capteurs optiques est formée par une série de capteurs optiques travaillant dans le domaine infrarouge, de préférence dans la gamme de longueur d'ondes autour de 900 nm, éventuellement formé par une alternance de diodes infrarouge d'émission et photodiodes de réception.

Avantageusement, l'information composite (nombre de mains, nombre de doigts) est fournie à un système de conduite assistée ou de surveillance de vigilance du véhicule. Ainsi, on peut informer finement un système de conduite assistée ou de surveillance de vigilance du conducteur.

Par ailleurs, le procédé peut avantageusement comporter la fonction suivante :

e) identifier une position toujours occultée même quand le volant tourne, en déduire qu'un élément est disposé en permanence sur un ou plusieurs capteurs particuliers, et inhiber la prise en compte des informations sur ce(s) capteur(s) particulier(s) ; ceci permet de parer à la situation éventuelle d'un objet ou d'une bande fixée sur la jante du volant ; en effet ainsi, un utilisateur ne peut pas leurrer le système de surveillance de vigilance en occultant en permanence un ou plusieurs capteurs ; cette fonction permet aussi de prendre en compte la présence d'un accessoire fixé sur la jante du volant.

Par ailleurs, l'invention vise également un système pour véhicule automobile, comprenant un volant de conduite relié au système de direction du véhicule, le volant comprenant une pluralité de capteurs optiques, agencés sur la jante du volant et configurés pour détecter la présence d'au moins un doigt d'au moins une main du conducteur à proximité ou au contact de la jante du volant, moyennant quoi le système permet de déterminer précisément le nombre de doigts à proximité ou au contact de la jante du volant, ainsi que leurs positions respectives à la jante. Avantageusement, un tel système de détection peut en outre déterminer la condition où aucune main du conducteur n'enserre la jante du volant et aucun doigt ne se trouve à proximité immédiate de la jante, c'est-à-dire le cas où le volant n'est pas tenu par le conducteur, voire que les doigts du conducteur sont à une distance significative de la jante du volant.

Grâce à un tel dispositif, on peut mettre à disposition une information de nombre de doigts pour un système tiers, par exemple un système de détection de vigilance, et/ou pour un système de conduite assistée voire automatisée, comme par exemple un avertisseur actif de franchissement de ligne, un système de suivi automatique de file en circulation dense.

Dans divers modes de réalisation de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes.

Les capteurs optiques permettent de préférence de capter des objets jusqu'à une distance d'au moins 2 cm de la jante du volant ; moyennant quoi on peut déterminer une condition où un doigt est à proximité de la jante du volant sans être forcément au contact, ce qui permet de mieux renseigner un système utilisateur de la situation voire des intentions du conducteur.

Les capteurs optiques sont préférentiellement espacés les uns des autres d'au plus 15 mm selon la direction circonférentielle. Ainsi il est facile de discriminer les . objets captés et cela permet une détection fiable d'un seul doigt sur la jante ou situé à proximité de la jante et de déterminer la position de ce doigt (ou de plusieurs) par rapport à la jante du volant ;

Les capteurs optiques sont agencés sur la jante, les uns à la suite des autres, répartis sur au moins 200°, voire au moins 260°, de manière symétrique par rapport au point supérieur du volant. Moyennant quoi, la zone de détection est suffisamment étendue pour les différentes configurations de prise en main classique du volant.

Les capteurs optiques sont agencés sur la jante du côté opposé au conducteur ; une telle position s'avère être optimale pour détecter les cas habituels et plus fréquents de façons de tenir le volant avec les doigts ; de plus, avantageusement les capteurs ne sont pas visibles depuis le point de vue du conducteur ou du passager.

La pluralité de capteurs est formée par une série de capteurs optiques travaillant dans le domaine infrarouge, de préférence dans la gamme de longueur d'ondes autour de 900 nm ; on utilise ainsi une technologie mature, bon marché, bien maîtrisée, et peu sensible aux perturbations électromagnétiques.

L'agencement de diodes infrarouge peut être formé par une alternance de diodes infrarouge d'émission et photodiodes de réception. Ceci permet d'effectuer une analyse comparée d'une part sous lumière naturelle et d'autre part sous lumière artificielle, à savoir éclairage forcé par l'utilisation des diodes d'émission.

Le système peut comprendre en outre une unité de commande reliée aux capteurs et configurée pour gérer les informations de détection en provenance des capteurs et pour délivrer des informations de haut niveau sur le nombre de doigts et de main au contact de la jante du volant, à destination d'un autre système. Ce qui permet d'informer efficacement un ou plusieurs systèmes d'assistance à la conduite.

D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. L'invention sera également mieux comprise en regard des dessins joints sur lesquels :

- la figure 1 représente un schéma général d'un volant de véhicule comprenant un système de détection selon l'invention,

- les figures 2A et 2B montrent deux configurations de conduite, respectivement avec une tenue active du volant et avec un volant non tenu,

- la figure 3 représente une vue en coupe de la jante du volant du système représenté sur la figure 1 ,

- la figure 4 montre une vue de détail d'un exemple de capteurs optiques utilisés dans le système représenté sur la figure 1 ,

- la figure 5 montre un diagramme fonctionnel du dispositif de captation incluant notamment les capteurs,

- la figure 6 montre un chronogramme illustrant la détection des doigts des mains du conducteur,

- la figure 7 montre un autre chronogramme illustrant la détection optique sous éclairage naturel et artificiel,

La figure 1 représente un schéma général d'un volant 2 de véhicule automobile ; il s'agit du volant de conduite du véhicule, relié au système de direction du véhicule par une colonne de direction d'axe X. Le volant 2 comprend un dispositif de détection 3 dont l'objet principal est de détecter la qualité de prise en main du volant par un conducteur, mais aussi de détecter que le conducteur ne tient pas le volant.

Le volant 2 comprend une portion centrale 61 appelée moyeu et une jante 25 reliée au moyeu par trois branches dans l'exemple illustré, mais toutefois le nombre de branches peut être quatre ou même deux, ou le volant peut être du type mono-branche.

Le dispositif de détection 3 comprend une pluralité de capteurs 7 agencés sur la jante 25 du volant 2. Sur la figure 2A, on voit que les mains 4 (la main gauche 4G et la main droite 4D) enserrent le volant 2 selon une position de prise en main dite « 9h15 ». Bien sûr d'autres positions classiques comme « 10h10 », des positions à deux mains mais dissymétriques, et des positions à une seule main sont aussi couramment utilisées par les conducteurs.

Les doigts de la main 4 du conducteur sont désignés par la référence 5. À la figure 2B, le volant 2 n'est pas tenu par le conducteur, condition qui doit impérativement être également détectée par le procédé.

Dans l'exemple illustré à la figure 3, la jante 25 du volant 2 présente une section ronde ou légèrement ovale avec une première face frontale 2A dirigée vers le conducteur, une face opposée 2B, orientée à l'opposé de la vision du conducteur, une face supérieure 2S sur la partie extérieure de la jante 25, et une face inférieure 2U sur la partie intérieure de la jante 25. La direction médiane de cette section de jante 25, parallèle à l'axe X, est repérée XC.

La jante 25 du volant 2 comprend une armature 63 généralement métallique et qui s'étend le long d'un cercle CC autour de l'axe X du volant 2. En outre, la jante 25 du volant 2 comprend un garnissage 64 en matériau synthétique, le cas échéant recouvert de tissu ou de cuir, le garnissage 64 pouvant présenter une certaine souplesse et la surface extérieure 65 pouvant présenter une certaine rugosité pour l'accroche des mains du conducteur.

Dans l'exemple illustré, on dispose des capteurs de détection 7 du côté 2B de la jante 25 opposé à la face visible par le conducteur, ce qui permet de détecter généralement la dernière phalange du doigt 5 de la main 4 (cf. figure 3). Cette position des capteurs 7 est aussi la plus adéquate pour que ces derniers ne soient pas visibles des occupants du véhicule.

On remarque toutefois qu'on pourrait aussi le cas échéant installer des capteurs sur la face supérieure 2S extérieure, sur la face intérieure 2U et/ou sur la face frontale 2A.

De préférence les capteurs 7 sont agencés les uns à la suite des autres selon la direction circonférentielle CC.

Avantageusement, les capteurs sont répartis sur un secteur angulaire de 360°, c'est-à-dire qu'ils couvrent de préférence tout le tour de la jante 25 du volant 2 le long de la direction circonférentielle CC.

Avantageusement, la répartition des capteurs 7 est symétrique par rapport au point supérieur 29 du volant 2 (lorsque le véhicule automobile roule en ligne droite).

On note qu'il n'est pas exclu que les capteurs 7 couvrent un secteur inférieur à 360°, par exemple de l'ordre de 260°, ou même par exemple de l'ordre de 200°, pour coïncider avec les secteurs de prise en mains habituelle dans une population statistique de conducteurs. Selon un choix avantageux, les capteurs 7 sont espacés les uns des autres d'une distance E d'au plus 15 mm selon la direction circonférentielle CC (cf. figure 4). Ceci apporte une précision suffisante pour pouvoir discriminer les différents objets potentiels détectés y compris la présence d'un seul doigt 5 sur la jante 25 du volant 2. Comme évoqué plus haut, il peut y avoir soit un seul capteur 7 à une position radiale XC donnée (cf. figure 3), soit plusieurs capteurs répartis à une position radiale XC donnée (sur les faces 2A, 2S, 2B).

La zone de détection, autrement dit le rayon d'action des capteurs, peut être plus ou moins grande selon le choix technologique des capteurs ; à la figure 4 on a représenté des zones de couverture 7A type pour des capteurs optiques.

Dans l'exemple représenté, les capteurs de détection sont des capteurs optiques de type photodiodes ; une pièce 70 faisant office de guide optique et de pièce de fermeture est disposée entre les diodes elles-mêmes et la paroi extérieure 65 de la jante 25. La pièce de fermeture optique 70 se présente comme une bande annulaire couvrant toute la surface où sont disposés les capteurs optiques. La pièce de fermeture optique 70 peut être avantageusement formée comme une « glace teintée » pour limiter la pénétration de rayonnement dans le domaine visible vers les capteurs 7, spécialement dans le cas où l'on travaille dans le domaine infrarouge comme détaillé ci-après. Optionnellement, on peut aussi disposer un filtre passif centré sur les longueurs d'onde de travail juste devant chaque photodiode. De tels filtrages permettent d'éliminer des parties de spectre inutiles et d'améliorer la sensibilité de la détection.

De préférence, on alterne une diode d'émission infrarouge Tx (7T) et une photodiode de réception Rx (7R) le long de la direction circonférentielle CC. Selon cette disposition, lorsqu'une des diodes démission 7T est activée, on s'intéresse en particulier au niveau de réception lumineuse sur les deux diodes de réception 7R adjacentes.

Selon une variante non représentée, chaque capteur 7 optique est formé par un couple (diode d'émission infrarouge - photodiode de réception) intégré.

Selon encore une autre variante non représentée, chaque diode d'émission infrarouge Tx est encadrée par deux photodiodes de réception situées de part et d'autre selon une direction radiale (perpendiculairement au plan comprenant le cercle CC).

Toutefois, l'alternance d'une diode d'émission infrarouge Tx (7T) et une photodiode de réception Rx (7R) selon la direction circonférentielle CC, associé au procédé de balayage séquentiel des capteurs 7, s'avère particulièrement optimal car une photodiode est utilisée séquentiellement en couple avec chacune des deux diodes d'émission qui lui sont adjacentes. On travaille de préférence dans la gamme de longueur d'ondes autour de 900 nm, préférentiellement entre 850 nm et 940 nm, bien que des valeurs inférieures (750 - 850 nm) ne soient pas exclues.

Le rayon d'action 7A des capteurs optiques 7 permet de détecter des objets (et en particulier les doigts 5) jusqu'à une distance U de 2 cm de la jante 25, par exemple mesurée depuis la face arrière de la jante 25 du volant 2. Ainsi un doigt 5 qui se trouve à quelques millimètres de la jante 25 sans la toucher (repère 5', figure 4) est détecté et localisé.

Comme illustré à la figure 5, le système de détection 3 comprend, outre les capteurs 7 déjà mentionnés, une unité électronique de traitement 8, configurée pour gérer les informations de détection en provenance des capteurs 7. En particulier l'unité de traitement 8 peut pratiquer un balayage récurrent sur l'ensemble des diodes ; y compris activer une des diodes démission 7T et mesurer simultanément le niveau de réception lumineuse sur les deux diodes de réception 7R adjacentes.

Notamment, l'unité de traitement 8 identifie quel capteur 7 (parmi la pluralité) détecte un objet (occultation totale ou partielle par un doigt 5) et en fonction de la position géographique de ce capteur 7 en déduit la position du doigt 5 détecté sur la circonférence de la jante 25, par exemple exprimée sous forme d'un écart angulaire par rapport au point supérieur 29 du volant 2.

L'unité électronique de traitement 8 est adaptée pour délivrer des informations de haut niveau sur le nombre de doigts 5 et de mains 4 au contact de la jante 25 du volant 2, à destination d'un autre système tiers 68 utilisateur, par exemple un système de détection de vigilance, et/ou pour un système « AutoDrive », c'est-à-dire un système de conduite assistée voire automatisée.

Lorsque la liaison entre unité électronique de traitement 8 et le système tiers 68 utilisateur est filaire, elle passe par un contacteur tournant 66.

De manière optionnelle, il peut être prévu que la transmission d'informations à partir du volant 2 vers un élément non tournant soit faite par transmission infrarouge, en utilisant des transmetteurs infrarouges 7T présents pour la fonction détection, pendant les périodes où ils ne sont pas sollicités pour la détection ; auquel cas on évite de passer par un contacteur tournant.

À la partie gauche de la figure 6, sont représentés en haut les signaux issus d'un certain nombre de capteurs 71 - 73 et 76 - 79 parmi l'ensemble des capteurs présents (typiquement au nombre d'au moins une vingtaine voire trentaine). Le chronogramme du bas de la figure 6 illustre l'angle volant 2 (« TETA Volant ») par rapport à une position de conduite en ligne droite. Pendant une première période repérée 91 , le conducteur conduit en ligne droite (« TETA Volant » voisin de zéro) ; le capteur repéré 77 détecte tout le temps la présence d'un doigt 5 (par exemple doigt 5 de la main 4 qui reste sur le volant 2) et les capteurs repérés 71 ,76 détectent de temps en temps un doigt 5 (ce peut être des doigts 5 de l'autre main 4 mobile, ou bien des doigts 5 que le conducteur bouge régulièrement).

À la période de temps repérée 92, le conducteur tourne le volant 2 pour prendre un virage ; étant donné qu'il déplace ses mains 4 sur le volant 2, certains capteurs 7 sont activés pendant la manœuvre ; en général dans cette phase, normalement aucun des capteurs 7 n'est activé en permanence par les doigts 5. En effet, il se produit plusieurs changements d'états sur les capteurs 7 lorsque le conducteur déplace ses mains 4 sur le volant 2.

À la période de temps repérée 93, le conducteur redresse le volant 2 pour revenir en ligne droite ; là aussi, le conducteur déplace ses mains 4 sur le volant 2 ou bien laisse glisser le volant 2 par le rappel naturel de la direction vers la ligne droite. Là aussi, on retrouve naturellement plusieurs changements d'états sur les capteurs 7.

À la période de temps repérée 94, on retrouve une situation de conduite analogue à la première période 91 avec peu d'évolution sur les signaux capteurs.

Le procédé selon l'invention peut alors être formulé par une succession d'étapes comme suit :

a) scanner les capteurs 7 optiques,

b) en déduire le nombre de doigts 5 au contact ou à proximité de la jante 25 du volant 2, y compris la condition « zéro doigt »,

c) répéter les étapes a) et b)

d) mettre à disposition en temps réel et continûment une information composite (nombre de mains 4, nombre de doigts 5) pour un système de commande ou de surveillance du véhicule,

L'information composite peut comprendre tout d'abord le nombre de doigts 5 détectés par le système de détection.

Ensuite, l'unité électronique de traitement 8 est configurée pour calculer en fonction de l'écartement des positions détectées si les doigts 5 appartiennent à une seule main 4 ou à deux mains 4G, 4D distinctes. Ainsi, l'information composite peut comprendre outre le nombre de doigts 5 détectés, le nombre de mains 4 au contact ou à proximité de la jante 25 du volant 2, avec le nombre de doigts 5 pour chaque main 4, ainsi que la position angulaire de chaque doigt 5 détecté par rapport au point supérieur 29 du volant 2.

Le nombre de doigts 5 et le nombre de mains 4 peuvent être à la valeur zéro ce qui indique que le volant 2 n'est pas tenu par le conducteur. L'information composite est rafraîchie en temps réel peut en outre comprendre pour chaque doigt 5 détecté la distance qui le sépare de la jante 25 (distance valant zéro au contact, et distance non nulle si le doigt est juste à proximité). Une telle finesse de l'information composite permet de renseigner précisément et utilement un système de conduite assistée.

Selon un aspect avantageux illustré à la figure 7, on prévoit que les capteurs 7 optiques puissent détecter l'intensité lumineuse reçue par les diodes de réception Rx, 7R sous éclairage naturel, c'est-à-dire diodes émettrices Tx, 7T non activées (étape a1 ), repérée 11 ), et de plus dans un deuxième temps, on éclaire puis on capte l'intensité lumineuse reçue par les diodes de réception Rx, 7R sous éclairage artificiel, à savoir avec les diodes émettrices Tx, 7T activées (étape a2), repérée 12). Bien sûr, la détection peut être de préférence puisée, c'est-à-dire que les instants de détection sont séparés par des temps morts repérés 19, ce qui permet de minimiser la consommation électrique, et d'être moins sensible à des variations de lumière venant de l'extérieur comme par exemple le soleil interférant avec des arbres le long de la route ou certains éclairages urbains à néon.

II est à noter qu'à la figure 7, les signaux issus des diodes de réception Rx, 7R et des diodes émettrices Tx, 7T sont respectivement repérés RX et TX.

Plus précisément, et en relation avec la figure 4, quand les diodes émettrices Tx sont au repos, on mesure la quantité de lumière reçue par les photodiodes Rx ; si une ou plusieurs photodiodes Rx reçoit(vent) une quantité de lumière significativement inférieure aux autres, cela signifie qu'un doigt 5" est présent à proximité de la jante 25 du volant 2 (en effet, le doigt 5" génère une ombre 9 vis-à-vis de l'éclairage ambiant naturel). Lorsque le doigt 5" occulte complètement un capteur 7, l'intensité lumineuse reçue est quasiment nulle. En revanche, la majorité des capteurs 7 reçoit le niveau lumineux ambiant dans cette partie de l'habitacle du véhicule, ce qui permet de déterminer le niveau lumineux moyen perçu de référence.

Pendant les phases d'éclairage artificiel, on mesure le supplément lumineux 9R apporté par la réflexion de l'éclairement infrarouge 9T fourni par la diode émettrices Tx qui se réfléchit sur le doigt 5' du conducteur. L'analyse de la quantité de lumière supplémentaire permet d'évaluer la distance du doigt 5' par rapport à la surface extérieure 65 de la jante 25 du volant 2. On évalue ainsi la distance vis-à-vis de la surface de la jante 25 jusqu'à U = 20 mm.

Pour tenir compte des conditions de conduite nocturne (habitacle très faiblement éclairé), il peut être prévu, par exemple dans le combiné d'instruments, une source d'éclairage général d'ambiance, infrarouge ou plus large, remplaçant l'éclairage lumineux naturel de jour.

On remarque que dans une version simplifiée, les capteurs 7 dans la jante 25 pourraient être uniquement des photodiodes chargées de mesurer l'ombre portée 9 par le ou les doigts 5 vis-à-vis de l'éclairage lumineux naturel ou d'un éclairage artificiel situé par exemple dans le combiné d'instruments.

Selon une fonction optionnelle avantageuse, l'unité électronique de traitement 8 est configurée pour détecter un objet présent en permanence sur un (ou plusieurs) capteur (s contigus) 7 ; cet objet peut être un accessoire (par exemple un satellite de commande) fixé sur la jante 25 du volant 2 mais cet objet (par exemple une bande adhésive) peut aussi avoir été placé par l'utilisateur pour tenter de leurrer un système de surveillance de vigilance.

Si un capteur, illustré sur la partie droite de la figure 6 par le repère 7W détecte en permanence quelque chose même lorsque l'on tourne le volant 2 de façon significative (par exemple plus d'un demi-tour), cela implique qu'il s'agit non pas des doigts 5 du conducteur mais d'un objet fixé sur la jante 25 du volant 2. Alors, l'unité électronique de traitement 8 va exclure la prise en compte de ce (ou ces) capteurs 7, par exemple jusqu'au moment où à nouveau des changements d'états pourront être constatés sur ce capteur 7 ; autrement dit les capteurs 7 occultés en permanence sont inhibés, notamment pour la fonction d'élaboration de l'information composite à destination du système de surveillance tiers. En effet, les capteurs 7 inhibés ne peuvent plus refléter la qualité de prise en mains du volant 2 par le conducteur.