一种驾驶舱用智能脚垫及驾驶人机交互方法

本发明涉及车辆配件，尤其是涉及一种驾驶舱用智能脚垫及驾驶人机交互方法。

背景技术：

1、随着汽车科技的不断演进，驾驶员身体部位监测技术成为汽车安全和用户体验领域的关键研究方向，为提升驾驶安全性、智能驾驶体验以及人车交互性贡献了重要力量。传统的监测方法主要集中在驾驶员的上半身，例如对面部和整体姿态的监测，这有助于识别潜在的疲劳、分心和不安全的驾驶状态。然而，随着对驾驶行为更深层次理解的需求，对脚部动作的监测显得日益重要。

2、尽管摄像头是一种常见的监测工具，能够捕捉到腿部运动，但其存在的成本高、受光线干扰大、私密性弱、精度低等问题，制约了其广泛应用。为弥补摄像头监测的不足，脚垫被引入作为一种创新的监测手段。通过将压力传感器整合到脚垫中，能够监测驾驶员的脚部动作。压力传感机理包括电阻式、电容式和压电式等技术。然而，这些传感机理在脚部压力监测中也存在一些局限性，如仅能选用具备压电效应的材料、需要外部电源供电等，结构较为复杂。

3、因此，如何设计一种结构简洁的驾驶舱用智能脚垫为需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的结构复杂的缺陷而提供一种驾驶舱用智能脚垫及驾驶人机交互方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、根据本发明的一个方面，提供了一种驾驶舱用智能脚垫，包括传感单元、脚垫本体、覆盖层和数据采集装置，所述传感单元包括依次设置的静电屏蔽层、电极层、第一摩擦层和第二摩擦层，所述电极层、第一摩擦层和第二摩擦层四周设有包裹层；所述第一摩擦层和第二摩擦层的材质存在摩擦电极序差异，所述第一摩擦层和第二摩擦层与数据采集装置连接；所述脚垫本体分为左脚感应区和右脚感应区，所述左脚感应区和右脚感应区分别设置多个安装孔，所述传感单元安装在安装孔内；所述覆盖层覆盖在安装有传感单元的脚垫本体表面。

4、作为优选的技术方案，所述的左脚感应区设置4×4阵列布置的安装孔；所述的右脚感应区设置3×3阵列布置的安装孔。

5、作为优选的技术方案，所述的电极层为导电材质；所述的包裹层和覆盖层为绝缘材质。

6、作为优选的技术方案，所述的第一摩擦层为导电海绵，厚度为15mm；安装在所述左脚感应区的传感单元面积为4×4cm2，安装在所述右脚感应区的传感单元面积为2×2cm2。

7、作为优选的技术方案，所述的传感单元还包括衬底层，所述衬底层为绝缘材质，位于静电屏蔽层和脚垫本体之间。

8、根据本发明的另一个方面，提供了一种采用驾驶舱用智能脚垫的驾驶人机交互方法，具体包括以下步骤：

9、步骤s1，定义电压波形对应的接口动作；

10、步骤s2，驾驶员左脚执行设定动作踩踏左脚感应区，左脚感应区的传感单元产生电流；右脚执行驾驶操作时踩踏右脚感应区，右脚感应区的传感单元产生电流；

11、步骤s3，所有传感单元第一摩擦层和第二摩擦层之间的电压波形传输至处理器，处理器对电压波形进行识别；

12、步骤s4，执行电压波形对应的接口动作。

13、作为优选的技术方案，所述的步骤s2中，驾驶员左脚执行的设定动作包括敲击、长按和轨迹绘制。

14、作为优选的技术方案，所述的敲击和长按动作针对一个传感单元，处理器对一个传感单元的电压变化进行识别；所述的轨迹绘制针对多个传感单元，处理器对多个传感单元电压随时间的变化进行联合识别。

15、作为优选的技术方案，所述的步骤s2中，驾驶员右脚执行的驾驶操作包括普通加速、快速加速、普通制动、快速制动、意图加速操作和意图制动操作。

16、作为优选的技术方案，所述的步骤s3中具体为：

17、步骤s301，数据采集设备采集传感单元产生的时间序列信号；

18、步骤s302，引入轻量的卷积神经网络架构对时间序列信号进行解码；

19、步骤s303，抽取时间序列信号在时间维度上的特征；

20、步骤s304，处理器对特征进行识别，判断对应的接口动作。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、1)本发明的智能脚垫采取单电极工作模式，第一摩擦层和第二摩擦层接触分离摩擦发电，灵敏度高，且产生的电压信号具有稳定直观的优点，可以降低算法处理的复杂度；尺寸能根据车内环境进行调整，制作方便，易于产业推广和应用；传感单元根据左右脚不同情况进行不同的阵列布置，适应实际操作需求；

23、2)本发明的驾驶人机交互方法通过采用智能脚垫对驾驶员动作进行识别，不仅可通过脚部动作执行设定的功能，还能实现对驾驶员驾驶意图的识别，从而及时发现潜在的安全隐患，提高驾驶的安全性、增强车辆的智能化和自主化程度。

技术特征：

1.一种驾驶舱用智能脚垫，其特征在于，包括传感单元、脚垫本体、覆盖层(7)和数据采集装置，所述传感单元包括依次设置的静电屏蔽层(2)、电极层(3)、第一摩擦层(4)和第二摩擦层(5)，所述电极层(3)、第一摩擦层(4)和第二摩擦层(5)四周设有包裹层(6)；所述第一摩擦层(4)和第二摩擦层(5)的材质存在摩擦电极序差异，所述第一摩擦层(4)和第二摩擦层(5)与数据采集装置连接；所述脚垫本体分为左脚感应区和右脚感应区，所述左脚感应区和右脚感应区分别设置多个安装孔，所述传感单元安装在安装孔内；所述覆盖层(7)覆盖在安装有传感单元的脚垫本体表面。

2.根据权利要求1所述的一种驾驶舱用智能脚垫，其特征在于，所述的左脚感应区设置4×4阵列布置的安装孔；所述的右脚感应区设置3×3阵列布置的安装孔。

3.根据权利要求1所述的一种驾驶舱用智能脚垫，其特征在于，所述的电极层(3)为导电材质；所述的包裹层(6)和覆盖层(7)为绝缘材质。

4.根据权利要求1所述的一种驾驶舱用智能脚垫，其特征在于，所述的第一摩擦层(4)为导电海绵，厚度为15mm；安装在所述左脚感应区的传感单元面积为4×4cm2，安装在所述右脚感应区的传感单元面积为2×2cm2。

5.根据权利要求1所述的一种驾驶舱用智能脚垫，其特征在于，所述的传感单元还包括衬底层(1)，所述衬底层(1)为绝缘材质，位于静电屏蔽层(2)和脚垫本体之间。

6.一种采用权利要求1所述驾驶舱用智能脚垫的驾驶人机交互方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的驾驶人机交互方法，其特征在于，所述的步骤s2中，驾驶员左脚执行的设定动作包括敲击、长按和轨迹绘制。

8.根据权利要求7所述的驾驶人机交互方法，其特征在于，所述的敲击和长按动作针对一个传感单元，处理器对一个传感单元的电压变化进行识别；所述的轨迹绘制针对多个传感单元，处理器对多个传感单元电压随时间的变化进行联合识别。

9.根据权利要求6所述的驾驶人机交互方法，其特征在于，所述的步骤s2中，驾驶员右脚执行的驾驶操作包括普通加速、快速加速、普通制动、快速制动、意图加速操作和意图制动操作。

10.根据权利要求6所述的驾驶人机交互方法，其特征在于，所述的步骤s3中具体为：

技术总结本发明涉及一种驾驶舱用智能脚垫及驾驶人机交互方法。驾驶舱用智能脚垫包括传感单元、脚垫本体、覆盖层和数据采集装置；脚垫本体的左脚感应区和右脚感应区分别设置多个安装孔，传感单元安装在安装孔内；覆盖层覆盖在脚垫本体表面。驾驶人机交互方法包括：定义电压波形对应的接口动作；驾驶员踩踏智能脚垫产生电流；处理器进行识别；执行对应的接口动作。与现有技术相比，本发明具有智能脚垫采取单电极工作模式，第一摩擦层和第二摩擦层接触分离摩擦发电，灵敏度高，产生的电压信号稳定直观，降低了算法处理的复杂度；驾驶人机交互方法采用智能脚垫对驾驶员动作进行识别，可通过脚部动作执行设定的功能，实现对驾驶员驾驶意图的识别等优点。技术研发人员：李龙,周承昊,陆逍,金滔,暴文婧,田应仲受保护的技术使用者：上海大学技术研发日：技术公布日：2024/12/2