CN103419840B - 检测手和机动车辆方向盘接触的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在一种检测手和车辆方向盘（12）接触的方法（手握放检测）中，用于选择性地施加转向力的驱动器（14）和用于测量当前转向力和/或转向角的传感器（22）与方向盘（12）关联，驱动器（14）将测试脉冲图形传递给方向盘（12），转向力传感器和/或转向角传感器（22）测量方向盘运动对测试脉冲图形的反应，以及利用方向盘运动的反应判定驾驶员的至少一只手是否与方向盘（12）接触。

Description

检测手和机动车辆方向盘接触的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种检测手和机动车辆方向盘接触的方法和装置。

背景技术

驾驶员的手和方向盘之间是否存在接触的检测被简称为“手握放（hands-on-off）”检测，考虑到复杂的驾驶辅助***越来越多的普及（例如在车道保持辅助的情况下），该检测变得日益重要。这些***仅用于辅助驾驶员，但并不是设计用于取代不再对车辆有任何控制的驾驶员，尤其是如果驾驶员已经释放车辆的方向盘时。然而，凭借辅助***的存在，驾驶员尤其会忍不住以这样的方式释放方向盘。

因此，出于安全理由，必须检查驾驶员的至少一只手是否与方向盘接触从而在必要时还能够手动干预，或者是否不是这样的情况。

如果驾驶员不再与方向盘有任何接触，则能采取不同的措施。例如，驾驶员可以接收光和/或声警告，辅助***可以关掉，可能存在一定延迟，或者可以通过受控制的方式自动制动车辆而同时保持车道并打开故障警告灯。

在这方面，“手握放”检测大致相当于“驾驶失知制动装置（dead man’s switch）”，该“驾驶失知制动装置”已经从铁路车辆部门公知很久并且应当由驾驶员以一定间隔操作，以确保驾驶员活着、是警觉的、并且可以对环境刺激作出反应。

驾驶员的至少一只手是否放在方向盘上的检测在驾驶员进行主动转向运动的那些情况下是简单的。这样的转向运动可以通过如今对其它驾驶动态***来说是强制性的转向角和转向力传感器进行检测。

然而，如果必须无相对大的手动转向干预，例如在相对长的直道上或者利用自动转向辅助***时，这会变得更加困难。在这些情况下，例如只有驾驶员的手指可能在操纵方向盘。

无论如何，以非常可靠的方式实现“手握放”检测是有必要的。例如，即使在直道上利用手指对方向盘的轻微操纵也应当能够被检测为“手握住”状态。

DE10121693C2号专利文献公开了基于共振电路中电容的改变（接近开关的原理）利用电子电路检测方向盘上的驾驶员的手的实践。然而，根据该专利文献，这样的接近开关需要大体上可以整合在方向盘加热器的电热丝中的附加电极。然而，对于机动车辆而言，方向盘加热器并不是尤其普遍的设备特征。而且，电容传感器总体上是相对不可靠的，并且通常不能确定手实际上是与方向盘接触还是手仅在后者的附近。

发明内容

针对以上背景技术，本发明的目的是提供一种检测手和机动车辆方向盘接触的方法和装置，该方法或装置使在不需要附加硬件的情况下以尤其可靠的方式区分“手握住”和“手放开”状态成为可能。

上述目的通过以下技术方案实现。

本发明的有利的改进在从属权利要求中进行说明。

根据本发明的方法适合用于选择性地施加转向力的驱动器和测量当前转向力和/或转向角的传感器与方向盘关联的车辆中。当今这样的驱动器通常已经作为转向力辅助（动力辅助转向）和通过辅助***（例如车道保持辅助）进行转向干预的标准提供。对应的转向角和/或转向力传感器也已经作为传统车辆中的标准规范性地实施。

在根据本发明的方法的范围内提供以下步骤：

a）驱动器将测试脉冲图形传递给方向盘；

b）转向力传感器和/或转向角传感器测量方向盘运动对测试脉冲图形的反应；以及

c）利用方向盘运动的反应判定驾驶员的至少一只手是否与方向盘接触。本发明基于这样的事实：与“握住”方向盘相比，在不与驾驶员的至少一只手接触的不受约束的方向盘情况下，由测试脉冲引起的转向角扰动产生不同反应。

如果步骤c）没有检测出驾驶员的至少一只手与方向盘接触，那么本发明的有利的改进可以规定最好利用更强和/或更长的测试脉冲图形要再次执行所述方法，并且规定所述方法只有在预先确定次数的反复之后，优选在前三次反复之后，判定驾驶员的手没有与方向盘接触。这是一种升级策略（escalation strategy）。该升级策略使得首先用最低可能的强度传递测试脉冲图形成为可能，其结果是不会或者几乎不会被驾驶员感知到。

然而，由于该强度可能不足以区分只是非常“松散地”握住的方向盘和已经释放的方向盘，所以每次利用更高的测试信号强度和/或持续时间重复检查若干次，例如至少三次。只有当甚至在更高的强度的情况下方向盘运动没有被驾驶员阻碍时，才认为已经检测到“手放开”状态。

只要转向角传感器和/或转向力传感器检测出可以归因于驾驶员的方向盘运动的转向运动和/或转向力，就最好尽早中断上述检测方法。在这种情况下，确定至少一只手与方向盘接触。

作为选择地或附加地，还可以假设设置在方向盘上的控制元件（例如按钮或指示器开关）的操作是驾驶员的至少一只手至少充分接近方向盘的指示。

如上已经提到的那样，通过以下方式形成关于信号分布曲线和振幅的测试脉冲图形：它们不会过早地影响转向角，和/或至少在所述方法的第一次运行过程中测试脉冲图形的施加实质上不会被驾驶员感知到。

测试脉冲图形最好由周期信号形成，该周期信号具有在两个转向方向上都实质上对称的信号分布曲线。在最简单的情况下，其可以是具有正和负振幅的两个短的方波信号剖面（signal section），但也可以想到是超过一个或多个周期的正弦信号。如果测试信号是周期性的，测试脉冲图形的频率最好可以实质上对应于没有被驾驶员的手抑制的方向盘的扭转振动的共振频率。在该情况下，由于最初共振***被驾驶员的动作“去谐（detuned）”，可以以尤其选择性的方式进行期望的检测。

本发明还公开了一种检测手和车辆方向盘接触的装置，用于选择性地施加转向力的驱动器和用于测量当前转向力和/或转向角的传感器与方向盘关联，其中，所述装置具有设计为执行本发明所述的上述方法的控制单元。

附图说明

利用附图、通过以下实施例详细说明本发明，附图中：

图1表示具有驱动器辅助的转向***的基本轮廓，以及

图2表示根据本发明的检测方法的一个可能的实施方式的示意性流程图。

具体实施方式

根据图1，具有机电转向力辅助的机动车辆的典型转向***具有方向盘12，方向盘12通过转向齿轮16以公知的方式将方向盘12的转动转换成转向杆18的平移运动，其结果是施加转向力F_L并且以速度使转向杆18偏转距离x_z。通过放置在转向齿轮16附近的电动机14辅助转向运动，通过车辆用蓄电池20对转向运动提供能量，并且可以通过电子控制单元（ECU）10以无级变量的方式控制转向运动。

特别基于包含当前方向盘扭矩M_L、绝对方向盘角和方向盘角速度δ_L、的传感器参数实现控制；对应的传感器***由22表示。通常不会直接测量得到方向盘角速度而是通过微分从方向盘角δ_L得到。

即使电动机14主要设计用于施加附加的转向扭矩从而辅助驾驶员，由电动机14施加的扭矩也影响方向盘12。因此，电动机14可以用于生成测试脉冲图形，然后分析其对方向盘运动的影响。其可以是短的、单独的脉冲，例如方波脉冲。所以该脉冲不会导致任何不期望的绝对转向角改变，无论如何，利用在两个转向方向都影响转向锁的周期脉冲图形是有利的，其结果是测试脉冲的影响得到平均。

利用转向力和/或转向角传感器22检测测试脉冲的影响，在这种情况下，由于优选用作测试信号的轻微偏转的关系，转向角传感器最好具有非常低的分辨率，其结果是评价主要通过转向力传感器实现。

测量的对测试信号图形的反应根据方向盘12的转动是否通过与驾驶员的至少一只手接触而抑制或方向盘***是否可以自由振动而不同。

在后一种情况下，测到的响应测试信号的转向力将高于前一种情况。因此可以从中辨别是否存在手握住状态。由于可以通过适合的信号处理（例如傅立叶分析）以有目的的方式检查对测试信号的反应的方向盘信号，检测大体上是非常耐用的并且很大程度上不受扰动影响。

图2示意性地示出根据本发明的方法的可能的顺序，在这种情况下，如果有用的话还可以省略或以另一顺序进行个别步骤。以公知的方法将对应步骤实施为电子控制单元（ECU）10内部的软件算法，控制单元明显还能够同时完成其它控制任务。

程序在步骤30从手握住-手放开检测开始，步骤32首先生成短的第一测试脉冲，例如频率尽可能接近转向***的无衰减固有扭转频率的一个周期的正弦波。该频率典型地高到对车辆的转向或路线不产生可感知的影响。然后（或同时，根据测试脉冲的持续时间和速度）步骤34分析由转向力传感器测量的转向力信号是否具有对应于可以假设方向盘已经释放的测试信号的这样高的振幅。如若不然，检测已经完成并且在步骤46结束，表明是手握住状态。

通过以方向盘***的自然频率传递测试信号进行检测的优势在于，对于被驾驶员的至少一只手“去谐”的方向盘，产生被抑制的振动，然后驾驶员不那么清晰地感觉到被抑制的振动，反之，对于不受约束的方向盘，振动较强，但由于缺乏触觉的方向盘接触，驾驶员没有以受干扰的方式感觉到振动。

如果在步骤34没有检测出手握住状态，那么在步骤36生成更强的第二测试脉冲，并且再次分析响应信号的反应（步骤38）以验证相反结果。如果依然不可能清晰地检测到手握住，那么因此在步骤42生成甚至更强的第三测试脉冲作为额外增补，并且在步骤44检查对所述脉冲的反应。如果在这里也没有找到手与方向盘接触的指示，那么步骤48最终检测出手放开状态，然后这会导致在不同车辆***中的如开始所说明的光和/或声驾驶员警告或者干扰。

如步骤40所示，只要检测出驾驶员的主动转向脉冲，就同样立即结束检测并检测出手握住状态。为了清楚起见，这仅为步骤38作出明确说明；最好在任何时候进行用于提前终止检查的对应监控。

总体上，不需要永久进行上述手握住-手放开检测。典型地，检查之间的10s的间隔满足许多应用，其结果是：如果短暂地释放方向盘，那么还没直接进行测量，这种测量会使驾驶员感觉到屈尊。在每一种情况下，还可以在各个升级步骤之间***几秒的暂停，其结果是在检测出手放开状态之前总有几秒流逝。

由于在升级的过程中强化测试信号图形这样的事实，如果正确地使用方向盘，那么对于驾驶员来说总是相当弱的、可感知的第一测试信号。在升级过程中较强测试信号可能会更加清晰地被注意到；然而，另一方面，由于这样的升级很少发生，因此几乎不会激怒驾驶员。

Claims (8)

1.一种检测手和车辆方向盘(12)接触的方法，其特征在于，用于选择性地施加转向力的驱动器(14)和用于测量当前转向力和/或转向角的至少一个传感器(22)与方向盘(12)关联，

所述方法包含以下步骤：

a)驱动器(14)将测试脉冲图形传递给方向盘(12)；

b)转向力传感器和/或转向角传感器(22)测量方向盘运动对测试脉冲图形的反应；

c)利用所述方向盘运动对测试脉冲图形的反应判定驾驶员的至少一只手是否与方向盘(12)接触，其中所述方向盘运动对测试脉冲图形的反应根据方向盘(12)的转动是否抑制或方向盘***是否可以自由振动而不同。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

如果步骤c)没有检测出驾驶员的至少一只手与方向盘(12)接触，那么利用更强和/或更长的测试脉冲图形再次执行所述方法，并且只有在预先确定次数的反复之后，判定驾驶员的手没有与方向盘(12)接触。

3.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，

所述预先确定次数为三次。

4.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

只要转向角传感器和/或转向力传感器(22)检测出可以归因于驾驶员的方向盘运动的转向运动和/或转向力，以及/或者只要确定设置在方向盘上的控制元件的操作，就尽早中断所述方法并且确定至少一只手与方向盘 (12)接触。

5.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

通过以下方式形成关于信号分布曲线和振幅的测试脉冲图形：它们不会过早地影响转向角，和/或其中至少在所述方法的第一次运行过程中测试脉冲图形的施加实质上不会被驾驶员感知到。

6.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

测试脉冲图形由周期信号形成，该周期信号具有在两个转向方向上都实质上对称的信号分布曲线。

7.根据权利要求6所述的方法，

其特征在于，

测试脉冲图形的频率实质上对应于没有被驾驶员抑制的方向盘(12)的扭转振动的共振频率。

8.一种检测手和车辆方向盘(12)接触的装置，其特征在于，用于选择性地施加转向力的驱动器(14)和用于测量当前转向力和/或转向角的传感器(22)与方向盘(12)关联，

其中，

所述装置具有设计为执行权利要求1-7中任一项权利要求所述的方法的控制单元(10)。