CN107082072B - 借助于合成信号的脱手检测增强 - Google Patents

Abstract

提供了用于确定车辆驾驶员是否与该车辆的方向盘相接触的方法和系统。该方法的一个实施例包括产生引起方向盘的振动的扰动信号和从转向系统传感器接收转向信号的步骤，该转向系统传感器配置为提供车辆的电动转向系统的分量的转向扭矩和转向运动中的至少一个的指示。该方法还包括将扰动信号和转向信号混合以产生外差信号和产生指示所述车辆的驾驶员是否与所述车辆的方向盘相接触的驾驶员接触信号的步骤，该驾驶员接触信号的值取决于与所述扰动信号相关的所述外差信号的特性。

Description

借助于合成信号的脱手检测增强

技术领域

本发明大体上涉及一种车辆系统。更具体地，本发明涉及一种用于确定车辆驾驶员是否与车辆方向盘接触的方法和系统。

背景技术

现代车辆逐渐配备了诸如主动巡航控制系统和车道保持系统的多种主动安全系统，主动安全系统旨在当需要保持安全操作条件时补充车辆的驾驶员控制。当驾驶员把他或她的手从车辆的方向盘挪开时，会出现可能希望启用或停用某些主动安全系统的情况。

已经提出了多种方法和系统来确定驾驶员的手是否与方向盘接触。一些方向盘已经配备有旨在检测存在在方向盘上的驾驶员的手的电容传感器或压力传感器。然而，改进的方向盘是昂贵的并且可能是不可靠的。其它方法和系统依靠转向扭矩和/或转向角度的测量作为驾驶员的手的存在或不存在的指示标志。然而，这些方法和系统不能考虑到通常不需要转向的情况。例如，当车辆正以相对恒定的速度沿直线行驶时，驾驶员的手可能停留在方向盘上但不涉及转向，因此无法产生确定驾驶员的手事实上是否接触方向盘的必需的转向扭矩/角度的变化。另外其它方法和系统引入了方向盘的振动并且测量了根据驾驶员的手是否在方向盘上而不同的响应。希望在这些评估的过程中产生极少量的振动使得驾驶员未检测到振动。然而，由于需要产生用于适当的测量和解释的过高振动等级，后一种方法已被证明难以实施。具体地说，如果引入的振动太小，则与由其它车辆操作条件引起的响应相反，难以直接识别由驾驶员的手的存在或不存在指示的响应。然而，增大振动等级将使得驾驶员能够检测振动，造成不希望的注意力分散。

发明内容

根据一个实施例，提供了一种用于确定车辆驾驶员是否与车辆方向盘接触的方法。该方法包括产生引起方向盘振动的扰动信号的步骤。该方法进一步包括从转向系统传感器接收转向信号的步骤，转向系统传感器配置为提供车辆的电动转向系统的部件的转向扭矩和转向运动中的至少一个的指示。该方法进一步包括将扰动信号和转向信号混合以产生外差信号以及产生指示车辆驾驶员是否与车辆方向盘接触的驾驶员接触信号的步骤，驾驶员接触信号的值取决于与扰动信号相关的外差信号的特性。

根据另一个实施例，提供了一种用于确定车辆驾驶员是否与车辆方向盘接触的方法。该方法包括确定车辆车轮的速度以及产生引起方向盘振动的扰动信号的步骤。扰动信号的频率响应于车辆车轮的速度。该方法进一步包括从转向系统传感器接收转向信号的步骤，转向系统传感器配置为提供车辆的电动转向系统的部件的转向扭矩和转向运动中的至少一个的指示。该方法进一步包括产生指示车辆驾驶员是否与车辆方向盘接触的驾驶员接触信号的步骤，驾驶员接触信号的值取决于与扰动信号相关的转向信号的特性。

根据另一个实施例，提供了一种用于确定车辆驾驶员是否与车辆方向盘接触的系统。该系统包括电动转向系统。该电动转向系统包括电机和转向系统传感器，电机配置为响应于方向盘的运动而引起车辆的车轮的运动，系统传感器配置为提供电动转向系统的部件的转向扭矩和转向运动中的至少一个的指示。该系统进一步包括配置为产生控制信号的控制器，控制信号配置为使电机产生引起方向盘振动的扰动信号并从转向系统传感器接收转向信号。该控制器还配置为将扰动信号和转向信号混合以产生外差信号以及产生指示车辆驾驶员是否与车辆方向盘接触的驾驶员接触信号，驾驶员接触信号的值取决于与扰动信号相关的外差信号的特性。

附图说明

下面将结合附图进行描述优选的示例性实施例，其中相似标号表示相似元件，并且其中：

图1是包括用于确定车辆驾驶员是否接触车辆方向盘的系统的一个实施例的示例性车辆的示意图；

图2是可以用于图1的车辆的示例性电动转向系统的透视图；

图3是示例出用于确定车辆驾驶员是否接触车辆方向盘的方法的实施例的流程图；

图4是示例出当实施图3的方法时图1系统中处理某些信号的示意图。

具体实施方式

这里描述的系统和方法可用于确定车辆驾驶员是否接触车辆方向盘。具体地说，该系统和方法通过将驾驶员无法检测到的低等级振动引入方向盘并且检测由电动转向系统传感器产生的信号中的响应来确定车辆驾驶员是否与车辆方向盘接触，但是以无论车辆操作条件如何都可以检测到该响应的这种方式进行。在本教导的一个方面中，用来引起振动的信号的频率响应于车辆速度而改变以减少来自无关的转向系统振动的潜在信号噪声。在本教导的另一方面中，采用了外差检测来精确识别由驾驶员接触方向盘引起的转向系统传感器信号中的响应。

现在参照附图，其中相似附图标记用来识别各个视图中的相同部件，图1示例了车辆10的一个实施例，车辆10包括安全系统12和系统14，系统14用于确定车辆10的驾驶员是否与车辆10的方向盘接触。

提供安全系统12用于检测对车辆10和/或车辆10的乘客造成危险的条件以及用于警告乘客该条件和/或引起车辆10以减少或消除危险的方式运行。在某些实施例中，系统12包含诸如碰撞缓和以及避免系统的主动安全系统，诸如前向碰撞预警系统、前向自动制动系统(例如，作为自适应巡航控制系统的一部分或独立于自适应巡航控制系统)、前向或后向停车辅助系统、车道偏离预警系统或车道保持系统、侧部盲区警报系统、侧部或后向物体检测系统或后向自动制动系统的碰撞缓和以及避免系统检测并试图缓和或避免同车辆10外部的物体碰撞。在其它实施例中，系统12可包含诸如瞌睡驾驶员检测系统或青少年(或缺乏经验的)驾驶员监测系统的被动(非主动)安全系统。系统12可包括诸如车轮速度传感器16、18、20和22的检测车辆10的操作条件的传感器，诸如温度或湿度传感器24的检测与车辆操作环境相关的环境条件的传感器和/或诸如传感器26的检测车辆外部物体(例如，其它车辆、护栏等)的特性的传感器，该特性包括这些物体的存在或不存在，这些物体的位置或位置变化和这些物体的运动。系统12还可包括控制器28，控制器28处理由传感器16、18、20、22、24和26产生的信号并且与用户界面30通信以向车辆乘客提供预警以及与例如包括发动机控制器、制动控制器和/或转向控制器的用于多种车辆系统的控制器通信来控制这些系统的操作从而试图缓和或避免诸如碰撞的安全危险。控制器28可包括多种电子处理设备、存储设备、输入/输出(I/O)设备和/或其它已知部件，并且可执行多种控制和/或通信相关的功能。在示例性实施例中，控制器28包括存储多种传感器读数(例如，来自传感器16、18、20、22、24和26的传感器读数)、查找表或其它数据结构、软件程序等的电子存储设备32。控制器28还可以包括电子处理设备34(例如，微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)等)，其执行存储在存储设备32中的软件、固件、程序、算法、脚本等的指令。控制器28可经由车辆通信总线或其它通信装置电连接至其它车辆设备、模块和系统，并且可以在需要时与它们交互。用户界面30与车辆10的乘客交换信息或数据并且可包括用于这样做的视觉、音频、触觉或其它类型的部件的任意组合。

提供系统14用于确定车辆10的驾驶员是否与车辆10的方向盘接触。系统14可包括电动转向系统36和控制器38。

通过增加由车辆10的驾驶员在方向盘处提供的转向扭矩，提供电动转向(EPS)系统36来辅助车辆10的转向。参考图2，EPS系统36配置为使车辆10的前轮转向或控制车辆10的前轮并且包含“齿条辅助”式系统(即，其中EPS电机的输出通过齿轮装置联接至齿条的系统)。然而，应当理解，本系统和方法可以和包括但不限于“柱辅助”式系统和再循环球式系统的其它类型的EPS系统一起使用。EPS系统36可包括方向盘40、转向柱组件42、齿条齿轮转向器组件44、电机组件46和多种转向系统传感器48、50。

如本领域所广泛认识到的，方向盘40旋转地安装在转向柱组件42上并且为驾驶员提供转向车辆的能力。方向盘能以多种不同的形式出现并且可以携带类似喇叭或电子控制的附加部件。例如，操作巡航控制系统、车辆无线电设备和其它已知设备的电子控制可以安装至方向盘40的一个或多个分支或中心部件。为简明起见，已将经常伴随着方向盘和转向柱组件的配线和不同电连接从图2移除。

转向柱组件42旋转地支承方向盘40并且将驾驶员的转向意图传递到EPS系统36的其它部分。在此所示的示例性实施例中，为了显示分别由第一转向接头58和第二转向接头60连接在一起的第一转向轴52、第二转向轴54和第三转向轴56，已经剥除了转向柱组件42的外部壳体、控制柄、点火部件等。这些示例性零件中的每一个零件都是转向柱组件42的一部分。第一转向轴52在上端处牢固地固定于方向盘40并且在下端处经由第一转向接头58联接至第二转向轴54。虽然可以使用许多不同类型的接头或连接，但是第一转向接头58在此所示为万向接头(也称为U型接头、卡登接头、Hardy-Spicer接头、胡克氏接头等)。可以使用在弯曲部周围将两个刚性轴连接在一起并且能够将来自一个轴的旋转运动传递至另一个轴的任何类型的接头。第二转向轴54作为第一转向轴52和第三转向轴56之间的中间段并且经由转向接头58和转向接头60联接至那些轴。一个或多个转向轴可以包括附加特征部，附加特征部包括使轴能够延伸至不同长度的伸缩特征部62以及用于衰减转向连接组件中的振动的挠性联轴器64。第二转向接头60在此所示为封装在塑料或橡胶保护罩66内，塑料或橡胶保护罩66隔离或以其它方式保护位于下方的转向接头。与第一转向接头一样，第二转向接头60可以是包括万向接头类型或回转接头类型的多种不同形式中的其中一个。在本实施例中，第三转向轴56比其它轴段短并且作为齿条齿轮转向器组件44的输入轴(有时第三转向轴56被认为是齿条齿轮转向器组件44的一部分，即使其在此所示为转向连接组件42的一部分)。当然应当认识到，前面的描述仅仅是一般且示例性的性质，因为也可以使用无数转向连接组件实施例，包括那些与在此所示的实施例相比具有更多、更少和/或不同部件的实施例。

齿条齿轮转向器组件44将转向柱组件42中的旋转运动转化为可以用来转动车辆车轮的侧向或横向车辆运动。根据在图2中示出的实施例，壳体68包围圆柱形小齿轮、伸长的齿条、一组或多组轴承和其它本领域广泛公知的部件(都未在图中示出)。小齿轮以一般共轴的方式与第三转向轴56设置在一起并且包括位于其外圆周面上的齿轮齿。伸长的齿条根据横向车辆方向来设置(即，齿条沿车辆的侧向方向延伸)，并且具有与小齿轮的那些齿轮齿啮合地接合的相应的齿轮齿。在操作期间轴承和其它部件可以用来确保平滑运动。在本实施例中，柔性保护罩70用来围绕从壳体68突出的齿条的部段；这有助于确保齿条齿轮转向器组件保持远离污物和碎屑。齿条两端中的每一端(在此所示为位于保护罩70内部)连接至齿条接头72，齿条接头72可以是联接至拉杆组件74的球形或其它全向连接。组件74将齿条齿轮转向器组件44连接至车轮组件76或车辆10的“转角”，使得齿条中的侧向运动可以联接至车轮以引起车轮转动。具体地说，组件74可联接至车轮组件76的转向关节78，转向关节78又联接至可旋转轮毂80、盘或转子82和具有安装轮胎(未示出)的车轮。

为了补充由驾驶员产生的手动转向力，电机组件46为系统提供动力辅助。这使得转向更加容易且不费力。根据这一具体实施例，电机组件46包括用于实现电机电枢与齿条速度的优选比例的电机84、动力输入86和一个或多个齿轮、滑轮、带、轴承等。可以是无刷电机、有刷电机或本领域采用的任何其它类型的电机的电机84包括可以经由减速机构机械地联接至齿条的电机输出(电机一般以对齿条来说过大的旋转速度旋转，由此，电机需要减速)。电机可以经由动力输入86供以动力，使得其驱动在侧向或横向车辆运动中的齿条(如将要解释的那样，方向和速度取决于电机控制信号)，除了其它功能以外，齿条还为转动车轮提供辅助。

转向系统传感器48、50产生了指示EPS系统36的部件的转向扭矩和转向运动的信号。相同的信号还能够提供关于由平滑道路震动(SRS)或试图减弱SRS引起的转向柱组件42中的振动信息，以及如下文将更详细地讨论的为了确定驾驶员是否接触方向盘40而引起的振动的信息。传感器48可以包括转向角度传感器并且产生指示方向盘40和/或转向柱组件42的转向轴52、54、56中的一个转向轴的旋转角度的信号。除了测量方向盘40的旋转角度之外或作为可替代方案，传感器可以用于检测EPS系统36内的部件的其他运动，EPS系统36指示方向盘40的运动，例如包括电机84的位置或齿条的平移。传感器50可以包括转向扭矩传感器并且产生指示施加到方向盘40和/或转向柱组件42的转向轴52、54、56的中的一个转向轴的扭矩量的信号。传感器50测量作为时间的函数的扭矩，使得由于周期性和/或非周期性振动引起的变化能够被记录用于分析。合适的扭矩传感器的一些实例包括磁致伸缩型传感器、旋转位移型传感器(例如，用电位设备等测量相对角位移传感器)和应变仪型传感器，仅举几个示例。在示例的实施例中，传感器50安装在转向轴56上或安装在转向轴56附近。应当理解，传感器48、50的位置可以沿着转向柱组件42变化。除了转向角度传感器48和转向扭矩传感器50之外，应当理解，本文中可以使用其他类型的转向系统传感器，包括例如加速度计(可能与组件中的振动相关的转向连接组件的部件的位移、速度和/或加速度)。这些传感器可以统称为运动传感器。进一步地，应当理解，系统14还可以包括接触传感器(未示出)，其包括压力传感器和电容传感器，它们配置为产生指示驾驶员与方向盘40接触的输出信号。

在常规的向前驱动操作期间，驾驶员在方向盘40上施加旋转力，以便使其沿顺时针或逆时针方向转动。由驾驶员施加的旋转力和/或由驾驶员造成的旋转角度分别被转换为在整个转向柱组件42的长度上传递的转向扭矩和可能的响应转向角。转向角和转向扭矩可以由传感器48、50感测，并且相应的信号被发送到诸如控制器38的电子控制器。转向柱组件42的各个轴、接头等的旋转运动被转换为齿条和小齿轮转向齿轮组件44中的横向或侧向运动。这种转换发生在小齿轮和齿轮式齿条部件之间并且转化为拉杆组件74的横向运动，如在本领域中众所周知的。拉杆组件的运动造成车轮组件76相应地枢转或旋转，这导致车辆的车轮转向。除了该手动操作之外，电机组件46还向驾驶员提供动力辅助。控制器38可以使用传感器48、50的输出、车辆速度信号和其他输入产生电机控制信号，该电机控制信号在特定方向上以一定速度持续特定量的时间来驱动电机84。来自电机84的机械输出可以通过类似滑轮、皮带、齿轮等的一个或多个部件向下传动，并且被转换为可以机械地联接到齿条的横向运动。因此，齿条处的总力包括来自驾驶员的手动贡献的力和来自电机84的电动贡献的力。如前所述，这是所谓的“齿条辅助”系统，由于电机84的输出机械地联接到齿条，然而也可以使用诸如“柱辅助”系统的其他系统。在柱辅助系统中，电机的输出联接到转向柱组件42的部件，诸如第一转向轴52。

再次参照图1，控制器38可以被提供用于控制EPS系统36中的电机84。根据本教导的一个方面，控制器38还被提供用于响应来自传感器48、50的信号确定车辆10的驾驶员是否与方向盘40接触，并且产生指示驾驶员是否与方向盘40接触的驾驶员接触信号。控制器38可以包括各种电子处理设备、存储设备、输入/输出(I/O)设备和/或其他已知部件，并且可以执行各种控制和/或通信相关的功能。在示例性实施例中，控制器38包括存储各种传感器读数(例如，来自传感器48、50的传感器读数)、查找表或其他数据结构、软件程序等的电子存储设备88。控制器38还可包括电子处理设备90(例如，微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)等)，其执行存储在存储设备88中的软件、固件、程序、算法、脚本等的指令。根据特定实施例，控制器38可以是独立的车辆电子模块，可以结合在另一车辆电子模块内或包括在另一车辆电子模块内，或者可以是较大网络或系统的一部分。控制器38可以经由车辆通信总线或其他通信装置电连接到其他车辆设备、模块和系统，并且可以在需要时与它们交互。

根据本文公开的各种实施例，控制器38配置有适当的程序指令或代码(即，软件)以在用于确定车辆10的驾驶员是否与车辆10的方向盘40接触的方法中执行几个步骤。代码可以存储在控制器38的存储设备88中，并且可以从常规计算机存储介质上传到存储设备88。现在参照图3，该方法可以从旨在评估一个或多个潜在前提条件以执行该方法中的后续步骤的一个或多个步骤开始。在一些情况下，驾驶员与方向盘40缺乏接触可能不会产生需要评估驾驶员是否与方向盘40接触的显著风险。例如，可能只在车辆的某些操作条件期间关心与方向盘40缺乏接触的问题。因此，该方法可以从确定某些操作条件是否存在的步骤92开始。根据一个实施例，这些操作条件可以包括车辆是否处于合适的操作条件(例如，非静止)。该方法还可以包括确定安全系统是否需要关于驾驶员与方向盘40接触的指示的步骤94。关于与方向盘40接触的信息可以与一些安全系统12相关而不是与其他相关。进一步地，在某些条件下而不是其他条件下，安全系统12可能需要关于驾驶员与方向盘40接触的信息。因此，控制器38可以配置为--直接从安全系统12或监控控制器中任一个--接收驾驶员接触请求信号，并且响应于该信号确定系统12是否需要评估驾驶员是否与方向盘40接触。如果没有系统12需要关于驾驶员与方向盘40接触的信息(并且不存在需要关于驾驶员与方向盘40接触的信息的其他操作条件)，则该方法可以结束。如果一个或多个系统12需要关于驾驶员与方向盘40接触的信息(或存在需要关于驾驶员与方向盘40接触的信息的其他操作条件)，则该方法可以进行。

如果情况指示需要确定和/或验证驾驶员是否与方向盘40接触，则该方法可以在各个步骤继续以在方向盘40中引起振动并测量响应。特别地，该方法可以包括产生造成方向盘振动的扰动信号的步骤96。在采用方向盘振动来确定与方向盘接触的常规系统中，所引起的振动可能被其他努力所混淆，这些努力是为了减少由轮胎/车轮不平衡、轮胎不规则性、制动转子不平衡和类似情况造成的“平滑道路震动”引起的振动。因此，根据本教导的一些实施例，扰动信号的频率响应于车辆速度而变化，以便使信号免受不相关的振动(诸如由内部激励或由主动减弱这些振动的努力引起的周期性振动)的影响。在该实施例中，步骤96前提可以是确定车辆10的车轮的速度的步骤98。然后以响应于车辆10的车轮的速度的频率形成扰动信号。特别地，因为上面参照的周期性振动的频率通常线性地取决于车辆速度，所以扰动信号可以以避免这些频率的方式形成。车轮的速度能够以常规方式通过车轮速度传感器16、18中的一个或两个车轮速度传感器而被确定。控制器38然后可以形成控制信号，该控制信号配置为造成EPS系统36的电机84通过例如使用存储设备88中的数学公式或查找表来产生具有响应于车轮速度的频率的扰动信号。

该方法可以在接收来自转向系统传感器48、50的转向信号的步骤100时继续，转向系统传感器配置为提供EPS系统36的部件的转向扭矩和转向运动中的至少一个的指示。传感器48、50产生指示转向运动和转向扭矩的信号，但是这些信号受到由驾驶员施加到方向盘的力、由电机84施加的力、车辆的轮胎对转弯的阻力以及路面的变化的影响。因此，转向信号包括由电机84产生扰动信号而产生的信息。控制器38配置为接收转向信号并处理信号以获得指示驾驶员是否与方向盘40接触的信息。虽然将参照在单个转向信号上执行的动作来描述该方法中的一些后续步骤，但是应当理解，可以对从多个转向系统传感器48、50产生的转向信号执行类似的动作，并且可以响应于多于一个转向系统传感器48、50的输出来评估驾驶员是否与方向盘40接触。在本发明的一些实施例中，用于下文描述的目的，控制器38还可以在步骤100中从接触传感器(诸如压力传感器或电容传感器)接收输出信号。

根据一个实施例，该方法可以直接进行到产生指示车辆10的驾驶员是否与车辆10的方向盘40接触的驾驶员接触信号的步骤102。在该实施例中，驾驶员接触信号的值取决于与扰动信号相关的转向信号的特性。如上所述，已知在方向盘中引入振动，并测量作为驾驶员与方向盘40接触的指示标志的响应。如果驾驶员与方向盘40接触，则由驾驶员施加的力将引起可以在由传感器48、50产生的转向信号中检测到的扰动信号中的第一变化。相反地，如果驾驶员不与方向盘40接触，则转向信号将带有具有指示来自原始扰动信号中的第二变化的特征(例如，幅值或相位)的分量。在采用方向盘振动来确定与方向盘接触的常规系统中，所引起的振动可能被其他努力减弱，这些努力是为了减少由轮胎/车轮不平衡、轮胎不规则、制动转子不平衡和类似情况造成的“平滑道路震动”引起的振动。通过在步骤98中确定车轮的速度并且在步骤96中响应于车辆速度改变扰动信号的频率，所公开的系统和方法避免了信号减弱，并且在一些情况下足以提供驾驶员和方向盘40之间的接触的可靠的指示标志。

参照图4，步骤102可以包括从接收转向信号引到产生驾驶员接触信号的若干处理子步骤。由传感器48、50中的至少一个传感器产生并且指示转向运动(诸如转向角)或转向扭矩的转向信号转向_f(t)可以首先通过滤波器模块104来产生滤波信号转角。在一个实施例中，滤波器被构造为低通滤波器，并且具体地为以允许具有大约0.25Hz的频率的信号通过的三阶巴特沃斯低通滤波器。提取模块106在限定的时间段(例如，在大约1.5秒的时间段内以10ms为间隔)从滤波的转向信号转向_f(t)提取多个值。提取模块106可以通过获取在各个时间点的信号的幅值的绝对值的信号转向_f(t)中获得值。比较模块108将从滤波信号转向_f(t)获得的值与预定阈值转向运动或转向扭矩值进行比较。阈值指示驾驶员是否与方向盘40接触。根据本教导的一个方面，阈值可以形成为扰动信号的频率的函数。如果从滤波转向系统信号转向_f(t)中获得的所有转向运动和/或转向扭矩值满足相对于阈值的预定条件(例如，小于或等于阈值转向运动和/或转向扭矩)，则比较模块产生具有一个值的比较信号。如果来自滤波转向系统信号转向_f(t)的值中的一个或多个值不满足相对于阈值的预定条件(例如，一个或多个值大于阈值转向运动和/或转向扭矩)，则比较模块108产生具有另一个值的比较信号。比较模块108的输出的值(例如，0或1)指示驾驶员是否与方向盘40接触，并且在某些实施例中可包括驾驶员接触信号。

再次参照图3，根据本教导的其他实施例，执行额外的或替代的步骤以确定驾驶员是否与方向盘40接触。在这些实施例中，该方法可以在混合扰动信号和第一转向信号以产生一个或多个外差信号的步骤110继续。根据本教导的一个方面，外差检测机构被施加到转向信号，以便分析信号来确定驾驶员是否与方向盘40接触。使用外差检测将允许能够使用在方向盘40中引入相对低等级的振动的扰动信号。如上所述，不期望方向盘的显著振动，因为该振动可被驾驶员发现并产生不需要的注意力分散。先前，当引起低水平振动时，与其他因素相反，难以识别由驾驶员和方向盘40之间存在或不存在接触所指示的响应。然而，使用根据本教导的外差检测方法使得能够使用低等级振动，同时允许关于驾驶员和方向盘40之间的接触的可靠测定。

再次参照图4，步骤110可包括在混合信号之前在转向信号转向(t)和扰动信号驱动(t)两者上的多个处理操作。转向信号转向(t)可通过滤波器模块112以产生滤波信号转向_f(t)。在一个实施例中，滤波器构造为带通滤波器，且尤其是第二阶巴特沃斯(Butterworth)带通滤波器以允许相对于扰动信号的频率具有正或负2Hz的频率的信号通过。将扰动信号信号驱动(t)输入到正弦函数和余弦函数发生器模块114、116。模块114接收扰动信号驱动(t)并在扰动信号驱动(t)的频率下产生正弦函数载波信号sin(2*π*f_o*t)。类似地，模块116接收扰动信号驱动(t)并在扰动信号驱动(t)的频率下产生余弦函数载波信号cos(2*π*f_o*t)。余弦函数载波信号cos(2*π*f_o*t)与正弦函数载波信号sin(2*π*f_o*t)的相位相差90度。正弦函数载波信号sin(2*π*f_o*t)和余弦函数载波信号cos(2*π*f_o*t)是一组重合和正交发生器(即，在扰动信号驱动(t)的频率下任意地表示为同相和异相波发生器)。尽管在所描述的实施例中余弦函数载波信号cos(2*π*f_o*t)与正弦函数载波信号sin(2*π*f_o*t)的相位相差90度，但应理解，可使用任何等效重合和正交波发生器(包括具有除了90度以外的相位差的那些和在多个相位下具有多余分量的那些)。转向信号转向(t)在载波信号sin(2*π*f_o*t)和cos(2*π*f_o*t)的频率下具有周期性内容。然而，转向信号转向(t)的周期性内容的振幅以及转向信号转向(t)和载波信号sin(2*π*f_o*t)和cos(2*π*f_o*t)之间的相位偏移是未知的。载波信号sin(2*π*f_o*t)和cos(2*π*f_o*t)可提供到复变量发生器模块118，其形成包括实部(余弦)和虚部(正弦)分量两者的复变量。以下这些动作，混合模块120将滤波转向信号转向f(t)和正弦函数载波信号sin(2*π*f_o*t)混合(例如，通过其乘积)，以混合正弦信号S(t)＝steer_f(t)*sin(2*π*f_o*t)的形式(其涉及扰动信号的混合正交分量)来产生外差信号。类似地，混合模块120(或另一个混合模块)将滤波转向信号转向f(t)和余弦函数载波信号cos(2*π*f_o*t)混合(例如，通过其乘积)，以混合余弦信号C(t)＝steer_f(t)*cos(2*π*f_o*t)的形式(其涉及扰动信号的混合重合分量)来产生外差信号。

再次参照图3，方法可继续到响应于外差信号而产生指示车辆10的驾驶员是否与车辆10的方向盘40接触的驾驶员接触信号的步骤122。步骤122可包括一系列子步骤：通过提取涉及扰动信号的分量来解释外差信号，且随后为驾驶员接触信号建立值，该值取决于这些相关分量的特征(例如，振幅和相位)。外差检测是通过将信号与参照信号(在所选频率下操作的本机振荡器)混合以产生外差信号而检测与诸如扰动信号的基线信号相关的信号的过程。外差信号包括具有与扰动信号相关的相对振幅和相位的分量。如果振幅比或相位中的至少一个不同于预定阈值(或取决于使用阈值而显著不同)，则外差信号指示转向信号已经受另一个结束条件(例如，方向盘40的阻抗负载或有效的动态结束、或其不足)的影响，且尤其是受与方向盘40接触的驾驶员的影响。如果相对振幅和相位都在阈值的范围内(再次取决于相应的使用阈值)，则外差信号指示转向信号与特定的结束条件相一致，且具体的是驾驶员没有与方向盘40相接触。

再次参照图4，外差或混合正弦和余弦信号S(t)和C(t)可通过滤波器模块124以产生滤波正弦和余弦信号S_f(t)和C_f(t)。在一个实施例中，滤波器构造为低通滤波器，且具体的是第三阶巴特沃斯(Butterworth)低通滤波器。提取模块126在限定时间周期(例如，约1.5秒)内从滤波正弦和余弦信号S_f(t)和C_f(t)中提取多个值。在一个实施例中，提取模块126寻求获得对应于由滤波正弦和余弦信号S_f(t)和C_f(t)表示的复量的振幅的值。因此，提取模块126可通过在单个时间点下取平方和的平方根(即，

)或者复量的实部和虚部的绝对值的最大值从信号中获得。在另一个实施例中，提取模块126通过比较他们的相对振幅寻求获得对应于由滤波正弦和余弦信号S_f(t)和C_f(t)表示的相位的值。比较模块128将从外差信号中获得的值(例如，振幅或相位)与一个或多个预定阈值相比较。阈值指示驾驶员是否与方向盘40相接触。根据本教导的一个方面，阈值可以形成为扰动信号的频率的函数。在值和扰动信号之间的函数关系可使用示例性车辆由经验确定。在提取模块126获得对应于复量的振幅的值的实施例中，将该值与单个阈值进行比较。如果从外差信号获得的所有值满足了相对于阈值的预定条件(例如，小于或等于阈值)，则比较模块128输出一个值。如果来自外差信号的值中的一个或多个不满足相对于阈值的预定条件(例如，一个或多个值大于阈值)，则比较模块128输出另一个值。在提取模块126获得对应于复量的相位的值的实施例中，将该值与多个阈值进行比较。如果从外差信号获得的所有值满足了相对于阈值的预定条件(例如，大于或等于第一阈值，但小于或等于第二、较大阈值)，则比较模块128输出一个值。如果来自外差信号的值中的一个或多个值不满足相对于阈值的预定条件(例如，一个或多个值小于第一阈值或大于第二阈值)，则比较模块128输出另一个值。比较模块128的输出的值(例如，0或者1)指示驾驶员是否与方向盘40相接触，并在某些实施例中可包括驾驶员接触信号。

再次参照图3，根据本教导的方法的其它实施例还可包括响应于外差信号和下列中的至少一个两者而产生驾驶员接触信号的步骤130：(i)由控制逻辑输出的比较信号，其将转向扭矩和/或转向运动测量与指示驾驶员是否与方向盘40相接触的阈值进行比较，和(ii)接触传感器132(诸如压力传感器或电容传感器)的输出信号，其指示驾驶员是否与方向盘40相接触。如上文所述，使用转向扭矩和/或转向角度或其它转向运动的测量和/或使用接触传感器作为与方向盘相接触的存在或不存在的指示标志是已知的。然而，这些测量并不总是可靠的指示标志。例如，在直线驾驶期间转向扭矩和运动传感器可能不会产生准确的读数，同时接触传感器可能无法检测出与方向盘的某些部分接触。因此，根据一些实施例，上文所描述的外差检测方法结合下列来使用：(i)转向扭矩和/或转向角度或其它转向运动相对于阈值的比较，和/或(ii)来自接触传感器132的输出信号，其向驾驶员没有与方向盘40相接触的指示提供增加的置信度。再次参照图4，在一个此类实施例中，AND逻辑模块134可接收比较模块128和比较模块108和接触传感器132中的至少一个两者的输出。驾驶员接触信号可假定第一值和第二值，当比较模块128的输出和比较模块108和接触传感器132中的至少一个(或在某些实施例中两者)的输出指示缺乏接触时，第一值指示驾驶员与方向盘40缺乏接触，当比较模块108、128和接触传感器132的输出中的一个输出指示接触时，第二值指示驾驶员与方向盘40接触。应当注意，外差信号和比较模块108、128的输出使用转向传感器48、50的相同输出转向(t)(即，在相同的限定时间周期内)并行产生。根据本发明的某些实施例，指示驾驶员与方向盘缺乏接触的输出值可导致方法中某些步骤的重复。特别地，如果输出指示缺乏接触，则新的扰动信号(其引起方向盘40中更显著的振动和上述过程步骤重复)可产生，以获得指示驾驶员接触的新输出。但在不干扰驾驶员(假定该驾驶员没有与方向盘40相接触)的情况下，基于初始输出，更显著的振动使检测信号的准确性增加。该过程与新的扰动信号(其包括方向盘40中更强烈的振动)可一次又一次地重复直到获得事实上驾驶员没有与方向盘40相接触的可接受的置信度水平。

再次参照图3，驾驶员接触信号可用于多种目的。根据某些实施例，方法可包括响应于驾驶员接触信号而控制车辆10的安全系统12的步骤136。如上文中所讨论，诸如自适应巡航控制或车道保持辅助的某些安全系统12可在使用之前要求驾驶员与方向盘40相接触。因此，为了启用系统12，辅助系统12根据系统12的性质来确定是否产生预警，或实施各种响应的目的，控制器38可向一个或多个安全系统12提供驾驶员接触信号。

应理解，以上描述不是对本发明的限定，而是对本发明的一个或多个优选示例性实施例的描述。本发明不限于在此所公开的特定实施例，而是由下面的权利要求书来唯一限定。此外，包含在以上描述中的声明涉及特定实施例，并不能解释为限定本发明的范围或限定权利要求书中所使用的词语，除非该词语或措辞在上面进行了特别限定。各种其它实施例和已公开实施例的各种变化和修改对本领域的技术人员来说是显而易见的。例如，步骤的特定组合和次序仅是一种可能性，因为本方法可包括具有比本文所示的较少、较多的或不同于本文中所示的步骤的步骤的组合。所有此类其它实施例、变化和修改应确定为附属权利要求书的范围之内。

如在说明书或权利要求书中所使用的，词语“例如(for example)”、“如(e.g.)”、“比如(for instance)”、“诸如(such as)”、“类似物(like)”和动词“包括(comprising)”、“具有(having)”、“包含(including)”以及它们的其它动词形式，当与一个或多个部件或其它词语的列表结合使用时，每个应解释为开放式，意味着该列表不应当被认为排除其它的、额外的部件或项目。其它词语采用其最广泛的合理含义来解释，其用于要求有不同解释的上下文的情况下除外。

Claims (13)

1.一种用于确定车辆驾驶员是否与所述车辆的方向盘相接触的方法，所述方法包括以下步骤：

产生引起所述方向盘振动的扰动信号；

从第一转向系统传感器接收第一转向信号，所述第一转向系统传感器配置为提供所述车辆的电动转向系统的第一部件的转向扭矩和第一转向运动中的至少一个的指示；

将所述扰动信号和所述第一转向信号混合以产生第一外差信号；和，

产生指示所述车辆的驾驶员是否与所述车辆的所述方向盘相接触的驾驶员接触信号，所述驾驶员接触信号的值取决于与所述扰动信号相关的所述第一外差信号的特性。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括确定所述车辆的车轮的速度的步骤，且其中所述扰动信号的频率响应于所述车辆的所述车轮的速度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中产生所述扰动信号的所述步骤包括产生控制信号的子步骤，所述控制信号配置为使所述车辆的所述电动转向系统的电机产生所述扰动信号。

4.根据权利要求1所述的方法，其中产生所述扰动信号的所述步骤包括以下子步骤：

接收支持所述车辆的安全系统的驾驶员接触请求信号；和，

产生控制信号，所述控制信号配置为响应于所述驾驶员接触请求信号而使所述车辆的所述电动转向系统的电机产生所述扰动信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其中产生所述驾驶员接触信号的所述步骤包括以下子步骤：

将从所述第一外差信号获得的值与预定阈值进行比较；和，

响应于从所述第一外差信号获得的值是否满足相对于所述预定阈值的预定条件而设定所述驾驶员接触信号的值。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述预定阈值的值是所述扰动信号的频率的函数。

7.根据权利要求1所述的方法，其中产生所述驾驶员接触信号的所述步骤包括以下子步骤：

将所述转向扭矩和所述第一转向运动中的所述至少一个与预定阈值转向扭矩和预定阈值转向运动中的相应的一个进行比较；和，

如果所述转向扭矩和所述第一转向运动中的所述至少一个满足相对于所述预定阈值转向扭矩和预定阈值转向运动中的所述相应的一个的预定条件，则产生比较信号，

其中响应于所述第一外差信号和所述比较信号而产生所述驾驶员接触信号。

8.根据权利要求7所述的方法，其中如果所述第一外差信号的所述特性和所述比较信号指示所述转向扭矩和所述第一转向运动中的所述至少一个超过了预定阈值转向扭矩和预定阈值转向运动中的相应的一个，则所述驾驶员接触信号指示所述驾驶员没有与所述车辆的所述方向盘相接触。

9.根据权利要求1所述的方法，其中产生所述驾驶员接触信号的步骤包括从驾驶员接触传感器接收输出信号的子步骤，其中响应于所述第一外差信号和所述输出信号而产生所述驾驶员接触信号。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一外差信号的所述特性包括所述第一外差信号的分量的振幅和相位中的至少一个。

11.根据权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：

从第二转向系统传感器接收第二转向信号，所述第二转向系统传感器配置为提供所述车辆的电动转向系统的第一部件的所述转向扭矩、所述第一转向运动和所述车辆的所述电动转向系统的第二部件的第二转向运动中的至少一个的指示；

将所述扰动信号和所述第二转向信号混合以产生第二外差信号；和；

产生指示所述车辆的驾驶员是否与所述车辆的所述方向盘相接触的驾驶员接触信号，所述驾驶员接触信号的值取决于与所述扰动信号相关的所述第一和第二外差信号的特性。

12.一种用于确定车辆驾驶员是否与所述车辆的方向盘相接触的方法，所述方法包括以下步骤：

确定所述车辆的车轮的速度；

产生引起所述方向盘振动的扰动信号，所述扰动信号的频率响应于所述车辆的所述车轮的所述速度；

从第一转向系统传感器接收第一转向信号，所述第一转向系统传感器配置为提供所述车辆的电动转向系统的部件的转向扭矩和转向运动中的至少一个的指示；和，

产生指示所述车辆的驾驶员是否与所述车辆的所述方向盘相接触的驾驶员接触信号，所述驾驶员接触信号的值取决于与所述扰动信号相关的所述第一转向信号的特性。

13.一种用于确定车辆的驾驶员是否与所述车辆的方向盘相接触的系统，所述系统包括：

电动转向系统，所述电动转向系统包括：

电机，所述电机配置为响应于所述方向盘的运动而引起所述车辆的车轮的运动，

其特征在于，所述系统还包括：

第一转向系统传感器，所述第一转向系统传感器配置为提供所述电动转向系统的第一部件的转向扭矩和第一转向运动中的至少一个的指示；和，

控制器，所述控制器配置为

产生控制信号，所述控制信号配置为使所述电机产生引起所述方向盘的振动的扰动信号；

从所述第一转向系统传感器接收第一转向信号；

将所述扰动信号和所述转向信号混合以产生第一外差信号；和，

产生指示所述车辆的驾驶员是否与所述车辆的所述方向盘相接触的驾驶员接触信号，所述驾驶员接触信号的值取决于与所述扰动信号相关的所述第一外差信号的特性。

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