CN108698629A - 用于检测方向盘接触的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了描述用于检测操作者与车辆的方向盘的接触的系统和方法的系统和方法。所述系统可以包括：方向盘、耦接到所述方向盘的驱动马达以及控制所述驱动马达的操作的驱动马达控制器。所述驱动马达控制器可以检测所述操作者与所述方向盘之间的接触。在一个方面，所述系统和方法可用来在没有检测到所述操作者与所述方向盘的接触时向所述车辆的所述操作者发出警报。

Description

用于检测方向盘接触的系统和方法

背景技术

叠加转向系统的特征在于由驾驶员输入的转向角可以具有由致动器叠加在其上的另一角度。DE 101,313 A1公开了一种叠加传动装置(gearing)，该叠加传动装置被布置在连接到方向盘的输入轴与连接到转向齿轮的输出轴之间。WO 2007/009420 A1描述了一种用于叠加转向系统的叠加传动装置，其中用于叠加转向系统的致动器被布置在方向盘中。此处，致动器形成为单独的模块。

叠加转向系统例如用于所谓动态转向系统中，其中转向角的叠加以速率相关的方式发生。

随着越来越多的车辆被制造成包括先进驾驶辅助系统，车辆可能需要检测驾驶员的手是否在方向盘上，以确定将车辆控制权交还给驾驶员是否安全。因此，在本领域中需要可靠地检测驾驶员的手与方向盘之间的接触的系统和方法。

发明内容

各种实施方式包括一种使用主动转向系统用于检测操作者与车辆的方向盘的接触的系统。所述系统可以包括：方向盘；耦接到方向盘的驱动马达；以及可以控制驱动马达的操作的驱动马达控制器。驱动马达控制器可以检测操作者与方向盘之间的接触。驱动马达控制器可以通过首先产生驱动信号并将其传送到驱动马达以向方向盘施加力来实现检测。施加力可以包括施加至少一个电流脉冲。然后，驱动马达控制器可以测量由驱动马达上源自操作者对驱动马达施加的力的反作用(reaction)的反电动势(反EMF)产生的电流。测量由反EMF产生的电流可以周期性进行，例如约百分之一毫秒一次。接着，驱动马达控制器可以将电流与预定义电流范围进行比较。电流范围可以包括从大约1安培(包括)到大约4安培(包括)的电流值。最后，驱动马达控制器可以根据预定义电流范围和电流的比较来确定操作者和方向盘之间是否存在接触。

驱动马达可以操作地连接到旋转方向盘的一个或多个齿轮。驱动马达可以集成到方向盘基座中并与其成一整体。驱动马达可以是主动转向系统的部件。此外，驱动马达可以被安置成邻近方向盘的气囊的转向簧圈(clockspring)壳体。

驱动马达控制器可以通过调节到驱动马达的功率来控制驱动马达的操作。驱动马达控制器可以将驱动马达上的反EMF与电流值相关联。驱动马达控制器可以是主动转向系统的部件。

所述确定可以电子地传送到自主驾驶系统、巡航控制系统和安全系统中的一个或多个。作为确定的结果，可以采取至少一个动作。至少一个动作可以包括向车辆的操作者发送警报。警报可以包括显示给操作者的视觉信号。警报可以包括广播给操作者的音频信号。警报可以包括机械地施予且可由操作者的身体接收的振动信号。

在一些实施方式中，如果车辆的速度大于预定义速度阈值，则驱动马达控制器向方向盘施加第一力。如果车辆的速度小于预定义速度阈值，则驱动马达控制器向方向盘施加第二力，其中第一力小于第二力。

并且，在某些实施方式中，如果方向盘正以大于预定义角速度阈值的角速度旋转，则驱动马达控制器向方向盘施加第一力。并且，如果方向盘正以小于预定义角速度阈值的角速度旋转，则驱动马达控制器向方向盘施加第二力，其中第一力大于第二力。

在各种实施方式中，所述系统可以使用以下参数中的一个或多个来选择用于检测操作者与方向盘的接触的测试力的量值和/或为操作者提供转向辅助力：车辆速度、车辆加速度、方向盘的角速度、车辆的偏航率、车辆的前束角、车辆的外倾角、车辆的后倾角、车辆的任何一个车轮的角度、包括乘客和/或货物的重量在内的车辆的重量、窗户/天窗/敞篷车顶部开/关状态、外部道路环境(例如，路面材料、路面结构状况、雪/雨/冰的存在、道路几何形状(例如，倾斜、车道数量、车道类型(例如通行/禁止通行、接近、转弯车道))、周围障碍物(例如永久性的-桥梁、隧道、支墩、周围或临近的交通(例如音量、接近度、相对动力学))和/或内部驾驶舱环境(例如，驾驶员状态(例如，身份、年龄、能力、健康、损伤类型/水平、警觉性)、乘员的数量和乘员的状态)。

在本公开的另一方面，描述了一种用于检测操作者与车辆的方向盘的接触的方法。所述方法可以包括：由驱动马达控制器产生驱动信号并将其传送到驱动马达，以向方向盘施加力。驱动马达可以耦接到方向盘，并且驱动马达控制器可以控制驱动马达的操作。所述方法还可以包括测量由驱动马达上源自操作者对驱动马达施加的力的反作用的反电动势(反EMF)产生的电流。可以周期性测量电流，例如大约百分之一毫秒一次。所述方法还可以包括由驱动马达控制器将电流与预定义电流范围进行比较。电流范围可以包括从大约1安培(包括)到大约4安培(包括)的电流值。最后，所述方法可以包括由驱动马达控制器根据预定义电流范围和电流的比较来确定操作者和方向盘之间的接触。

驱动马达可以操作地连接到旋转方向盘的一个或多个齿轮。驱动马达可以被安置成邻近方向盘基座。驱动马达可以是主动转向系统的部件。此外，驱动马达可以被安置成邻近方向盘的气囊的转向簧圈壳体。

驱动马达控制器可以通过调节到驱动马达的功率来控制驱动马达的操作。驱动马达控制器可以将驱动马达上的反EMF与电流值相关联。驱动马达控制器可以是主动转向系统的部件。

所述确定可以电子地传送到另一车辆系统，例如自主驾驶系统、巡航控制系统和/或安全系统。作为确定的结果，可以采取至少一个动作。至少一个动作可以包括向车辆的操作者发送警报。警报可以包括显示给操作者的视觉信号、广播给操作者的音频信号和/或机械地施予且可由操作者的身体接收的振动信号。

如果车辆的速度大于预定义速度阈值，则驱动马达控制器向方向盘施加第一力。如果车辆的速度小于预定义速度阈值，则驱动马达控制器向方向盘施加第二力，其中第一力小于第二力。

如果方向盘正以大于预定义角速度阈值的角速度旋转，则驱动马达控制器向方向盘施加第一力。如果方向盘正以小于预定义角速度阈值的角速度旋转，则驱动马达控制器向方向盘施加第二力，其中第一力大于第二力。

在各种实施方式中，所述方法可以使用以下参数中的一个或多个来选择用于检测操作者与方向盘的接触的测试力的量值和/或为操作者提供转向辅助力：车辆速度、车辆加速度、方向盘的角速度、车辆的偏航率、车辆的前束角、车辆的外倾角、车辆的后倾角、车辆的任何一个车轮的角度、包括乘客和/或货物的重量在内的车辆的重量、窗户/天窗/敞篷车顶部开/关状态、外部道路环境(例如，路面材料、路面结构状况、雪/雨/冰的存在、道路几何形状(例如，倾斜、车道数量、车道类型(例如通行/禁止通行、接近、转弯车道))、周围障碍物(例如永久性的-桥梁、隧道、支墩、周围或临近的交通(例如音量、接近度、相对动力学))和/或内部驾驶舱环境(例如，驾驶员状态(例如，身份、年龄、能力、健康、损伤类型/水平、警觉性)、乘员的数量和乘员的状态)。

额外优点将在以下的具体实施方式部分阐述，或者可以通过实践来了解。所述优点将通过所附权利要求中特别指出的元件和组合来实现和获得。应了解，上文的一般性描述及下文的具体实施方式两者对于所主张发明而言仅为示例性和说明性而非限制性。

附图说明

下文基于多个示例性实施方式参考附图更详细阐述本发明。

图1示出了方向盘基座的示例性实施方式的分解图，其中该方向盘基座具有集成的壳体构成部分和叠加传动装置的传动元件；

图2A示出了来自图1的布置，其中传动元件插入方向盘基座中；

图2B示出了根据另一实施方式的改进布置，其示出了方向盘基座背离驾驶员的一侧；

图3示出了转向装置的分解图，该转向装置具有带有图1所示方向盘基座的方向盘、转向轴和传动装置壳体半部；

图4示出了处于组装状态的图3的转向装置；

图5以分解图示出了转向装置的示例性实施方式，该转向装置具有设有开口的方向盘基座并具有用于封闭所述开口的传动装置壳体；

图6以放大图示出了来自图5的转向轴和传动装置壳体；

图7示出了处于组装状态的来自图5的转向装置；

图8示出了转向装置，其中驱动马达与方向盘上的传动装置壳体在空间上被分开地布置；且

图9示出了图示说明检测与方向盘的接触的示例性过程的流程图。

具体实施方式

图1至图4示出了具有叠加传动装置的转向装置的第一示例性实施方式，该叠加传动装置适于将另一转向角叠加在驾驶员输入的转向角上。此处，叠加传动装置与驱动马达一起形成叠加转向系统的致动器。

图3和图4以分解图和组装状态示出了转向装置的构成部分。转向装置包括方向盘10、布置在传动装置壳体30中的叠加传动装置20、驱动马达25和转向轴40。根据图3的分解图，图4所示处于组装状态的传动装置壳体30由两个壳体半部31、32组成。叠加传动装置20并未在图3和图4中详细示出，因其被传动装置壳体30或其部分隐藏，但是在图1和图2A至图2B中被示出。

转向轴40在其面朝方向盘10的端部具有方向盘销41，该方向盘销41具有外齿42且具有设有螺纹的中心孔43。所述方向盘销41以本身已知的方式连接到转向齿轮(未示出)。伺服转向系统的伺服马达还可以另外耦接到转向轴40。

要指出的是，转向轴40不必形成为圆柱形元件。在本描述的上下文中，转向轴指的是将叠加传动装置或方向盘的旋转移动传递到转向齿轮的任何元件。还要指出的是，转向轴40可以通过轴承元件(未示出)被径向和/或轴向安装。

方向盘10由方向盘轮缘13、多个辐条12和方向盘基座11组成。辐条12的数量和形状应仅被理解为示例。方向盘基座11与叠加传动装置相互作用而用于将方向盘紧固和耦接到转向轴40。为此目的，方向盘基座11具有中心开口14，带有外齿42的方向盘销41穿过其中而突出，其中外齿42在组装状态下与叠加传动装置的驱动输出侧传动元件接合，如下文将更详细地解释。

要指出的是，方向盘基座11也称为方向盘毂。除了将更详细解释的传动装置壳体的构成部分的集成之外，所述方向盘基座11基本上形成为形成中心开口14的圆盘。在其边缘区域，在到辐条12的过渡点处，方向盘基座11具有弯曲设计，使得在所示的示例性实施方式中提供有到辐条12的连续过渡。然而，方向盘基座的其他实施方式和到辐条的其他过渡也是可能的。

如已提及，叠加传动装置20在图1和图2A至图2B中示出。如在所示的实施方式变型中，所述叠加传动装置20形成为具有驱动蜗杆21和蜗轮24的蜗轮机构。驱动蜗杆21通过两个轴承22、23径向安装，且在一种实施方式中也轴向安装。驱动蜗杆21由电驱动马达25驱动(参见图3、4)。蜗轮24具有与驱动蜗杆21啮合的外齿241。蜗轮24另外具有中心开口242，该中心开口242设有内齿，该开口242在组装状态下与转向轴40的外齿42啮合并且可以向后者传递扭矩。替代地，设置具有内齿的套筒还可以经设置用于传递扭矩，该套筒被压入蜗轮24中。

蜗轮机构20被布置在传动装置壳体30中，且后者连接到方向盘基座11。此处，在本示例性实施方式中，传动装置壳体30形成两个壳体半部31、32。尤其如从图1和图2中可见，壳体半部31中的一个由方向盘基座11形成。

方向盘基座11因此形成用于安装和固定蜗轮机构20和驱动马达25的传动元件的结构。特别地，在所示示例性实施方式中，以下结构被集成到方向盘基座11中：

○用于保持驱动蜗杆21的部分圆柱形保持区域311；

○用于保持驱动蜗杆21的轴承22的第一轴承容座312；

○用于保持驱动蜗杆的第二轴承23的第二轴承容座313；

○用于保持和安装蜗轮24的圆形区域314；

○用于紧固另一壳体外壳32的凸缘状区域315；

○用于保持驱动马达25的部分圆柱形保持区域316；和

○用于将驱动马达25紧固在壳体上的保持凸缘317。

这些结构集成到方向盘10中是在例如方向盘骨架的制造期间发生的。集成的结构相对于方向盘基座本身有所抬高。

在图2A中，驱动蜗杆21和蜗轮24被插入传动装置壳体的由方向盘基座11形成的对应构成部分中。

要指出的是，图1和图2A中传动装置壳体的构成部分集成到方向盘基座11中应理解为仅是示例。传动装置壳体的其他不同形状和不同布置的构成部分可以集成到方向盘基座11中。例如，可以设想到的是，在方向盘基座不形成完整壳体半部(其与另一壳体半部形成封闭传动装置壳体)的情况下,仅提供一个用于驱动蜗杆或蜗轮或其他传动元件的轴承容座。方向盘基座形成完整壳体半部的设计仅是一个示例性实施方式。

在传动元件21、24和驱动马达25紧固之后，上壳体半部32被放置到由方向盘基座11形成的下壳体半部31上。此处，一方面，传动元件21、24和/或驱动马达25可以首先安装在由方向盘基座11形成的壳体半部31中，并且另一壳体半部32可以随后被放置在其上。同样可以设想到的是，传动元件21、24和/或驱动马达25被预安装在另一壳体半部32中，且然后后者被放置到被集成到方向盘基座11中的壳体半部31上。

此处，上壳体半部32形成对应于壳体半部31的集成到方向盘基座11中的结构(特别是轴承容座312、313、保持区域311、316、紧固区域315和保持凸缘317)的结构。例如，上壳体半部32形成对应于壳体半部31的轴承容座312的轴承容座，并且所述轴承容座整体上形成用于驱动蜗杆21的轴承22的圆柱形轴承容座。同样设有另一保持凸缘323，该保持凸缘323与保持凸缘317一起用于将驱动马达25紧固到方向盘基座或传动装置壳体。

此外，在图3和图4中，提供了螺钉36，该螺钉36在完全组装状态下被拧入转向轴40的开口43中，并且一方面固定转向轴40，而另一方面将传动装置壳体30和方向盘10彼此固定。气囊的转向簧圈38邻近方向盘10的后侧耦接，并且限定销41延伸通过的中心开口39。

图4示出了完全组装的转向装置。传动装置壳体30由于其部分集成到方向盘基座11中而旋转固定地连接到方向盘10。因此，驾驶员的转向移动经由蜗轮24以与叠加传动装置20提供的转向移动相同的方式传递到转向轴40。驾驶员的转向移动以及方向盘基座11和部分集成在其中的传动装置壳体30的相关联旋转因此导致驱动蜗杆21围绕与转向轴40的纵向轴线相同的转向轴线旋转，该旋转继而导致蜗轮24围绕转向轴线旋转，且因此导致转向移动传递到转向轴40。同样，由驱动马达25提供的调整移动经由绕其纵向轴线旋转的驱动蜗杆21和蜗轮24传递到转向轴40。这是通过将方向盘10以两个部分可相对彼此旋转的方式安装在转向轴40上来实现，使得通过驱动马达25提供的调整移动不会导致方向盘的对应旋转。WO2007/009420A1中描述了一种对应的轴承布置。

驾驶员输入转向角。由驾驶员输入的此转向角可以具有通过叠加传动装置20叠加在其上的另一角度。此处，通过叠加传动装置20执行的转向可以补充或者完全代替驾驶员进行的手动转向。驱动马达25由从一个或多个传感器接收输入信号的驱动马达控制器26以适当的方式进行控制。

在图1至图4所示的示例性实施方式的一个变型中，传动装置壳体的构成部分被集成到方向盘基座中，而不是如图2A和图2B分别所示，集成在面向驾驶员的基座侧11a上，或者集成在背离驾驶员的那一侧11b上。然后，另一壳体半部同样被放置在方向盘基座上背离驾驶员的那一侧上。在这种情况下发生的驱动输出侧传动元件与转向轴的齿的接合同样发生在方向盘基座背离驾驶员的那一侧上。传动装置壳体和叠加传动装置的设计可另外以对应的方式进行。

图5至图7示出了本发明的第二示例性实施方式。再次提供了一种转向装置，其具有转向轴140、方向盘110和布置在传动装置壳体300中的叠加传动装置。转向轴140再次具有方向盘销141，该方向盘销141具有外齿142且具有中心孔143。方向盘110再次具有方向盘轮缘113、辐条112和方向盘基座111。叠加传动装置再次由具有由驱动马达250驱动的驱动蜗杆和蜗轮的蜗轮机构形成。在这方面，参考关于图1至图4所作的陈述。

与图1至图4的示例性实施方式相反，大面积切口或开口114在方向盘基座111中位于中心区域中，该中心区域用于保持和耦接转向轴140。传动装置壳体300插入所述开口114中，其结果是开口114被封闭。

此处，叠加传动装置和传动装置壳体300可以例如对应于图1至图4的实施方式而形成。此处，传动装置壳体300由两个壳体半部310、320组成，其中在图1至图4的实施方式中集成到方向盘基座中的元件被集成到单独的壳体半部310中，壳体半部310连接到另一壳体半部320以形成传动装置壳体300。替代地，传动装置壳体可反而由不同数量的部件或不同形状的部件形成。

在由两个半部壳体310、320组成的传动装置壳体300的图示设计中，开口114被下壳体半部310封闭。尤其如从图6中可见，下传动装置壳体半部310在其面朝方向盘基座111的一侧处形成紧固元件,该紧固元件为具有通孔的横向突出腹板340的形式，用于例如通过螺钉341将传动装置壳体紧固到方向盘基座111的边缘区域111’。当然，还可以提供一些其他形式的连接来代替螺旋连接。借助于边缘区域111’，方向盘基座111也连接到方向盘110的辐条112。

图6还示出了螺钉360，该螺钉360在完全组装状态下被拧入转向轴140的中心开口143中，并且一方面固定转向轴140，而另一方面将传动装置壳体300和方向盘110彼此固定。

图7示出了完全组装的转向装置。在图5至图7的实施方式中，传动装置壳体300因此形成方向盘基座111的一部分，并承继后者的功能。此处，传动装置壳体300形成用于耦接转向轴140的容座，其中，在组装状态下，转向轴140的外齿142与叠加传动装置的蜗轮的内齿或与一些其它驱动输出侧传动元件接合。

在图5至图7的示例性实施方式的变型中，完全省去方向盘基座。在这种设计中，传动装置壳体直接连接到方向盘的辐条上。

在图5至图7的示例性实施方式的另外的变型中，传动装置壳体、叠加传动装置和驱动马达被布置在方向盘基座的背离驾驶员的那一侧上。对应于图5至图7的腹板340的紧固元件然后被布置在传动装置壳体的面朝驾驶员的那一壳体半部上。

图8示出了一种转向装置，其中，与其中驱动马达与传动元件一起布置在传动装置壳体中或传动装置壳体上的图1至图7相反，驱动马达25’在方方向盘上与传动装置壳体30’在空间上分开布置。在有限的安装空间可用的情况下，由于空间原因，这可能是有利的。驱动马达25’例如通过适当的紧固装置被容纳在对应于图8的辐条12的区域中。在这种情况下，驱动马达25’和驱动蜗杆或叠加传动装置的一些其他输入侧传动元件的旋转轴线通常不会同轴运行。因此，刚性连接无法用于传递扭矩。事实上，在驱动马达25’和传动装置之间例如使用柔性轴、柔性耦接器或铰接轴提供连接，该连接补偿轴向偏移。

驱动马达的空间分开布置既可以在图1至图4的示例性实施方式中实现，也可以在图5至图7的示例性实施方式中实现。结合图1至图4的示例性实施方式，然后可以得出，传动装置壳体的集成到方向盘基座中的那些构成部分与驱动马达的安装或固定无关。

根据各种实施方式，可使用主动转向系统诸如上文结合图1至图8所述的主动转向系统来检测操作者与方向盘的接触。例如，驱动马达控制器诸如图4所示的驱动马达控制器26与驱动马达诸如上文图1至8所示的驱动马达25、250、25’电气连通，以控制驱动马达的操作。为了检测操作者与方向盘的接触，驱动马达控制器向驱动马达产生驱动信号以向方向盘10施加力，并测量由驱动马达上源自操作者对驱动马达施加的测试力的反作用的反电动势(反EMF)产生的电流。换句话说，如果操作者与方向盘10接触，则操作者对测试力的反作用会在马达上产生反EMF，从而产生电流。并且，如果操作者没有与方向盘10充分接触，则马达接收到很少甚至没有反EMF。在某些实施方式中，力是专门用于检测与方向盘的接触的测试力。例如，由驱动马达施加的测试力可以小于约0.1Nm。在与驾驶员的传动比为1：48时，这个测试力对于驾驶员来说将小于约4.8Nm。该力还可以包括经施加用来辅助转向的力。该力可以以某一频率施加。例如，频率可以在每10到100毫秒一次之间。

驱动马达控制器将驱动马达上的反EMF与电流值相关联。然后，驱动马达控制器可以将电流值与预定义电流范围进行比较，并且根据该比较来确定操作者和方向盘之间是否存在接触。预定义电流范围可以是例如从大约1安培(包括)到大约4安培(包括)的电流值。根据一些实施方式，预定义电流范围可以根据所施加的测试力而改变。如果电流值大于预定义电流范围，则驱动马达控制器确定操作者和方向盘之间存在接触。然而，如果电流值小于或在预定义电流范围内，则驱动马达控制器确定操作者和方向盘之间没有充分的接触。

为了检测操作者与方向盘的接触，驱动马达控制器向驱动马达产生驱动信号以向方向盘10施加力，并测量由驱动马达上源自操作者对驱动马达施加的测试力的反作用的反电动势(反EMF)产生的电流。

操作者与方向盘的接触例如操作者的手是否在方向盘上的确定可以从驱动马达控制器电子地传送到自主驾驶系统、巡航控制系统、安全系统和/或其他车辆系统。作为确定的结果，可以采取至少一个动作。例如，可以向车辆的操作者发送警报。警报可以是音频信号和/或显示给操作者的视频信号。警报可以额外(或者替代地)是机械地施予且可由操作者的身体接收的振动信号。控制器还可以向一个或多个其他车辆系统发送消息，以便以前述方式向操作者发出警报。

在某些实施方式中，驱动马达控制器可以通过调节到驱动马达的功率来控制驱动马达的操作。特别地，根据一些实施方式，驱动马达控制器可以向驱动马达施加至少一个电流脉冲。例如，可以施加方波电流。然后，驱动马达控制器可以周期性测量所产生的电流。用于测量所产生的电流的周期可以是例如从大约百分之一毫秒一次到大约一毫秒一次的任何时间。

此外，根据一些实施方式，由驱动马达控制器产生的测试力的量值可以根据车辆的速度而改变。车辆的速度可以定义为车辆的线速率和车辆移动的方向。速度还可以包括瞬时速度，因为速度可以瞬时变化。例如，如果车辆的速度大于预定义速度阈值，则驱动马达控制器可以例如减小施加到方向盘的测试力的量值。如果车辆速度小于预定义速度阈值，则驱动马达控制器可以例如增加施加到方向盘的测试力的量值。然而，其他情景因素可能会逆转这些施加的测试力的相对量值。

例如，可以针对各种车辆速度校准基于速率的多个设定点。所述系统基于车辆当前正在行进的速率施加叠加角度。例如，设定点可以包括0、5、12、20、40、60、80和100kph。叠加角在在大约20kph前增加，然后从该速率开始慢慢缩小。一旦车辆达到高速公路速率，则所述系统基本上不再施加任何叠加角度，且在某些情况下，可以减去一叠加角度。

车辆的速度或速率和方向可以由一个或多个传感器测量。传感器可以测量一个或多个车轮(例如，在多轴车辆的情况下，前轮或后轮或其他车轮)相对于指向车辆正在移动的方向的矢量的角度。例如，传感器可以区分车辆是否正在换车道、进行轻微转弯、进行完全转弯、进行U形转弯、甚至是与平行停车相关联的转弯。此外，车辆的加速度可以从速度的测量中推断出来，或者其可以独立测量。

类似地，方向盘的角速度可由驱动马达控制器用来调整由驱动马达控制器施加的测试力的量值。例如，如果方向盘正以大于预定义角速度阈值的角速度旋转，则驱动马达控制器可以例如增加施加到方向盘的测试力的量值。如果方向盘正以小于预定义角速度阈值的角速度旋转，则驱动马达控制器可以例如减小施加到方向盘的测试力的量值。然而，其他情境因素可能会逆转这些施加的力的相对量值。在一个方面，角速度阈值可以是大约1000弧度/秒或更小。此外，在一些实施方式中，速度、加速度和/或角速度阈值可以彼此结合使用以确定测试力的量值。例如，当车辆正以高速(例如，60mph或以上)行进时，在高速公路上车道改变的情况下，角速度阈值可以较低。例如，当操作者正试图平行停放车辆时，方向盘的角速度阈值可能较高。另外或者替代地，驱动马达控制器可以被配置为基于驾驶员在角速度超过某个高角速度阈值时进行控制的假设当在角速度低于该高角速度阈值(例如，大约500度/秒)时施加测试力。

在各种实施方式中，所述系统可以使用以下参数中的一个或多个来选择用于检测操作者与方向盘的接触的测试力的量值和/或为操作者提供转向辅助力：车辆速度、车辆加速度、方向盘的角速度、车辆的偏航率、车辆的前束角、车辆的外倾角、车辆的后倾角、车辆的任何一个车轮的角度、包括乘客和/或货物的重量的车辆的重量、窗户/天窗/敞篷车顶部开/关状态、外部道路环境(例如，路面材料、路面结构状况、雪/雨/冰的存在、道路几何形状(例如，倾斜、车道数量、车道类型(例如通行/禁止通行、接近、转弯车道))、周围障碍物(例如永久性的-桥梁、隧道、支墩、周围或临近的交通(例如音量、接近度、相对动力学))和/或内部驾驶舱环境(例如，驾驶员状态(例如，身份、年龄、能力、健康、损伤类型/水平、警觉性)、乘员的数量和乘员的状态)。

图9示出了图示说明使用上述系统检测操作者与方向盘的接触的示例性过程900的流程图。过程900开始于在方框905中由驱动马达控制器产生驱动信号。然后在方框910中使用由驱动马达控制器所得的信号，以通过驱动马达向方向盘施加测试力。在方框920中，驱动马达上的反EMF由驱动马达控制器接收、由驱动马达控制器测量并与电流值相关联。在方框925中，测量车辆的速度和/或加速度和/或方向盘的角速度。并且，在方框930中，来自步骤925的一个或多个值被用于调整来自步骤920的测量的电流。例如，随着测量的角速度的增加，测量的电流增加。在方框940中，将调整的电流值与预定义电流范围进行比较。如果电流值大于预定义电流范围，则在方框945中采取至少一个动作。也可以从其他车辆系统收集额外的车辆和环境数据和信息。

在一个方面，反EMF也可以称为逆电动势(逆EMF，或CEMF)。它可以指的是推动感应它的电流的电压或电动势。反EMF可以指由磁感应引起的交流(AC)电路中的电压降。电压的极性随时都可能与输入电压相反。例如，可以测量驱动马达的速度和位置，因为反EMF可以与驱动马达的电枢转速成比例。

使用反EMF从驱动马达读取转速可以包括两个交替的步骤。首先，通过向绕组提供电流(例如，通过驱动马达控制器)，驱动马达可以运行一段时间。例如，此电流可以作为恒定电压或脉宽调制(PWM)驱动马达输入来提供。后者可以允许驱动马达速度变化。第二步骤可以是去除驱动电压并使驱动马达的绕组电浮动。电浮动指的是其中绕组和任何其他源/汇(source/sink)之间没有有源电路的情况。然后可以连接或启动能够测量绕组两端电压的电路。驱动马达和机械系统中的惯性会导致驱动马达继续旋转足够长的时间来测量驱动马达产生的电压。通常，这些步骤可以以给定的频率交替进行，例如，从每大约1毫秒到大约200毫秒一次。在本公开的一个方面，这些步骤可以每大约1毫秒运行一次至每大约100毫秒运行一次。

驱动马达从马达翻转到发马达状态所需的时间可以取决于驱动马达绕组的电感中的固有电容和储存的电荷。这个时间通常可以在毫秒量级(大约1到大约100毫秒)，并且可以取决于驱动马达的许多条件和特性。

在一些实施方式中，该电路可用于处理来自驱动马达的可能较大的电压，并根据模数转换器的规范将它们转换成电压范围。该电路还可以容许大的感应电压尖峰。此外，当驱动马达方向改变时，驱动马达绕组两端的电压可以反转，因此电路可以调整电压极性和范围，并产生输入偏移，使得测量电路的中性(不旋转)电压输出以已知值为中心。

可以使用各种方法来测量反EMF电路中的电压，包括不同的驱动马达、方向和电压组合。在一种实施方式中，测量可以是无源的，因此它不会影响驱动马达。当电路不活动时，可以执行测量。此外，相对于系统的其他部件的速度，测量可以足够快，使得马达可以花费大部分时间向系统提供机械力。

就其设计而言，本公开不限于上述示例性实施方式；这些应仅仅被理解为示例。例如，可以得出这样的示例，方向盘基座以某种其他方式成形，以某种其他方式集成传动装置壳体的至少一个构成部分，或者具有用于保持传动装置壳体的某种其他形状的切口。转向轴、包括辐条的方向盘和蜗轮机构形式的叠加传动装置的设计也仅仅被理解为示例。最后，传动装置壳体也可以以某种其他方式形成，例如可以由两个以上的部件组成和/或仅执行轴承功能而不提供封闭的壳体。

如本领域技术人员应理解，所述方法和系统可以采取全硬件实施方式、全软件实施方式或组合软件和硬件方面的实施方式的形式。此外，所述方法和系统可以采取计算机可读存储介质上的计算机程序产品的形式，该计算机可读存储介质具有包含在存储介质中的计算机可读程序指令(例如，计算机软件)。可以使用任何合适的计算机可读存储介质，包括硬盘、CD-ROM、光存储装置或磁存储装置。

这些计算机程序指令还可以存储在计算机可读存储器中，该计算机可读存储器可以指示计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式起作用，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括用于实施一个或多个流程图方框中指定的功能的计算机可读指令的制品。计算机程序指令也可以被加载到计算机或其他可编程数据处理设备上，以使一系列操作步骤在计算机或其他可编程设备上执行，从而产生计算机实施的过程，使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实施一个或多个流程框图中指定的功能。

虽然已结合优选实施方式和特定示例描述了方法和系统，但这并不意味着范围限于所提出的特定实施方式，因为本文的实施方式在所有方面都是说明性的而不是限制性的。

除非另有明确说明，否则决不意味着本文阐述的任何方法需要以特定顺序执行其步骤。因此，当方法权利要求实际上没有详述其步骤要遵循的顺序，或者权利要求书或描述中没有另外具体说明这些步骤将被限制为特定的顺序时，决不意味着能在任何方面推断出顺序。这适用于解释的任何可能的非明示基础，包括：关于步骤安排或操作流程的逻辑问题；源自语法组织或标点符号的普通含义；说明书中描述的实施方式的数量或类型。

对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离范围或精神的情况下，可以进行各种修改和变化。考虑本文公开的说明书和实践后，其他实施方式对于本领域的技术人员将是显而易见的。说明书和示例旨在被认为仅是说明性的，其中真实范围和精神由以下的权利要求书指示。

Claims (41)

1.一种用于检测操作者与车辆的方向盘的接触的系统，所述系统包括：

方向盘；

驱动马达，其耦接到所述方向盘；和

驱动马达控制器，其控制所述驱动马达的操作；

其中所述驱动马达控制器：

产生驱动信号并将其传送到所述驱动马达以向所述方向盘施加力，

测量由所述驱动马达上源自所述操作者对所述驱动马达施加的力的反作用的反电动势(反EMF)产生的电流，

将所述电流与预定义电流范围进行比较，

响应于所述电流大于所述预定义范围，确定所述操作者与所述方向盘之间的接触，和

响应于所述电流小于所述预定义范围或在其内，确定所述操作者与所述方向盘之间接触不充分。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述方向盘包括方向盘基座，且所述驱动马达被安置成邻近所述方向盘基座。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动马达操作地连接到旋转所述方向盘的一个或多个齿轮。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动马达控制器通过调节到所述驱动马达的功率来控制所述驱动马达的所述操作。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动马达控制器将所述驱动马达上的所述反EMF与电流值相关联。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述电流范围在1安培与4安培之间。

7.根据权利要求1所述的系统，其中测量是周期性执行的。

8.根据权利要求7所述的系统，其中周期性为百分之一毫秒一次。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动马达是主动转向系统的部件。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述驱动马达控制器是所述主动转向系统的部件。

11.根据权利要求1所述的系统，其中施加力包括施加至少一个电流脉冲。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统，其中所述驱动马达控制器将所述确定传送到自主驾驶系统、巡航控制系统和/或安全系统。

13.根据权利要求12所述的系统，其中作为所述确定的结果，采取至少一个动作。

14.根据权利要求13所述的系统，其中所述至少一个动作包括向所述车辆的所述操作者发送警报。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述警报包括显示给所述操作者的视觉信号。

16.根据权利要求14所述的系统，其中所述警报包括广播给所述操作者的音频信号。

17.根据权利要求14所述的系统，其中所述警报包括振动信号，所述振动信号机械地施予且可由操作者的身体接收。

18.根据权利要求1所述的系统，其中如果所述车辆的速度大于预定义速度阈值，则所述驱动马达控制器向所述方向盘施加第一力，并且如果所述车辆的所述速度小于所述预定义速度阈值，则所述驱动马达控制器向所述方向盘施加第二力，其中所述第一力小于所述第二力。

19.根据权利要求1所述的系统，其中如果所述方向盘正以大于预定义角速度阈值的角速度旋转，则所述驱动马达控制器向所述方向盘施加第一力，并且如果所述角速度小于所述预定义角速度阈值，则所述驱动马达控制器向所述方向盘施加第二力，其中所述第一力大于所述第二力。

20.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动马达被安置成邻近所述方向盘的气囊的转向簧圈壳体。

21.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动马达控制器接收所述车辆的速度和/或加速度和/或所述方向盘的角速度，基于所述接收的速度、加速度和/或角速度调整所测量的电流，并将所调整的电流与所述预定义电流范围进行比较。

22.一种用于检测操作者与车辆的方向盘的接触的方法，所述方法包括：

由驱动马达控制器产生驱动信号并将其传送到驱动马达以向方向盘施加力，其中所述驱动马达耦接到所述方向盘，并且所述驱动马达控制器控制所述驱动马达的操作，

测量由所述驱动马达上源自所述操作者对所述驱动马达施加的力的反作用的反电动势(反EMF)产生的电流，

由所述驱动马达控制器将所述电流与预定义电流范围进行比较，

响应于所述电流大于所述预定义范围，确定所述操作者与所述方向盘之间的接触，和

响应于所述电流小于所述预定义范围或在其内，确定所述操作者与所述方向盘之间接触不足。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述方向盘包括方向盘基座，且所述驱动马达被安置成邻近所述方向盘基座。

24.根据权利要求22所述的方法，其中所述驱动马达操作地连接到旋转所述方向盘的一个或多个齿轮。

25.根据权利要求22所述的方法，其中所述驱动马达控制器通过调节到所述驱动马达的功率来控制所述驱动马达的所述操作。

26.根据权利要求22所述的方法，其中所述驱动马达控制器将所述驱动马达上的反EMF与电流值相关联。

27.根据权利要求22所述的方法，其中所述电流范围在1安培与4安培之间。

28.根据权利要求22所述的方法，其中测量是周期性执行的。

29.根据权利要求28所述的方法，其中周期性为百分之一毫秒一次。

30.根据权利要求22所述的方法，其中所述驱动马达是主动转向系统的部件。

31.根据权利要求29所述的方法，其中所述驱动马达控制器是所述主动转向系统的部件。

32.根据权利要求22所述的方法，其中施加力包括施加电流脉冲。

33.根据权利要求22至32中任一项所述的方法，其还包括将所述确定传送到自主驾驶系统、巡航控制系统和/或安全系统。

34.根据权利要求33所述的方法，其中作为所述确定的结果，采取至少一个动作。

35.根据权利要求34所述的方法，其中所述至少一个动作包括向所述车辆的操作者发送警报。

36.根据权利要求35所述的方法，其中所述警报包括显示给所述操作者的视觉信号。

37.根据权利要求35所述的方法，其中所述警报包括广播给所述操作者的音频信号。

38.根据权利要求35所述的方法，其中所述警报包括振动信号，所述振动信号机械地施予且可由操作者的身体接收。

39.根据权利要求22所述的方法，其中如果所述车辆的速度大于预定义速度阈值，则所述驱动马达控制器向所述方向盘施加第一力，并且如果所述车辆的所述速度小于所述预定义速度阈值，则所述驱动马达控制器向所述方向盘施加第二力，其中所述第一力小于所述第二力。

40.根据权利要求22所述的方法，其中如果所述方向盘正以大于预定义角速度阈值的角速度旋转，则所述驱动马达控制器向方向盘施加第一力，并且如果所述角速度小于所述预定义角速度阈值，则所述驱动马达控制器向所述方向盘施加第二力，其中所述第一力大于所述第二力。

41.根据权利要求22所述的方法，其中所述驱动马达被安置成邻近所述方向盘的气囊的转向簧圈壳体。