CN109070932A - 线控转向系统中的非脱手/脱手检测 - Google Patents

线控转向系统中的非脱手/脱手检测 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的线控转向系统(1)，线控转向系统包括转向调节器(6)、反馈致动器(4)和控制单元(5)，转向调节器作用于轮向车轮(7)，并且转向调节器根据驾驶员转向要求被电子控制，反馈致动器传递道路(70)对转向控制的反馈，控制单元控制反馈致动器(4)和转向调节器(6)，其中，控制单元(5)具有估算器(11)，估算器包括观察器和反馈致动器(4)的模型(12)，其中，估算器(11)设计成基于反馈致动器(4)的测量值并借助于所述模型(12)和观察器来估算驾驶员转向扭矩并提供所述驾驶员转向扭矩作为结果，并且其中，控制单元(5)还包括滤波器单元(13)，滤波器单元设计成通过确定指定频率范围的振幅的阻尼来分析反馈致动器(4)的测量值并提供结果，并且其中，控制单元(5)还具有判定单元(14)，判定单元设计成基于滤波器单元(13)的结果和估算器(11)的结果来判定在方向盘(3)上是否存在驾驶员的手接触。

Description

线控转向系统中的非脱手/脱手检测
技术领域
本发明涉及具有权利要求1的前序部分的特征的用于机动车辆的线控转向系统。
背景技术
在线控转向系统中，轮向车轮的位置并不直接联接至方向盘。在方向盘与轮向车轮之间存在借助于电信号的连接。代替于机械联接，车轮角度调节器被用于定位车轮，并且手动力致动器被用于模拟方向盘上的恢复力。
为了增加机动车辆在道路交通中的行驶安全性，现代机动车辆包括越来越多的被配置成增加主动安全性的驾驶员辅助系统。除了与机动车辆部分地组合的速度调节和间隔调节之外，车道保持系统也是已知的。
对于所述系统，重要的是确定方向盘上是否存在驾驶员活动的方向盘监控。
在这种情况下，驾驶员抓握方向盘的情形在下面被称为非脱手情形，并且驾驶员不抓握方向盘的情形因此被称为无手驾驶、脱手情形，这与本技术领域中使用的术语相对应。
能够从DE 10 2009 028 647 B3已知一种电动辅助转向系统的非脱手/脱手检测。借助于测试信号来执行对方向盘上的驾驶员活动的检测。在这种情况下，监控器根据测试信号和方向盘的扭矩生成模型。
DE 10 2010 019 236 B3还公开了一种用于检测触摸直升机控制器的手的方法。在这种情况下，根据控制器的运动信号确定频谱，从而可以检测出驾驶员是否与控制器接触。另外，对控制器周围的振动进行检测。控制器未被触摸时的频谱与控制器被触摸时的频谱是不同的。然而，所述方法的缺点在于并不总是具有期望的精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有更精确、足够快且始终可靠地工作的方向盘监控的用于机动车辆的线控转向系统。
该目的通过具有权利要求1的特征的线控转向系统和具有权利要求5的特征的用于确定接触状态的方法来实现。在从属权利要求中提出了本发明的有利改进。
因此，用于机动车辆的线控转向系统设置有电子控制转向调节器、反馈致动器和控制单元，转向调节器是根据驾驶员的转向需求作用于轮向车轮，反馈致动器传送道路对轮向车轮的反馈效果，控制单元致动反馈致动器和转向调节器，其中，控制单元包括估算器，估算器包括监控器和反馈致动器的模型，其中，估算器配置成基于反馈致动器的测量值并使用所述模型和监控器来估算驾驶员转向扭矩并提供所述驾驶员转向扭矩作为结果，并且其中，控制单元还包括滤波器单元，滤波器单元配置成通过确定指定频率范围的振幅的阻尼来分析反馈致动器的测量值并提供结果，并且控制单元还包括判定单元，判定单元设计成通过使用滤波器单元的结果和估算器的结果来判定是否存在驾驶员的手与方向盘的接触。
由于除了估算器之外还通过频谱的分析来检查接触状态，因此根据本发明的转向系统的方向盘监控始终快速且可靠地操作。
滤波器单元优选地包括用于仅分析频谱的部分的Goertzel算法。
监控器优选地是卡尔曼滤波器或用于非线性系统的“扩展卡尔曼滤波器”。
在优选的实施方式中，提供这样的判定单元，即判定单元还被设计成使得：在确定阻尼程度的准确度不足的情况下，判定单元可以向反馈致动器发送测试信号，其中，基于测试信号并使用滤波器单元和估算器，判定单元可以可靠地判定是否存在驾驶员的手与方向盘的接触。术语“足够准确”在这里指的是所测量的频谱以及是否存在可以被用来确定预定频率范围中的振幅下所存在的任何阻尼的足够的振动。例如，在自动停车过程中，当机动车辆处于静止状态时，可以预期方向盘上的振动太小。因此，需要测试信号来确保驾驶员已将他的手放在方向盘上并可靠地判定驾驶员是否已将他的手放在方向盘上。优选地，引入的测试信号不能在方向盘上被驾驶员感知到。
此外，提供了一种相应的用于确定具有线控转向系统的机动车辆的至少一个驾驶员与线控转向系统的方向盘之间的接触状态的方法，其中，线控转向系统包括转向调节器、反馈致动器和控制单元，转向调节器基于驾驶员的转向需求被电子控制，反馈致动器传送道路对控制的反馈效果，控制单元致动反馈致动器和转向调节器，并且该方法包括以下步骤：
a)确定由反馈致动器的传感器检测到的运动信号的频谱，
b)通过确定指定频率范围的振幅的阻尼来分析所述频谱，
c)借助于反馈致动器的合适的监控器、反馈致动器的模型以及
运动信号来估算驾驶员的转向扭矩。
优选地提供该方法的一个步骤d)，如果方向盘监控的分析具有足够的准确度，则该方法包括：通过对所估算的驾驶员转向扭矩、方向盘监控以及指定频率范围的振幅的阻尼进行分析来确定接触状态。并且此外，在分析方向盘监控的准确度不够的情况下，优选地包括下述步骤：
-放弃判定是否存在接触，
-将测试信号输出至反馈致动器，然后根据该方法的步骤a)至步骤d)执行用于分析测试信号的方法。
在步骤b)中，对所述频谱的分析优选地通过比较所确定的频谱与所存储的参考频谱来执行。
在优选的实施方式中，在步骤b)中，所确定的频谱被滤波，并且对所述频谱的分析根据被滤波的频谱的频率范围来执行。
如上面已经描述的，滤波优选地通过Goertzel算法来执行。
有利地，监控器是“扩展卡尔曼滤波器”。
对于该方法，如果反馈致动器的模型包括系统的惯性、阻尼/摩擦、刚度、非均匀性和/或停滞时间则是有利的。
在优选的实施方式中，运动信号包括由反馈致动器测量的转向角度和由反馈致动器测量的扭矩。
附图说明
下面使用附图对本发明的优选实施方式进行详细描述。在图中用相同的附图标记表示相似或等同的部件。在附图中：
图1示出了线控转向系统的示意图，
图2示出了线控转向系统的控制的框图，以及
图3示出了关于控制单元和反馈致动器的框图。
具体实施方式
图1中示出了线控转向系统1。未示出的转向角度传感器被附接至转向轴2并且检测通过旋转方向盘3而施加的驾驶员转向扭矩。此外，附接至转向轴2的反馈致动器4被用于传递道路70对方向盘3的反馈效果，并且由此向驾驶员提供关于转向行为和车辆行驶性能的反馈。借助于由转向角度传感器测量的转向轴2的旋转角度，驾驶员的转向需求被经由信号线传递至控制单元5。控制单元5致动电动转向调节器6，转向调节器6根据转向角度传感器的信号和比方说例如为车辆速度、横摆率等的其他输入变量来控制轮向车轮7的位置。转向调节器6经由转向传动装置8和横拉杆9以及其他部件间接地作用于轮向车轮7。
图2示出了反馈致动器4、控制单元5和转向调节器6之间的关系。反馈致动器4包括旋转角度传感器、扭矩传感器和马达10。反馈致动器4与包括估算器11的控制单元5通信。如图3所示，估算器11接收来自反馈致动器4的表示施加至反馈致动器4的转向角度和扭矩的信号。
因此，借助于转向角度传感器测量的来自反馈致动器4的转向角度和借助于扭矩传感器测量的扭矩是针对估算器11的输入变量。
估算器根据所述测量值估算驾驶员的转向扭矩或驾驶员转向扭矩，即，驾驶员施加至方向盘的扭矩。为此，估算器使用反馈致动器5的模型12和作为监控器的卡尔曼滤波器。
关于反馈致动器4的状态模型12的输入，尤其考虑以下物理特性：系统的惯性、阻尼/摩擦、刚度、非均匀性和停滞时间。
卡尔曼滤波器的概念涉及用于估算线性系统的时间变化的方法，借助于该方法可以从测量信号去除噪声。为此，滤波器需要要被估算的系统的模型。
优选地考虑非线性关系，使得估算器是基于扩展卡尔曼滤波器和反馈致动器的非线性的模型。
除了估算的驾驶员转向扭矩之外，还借助于滤波器13根据由反馈致动器测量的转向角度和扭矩确定预定频率范围的振幅的阻尼。
如果驾驶员正在抓握方向盘3，则由于新的整个机械系统和改变的阻尼特性，振动被部分地吸收。方向盘在未被抓住时的频谱与方向盘被抓住时的的频谱在特征上是不同的。因此，可以在反馈致动器4的所测量的传感器信号的频谱中看到非脱手状态与脱手状态之间的差别。
在这种情况下，如果仅使用某些频率范围则是有利的。因此，例如已知的是，可以在由来自方向盘周围的振动构成的较高频率范围中检测特征振动。如果方向盘现在被抓握住，则所述频率范围相应地改变，这在随后可以检测到。
Goertzel算法优选地仅分析被用来执行方向盘监控的某些频率范围。
因此，存在两种几乎相互独立地进行的估算，这两种估算在判定单元14的最终分析步骤中彼此组合，以可靠地确定手接触或驾驶员转向扭矩是否被施加至方向盘。
如果在驱动模式中发生的振动不足以确定预定频率范围中的振幅的阻尼，则借助于反馈马达10将具有限定的强度和幅度的测试信号15引入到反馈致动器4中，并且在方向盘3处产生对称的振荡。然后，使用估算的驾驶员转向扭矩并借助于Goertzel滤波器的频率分析来检测触摸方向盘3对反馈致动器4的影响并因此确定当前的操作状态(非脱手/脱手)。
如果车辆转弯并且方向盘3处的脱手情形被确定，则可能需要使方向盘3回到中立位置以便能够进行直行行驶。当使方向盘3恢复到中立位置时，方向盘3上的转向感被调节。“被调节”意味着能够根据车辆的速度和转向角度率以及转向方向而借助于更高的可调节摩擦或阻尼来实现流畅的重置，因此驾驶员在新的非脱手情形的情况下具有高度自然的转向感。

Claims (13)

1.一种用于机动车辆的线控转向系统(1)，所述线控转向系统(1)具有转向调节器(6)、反馈致动器(4)和控制单元(5)，所述转向调节器(6)作用于轮向车轮(7)，所述转向调节器(6)根据驾驶员的转向需求被电子控制，所述反馈致动器(4)传送道路(70)对控制的反馈效果，所述控制单元(5)致动所述反馈致动器(4)和所述转向调节器(6)，其特征在于，所述控制单元(5)包括估算器(11)，所述估算器(11)包括监控器和所述反馈致动器(4)的模型(12)，其中，所述估算器(11)配置成基于所述反馈致动器(4)的测量值并使用所述模型(12)和所述监控器来估算驾驶员转向扭矩并提供所述驾驶员转向扭矩作为结果，
所述控制单元(5)还包括滤波器单元(13)，所述滤波器单元(13)配置成通过确定预定频率范围的振幅的阻尼来分析所述反馈致动器(4)的所述测量值并提供结果，
并且所述控制单元(5)还包括判定单元(14)，所述判定单元(14)设计成通过使用所述滤波器单元(13)的结果和所述估算器(11)的结果来判定在方向盘(3)上是否存在驾驶员的手接触。
2.根据权利要求1所述的线控转向系统，其特征在于，所述滤波器单元(13)包括Goertzel算法。
3.根据权利要求1或2所述的线控转向系统，其特征在于，所述监控器是扩展卡尔曼滤波器。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的线控转向系统，其特征还在于，所述判定单元(14)设计成使得：在所述滤波器单元(13)中确定所述阻尼的准确度不足的情况下，所述判定单元(14)能够向所述反馈致动器(4)发送测试信号(15)，其中，利用所述测试信号，所述判定单元(14)能够通过使用所述滤波器单元(13)和所述估算器(11)来可靠地判定在所述方向盘(3)上是否存在驾驶员的手接触。
5.一种用于确定在具有线控转向系统(1)的机动车辆的至少一个驾驶员与所述线控转向系统的方向盘(3)之间的接触状态的方法，其中，所述线控转向系统包括转向调节器(6)、反馈致动器(4)和控制单元(4)，所述转向调节器(6)基于驾驶员的转向需求被电子控制，所述反馈致动器(4)传送道路(70)对所述方向盘(3)的反馈效果，所述控制单元(4)致动所述反馈致动器(4)和所述转向调节器(6)，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
a)确定由所述反馈致动器(4)的传感器检测到的运动信号的频谱，
b)通过确定预定频率范围的振幅的阻尼来分析所述频谱，
c)借助于所述反馈致动器的合适的监控器、所述反馈致动器(4)的模型(12)以及所述运动信号来估算驾驶员转向扭矩。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
d)如果对所述频谱的分析足够准确，则通过对所估算的驾驶员转向扭矩、所述频谱以及指定的频率范围的振幅的阻尼进行分析来确定所述接触状态。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法的步骤d)还包括以下步骤：
在对所述频谱的分析不够准确的情况下，
放弃判定是否存在接触，
将测试信号(15)输出至所述反馈致动器(4)，
并且然后根据所述方法的步骤a)至步骤d)执行用于分析所述测试信号的方法。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的方法，其特征在于，步骤b)中对所述频谱的分析通过将所确定的频谱与所存储的参考频谱进行比较来执行。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的方法，其特征在于，在步骤b)中，所确定的频谱被滤波，并且对所述频谱的分析根据被滤波的频谱的频率范围来执行。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该滤波包括Goertzel算法。
11.根据权利要求5至10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述监控器是“扩展卡尔曼滤波器”。
12.根据权利要求5至11中的任一项所述的方法，其特征在于，所述反馈致动器(4)的所述模型(12)包含系统的惯性、阻尼/摩擦、刚度、非均匀性和/或停滞时间。
13.根据权利要求5至12中的任一项所述的方法，其特征在于，所述运动信号包括由所述反馈致动器(4)测量的转向轴(2)的旋转角度和由所述反馈致动器(4)测量的扭矩。
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