CN111907592A - 用于检测方向盘的手移开状态的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

用于检测方向盘的手移开状态的系统和方法，可包括：在车辆行驶时，通过控制器获取转向扭矩、转向角和转向角速度；通过控制器确定通过在指定时间内累加的转向角速度的方差值，当转向角速度的方差值小于第一阈值时通过控制器确定通过在方向盘处于手移开状态的假设下确定的转向系统模型估计的转向角速度与通过在指定时间内累加的测量转向角速度之间的差值，并且通过控制器根据测量的和估计的转向角速度之间的差值区分地确定方向盘是否处于手移开状态或处于手扶握状态。

Description

用于检测方向盘的手移开状态的系统及方法
技术领域
本发明涉及用于检测方向盘的手移开状态的系统和方法，其中改善间接手扶握/手移开(hands-on/off)检测逻辑，并且从而改善手扶握/手移开检测性能。
背景技术
在其中控制车辆的驾驶状态以防止车道和路线偏离的一些自动驾驶模式中，仅在其中驾驶员抓住方向盘的手扶握状态下执行自动驾驶模式，提供关于手移开情况的警告，并且在其中驾驶员将他/她的手从方向盘上移开的手移开状态下，关闭相应的自动驾驶模式，并且因此有必要检测方向盘的手移开状态。
设置在电动助力转向(MDPS)系统中的转向传感器被配置为测量方向盘的转向扭矩，并且可间接地确定驾驶员是否抓住使用这种转向传感器的方向盘。
即，如果驾驶员抓住方向盘并且如果驾驶员将他或她的手从方向盘上移开，则检测到不同的扭矩波动，并且因而可基于这种扭矩波动差异检测方向盘的手扶握状态(处于其中驾驶员用他/她的手抓住方向盘的状态)和方向盘的手移开状态(处于其中驾驶员将他/她的手从方向盘上移开的状态)。
例如，如果由转向传感器检测到的扭矩波动量在指定扭矩波动区间内，则将这种状态确定为手移开状态。
然而，在间接确定手扶握/手移开状态的上述技术的情况下，当在崎岖路面上驾驶车辆时，由于对路面的反作用力而产生噪声，这种噪声导致扭矩变化并增加扭矩波动量，并且因此，手移开状态可被错误地确定为手扶握状态。
此外，如果驾驶员用双手抓住方向盘的左右对等位置，或者驾驶员无力地抓住方向盘，则扭矩的大小较小并且扭矩波动量较小，并且因此，手扶握状态可被错误地确定为手移开状态。
作为用于直接确定方向盘的手扶握或手移开状态的方法，可将传感器安装在方向盘中以确定驾驶员是否抓住方向盘。
然而，如果驾驶员抓住方向盘中未安装传感器的区域，则难以确定手扶握状态，并且如果驾驶员仅将一根手指放在方向盘上或驾驶员戴上手套并且因而介电常数的变化很小，则难以确定手扶握状态。
此外，上述传感器仅可确定驾驶员是否抓住方向盘，并且为了确定驾驶员的手在方向盘上的抓握强度，可能要额外地安装多个传感器，从而增加了方向盘的制造成本。
对本领域技术人员而言，包括在本发明的背景技术部分中的信息仅用于增强对本发明的一般背景的理解，并且不被视为对该信息构成已知的现有技术的承认或任何形式的暗示。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供用于检测方向盘的手移开状态的系统和方法，其中改善间接手扶握操作/手移开检测逻辑，并且从而改善手扶握/手移开检测性能。
根据本发明的一个方面，可通过提供用于检测方向盘的手移开状态的方法来实现上述和其他目的，该方法包括通过控制器获取车辆行驶时转向扭矩、转向角和转向角速度；通过控制器通过在指定时间内的累加(cumulation)确定转向角速度的方差值(variancevalue)；当转向角速度的方差值小于第一阈值时，通过控制器确定通过在方向盘处于手移开状态的假设下确定的转向系统模型估计的转向角速度和通过转向传感器通过在指定时间内的累加测量的转向角速度之间的差值；并且通过控制器根据测量的和估计的转向角速度之间的差值区分地确定方向盘是处于手移开状态还是处于手扶握状态。
在根据测量的和估计的转向角速度之间的差值来区分地确定方向盘是处于手移开状态还是处于手扶握状态中，控制器可被配置为当测量的和估计的转向角速度之间的差值小于第二阈值时确定方向盘处于手移开状态，并且当测量的与估计的转向角速度之间的差值不小于第二阈值时确定方向盘处于手扶握状态。
方法还可包括：通过控制器确定测量的与估计的转向角速度之间的差值是否保持指定时间或更长时间。
转向角速度的方差值可由下面的方程1确定。
[方程1]
Figure BDA0002243830130000031
vθ：转向角速度的方差值
Figure BDA0002243830130000032
转向角速度
Figure BDA0002243830130000033
转向角速度的平均值
N：测试次数(test time)
测量的和估计的转向角速度之间的差值可由下面的方程2确定。
[方程2]
Figure BDA0002243830130000034
Figure BDA0002243830130000035
通过在其方向盘处于手移开状态的假设下确定的转向系统模型估计的转向角速度
Figure BDA0002243830130000036
由转向传感器测量的转向角速度
通过转向系统模型估计的转向角速度可通过以下确定：建立在方向盘处于手移开状态的假设下确定的转向系统模型的运动方程，该转向系统模型的方向盘设置在扭力杆的上端部处；使用转向角和转向角速度作为运动方程的状态量来建立状态方程；和通过状态方程确定手移开状态的转向角速度。
方法还可包括：当转向角速度的方差值不小于第一阈值时，通过控制器确定通过指定时间内累加的转向扭矩的方差值；和通过控制器根据转向扭矩的方差值区分地确定方向盘是处于手扶握状态还是处于手移开状态。
在根据转向扭矩的方差值区分地确定方向盘是处于手扶握状态还是处于手移开状态中，控制器可被配置为确定在转向扭矩的方差值小于第三阈值时方向盘处于手移开状态，并且确定在转向扭矩的方差值不小于第三阈值时方向盘处于手扶握状态。
方法还可包括通过控制器确定转向扭矩的方差值是否保持指定时间或更长时间。
转向扭矩的方差值可由下面的方程3确定。
[方程3]
Figure BDA0002243830130000041
Vτ：转向扭矩的方差值
τ：转向扭矩
Figure BDA0002243830130000042
平均扭矩
N：测试次数。
方法还可包括：通过控制器确定车辆的当前驾驶模式是否处于自动驾驶模式；以及当确定车辆的当前驾驶模式处于自动驾驶模式时，在确定方向盘处于手移开状态时，给出关于手移开状态的警告。
根据本发明的另一方面，提供检测方向盘的手移开状态的系统，该系统包括：转向角速度方差计算单元，其被配置为通过在指定时间内的累加确定在车辆行驶时由转向传感器检测的转向角速度的方差值；转向角速度估计单元，其被配置为通过在方向盘处于手移开状态的假设下确定的转向系统模型来估计转向角速度；转向角速度差计算单元，其被配置为当转向角速度的方差值不小于第一阈值时确定通过转向系统模型估计的转向角速度与通过转向传感器通过在指定时间内的累加测量的转向角速度之间的差值；和手扶握/手移开确定单元，其被配置为根据测量的和估计的转向角速度之间的差值来区分地确定方向盘的手扶握/手移开状态。
系统还可包括转向扭矩方差计算单元，其被配置为当转向角速度的方差值小于第一阈值时通过在指定时间的累加来确定转向扭矩的方差值；并且手扶握/手移开确定单元可根据转向扭矩的方差值区分地确定方向盘的手扶握/手移开状态。
本发明的方法和装置具有其他特征和优点，这些特征和优点将通过附图(其并入本文)和下面的具体实施方式而更清楚或在附图中更详细地阐述，附图和具体实施方式它们一起用于解释某些本发明的原理。
附图说明
图1是说明根据本发明的各个方面的用于检测方向盘的手移开状态的系统的框图；
图2是示例性地说明应用于本发明的转向系统模型的视图；
图3A和图3B是说明根据本发明的各个方面的用于检测方向盘的手移开状态的方法的总体控制流程的流程图；
图4是表示当在方向盘的手移开状态下在崎岖道路上驾驶车辆时在应用根据本发明的各个方面的系统和方法之前和之后方向盘的手扶握/手移开状态的检测结果的图；
图5是表示当在其中驾驶员将一只手放在方向盘的位置的状态下驾驶车辆时在应用根据本发明的各个方面的系统和方法之前和之后方向盘的手扶握/手移开状态的检测结果的图；和
图6是表示当在其中驾驶员将双手放在方向盘的左右对等位置的状态下驾驶车辆时在应用根据本发明的各个方面的系统和方法之前和之后方向盘的手扶握/手移开状态的检测结果的图。
可理解的是，附图不一定按比例绘制，呈现说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的表示。如本文所包括的本发明的特定设计特征(包括例如特定尺寸、方向、位置和形状)将部分地由特定预期的应用和使用环境来确定。
在附图中，贯穿附图的几幅附图，附图标记指代本发明的相同或等同部分。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的各个实施例，其示例在附图中说明并且在下面描述。尽管将结合本发明的示例性实施例描述本发明，但是应该理解，本说明书并不旨在将本发明限制于那些示例性实施例。另一方面，本发明旨在不仅覆盖本发明的示例性实施例，而且覆盖各种替代、修改、等同形式和其他实施例，其可包括在如所附权利要求书所定义的本发明的精神和范围之内。
现在将详细参考本发明的示例性实施例，其示例在附图中说明。在所有附图中，将尽可能使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。
图1是说明可应用于本发明的检测方向盘的手移开状态的系统的框图，并且使用由转向传感器10测量的转向信息来检测方向盘的手移开状态。
为此，根据本发明各个方面的转向传感器10可采用可测量转向角和转向扭矩的转向传感器，例如，应用于电动助力转向(MDPS)系统的扭矩角传感器(TAS)。
另外，在本发明的示例性实施例中，可提供驾驶员可通过其操作并选择自动驾驶模式的自动驾驶模式开关20。
因此，当以指定速度或更高速度驾驶车辆时，如果驾驶员打开自动驾驶模式开关20，则可以自动驾驶模式驾驶车辆，并且同时可执行本发明的手移开检测逻辑，从而检测方向盘的手移开状态。
为了实现这种手移开状态检测功能，根据本发明各个方面的系统可包括转向角速度方差计算单元100，转向角速度估计单元200，转向角速度差计算单元300和手扶握/手移开确定单元500，并且这些单元可包括在控制器CLR中。
参考图1，转向角速度方差计算单元100通过在指定时间内的累加来确定由转向传感器10在车辆行驶时检测的转向角速度的方差值。
此外，转向角速度估计单元200通过在方向盘处于手移开状态的假设下确定的转向系统模型来估计转向角速度。
这里，转向系统模型可为模型，并且其与设置在扭杆的上端部分处的方向盘有关的上端部分针对该模型以数学方式表达。
此外，当转向角速度的方差值不小于第一阈值时，转向角速度差计算单元300确定通过转向系统模型估计的转向角速度与通过转向传感器10通过在指定时间内的累加测量的转向角速度之间的差值。
手扶握/手移开确定单元500根据测量的和估计的转向角速度之间的差值区分地确定方向盘的手扶握/手移开状态。
作为确定的结果，如果手扶握/手移开确定单元500确定方向盘处于手移开状态，则根据从自动驾驶模式开关20的传输的信号确定当前是否以自动驾驶模式驾驶车辆，并且当确定当前以自动驾驶模式驾驶车辆时，通过仪表板或扬声器发出或显示方向盘处于手移开状态的警告。
此外，根据本发明的各个方面的系统还可包括转向扭矩方差计算单元400，当转向角速度的方差值小于第一阈值时，该计算单元400通过在指定时间累加来确定转向扭矩的方差值。
因此，手扶握/手移开确定单元500根据转向扭矩的方差值来区分地确定方向盘的手扶握状态/手移开状态。
根据本发明的各个示例性实施例的控制器CLR可通过配置为执行以下将要描述的操作的处理器来实现：该处理器使用算法或非易失性存储器，该算法被配置为控制车辆的各个部件的操作，该非易失性存储器被配置为存储关于使算法再现的软件命令的数据和存储在相应存储器中的数据。在此，存储器和处理器可被实现为单独的芯片。可替代地，存储器和处理器可被实现为一个集成芯片。可提供一个或多个处理器。
使用由转向传感器10测量的转向信息和使用转向系统模型确定的转向信息，根据本发明的各个方面的系统通过上述控制器CLR根据车辆的驾驶状态来确定方向盘是处于手扶握状态还是手移开状态。
参考图1、图3A和图3B，将描述根据本发明的各个方面的用于检测方向盘的手移开状态的方法。首先，控制器CLR在车辆行驶时检测转向扭矩、转向角和转向角速度。
例如，可由转向传感器10测量转向扭矩和转向角，并且可通过对转向角求微分来确定转向角速度。
此后，控制器CLR可通过在指定时间内的累加来确定转向角速度的方差值。
这里，转向角速度的方差值可由下面的方程1确定。
[方程1]
Figure BDA0002243830130000071
vθ：转向角速度的方差值
Figure BDA0002243830130000072
转向角速度
Figure BDA0002243830130000073
转向角速度的平均值
N：测试次数
即，如果驾驶员改变方向盘的方向，或者车辆进入崎岖路面并因此产生方向盘的振动，则转向角速度的累积方差值增大。
然而，由于在方向盘的手扶握状态下驾驶员改变转向方向而确定的转向角速度的方差值大于在方向盘的手移开状态下在崎岖路面上驾驶车辆所确定的转向角速度的方差值，所以可根据转向角速度的方差值，临时确定方向盘当前处于手扶握状态还是手移开状态。
此后，当转向角速度的方差值小于第一阈值时，控制器CLR确定通过其方向盘在手移开状态的假设下确定的转向系统模型估计的转向角速度和转向传感器10通过在指定时间内的累加测量的转向角速度之间的差值。
这里，可通过下面的方程2确定测量的和估计的转向角速度之间的差值。
[方程2]
Figure BDA0002243830130000081
Figure BDA0002243830130000082
通过在其方向盘处于手移开状态的假设下确定的转向系统模型估计的转向角速度。
Figure BDA0002243830130000083
由转向传感器测量的转向角速度
现在，将描述用于通过转向系统模型来估计转向角速度的方法。如图2中示例性地所示，在转向系统模型的方向盘处于手移开状态的假设下，建立了其中方向盘设置在扭杆上端部的转向系统模型的运动方程。
为此目的，与图2所示的方向盘有关的转向系统模型的上端部表达为以下方程2.1的数学模型。
[方程2.1]
Figure BDA0002243830130000084
Jh：方向盘的惯量(inertia)
Ch：方向盘的阻尼
θh：测量的转向角值
θc：管柱角
τh：驾驶员的转向扭矩
τsensor：测量的转向扭矩值
τh,f：方向盘的摩擦力
ktor：扭杆的刚度
Ts：采样时间
Figure BDA0002243830130000091
关于方向盘的摩擦力的建模公式
这里，由于可将由转向传感器10测量的扭矩值τsensor替代施加到扭杆的扭矩ktor(θh-θc)的大小，并且方向盘的摩擦力非常小，且因此可忽略，因此可表达以下方程2.2。
[方程2.2]
τsensor＝ktor(θh-θc)
Figure BDA0002243830130000092
此外，在方向盘的手移开状态下驾驶员施加的扭矩为0(τh＝0)的假设下，在方向盘的手移开状态下转向系统模型的运动方程可通过下面的方程2.3获取。
[方程2.3]
Figure BDA0002243830130000093
此后，将其中转向角以及测量和估计的转向角速度用作状态量的状态方程设置为以下方程2.4。
[方程2.4]
Figure BDA0002243830130000094
Figure BDA0002243830130000095
Figure BDA0002243830130000096
Figure BDA0002243830130000097
因此，从表达为方程2.4的状态方程确定处于手移开状态的方向盘的转向角速度。
即，通过基于在其方向盘处于手移开状态的假设下确定的转向系统模型确定的估计转向角速度和在方向盘的手移开状态下实际测量的转向角速度之间的差不显著，但是估计的转向角速度与在方向盘的手扶握状态下测量的转向角速度之间的差很大，因为转向系统模型是基于其方向盘处于手移开状态的假设。
因此，控制器CLR可根据由上面的方程2
Figure BDA0002243830130000101
确定的测量的和估计的转向角速度之间的差值来区分地确定方向盘的手移开状态或手扶握状态。
例如，如果测量的和估计的转向角速度之间的差值小于第二阈值，则通过在其方向盘处于手移开状态的假设下确定的转向系统模型确定的估计的转向角速度值和实际测量的转向角速度之间的差小，并且因此确定方向盘处于手移开状态。
另一方面，如果测量的和估计的转向角速度之间的差值不小于第二阈值，则通过在其方向盘处于手移开状态的假设下确定的转向系统模型确定的估计的转向角速度值和实际测量的转向角速度之间的差大，并且因此确定方向盘处于手扶握状态。
这里，由于需要指定时间来确定估计的转向角速度值，所以可将在采样时间N内累加的差值与第二阈值进行比较。
此外，当确定方向盘是处于手移开状态还是手扶握状态时，还可确定测量的与估计的转向角速度之间的差值是否保持指定时间或更长时间。
例如，如果测量的和估计的转向角速度之间的差值小于第二阈值，则还可确定其中测量和估计的转向角速度之间的差值小于第二阈值的状态是否保持指定时间或更长时间，并且在确定状态保持指定时间或更长时间之后，可最终确定方向盘处于手移开状态。
当然，即使测量的和估计的转向角速度之间的差值不小于第二阈值，还可确定其中测量的和估计的转向角速度之间的差值不小于第二阈值的状态是否保持指定时间或更长时间，并且当确定状态被保持指定时间或更长时间时，可最终确定方向盘处于手扶握状态。
即，通过在指定时间内保持相同的检测结果下最终确定方向盘处于手扶握/手移开状态，在干扰发生时手移开状态的检测的频率变化被抑制，并且因此改善手移开检测逻辑的鲁棒性。
图4是表示在方向盘的手移开状态下在崎岖道路上驾驶车辆时方向盘的手移开状态的检测结果的图。
在应用本发明之前，当由于崎岖路面而从转向传感器10产生指定值或更大值的噪声时，手移开状态可被错误地检测为手扶握状态。
然而，在应用本发明之后，即使通过对路面的反作用力(①)产生转向扭矩，根据物理关系改变的转向角速度也补偿转向扭矩(②)，如下面由方程2.4推导得出的方程2.5。因此，可确认，即使产生因崎岖路面引起的转向扭矩，也可正常地检测手移开状态。
[方程2.5]
Figure BDA0002243830130000111
Figure BDA0002243830130000112
方向盘的阻尼/方向盘的惯量
在本发明的示例性实施例中，当转向角速度的方差值不小于第一阈值时，通过在指定时间累加来确定转向扭矩的方差值。
这里，转向扭矩的方差值可由下面的方程3确定。
[方程3]
Figure BDA0002243830130000113
Vτ：转向扭矩的方差值
τ：转向扭矩
Figure BDA0002243830130000114
平均扭矩
N：测试次数。
即，当沿直线驾驶车辆时，如果驾驶员将一只手放在方向盘的六点钟位置或将两只手放在方向盘的左右对等位置，则转向信息的大小和由转向传感器10检测到的转向信息的变化不明显，并且因此可难以检测手移开状态。
因此，当可通过以上方程3确定转向扭矩的方差值时，在手扶握状态与手移开状态之间会出现较大的差异。
因此，可根据由上面的方程3确定的转向扭矩的方差值来区分地确定方向盘的手扶握状态或手移开状态。
例如，如果转向扭矩的方差值小于第三阈值，则确定方向盘处于手移开状态。即，因为在方向盘的手移开状态下驾驶员不抓住方向盘，所以确定的转向扭矩的方差值不大。
另一方面，如果转向扭矩的方差值不小于第三阈值，则驾驶员抓住方向盘，所确定的转向扭矩的方差值相对较大，并且因此确定方向盘处于手扶握状态。
这里，可通过将针对采样次数N测量的累积扭矩值的方差值与第三阈值进行比较来检测方向盘的手扶握状态或手移开状态。
此外，当确定方向盘处于手移开状态还是手扶握状态时，还可确定转向扭矩的方差值是否保持指定时间或更长时间。
例如，如果转向扭矩的方差值小于第三阈值，则还可确定其中转向扭矩的方差值小于第三阈值的状态是否保持指定时间或更长时间，并且在确定状态保持指定时间或更长时间之后，可最终确定方向盘处于手移开状态。
当然，即使转向扭矩的方差值不小于第三阈值，也可确定其中转向扭矩的方差值小于第三阈值的状态是否保持指定时间或更长的时间，并且在确定状态保持指定时间或更长的时间时，可最终确定方向盘处于手扶握状态。
图5和图6是说明在车辆直行时驾驶员将一只手放在方向盘的六点钟位置或两只手都放在方向盘的左右对等位置下方向盘的手移开状态的检测结果的图。
在应用本发明之前，即使驾驶员抓住方向盘，转向扭矩也太小，并且因此可错误地将手扶握状态检测为手移开状态。
然而，在应用本发明之后，可确认，即使转向扭矩较小，也适用转向扭矩的方差，但是转向扭矩的方差值较大，并且因此可正常检测到手扶握状态。
此外，在本发明的示例性实施例中，控制器CLR可通过检测由自动驾驶模式开关20发送的信号来确定当前驾驶模式是否是自动驾驶模式。
此后，在确定当前驾驶模式是自动驾驶模式时，在确定方向盘处于手移开状态时，可通过显示单元30诸如车辆的仪表板提供方向盘处于手移开状态的警告。
参考图3A和3B，将描述根据本发明各个方面的用于检测方向盘的手移开状态的过程。首先，在车辆行驶时，控制器CLR监视自动驾驶开关20是否接通(操作S10)。
在监视中，如果自动驾驶模式开关20接通，则控制器CLR通过转向传感器10接收转向信号，并检测转向扭矩、转向角和转向角速度(操作S20)。
此后，控制器CLR使用上述方程1确定转向角速度的方差值(操作S30)，并将所确定的转向角速度的方差值与第一阈值进行比较(操作S40)。
作为操作S40中的比较的结果，如果转向角速度的方差值不小于第一阈值，则控制器CLR基于转向系统模型和转向传感器10确定转向角速度之间的差值，如以上方程2所述(操作S50)。
此后，控制器CLR将测量的和估计的转向角速度之间的确定的差值与第二阈值进行比较(操作S51)，并且作为操作S51中的比较的结果，如果测量的和估计的转向角速度之间的差值小于第二阈值，控制器CLR确定在其中测量和估计的转向角速度之间的差值小于第二阈值的状态是否保持指定时间(操作S52)。
此后，在确定其中测量和估计的转向角速度之间的差值小于第二阈值的状态保持指定时间后，控制器CLR确定方向盘处于手移开状态(操作S70)。
此后，控制器CLR可控制显示单元30诸如仪表板向驾驶员给出方向盘处于手移开状态达指定时间的警报(操作S80)，并且然后解除自动驾驶模式。
另一方面，作为操作S51中的比较的结果，如果测量的和估计的转向角速度之间的差值不小于第二阈值，则控制器CLR确定其中测量的和估计的转向角速度之间的差值不小于第二阈值的状态是否保持指定时间(操作S53)。
此后，如果其中测量的和估计的转向角速度之间的差值不小于第二阈值的状态保持指定时间，则控制器CLR确定方向盘处于手扶握状态(操作S90)。
另一方面，作为操作S40中的比较的结果，如果转向角速度的方差值不小于第一阈值，则控制器CLR使用上面的方程3确定转向扭矩的方差值(操作S60)。
此后，控制器CLR将所确定的转向扭矩的方差值与第三阈值进行比较(操作S61)，并且作为操作S61中的比较的结果，如果转向扭矩的方差值小于第三阈值，则控制器CLR确定其中转向扭矩的方差值小于第三阈值的状态是否保持指定时间(操作S62)。
此后，在确定其中转向扭矩的方差值小于第三阈值的状态保持指定时间之后，控制器CLR确定方向盘处于手移开状态(操作S70)。
此后，控制器CLR可控制显示单元30诸如仪表板向驾驶员给出方向盘处于手移开状态达指定时间的警报(操作S80)，并且然后解除自动驾驶模式。
另一方面，作为操作S61中的比较的结果，如果转向扭矩的方差值不小于第三阈值，则控制器CLR确定其中转向扭矩的方差值不小于第三阈值的状态是否保持指定时间(操作S63)。
此后，如果其中转向扭矩的方差值不小于第三阈值的状态保持指定时间，则控制器CLR确定方向盘处于手扶握状态(操作S90)。
如上所述，在根据本发明各个方面的系统和方法中，使用由转向传感器10检测到的转向信息来检测方向盘的手扶握/手移开状态，而无需另外的传感器来检测方向盘的手扶握/手移开状态，并且从而降低生产成本，并且改善使用转向信息的手扶握/手移开检测逻辑，并且因此大大提高手扶握/手移开检测性能。
此外，根据本发明各个方面的系统和方法解决由于在手扶握状态下检测到过小转向扭矩而导致将手扶握状态误检测为手移开状态的情况，解决由于在手移开状态下对路面的反作用力而导致将手移开状态误检测为手扶握状态，并且因此可提高检测逻辑的鲁棒性并解决由于这种误检测而引起的用户不满。
从以上描述显而易见的是，在根据本发明各个方面的用于检测方向盘的手移开状态的系统和方法中，使用由转向传感器检测的转向信息检测方向盘的手扶握/手移开状态，不需要附加传感器检测方向盘的手扶握/手移开状态，并且因而降低生产成本，并且改善使用转向信息的手扶握/手移开检测逻辑，并且因此极大改善手扶握/手移开检测性能。
此外，根据本发明的各个方面的系统和方法解决由于在手扶握状态下检测到过小的转向扭矩而导致将手扶握状态误检测为手移开状态，解决由于在手移开状态下由于对路面的反作用力而导致将手移开状态误检测为手扶握状态，并且因此可改善检测逻辑的鲁棒性并解决由这种误检测引起的用户不满。
为了方便解释和准确定义所附权利要求，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“正面”、“后面”、“背面”、“内部”、“外部”、“向内”、“向外”、“内部的”、“外部的”、“内”、“外”、“向前”和“向后”用于参考如附图中所显示的特征的位置来描述示例性实施例的这些特征。还将理解，术语“连接”或其派生词既指直接连接又指间接连接。
为了说明和描述的目的，已经呈现本发明的特定示例性实施例的前述描述。它们并不旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式，并且显然，根据上述教导，许多修改和变化是可以的。选择和描述示例性实施例以解释本发明的某些原理及其实际应用，以使本领域的其他技术人员能够制造和利用本发明的各种示例性实施例及其各种替代和修改。本发明的范围旨在由所附的权利要求书及其等同形式来限定。

Claims (20)

1.一种检测方向盘的手移开状态的方法，所述方法包括以下步骤：
通过控制器在车辆行驶时获取转向扭矩、转向角和转向角速度；
通过所述控制器通过在第一预定时间内的累加确定所述转向角速度的方差值；
当所述转向角速度的方差值小于第一阈值时，通过所述控制器确定通过在所述方向盘处于手移开状态的假设下确定的转向系统模型估计的转向角速度与由转向传感器通过在第二预定时间内的累加测量的转向角速度之间的差值；和
通过所述控制器根据所测量的转向角速度和所估计的转向角速度之间的所述差值区分地确定所述方向盘是处于手移开状态还是处于手扶握状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在根据测量的和估计的转向角速度之间的差值来区分地确定所述方向盘是处于手移开状态还是处于手扶握状态时，所述控制器被配置为：
当所测量的转向角速度和所估计的转向角速度之间的差值小于第二阈值时，确定所述方向盘处于所述手移开状态；并且
当所测量的转向角速度和所估计的转向角速度之间的差值不小于所述第二阈值时，确定所述方向盘处于所述手扶握状态。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括通过所述控制器确定所测量的转向角速度和所估计的转向角速度之间的差值是否保持第三预定时间或比所述第三预定时间更长的时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述转向角速度的方差值由方程1确定：
[方程1]
Figure FDA0002243830120000011
其中，vθ表示所述转向角速度的方差值，
Figure FDA0002243830120000021
表示所述转向角速度，
Figure FDA0002243830120000022
表示所述转向角速度的平均值，并且N表示测试次数。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所测量的转向角速度和所估计的转向角速度之间的差值由方程2确定：
[方程2]
Figure FDA0002243830120000023
其中，
Figure FDA0002243830120000024
表示通过在所述方向盘处于所述手移开状态的假设下确定的转向系统模型估计的转向角速度，并且
Figure FDA0002243830120000025
表示由所述转向传感器测量的转向角速度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述转向系统模型估计的转向角速度通过以下确定：
建立在所述方向盘处于所述手移开状态的假设下确定的、方向盘设置在扭杆的上端部的所述转向系统模型的运动方程；
使用所述转向角和所述转向角速度作为所述运动方程的状态量来建立状态方程；和
通过所述状态方程确定通过所述转向系统模型估计的转向角速度。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
当所述转向角速度的方差值不小于所述第一阈值时，通过所述控制器通过在第四预定时间内的累积确定转向扭矩的方差值；和
通过所述控制器根据所述转向扭矩的方差值区分地确定所述方向盘是处于所述手移开状态还是处于所述手扶握状态。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，在根据所述转向扭矩的方差值来区分地确定所述方向盘是处于所述手移开状态还是处于所述手扶握状态时，所述控制器被配置为：
当所述转向扭矩的方差值小于第三阈值时，确定所述方向盘处于所述手移开状态；并且
当所述转向扭矩的方差值不小于所述第三阈值时，确定所述方向盘处于所述手扶握状态。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括通过所述控制器确定所述转向扭矩的方差值是否保持第五预定时间或比所述第五预定时间更长的时间。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述转向扭矩的方差值由方程3确定：
[方程3]
Figure FDA0002243830120000031
其中，Vτ表示所述转向扭矩的方差值，τ表示所述转向扭矩，
Figure FDA0002243830120000032
表示扭矩平均值，并且N表示测试次数。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：
通过所述控制器确定所述车辆的当前驾驶模式是否处于自动驾驶模式；并且
在确定所述车辆的当前驾驶模式处于所述自动驾驶模式并且所述方向盘处于所述手移开状态时，发出关于所述手移开状态的警告。
12.一种检测方向盘的手移开状态的系统，所述系统包括：
转向角速度方差计算单元，其被配置为通过在第一预定时间的累加来确定在车辆行驶时由转向传感器检测的转向角速度的方差值；
转向角速度估计单元，其被配置为通过在所述方向盘处于所述手移开状态的假设下确定的转向系统模型来估计转向角速度；
转向角速度差计算单元，其被配置为当所述转向角速度的方差值不小于第一阈值时确定通过所述转向系统模型估计的转向角速度与通过所述转向传感器通过在第二预定时间的累加测量的所述转向角速度之间的差值；和
手扶握/手移开确定单元，其被配置为根据所测量的转向角速度和所估计的转向角速度之间的差值来区分地确定所述方向盘的手扶握状态或手移开状态。
13.根据权利要求12所述的系统，还包括：
转向扭矩方差计算单元，其被配置为当所述转向角速度的方差值小于所述第一阈值时通过在第三预定时间内的累加来确定转向扭矩的方差值，
其中，所述手扶握/手移开确定单元根据所述转向扭矩的方差值来区分地确定所述方向盘的手扶握状态或手移开状态。
14.一种检测方向盘的手移开状态的系统，所述系统包括控制器，所述控制器被配置为：
在车辆行驶时获取转向扭矩、转向角和转向角速度；
通过在第一预定时间内的累加确定所述转向角速度的方差值；
当所述转向角速度的方差值小于第一阈值时，确定通过在所述方向盘处于手移开状态的假设下确定的转向系统模型估计的转向角速度与由转向传感器通过在第二预定时间内的累加测量的转向角速度之间的差值；和
根据所测量的转向角速度和所估计的转向角速度之间的差值，区分地确定所述方向盘是处于手移开状态还是处于手扶握状态。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，在根据测量的和估计的转向角速度之间的差值来区分地确定所述方向盘是处于所述手移开状态还是处于所述手扶握状态时，所述控制器被配置为：
当所测量的转向角速度和所估计的转向角速度之间的差值小于第二阈值时，确定所述方向盘处于所述手移开状态；和
当测量的和估计的转向角速度之间的差值不小于所述第二阈值时，确定所述方向盘处于所述手扶握状态。
16.根据权利要求14所述的系统，其中所述转向角速度的方差值由方程1确定：
[方程1]
Figure FDA0002243830120000051
其中，vθ表示所述转向角速度的方差值，
Figure FDA0002243830120000052
表示所述转向角速度，
Figure FDA0002243830120000053
表示所述转向角速度的平均值，并且N表示测试次数。
17.根据权利要求14所述的系统，其中，所测量的转向角速度和所估计的转向角速度之间的差值由方程2确定：
[方程2]
Figure FDA0002243830120000054
其中，
Figure FDA0002243830120000055
表示通过在所述方向盘处于所述手移开状态的假设下确定的转向系统模型估计的转向角速度，并且
Figure FDA0002243830120000056
表示由所述转向传感器测量的转向角速度。
18.根据权利要求14所述的系统，其中，通过所述转向系统模型估计的转向角速度通过以下确定：
建立在所述方向盘处于所述手移开状态的假设下确定的、方向盘设置在扭杆的上端部的转向系统模型的运动方程；
使用所述转向角和所述转向角速度作为所述运动方程的状态量来建立状态方程；和
通过所述状态方程确定通过所述转向系统模型估计的转向角速度。
19.根据权利要求14所述的系统，还包括：
当所述转向角速度的方差值不小于所述第一阈值时，由所述控制器通过在第四预定时间内的累加确定所述转向扭矩的方差值；和
通过所述控制器根据所述转向扭矩的方差值，区分地确定所述方向盘是处于所述手移开状态还是处于所述手扶握状态；和
通过所述控制器确定所述转向扭矩的方差值是否保持第五预定时间或比所述第五预定时间更长的时间，
其中，在根据所述转向扭矩的方差值区分地确定所述方向盘是处于所述手移开状态还是处于所述手扶握状态时，所述控制器被配置为：
当所述转向扭矩的方差值小于第三阈值时，确定所述方向盘处于所述手移开状态；并且
当所述转向扭矩的方差值不小于所述第三阈值时，确定所述方向盘处于所述手扶握状态。
20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述转向扭矩的方差值由方程3确定：
[方程3]
Figure FDA0002243830120000061
其中，Vτ表示所述转向扭矩的方差值，τ表示所述转向扭矩，
Figure FDA0002243830120000062
表示扭矩平均值，并且N表示测试次数。
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