CN113386750B - 车辆控制装置以及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是高精度地进行放手驾驶的检测。本发明的车辆控制装置具有：检测单元，其对施加于伴随着方向盘操作而旋转的转向轴的转向转矩进行检测；以及转向辅助单元，其通过车道维持辅助功能对转向进行辅助。本装置从由检测单元检测到的转向转矩中除去由转向辅助单元产生的转矩而求出修正后转矩，并基于修正后转矩判断驾驶员是否放手。

Description

车辆控制装置以及车辆
技术领域
本发明涉及车辆控制装置以及搭载有该车辆控制装置的车辆。
背景技术
作为汽车的驾驶辅助功能之一，存在车道维持辅助系统(以下简略为LKAS。也称为车道维持辅助)。由于LKAS停留在驾驶辅助，因此其与驾驶员操作方向盘(也称为转向轮或者方向舵)而未进行驾驶辅助的情况同样，需要进行主体的驾驶。
因此，在LKAS进行动作的期间，监视驾驶员所进行的方向盘操作的情况，如果判断为未进行方向盘操作则停止LKAS。因此，在专利文献1中记载了检测作用于转向轴的转向转矩并推定驾驶员的转向状态的技术。此外，在专利文献1中还记载了如下技术：检测车身的俯仰，基于从检测到的转向转矩中除去与该俯仰相关联的噪声之后的转矩的变动来推定驾驶员的转向状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第5973900号公报(权利要求1、第0015段、第0037段)
发明内容
发明所要解决的问题
然而，对转向转矩造成影响的噪声原因不仅限于车身的俯仰。因此，必须将检测到的转向转矩所包含的噪声分量估计得较大来推定驾驶员的转向状态，由此推定出的结果未必准确。
本发明是鉴于上述实施方式而完成的，其目的在于提供一种高精度地推定驾驶员的转向状态的车辆控制装置以及车辆。
用于解决问题的手段
为了实现上述目的，本发明具有以下的构成。根据本发明的一个方面，提供了一种车辆控制装置，其特征在于，所述车辆控制装置具有：
检测单元，其对施加于伴随着方向盘操作而旋转的转向轴的转向转矩进行检测；
转向辅助单元，其通过车道维持辅助功能对转向进行辅助；
修正单元，其从由所述检测单元检测到的所述转向转矩中除去由所述转向辅助单元产生的转向而求出修正后转矩；以及
判断单元，其基于所述修正后转矩判断驾驶员是否放手。
另外，根据本发明的另一方面，提供一种车辆，其特征在于，所述车辆搭载有上述车辆控制装置。
发明效果
根据本发明，能够高精度地推定驾驶员的转向状态。
附图说明
图1是表示驾驶辅助系统的一个例子的框图。
图2是用于进行转向状态的推定的框图。
图3是表示转向转矩的修正的例子的图。
图4是表示基于转向状态的推定的车道维持辅助功能的动作的一个例子的图。
附图标记说明
10、111、121：ECU；11：摄像机单元；12：EPS单元；14：齿条；15：方向盘；16：万向接头；17：转矩传感器；19：转向轴。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行详细说明。此外，以下的实施方式并非对权利要求书所涉及的发明进行限定，另外，在实施方式中说明的特征的组合未必全部都是发明所必须的。也可以对实施方式中说明的多个特征中的两个以上的特征任意地进行组合。另外，对相同或者同样的构成标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
[第一实施方式]
●车道维持辅助功能
首先，对本实施方式所涉及的车道维持辅助功能进行简单说明。车道维持辅助功能是在道路、特别是高速公路上行驶时以维持在车道的中央附近的方式辅助转向操作而减轻驾驶员的驾驶负荷的功能。车道维持辅助功能通过用于启动功能的开关操作等以驾驶员的意志启动。实现车道维持辅助功能的车道维持辅助系统(LKAS)包括作为传感器的摄像机、作为致动器的电动动力转向(EPS)马达，它们由ECU(发动机控制单元)控制而实现功能。具体而言，利用摄像机检测车道(实线、虚线)，以使车维持在车道的中央附近而行驶的方式辅助转向操作。转向控制为在车道的中央附近行驶时进行弱辅助，而在越靠近车道(实线、虚线)时辅助的程度越强。在有偏离车道的可能性的情况下，通过仪表内的显示等提醒注意，同时辅助转向操作以使车返回车道的中央附近。另外，在系统判断为驾驶员从方向盘放手的状态、驾驶员有意地越过车道那样的转向操作的情况下，或者在使方向指示器工作的情况下，车道维持辅助功能不工作。
●系统构成
图1表示用于本实施方式的驾驶辅助系统的框图。该驾驶辅助系统搭载于汽车等车辆。图1的框图仅着眼于车道维持辅助功能作为驾驶辅助功能，省略其他功能。在图1中，ECU10是统一控制车辆的ECU，例如包括处理器和存储器等。摄像机单元11包括摄像机控制用的ECU111和安装于车内等并隔着前窗拍摄前方的摄像机112。
电动助力转向系统(EPS)单元12包括控制EPS的ECU121和作为用于转向的驱动源的EPS马达122。ECU121将驱动信号输入至EPS马达122，该驱动信息从ECU10输入并且与表示用于LKAS控制的目标的转向方向以及转向量的LKAS指示信号相对应。在EPS马达122的轴上安装有与齿条14啮合的小齿轮，这些小齿轮收纳于EPS马达齿轮箱13中。齿条14虽然未图示，但其经由拉杆驱动转向节臂，由此使车辆的左右各自的前轮移动而进行转向。
另一方面，若驾驶员操作方向盘(或方向舵)15，则经由安装于该轴的万向接头16使转向轴19旋转。这样，万向接头16构成转向轴19的弯曲部。在转向轴19的端部设置有收纳于转向齿轮箱18的小齿轮，从而与齿条14啮合。另外，作用于转向轴19的转矩由转矩传感器17检测，作为转向转矩信号To输入至ECU10。
ECU10根据所输入的转向转矩信号To来推断驾驶员的转向状态，若判断为驾驶员处于松开方向盘的放手状态则停止LKAS功能。另外，此时，通过包含显示装置、扬声器等的用户接口101向驾驶员发出警告。
在此，对转矩传感器17检测的转向转矩进行简单说明。转矩传感器17检测的转向转矩包括通过方向盘15的旋转操作而使转向轴19旋转的转矩、以及通过齿条14以及未图示的小齿轮经由转向齿轮箱18使转向轴19旋转的转矩。在利用除了方向盘操作以外的方式使齿条14动作的力中，存在由EPS马达122所进行的转向引起的转矩，以及通过从路面或者轮胎对齐而欲改变前轮的行进方向的转矩。利用转矩传感器17检测出这些转矩合成后的值。在LKAS启动中，若驾驶员把持方向盘15，则检测到由LKAS所产生的转向所导致的来自转向齿轮箱18侧的转矩，但此时若驾驶员保持在方向盘15上，则在检测到的转矩中包含由驾驶员对方向盘进行操作而产生的转矩。驾驶员保持在方向盘15上是基于通过方向盘15的操作而产生的转矩来判断的。由此，为了进行放手状态的准确的判断，优选通过从由转矩传感器17检测到的转向转矩中除去由LKAS产生的转矩来修正转向转矩。此外，由EPS电动机122施加的转矩分量相对于由方向盘操作产生的转矩来说属于噪声，因此在本实施方式中称为噪声转矩或转矩噪声。
进一步地，即使在直行时，万向接头17的驱动侧和被驱动侧也不会完全成为中立状态，而是在方向盘15稍微偏离直行状态的状态下稳定。该状态是将前轮操作成为稍微偏离直行的方向的状态。因此，欲使前轮返回至直行方向的转矩(称为自动回正转矩(SAT))经由转向齿轮箱18作用于转向轴19，该转矩被转矩传感器17检测到。这样，因万向接头而在转向角0附近产生偏置转矩分量。在本实施方式中，该转矩分量也称为偏置转矩或转矩偏置。
通过以上的机构，驾驶员能够通过操作方向盘15来进行转向。然后，使该方向盘15旋转的转矩被转矩传感器17检测到。如上所述，由转矩传感器17检测到的转向转矩有时包括转矩噪声以及转矩偏置。因此，ECU10将这些值除去而对检测到的转矩进行修正。图2表示用于修正的转矩修正电路的电路构成。此外，图2的构成也可以全部通过软件来实现。另外，图2的构成也可以不安装于ECU10而安装于其他的ECU，例如ECU121。
●转矩修正电路
在图2中，由转矩传感器17检测到的转矩To被输入到低通滤波器S201和低通滤波器X202。低通滤波器S201是用于提取转矩偏置的滤波器，其通过频率被设定得比低通滤波器X202低。即，低通滤波器S201具有比低通滤波器X202低的截止频率。在本实施方式中，低通滤波器S201的通过频率例如为1Hz以下左右，但该值可以通过实验来决定。由此，低通滤波器S201能够提取检测到的转向转矩所包含的偏置转矩分量。
低通滤波器X202是用于提取包含转矩偏置、转矩噪声的转矩的滤波器。在本例中，其通过频率的上限为5Hz左右，但也能够以使方向盘操作、EPS电动机的驱动所产生的转向转矩的变动的频率通过的方式实验性地决定。低通滤波器X202的输出信号Tx是从转向转矩To中除去高频分量而得到的信号，但在以下的说明中有时将该信号Tx也称为转向转矩。
LKAS指示信号Li是表示在LKAS启动时驱动EPS马达122的量的值，例如可以作为信号的电流值等而给出。但是，这里也可以是数字化的值。LKAS指示信号Li被输入至转换单元U203，其被转换为作用于转向轴19的转矩Lu。由于EPS电动机122产生与LKAS指示信号Li对应的转矩，所以能够基于LKAS指示信号Li的值来推定经由齿轮箱13、18、齿条14而作用于转向轴19的转矩。因此，转换单元U203例如可以进行将LKAS指示信号Li的值转换为转矩的映射。
低通滤波器X202的输出Tx和转换单元U203的输出Lu通过加法器204相加。该加法器204的输出Tu是从转向转矩Tx中除去了由EPS电动机122产生的转矩噪声的转矩。为了除去而进行加法运算是因为，如果从齿条14施加的转矩和从方向盘15施加的转矩是朝向相同方向的转矩，则具有正负反转的符号。除去了转矩噪声的转矩Tu与低通滤波器S201的输出即转矩偏置Ts一起被输入到减法器205，从而输出从Tu中减去Ts后的转矩Tsu。即，转矩Tsu是从转向转矩Tx中除去了转矩噪声和转矩偏置后的修正后转矩。
该修正后转矩Tsu经由开关206输入到放手判断部208，其绝对值与经由开关207输入的判断阈值su进行比较。比较的结果是，放手判断部208输出判断结果Dh。若修正后转矩Tsu的绝对值小于判断阈值su，则判断结果Dh表示驾驶员处于将该手从方向盘放开的放手状态，若修正后转矩Tsu的绝对值为判断阈值su以上，则表示未处于放手状态。
开关206与开关207联动。若开关206使向放手判断部208的输入在转向转矩Tx与修正后转矩Tsu之间切换，与之相应地，在向放手判断部208输入了修正后转矩Tsu的情况下，开关207选择判断阈值su，在输入了转向转矩Tx的情况下，开关207选择判断阈值x。期待修正后转矩Tsu的值从转向转矩Tx中除去转矩噪声Tu和转矩偏置Ts后的量相应地变小。因此，判断阈值su也可以比判断阈值x小。例如，能够将判断阈值su设定为0.2Nm，将判断阈值x设定为0.5Nm左右。开关206、207的切换可以由驾驶员手动执行，也可以根据行驶状况进行切换。作为行驶状况，在预想到通过方向盘15的操作量较小的情况下，可以基于修正后转矩进行判断。例如也可以在直行时基于修正后转矩进行放手判断，在弯道行驶中基于修正前的转向转矩进行放手判断。
此外，放手判断部208对基于修正后转矩Tsu或修正前的转向转矩Tx的某个时刻的判断结果Dh进行输出。该判断结果Dh并不一定反映放手状态。例如，在直行时等，转向方向不是左右任一方，而是例如能够交替地进行向左向右的微小的转向。在这样的过渡性的状态下，在转向方向变化的期间，存在转矩比阈值小的期间。这样，即使没有放手，也可能存在某个时刻的放手判断结果Dh成为“放手”的情况。因此，可以在放手判断结果Dh表示“放手”的状态持续了规定时间时判断为初次放手。
图3表示转向转矩的修正的一个例子。在图3中。信号301表示由转矩传感器17检测到的转向转矩To，信号302表示转矩噪声Lu，信号303表示修正后转矩Tsu。另外，值311、311’表示判断阈值x，值312、312’表示判断阈值su。在图2的说明中，将修正后转矩的绝对值与判断阈值进行比较，但在图3中，转矩的符号保持原样，对判断阈值标注符号来进行表示。由于符号根据方向而变化，因此判断阈值用对一个绝对值赋予正负双方的符号而得到的值来表示。
观察图3可知，向转向转矩301加上转矩噪声302而得到的值成为修正后转矩303。在基于修正后转矩303进行放手判断时，将修正后转矩303与判断阈值312、312’进行比较，若收敛于两个阈值中，则判断为放手，若未收敛则判断为未放手。在基于修正前的转向转矩301进行放手判断时，将转向转矩301与判断阈值311、311’进行比较，若收敛于两个阈值中，则判断为放手，若不收敛则判断为未放手。这样，修正后转矩的绝对值成为比修正前的转向转矩小的值，成为更准确地表示驾驶员所进行的方向盘15的操作转矩的值。因此，对于判断阈值，对于修正后转矩，也可以不使用估计出噪声的值，而使用更小的值，能够期待更准确的判断。
图4表示基于本实施方式的放手判断的LKAS的控制例。在车辆401中搭载有图1、图2所示那样的车道维持辅助系统。在车辆401行驶的过程中，LKAS在时刻T1开启，LKAS控制(辅助)开始。在时刻T2检测到放手。即，作为放手判断结果Dh，持续规定期间地输出“放手”。根据该判断，例如ECU10通过用户接口101输出断续的警报音。同时，使用户接口101的放手警报灯闪烁。并且，LKAS的辅助动作也使EPS马达122的驱动转矩逐渐变小等而使辅助等级降低，最终使其停止。在从时刻T2起经过了规定时间的时刻T3，ECU10将警报声从断续音切换为连续音。在从时刻T3经过了一定期间的时刻T4，停止警报音的输出。
[其他实施方式]
此外，在本实施方式中，基于电动动力转向的转向成为与基于手动的转向独立地驱动转向用齿条的构造。作为利用EPS电动机对基于手动的转向用的转向轴19施加转矩的构成，也能够应用本发明。但是，在该情况下，来自方向盘15的转矩和由EPS马达产生的转矩若方向相同则用相同的符号表示。因此，在本变形例中，代替图2的加法器204，使用从转向转矩Tx中减去转矩噪声Lu的减法器即可。
另外，在图2的构成中，通过开关207来切换判断阈值x和判断阈值su，但也可以将开关207废弃而将判断阈值设为恒定的值。即，即使向放手判断部208输入的转矩的值在修正后转矩su和未修正的转向转矩x中切换，放手判断的阈值也可以为一定的值而不变化。
进一步地，在图2的构成中，从作为低通滤波器X202的输出的转向转矩中除去转矩噪声，从此时的结果中进一步减去作为低通滤波器S201的输出的转矩偏置，由此进行修正。代替于此，也可以采用通过使检测到的转向转矩To通过1Hz～5Hz的带通滤波器而进行滤波，从而从中除去转矩噪声Lu的构成。
●实施方式的效果
如以上说明的那样，根据本实施方式的车辆控制装置，在车道维持辅助系统的动作时，通过将由车道维持辅助系统的介入所产生的转矩从检测到的转向转矩中除去而进行修正，能够实现高精度的放手判断。进一步地，通过从转向转矩中进一步除去由万向接头产生的转矩偏置，能够进一步提高放手判断的精度。
●实施方式的总结
对以上说明的本实施方式总结如下。
(1)根据本发明的第一方式，提供了一种车辆控制装置，其中，所述车辆控制装置具有：
检测单元，其对施加于伴随着方向盘操作而旋转的转向轴的转向转矩进行检测；
转向辅助单元，其通过车道维持辅助功能对转向进行辅助；
修正单元，其从由所述检测单元检测到的所述转向转矩中除去由所述转向辅助单元产生的转矩而求出修正后转矩；以及
判断单元，其基于所述修正后转矩判断驾驶员是否放手。
根据该构成，从检测到的转向转矩中除去车道维持功能所产生的转矩，能够提高放手的判断的精度。
(2)根据本发明的第二方式，提供了一种车辆控制装置，在(1)的车辆控制装置中，所述修正单元通过利用与对所述转向辅助单元的转向的指示值对应的转矩对通过所述检测单元检测到的所述转向转矩进行修正，从而求出所述修正后转矩。
根据该构成，从转向转矩中除去与车道维持功能的指示值对应的转矩，能够提高放手的判断的精度。
(3)根据本发明的第三方式，提供了一种车辆控制装置，在(2)的车辆控制装置中，
所述转向辅助单元不经由所述转向轴而对转向进行辅助，
所述修正单元通过向通过所述检测单元检测到的所述转向转矩加上与对所述转向辅助单元的转向的指示值对应的转矩，从而求出所述修正后转矩。
根据该构成，对于不经由转向轴而辅助转向的构成，也能够从转向转矩中除去与车道维持功能的指示值对应的转矩，从而能够提高放手的判断的精度。
(4)根据本发明的第四方式，提供了一种车辆控制装置，在(1)至(3)中任一项的车辆控制装置中，
利用滤波器将比由所述检测单元检测到的所述转向转矩的规定频率低的频率分量除去。
根据该构成，从转向转矩中除去从外部施加的低频的转矩变动，能够进一步提高放手的判断的精度。
(5)根据本发明的第五方式，提供了一种车辆控制装置，在(4)的车辆控制装置中，
通过利用滤波器将比由所述检测单元检测到的所述转向转矩的规定频率低的频率分量除去，从而将由构成所述转向轴的弯曲部的万向接头引起的偏置转矩分量除去。
根据该构成，从转向转矩中除去由万向接头引起的偏置转矩分量，能够进一步提高放手的判断的精度。
(6)根据本发明的第六方式，提供了一种车辆控制装置，在(4)或(5)的车辆控制装置中，
所述修正单元对由所述检测单元检测到的所述转向转矩应用第一低通滤波器而求出偏置转矩分量，并从对由所述检测单元检测到的所述转向转矩应用第二低通滤波器而成的滤波后转矩中除去所述偏置转矩分量，
所述第一低通滤波器使比所述第二低通滤波器低的频率域通过。
根据该构成，能够高精度地求出偏置转矩分量而修正转向转矩，能够提高放手的判断的精度。
(7)根据本发明的第七方式，提供了一种车辆控制装置，在(1)至(6)中任一项的车辆控制装置中，
所述车辆控制装置还具有在通过所述判断单元基于所述修正后转矩判断出驾驶员放手的情况下对驾驶员输出警告的单元。
根据该构成，能够检测驾驶员的放手并发出警告。
(8)根据本发明的第八方式，提供了一种车辆控制装置，在(1)至(6)中任一项的车辆控制装置中，
所述车辆控制装置还具有在通过所述判断单元基于所述修正后转矩判断出驾驶员放手的状态持续了规定期间的情况下对驾驶员输出警告的单元。
根据该构成，能够防止将过渡性的状态检测为驾驶员的放手，能够高精度地检测放手。
(9)根据本发明的第九方式，提供了一种车辆车辆，其搭载有如(1)至(8)中任一项的车辆控制装置。
根据该构成，能够提供高精度地检测驾驶员进行的车道维持辅助功能的动作时的放手的车辆。
本发明并不限定于上述的实施方式，可以在本发明的主旨的范围内进行各种变形、变更。

Claims (7)

1.一种车辆控制装置，其特征在于，所述车辆控制装置具有：
检测单元，其对施加于伴随着方向盘操作而旋转的转向轴的转向转矩进行检测；
转向辅助单元，其通过车道维持辅助功能对转向进行辅助；
修正单元，其从由所述检测单元检测到的所述转向转矩中除去由所述转向辅助单元产生的转矩而求出修正后转矩；以及
判断单元，其基于所述修正后转矩判断驾驶员是否放手，
通过利用滤波器将比由所述检测单元检测到的所述转向转矩的规定频率低的频率分量除去，从而将由构成所述转向轴的弯曲部的万向接头引起的偏置转矩分量除去。
2.根据权利要求1所述的车辆控制装置，其特征在于，
所述修正单元通过利用与对所述转向辅助单元的转向的指示值对应的转矩对通过所述检测单元检测到的所述转向转矩进行修正，从而求出所述修正后转矩。
3.根据权利要求2所述的车辆控制装置，其特征在于，
所述转向辅助单元不经由所述转向轴而对转向进行辅助，
所述修正单元通过向通过所述检测单元检测到的所述转向转矩加上与对所述转向辅助单元的转向的指示值对应的转矩，从而求出所述修正后转矩。
4.根据权利要求1所述的车辆控制装置，其特征在于，
所述修正单元对由所述检测单元检测到的所述转向转矩应用第一低通滤波器而求出偏置转矩分量，并从对由所述检测单元检测到的所述转向转矩应用第二低通滤波器而成的滤波后转矩中除去所述偏置转矩分量，
所述第一低通滤波器使比所述第二低通滤波器低的频率域通过。
5.根据权利要求1所述的车辆控制装置，其特征在于，所述车辆控制装置还具有在通过所述判断单元基于所述修正后转矩判断出驾驶员放手的情况下对驾驶员输出警告的单元。
6.根据权利要求1所述的车辆控制装置，其特征在于，所述车辆控制装置还具有在通过所述判断单元基于所述修正后转矩判断出驾驶员放手的状态持续了规定期间的情况下对驾驶员输出警告的单元。
7.一种车辆，其搭载有如权利要求1至6中任一项所述的车辆控制装置。
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