CN114728672A - 转向保持判定装置、转向控制装置和转向装置 - Google Patents

转向保持判定装置、转向控制装置和转向装置 Download PDF

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Abstract

本发明提高了判定驾驶员是否保持转向部件的准确性。公开了一种转向保持判定装置(620)，其判定驾驶员是否保持转向部件(410)，转向保持判定装置包括：预测值计算单元(621)，其计算与转向部件的转向相关的一个以上状态量和与车轮(300)的转弯相关的一个以上状态量中的至少一者的预测值；以及转向保持判定单元(622)，其参考由预测值计算单元计算的预测值和预测值的方差来判定驾驶员是否保持转向部件。

Description

转向保持判定装置、转向控制装置和转向装置
技术领域
本发明涉及转向保持判定装置、转向控制装置和转向装置。
背景技术
现有技术中，已知一种控制装置，其确定沿着自车辆的目标路线的转向角并自动使转向装置转向。在使转向装置自动转向的控制装置中，已经提出了一种在考虑了控制误差和驾驶员的意图的情况下执行车辆的行驶控制的技术。
如上所述的控制装置判定转向部件是否处于转向保持状态，在该转向保持状态下，驾驶员保持转向部件，并且该控制装置根据判定结果控制自动转向的取消。例如，在专利文献1中，不仅考虑扭力杆扭矩和方向盘惯性扭矩，还考虑由作用在方向盘的重心上的重力施加到第一轴的重力扭矩，来评估由驾驶员施加到方向盘的驾驶员扭矩。
参考列表
专利文献
专利文献1：JP-2019-14468(公开日期：2019年1月31日)
发明内容
技术问题
优选地，能够更准确地判定是否处于转向保持状态。
本发明的一个方面的目的是提供一种技术，其能够提高判定是否处于转向保持状态的准确性。
解决问题的方案
为了解决上述问题，提供了根据本发明的一方面的转向保持判定装置，其被配置为判定驾驶员是否保持转向部件，所述转向保持判定装置包括：预测值计算单元，其被配置为计算与所述转向部件的转向相关的一个以上的状态量和与车轮的转弯(turning)相关的一个以上的状态量中的至少一者的预测值；以及转向保持判定单元，其被配置为参考由所述预测值计算单元计算出的所述预测值和所述预测值的方差来判定驾驶员是否保持所述转向部件。
发明的有益效果
根据本发明的一个方面，能够提高判定驾驶员是否保持转向部件的准确性。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的车辆的示意性配置的视图。
图2是示出根据本发明的实施例的ECU的示意性配置的框图。
图3是示出根据本发明的实施例的转向控制单元的配置示例的框图。
图4是示出根据本发明的实施例的预测值计算单元的配置示例的框图。
图5是示出转向保持判定装置的处理的流程的流程图。
图6是示出卡尔曼滤波器的处理的流程的流程图。
图7是示意性地示出根据本发明的实施例的由预测计算单元计算出的预测值与更新值之间的关系的示例的曲线图。
图8是示意性地示出根据本发明的实施例的由预测计算单元计算出的预测值与更新值之间的关系的示例的曲线图。
图9是示意性地示出根据本发明的实施例的由预测计算单元计算出的预测值与更新值之间的关系的示例的曲线图。
参考标记列表
410 转向部件
600 ECU(转向控制装置)
610 转向控制单元
620 转向保持判定装置
621 预测值计算单元
622 转向保持判定单元
900 车辆
具体实施方式
[第一实施例]
在下文中，将详细描述本发明的第一实施例。
(车辆900的配置)
图1是示出根据本实施例的车辆900的示意性配置的视图。如图1所示，车辆900包括：悬挂装置(悬挂)100、车身200、车轮300、轮胎310、转向部件410、转向轴420、扭矩传感器430、转向角传感器440、扭矩施加单元460、齿条齿轮机构470、齿条轴480、发动机500、电子控制单元(ECU)(控制装置、控制单元、转向控制装置)600、发电装置700和电池800。这里，悬挂装置100和ECU600构成根据本实施例的悬挂装置。转向部件410、转向轴420、扭矩传感器430、转向角传感器440、扭矩施加单元460、齿条齿轮机构470、齿条轴480和ECU600构成根据本实施例的转向装置。
车辆900是实施正常驾驶和自动驾驶的车辆，在该正常驾驶时，车辆以驾驶员保持转向部件410并且使转向部件410转向的转向保持状态(手持)行驶，并且在自动驾驶时，车辆通过自动转向控制以放手状态(放手)行驶，在放手状态下，驾驶员将他/她的手从转向部件410脱离。
安装有轮胎310的车轮300通过悬挂装置100从车身200悬挂。由于车辆900是四轮车辆，所以设置了四个悬挂装置100、四个车轮300和四个轮胎310。
左前轮、右前轮、左后轮和右后轮的轮胎和车轮也分别称为轮胎310A和车轮300A、轮胎310B和车轮300B、轮胎310C和车轮300C、以及轮胎310D和车轮300D。在下文中，类似地，分别装接到左前轮、右前轮、左后轮和右后车轮的配置可以由附图标记“A”、“B”、“C”和“D”表示。
悬挂装置100包括液压减震器、上臂和下臂。作为示例，液压减震器包括螺线管阀，该螺线管阀是调节由液压减震器产生的阻尼力的电磁阀。然而，本实施例不限于此，并且液压减震器可以使用除了螺线管阀之外的电磁阀作为调节阻尼力的电磁阀。例如，可以提供使用电磁流体(磁流体)的电磁阀作为电磁阀。
发电装置700装接到发动机500，并且由发电装置700产生的电力存储在电池800中。
由驾驶员操作的转向部件410以可传递扭矩的方式连接到转向轴420的一端，并且转向轴420的另一端连接到齿条齿轮机构470。
齿条齿轮机构470是将绕着转向轴420的轴线的旋转转换成沿齿条轴480的轴向的位移的机构。具体地，齿条齿轮机构470包括小齿轮，该小齿轮连接到转向轴420的另一端，并且与转向轴420一体地旋转。齿条轴480设置有与小齿轮啮合的齿条齿，并且齿条轴480随着小齿轮的转动而在轴向上移位。当齿条轴480在轴向上移位时，车轮300(300A、300B)经由拉杆482(482A，482B)和关节杆484(484A，484B)而转弯。
扭矩传感器430检测施加到转向轴420的转向扭矩，换句话说，施加到转向部件410的转向扭矩，并且扭矩传感器430向ECU600提供指示检测结果的扭矩传感器信号。更具体地，扭矩传感器430检测在转向轴420中设置的扭杆的扭转，并且将检测结果作为扭矩传感器信号输出。诸如霍尔IC、MR元件或磁致伸缩扭矩传感器这样的公知传感器可以用作扭矩传感器430。
在转向轴420中，当从转向部件410观察时比扭杆更靠近的一侧上的轴可以被称为第一轴，并且，当从转向部件410观察时比扭杆更远的一侧上的轴可以被称为第二轴。除了第一轴和第二轴之外，转向轴420还可以被配置为包括连接第一轴与第二轴的接头。设置为比小齿轮更靠近转向部件410的转向轴420和扭矩施加单元460可以统称为柱部。柱部可以包括转向部件410的一部分。
转向角传感器440检测转向部件410的转向角并且向ECU600提供检测结果。
在驾驶员保持转向部件410的正常驾驶期间，扭矩施加单元460向转向轴420施加与从ECU600供给的转向控制量相对应的辅助扭矩或反作用力扭矩。在车辆900在驾驶员从转向部件410拿开他/她的手的状态下行驶的自动驾驶期间，扭矩施加单元460向转向轴420施加与从ECU600供给转向控制量相对应的转向扭矩。
扭矩施加单元460包括电机(辅助电机)和扭矩传动机构，电机(辅助电机)根据转向控制量来产生辅助扭矩、反作用力扭矩或转向扭矩，扭矩传动机构将由辅助电机产生的扭矩传递到转向轴420。扭矩施加单元460包括检测辅助电机的转速的电机转速传感器和检测辅助电机的旋转角度的电机旋转角度传感器。
本说明书中的“控制量”的具体示例包括电流值、占空比、衰减率、衰减比等。
在以上描述中，术语“以可传递扭矩的方式连接”是指以如下方式连接：一个部件的旋转致使另一个部件的旋转，并且至少包括：例如，一个部件和另一个部件被一体地模制的情况；另一个部件被直接或间接地固定到一个部件的情况；以及一个部件与另一个部件以经由接合部件等彼此互锁的方式连接的情况。
在上述示例中，例示了转向部件410至齿条轴480始终机械地连接的转向装置，但是本实施例不限于此，并且根据本实施例的转向装置可以是例如线控型转向装置。本说明书中下面描述的事项也可以应用于线控型转向装置。
在图1中，示出了所谓的柱辅助型转向装置，其中，扭矩施加单元设置在转向轴上，但是本实施例不限于此。可以使用所谓的齿条辅助型转向装置，其中，扭矩施加单元设置在齿条轴上。
ECU600整体地控制包括在车辆900中的各种电子装置。更具体地，ECU600通过调节供应到扭矩施加单元460的转向控制量来控制施加到转向轴420的辅助扭矩或反作用力扭矩的大小。
ECU600通过向悬挂装置100中包括的液压减震器中的螺线管阀供应悬挂控制量来控制螺线管阀的打开和闭合。为了实现该控制，提供了用于将驱动电力从ECU600供应到螺线管阀的电力线。
车辆900包括：车轮速度传感器320，其被设置为用于每个车轮300，并且检测每个车轮300的车轮速度；横向G传感器330，其检测车辆900的横向加速度；纵向G传感器340，其检测车辆900的纵向加速度；横摆率传感器350，其检测车辆900的横摆率；发动机转矩传感器510，其检测由发动机500产生的转矩；发动机转速传感器520，其检测发动机500的转速；以及制动压力传感器530，其检测施加到制动装置的制动流体的压力。车辆900包括捕获自动驾驶中所参考的车辆900的周围环境的图像的摄像机550。车辆900不限于包括摄像机550，并且可以包括雷达等，其检测自动驾驶中所参考的车辆900的周围的状况。各种传感器的检测结果被提供给ECU600。
虽然未示出，但是车辆900包括：防抱死制动系统(ABS)，其是用于在制动期间防止车轮锁定的系统；牵引力控制系统(TCS)，其防止车轮在加速等期间空转；以及车辆稳定性辅助(VSA)可控制动装置，其是车辆行为稳定控制系统，其具有在转弯期间的用于横摆力矩控制、制动辅助功能等的自动制动功能。
这里，ABS、TCS和VSA将根据估计的车身速度所确定的车轮速度与由车轮速度传感器320检测到的车轮速度进行比较，并且当两个车轮速度的值相差预定值以上时确定车辆处于滑移状态。ABS、TCS和VSA通过这样的处理根据车辆900的行驶状态执行最佳制动控制和牵引力控制来稳定车辆900的行为。
经由控制器局域网(CAN)370来执行上述各种传感器所检测到的检测结果到ECU600的供应和从ECU600到相应单元的控制信号的传输。
经由CAN370提供给ECU600的信号包括例如以下信号(括号指示采集源)。
四个车轮的车轮速度(车轮速度传感器320A至320D)
偏航率(偏航率传感器350)
纵向G(纵向G传感器340)
横向G(横向G传感器330)
制动压力(制动压力传感器530)
发动机扭矩(发动机扭矩传感器510)
发动机转速(发动机转速传感器520)
转向角(转向角传感器440)
转向扭矩(扭矩传感器430)
车辆900的周围环境的图像(摄像机550)
ECU600
图2是示出ECU600的示意性配置的图。
如图2中所示，ECU600包括转向控制单元610和目标行驶路径确定单元650。ECU600可以被配置为包括稍后描述的转向保持判定装置620。
目标行驶路径确定单元650参考CAN370中所包括的各种传感器的检测结果来确定目标行驶路径。目标行驶路径确定单元650参考例如由摄像机550捕获的车辆900的周围环境的图像和基于各种传感器的检测结果的车辆900的周围环境的路面状况，来确定目标转向角。
目标行驶路径确定单元650将确定的目标转向角提供给转向控制单元610。
转向控制单元610参考CAN370中包括的各种传感器的检测结果和由目标行驶路径确定单元650确定的目标转向角，来确定要提供给扭矩施加单元460的转向控制量的大小。
在本说明书中，表述“参考”可以包括“使用”、“考虑”、“依据”等的含义。
“确定控制量的大小”的过程包括将控制量的大小设置为零的情况，即，不供应控制量。
(转向控制单元和转向保持判定装置)
接下来，将参考图3描述转向控制单元610和转向保持判定装置620。图3是示出转向控制单元610和转向保持判定装置620的配置示例的框图。
如图3所示，转向控制单元610包括基础控制量计算单元611、位置控制目标值平滑单元612、齿条位置控制电流计算单元613、驾驶模式切换单元614和加法单元615。
转向保持判定装置620包括预测值计算单元621和转向保持判定单元622。转向保持判定装置620是判定驾驶员是否保持转向部件410的装置。
基础控制量计算单元611参考从扭矩传感器430提供的转向扭矩(实际扭矩)来计算用于控制辅助扭矩或反作用力扭矩的大小的基础控制量。由基础控制量计算单元611计算的基础控制量被提供给加法单元615。
位置控制目标值平滑单元612通过将低通滤波器应用于输入目标转向角来生成平滑化的目标转向角，并且将所生成的平滑化的目标转向角提供给齿条位置控制电流计算单元613。位置控制目标值平滑单元612可以被配置为去除预设固定频带中的噪声，或者可以被配置为根据包括在CAN370中的各种传感器的检测结果去除可变频带中的噪声。
齿条位置控制电流计算单元613参考输入实际转向角、平滑化的目标转向角和辅助电机的电机转速或小齿轮的旋转速度，来计算与齿条位移和齿条位移的方向相对应的齿条位置控制量。作为示例，齿条位置控制量被计算为电流值。齿条位置控制电流计算单元613将计算出的齿条位置控制量提供给驾驶模式切换单元614。
驾驶模式切换单元614通过根据从转向保持判定装置620提供的手持判定标志，校正从齿条位置控制电流计算单元613提供的齿条位置控制量，来生成校正后的齿条位置控制量。
例如，当手持判定标志指示手持时，驾驶模式切换单元614减小由齿条位置控制电流计算单元613计算的齿条位置控制量，以生成校正后的齿条位置控制量，并且将生成的校正后的齿条位置控制量输出到加法单元615。
另一方面，例如，当手持判定标志指示放手时，驾驶模式切换单元614直接向加法单元615输出由齿条位置控制电流计算单元613计算的齿条位置控制量。
加法单元615将从驾驶模式切换单元614供应的校正后控制量与由基础控制量计算单元611计算的基础控制量相加，并且将相加后控制量提供给扭矩施加单元460。
另一方面，包括在转向保持判定装置620中的预测值计算单元621计算与转向部件的转向相关的一个以上状态量和与车轮的转弯相关的一个以上状态量中的至少一个状态量的预测值。预测值计算单元621计算状态量的预测值的方差。与转向部件的转向相关的一个以上状态量的示例包括：转向扭矩、小齿轮的旋转角度、小齿轮的角速度、转向角和转向角速度。指示车轮的转弯角度的一个以上状态量包括：辅助车轮的转弯的辅助电机的旋转角度(“使车轮转弯的电机的旋转角度”)、连接到车轮的齿条轴的位移等。根据本实施例的转向保持判定装置620可以参考上述与转向部件的转向相关的一个以上状态量和与车轮的转弯相关的一个以上状态量中的至少一个状态量来适当地判定驾驶员是否保持转向部件410。
将由预测值计算单元621计算的各个状态量可以基于从包括在CAN370中的各种传感器的检测结果获取的实际测量值，或者可以是使用卡尔曼滤波器导出的估计值，卡尔曼滤波器是用于时间序列数据的状态估计方法。稍后将描述使用卡尔曼滤波器来计算估计值的方法。
例如，预测值计算单元621参考在时间点tn处的转向扭矩和小齿轮在时间点tn处的旋转角度的实际测量值，来顺序地计算小齿轮在时间点tn+1处的旋转角度的预测值。这里，下标n是用于指定时间点的索引，并且可以选取任何值。作为示例，上述小齿轮的旋转角度能够由转向保持判定装置620参考由包括在扭矩施加单元460中的电机转速传感器检测到的辅助电机的旋转角度来计算。
车辆900可以被配置为包括测量齿条轴480的位移的行程传感器。在这种情况下，预测值计算单元621可以被配置为参考行程传感器在时间点tn处的实际测量值而不是小齿轮的旋转角度的实际测量值，来顺序地计算齿条轴480在时间点tn+1处的位移的预测值。
转向保持判定单元622参考由预测值计算单元621计算的状态量的预测值和该预测值的方差，来判定驾驶员是否保持转向部件。
然后，转向保持判定单元622将手持判定标志提供给驾驶模式切换单元614，该手持判定标志指示判定驾驶员是否保持转向部件410的结果。作为示例，当转向保持判定单元622判定驾驶员保持转向部件410时，转向保持判定单元622将手持判定标志的值设置为1并且输出该值，并且当转向保持判定单元622判定驾驶员未保持转向部件410时，转向保持判定单元622将手持判定标志的值设置为0并且输出该值。
转向保持判定单元622可以被配置为进一步参考与由预测值计算单元621计算的预测值相对应的实际测量值，来判定驾驶员是否保持转向部件410。更具体地，转向保持判定单元622可以被配置为：当与预测值计算单元621所计算的车轮的转弯角度相关的状态量的预测值与对应于预测值的实际测量值之间的差的绝对值等于或大于预定阈值时，转向保持判定单元622判定驾驶员是否保持转向部件410。
当输出手持判定标志时，驱动模式切换单元614将驱动模式从自动驾驶切换到正常驾驶，并且通过根据驾驶模式输出齿条位置控制电流来改变转向控制量。在驾驶模式从自动驾驶切换到正常驾驶之前，ECU600可以被配置为通过以下方式通知驾驶员模式的切换：从扬声器发出声音或通过振动单元振动转向部件。
如上所述，ECU600(转向控制装置)包括转向控制单元610和转向保持判定装置620，并且根据转向保持判定装置620的判定结果来改变转向控制量。
图4是示出包括在转向保持判定装置620中的预测值计算单元621的示意性配置的图。
预测值计算单元621包括弹性分量计算单元6211、衰减分量计算单元6212、偏心起因分量计算单元6213、摩擦分量计算单元6214、加法单元6215、转向角计算单元6216、微分计算单元6217和微分计算单元6218。
转向角计算单元6216参考转向扭矩和小齿轮的旋转角度θpi计算转向角θsw。作为示例，转向角计算单元6216基于小齿轮的旋转角度来计算第二轴的旋转角度，并且通过将转向扭矩乘以扭杆的刚度系数的倒数来计算扭杆的扭转角。然后，转向角计算单元6216使用第二轴的旋转角度和扭杆的扭转角计算转向角θsw。
转向角计算单元6216可以被配置为将由转向角传感器440检测到的转向角输出为转向角θsw。
微分计算单元6217通过对由转向角计算单元6216计算的转向角θsw执行时间微分计算(时间差分计算)来计算转向角速度。在本说明书中，转向角速度可以使用指示时间微分的点表示为“带点的θsw”。
微分计算单元6218通过对小齿轮的旋转角度θpi执行时间微分计算(时间差分计算)来计算电机角速度。在本说明书中，电机角速度可以表示为使用指示时间微分的点的“带点的θpi”。
弹性分量计算单元6211通过将转向角θsw与小齿轮的旋转角θpi之间的差乘以弹性系数K，来计算与车轮的转弯相关联的弹性分量，并且将所计算的弹性分量供应给加法单元6215。
衰减分量计算单元6212通过将带点的θsw与带点的θpi之间的差乘以衰减系数D，来计算与车轮的转弯相关联的衰减分量，并且将所计算的衰减分量提供给加法单元6215。
偏心起因分量计算单元6213通过将转向角θsw的正弦乘以常数decc和重力加速度g的乘积除以转向部件410的惯性(惯性力矩)Isw，来计算转向部件410的偏心起因分量。然后，将所计算的偏心起因分量提供给加法单元6215。这里，常数decc是指示从转向部件410的旋转中心到转向部件410的重心的距离的常数。
摩擦分量计算单元6214通过计算带点的θsw的双曲正切与带点的θsw的线性组合，来计算与车轮的转弯相关联的摩擦分量，并且将计算出的摩擦分量供应到加法单元6215。用于线性组合的摩擦系数可以被称为p1、p2和p3。
加法单元6215通过将所获取的(1)与车轮的转弯相关联的弹性分量、(2)与车轮的转弯相关联的衰减分量、(3)转向部件的偏心起因分量、以及(4)与车轮的转弯相关联的摩擦分量之中的至少两个分量相加，来计算与车轮的转弯角度相关联的状态量的预测值。加法单元6215的加法处理可包含在将负号添加到某一分量之后的加法处理(即，减法处理)。与车轮的转弯相关联的状态量的示例包括由柱部产生的状态量，诸如(1)与车轮的转弯相关联的弹性分量、(2)与车轮的转弯相关联的衰减分量、以及(4)与车轮的转弯相关联的摩擦分量。
由具有上述配置的预测值计算单元621所计算的状态方程的示例如下。
[式1]
Figure BDA0003645896580000141
从上述方程可以看出，上述状态方程包括：
[式2]
K(-θsw+θpi)
和
[式3]
K(θsw-θpi)
作为弹性分量；
[式4]
Figure BDA0003645896580000142
和
[式5]
Figure BDA0003645896580000143
作为衰减分量；
[式6]
deccg sinθsw/Isw
作为偏心起因分量；以及
[式7]
Figure BDA0003645896580000151
作为摩擦分量。
根据本实施例的转向保持判定装置620能够通过使用上述状态方程来计算与车轮的转弯角度相关的状态量的预测值，来适当地判定驾驶员是否保持转向部件410。
根据本实施例的转向保持判定装置620能够通过在计算状态量的预测值时使用上述弹性分量、衰减分量和摩擦分量而用简单模型表达实际机器的基本特性。
当计算状态量的预测值时，即使对于重心由于方向盘等的形状而不是中心的方向盘，根据本实施例的转向保持判定装置620也能够通过使用上述偏心起因分量而高准确度地检测出手持状态。
当计算状态值的预测值时，根据本实施例的转向保持判定装置620能够通过使用上述的摩擦系数p1、p2和p3来高精度地检测手持状态。
这里，在包括已经描述状态方程的状态方程中出现的各个表达式总结如下。
θsw：转向角
带点的θsw：转向角速度
θpi：小齿轮的旋转角度
带点的θpi：小齿轮的角速度
K：弹性系数
D：衰减系数
decc：表示从转向部件的旋转中心到转向部件的重心的距离的常数
g：重力加速度
Isw：转向部件的惯性(惯性力矩)
u：转向扭矩
p1、p2、p3：摩擦系数
另外，以上表达式中的常数之外的以下分量是将由本说明书中的预测值计算单元621计算的状态量的实例。
θsw：转向角
带点的θsw：转向角速度
θpi：小齿轮的旋转角度
带点的θpi：小齿轮的角速度
u：转向扭矩
[转向保持判定装置的处理的流程]
图5是示出转向保持判定装置620的处理的流程的示例的流程图。
(步骤S1)
转向保持判定装置620的预测值计算单元621获取每个状态量的实际测量值。作为示例，预测值计算单元621获取从扭矩传感器430供应的时间点tn处的转向扭矩(实际扭矩)。预测值计算单元621获取从包括在扭矩施加单元460中的电机旋转角度传感器供应的在时间点tn处的小齿轮的旋转角度的实际测量值。
(步骤S2)
随后，预测值计算单元621参考在步骤S1中获取的每个状态量的实际测量值来计算每个状态量的预测值。作为示例，预测值计算单元621参考在时间点tn处的转向扭矩和小齿轮在时间点tn处的旋转角度的实际测量值，来计算当驾驶员被假定为处于放手状态下时的小齿轮在时间点tn+1处的旋转角度的预测值。
(步骤S3)
随后，预测值计算单元621针对在步骤S2中计算的每个状态量的预测值计算每个状态量的预测值的方差。作为示例，预测值计算单元621计算小齿轮在时间点tn+1处的旋转角度的预测值的方差。
(步骤S4)
随后，转向保持判定装置620的转向保持判定单元622参考由预测值计算单元621计算的预测值以及预测值的方差，来判定驾驶员是否保持转向部件410。例如，转向保持判定单元622参考在步骤S2中计算的小齿轮在时间点tn+1处的旋转角度的预测值和在步骤S3中计算的小齿轮在时间点tn+1处的旋转角度的预测值的方差，来判定驾驶员是否保持转向部件410。
当转向保持判定单元622判定驾驶员保持转向部件410(步骤S4中为是)时，则处理进行到步骤S5。当转向保持判定单元622判定驾驶员不保持转向部件410(在步骤S4中为否)时，处理进行到步骤S6。
(步骤S5)
转向保持判定单元622输出指示转向保持状态的标志(手持标志)，在该转向保持状态下，驾驶员保持转向部件410。例如，转向保持判定单元622输出值为1的手持判定标志。
(步骤S6)
转向保持判定单元622输出指示放手状态的标志(放手标志)，在该放手状态下，驾驶员不保持转向部件410。例如，转向保持判定单元622输出值为0的手持判定标志。
如上所述，转向保持判定装置620计算当驾驶员被假定处于放手状态时的小齿轮的旋转角度的预测值和该预测值的方差，并且参考从电机旋转角度传感器供应的小齿轮的旋转角度的预测值和小齿轮的旋转角度的预测值的方差，判定驾驶员是否保持转向部件410。
在由上述转向保持判定装置620进行的处理的流程中，预测值计算单元621可以被配置为从包括在车辆900中的行程传感器获取齿条轴480的位移的实际测量值，而不是小齿轮的旋转角度的实际测量值。在这种情况下，使用参考齿条轴480的位移的实际测量值所计算的预测值和预测值的方差，来判定驾驶员是否保持转向部件410。
在上述的由转向保持判定装置620进行的处理的流程中，预测值计算单元621可以被配置为参考使用卡尔曼滤波器导出的每个状态量的估计值，而不是每个状态量的实际测量值，来计算每个状态量的预测值。
根据本实施例的转向保持判定装置620能够参考上述预测值、上述预测值的方差和使用与上述预测值对应的实际测量值的更新值，来适当地判定驾驶员是否保持转向部件410。
在根据实施例的转向保持判定装置620中，能够在不添加特殊传感器的情况下高准确性地检测手持状态。
在下文中，将更详细地描述如下配置：其中，预测值计算单元621顺序地计算使用卡尔曼滤波器的状态量的估计值。
[通过卡尔曼滤波器的估计值计算处理的流程]
图6是示出使用卡尔曼滤波器的估计值的顺序计算处理的流程的流程图。
(步骤S11)
首先，预测值计算单元621确定在时间点t＝0处的状态量xt(t＝0)和Pt(t＝0)作为初始参数。这里，作为状态量xt(t＝0)，可以使用与状态方程相关地示例的任何一个状态量的初始值，并且作为示例，可以使用小齿轮的旋转角度的初始值。Pt表示在时间点t处的分析误差协方差矩阵。在下文中，Pt也被称为协方差矩阵。
(步骤S12)
随后，预测值计算单元621将时间点t递增到t+1，并且基于以下方程(2)和(3)计算状态量的预测值xt和协方差矩阵Pt。
[式8]
xt＝Ft-1(xt-1)+wt-1…(2)
Figure BDA0003645896580000191
这里，Ft-1(·)表示给出状态量xt-1的时间演变的线性或非线性算子，wt-1表示伴随时间演变的误差项，并且Qt表示由于过程噪声引起的误差项。上标T指示采用转置矩阵。
(步骤S13)
接下来，预测值计算单元621经由CAN370获得在时间点t处的车辆900的行驶状态中的每个状态量的实际测量值yt。这里，作为状态量的实际测量值yt，可以使用与状态方程相关示例的状态量中的任何一个状态量的实际测量值，并且作为示例，可以使用小齿轮的旋转角度的实际测量值。
(步骤S14)
接下来，预测值计算单元621通过使用在步骤S12中计算的协方差矩阵Pt利用以下方程(4)计算卡尔曼增益Kt。
[式9]
Figure BDA0003645896580000192
这里，Rt表示误差方差。Ht表示观察矩阵，并且是用于从所有状态量提取要被观察的一部分状态量的矩阵。上标“-1”指示取反矩阵。
接下来，预测值计算单元621使用在步骤S12中计算的状态量的预测值xt、在步骤S13中获取的每个状态量的实际测量值yt以及通过上述等式(4)计算的卡尔曼增益Kt，通过以下等式(5)来计算在时间点t处的状态量xt的更新值xt est。
[式10]
Figure BDA0003645896580000201
图7是示意性地示出了针对特定状态量由预测值计算单元621计算的时间点t-1处的预测值xt-1、通过时间演变预测值xt-1而获得的预测值xt、以及通过将实际测量值yt相加到预测值xt而获得的xt est之间的关系的曲线图。
(步骤S15)
接下来，在步骤S15中，预测值计算单元621确定是否结束计算，并且在结束计算时终止流程，并且当不结束计算时返回到步骤S12，并且使用更新值xt est作为xt继续计算。
以此方式，预测值计算单元621顺序计算每个状态量的预测值及方差(协方差)，并且参考该预测值顺序计算更新值。然后，转向保持判定单元622根据由预测值计算单元621计算的预测值、预测值的方差和使用与预测值相对应的实际测量值的更新值，来判定驾驶员是否保持转向部件410。
作为示例，转向保持判定单元622计算由预测值计算单元621计算的预测值xt与更新值xt est之间的马氏距离，该更新值xt est对应于预测值xt并且使用与预测值xt对应的实际测量值yt，并且当计算的马氏距离等于或大于预定阈值时，转向保持判定单元622判定驾驶员保持转向部件410。
这里，当特定状态量是一个变量时，特定状态量的预测值与更新值之间的马氏距离DMAH可以通过将预测值与更新值之间的欧几里德距离DEUC除以方差的平方根(标准差)来获得。
当根据本实施例的转向保持判定装置620能够通过在计算状态量的预测值xt时结合如上所述的非线性元素，估计到实际机器的特性并提高手持状态的检测准确度。
图8是示意性地示出针对某一状态量方差相对大的情况和方差相对较小的情况的曲线图。曲线图A示出其中方差相对小的情况，且曲线图B示出其中方差相对大的情况。即使预测值与更新值之间的欧几里得距离DEUC是相同值，方差比较大时的预测值与更新值之间的马氏距离DMAH小于方差比较小时的预测值与更新值之间的马氏距离DMAH。
通常，当状态量是多变量时，如图9所示，能够使用预测值(预测值向量)、更新值(更新值向量)和状态量空间中的协方差来获得马氏距离。
以此方式，根据本实施例的转向保持判定单元622能够考虑预测值计算单元621所计算的预测值的方差来确定预测值和更新值之间的距离，并且因此能够更适当地判定驾驶员是否保持转向部件410。
[软件的实现的实例]
ECU600的控制块(转向控制单元610和转向保持判定装置620)可以由形成在集成电路(IC芯片)等中的逻辑电路(硬件)来实现，或者可以由使用中央处理单元(CPU)的软件来实现。
在后一种情况下，ECU600包括：CPU，其执行作为实现每个功能的软件的程序的指令；只读存储器(ROM)或存储设备(这些被称为“记录介质”)，其中记录程序和各种数据以便可由计算机(或CPU)读取；随机存取存储器(RAM)，其中加载有程序；等等。本发明的目的是通过计算机(或CPU)从记录介质读取程序并执行程序来实现。记录介质的示例包括“非暂时性有形介质”，诸如磁带、磁盘、卡、半导体存储器和可编程逻辑电路。可以经由能够发送程序的任何传输介质(诸如，通信网络或广播波)向计算机提供程序。本发明能够以嵌入在载波中的数据信号的形式实现，在该载波中，通过电子传输来实施所述程序。
本发明不限于上述实施例，可以在权利要求的范围内进行各种修改，并且通过适当地组合在不同实施例中公开的技术手段而获得的实施例也包括在本发明的技术范围内。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种转向保持判定装置，所述转向保持判定装置被配置为判定驾驶员是否保持转向部件，所述转向保持判定装置包括：
预测值计算单元，该预测值计算单元被配置为，计算与所述转向部件的转向相关的一个以上状态量和与车轮的转弯相关的一个以上状态量中的至少一者的预测值；以及
转向保持判定单元，该转向保持判定单元被配置为，参考由所述预测值计算单元计算的所述预测值、所述预测值的方差以及与所述预测值相对应的实际测量值或者使用所述实际测量值的更新值，判定所述驾驶员是否保持所述转向部件。
2.根据权利要求1所述的转向保持判定装置，
其中，与所述车轮的转弯相关的所述一个以上状态量包括使所述车轮转弯的电机的旋转角度。
3.根据权利要求1或2所述的转向保持判定装置，
其中，与所述车轮的转弯相关的所述一个以上状态量包括连接到所述车轮的齿条轴的位移。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的转向保持判定装置，
其中，由所述预测值计算单元使用的状态方程包括以下分量中的至少一者：
与所述车轮的转弯相关联的弹性分量；
与所述车轮的转弯相关的衰减分量；
由所述转向部件的偏心导致的分量；以及
与所述车轮的转弯相关联的摩擦分量。
5.一种转向控制装置，包括：根据权利要求1至4中任一项所述的转向保持判定装置，
其中，根据所述转向保持判定装置的判定结果而改变转向控制量。
6.一种转向装置，包括：根据权利要求5所述的转向控制装置。

Claims (7)

1.一种转向保持判定装置，所述转向保持判定装置被配置为判定驾驶员是否保持转向部件，所述转向保持判定装置包括：
预测值计算单元，该预测值计算单元被配置为，计算与所述转向部件的转向相关的一个以上状态量和与车轮的转弯相关的一个以上状态量中的至少一者的预测值；以及
转向保持判定单元，该转向保持判定单元被配置为，参考由所述预测值计算单元计算的所述预测值和所述预测值的方差，判定所述驾驶员是否保持所述转向部件。
2.根据权利要求1所述的转向保持判定装置，
其中，与所述车轮的转弯相关的所述一个以上状态量包括使所述车轮转弯的电机的旋转角度。
3.根据权利要求1或2所述的转向保持判定装置，
其中，与所述车轮的转弯相关的所述一个以上状态量包括连接到所述车轮的齿条轴的位移。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的转向保持判定装置，
其中，所述转向保持判定单元进一步参考与由所述预测值计算单元计算的所述预测值相对应的实际测量值，判定所述驾驶员是否保持所述转向部件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的转向保持判定装置，
其中，由所述预测值计算单元使用的状态方程包括以下分量中的至少一者：
与所述车轮的转弯相关联的弹性分量；
与所述车轮的转弯相关的衰减分量；
由所述转向部件的偏心导致的分量；以及
与所述车轮的转弯相关联的摩擦分量。
6.一种转向控制装置，包括：根据权利要求1至5中任一项所述的转向保持判定装置，
其中，根据所述转向保持判定装置的判定结果而改变转向控制量。
7.一种转向装置，包括：根据权利要求6所述的转向控制装置。
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