DE112019007822T5 - Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung, Lenksteuervorrichtung und Lenkvorrichtung - Google Patents

Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Genauigkeit der Bestimmung, ob ein Fahrer ein Lenkelement hält, verbessert. Eine Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung (620) ist dazu eingerichtet zu bestimmen, ob ein Fahrer ein Lenkelement (410) hält, wobei die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung (620) umfasst: eine Vorhersagewert-Berechnungseinheit (621), welche anhand eines Lenkdrehmoments und eines tatsächlichen Messwertes einer Zustandsgröße, die dem Einschlagwinkel von Fahrzeugrädern (300) zugeordnet ist, einen Vorhersagewert der Zustandsgröße sequentiell berechnet, und eine Lenkungshalte-Bestimmungseinheit (622), welche anhand des von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit berechneten Vorhersagewertes und eines diesem Vorhersagewert entsprechenden tatsächlichen Messwertes bestimmt, ob der Fahrer das Lenkelement hält.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung, eine Lenksteuervorrichtung und eine Lenkvorrichtung.
• STAND DER TECHNIK
• Im bisherigen Stand der Technik ist eine Steuervorrichtung bekannt, welche einen Lenkwinkel entlang eines Zielkurses eines eigenen Fahrzeugs bestimmt und eine Lenkvorrichtung automatisch lenkt. In einer Steuervorrichtung, welche die Lenkvorrichtung automatisch lenkt, wurde ein Verfahren zur Durchführung einer Fahrtsteuerung eines Fahrzeugs unter Berücksichtigung eines Steuerungsfehlers und einer Absicht eines Fahrers vorgeschlagen.
• Die Steuervorrichtung, wie oben beschrieben, bestimmt, ob sich ein Lenkelement in einem Lenkungshaltezustand befindet, in welchem der Fahrer das Lenkelement hält, und steuert die Aufhebung der automatischen Lenkung entsprechend einem Bestimmungsergebnis. Zum Beispiel wird in Patentliteratur 1 ein Fahrerdrehmoment, das von einem Fahrer auf ein Lenkrad ausgeübt wird, unter Berücksichtigung nicht nur eines Torsionsstabdrehmoments und eines Lenkrad-Trägheitsdrehmoments, sondern auch eines Schwerkraftdrehmoments, das von einer auf einen Schwerpunkt des Lenkrades wirkenden Schwerkraft auf eine erste Achse ausgeübt wird, geschätzt.
• LITERATURVERZEICHNIS
• PATENTLITERATUR
• Patentliteratur 1: JP-A-2019-14468 (Veröffentlichungsdatum: 31. Januar 2019)
• KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
• TECHNISCHE AUFGABE
• Es ist wünschenswert, dass es möglich ist, genauer zu bestimmen, ob ein Lenkungshaltezustand vorliegt.
• Eine Aufgabe eines Aspekts der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Genauigkeit der Bestimmung, ob ein Lenkungshaltezustand vorliegt, zu verbessern.
• LÖSUNG DER AUFGABE
• Um die obige Aufgabe zu lösen, ist eine Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dazu eingerichtet zu bestimmen, ob ein Fahrer ein Lenkelement hält, wobei die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung aufweist: eine Vorhersagewert-Berechnungseinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Vorhersagewert einer Zustandsgröße anhand eines Lenkdrehmoments und eines tatsächlichen Messwertes der Zustandsgröße sequentiell zu berechnen, wobei die Zustandsgröße mit einem Einschlagwinkel eines Rades zusammenhängt; und eine Lenkungshalte-Bestimmungseinheit, die dazu eingerichtet ist, anhand des von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit berechneten Vorhersagewertes und eines dem Vorhersagewert entsprechenden tatsächlichen Messwertes zu bestimmen, ob der Fahrer das Lenkelement hält.
• VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Genauigkeit der Bestimmung, ob ein Fahrer ein Lenkelement hält, zu verbessern.
• Figurenliste
• 1 ist eine Ansicht, die einen schematischen Aufbau eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 2 ist ein Blockschaltbild, das einen schematischen Aufbau einer ECU gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 3 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Aufbaus einer Lenksteuereinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 4 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Aufbaus einer Vorhersagewert-Berechnungseinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 5 ist ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf einer Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung veranschaulicht.
• 6 ist ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf eines Kalman-Filters veranschaulicht.
• 7 ist ein Diagramm, welches schematisch ein Beispiel einer Beziehung zwischen einem Vorhersagewert und einem aktualisierten Wert, der von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berechnet wurde, veranschaulicht.
• 8 ist ein Diagramm, welches schematisch ein Beispiel einer Beziehung zwischen einem Vorhersagewert und einem aktualisierten Wert, der von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berechnet wurde, veranschaulicht.
• 9 ist ein Diagramm, welches schematisch ein Beispiel einer Beziehung zwischen einem Vorhersagewert und einem aktualisierten Wert, der von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berechnet wurde, veranschaulicht.
• BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
• [Erste Ausführungsform]
• Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.
• (Aufbau eines Fahrzeugs 900)
• 1 ist eine Ansicht, die einen schematischen Aufbau eines Fahrzeugs 900 gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 1 dargestellt, weist das Fahrzeug 900 Aufhängungsvorrichtungen (Aufhängungen) 100, eine Fahrzeugkarosserie 200, Räder 300, Reifen 310, ein Lenkelement 410, eine Lenkwelle 420, einen Drehmomentsensor 430, einen Lenkwinkelsensor 440, eine Drehmoment-Ausübungseinheit 460, einen Zahnstangengetriebemechanismus 470, eine Zahnstange 480, einen Motor 500, eine elektronische Steuereinheit (Electronic Control Unit, ECU) (Steuervorrichtung, Steuereinheit, Lenksteuervorrichtung) 600, eine Energieerzeugungsvorrichtung 700 und eine Batterie 800 auf. Hierbei bilden die Aufhängungsvorrichtung 100 und die ECU 600 eine Aufhängungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Das Lenkelement 410, die Lenkwelle 420, der Drehmomentsensor 430, der Lenkwinkelsensor 440, die Drehmoment-Ausübungseinheit 460, der Zahnstangengetriebemechanismus 470, die Zahnstange 480 und die ECU 600 bilden eine Lenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform aus.
• Das Fahrzeug 900 ist ein Fahrzeug, welches normales Fahren implementiert, bei welchem das Fahrzeug in einem Lenkungshaltezustand (Hands-on) fährt, in welchem ein Fahrer das Lenkelement 410 hält und lenkt, und automatisches Fahren, bei welchem das Fahrzeug durch automatische Lenksteuerung in einem Hands-off-Zustand (Hands-off) fährt, in welchem der Fahrer seine Hände vom Lenkelement 410 nimmt.
• Das Rad 300, auf welchem der Reifen 310 montiert ist, ist durch die Aufhängungsvorrichtung 100 an der Fahrzeugkarosserie 200 aufgehängt. Da das Fahrzeug 900 ein Vierradfahrzeug ist, sind vier Aufhängungsvorrichtungen 100, vier Räder 300 und vier Reifen 310 vorgesehen.
• Die Reifen und Räder des linken Vorderrades, des rechten Vorderrades, des linken Hinterrades und des rechten Hinterrades werden auch als ein Reifen 310A und ein Rad 300A, ein Reifen 310B und ein Rad 300B, ein Reifen 310C und ein Rad 300C bzw. ein Reifen 310D und ein Rad 300D bezeichnet. Im Folgenden können in ähnlicher Weise Anordnungen, die am linken Vorderrad, am rechten Vorderrad, am linken Hinterrad bzw. am rechten Hinterrad angebracht sind, mit den Bezugszeichen „A“, „B“, „C“ und „D“ bezeichnet werden.
• Die Aufhängungsvorrichtung 100 weist einen hydraulischen Stoßdämpfer, einen oberen Aufhängungslenker und einen unteren Aufhängungslenker auf. Beispielsweise weist der hydraulische Stoßdämpfer ein Solenoidventil auf, welches ein elektromagnetisches Ventil ist, welches eine von dem hydraulischen Stoßdämpfer erzeugte Dämpfungskraft einstellt. Die vorliegende Ausführungsform ist jedoch nicht darauf beschränkt, und der hydraulische Stoßdämpfer kann statt des Solenoidventils ein anderes elektromagnetisches Ventil als das elektromagnetische Ventil verwenden, welches die Dämpfungskraft einstellt. Zum Beispiel kann ein elektromagnetisches Ventil, das ein elektromagnetisches Fluid (Magnetfluid) verwendet, als das elektromagnetische Ventil vorgesehen sein.
• Die Energieerzeugungsvorrichtung 700 ist am Motor 500 angebracht, und elektrische Energie, die von der Energieerzeugungsvorrichtung 700 erzeugt wird, wird in der Batterie 800 gespeichert.
• Das Lenkelement 410, das vom Fahrer betätigt wird, ist auf eine eine Drehmomentübertragung ermöglichende Weise mit einem Ende der Lenkwelle 420 verbunden, und das andere Ende der Lenkwelle 420 ist mit dem Zahnstangengetriebemechanismus 470 verbunden.
• Der Zahnstangengetriebemechanismus 470 ist ein Mechanismus, welcher eine Drehung um eine Achse der Lenkwelle 420 in eine Verschiebung entlang einer axialen Richtung der Zahnstange 480 umwandelt. Insbesondere weist der Zahnstangengetriebemechanismus 470 ein Ritzel auf, welches mit dem anderen Ende der Lenkwelle 420 verbunden ist und zusammen mit der Lenkwelle 420 rotiert. Die Zahnstange 480 ist mit Zahnstangenzähnen versehen, welche mit dem Ritzel kämmen, und die Zahnstange 480 wird mit der Rotation des Ritzels in der axialen Richtung verschoben. Wenn die Zahnstange 480 in der axialen Richtung verschoben wird, werden die Räder 300 (300A, 300B) über Spurstangen 482 (482A, 482B) und Achsschenkel 484 (484A, 484B) gedreht.
• Der Drehmomentsensor 430 erfasst ein Lenkdrehmoment, das auf die Lenkwelle 420 ausgeübt wird, anders ausgedrückt, ein Lenkdrehmoment, das auf das Lenkelement 410 ausgeübt wird, und liefert ein Drehmomentsensorsignal, das ein Erfassungsergebnis angibt, an die ECU 600. Genauer, der Drehmomentsensor 430 erfasst eine Torsion eines Torsionsstabes, der in der Lenkwelle 420 vorgesehen ist, und gibt das Erfassungsergebnis als das Drehmomentsensorsignal aus. Als Drehmomentsensor 430 kann ein wohlbekannter Sensor verwendet werden, wie etwa ein Hall-IC, ein Magnetowiderstandselement oder ein magnetostriktiver Drehmomentsensor.
• Bei der Lenkwelle 420 kann eine Welle auf einer Seite, die, vom Lenkelement 410 aus gesehen, näher als der Torsionsstab ist, als eine erste Welle bezeichnet werden, und eine Welle auf einer Seite, die, vom Lenkelement 410 aus gesehen, weiter entfernt als der Torsionsstab ist, kann als eine zweite Welle bezeichnet werden. Die Lenkwelle 420 kann so eingerichtet sein, dass sie zusätzlich zur ersten Welle und zweiten Welle ein Gelenk aufweist, das die erste Welle und die zweite Welle verbindet. Die Lenkwelle 420 und die Drehmoment-Ausübungseinheit 460, welche näher am Lenkelement 410 angeordnet sind als das Ritzel, können zusammen als ein Säulenabschnitt bezeichnet werden. Der Säulenabschnitt kann einen Teil des Lenkelements 410 umfassen.
• Der Lenkwinkelsensor 440 erfasst einen Lenkwinkel des Lenkelements 410 und liefert ein Erfassungsergebnis an die ECU 600.
• Während des normalen Fahrens, bei welchem der Fahrer das Lenkelement 410 hält, übt die Drehmoment-Ausübungseinheit 460 ein Unterstützungsdrehmoment oder ein Reaktionskraftdrehmoment aus, das einer Lenksteuergröße entspricht, die von der ECU 600 der Lenkwelle 420 zugeführt wird. Während des automatischen Fahrens, bei welchem das Fahrzeug 900 in einem Zustand fährt, in welchem der Fahrer seine Hände vom Lenkelement 410 löst, übt die Drehmoment-Ausübungseinheit 460 ein Lenkdrehmoment aus, das einer Lenksteuergröße entspricht, die von der ECU 600 der Lenkwelle 420 zugeführt wird.
• Die Drehmoment-Ausübungseinheit 460 weist einen Elektromotor (Unterstützungsmotor) auf, welcher ein Unterstützungsdrehmoment, ein Reaktionskraftdrehmoment oder ein Lenkdrehmoment entsprechend einer Lenksteuergröße erzeugt, und einen Drehmomentübertragungsmechanismus, welcher das von dem Unterstützungsmotor erzeugte Drehmoment auf die Lenkwelle 420 überträgt. Die Drehmoment-Ausübungseinheit 460 weist einen Motordrehzahlsensor auf, welcher eine Drehzahl des Unterstützungsmotors erfasst, und einen Motordrehwinkelsensor, welcher einen Drehwinkel des Unterstützungsmotors erfasst.
• Spezielle Beispiele der „Steuergröße“ in der vorliegenden Patentbeschreibung sind ein Stromwert, eine relative Einschaltdauer, eine Dämpfungsrate, ein Dämpfungsverhältnis und dergleichen.
• In der obigen Beschreibung bezeichnet der Ausdruck „Verbindung auf eine eine Drehmomentübertragung ermöglichende Weise“ eine Verbindung auf eine solche Weise, dass eine Drehung des einen Elements eine Drehung des anderen Elements bewirkt, und beinhaltet zum Beispiel wenigstens einen Fall, in dem das eine Element und das andere Element aneinander angeformt sind, einen Fall, in dem das andere Element direkt oder indirekt an dem einen Element befestigt ist, und einen Fall, in dem das eine Element und das andere Element auf eine solche Weise verbunden sind, dass sie über ein Verbindungselement oder dergleichen ineinandergreifen.
• Im obigen Beispiel dient die Lenkvorrichtung, bei welcher das Lenkelement 410 zu jeder Zeit mit der Zahnstange 480 mechanisch verbunden ist, als Beispiel, jedoch ist die vorliegende Ausführungsform nicht darauf beschränkt, und die Lenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann zum Beispiel eine Lenkvorrichtung vom Typ Steer-by-Wire sein. Die nachfolgend beschriebenen Sachverhalte können auch auf die Lenkvorrichtung vom Typ Steer-by-Wire angewendet werden.
• In 1 ist eine sogenannte Lenkvorrichtung mit Säulenunterstützung dargestellt, bei der eine Drehmoment-Ausübungseinheit auf einer Lenkwelle vorgesehen ist, jedoch ist die vorliegende Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Es kann auch eine sogenannte Lenkvorrichtung mit Zahnstangenunterstützung verwendet werden, bei welcher die Drehmoment-Ausübungseinheit auf einer Zahnstange vorgesehen ist.
• Die ECU 600 steuert integral verschiedene elektronische Vorrichtungen, die im Fahrzeug 900 enthalten sind. Genauer, die ECU 600 steuert einen Betrag eines Unterstützungsdrehmoments oder eines Reaktionskraftdrehmoments, das auf die Lenkwelle 420 ausgeübt wird, indem sie ein Lenksteuergröße einstellt, die der Drehmoment-Ausübungseinheit 460 zugeführt wird.
• Die ECU 600 steuert das Öffnen und Schließen des Solenoidventils, indem sie dem Solenoidventil, das in dem in der Aufhängungsvorrichtung 100 enthaltenen Stoßdämpfer enthalten ist, eine Aufhängungssteuergröße zuführt. Um diese Steuerung zu ermöglichen, ist eine elektrische Leitung zur Zuführung von elektrischer Antriebsleistung von der ECU 600 zum Solenoidventil vorgesehen.
• Das Fahrzeug 900 weist einen Raddrehzahlsensor 320 auf, welcher für jedes Rad 300 vorgesehen ist und eine Raddrehzahl jedes Rades 300 erfasst, einen Querbeschleunigungssensor 330, welcher eine Querbeschleunigung des Fahrzeugs 900 erfasst, einen Längsbeschleunigungssensor 340, welcher eine Längsbeschleunigung des Fahrzeugs 900 erfasst, einen Gierratensensor 350, welcher eine Gierrate des Fahrzeugs 900 erfasst, einen Motordrehmomentsensor 510, welcher ein vom Motor 500 erzeugtes Drehmoment erfasst, einen Motordrehzahlsensor 520, welcher eine Drehzahl des Motors 500 erfasst, und einen Bremsdrucksensor 530, welcher einen Druck erfasst, der auf eine Bremsflüssigkeit einer Bremsvorrichtung ausgeübt wird. Das Fahrzeug 900 weist eine Kamera 550 auf, welche ein Bild der Umgebung des Fahrzeugs 900 aufnimmt, auf das beim automatischen Fahren Bezug genommen wird. Die Ausstattung des Fahrzeugs 900 muss nicht auf die Kamera 550 beschränkt sein und kann ein Radar oder dergleichen umfassen, welches eine Situation um das Fahrzeug 900 herum erfasst, auf die beim automatischen Fahren Bezug genommen wird. Die Erfassungsergebnisse dieser verschiedenen Sensoren werden der ECU 600 zugeführt.
• Obwohl nicht dargestellt, weist das Fahrzeug 900 ein Antiblockier-Bremssystem (ABS) auf, welches ein System zur Verhinderung des Blockierens von Rädern während des Bremsens ist, ein Traktionskontrollsystem (Traction Control System, TCS), welches ein Durchdrehen von Rädern während einer Beschleunigung oder dergleichen verhindert, und eine mittels Fahrzeugstabilitätsassistent (Vehicle Stability Assist, VSA) steuerbare Bremsvorrichtung, welcher ein Steuerungssystem zur Stabilisierung des Fahrzeugverhaltens ist, das eine automatische Bremsfunktion zur Giermomentsteuerung, eine Bremsassistenzfunktion und dergleichen während des Abbiegens aufweist.
• Hierbei vergleichen das ABS, das TCS und der VSA eine Raddrehzahl, die entsprechend einer geschätzten Geschwindigkeit der Fahrzeugkarosserie bestimmt wird, mit einer Raddrehzahl, die vom Raddrehzahlsensor 320 erfasst wird, und bestimmen, dass sich das Fahrzeug in einem Schlupfzustand befindet, wenn sich die Werte der zwei Raddrehzahlen um einen vorbestimmten Wert oder mehr unterscheiden. Das ABS, das TCS und der VSA stabilisieren ein Verhalten des Fahrzeugs 900, indem sie eine optimale Bremssteuerung und Traktionskontrolle entsprechend einem Fahrzustand des Fahrzeugs 900 durch eine solche Verarbeitung durchführen.
• Die Zuführung der Erfassungsergebnisse von den verschiedenen Sensoren, die oben beschrieben wurden, zur ECU 600 und die Übertragung von Steuersignalen von der ECU 600 zu den jeweiligen Einheiten erfolgen über ein CAN-Bus-Netzwerk (Controller Area Network, CAN) 370.
• Ein Signal, das der ECU 600 über das CAN 370 zugeführt wird, ist zum Beispiel eines der folgenden Signale (in Klammern ist eine Erfassungsquelle angegeben):
• Raddrehzahl von vier Rädern (Raddrehzahlsensoren 320A bis 320D)
• Gierrate (Gierratensensor 350)
• Längsbeschleunigung (Längsbeschleunigungssensor 340)
• Querbeschleunigung (Querbeschleunigungssensor 330)
• Bremsdruck (Bremsdrucksensor 530)
• Motordrehmoment (Motordrehmomentsensor 510)
• Motordrehzahl (Motordrehzahlsensor 520)
• Lenkwinkel (Lenkwinkelsensor 440)
• Lenkdrehmoment (Drehmomentsensor 430)
• Bild der Umgebung des Fahrzeugs 900 (Kamera 550)
• (ECU600)
• 2 ist eine Darstellung, die einen schematischen Aufbau der ECU 600 veranschaulicht.
• Wie in 2 dargestellt, weist die ECU 600 eine Lenksteuereinheit 610 und eine Zielfahrweg-Bestimmungseinheit 650 auf. Die ECU 600 kann so eingerichtet sein, dass sie eine Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 aufweist, die später beschrieben wird.
• Die Zielfahrweg-Bestimmungseinheit 650 bestimmt einen Zielfahrweg anhand der Erfassungsergebnisse der verschiedenen Sensoren, die im CAN 370 enthalten sind. Die Zielfahrweg-Bestimmungseinheit 650 bestimmt einen Ziellenkwinkel zum Beispiel anhand des Bildes der Umgebung des Fahrzeugs 900, das von der Kamera 550 aufgenommen wurde, und eines Fahrbahnoberflächenzustands der Umgebung des Fahrzeugs 900 basierend auf den Erfassungsergebnissen der verschiedenen Sensoren.
• Die Zielfahrweg-Bestimmungseinheit 650 führt den bestimmten Ziellenkwinkel der Lenksteuereinheit 610 zu.
• Die Lenksteuereinheit 610 bestimmt einen Betrag einer Lenksteuergröße, die der Drehmoment-Ausübungseinheit 460 zugeführt werden soll, anhand der Erfassungsergebnisse der verschiedenen Sensoren, die im CAN 370 enthalten sind, und des Ziellenkwinkels, der von der Zielfahrweg-Bestimmungseinheit 650 bestimmt wurde.
• In der vorliegenden Patentbeschreibung kann der Ausdruck „anhand“ die Bedeutung von „unter Verwendung“, „unter Berücksichtigung“, „in Abhängigkeit von“ und dergleichen aufweisen.
• Der Verarbeitungsschritt „Bestimmen des Betrages der Steuergröße“ schließt einen Fall ein, in dem der Betrag der Steuergröße gleich null gesetzt wird, das heißt, die Steuergröße nicht zugeführt wird.
• (Lenksteuereinheit und Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung)
• Als Nächstes werden die Lenksteuereinheit 610 und die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel eines Aufbaus der Lenksteuereinheit 610 und der Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 veranschaulicht.
• Wie in 3 dargestellt, weist die Lenksteuereinheit 610 eine Basissteuergrößen-Berechnungseinheit 611, eine Positionssteuerungs-Zielwertglättungseinheit 612, eine Zahnstangenpositionssteuerstrom-Berechnungseinheit 613, eine Fahrmodus-Umschalteinheit 614 und eine Additionseinheit 615 auf.
• Die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 weist eine Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 und eine Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 auf. Die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 ist eine Vorrichtung, welche bestimmt, ob der Fahrer das Lenkelement 410 hält.
• Die Basissteuergrößen-Berechnungseinheit 611 berechnet eine Basissteuergröße zum Steuern eines Betrages eines Unterstützungsdrehmoments oder eines Reaktionskraftdrehmoments anhand eines Lenkdrehmoments (Ist-Drehmoments), das vom Drehmomentsensor 430 geliefert wird. Die von der Basissteuergrößen-Berechnungseinheit 611 berechnete Basissteuergröße wird der Additionseinheit 615 zugeführt.
• Die Positionssteuerungs-Zielwertglättungseinheit 612 erzeugt einen geglätteten Ziellenkwinkel durch Anwendung eines Tiefpassfilters auf einen Eingangs-Ziellenkwinkel und führt den erzeugten geglätteten Ziellenkwinkel der Zahnstangenpositionssteuerstrom-Berechnungseinheit 613 zu. Die Positionssteuerungs-Zielwertglättungseinheit 612 kann dazu eingerichtet sein, ein Rauschen in einem voreingestellten festen Frequenzband zu beseitigen, oder kann dazu eingerichtet sein, ein Rauschen in einem variablen Frequenzband entsprechend den Erfassungsergebnissen der verschiedenen Sensoren, die im CAN 370 enthalten sind, zu beseitigen.
• Die Zahnstangenpositionssteuerstrom-Berechnungseinheit 613 berechnet eine Zahnstangenpositions-Steuergröße, die einer Zahnstangenverschiebung und einer Richtung der Zahnstangenverschiebung entspricht, anhand des Eingangs-Ist-Lenkwinkels, des geglätteten Ziellenkwinkels und einer Motordrehzahl des Unterstützungsmotors oder einer Drehzahl des Ritzels. Beispielsweise wird die Zahnstangenpositions-Steuergröße als ein Stromwert berechnet. Zahnstangenpositionssteuerstrom-Berechnungseinheit 613 führt die berechnete Zahnstangenpositions-Steuergröße der Fahrmodus-Umschalteinheit 614 zu.
• Die Fahrmodus-Umschalteinheit 614 erzeugt eine korrigierte Zahnstangenpositions-Steuergröße durch Korrigieren der Zahnstangenpositions-Steuergröße, die von der Zahnstangenpositionssteuerstrom-Berechnungseinheit 613 zugeführt wird, entsprechend einem Hands-on-Bestimmungsflag, das von der Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 zugeführt wird.
• Beispielsweise verkleinert, wenn das Hands-on-Bestimmungsflag „Hands-on“ anzeigt, die Fahrmodus-Umschalteinheit 614 die von der Zahnstangenpositionssteuerstrom-Berechnungseinheit 613 berechnete Zahnstangenpositions-Steuergröße, um die korrigierte Zahnstangenpositions-Steuergröße zu erzeugen, und gibt die erzeugte korrigierte Zahnstangenpositions-Steuergröße an die Additionseinheit 615 aus.
• Dagegen gibt, wenn das Hands-on-Bestimmungsflag beispielsweise „Hands-off“ anzeigt, die Fahrmodus-Umschalteinheit 614 die von der Zahnstangenpositionssteuerstrom-Berechnungseinheit 613 berechnete Zahnstangenpositions-Steuergröße direkt an die Additionseinheit 615 aus.
• Die Additionseinheit 615 addiert die von der Fahrmodus-Umschalteinheit 614 zugeführte korrigierte Steuergröße und die von der Basissteuergrößen-Berechnungseinheit 611 berechnete Basissteuergröße und führt eine addierte Steuergröße der Drehmoment-Ausübungseinheit 460 zu.
• Andererseits berechnet die in der Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 enthaltene Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 sequentiell einen Vorhersagewert einer mit einem Einschlagwinkel des Rades zusammenhängenden Zustandsgröße anhand des Lenkdrehmoments und eines tatsächlichen Messwertes der mit dem Einschlagwinkel des Rades zusammenhängenden Zustandsgröße. Hierbei kann die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 dazu eingerichtet sein, den Vorhersagewert der mit dem Einschlagwinkel des Rades zusammenhängenden Zustandsgröße anhand eines Drehwinkels des Ritzels, einer Winkelgeschwindigkeit des Ritzels, eines Lenkwinkels und/oder einer Lenkwinkelgeschwindigkeit anstelle des Lenkdrehmoments oder zusätzlich zum Lenkdrehmoment zu berechnen. Beispiele für die Zustandsgröße, die den Einschlagwinkel des Rades angibt, sind ein Drehwinkel eines Motors, welcher das Rad dreht, eine Verschiebung einer Zahnstange, die mit dem Rad verbunden ist, und dergleichen. Die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann anhand der mit dem Einschlagwinkel des Rades zusammenhängenden Zustandsgröße, die oben beschrieben wurde, in geeigneter Weise bestimmen, ob der Fahrer das Lenkelement 410 hält.
• Zum Beispiel berechnet die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 sequentiell einen Vorhersagewert des Drehwinkels des Ritzels zu einem Zeitpunkt t_n+1 anhand eines Lenkdrehmoments zu einem Zeitpunkt t_n und eines tatsächlichen Messwertes des Drehwinkels des Ritzels zum Zeitpunkt t_n. Hierbei ist ein tiefgestelltes n ein Index zum Bezeichnen eines Zeitpunktes und kann einen beliebigen Wert annehmen. Beispielsweise kann der oben beschriebene Drehwinkel des Ritzels von der Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 anhand eines Drehwinkels des Unterstützungsmotors berechnet werden, der von dem Motordrehzahlsensor erfasst wird, der in der Drehmoment-Ausübungseinheit 460 enthalten ist.
• Das Fahrzeug 900 kann so eingerichtet sein, dass es einen Hubsensor aufweist, welcher eine Verschiebung der Zahnstange 480 misst. In diesem Fall kann die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 dazu eingerichtet sein, einen Vorhersagewert der Verschiebung der Zahnstange 480 zum Zeitpunkt t_n+1 anhand eines tatsächlichen Messwertes vom Hubsensor zum Zeitpunkt t_n anstelle des tatsächlichen Messwertes des Drehwinkels des Ritzels sequentiell zu berechnen.
• Die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 bestimmt anhand des Vorhersagewertes der mit dem Einschlagwinkel des Rades zusammenhängenden Zustandsgröße, der von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 berechnet wurde, und des dem Vorhersagewert entsprechenden tatsächlichen Messwertes, ob der Fahrer das Lenkelement hält.
• Zum Beispiel bestimmt die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Haltens der Lenkung durch den Fahrer anhand des Vorhersagewertes des Drehwinkels des Ritzels zum Zeitpunkt t_n+1, der von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 berechnet wurde, und eines dem Vorhersagewert entsprechenden tatsächlichen Messwertes des Drehwinkels des Ritzels zum Zeitpunkt t_n+1. Die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 kann dazu eingerichtet sein, anhand des Vorhersagewertes der Verschiebung der Zahnstange zum Zeitpunkt t_n+1, der von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 berechnet wurde, und eines dem Vorhersagewert entsprechenden tatsächlichen Messwertes der Verschiebung der Zahnstange zum Zeitpunkt t_n+1 zu bestimmen, ob der Fahrer das Lenkelement hält.
• Danach führt die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 ein Hands-on-Bestimmungsflag, das ein Ergebnis der Bestimmung angibt, ob der Fahrer das Lenkelement 410 hält, der Fahrmodus-Umschalteinheit 614 zu. Wenn beispielsweise die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 bestimmt, dass der Fahrer das Lenkelement 410 hält, setzt die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 einen Wert des Hands-on-Bestimmungsflags auf 1 und gibt den Wert aus, und wenn die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 bestimmt, dass der Fahrer das Lenkelement 410 nicht hält, setzt die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 einen Wert des Hands-on-Bestimmungsflags auf 0 und gibt den Wert aus.
• Genauer, die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 kann dazu eingerichtet sein, entsprechend einer Differenz zwischen dem Vorhersagewert der mit einem Einschlagwinkel des Rades zusammenhängenden Zustandsgröße, der von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 berechnet wurde, und dem dem Vorhersagewert entsprechenden tatsächlichen Messwert zu bestimmen, ob der Fahrer das Lenkelement 410 hält.
• Wenn das Hands-on-Bestimmungsflag ausgegeben wird, schaltet die Fahrmodus-Umschalteinheit 614 einen Fahrmodus vom automatischen Fahren zum normalen Fahren um und ändert die Lenksteuergröße durch Ausgeben eines Zahnstangenpositionssteuerstroms entsprechend dem Fahrmodus. Die ECU 600 kann dazu eingerichtet sein, bevor der Fahrmodus vom automatischen Fahren zum normalen Fahren umgeschaltet wird, den Fahrer über das Umschalten des Modus zu benachrichtigen, indem sie einen Ton von einem Lautsprecher erzeugt oder das Lenkelement durch eine Vibrationseinheit vibrieren lässt.
• Wie oben beschrieben, weist die ECU 600 (Lenksteuervorrichtung) die Lenksteuereinheit 610 und die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 auf und ändert die Lenksteuergröße entsprechend einem Bestimmungsergebnis der Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620.
• 4 ist eine Darstellung, die einen schematischen Aufbau der Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 veranschaulicht, die in der Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 enthalten ist.
• Die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 weist eine Berechnungseinheit für eine elastische Komponente 6211, eine Dämpfungskomponenten-Berechnungseinheit 6212, eine Berechnungseinheit für eine Exzentrizität verursachende Komponente 6213, eine Reibungskomponenten-Berechnungseinheit 6214, eine Additionseinheit 6215, eine Lenkwinkel-Berechnungseinheit 6216, eine Differentialberechnungseinheit 6217 und eine Differentialberechnungseinheit 6218 auf.
• Die Lenkwinkel-Berechnungseinheit 6216 berechnet einen Lenkwinkel θ_sw anhand eines Lenkdrehmoments und eines Drehwinkels θ_pi des Ritzels. Beispielsweise berechnet die Lenkwinkel-Berechnungseinheit 6216 einen Drehwinkel der zweiten Welle basierend auf dem Drehwinkel des Ritzels und berechnet einen Torsionswinkel des Torsionsstabes durch Multiplizieren des Lenkdrehmoments mit einem Reziprokwert eines Steifigkeitskoeffizienten des Torsionsstabes. Danach berechnet die Lenkwinkel-Berechnungseinheit 6216 den Lenkwinkel θ_sw unter Verwendung des Drehwinkels der zweiten Welle und des Torsionswinkels des Torsionsstabes.
• Die Lenkwinkel-Berechnungseinheit 6216 kann dazu eingerichtet sein, einen vom Lenkwinkelsensor 440 erfassten Lenkwinkel als den Lenkwinkel θ_sw auszugeben.
• Die Differentialberechnungseinheit 6217 berechnet eine Lenkwinkelgeschwindigkeit, indem sie an dem von der Lenkwinkel-Berechnungseinheit 6216 berechneten Lenkwinkel θ_sw eine Zeitdifferentialberechnung (Zeitdifferenzberechnung) ausführt. In der vorliegenden Patentbeschreibung kann die Lenkwinkelgeschwindigkeit als ein „θ_sw mit Punkt“ ausgedrückt werden, wobei ein Punkt verwendet wird, um ein Zeitdifferential zu bezeichnen.
• Die Differentialberechnungseinheit 6218 berechnet eine Motorwinkelgeschwindigkeit, indem sie am Drehwinkel θ_pi des Ritzels eine Zeitdifferentialberechnung (Zeitdifferenzberechnung) ausführt. In der vorliegenden Patentbeschreibung kann die Motorwinkelgeschwindigkeit als ein „θ_pi mit Punkt“ ausgedrückt werden, wobei ein Punkt verwendet wird, um ein Zeitdifferential zu bezeichnen.
• Die Berechnungseinheit für eine elastische Komponente 6211 berechnet eine elastische Komponente, die dem Einschlagen des Rades zugeordnet ist, indem sie eine Differenz zwischen dem Lenkwinkel θ_sw und dem Drehwinkel θ_pi des Ritzels mit einer Federkonstante K multipliziert, und führt die berechnete elastische Komponente der Additionseinheit 6215 zu.
• Die Dämpfungskomponenten-Berechnungseinheit 6212 berechnet eine Dämpfungskomponente, die dem Einschlagen des Rades zugeordnet ist, indem sie eine Differenz zwischen dem θ_sw mit Punkt und dem θ_pi mit Punkt mit einem Dämpfungskoeffizienten D multipliziert, und führt die berechnete Dämpfungskomponente der Additionseinheit 6215 zu.
• Die Berechnungseinheit für eine Exzentrizität verursachende Komponente 6213 berechnet eine Exzentrizität verursachende Komponente des Lenkelements 410, indem sie ein Produkt eines Sinus des Lenkwinkels θ_sw mit einer Konstanten d_ecc und einer Schwerebeschleunigung g durch eine Trägheit (Trägheitsmoment) I_sw des Lenkelements 410 dividiert. Danach wird die berechnete, Exzentrizität verursachende Komponente der Additionseinheit 6215 zugeführt. Hierbei ist die Konstante d_ecc eine Konstante, die einen Abstand von einem Rotationszentrum des Lenkelements 410 zu einem Schwerpunkt des Lenkelements 410 angibt.
• Die Reibungskomponenten-Berechnungseinheit 6214 berechnet eine Reibungskomponente, die dem Einschlagen des Rades zugeordnet ist, indem sie eine Linearkombination eines Tangens hyperbolicus des θ_sw mit Punkt und des θ_sw mit Punkt berechnet, und führt die berechnete Reibungskomponente der Additionseinheit 6215 zu. Reibungskoeffizienten, die für die Linearkombination verwendet werden, können mit p₁, p₂ und p₃ bezeichnet werden.
• Die Additionseinheit 6215 berechnet einen Vorhersagewert der mit dem Einschlagwinkel des Rades zusammenhängenden Zustandsgröße, indem sie wenigstens zwei Komponenten von (1) der elastischen Komponente, die dem Einschlagen des Rades zugeordnet ist, (2) der Dämpfungskomponente, die dem Einschlagen des Rades zugeordnet ist, (3) der Exzentrizität verursachenden Komponente des Lenkelements und (4) der Reibungskomponente, die dem Einschlagen des Rades zugeordnet ist, welche erfasst wurden, addiert. Die Additionsverarbeitung durch die Additionseinheit 6215 kann eine Additionsverarbeitung nach dem Hinzufügen eines negativen Vorzeichens zu einer gewissen Komponente beinhalten, das heißt eine Subtraktionsverarbeitung. Beispiele der mit dem Einschlagen des Rades zusammenhängenden Zustandsgröße, wie etwa (1) die elastischen Komponente, die dem Einschlagen des Rades zugeordnet ist, (2) die Dämpfungskomponente, die dem Einschlagen des Rades zugeordnet ist, und (4) die Reibungskomponente, die dem Einschlagen des Rades zugeordnet ist, umfassen eine Zustandsgröße, die vom Säulenabschnitt erzeugt wird.
• Ein Beispiel einer Zustandsgleichung, die von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 mit dem obigen Aufbau berechnet wird, lautet wie folgt:
  [Formel 1] $$\begin{array}{l}\frac{d}{dt}\left(\begin{array}{c}{\theta }_{sw}\\ {\theta }_{sw}^{·}\\ {\theta }_{pi}\\ {\theta }_{pi}^{·}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{\theta }_{sw}^{·}\\ K\left(-{\theta }_{sw}+{\theta }_{pi}\right)+D\left(-{\theta }_{sw}+{\theta }_{pi}^{·}\right)-Reibung-d_{ecc}g\text{sin}\raisebox{1ex}{${\theta }_{sw}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$I_{sw}$}\right.\\ {\theta }_{pi}^{·}\\ \raisebox{1ex}{$K\left(-{\theta }_{sw}+{\theta }_{pi}\right)+D\left(-{\theta }_{sw}+{\theta }_{pi}^{·}\right)$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$I_{pi}$}\right.\end{array}\right)+\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ 0\\ \raisebox{1ex}{$1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$I_{pi}$}\right.\end{array}\right)u\\ Reibung=p_1\left(\text{tanh}{\theta }_{sw}^{·}{p}_2+p_3{\theta }_{sw}^{·}\right)\end{array}$$

  
• Wie aus der obigen Gleichung ersichtlich ist, enthält die obige Zustandsgleichung $$K\left(-{\theta }_{sw}-{\theta }_{pt}\right)$$

  

  und $$K\left({\theta }_{sw}-{\theta }_{pt}\right)$$

  

  als die elastische Komponente, $$D\left(-{\dot{\theta }}_{sw}+{\theta }_{pi}^{·}\right)$$

  

  und $$\raisebox{1ex}{$D\left({\theta }_{sw}^{·}-{\theta }_{pi}^{·}\right)$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$I_{pi}$}\right.$$

  

  als die Dämpfungskomponente, $$\raisebox{1ex}{$d_{ecc}g\text{sin}\mathrm{\theta }\text{sw}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$I_{sw}$}\right.$$

  

  als die Exzentrizität verursachende Komponente und $$p_1\left(\text{tanh}{\theta }_{sw}{p}_2+p_3{\theta }_{sw}^{·}\right)$$

  

  als die Reibungskomponente.
• Die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann in geeigneter Weise bestimmen, ob der Fahrer das Lenkelement 410 hält, indem sie unter Verwendung der oben beschriebenen Zustandsgleichung den Vorhersagewert der mit dem Einschlagwinkel des Rades zusammenhängenden Zustandsgröße berechnet.
• Die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann grundlegende Eigenschaften einer realen Maschine unter Verwendung der elastischen Komponente, der Dämpfungskomponente und der Reibungskomponente, die Reibungskomponente, die oben beim Berechnen des Vorhersagewertes der Zustandsgröße beschrieben wurden, mit einem einfachen Modell ausdrücken.
• Beim Berechnen des Vorhersagewertes der Zustandsgröße kann die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Hands-on-Zustand sogar für ein Lenkrad, dessen Schwerpunkt aufgrund einer Form des Lenkrades oder dergleichen kein Mittelpunkt ist, mit hoher Genauigkeit erkennen, indem sie die oben beschriebene, Exzentrizität verursachende Komponente verwendet.
• Beim Berechnen des Vorhersagewertes der Zustandsgröße kann die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Hands-on-Zustand mit hoher Genauigkeit erkennen, indem sie die oben beschriebenen Reibungskoeffizienten p₁, p₂ und p₃ verwendet.
• Hierbei lassen sich die jeweiligen Ausdrücke, die in der Zustandsgleichung erscheinen, einschließlich derjenigen, die bereits beschrieben wurden, wie folgt zusammenfassen.
  θ_sw: Lenkwinkel
  θ_sw mit Punkt: Lenkwinkelgeschwindigkeit
  θ_pi: Drehwinkel des Ritzels
  θ_pi mit Punkt: Winkelgeschwindigkeit des Ritzels
  K: Elastizitätskoeffizient
  D: Dämpfungskoeffizient
  d_ecc: Konstante, die den Abstand vom Rotationszentrum des Lenkelements zum Schwerpunkt des Lenkelements angibt
  g: Schwerebeschleunigung
  I_sw: Trägheit (Trägheitsmoment) des Lenkelements
  u: Lenkdrehmoment
  p₁, p₂, p₃: Reibungskoeffizient
• Außerdem sind die folgenden Komponenten mit Ausnahme der Konstanten in den obigen Ausdrücken Beispiele der Zustandsgröße, die von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 in der vorliegenden Patentbeschreibung zu berechnen ist:
  θ_sw: Lenkwinkel
  θ_sw mit Punkt: Lenkwinkelgeschwindigkeit
  θ_pi: Drehwinkel des Ritzels
  θ_pi mit Punkt: Winkelgeschwindigkeit des Ritzels
  u: Lenkdrehmoment
• Jede Zustandsgröße, die von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 zu berechnen ist, kann auf einem tatsächlichen Messwert basieren, der aus den Erfassungsergebnissen der verschiedenen Sensoren, die im CAN 370 enthalten sind, gewonnen wird, oder kann ein Schätzwert sein, der unter Verwendung eines Kalman-Filters abgeleitet wird, welches ein Zustandsschätzverfahren für Zeitreihendaten ist. Ein Verfahren zum Berechnen des Schätzwertes unter Verwendung des Kalman-Filters wird später beschrieben.
• [Verarbeitungsablauf für eine Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung]
• 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verarbeitungsablaufs für die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 veranschaulicht.
• (Schritt S1)
• Die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 der Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 erfasst einen tatsächlichen Messwert jeder Zustandsgröße. Beispielsweise erfasst die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 ein Lenkdrehmoment (tatsächliches Drehmoment) zum Zeitpunkt t_n, das vom Drehmomentsensor 430 zugeführt wird. Die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 erfasst einen tatsächlichen Messwert eines Drehwinkels des Ritzels zum Zeitpunkt t_n, der vom Motordrehwinkelsensor zugeführt wird, welcher in der Drehmoment-Ausübungseinheit 460 enthalten ist.
• (Schritt S2)
• Anschließend berechnet die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 einen Vorhersagewert jeder Zustandsgröße anhand des tatsächlichen Messwertes jeder Zustandsgröße, der in Schritt S1 erfasst wurde. Beispielsweise berechnet die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 einen Vorhersagewert des Drehwinkels des Ritzels zum Zeitpunkt t_n+1, wenn angenommen wird, dass sich der Fahrer in einem Hands-off-Zustand befindet, anhand des Lenkdrehmoments zum Zeitpunkt t_n und des tatsächlichen Messwertes des Drehwinkels des Ritzels zum Zeitpunkt t_n.
• (Schritt S3)
• Anschließend bestimmt die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 der Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620, ob der Fahrer das Lenkelement 410 hält, anhand des von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 berechneten Vorhersagewertes und eines dem Vorhersagewert entsprechenden tatsächlichen Messwertes. Beispielsweise erfasst die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 den tatsächlichen Messwert des Drehwinkels des Ritzels zum Zeitpunkt t_{n + 1}, der vom Motordrehwinkelsensor zugeführt wird. Die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 bestimmt, ob der Fahrer das Lenkelement 410 hält, anhand des tatsächlichen Messwertes des Drehwinkels des Ritzels zum Zeitpunkt t_n+1 und des Vorhersagewertes des Drehwinkels des Ritzels zum Zeitpunkt t_n+1, der in Schritt S2 berechnet wurde.
• Genauer, die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 kann dazu eingerichtet sein zu bestimmen, dass der Fahrer das Lenkelement 410 hält, wenn ein absoluter Betrag einer Differenz zwischen dem tatsächlichen Messwert des Drehwinkels des Ritzels zum Zeitpunkt t_n+1 und dem Vorhersagewert des Drehwinkels des Ritzels zum Zeitpunkt t_n+1, der in Schritt S2 berechnet wurde, größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ist.
• Wenn die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 bestimmt, dass der Fahrer das Lenkelement 410 hält (JA in Schritt 3), wird die Verarbeitung mit Schritt S4 fortgesetzt. Wenn die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 bestimmt, dass der Fahrer das Lenkelement 410 nicht hält (NEIN in Schritt 3), wird die Verarbeitung mit Schritt S5 fortgesetzt.
• (Schritt S4)
• Die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 gibt ein Flag aus, das einen Lenkungshaltezustand anzeigt, in welchem der Fahrer das Lenkelement 410 hält (Hands-on-Flag). Beispielsweise gibt die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 ein Hands-on-Bestimmungsflag aus, das einen Wert 1 hat.
• (Schritt S5)
• Die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 gibt ein Flag aus, das einen Hands-off-Zustand anzeigt, in welchem der Fahrer das Lenkelement 410 nicht hält (Hands-off-Flag). Beispielsweise gibt die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 ein Hands-on-Bestimmungsflag aus, das einen Wert 0 hat.
• Wie oben beschrieben, berechnet die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 den Vorhersagewert des Drehwinkels des Ritzels, wenn angenommen wird, dass sich der Fahrer in einem Hands-off-Zustand befindet, und vergleicht den Vorhersagewert des Drehwinkels des Ritzels mit dem tatsächlichen Messwert des Drehwinkels des Ritzels, der vom Motordrehwinkelsensor zugeführt wird. Danach wird entsprechend einem Vergleichsergebnis bestimmt, ob der Fahrer das Lenkelement 410 hält.
• In einem Ablauf der Verarbeitung durch die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620, der oben beschrieben wurde, kann die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 dazu eingerichtet sein, einen tatsächlichen Messwert einer Verschiebung der Zahnstange 480 von dem Hubsensor zu erfassen, der im Fahrzeug 900 enthalten ist, anstelle des tatsächlichen Messwertes und des Vorhersagewertes des Drehwinkels des Ritzels. In diesem Fall wird unter Verwendung des tatsächlichen Messwertes und eines Vorhersagewertes der Verschiebung der Zahnstange 480 bestimmt, ob der Fahrer das Lenkelement 410 hält.
• Die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 kann dazu eingerichtet sein, einen Schätzwert der Zustandsgröße unter Verwendung des Kalman-Filters sequentiell zu berechnen, und in Schritt S3 kann die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 dazu eingerichtet sein, entsprechend dem von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 berechneten Vorhersagewert, einer Varianz des Vorhersagewertes und einem aktualisierten Wert, der den dem Vorhersagewert entsprechenden tatsächlichen Messwert verwendet, zu bestimmen, ob der Fahrer das Lenkelement 410 hält.
• Die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann anhand des oben beschriebenen Vorhersagewertes, der Varianz des oben beschriebenen Vorhersagewertes und des aktualisierten Wertes, der den dem oben beschriebenen Vorhersagewert entsprechenden tatsächlichen Messwert verwendet, in geeigneter Weise bestimmen, ob der Fahrer das Lenkelement 410 hält.
• Bei der Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, den Hands-on-Zustand mit hoher Genauigkeit ohne Hinzufügen eines speziellen Sensors zu erkennen.
• Im Folgenden wird ein Aufbau, bei welchem die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 den Schätzwert der Zustandsgröße unter Verwendung des Kalman-Filters sequentiell berechnet, ausführlicher beschrieben.
• [Verarbeitungsablauf einer Schätzwertberechnung mittels Kalman-Filter]
• 6 ist ein Flussdiagramm, das einen Verarbeitungsablauf einer sequentiellen Berechnung des Schätzwertes unter Verwendung des Kalman-Filters veranschaulicht.
• (Schritt S11)
• Zuerst bestimmt die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 Zustandsgrößen x_t (t = 0) und Pt (t = 0) zum Zeitpunkt t = 0 als Ausgangsparameter. Hierbei kann als die Zustandsgröße x_t (t = 0) ein Ausgangswert einer beliebigen der Zustandsgrößen verwendet werden, die im Zusammenhang mit der Zustandsgleichung beispielhaft genannt wurden, und es kann beispielsweise ein Ausgangswert eines Drehwinkels des Ritzels verwendet werden. Pt stellt eine Kovarianzmatrix des Analysefehlers zum Zeitpunkt t dar. Im Folgenden wird Pt auch einfach als Kovarianzmatrix bezeichnet.
• (Schritt S12)
• Anschließend inkrementiert die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 den Zeitpunkt t auf t + 1 und berechnet einen Vorhersagewert x_t einer Zustandsgröße und die Kovarianzmatrix Pt basierend auf den folgenden Gleichungen (2) und (3).
  [Formel 8] $$x_1=F_{t-1}\left(x_{t-1}\right)+w_{t-1}$$

  

  $$P_t=F_{t-1}{P}_{t-1}{F}_{t-1}^{\text{T}}+Q_{t-1}$$

  
• Hierbei stellt Ft - 1(·) einen linearen oder nichtlinearen Operator dar, der die zeitliche Änderung einer Zustandsgröße x_t-1 angibt, w_t-1 stellt einen Fehlerterm dar, der die zeitliche Änderung begleitet, und Qt stellt einen Fehlerterm aufgrund von Prozessrauschen dar. Ein hochgestelltes T gibt an, dass eine transponierte Matrix verwendet wird.
• (Schritt S13)
• Als Nächstes erfasst die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 einen tatsächlichen Messwert y_t jeder Zustandsgröße in einem Fahrzustand des Fahrzeugs 900 zum Zeitpunkt t über das CAN 370. Hierbei kann als der tatsächliche Messwert y_t der Zustandsgröße ein tatsächlicher Messwert einer beliebigen der Zustandsgrößen verwendet werden, die im Zusammenhang mit der Zustandsgleichung beispielhaft genannt wurden, und es kann beispielsweise ein tatsächlicher Messwert des Drehwinkels des Ritzels verwendet werden.
• (Schritt S14)
• Als Nächstes berechnet die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 eine Kalman-Verstärkung Kt mit der folgenden Gleichung (4) unter Verwendung der Kovarianzmatrix Pt, die in Schritt S12 berechnet wurde.
  [Formel 9] $$K_t=P_t{H}_t^T{\left(R_t+H_t{P}_t{H}_t^T\right)}^{-1}$$

  
• Hierbei stellt Rt eine Fehlervarianz dar. Ht stellt eine Beobachtungsmatrix dar und ist eine Matrix zum Extrahieren eines Teils von Zustandsgrößen, die beobachtet werden sollen, aus allen Zustandsgrößen. Die hochgestellte „-1“ gibt an, dass eine inverse Matrix verwendet wird.
• Als Nächstes berechnet die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 einen aktualisierten Wert x_t ^est der Zustandsgröße x_t zum Zeitpunkt t durch die folgende Gleichung (5) unter Verwendung des in Schritt S12 berechneten Vorhersagewertes x_t der Zustandsgröße, des in Schritt S13 erfassten tatsächlichen Messwertes y_t jeder Zustandsgröße und der durch die obige Gleichung (4) berechneten Kalman-Verstärkung Kt.
  [Formel 10] $$x_t^{est}=x_1+K_t\left(y_t-H_t{x}_t\right)$$

  
• 7 ist ein Diagramm, das schematisch eine Beziehung zwischen dem von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 für eine gewisse Zustandsgröße berechneten Vorhersagewert x_t-1 zum Zeitpunkt t-1, dem durch zeitliches Entwickeln des Vorhersagewertes x_t-1 erhaltenen Vorhersagewert x_t und dem durch Addieren des tatsächlichen Messwertes y_t zum Vorhersagewert x_t erhaltenen x_t ^est veranschaulicht.
• (Schritt S15)
• Als Nächstes bestimmt in Schritt S15 die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621, ob die Berechnung beendet werden soll, und beendet die Ablauf, wenn die Berechnung beendet werden soll, und kehrt zu Schritt S12 zurück, wenn die Berechnung nicht beendet werden soll, und setzt die Berechnung unter Verwendung des aktualisierten Wertes x_t ^est als x_t fort.
• Auf diese Weise berechnet die Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 sequentiell einen Vorhersagewert und eine Varianz (Kovarianz) jeder Zustandsgröße und berechnet anhand des Vorhersagewertes sequentiell einen aktualisierten Wert. Danach bestimmt die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 entsprechend dem von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 berechneten Vorhersagewert, der Varianz des Vorhersagewertes und dem aktualisierten Wert, der einen dem Vorhersagewert entsprechenden tatsächlichen Messwert verwendet, ob der Fahrer das Lenkelement 410 hält.
• Beispielsweise berechnet die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 einen Mahalanobis-Abstand zwischen dem von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 berechneten Vorhersagewert x_t und dem aktualisierten Wert x_t ^est, der dem Vorhersagewert x_t entspricht und den dem Vorhersagewert x_t entsprechenden tatsächlichen Messwert y_t verwendet, und bestimmt, dass der Fahrer das Lenkelement 410 hält, wenn der berechnete Mahalanobis-Abstand größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ist.
• Hierbei kann ein Mahalanobis-Abstand D_MAH zwischen dem Vorhersagewert und dem aktualisierten Wert einer gewissen Zustandsgröße erhalten werden, indem ein Euklidischer Abstand D_EUC zwischen dem Vorhersagewert und dem aktualisierten Wert durch eine Quadratwurzel (Standardabweichung) einer Varianz dividiert wird, wenn die gewisse Zustandsgröße eine einzige Variable ist.
• Die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann Eigenschaften schätzen, die der realen Maschine näherkommen, und eine Erkennungsgenauigkeit des Hands-on-Zustands verbessern, indem sie ein nichtlineares Element, wie oben beschrieben, in die Berechnung des Vorhersagewertes x_t der Zustandsgröße einbezieht.
• 8 ist ein Diagramm, das schematisch einen Fall, wenn eine Varianz relativ groß ist, und einen Fall, wenn eine Varianz relativ klein ist, in Bezug auf eine gewisse Zustandsgröße veranschaulicht. Eine Kurve A veranschaulicht den Fall, wenn die Varianz relativ klein ist, und eine Kurve B veranschaulicht einen Fall, wenn die Varianz relativ groß ist. Sogar dann, wenn der Euklidische Abstand D_EUC zwischen dem Vorhersagewert und dem aktualisierten Wert denselben Wert hat, ist der Mahalanobis-Abstand D_MAH zwischen dem Vorhersagewert und dem aktualisierten Wert, wenn die Varianz relativ groß ist, kleiner als dann, wenn die Varianz relativ klein ist.
• Allgemeiner, wenn eine Zustandsgröße eine multivariable Größe ist, wie in 9 dargestellt, kann ein Mahalanobis-Abstand unter Verwendung eines Vorhersagewertes (Vorhersagewertvektors), eines aktualisierten Wertes (aktualisierten Wertevektors) und einer Kovarianz in einem Zustandsgrößenraum erhalten werden.
• Auf diese Weise kann die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit 622 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Abstand zwischen dem Vorhersagewert und dem aktualisierten Wert unter Berücksichtigung einer Varianz des von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit 621 berechneten Vorhersagewertes bestimmen und kann somit adäquater bestimmen, ob der Fahrer das Lenkelement 410 hält.
• [Beispiel einer Implementierung durch Software]
• Die Steuerungsblöcke (die Lenksteuereinheit 610 und die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung 620) der ECU 600 können durch eine Logikschaltung (Hardware) implementiert sein, die in einer integrierten Schaltung (Schaltkreischip) oder dergleichen ausgebildet ist, oder können unter Verwendung einer Zentraleinheit (Central Processing Unit, CPU) durch Software implementiert sein.
• Im letzteren Fall weist die ECU 600 eine CPU, welche Anweisungen eines Programms ausführt, bei dem es sich um Software handelt, welche die einzelnen Funktionen implementiert, einen Nur-Lese-Speicher (Read Only Memory, ROM) oder eine Speichervorrichtung (diese werden als „Aufzeichnungsmedium“ bezeichnet), in welcher das Programm und verschiedene Daten so aufgezeichnet sind, dass sie für einen Computer (oder eine CPU) lesbar sind, einen Direktzugriffsspeicher (Random Access Memory, RAM), in den das Programm geladen wird, und dergleichen auf. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfüllt, indem der Computer (oder die CPU) das Programm aus dem Aufzeichnungsmedium ausliest und das Programm ausführt. Beispiele für Aufzeichnungsmedien sind „nichtflüchtige materielle Datenträger“, wie etwa ein Band, eine Platte, eine Karte, ein Halbleiterspeicher und eine programmierbare logische Schaltung. Das Programm kann dem Computer über ein beliebiges Übertragungsmedium (wie etwa ein Kommunikationsnetz oder eine Rundfunkwelle) zugeführt werden, das in der Lage ist, das Programm zu übertragen. Die vorliegende Erfindung kann auch in der Form eines in eine Trägerwelle eingebetteten Datensignals, in welchem das Programm enthalten ist, durch elektronische Übertragung implementiert werden.
• Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt; im Rahmen der Ansprüche können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden, und eine Ausführungsform, die erhalten wird, indem in verschiedenen Ausführungsformen offenbarte technische Mittel in geeigneter Weise kombiniert werden, ist ebenfalls im technischen Umfang der Erfindung enthalten.
• Bezugszeichenliste

[0112] 410

Lenkelement

600

ECU (Lenksteuervorrichtung)

610

Lenksteuereinheit

620

Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung

621

Vorhersagewert-Berechnungseinheit

622

Lenkungshalte-Bestimmungseinheit

900

Fahrzeug

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2019014468 A [0004]

Claims (8)

1. Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung, welche dazu eingerichtet ist zu bestimmen, ob ein Fahrer ein Lenkelement hält, wobei die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung umfasst: eine Vorhersagewert-Berechnungseinheit, die dazu eingerichtet ist, einen Vorhersagewert einer Zustandsgröße anhand eines Lenkdrehmoments und eines tatsächlichen Messwertes der Zustandsgröße sequentiell zu berechnen, wobei die Zustandsgröße mit einem Einschlagwinkel eines Rades zusammenhängt; und eine Lenkungshalte-Bestimmungseinheit, die dazu eingerichtet ist, anhand des von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit berechneten Vorhersagewertes und eines dem Vorhersagewert entsprechenden tatsächlichen Messwertes zu bestimmen, ob der Fahrer das Lenkelement hält.
2. Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zustandsgröße, die den Einschlagwinkel des Rades angibt, ein Drehwinkel eines Motors ist, welcher das Rad einschlägt.
3. Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Zustandsgröße, die den Einschlagwinkel des Rades angibt, eine Verschiebung einer Zahnstange ist, die mit dem Rad verbunden ist.
4. Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit entsprechend einer Differenz zwischen dem von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit berechneten Vorhersagewert und dem dem Vorhersagewert entsprechenden tatsächlichen Messwert bestimmt, ob der Fahrer das Lenkelement hält.
5. Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lenkungshalte-Bestimmungseinheit entsprechend dem von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit berechneten Vorhersagewert, einer Varianz des Vorhersagewertes und einem aktualisierten Wert, der den dem Vorhersagewert entsprechenden tatsächlichen Messwert verwendet, bestimmt, ob der Fahrer das Lenkelement hält.
6. Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Zustandsgleichung, die von der Vorhersagewert-Berechnungseinheit verwendet wird, wenigstens eines enthält von: einer elastischen Komponente, die dem Einschlagen des Rades zugeordnet ist; einer Dämpfungskomponente, die dem Einschlagen des Rades zugeordnet ist; einer durch Exzentrizität des Lenkelements verursachten Komponente; und einer Reibungskomponente, die dem Einschlagen des Rades zugeordnet ist.
7. Lenksteuervorrichtung, welche umfasst: die Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Lenksteuergröße entsprechend einem Bestimmungsergebnis der Lenkungshalte-Bestimmungsvorrichtung geändert wird.
8. Lenkvorrichtung, welche umfasst: die Lenksteuervorrichtung nach Anspruch 7.

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