专利名称：用于保护驾驶员注意力的设备和方法
技术领域：
此处实施例涉及一种在操控具有车道保持辅助系统的汽车时保护驾驶员注意力在转向任务上的设备，用于选择性地为转向系统提供叠加转向扭矩。特别涉及一种在操控具有车道保持辅助系统的汽车时保护驾驶员注意力在转向任务上的设备，用于选择性地为转向系统提供叠加转向扭矩，其中转向系统包括方向盘、小齿轮和扭力杆。此处实施例进一步涉及一种在操控具有车道保持辅助系统的汽车时保护驾驶员注意力在转向任务上的方法，用于选择性地为转向系统提供叠加转向扭矩。特别涉及在一种在操控具有车道保持辅助系统的汽车时保护驾驶员注意力在转向任务上的方法，用于选择性地为转向系统提供叠加转向扭矩，其中转向系统包括方向盘、小齿轮和扭力杆。
背景技术：
现代汽车的操控越来越智能，S卩，车辆能够越来越多地提供驾驶控制而减少驾驶员的干预。这种系统的一个例子是所谓的车道保持辅助系统，其通过试图保持车辆在道路行车道的中心附近来减少驾驶负担从而帮助驾驶员。这种车道保持辅助系统通常施加叠加转向扭矩(overlaying steering torque)给车辆的转向系统，目的在于防止非本意的车道变换。驾驶员有可能滥用这种车道保持辅助系统以保持在车道上而不触握方向盘，即，误将车道保持辅助系统作为自动驾驶仪。配备这种车道保持辅助系统的车辆通常能够保持在道路行车道上一定时间，但这取决于例如路的形状。但车辆有可能在车道线处弹回，在车道线一侧或在车道线左右两侧的中间重复地碰触车道线。尽管上述驾驶行为不是必然意味着风险，但是其可能会导致不合适的车辆轨迹而令周围的车辆产生困惑。可能存在如果车道保持辅助系统最终由于譬如因丢失所跟踪的标志线的原因而未能阻止车道变换，那么车辆可能因驾驶员没有手握方向盘而进入相邻车道，从而造成不良状况。因此，通常不期望减少驾驶员的警惕和注意力，即使在这些系统提供对车辆的部分或大部分控制情况下。通常，驾驶员必须保持他/她的手放在方向盘上，在任何情形要求之下准备接受对转向的控制。因此，现有的此类系统通常具有判定驾驶员的手是否在方向盘上的功能。以上系统通过文献US2010228417已知，上述文献中涉及一种在车辆自动驾驶模式下判定车辆驾驶员是否把握方向盘的系统及方法。上述自动驾驶模式可通过一种意在保持车辆在道路行车道的中心附近的系统来提供。文献US2010228417 中的车辆包括电动转向(electric power steering, EPS)系统且可包括主动式前转向(active front steering, AFS)系统,上述两个系统中均包括为车辆的转向系统施加高频和低幅干扰信号的电机。上述高频和低幅干扰信号不会被车辆驾驶员感知也不会引起车辆转向，但是其可通过转向角度传感器检测到。
文献US2010228417所建议的方法从转向角度信号中减去转向角度命令信号且去除道路干扰，然后判定在转向角度传感信号中是否存在诱导干扰信号。如存在干扰信号，则系统认为车辆驾驶员没有手握方向盘。文献US2010228417所建议的系统可导致发出关于车辆驾驶员没有手握方向盘的警告信号或提供某种类型声音或可见指示。检测仅在车辆处于自动或半自动驾驶模式下启动。通过开关执行所述启动，在系统处于自动或半自动驾驶模式时开关将被关闭。
发明内容
本文实施例在于提供一种在操控具有车道保持辅助系统的车辆过程中用于保护驾驶员注意力在驾驶任务上的改进的设备，其中所述车道保持辅助系统选择性地为转向系统施加叠加转向扭矩，其中转向系统包括方向盘、小齿轮(pinion)和扭力杆(torsionbar)。通过提供如下设备实现，所述设备包括:用于在车道保持辅助系统施加叠加转向扭矩时测量小齿轮角度和扭力杆扭矩的装置；由所测量的小齿轮角度和扭力杆扭矩估算驾驶员施加扭矩的装置；基于所测量的扭力杆扭矩和所估算的驾驶员施加扭矩之间的关系计算松手度量(hands-off metric)的装置；基于所计算的松手度量与预定阈值之间的比较来判定松手(hands-off)的装置；在由车道保持辅助系统所提供的扭矩干预之间评估握持(hands-on)的装置；基于所判定的松手和所评估的握持来判定动作的装置；以及用于执行所判定的动作的装置。由于仅在车道保持系统进行干预期间(S卩，只要有来自车道保持辅助系统的扭矩叠加)判定车辆驾驶员是否正在控制车辆方向盘，这种检测就更加可靠/精确，这是由于在正在干预过程中对转向系统提供了有保证的激发(excitation)水平，因为任何合适的检测算法通常都需要足够的激发。此外，仅在车道保持系统进行干预期间进行判定对引起检测需求的系统产生逻辑关系，因为从驾驶员的角度，更容易理解有关松手的信息且该信息可保持最短的时间。更进一步的是，由于可能使用灵敏的松手检测，与在所有时间内均进行评估的系统相比，由于错误所导致的讨厌的松手警告的风险被实际上消除了。此外，仅在车道保持系统进行干预期间执行的松手检测能够确保使用非常稳健的握持评估，从而使无人照管的转向基本不可能。根据第二方面，用于计算松手度量的装置进一步被设置为在预定时间段之后重新计算松手度量。根据第二方面，如果驾驶员在手握方向盘或没有手握方向，在预定时间段之后重新计算松手度量使得能够选择作为调整参数的适宜的采样间隔。根据第三方面，所述设备进一步包括一旦用于判定松手的装置已经执行了所述判定就终止所述预定时间段的装置。根据第三方面，终止所述预定时间段能够确保高的采样频率，其用于改进设备的灵敏度。根据第四方面，用于判定动作的装置被设置为基于预定条件判定是否:允许由车道保持辅助系统进行进一步的扭矩干预；或者提供松手警告信号给车辆驾驶员；或者停用或重新启动车道保持辅助系统。
根据第四方面，基于预定条件判定合适的动作使得能根据所期望的握持/松手检测的人机交互以若干方式来精确调整上述判定。变化可例如涉及何时提供警告给驾驶员以及何时停用或重新启动车道保持辅助系统。根据第五方面，用于判定动作的装置包括状态器，状态器设置成用于基于预定条件判定是否:允许由车道保持辅助系统进行进一步的扭矩干预；或者提供松手警告信号给车辆驾驶员；或者停用或重新启动车道保持辅助系统。根据第五方面，对用于执行动作判定的状态器的使用使得能够改进对该判定的精确调整。本文中进一步的实施例的目的是提供在操控具有车道保持辅助系统的车辆过程中用于保护驾驶员注意力在驾驶任务上的改进的方法，其中所述车道保持辅助系统选择性地为转向系统施加叠加转向扭矩，其中转向系统包括方向盘、小齿轮和扭力杆。上述方法中的每一方面提供与所描述的设备中相关方面相同的有益效果。
以下的实施例将通过仅结合相关附图举例的方式来描述更多的细节，其中图1为此处所描述的设备/方法和状态器的原理图。本文中实施例的其他目的和技术特征将在以下考虑相关图纸细节描述中显而易见。但是，需要了解的是，附图仅是用于示例而不是用来对解说进行限制，由此相关内容将被撰写成为权利要求。还须进一步了解的是，附图不是必须按比例绘制的，因此要明确指出的是，附图仅意在从概念上图示本文所描述的结构和程序。
具体实施例方式图1所描述的相关概述图中，实施例涉及一种在操控具有车道保持辅助系统的汽车时保护驾驶员注意力在转向任务上的设备。车道保持辅助系统用于在被致动时给转向系统选择性地施加叠加转向扭矩，目的在于防止非本意的车道变换。车道保持辅助系统的致动可通过车辆驾驶员使用譬如简单的开/关开关来执行。除了此处未提及的其他部件，车辆转向系统包括方向盘、小齿轮(pinion)和扭力杆。设备I包括装置102，IN1，用于在车道保持辅助系统正在施加叠加转向扭矩时测量小齿轮角度和扭力杆扭矩。这些测量装置102，INl可包括传感器IN1，用于提供有关当前小齿轮角度和当前扭力杆扭矩的信息，测量装置102，INl可进一步包括处理装置102，用于将所获得的传感器数据处理成适用于进一步处理的格式。设备I进一步包括装置103，用于由所测量的小齿轮角度和扭力杆扭矩估算驾驶员所施加的扭矩。这些估算装置103可被设置成通过使用上述处理过的传感器数据来执行所述估算。设备I进一步包括装置104，用于基于所测量的扭力杆扭矩和所估算的驾驶员所施加扭矩之间的关系来计算松手度量(hands-off metric),以及装置105,用于基于所计算的松手度量和预定阈值的比较来判定松手。在一个实施例中，用于计算松手度量的装置104被进一步设置为在预定时间段后重新计算松手度量，使得在相同的扭矩介入期间松手度量能被多次判定。通过能够选取不同的预定时间段，调整适宜的采样间隔都是可能的，无论驾驶员是否手握方向盘。在又一实施例中，所述设备还进一步包括一旦用于判定松手的装置105已执行所述判定就终止预定时间段的装置。由此，预定时间段可被缩短以实现高采样频率，其改进所述设备的灵敏度。设备I还进一步包括装置106，IN2，用于评估由车道保持辅助系统提供的扭矩干预之间的握持(hands-on)。这些评估装置106，IN2被设置为评估驾驶员是否充分地执行了车辆的转向任务。作为该判定的输入IN2可被用作表征驾驶员转向能力的任何适合数据，因此不会在本文中被进一步描述。所述评估仅在由车道保持辅助系统提供的扭矩干预之间执行，其通过扭矩干预判定装置101来表征。由于松手判定仅在由车道保持辅助系统提供的扭矩干预中执行，因此可使用灵敏的握持检测(hands-on detection),由此防止了对车道保持辅助系统的滥用。上述设备还进一步包括基于所判定的松手和所评估的握持来判定动作的装置107。在进一步的实施例中，这些用于判定动作的装置107还进一步被设置为基于预定条件El，E2，E3判定是否允许由车道保持辅助系统提供进一步扭矩干预，或者为车辆驾驶员提供松手警告，或者停止或再次启动车道保持辅助系统。在进一步的实施例中，这些用于判定动作的装置107还进一步包括状态器S1，S2，S3，它们设置为基于预定条件El，E2，E3来判定是否允许由车道保持辅助系统提供进一步扭矩干预，或为车辆驾驶员提供松手警告，或者停止或再次启动车道保持辅助系统。预定条件El，E2，E3可被视为用于切换至与动作相关的状态的进入条件。进入条件El可例如为发现驾驶员通过评估装置106，IN2充分地执行车辆的转向任务。如实现了进入条件El则系统切换到状态SI，在上述情形下其是与再次启动车道保持辅助系统的动作相关的状态。进入条件E2可例如是判定装置105在由车道保持辅助系统提供的预定数量的连续扭矩干预期间已经判定了松手。需要注意的是，上述术语连续扭矩干预不限于彼此之间紧接着的扭矩干预。因此，进入条件E2可也通过彼此之间不是紧接着的预定数量的连续扭矩干预实现，只要握持没有在后续的扭矩干预中-之间被检测到。如果实现了进入条件E2，则上述系统将切换至状态S2，在上述情形下其是与为车辆驾驶员提供松手警告的动作相关的状态。在没有驾驶员照管转向任务的表征情况下，在提供警告之前，所述预定数量可被设置为例如允许由车道保持辅助系统提供高达三个扭矩干预。在驾驶员没有手握方向的情况下所允许的连续扭矩干预的数量可由计数器记录，在提供警告前所允许的数量可通过改变与其对应的警告阈值来调整。进入条件E3可例如是在由车道保持辅助系统提供更高预定数量的连续扭矩干预期间判定装置105已经判定了松手。如果实现了进入条件E3，则所述系统切换至状态S3，在上述情况下其是与停用车道保持辅助系统的动作相关联的状态。在上述情况下的预定数量可被设置为在车道保持辅助系统被停用之前没有驾驶员照管执行转向任务的表征情况下例如允许由车道保持辅助系统提供高达六个扭矩干预数量。在驾驶员没有手握方向的情况下所允许的连续扭矩干预的数量可由计数器记录，在停用车道保持辅助系统前所允许的数量可通过改变与其对应的停用阈值来调整。
清楚的是，判定装置107可被设置为根据所期望的人机交互作用的握持/松手探测来通过多种方式执行判定。上述设备还进一步包括装置A1，A2，A3，用于执行由判定装置107判定的动作。用于执行由判定装置107判定的动作的装置Al，A2，A3包括合适的致动器Al，A2，A3，用于提供出口 0UT1，0UT2, 0UT3以执行动作，例如允许由车道保持辅助系统提供进一步的扭矩干预，给车辆的驾驶员提供松手警告，停用车道保持辅助系统或再次启动车道保持辅助系统。本文进一步的实施例涉及用于在操控具有车道保持辅助系统的汽车时保护驾驶员注意力在转向任务上的方法，其中车道保持辅助系统被设置成选择性地为转向系统施加叠加转向扭矩以防止不期望的车道变更。车辆的转向系统包括方向盘、小齿轮和扭力杆。本文中所提出的方法在100开始，如果车道保持辅助系统正在进行扭矩干预，则在100之后是判定步骤。上述方法随后包括如下步骤:当车道保持辅助系统正在施加叠加转向扭矩时，测量小齿轮角度和扭力杆扭矩102 ;由所测量的小齿轮角度和扭力杆扭矩估算驾驶员施加的扭矩103 ;基于所测量的扭力杆扭矩和所估算的驾驶员所施加扭矩之间的关系计算松手度量104 ;基于所计算的松手度量和预定阈值的比较判定松手105 ;评估由车道保持辅助系统提供的扭矩干预之间的握持106 ;基于所判定的松手和所评估的握持判定动作107 ;最后执行所判定的动作Al，A2，A3。在一个实施例中，所述方法还包括在预定时间段之后重新计算松手度量的步骤。在又一实施例中，所述方法还包括一旦已经执行了判定松手的步骤105就终止预定时间段的步骤。在又一实施例中，所述判定动作的步骤107包括基于预定条件判定是否:允许由车道保持辅助系统进行进一步的扭矩干预的步骤；或者提供松手警告信号给车辆驾驶员的步骤；或者停用或重新启动车道保持辅助系统的步骤。在再一实施例中，所述判定动作的步骤107包括使用状态管理器SI，S2，S3基于预定条件判定是否:允许由车道保持辅助系统提供进一步扭矩干预；或者给车辆驾驶员提供松手警告；或者停用或再次启动车道保持辅助系统。由于检测松手的任务仅在由车道保持辅助系统正在进行扭矩干预阶段期间执行，因此检测更加可靠/精确，这是由于在正在进行的扭矩干预过程中对转向系统提供了有保证的激发水平。已知任何检测算法都需要足够的激发。通过仅与车道保持系统进行扭矩干预相关地执行松手检测在引起检测需求的系统之间产生逻辑关系。因此，从驾驶员的角度，更容易理解有关松手的信息且该信息可保持最短的时间。此外，与在所有时间内均进行评估的现有系统相比，由于错误所导致的讨厌的松手警告的风险被实际上消除了。此处描述的握持/松手检测的方法使得能够使用灵敏的检测，意味着很少或没有漏检且没有错误警告的风险。此外，与松手检测相结合，能够确保使用非常稳健的握持评估，从而使无人照管的转向基本不可能。根据本申请，还提供一种包括以上所描述的设备的车辆。以上所描述的实施例在以下权利要求范围内变化。因此，本文实施例的基本技术特征已经被显示、描述和指出，其可被了解的是，多种疏漏和替代及改变将以设备说明和细节的方式呈现，以及在具体操作过程中，可被本领域的技术人员制备。譬如，所有通过相同方式实现相同功能并获得相同结果的部件和/或方法步骤的组合均具有相同的意义。此外，需被公认的是，所描述的所有部件和/方法步骤的组合与没有公开的方法或具体方式相关的，可被包含在其他没有被公开或描述或建议作为常规技术选择。
权利要求
1.一种设备(1)，用于在操控具有车道保持辅助系统的汽车时保护驾驶员注意力在转向任务上，车道保持辅助系统用于选择性地对转向系统施加叠加转向扭矩，其中所述转向系统包括方向盘、小齿轮和扭力杆，其特征在于，所述设备包括: 用于在车道保持辅助系统正在施加叠加转向扭矩时测量小齿轮角度和扭力杆扭矩的测量装置(102，INl)； 由所测量的小齿轮角度和扭力杆扭矩估算驾驶员所施加扭矩的估算装置(103);基于所测量的扭力杆扭矩和所估算的驾驶员所施加扭矩之间的关系计算松手度量的计算装置(104)； 用于基于所计算的松手度量与预定阈值的比较结果判定松手的判定装置(105); 用于评估由车道保持辅助系统提供的扭矩干预之间的握持的评估装置(106，IN2)； 用于基于所判定的松手和所评估的握持来判定动作的判定装置(107); 用于执行所判定的动作的装置(Al，A2，A3)。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述计算松手度量的计算装置(104)进一步被设置成在预定时间段X之后重新计算松手度量。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，包括一旦所述判定松手的判定装置(105)已经执行了所述判定就终止预定时间段X的装置。
4.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述判定动作的判定装置(107)被设置为基于预定条件判定是否:允许由车道保持辅助系统进行进一步的扭矩干预；或者提供松手警告信号给车辆驾驶员；或者停用或重新启动车道保持辅助系统。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述判定动作的判定装置(107)包括状态器(SI，S2，S3)，所述状态器(S`I，S2，S3)设置为基于预定条件判定是否:允许由车道保持辅助系统提供进一步扭矩干预；或者给车辆驾驶员提供松手警告；或者停用或再次启动车道保持辅助系统。
6.一种方法，用于在操控具有车道保持辅助系统的汽车时保护驾驶员注意力在转向任务上，车道保持辅助系统用于选择性地对转向系统施加叠加转向扭矩，其中所述转向系统包括方向盘、小齿轮和扭力杆，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 在车道保持辅助系统正在施加叠加转向扭矩时测量小齿轮角度和扭力杆扭矩(102)； 由所测量的小齿轮角度和扭力杆扭矩估算驾驶员所施加扭矩(103)； 基于所测量的扭力杆扭矩和所估算的驾驶员所施加扭矩之间的关系计算松手度量(104)； 基于所计算的松手度量与预定阈值的比较结果判定松手(105); 评估由车道保持辅助系统提供的扭矩干预之间的握持(106)； 基于所判定的松手和所评估的握持来判定动作(107); 执行所判定的动作(Al，A2，A3)。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括在预定时间段X之后重新计算松手度量的步骤。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括一旦已经执行了判定松手的步骤(105)就终止预定时间段X的步骤。
9.如权利要求6-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述判定动作的步骤(107)包括基于预定条件判定是否:允许由车道保持辅助系统进行进一步的扭矩干预；或者提供松手警告信号给车辆驾驶员；或者停用或重新启动车道保持辅助系统。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述判定动作的步骤(107)包括使用状态管理器(SI，S2，S3)基于预定条件判定是否:允许由车道保持辅助系统提供进一步扭矩干预；或者给车辆驾驶员提供松手警告；或者停用或再次启动车道保持辅助系统。
11.一种车辆， 其特征在于包括权利要求1至5中任一项所述的设备。
全文摘要
本发明涉及在操控具有车道保持辅助系统的汽车时保护驾驶员注意力在转向任务上的设备(1)和方法。测量装置(102，IN1)用于在车道保持辅助系统正在施加叠加转向扭矩时测量小齿轮角度和扭力杆扭矩。由测量结果估算驾驶员所施加扭矩(103)。基于所测量结果和所估算结果之间的关系计算松手度量(104)。基于所计算的松手度量与预定阈值的比较结果判定松手(105)。评估装置(106，IN2)用于评估由车道保持辅助系统提供的扭矩干预之间的握持。基于所判定的松手和所评估的握持判定动作(A1，A2，A3)。执行所判定的动作。
文档编号B60W40/08GK103101536SQ201210451100
公开日2013年5月15日 申请日期2012年11月12日 优先权日2011年11月11日
发明者N·拉奇克, C·奥尔森 申请人:沃尔沃汽车公司