使用混合方法的增強的方向盤握持檢測與流程
2024-01-20 03:50:15 3
本發明總體上涉及用於檢測駕駛員是否正握持車輛的方向盤的系統和方法，並且更具體地涉及用於當車輛處於自動駕駛、半自動駕駛或手動駕駛模式時確定車輛駕駛員是否正握持車輛的方向盤的系統和方法，包括利用被動和主動手握持/手脫離檢測技術兩者，這兩種技術均測量扭矩和轉向角並且分析轉向振蕩的頻率響應以確定駕駛員是否正握持方向盤。
背景技術：
汽車工業一直不斷做出努力以增強車輛的乘員、尤其是駕駛員的舒適性和安全性。這些努力產生了各種技術，諸如高級駕駛員輔助系統（ADAS）和電子穩定性控制（ESC）系統。一些類型的ADAS是自適應巡航控制系統、車道保持輔助（LKA）系統和車道居中控制（LCC）轉向系統。另一方面，ESC系統使用計算機化的技術，該技術通過檢測並防止不穩定狀況來改進車輛操縱。
另一種類型的ADAS是主動前輪轉向（AFS）系統，其向方向盤的角運動增加或減去轉向分量以便減少旋轉方向盤所需的駕駛員努力和/或加強駕駛員轉向以改進車輛的安全性和穩定性。因此，所得的轉向角或扭矩包括駕駛員做出的轉向輸入和由主動轉向系統貢獻的分量。
已經開發了自適應巡航控制系統，其中系統不僅維持設定速度，而且其也將在利用諸如雷達和攝像機的各種傳感器檢測到更慢地運動的前方車輛的情況下自動使車輛減速。某些現代車輛還提供半自動泊車，其中車輛將自動地提供用於泊車的轉向控制。車輛穩定性控制系統提供另一種類型的先進的能力，該系統在處於會影響車輛穩定性的狀況（諸如如果駕駛員做出急轉彎（harsh steering change）或以過高速度進入彎道）下進行幹預。此外，已經證明完全自主的車輛能夠在模擬城市或公路交通中行駛，遵守所有的道路規則。
上文所描述的系統通過減少駕駛負擔來輔助駕駛員。不過，通常不期望降低駕駛員的警惕性和專注度，即使當這種系統正提供車輛的控制中的一些或大部分時也是如此。通常需要駕駛員保持他/她的手放在方向盤上，並準備好只要狀況需要時就接管轉向控制。無論在手動轉向模式還是系統輔助轉向模式中，均需要快速且可靠地確定駕駛員的手是否在方向盤上。
技術實現要素：
根據本發明的教導，公開了用於確定車輛駕駛員是否握持車輛的方向盤的系統和方法。車輛將包括電動助力轉向（EPS）系統，並且可以包括主動前輪轉向（AFS）系統。車輛可以進一步包括諸如車道居中控制（LCC）或者車道保持輔助（LKA）的自動或半自動駕駛特徵。系統包括被動檢測技術，其監測轉向扭矩和轉向角信號、根據測得的數據確定轉向系統的振蕩的諧振頻率，並且將諧振頻率與轉向系統的已知自然頻率相比較以做出手握持/手脫離判定。如果被動技術產生低於特定置信度閾值的結果，則採用主動技術，該主動技術提供轉向角擾動信號並且測量頻率響應，其中擾動信號具有基於被動技術的結果確定的頻率、振幅和持續時間。大於閾值的測得的轉向扭矩也被視為駕駛員握持方向盤的直接指示。
結合附圖從以下描述和所附權利要求中將顯而易見到本發明的額外特徵。
本發明還公開了以下技術方案：
方案1. 一種用於確定駕駛員是否正握持車輛的方向盤的方法，所述方法包括：
提供來自所述車輛上的轉向扭矩傳感器的轉向扭矩數據和來自所述車輛上的轉向角傳感器的轉向角數據；
利用微處理器執行被動手握持/手脫離檢測過程，從而產生初步手握持/手脫離狀態；
確定所述初步手握持/手脫離狀態的置信度水平；
如果所述置信度水平超過置信度閾值，則將最終手握持/手脫離狀態設定成等於所述初步手握持/手脫離狀態；以及
如果所述置信度水平未超過所述置信度閾值，則利用所述微處理器執行主動手握持/手脫離檢測過程，其中所述主動手握持/手脫離檢測方法確定最終手握持/手脫離狀態，所述主動手握持/手脫離檢測過程包括基於所述初步手握持/手脫離狀態建立轉向擾動的頻率、振幅和持續時間，以及由電動助力轉向（EPS）馬達將所述轉向擾動施加於所述車輛的轉向系統。
方案2. 根據方案1所述的方法，其中，執行被動手握持/手脫離檢測過程包括：
將帶通濾波器在第一特定頻率下應用於所述轉向角數據和所述轉向扭矩數據；
將帶通濾波器在第二特定頻率下應用於所述轉向角數據和所述轉向扭矩數據；
針對預定的持續時間的時間窗口選擇所述轉向角數據和所述轉向扭矩數據；
針對所述時間窗口識別所述轉向角數據或所述轉向扭矩數據中的主要諧振頻率；以及
通過比較所述主要諧振頻率與所述第一特定頻率和所述第二特定頻率，確定所述初步手握持/手脫離狀態。
方案3. 根據方案2所述的方法，還包括將轉向扭矩值與轉向扭矩閾值相比較，並且如果所述轉向扭矩值大於或等於所述轉向扭矩閾值，則將轉向超越控制值設定成等於是，並且確定所述車輛駕駛員正握持所述方向盤。
方案4. 根據方案2所述的方法，其中，所述第一特定頻率等於所述駕駛員未握持所述方向盤的情況下的已知轉向系統諧振頻率，並且所述第二特定頻率等於所述駕駛員握持所述方向盤的情況下的已知轉向系統諧振頻率。
方案5. 根據方案2所述的方法，其中，確定所述初步手握持/手脫離狀態的置信度水平包括，如果所述主要諧振頻率在預定時間段中保持在所述第一特定頻率或所述第二特定頻率的預定頻率範圍內，則將所述置信度水平設定成超過所述置信度閾值。
方案6. 根據方案1所述的方法，其中，執行主動手握持/手脫離檢測過程包括：
基於所述初步手握持/手脫離狀態建立所述轉向擾動的頻率、振幅和持續時間，
基於車輛速度和發動機速度修改所述轉向擾動的頻率和振幅；
利用所述EPS馬達向所述轉向系統施加所述轉向擾動；
提供來自所述轉向扭矩傳感器的轉向扭矩數據和來自所述轉向角傳感器的轉向角數據；
將帶通濾波器在實質上等於所述轉向擾動的頻率的頻率下應用於所述轉向角數據和所述轉向扭矩數據；
針對預定持續時間的時間窗口選擇所述轉向角數據和所述轉向扭矩數據；
針對所述時間窗口識別所述轉向角數據或所述轉向扭矩數據中的主要諧振頻率；以及
如果所述主要諧振頻率在預定時間段中保持在所述轉向擾動的頻率的預定頻率範圍內，則將所述最終手握持/手脫離狀態設定成等於所述初步手握持/手脫離狀態。
方案7. 根據方案6所述的方法，其中，如果所述主要諧振頻率在所述預定時間段中不保持在所述轉向擾動的頻率的所述預定頻率範圍內，則將針對所述方法的當前迭代的最終手握持/手脫離狀態設定成等於針對所述方法的之前迭代的最終手握持/手脫離狀態。
方案8. 根據方案6所述的方法，還包括將轉向扭矩值與轉向扭矩閾值相比較，並且如果所述轉向扭矩值在超過第二時間閾值的時間中大於或等於所述轉向扭矩閾值，則將轉向超越控制值設定成等於是，並且確定所述車輛駕駛員正握持所述方向盤。
方案9. 根據方案6所述的方法，其中，針對所述時間窗口識別所述轉向角數據或所述轉向扭矩數據中的主要諧振頻率包括利用快速傅立葉變換（FFT）技術。
方案10. 根據方案6所述的方法，其中，針對所述時間窗口識別所述轉向角數據或所述轉向扭矩數據中的主要諧振頻率包括，計數在所述時間窗口中所述轉向角數據或所述轉向扭矩數據中高于振幅閾值的峰的數量，並且利用所述峰的數量來確定所述諧振頻率。
方案11. 根據方案1所述的方法，其中，由所述車輛上的車道居中控制（LCC）或車道保持輔助（LKA）系統使用所述最終手握持/手脫離狀態。
方案12. 一種用於確定駕駛員是否正握持車輛的方向盤的方法，所述方法包括：
提供來自所述車輛上的轉向扭矩傳感器的轉向扭矩數據和來自所述車輛上的轉向角傳感器的轉向角數據；
將轉向扭矩值與轉向扭矩閾值相比較，並且如果所述轉向扭矩值在超過時間閾值的時間中大於或等於所述轉向扭矩閾值，則將轉向超越控制值設定成等於是，並且確定所述車輛駕駛員正握持所述方向盤；
利用微處理器執行被動手握持/手脫離檢測過程，其中所述被動手握持/手脫離檢測過程產生初步手握持/手脫離狀態，並且其中，所述被動手握持/手脫離檢測過程包括識別所述轉向角數據或所述轉向扭矩數據中的振動的主要諧振頻率，並且將所述主要諧振頻率與所述車輛的轉向系統的已知手握持諧振頻率和所述轉向系統的已知手脫離諧振頻率相比較；
確定所述初步手握持/手脫離狀態的置信度水平；
如果所述置信度水平超過置信度閾值，則將最終手握持/手脫離狀態設定成等於所述初步手握持/手脫離狀態；以及
如果所述置信度水平未超過所述置信度閾值，則利用所述微處理器執行主動手握持/手脫離檢測過程，其中所述主動手握持/手脫離檢測過程確定最終手握持/手脫離狀態，並且其中所述主動手握持/手脫離檢測過程包括基於所述初步手握持/手脫離狀態建立轉向擾動的頻率和振幅、由電動助力轉向（EPS）馬達將所述轉向擾動施加於所述轉向系統、針對時間窗口識別所述轉向角數據或所述轉向扭矩數據中的所述主要諧振頻率，以及基於所述主要諧振頻率是否處於所述轉向擾動的頻率的預定頻率範圍內確定最終手握持/手脫離狀態。
方案13. 根據方案12所述的方法，其中，識別主要諧振頻率包括或者利用快速傅立葉變換（FFT）技術，或者利用計數所述轉向角數據或所述轉向扭矩數據中的峰的數量並利用所述峰的數量來確定所述主要諧振頻率。
方案14. 根據方案12所述的方法，其中，識別主要諧振頻率包括針對所述時間窗口識別所述轉向角數據和所述轉向扭矩數據二者中的所述主要諧振頻率。
方案15. 一種用於確定駕駛員是否正握持車輛的方向盤的系統，所述系統包括：
轉向角傳感器，其構造成提供所述車輛的轉向系統的轉向角數據；
轉向扭矩傳感器，其構造成提供所述轉向系統的轉向扭矩數據；
聯接到所述轉向系統的電動助力轉向（EPS）馬達；以及
控制器，其包括處理器和存儲器模塊，並且與所述轉向角傳感器、所述轉向扭矩傳感器和所述EPS馬達通信，所述控制器構造成通過以下步驟來確定所述駕駛員是否正握持所述方向盤：執行被動手握持/手脫離檢測算法從而產生初步手握持/手脫離狀態、確定所述初步手握持/手脫離狀態的置信度水平、如果所述置信度水平超過置信度閾值則將最終手握持/手脫離狀態設定成等於所述初步手握持/手脫離狀態，以及如果所述置信度水平未超過所述置信度閾值則執行主動手握持/手脫離檢測算法，其中所述主動手握持/手脫離檢測算法確定最終手握持/手脫離狀態，其中所述主動手握持/手脫離檢測算法包括基於所述初步手握持/手脫離狀態建立轉向擾動的頻率和振幅，並且由所述EPS馬達將所述轉向擾動施加於所述轉向系統。
方案16. 根據方案15所述的系統，其中，所述控制器也構造成將轉向扭矩值與轉向扭矩閾值相比較，並且如果所述轉向扭矩值在超過時間閾值的時間中大於或等於所述轉向扭矩閾值，則將轉向超越控制值設定成等於是，並且確定所述駕駛員正握持所述方向盤。
方案17. 根據方案15所述的系統，其中，所述被動手握持/手脫離檢測算法包括：
將帶通濾波器在第一特定頻率下應用於所述轉向角數據和所述轉向扭矩數據；
將帶通濾波器在第二特定頻率下應用於所述轉向角數據和所述轉向扭矩數據；
針對預定持續時間的時間窗口選擇所述轉向角數據和所述轉向扭矩數據；
針對所述時間窗口識別所述轉向角數據或所述轉向扭矩數據中的主要諧振頻率；以及
通過比較所述主要諧振頻率與所述第一特定頻率和所述第二特定頻率來確定所述初步手握持/手脫離狀態。
方案18. 根據方案15所述的系統，其中，所述主動手握持/手脫離檢測算法包括：
基於所述初步手握持/手脫離狀態建立所述轉向擾動的頻率、振幅和持續時間；
基於車輛速度和發動機速度修改所述轉向擾動的頻率和振幅；
利用所述EPS馬達將所述轉向擾動施加於所述轉向系統；
提供來自所述轉向扭矩傳感器的轉向扭矩數據和來自所述轉向角傳感器的轉向角數據；
將帶通濾波器在實質上等於所述轉向擾動的頻率的頻率下應用於所述轉向角數據和所述轉向扭矩數據；
針對預定持續時間的時間窗口選擇所述轉向角數據和所述轉向扭矩數據；
針對所述時間窗口識別所述轉向角數據或所述轉向扭矩數據中的主要諧振頻率；以及
如果所述主要諧振頻率在預定時間段中保持在所述轉向擾動的頻率的預定頻率範圍內，則將所述最終手握持/手脫離狀態設定成等於所述初步手握持/手脫離狀態。
方案19. 根據方案18所述的系統，其中，針對所述時間窗口識別所述轉向角數據或所述轉向扭矩數據中的主要諧振頻率包括利用快速傅立葉變換（FFT）技術，或者計數所述轉向角數據或所述轉向扭矩數據中的峰的數量並且利用所述峰的數量來確定所述主要諧振頻率。
方案20. 根據方案15所述的系統，其中，由所述車輛上的車道居中控制（LCC）或車道保持輔助（LKA）系統使用所述最終手握持/手脫離狀態。
附圖說明
圖1是車輛轉向系統的平面圖，其包括用於確定駕駛員是否正握持車輛方向盤的傳感器和控制器；
圖2是用於通過就轉向角數據和扭矩數據二者將測得的諧振頻率與已知的自然頻率相比較來確定駕駛員是否正握持車輛方向盤的被動方法的流程圖；
圖3是用於確定駕駛員是否正握持方向盤的主動方法的流程圖，該方法包括施加轉向擾動並且測量轉向系統的頻率響應；以及
圖4是體現圖2的被動檢測方法和圖3的主動檢測方法的方向盤握持檢測系統的框圖。
具體實施方式
涉及用於確定車輛駕駛員是否正握持車輛的方向盤的系統和方法的本發明的實施例的以下討論在本質上僅是示例性的，並且不以任何方式試圖限制本發明或其應用或使用。例如，下文描述的發明具有針對當車輛包括車道居中控制（LCC）或者車道保持輔助（LKA）特徵時確定車輛駕駛員是否正握持車輛的方向盤的具體應用。不過，本發明也能夠應用於任意類型的車輛中純粹手動駕駛的狀況，並且也可以具有非汽車應用。
圖1是車輛轉向系統10的平面圖，車輛轉向系統10包括方向盤12以便使車輛的前輪14轉向。方向盤12通過主軸16和中間軸18、小齒輪20、轉向齒條22和橫拉杆（tie rod）24聯接到車輪14。如本領域技術人員將理解的那樣，方向盤12的旋轉引起主軸16、中間軸18和小齒輪20的對應旋轉。小齒輪20的旋轉引起齒條22的平移運動，這相應地橫向驅動橫拉杆24的內側端，從而引起前輪14的左轉向或右轉向運動。
為了清晰省略了對於理解本發明並不必要的其它部件（諸如將主軸16聯接至中間軸18的萬向接頭）。也存在其它類型的轉向系統（不包括齒條22和小齒輪20），並且其同等地能夠應用於下文所討論的手握持/手脫離檢測技術。
安裝於主軸16的轉向角傳感器26測量方向盤12和主軸16的旋轉，並且提供指示該旋轉的轉向角信號。轉向扭矩傳感器28測量小齒輪20附近處中間軸18上的扭矩，並且提供指示該扭矩的扭矩信號。轉向角傳感器26和轉向扭矩傳感器28的位置不必須確切地如圖1中所示；傳感器能夠位於任意位置，只要它們提供所需的轉向角和轉向扭矩信號即可。
轉向系統10包括聯接到轉向齒條22的電動助力轉向（EPS）系統30，其以本領域中良好地理解的方式響應於車輛駕駛員正轉動方向盤12來提供電動轉向輔助。換言之，當車輛駕駛員轉動方向盤12時，EPS系統30在齒條22上提供輔助力，使得前輪14在道路上的轉向更加容易。車輛系統10也可以包括安裝於中間軸18的主動前輪轉向（AFS）系統32。AFS系統是本領域技術人員公知的用於在各種類型的車輛穩定性控制或避免碰撞的狀況下提供額外轉向或矯正轉向，其中AFS系統32可以獨立於駕駛員施加到方向盤12的努力而使前輪14轉向。
轉向系統10也包括控制器34，其與轉向角傳感器26、扭矩傳感器28、EPS系統30和（可選的）AFS系統32通信。控制器34構造成具有根據下述討論利用來自傳感器26和28的輸入以及轉向系統10的其它已知參數來確定駕駛員是否正握持方向盤12的算法。
如下文將詳細討論的，本發明提供用於確定車輛駕駛員是否正握持方向盤12的技術。不論自動或半自動駕駛系統（諸如車道居中控制或者車道保持輔助）是起作用的還是不起作用的，均能夠應該技術用。車道居中控制（LCC）系統試圖通過基於傳感器所確定的車輛在車道中的位置做出持續的轉向調節來將車輛維持在車道中間。車道保持輔助（LKA）系統試圖通過僅在車輛將要偏離車道的情況下做出轉向校正來將車輛保持在車道內。
LCC和LKA系統包括需要知道駕駛員是否正握持方向盤12（既作為安全防備又作為對駕駛員轉向超越控制（override）的預期）的算法。由於顯而易見的原因，也期望知道當車輛並非經由LCC或LKA使其本身轉向時，或者當LCC/LKA轉向控制將被釋放時，駕駛員的手是否正在方向盤12上。出於該動機，提供確保車輛駕駛員正握持方向盤12的技術。具體車輛將包括EPS系統30，而且可以包括或者可以不包括AFS系統32，其中下文所描述的用於確定車輛駕駛員是否正握持方向盤12的技術將對於任意車輛相同地操作。
大體而言，用於確定駕駛員是否正握持在方向盤12上的技術包括測量轉向系統10中振蕩的諧振頻率，並且將該諧振頻率與轉向系統10本身的振蕩的已知自然頻率相比較。基於系統10的物理參數（諸如質量、慣性、剛度和阻尼）得知自然頻率。如果觀察到的諧振頻率接近已知自然頻率，則能夠得出駕駛員的手沒有在方向盤12上的結論。然而，如果觀察到的諧振頻率遠小於已知自然頻率，則能夠得出駕駛員的（雙）手正在方向盤12上，從而引起方向盤12的有效慣性矩的增加以及諧振頻率隨之減小的結論。能夠從轉向扭矩數據、轉向角數據中的任一者或者兩者獲得觀察到的諧振頻率。
利用以下二階模型近似轉向系統10：
(1)
其中是轉向角（在轉向角傳感器26處測得），是轉向系統10的慣性矩（已知）,是轉向系統10的阻尼係數（已知），是轉向系統10的轉動剛度（已知），是駕駛員施加在方向盤12上的扭矩（在扭矩傳感器28處測得），是來自EPS 30的轉向扭矩（已知命令），是轉向系統10中的自對齊扭矩（估計），以及是施加到系統10的發動機振動擾動（影響發動機機艙內的一切，並且包括範圍廣泛的頻率）。是由駕駛員的手放在方向盤12上所添加的慣性矩，這是未知的。已經觀察到能夠從當駕駛員用雙手牢固地抓持方向盤12時的相對大的值變化到當僅一隻手輕輕抓持方向盤12時的較小值，到當駕駛員僅一個手指輕輕觸碰方向盤12時的幾乎檢測不到的值。
除了發動機振動擾動之外，是等式（1）中唯一的未知量。其它手持方向盤檢測系統（hands-on-the-wheel detection system）試圖直接估計，但是這種方法對於轉向角中的噪聲敏感，並且忽略了發動機振動擾動。不同於嘗試直接估計，本文呈現的技術測量轉向系統10的頻率響應，並且使用該信息來確定是否已向系統10添加了相當大量的附加慣性。
根據二階動態機械系統的基本原理，等式（1）中描述的系統10的無阻尼自然頻率是：
(2)
其中是轉向系統10的無阻尼自然頻率，並且其它變量在上文限定。
類似地，系統10的阻尼自然頻率或者諧振頻率能夠限定為：
(3)
其中是轉向系統10的諧振頻率，在等式（2）中限定，並且是系統10的阻尼因子，其相應地限定為：
(4)
如上文所提及的那樣，車輛製造商已知轉向系統10的固有慣性、剛度和阻尼特性。例如，在普通乘用轎車或輕型運動型多用途車（SUV）中，轉向系統剛度是大約2.0 N-m/deg，其中中間軸18貢獻了大部分柔性（compliance）。在相同車輛中，轉向系統慣性是大約0.05 kg-m2，其中方向盤12貢獻了大部分慣性。轉向系統阻尼以提供臨界阻尼的的值為目標，即其中=0.5。
利用上文列出的剛度、慣性和阻尼值，在沒有由駕駛員的手添加的慣性的情況下（即=0），轉向系統10的諧振頻率計算成是大約14 Hz。其它類型的車輛可以具有更高或者更低的轉向系統諧振頻率。在已知轉向系統10的這種基本性質的情況下，能夠將算法設計成檢測轉向系統10的振動的實際諧振頻率，並且將該實際諧振頻率與手脫離（hands-off）諧振頻率相比較。如果實際諧振頻率顯著低於手脫離諧振頻率（例如大約3.5 Hz），則這表明駕駛員的手已經向方向盤12添加了慣性，從而意味著一隻或兩隻手在方向盤12上。
針對具體車輛類型，能夠在測試車輛上實驗地測量手脫離諧振頻率和手握持（hands-on）諧振頻率二者，並且相應的頻率之後能夠用在下文討論的方法中。替代性地，針對具體車輛類型，能夠利用等式（2）-（4）和轉向系統10的已知剛度、質量和阻尼性質估計手脫離諧振頻率和手握持諧振頻率。
上文描述的技術提供了優於用於檢測在方向盤上的駕駛員的手的現有系統的若干優點。這些優點包括在手動駕駛期間和LCC/LKA主動駕駛期間二者檢測駕駛員的手握持/脫離方向盤的能力、在LCC/LKA起作用的同時檢測駕駛員轉向超越控制意圖的能力、立即檢測手握持狀況的能力、比現有技術更快速地檢測手脫離以及不需要車輛上的額外硬體。
圖2是用於以上述討論的方式檢測車輛駕駛員是否正握持在方向盤12上的被動方法的流程圖40。在優選實施例中，流程圖40的方法以在控制器34上運行的算法編程。控制器34是至少包括微處理器和存儲器模塊的裝置，其中微處理器構造成運行手握持/手脫離檢測算法，並且存儲器用於儲存傳感器讀數和其它數據，如本領域普通技術人員將理解的那樣。
方法在開始橢圓42處開始。在框44處，分別從轉向角傳感器26和轉向扭矩傳感器28提供轉向角和轉向扭矩數據。在決策菱形46處，確定轉向扭矩是否小於預定扭矩閾值，其中扭矩值高於扭矩閾值表明明確的駕駛員轉向努力。如果轉向扭矩不小於扭矩閾值，則在框48處將轉向超越控制狀態設定成等於是，並且在框50處將手握持/手脫離狀態設定成手握持。LCC/LKA系統使用來自框48的轉向超越控制狀態，當駕駛員他/她自己正明確地使車輛轉向和/或正試圖超越控制LCC/LKA系統時，LCC/LKA系統修改其行為。
如果在決策菱形46處轉向扭矩小於扭矩閾值，則在決策菱形52處確定LCC或LKA系統是否開啟。如果LCC或LKA系統開啟，則在框54處，將帶通濾波器在第一頻率值下應用於轉向角數據和轉向扭矩數據，並且在框56處將頻率限制設定成等於第一頻率值。如果LCC或LKA系統未開啟或者不可用，則在框58處，將帶通濾波器在第二頻率值下應用於轉向角數據和轉向扭矩數據，並且在框60處將頻率限制設定成等於第二頻率值。分支成或者框54/56或者框58/60的目的在於基於預期的數據優化算法的性能。具體地，如果LCC系統開啟，則更可能的是駕駛員的手脫離方向盤12，並且觀察到的諧振頻率將是轉向系統10本身的諧振頻率。在這種情況下，帶通濾波器和頻率限制能夠設定成大約14 Hz的第一頻率值。該值將不會對於所有車輛均是確切的14 Hz，並且能夠至少從13-15 Hz的範圍變化。另一方面，如果LCC或LKA系統未開啟，則更大可能的是駕駛員的手處於方向盤12上，並且觀察到的諧振頻率將受到駕駛員的手的影響。在這種情況下，帶通濾波器和頻率限制能夠設定成大約3.5Hz（+/-1）的第二頻率值，這是手握持狀況中的預期響應。
在框62處，限定用於轉向角數據和轉向扭矩數據的時間窗口。時間窗口能夠是例如大約2.5秒。也能夠使用更長或更短的時間窗口。時間窗口的意圖是分析數據樣品，其足夠長以便提供良好的諧振頻率分析，而且並未長到受到不再適用的更早的駕駛員動作的影響。在框64處，針對時間窗口選擇來自轉向角傳感器26和轉向扭矩傳感器28的傳感器數據。在框66處，通過在時間窗口內分析轉向角數據或轉向扭矩數據中的任一者或兩者來識別主要諧振頻率。轉向系統10所經歷的諧振頻率將呈在在轉向角數據和轉向扭矩數據二者中，並且因此能夠分析轉向角數據和轉向扭矩數據中的任一者或兩者。
在框66處可以使用在時間-歷史數據中識別諧振頻率的任意適用方法。例如，可以使用諸如256-點FFT的快速傅立葉變換（FFT）。替代性地，能夠計數時間窗口中的數據中的峰的數量，並且能夠使用峰的數量來確定諧振頻率。也可以使用其它方法。不論使用何種頻率識別方法，均在框66處識別實際諧振頻率。
在決策菱形68處，確定來自框66的實際諧振頻率是否大於在框56或60中設定的頻率限制。如果實際諧振頻率大於頻率限制，則可能是手脫離狀況，並且在決策菱形70處確定實際諧振頻率是否已經在大於或等於預定時間閾值的時間段中大於頻率限制。限定諸如5秒的時間閾值以確保分析足夠的數據從而提供手脫離判定的高置信度。如果實際諧振頻率已經在大於或等於預定時間閾值的時間段中大於頻率限制，則在框72處，將手握持/手脫離狀態設定成手脫離。由於是由被動檢測方法確定的，因此框72處的手脫離狀態是初步狀態。
如果在決策菱形68處實際諧振頻率不大於頻率限制，或者如果在決策菱形70處實際諧振頻率僅在小於預定時間閾值的時間段中大於頻率限制，則在框50處將手握持/手脫離狀態設定成手握持。由於是由被動檢測方法確定的，因此在框50處的手握持狀態是初步狀態。
在框50處將初步手握持/手脫離狀態設定成手握持或者在框72處將該狀態設定成手脫離之後，在決策菱形74處評估置信度因子。置信度因子是被動手握持/手脫離判定的置信度水平的指示，並且可以基於諧振頻率信號的強度、諧振頻率和指定的頻率限制之間的差異和/或其它參數。如果置信度因子超過預定閾值（諸如80%），則過程在終點76處終止，並且將初步手握持/手脫離狀態用作實際狀態。當然，該過程實際上在車輛操作期間持續地運行，因此從終點76，該過程返回開始橢圓42。如果在決策菱形74處置信度因子未超過閾值，則過程前進到如下文所討論的主動手握持/手脫離確定方法。
圖2的前述討論和理論背景公開在授權於11/4/2014的名稱為「STEERING-WHEEL-HOLD DETECTION FOR LANE KEEPING ASSIST FEATURE」的美國專利No. 8,880,287中，其轉讓與本申請的受讓人，並且其全部內容通過引用併入本文。
如上所述，圖2的被動手握持/手脫離檢測方法在一些情形中可能不生成具有高置信度的手握持/手脫離狀態。在這樣的狀況下，期望的是運行主動手握持/手脫離檢測過程，其使用被動檢測方法的結果來指定施加於轉向系統10的轉向擾動信號。
圖3是用於確定駕駛員是否正握持方向盤的主動方法的流程圖100，該方法包括施加轉向擾動和測量轉向系統的頻率響應。當圖2的被動確定方法未生成置信度水平足夠的手握持/手脫離狀態時，就採用圖3的主動方法。圖3的主動方法利用EPS系統30在轉向系統中施加振動或振蕩，其中所施加的振動具有基於被動確定方法的結果所建立的頻率、振幅和持續時間。
主動手握持/手脫離確定方法開始於開始橢圓102，在此從框78提供來自被動確定方法的初步手握持或手脫離狀態。在框104處，為將由EPS系統30「注入」或施加的轉向振動建立頻率、振幅和持續時間。如果來自被動檢測方法的初步狀態等於手脫離，則頻率被選擇為轉向系統的已知手脫離諧振頻率（大約14 Hz）。同樣地，如果來自被動檢測方法的初步狀態等於手握持，則頻率被選擇為轉向系統的已知手握持諧振頻率（大約3.5 Hz）。振幅被選擇成一定值，該值足夠大以能夠在測得的系統響應中檢測到，而且足夠小以不令駕駛員反感。持續時間被類似地選擇成足夠大以允許在測得的系統響應中檢測而且足夠小以不令駕駛員反感的值。也可以基於車輛速度和/或發動機速度來調整所注入的轉向振動的頻率和振幅，因為路面幹擾和發動機振動是轉向系統振動的主要外部激振物。對頻率和/或振幅的任意基於速度的調整都將是小的，例如小於10%。
在框106處，轉向系統擾動或振動以在框104處建立的頻率、振幅和持續時間由EPS系統30引入。為了清楚這裡做了何事，使用圖3的主動檢測方法來證實基於被動方法被認為是真實的手握持或手脫離狀態。因此，如果認為狀態是手握持，則將3.5 Hz下的振動施加於轉向系統，並且如果檢測到3.5 Hz下的強響應，則證實手握持狀態。類似地，如果認為狀態是手脫離，則將14 Hz下的振動施加於轉向系統，並且如果檢測到14 Hz下的強響應，則證實手脫離狀態。
在框108處，分別從轉向角傳感器26和轉向扭矩傳感器28提供轉向角和轉向扭矩數據。在決策菱形110處，確定轉向扭矩是否小於預定扭矩閾值，其中扭矩值高於扭矩閾值表明明確的駕駛員轉向努力。如果轉向扭矩不小於扭矩閾值，則在決策菱形112處確定轉向扭矩是否已經在足夠的持續時間（諸如一秒）中高於扭矩閾值。持續時間檢查用於消除短暫（brief）外部轉向扭矩施加，諸如以斜角撞擊減速裝置或坑洞。如果在決策菱形112處超過時間閾值，則在框114處將轉向超越控制狀態設定成等於是，並且在框160處將最終手握持/手脫離狀態設定成手握持。LCC/LKA系統使用來自框114的轉向超越控制狀態，當駕駛員他/她自己正明確地使車輛轉向和/或正嘗試超越控制LCC/LKA系統時，LCC/LKA系統修改其行為。
如果在決策菱形110處轉向扭矩小於扭矩閾值或者在決策菱形112處沒有超出時間閾值，則在決策菱形116處，基於初步手握持/手脫離狀態，過程分支。如果初步狀態是手脫離，則在框118處將帶通濾波器在近似14 Hz下應用於轉向角和扭矩數據。不同地，如果初步狀態是手握持，則在框120處將帶通濾波器在近似3.5 Hz下應用於轉向角和扭矩數據。在框118或120處應用的帶通濾波器被選擇成匹配在框106處注入且相應地在框102處（基於初步手握持/手脫離狀態）所選擇的振動頻率。頻率將不是在所有情況下都確切地是14 Hz或者3.5，而是基於車輛和發動機速度並且基於車輛專用轉向系統特性能夠變化大約+/- 1 Hz。
在框130處，限定用於轉向角數據和轉向扭矩數據的時間窗口。時間窗口能夠是例如大約2.5秒。也能夠使用更長或更短的時間窗口。時間窗口的意圖是分析數據樣品，其足夠長以提供良好的諧振頻率分析，而且並不長到受到不再適用的更早的駕駛員動作的影響。在框132處，針對時間窗口選擇來自轉向角傳感器26和轉向扭矩傳感器28的傳感器數據。在框140處，通過在時間窗口內分析所過濾的轉向角數據或轉向扭矩數據中的任一者或兩者來識別主要諧振頻率。轉向系統10所經歷的諧振頻率（包括在框106處由EPS系統30注入的轉向振動）將呈現在轉向角數據和轉向扭矩數據二者中，並且因此能夠分析轉向角數據和轉向扭矩數據中的任一者或兩者。
在框140處可以使用在時間-歷史數據中識別諧振頻率的任意適用方法。例如，可以使用諸如256-點FFT的快速傅立葉變換（FFT）。替代性地，能夠計數時間窗口中的數據中的峰的數量，並且能夠使用該峰（帶有超出振幅閾值的振幅）的數量來確定諧振頻率。也可以使用其它方法。不論使用何種頻率識別方法，均在框140處識別實際諧振頻率。
在決策菱形142處，確定來自框140的實際諧振頻率是否處於~ 14 Hz的手脫離頻率的1 Hz以內。即，實際諧振頻率和手脫離頻率之間的差異的絕對值必須小於1 Hz。如果是這樣，則在決策菱形144處確定該狀況（實際響應≈手脫離）是否已經在超過時間閾值（諸如3秒）的時間中是真實的。如果是這樣，則在框170處將最終手握持/手脫離狀態設定成等於手脫離。通過證實轉向系統的頻率響應接近14 Hz，圖3的主動確定方法在框170處生成帶有非常高置信度的手脫離判定。
如果，在決策菱形144處，尚未超過時間閾值，則在框180處使用之前的手握持/手脫離狀態，其中之前的狀態可以是來自被動檢測方法的初步狀態，或者是來自主動方法的之前所證實的/最終的狀態。
如果在決策菱形142處，來自框140的實際諧振頻率不處於手脫離頻率的1 Hz之內，則在決策菱形146處確定來自框140的實際諧振頻率是否處於~3.5 Hz的手握持頻率的1 Hz以內。即，實際諧振頻率和手握持頻率之間的差異的絕對值必須小於1 Hz。如果是這樣，則在決策菱形148處確定該狀況（實際響應≈手握持）是否已經在超過時間閾值（諸如3秒）的時間中是真實的。如果是這樣，則在框160處將最終手握持/手脫離狀態設定成等於手握持。通過證實轉向系統的頻率響應接近3.5 Hz，圖3的主動確定方法在框160處生成帶有非常高置信度的手握持判定。
如果，在決策菱形146處，來自框140的實際諧振頻率不處於手握持頻率的1 Hz之內，則在框180處使用之前的手握持/手脫離狀態。而且，如果在決策菱形148處，尚未超過時間閾值，則在框180處使用之前的手握持/手脫離狀態。在將最終的手握持/手脫離狀態設定成手握持（在框160處）、手脫離（在框170處）或者使用之前結果（在框180處）之後，過程結束於終點190處。如先前所提及的那樣，只要車輛處於操作中，被動和主動手握持/手脫離確定過程就實際上持續地運行和重新開始。
圖4是執行圖2的被動檢測方法和圖3的主動檢測方法二者的方向盤握持檢測系統200的框圖。系統200中處於虛線輪廓的框內的所有模塊均編程（programme）在諸如圖1的控制器34的控制器上。如前所述，控制器34與轉向角傳感器26、扭矩傳感器28和EPS系統30通信。
在框202和204處，使用帶通濾波器來處理來自傳感器26和28的轉向角和扭矩數據，以確定數據中存在的是手握持響應（大約3.5 Hz）還是手脫離響應（大約14 Hz）。最初，框202和204執行之前討論的圖2的被動手握持/手脫離檢測。即，EPS馬達30不添加主動轉向擾動。向一致性檢查框206提供來自帶通濾波器框202和204的響應，在此確定手握持/手脫離響應是否在一定時間段（諸如三秒）中保持一致。向決策菱形208提供來自框206的一致性檢查的結果。
如果，在決策菱形208處，手握持/手脫離判定的置信度高，則由車輛中的LCC或LKA系統使用該手握持或手脫離值。高置信度意味著已經在轉向角/扭矩數據中檢測到處於手握持頻率值（3.5 Hz）或手脫離頻率值（14 Hz）中的任一者的預定頻率範圍（諸如1.0 Hz）之內的主要諧振頻率，並且主要諧振頻率已經在預定時間段（諸如三秒）中保持在該預定頻率範圍內。例如，如果在連續幾秒中在帶通濾波器框204中檢測到處於3.1-3.7 Hz的範圍中的主要諧振頻率，則駕駛員將他/她的手放在方向盤上的置信度是高的。
如果，在被動手握持/手脫離評估之後，在決策菱形208處手握持/手脫離判定的置信度不高，則系統200調用如上文在圖3中討論的主動手握持/手脫離確定過程。在框210處，基於被動評估的結果調整轉向擾動信號的頻率、振幅和持續時間。例如，如果被動評估在轉向系統中檢測到大約13.5-14.5 Hz的主要諧振頻率，但是該結果在幾秒中並不一致並且因此置信度不高，則將在主動評估中使用大約14 Hz下的擾動或振動注入。類似地，如果被動評估表明主要是低頻（手握持）諧振，則將在主動評估中使用大約3.5 Hz的振動注入。能夠根據頻率和其它參數建立振幅。在框210處也建立轉向擾動信號的持續時間，其可以是固定的或者可以針對某些條件調整。
在框212處，如前文所討論的，可以基於車輛和發動機速度調節轉向擾動信號的頻率和振幅。框212處的任意調整都將是小的，例如小於10%。在框214處，由控制器34向EPS系統30提供轉向系統振動命令。如上文所討論的，僅當系統200以主動檢測模式操作時使用轉向系統振動注入，並且當系統200以被動檢測模式操作時不使用轉向系統振動注入。也如之前討論的那樣，基于振動注入命令的頻率/振幅/持續時間，EPS系統30的馬達在齒條22上提供振蕩扭矩，這導致主動手握持/手脫離確定方法所需的轉向擾動。在框216處，路面幹擾和發動機振動被傳遞到轉向系統10。這些不可避免的激勵在結合點218處與由EPS系統30做出的轉向振動注入相結合，以引起轉向系統10的動態響應。
如之前所討論的，轉向角傳感器26和扭矩傳感器28向帶通濾波器框202和204提供測量信號。如果正利用轉向振動注入來執行主動手握持/手脫離評估，則在手握持頻率（3.5 Hz）或者在手脫離頻率（14 Hz）中的任一頻率下均應當能夠檢測到主要諧振。如上文針對被動評估方法所討論的，執行持續時間一致性檢查和置信度評估，並且如果可能的話做出最終的手握持/手脫離判定。在即使利用主動評估之後結果仍不確定（置信度不高）的情況下，那麼就使用之前的手握持或手脫離值，並且系統200繼續操作直至確定新的高置信度值。
了解手握持或手脫離方向盤狀態在車道居中或車道保持系統的實現中是重要的，並且在無輔助、手動駕駛中也同等重要。上文所討論的方法和系統提供了對車輛中駕駛員手握持或手脫離狀態的可靠檢測，其包括直接檢測手握持和駕駛員轉向超越控制意圖，和迅速檢測手脫離狀況。方法和系統在LCC/LKA輔助的狀況和手動駕駛狀況二者中均有效。
前文討論僅公開並描述了本發明的示例性實施例。本領域技術人員從這樣的討論和從附圖和權利要求中將容易地認識到，在不背離如以下權利要求中所限定的本發明的精神和範圍的情況下，能夠做出各種改變、改型和變型。