CN104245465A - 用于自动化引导汽车的装置以及用于运行汽车的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于,实现用于全自动化引导汽车的驾驶员辅助系统的清楚明了的操作。根据本发明的装置具有用于产生控制信号的控制装置,所述控制信号用于汽车的执行器,所述执行器被设计用于引导汽车。通过控制装置在此形成主-从装置的从装置。通过所述装置的用户接口(28)形成所属的主装置,其方式是用户接口(28)被设计用于由用户接收输入,所述输入包括待由从装置实施的行驶动作(M1至M5)的选择和/或用于关于当前由从装置实施的行驶动作的行驶参数(F1,F2)的行驶参数值,并且用户接口(28)被设计用于在所述输入结束之后根据所述输入来控制从装置。用户接口(28)包括汽车的标志(40),所述标志设置在区(38)中,在所述区中,边缘(30至36)代表行驶参数值的最高允许的变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于自动化引导汽车的装置,所述装置被设计用于在所述汽车行驶期间独立地引导所述汽车。“引导汽车”的概念在此一方面包括汽车的转向(随动于道路变化曲线、使汽车在行车道内部定向、车道变换动作),这也被称为横向引导;另一方面包括汽车的行驶速度的控制(加速、行驶速度降低、紧急制动、保持行驶速度),这也被称为纵向引导。属于本发明的还有一种用于运行汽车的方法,通过所述方法可实现汽车引导的自动化。
背景技术
所述类型的装置已由DE 10 2010 022 433A1公知。据此,驾驶员辅助装置可在全自动辅助模式中完全独立地实施车辆的引导。汽车的驾驶员于是在行驶期间即不必操作汽车的方向盘也不必操作踏板,因此对于相对长的持续时间可将其注意力用于其它事务,例如操作信息娱乐系统。
如果汽车在起-停交通中仅可非常缓慢地、通常以步行速度行驶,则全自动的驾驶员辅助系统例如结合汽车的引导在拥堵状况中是有益的,并且这也仅可在较大的时间间隔内进行。但同样也可在相应监测汽车的环境时考虑:在其它行驶动作时、例如在停入时或在较高的速度时允许全自动引导汽车。
在通过所述装置自动化引导汽车时也必须对于驾驶员允许可对引导进行影响,以便例如当驾驶员已经本能地决定采用另一个行驶路线时可使汽车在出口拐出,或者使车辆相对于行车道的中线错位地行驶(所谓的横向偏差),以便可绕过在前行驶车辆进行观察。与半自动化系统(其例如仅仅执行行驶速度调节)或手动引导相比全自动化系统的基本不同的工作方式需要人-机交流的卓越形式。在驾驶员、车辆和环境的全自动化调节回路中人的任务从对初级行驶任务的关注离开转移到系统监测任务。为此,必须向驾驶员提供关于当前可通过全自动驾驶员辅助系统执行何行驶动作以及驾驶员对当前实施的行驶动作仍具有何影响可能性的概况。
发明内容
本发明的目的在于,实现驾驶员辅助系统的清楚明了的操作,所述驾驶员辅助系统全自动化引导汽车。
所述目的通过根据权利要求1的装置、根据权利要求13的汽车以及根据权利要求14的方法来实现。根据本发明的装置的有利扩展构型通过从属权利要求给出。
根据本发明的装置涉及驾驶员辅助系统,所述驾驶员辅助系统被设计用于在汽车行驶期间自主地实施汽车的横向和纵向引导,这就是说在无驾驶员帮助的情况下实施。为此,所述装置具有控制装置、例如带有微控制器的控制器,借助于所述控制器产生控制信号并且由此可控制汽车的执行器,所述执行器被设计用于引导汽车。这种执行器可涉及可电控制的伺服转向装置、可电控制的制动系统以及由线控驾驶系统的领域公知的类似部件。控制装置在根据本发明的装置中形成主-从装置中的从装置。所属的主装置在此通过所述装置的用户接口形成。这意味着,用户接口控制从装置并且由此可影响从装置的引导特性。用户接口为此接收用户的输入。所述输入可涉及待由从装置实施的行驶动作的选择和/或用于关于当前由从装置实施的行驶动作的行驶参数的值。因此例如可提出,用户通过用户接口作为行驶动作选择对在前行驶车辆进行超车、拐出、汽车停入到停车场上或行车道变换。作为可借助于用户接口调整的行驶参数例如可设置相对于在前行驶车辆的距离、汽车在当前行驶的车道内部的横向偏差(Querablage)或行驶速度调节的基准速度(Setzgeschwindigkeit)(给定速度)。如果用户结束了其输入,则作为主装置的用户接口于是根据所述输入控制作为从装置的控制装置。可选择地提出,在用户接口控制从装置之前,用户必须附加地在用户接口上确认输入。即,与线控驾驶方案不同,驾驶员本身不通过操作用户接口引导汽车。驾驶员仅仅进行输入,通过所述输入,驾驶员表达其驾驶期望,由此,用于转换驾驶期望的横向和纵向引导步骤的真正的顺序和协调完全通过从装置来实施。
为了用户现在可以以清楚明了的方式选择可提供的行驶动作或者说可调整用于行驶参数的有意义的值,用户接口以特别的方式来构造。所述用户接口一方面包括汽车的标志,另一方面包括区,所述标志设置在所述区中。因此,用户接口为此例如可具有图形的显示装置(例如屏幕),在所述显示装置上,汽车通过图像或象征来代表。所述标志处于区中。通过区的边缘在此向用户表明:行驶参数值的何变化最为安全。如果车辆例如在多车道道路的一个行车道上行驶并且在该汽车之前存在另外的车辆,则区的右和左边缘可分别象征一个行车道边缘并且区的在所述汽车的标志之前显示的上边缘象征在前行驶车辆。如果现在用户将汽车的标志在区内部借助于相应的操作元件重新定向,则其结果是,控制装置实施汽车在行车道内部的相应位置变化。为了不在每次短暂触按操作元件时都触发从装置(即控制装置)的相应反应,在此可提出,在汽车的标志的位置在等待时间之后仍通过用户保持之后,才开始汽车的通过从装置调节的位置的再引导或者说跟踪(nachfuehren)。这于是相应于通过用户对输入进行的已经提及的确认。
但用户接口不必绝对涉及图形的显示装置。汽车也可较抽象地例如通过手柄、例如控制杆来代表。现在为了在操作控制杆时向用户传递该用户可调整何行驶参数值的印象,用户接口于是被设计用于通过控制执行器、例如电动机来产生用于手柄的偏转的力-行程特性曲线并且由此当用户使手柄偏转时所谓地将可能的行驶参数值的区的边缘触觉地传递给所述用户。这种用户接口具有优点:驾驶员在其进行操作时不必将目光从周围的道路交通移开。
除了通过在区内部移动汽车的标志来调整行驶参数的已经描述的可能性之外,同一个用户接口也可用于允许用户选择待实施的行驶动作。这可符合目的地这样来实现:用户将汽车的标志移动越过区的边缘。如果驾驶员例如要变换到处于汽车左侧的行车道上,则驾驶员因此可在图形显示器上将汽车象征例如首先朝区的左边缘移动并且然后越过所述左边缘。
为了可向用户传递其输入的结果的直接印象,也可提出,实时地执行汽车的通过从装置调节的位置的跟踪。
因为用户接口的区的边缘代表行驶参数值的最为安全的改变,所以边缘的变化曲线必须始终匹配于实际情况,即例如匹配于车道宽度或匹配于实际上是有车辆在该汽车之前行驶还是否。符合目的地,为此,用户接口被设计用于根据在汽车的环境中通过识别装置识别的物体的位置、即根据所识别的车道标志线和/或所识别的在前行驶车辆的位置来确定区的边缘。附加地或作为对此的替换方案可提出,根据关于交通规则、即例如沿着汽车当前行驶路线的规定的最高速度的信息来确定区的边缘。
如已所述,通过根据本发明的装置不实现线控驾驶系统,因为这种线控驾驶系统始终设置用户的输入与用于引导汽车的执行器之间的直接耦合。相应地,在根据本发明的装置中在实施由驾驶员表达的驾驶员期望时得到较大的柔性。因此,根据本发明的装置的一个实施形式提出,从装置根据关于在汽车的环境中识别的物体的信息与主装置无关地判断:所述从装置是否以及何时根据由主装置接收的控制数据引导汽车。因此,如果驾驶员选择应由从装置实施的确定的行驶动作,则从装置可在接收相应的控制数据之后首先期待用于实施该行驶动作的有利的机会并且然后才引入必要的步骤。驾驶员在间隔时间内不必本身持久地将其注意力放在何时存在机会上。这使得驾驶员明显减轻负担。此外,通过使驾驶员期望的输入与实际的通过从装置进行的自主转换脱耦,也可提高汽车乘员的安全性,其方式是驾驶员期望仅在相应安全的状况中转换。
根据本发明的装置可结合用户输入的接收而构造得非常柔性。因此,用户输入可通过对接触敏感的面、例如触摸屏(对接触敏感的屏幕)或通过控制杆来接收。也可毫无问题地使用手势控制和/或语音控制。
因此,一般而言,通过根据本发明的装置,总地可实现执行下述根据本发明的方法。在用户接口上显示汽车的标志以及显示可选择的可由控制装置实施的行驶动作和/或关于当前实施的行驶动作的可能的行驶参数值。对于行驶动作或者说行驶参数于是通过用户接口由用户接收输入。但通过所述输入,用户不在线控驾驶系统的意义上控制汽车。取而代之,用户通过所述输入来描述:在无所述用户帮助的情况下在不久的将来可实施何行驶动作或者说在无所述用户进一步帮助的情况下可调节行驶参数的何值、即例如相对于行车道的侧标线或相对于在前行驶车辆的何距离。通过用户接口于是产生相应的控制数据并传输给控制单元,所述控制单元自主地引导汽车。如果涉及汽车的环境的预确定的准则得到满足则控制单元根据控制数据改变对汽车的引导,即例如如果超车车道空闲,以便可对在前行驶车辆进行超车,或如果汽车在行车道上的预给定的横向偏差不导致驾驶员的安全性受到威胁。
结合根据本发明的方法,本发明也包括该方法的扩展构型,所述扩展构型具有与已经结合根据本发明的装置描述的特征相应的特征。因此,根据本发明的方法的扩展构型在此不再次予以描述。
此外,属于本发明的还有一种汽车,在所述汽车中安装根据本发明的装置的实施形式。
附图说明
下面借助于实施例再次更具体地描述本发明。附图表示:
图1根据本发明的汽车的一个实施形式的示意性视图;
图2图1的汽车的驾驶员辅助系统的用户接口的示意性结构;以及
图3具有力-行程特性曲线的示意性变化曲线的曲线图,所述力-行程特性曲线可在图1的汽车的驾驶员辅助系统的手柄上调整。
具体实施方式
例子是本发明的优选实施形式。
图1中示出了汽车10,驾驶员12处于所述汽车中。汽车10例如可涉及轿车。对于下面的说明需要假设:汽车10处于汽车10的引导需要多个不同的引导步骤的行驶状况中。因此,汽车10例如可处于拥堵状况中,在所述拥堵状况中汽车仅在起-停交通中行进。相应地,汽车10必须以交替的顺序加速并且然后又制动。同样需要假设:所述行驶状况非常单调。驾驶员12在所述行驶状况中负担明显减轻。驾驶员既不必将全部时间都完全集中于交通,驾驶员也不必全部时间都操作汽车10的踏板和方向盘。即汽车10完全通过驾驶员辅助系统14引导(完全的纵向和横向引导)。驾驶员辅助系统14为此具有控制器16,所述控制器控制汽车10的发动机控制器18、机电式转向装置20和制动器22、24。除了控制器16,属于驾驶员辅助系统14的还有监测装置26,所述监测装置例如可包括雷达和摄像机,借助于所述雷达和摄像机观测汽车10的环境。控制器16根据预设值来引导汽车10,所述预设值通过行驶参数的值形成。例如控制器16保持相对于在前行驶车辆以及相对于行车道标线的预给定的给定距离,所述行车道标线在汽车10两侧处于行车道边缘上。控制器16在此根据监测装置26的数据调节给定值。控制器16由此自主地使汽车10保持在当前行驶的行车道上,确切地说或者相对于在前行驶车辆在预给定的给定距离上,但或者在预给定的给定速度下——如果没有在前行驶车辆被监测装置26识别到。
驾驶员12可通过驾驶员辅助系统14的用户接口28调整给定值。用户接口28例如可包括屏幕或触摸屏或控制杆或在相对于车辆竖直轴线垂直的平面中可平移地偏转的手柄。通过用户接口28,对于驾驶员12也可促使控制器16实施其它行驶动作。
用户接口28和控制器16形成主-从装置,其中,用户接口28是主装置,控制器16是从装置。用户接口28、即主装置提供调节对象的缩微、即汽车10的位置或者说行驶速度的待通过从装置(控制器16)调节的给定值。操作方案允许使用者、即驾驶员12以用户接口28的形式通过调节对象的范例性的抽象的图形来匹配关于当前实施的行驶动作的行驶参数并且也触发新的行驶动作,即触发所述新的行驶动作的实施,而在此自己不必实施所述动作。通过实现为主-从装置,实现汽车在用户接口上的象征性投影以及在基于汽车10的当前环境条件调整行驶参数值或选择行驶动作时存在的限制。所述限制也抽象地通过用户接口28向驾驶员12显示。如图2中所示,在抽象显示的第一步骤中,汽车10的自己的行车道的车道标志线30、32以及必要时与调节相关的在前车辆34或者说后面的车辆36被代表。也可考虑通过环境条件进行的另外的限制的显示、例如速度限制。该显示的抽象程度在此可改变。该信息与驾驶员12的交流可通过人的不同的感觉通道单独地或组合地进行,即声学地、触觉地、视觉地和触知地进行,以便仅列举最重要的例子。
通过在用户接口28上被代表的边界而形成区38。在区38中在一个部位上存在汽车10的标志40,所述部位相应于汽车10在自己的行车道上的关于在前行驶车辆(标志34)、行车道标线(标志30、32)和后面的车辆(标志36)的当前位置。
驾驶员12可匹配控制器16的涉及汽车10在自己的行车道上的位置的行驶参数的值,其方式是驾驶员使标志40在区38内部偏转。因此,行驶参数F1(相对于在前行驶车辆的距离或者说给定行驶速度的增大)可通过使标志40相对于设置在标志40前面的边界34移动来实现。相对于行车道边缘的距离作为行驶参数F2通过使标志40在区38内部侧向移动来调整。由行驶参数F1和F2得到汽车10在自己的行车道内部的横向偏差的预设值以及相对于在前车辆的给定时间间隔(给定距离)的匹配。用户接口28、即操作方案的主装置将由驾驶员12通过定位标志40而预给定的期望值作为控制数据传输给控制器16。控制器16、即从装置的反应于是随动于主装置的位置变化。或者从装置位置的跟踪可通过保持主装置位置并且在等待时间之后开始反应来实现或者从装置位置实时地匹配于主装置位置。
通过用户接口28对于驾驶员12也可实现引入新的行驶动作,即例如变换行车道或汽车动作到停车空位中。为此,在用户接口28中预确定相应的行驶动作。为了解释可能的行驶动作,下面结合图2需要假设:汽车10处于多车道行驶路面的右外行车道上。通过用户接口28供驾驶员12选择的第一可能行驶动作M1是车道变换到相邻的左车道。另外的行驶动作M2形成对在前行驶车辆的超车动作。为了从行驶路面拐出以及例如从高速公路驶入到出口中,拐出动作作为另外的行驶动作M3必须由驾驶员12促动。汽车10的停住形成第四行驶动作M4。为了在空闲的行驶路面中使汽车10尽可能快速地加速(所谓的强制降档),必须由驾驶员12触发相应的加速动作(行驶动作M5)。在另一个意义下,行驶动作M5的促动也可以是所谓的起步确认,即驾驶员12必须在汽车10自主停住之后才通过控制器16确认:控制器16允许汽车10又运动。
行驶动作包括离开限制从装置(控制器16)的栅栏30、32、34、36。要离开相关的行驶标线并且作为结果变换与调节相关的在前车辆(如果存在)。为了将所述结果传递给驾驶员12,行驶动作的促动或触发通过用户接口28以相应方式来实现:驾驶员12必须否决掉虚拟的边界30、32、34、36,即将标志40移动越过这些边界。为此,图2中通过用于相应的行驶动作M1至M5的方向箭头指出在此应移动标志40的方向。控制器16在此不直接转换行驶动作。而是控制器16借助于监测装置26的数据检验:是否可基于匹配的环境条件完全安全地实施行驶动作。如果这不可在预确定的时间之内进行,则所选择的行驶动作可失效,即中断试图实施该行驶动作。如果存在实施驾驶员12所期望的行驶动作的机会,则控制器16引入相应的引导步骤,其方式是所述控制器以相应的控制信号控制所述控制器18、转向装置20或者说制动器22、24。在实施行驶动作期间以及在所述行驶动作结束之后,于是如向驾驶员12通过用户接口28提供的虚拟的边界30、32、34、36匹配于存在的新的行驶状况。
调节对象汽车的状态、即所识别的环境条件和汽车10在环境中的位置可通过不同的模式与驾驶员12交流。
因此,图2中所示的用户接口28可呈触摸屏的形式来实现,在所述触摸屏上显示区38的边界32至36和标志40。也可设置屏幕和与所述屏幕分开的操作装置、例如控制杆。例如操作元件可设置在汽车10的副仪表板中,屏幕可设置在平视显示器中和/或组合仪表中。在此,于是主装置车辆(标志40)及其决定性的环境可以以有利的方式以不同的抽象度来可视化。也可考虑视频现实的表达,如强抽象的象征性的表达形式。
附加于视觉表达或作为其替换方案,触觉表达也可用作交流媒介。相应构造的操作元件于是将边界30至36作为力-行程特性曲线借助于执行器(例如电动机)通知给例如驾驶员12的对操作元件进行操作的手。这种手柄于是相应于图2中的标志40。合适的操作元件例如是具有相应的执行器的控制杆或副仪表板上的可平移移动的本体。图3中示出了力-行程特性曲线K的示例性变化曲线,如其可为了将区38的边缘30、32触觉地传递给手柄而产生。沿着相对于在当前行车道上的行驶方向垂直的x方向,通过力最大值42代表通过左行车道边缘给定的边界30,相应地通过力最大值44代表右行车道边缘、即边界32。如果驾驶员12现在相对于行驶方向横向地、即在x方向上将手柄偏转,则驾驶员按照手柄的复位力F的在图3中在取值方面所示的变化曲线而觉察到:在接近边界30或者说32时手柄以越来越大的力抵抗驾驶员。如果驾驶员在此例如克服力最大值42,则驾驶员由此触发行驶动作M1。边界30与边界32之间的力汇46向驾驶员12表明:行车道中心处于哪里(横向偏差=0)。附加的触觉反馈可通过力回授来进行,例如通过调节件的振动。
如果通过控制器16直接转换驾驶员12的输入,则用户接口可构造得更简单,由此,驾驶员通过从车辆看一眼而识别:汽车10被朝哪里控制。
在区38的边缘与用户接口28之间的通信的其它实施方式例如可以基于运动来实现,在此例如驾驶员12可以进行手势操作或借助于语音输入来操作。
通过例子表明,如何通过将主-从原理集成在用于全自动化驾驶员辅助功能的操作方案中提供可能性:实现用于将来的驾驶员辅助系统的面向用户的接口构型。一方面,当前行驶状况和驾驶员辅助系统的特性的内部建模对于驾驶员通过借助于用户接口进行交流来简化。附加地,驾驶员获得关于汽车的系统的更多信息,驾驶员真正地通过全自动运行而与所述系统脱耦。在通过驾驶员辅助系统要求接管的情况中,即当所述驾驶员辅助系统例如识别到不可进行自动化引导的状况时,可期待通过驾驶员接管车辆引导的较高品质,即驾驶员较快速地意识到:他本身应如何手动引导车辆,以便使该车辆又动作到安全的状态中。
Claims (14)
1.一种用于自动化引导汽车(10)的装置(14),所述装置被设计用于在汽车(10)行驶期间独立地执行汽车(10)的横向和纵向引导,所述装置为此具有用于产生控制信号的控制装置(16),所述控制信号用于汽车(10)的执行器(18,20,22,24),所述执行器被设计用于引导汽车(10),
其中,通过控制装置(16)形成主-从装置的从装置,通过所述装置(14)的用户接口(28)形成所属的主装置,其方式是:
用户接口(28)被设计用于由用户(12)接收输入,所述输入包括:选择待由从装置(16)实施的行驶动作(M1至M5)和/或关于当前由从装置(16)实施的行驶动作的行驶参数(F1,F2)的行驶参数值,所述用户接口被设计用于在所述输入结束之后根据所述输入来控制从装置(16),
其中,用户接口(28)包括汽车(10)的标志(40),所述标志设置在区(38)中,在所述区中边缘(30至36)表示所允许的行驶参数值的最高变化。
2.根据权利要求1的装置(14),其特征在于,下列行驶动作(M1至M5)至少之一是可供选择的:对在前行驶车辆进行超车(M2),拐出(M3),汽车在停车场上泊车,行车道变换(M1),汽车起步(M5),强制降档(M5),汽车(10)停住(M4)。
3.根据权利要求1或2的装置(14),其特征在于,关于下列行驶参数(F1,F2)至少之一的行驶参数值是能被预先规定的:相对于在前行驶车辆的距离(F1),汽车(10)在当前行驶的行车道内部的横向偏差(F2),行驶速度调节的基准速度。
4.根据上述权利要求任意之一的装置(14),其特征在于,用户接口(28)被设计用于在显示器上图形地显示汽车(10)的标志(40)和所述区(38)的边缘(30至36)。
5.根据上述权利要求任意之一的装置(14),其特征在于,在用户接口(28)中汽车(10)通过手柄、尤其是控制杆来代表,用户接口(28)被设计用于通过控制执行器来产生用于手柄的偏转(x)的力-行程特性曲线(K)并且由此在用户(12)使手柄偏转期间将所述区(38)的边缘(30至36)触觉地传递给用户。
6.根据上述权利要求任意之一的装置(14),其特征在于,用户接口(28)被布置用于识别下列操作处理至少之一:通过在所述区(38)内部移动车辆(10)的标志(40)来调整行驶参数值;通过将车辆(10)的标志(40)移动越过所述区(38)的边缘(30至36)来选择待实施的行驶动作(M1至M5)。
7.根据上述权利要求任意之一的装置(14),其特征在于,从装置(16)的反应随动于在主装置(28)上汽车(10)的标志(40)的由用户(12)引起的位置变化。
8.根据权利要求7的装置(14),其特征在于,如果汽车(10)的标志(40)的位置在等待时间之后仍通过用户(12)保持,则使得由从装置(16)设定的汽车(10)位置的再引导开始。
9.根据上述权利要求任意之一的装置(14),其特征在于,在用户接口(28)控制从装置(16)之前,用户(12)必须附加地在用户接口(28)上对输入进行确认。
10.根据上述权利要求任意之一的装置(14),其特征在于,用户接口(28)被设计用于根据在汽车(10)的环境中通过所述装置(14)的识别装置(26)识别的物体、尤其是车道标志线和/或在前行驶车辆的位置和/或根据关于交通规则、尤其是规定的最高速度的信息来确定所述区(38)的边缘(30至36)。
11.根据上述权利要求任意之一的装置(14),其特征在于,从装置(16)根据关于在汽车(10)的环境中识别的物体的信息独立于主装置(28)判定:从装置是否以及何时根据由主装置(28)接收的控制数据引导汽车(10),尤其是从装置是否以及何时实施通过主装置(28)预先规定的行驶动作(M1至M5)或从装置是否以及何时设定由主装置(28)接收的行驶参数值。
12.根据上述权利要求任意之一的装置(14),其特征在于,用户接口(28)包括手势控制和/或语音控制。
13.一种机动车(10),具有根据上述权利要求任意之一的装置(14)。
14.一种用于运行机动车(10)的方法,包括步骤:
-在用户接口(28)上显示汽车(10)的标志(40)以及显示可选择的可能的行驶动作(M1至M5)和/或关于用于当前实施的行驶动作的行驶参数(F1,F2)的可能的行驶参数值;
-在用户接口(28)上接收用户(12)的输入,通过所述输入通过用户(12)给出在无用户帮助的情况下待实施的行驶动作(M1至M5)或在无用户帮助的情况下待设定的、行驶参数的行驶参数值(F1,F2);
-根据所述输入产生控制数据以及将所述控制数据传输给控制单元(16),所述控制单元独立地引导汽车(10);
-如果涉及汽车(10)环境的预先确定的准则得到满足,则通过所述控制单元(16)根据所述控制数据改变对所述汽车(10)的引导。
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