CN105035093B - 至少部分自主驾驶系统中的驾驶员交互接口 - Google Patents

Abstract

车辆(10)驾驶员与车辆(10)中至少部分自主驾驶系统之间的交互接口。交互接口被构造适于当确定在至少部分自主驾驶系统中的性能损失上将触觉性能损失信号传送至驾驶员。

Description

至少部分自主驾驶系统中的驾驶员交互接口

技术领域

此处公开的是车辆驾驶员与所述车辆中至少部分自主驾驶系统之间的交互接口(communication interface)。还公开了包括至少部分自主驾驶系统和交互接口的车辆。

背景技术

现代客车(例如小汽车)、公共汽车和卡车将越来越多地具备车辆的部分或完全自动的一个或多个驾驶功能，例如转向、车道保持、停车、速度控制等等。

车辆可具备任何程度的自动驾驶功能，从充分发达的自主驾驶系统或AD系统至仅一个或几个功能自动化的辅助系统。充分发达的AD系统使得在以AD模式驾驶车辆时车辆能够安全地转向和操纵穿过车流而不需人类驾驶员使用驱动装备(例如方向盘或踏板)。不那么发达的自动系统可能辅助驾驶员执行一个或多个行动，例如车辆转向、车辆停车、保持距前车的安全距离、保持在车道内等等。

通常通过驾驶员与自主驾驶系统或驾驶员辅助系统之间的接口设备在手动驾驶模式与自动/辅助驾驶模式之间进行切换。接口设备可包括手动操作的交互装置，例如触屏、按钮、开关、变速杆、控制杆或车辆方向盘。交互装置可被设置适于在对应于输入到自主驾驶系统中的预设指令的多个预定位置之间可移动。

但是会有由于外部情形或车辆内部的情形导致自动功能目前不可用的情形。这种情形例如可能是坏天气条件、不良路况、技术故障或技术事故。

如前所知，当驾驶员辅助系统中的辅助/自主功能不再可用时警告车辆驾驶员。

US 20090299573A1旨在提供一种辅助转向系统，其与驾驶员输入一起操作以在车道内操纵和定位车辆并且使得车辆的转向适应道路曲率。它公开了当车辆定位质量不足以准确地精确测定车辆在车道内的位置同时仍然足以估算道路曲率时驾驶员可能需要调节横向偏移。

US 20090299573A1进一步公开了可通过将车辆预测路径示为显示屏上偏置的函数来辅助驾驶员监控车道预测的准确性。在不能识别车道标记的情况下和/或在道路数据库中未包含的道路上的情况下，系统可能实际上丧失自动转向。因此，车辆方向不受可转向轮胎的任何自动微调的影响，并且将对车辆转向的任何影响让与驾驶员。如果关于道路曲率的不确定水平对于随后的安全道路/车道来说过大，车辆可脱离微调特征并且警告其驾驶员，例如通过听得见的嘟嘟声或振动方向盘。

US 20120166032A1是涉及车道偏移控制的另一篇文献，其提到如果驾驶员要求车道居中，则系统确定车道居中是否可用或者是否由于情形例如ECU(电子控制单元)或通信故障、与检测传感器和致动器有关的错误或如果车道检测传感器不能检测道路上的车道标线而导致不可用。如果车道居中系统可用，则系统继续执行驾驶员的要求。

已经发现现有的自动系统和辅助系统为驾驶员提供的信息不足以辅助驾驶员判断何时使用所述系统以及何时依赖手动操作。

发明内容

本申请的一个目的是提供驾驶员与至少部分自主驾驶系统之间改进的接口设备。另一目的是提出一种可为车辆驾驶员在使用至少部分自主驾驶系统与手动操作之间提供更好选择基础的接口设备。

可通过一种车辆驾驶员与所述车辆中至少部分自主驾驶系统之间的交互接口实现这些和其它目的，所述交互接口被构造适于当确定在所述至少部分自主驾驶系统中的性能损失时适于将触觉性能损失信号传送至所述驾驶员。

通过此处使用的“至少部分自主驾驶系统”来暗示提供一个或多个驾驶功能的可选择自动化的任何自主驾驶系统、半自主驾驶系统或辅助驾驶系统。

当接口设备安装在具有至少部分自主驾驶系统的车辆内时，驾驶员可通过触摸接口设备并且通过接口设备感知从至少部分自主驾驶系统发送的触觉信号知悉至少部分自主驾驶系统的操作状态。

在本文中，有关至少部分自主驾驶系统的“操作状态”的信息可包括有关当判断是否使用至少部分自主驾驶系统或手动执行所述驾驶动作时可能影响驾驶员的任何内部或外界条件的信息。因此，当驾驶员使用接口设备输入指令至至少部分自主驾驶系统以执行自动功能时，可通过接口设备警告驾驶员执行所需功能的条件是否低于最佳条件。基于通过接口设备获得的信息，驾驶员能够也在所需功能可用但操作水平低于预设的最佳水平的情形下评价至少部分自主驾驶系统的操作状态，并且当判断是否使用至少部分自主驾驶系统时使用所述评价。

同样地，当以自主模式运行时，驾驶员可使用接口设备检查自动驾驶条件是否仍然令人满意或至少部分自主驾驶系统的操作状态是否下降至驾驶员宁愿接管对当前自动运行的功能的控制的水平。

交互接口可被构造适于在检测到至少部分自主驾驶系统内性能损失小于适用于安全行车的最大性能损失的性能损失时传送触觉性能损失信号。当传送其中至少部分自主驾驶系统的操作状态保持在用于自主驾驶的安全限制内的操作范围内但低于用于自主模式的一个或多个驾驶条件的最佳水平的性能损失时，驾驶员可能选择关掉或不输入自主驾驶模式并且改为采取控制或保持对受到性能损失的功能的控制。可选地，虽然性能损失，但驾驶员可能决定让车辆继续由至少部分自主驾驶系统来驾驶或从手动驾驶模式切换至自动驾驶模式。性能损失的指示可进一步用于警告驾驶员至少部分自主驾驶系统的操作状态正在劣化并且很快就需要手动接管。

自主驾驶条件的预定最佳水平是当至少部分自主驾驶系统的所有传感器、致动器和其它部件按预期运转时的操作水平。在其中例如不清楚的道路车道标记、不良天线接收、不良能见度、不良定位信号的外界条件和/或例如变脏的或未校准的传感器、技术故障或技术失灵的内部条件影响了至少部分自主驾驶系统从而使得安全裕度降低至最小可接受的安全系数和安全水平情形下确定自主驾驶性能损失。性能损失的最终后果可能是至少部分自主驾驶系统的所有或某些特征不再可用或其操作范围例如速度受到限制。然而，在达到性能损失导致至少部分自主驾驶系统的一个或多个功能损失的程度之前，至少部分自主驾驶系统仍然可被完全和安全地操作，只是在低于预定最佳性能水平的性能水平下操作。

因此，交互装置可被设置适于当使用至少部分自主驾驶系统的条件低于预定最佳水平时传送一个或多个自动功能的性能损失。这暗示车辆驾驶员在系统仍然操作而非仅当至少部分自主驾驶系统已经确定使用所述系统即将不再安全程度的性能损失的情形下被告知至少部分自主驾驶系统中的性能损失。

交互接口可包括被设置适于在至少两个不同的指令位置之间手动操作的交互装置，至少一个指令位置为用于至少部分自主驾驶系统的自动功能的静止位置(restingposition)。

交互装置可包括能被设定或操纵至至少两个不同位置中的任何类型的开关或控制器，例如用于自主驾驶系统的打开/关闭开关、具有预设位置的旋钮、操纵杆、触屏等等或由它们构成。

此处使用的指令位置是对应于指令或指示至少部分自主驾驶系统执行指定驾驶动作的交互装置的任何位置。因此，指令位置可为用于输入预定指令从而进行驾驶操作例如转弯、车道变换等等的静止位置。指令位置也可为沿交互装置的移动直线的位置，其中沿着线的移动在沿移动线连续设置的位置之间移动交互装置。以无级(non-stepwise)的连续方式沿交互装置的移动线设置的指令位置可用于向至少部分自主驾驶系统输入指令从而执行可量化的自动操作，例如变速或车道内位置的变化。可以理解，移动线可为直线或曲线。

当交互装置处于用于自动功能的静止位置时触觉性能损失信号可被感知为交互装置的感觉变化。

交互装置的感觉变化包括以下一个或多个：围绕用于自动功能的所述静止位置移动的减小阻力、振动、质地的改变、形状的改变和温度改变。

此处使用的术语“振动”暗示具有频率和振幅的任何振动或脉动。

优选感觉变化包括：围绕用于自动功能的所述静止位置在用于自动功能的静止位置周围的游隙区域内移动交互装置的减小阻力感。

此处公开的触觉性能损失信号可包括所述交互装置被设置适于当已经确定在所述至少部分自主驾驶系统中的性能损失时在围绕静止位置的游隙区域内可移动，并且其中移动所述交互装置的所述阻力降低至小于当所述至少部分自主驾驶系统处于最佳操作状态时所述交互装置的移动阻力但大于当所述至少部分自主驾驶系统处于非操作状态时所述交互装置的移动阻力的程度。

当至少部分自主驾驶系统处于最佳操作状态时，在至少自主驾驶系统中确定没有性能损失并且用于交互装置的静止位置例如通过提供扣合功能被感知为不同位置。换句话说，交互装置移入或移离静止位置需要交互装置的使用者对交互装置施加大于阈值力的力。阈值力被设定为大到足以避免交互装置的不慎移动但低到足以能够舒适地操纵交互装置进入和离开静止位置。

当至少部分自主驾驶系统处于非操作状态时，交互装置不会滞留在(stick)静止位置，或将自动地移离静止位置，暗示当交互装置被移离静止位置时没有移离静止位置的阻力或甚至没有来自至少部分自主驾驶系统贡献的力。此外，在非操作状态下，交互装置移入静止位置的阻力可能很大，阻止了交互装置移至静止位置。可选地，当在至少部分自主驾驶系统中检测到非操作状态时，可通过将交互装置不保持在静止位置而使得静止位置不可用。这种情形下，交互装置不会在移入静止位置之后“滞留”并且将优选自动返回手动位置。

交互装置可被设置适于在游隙区域内通过移动力可移动至相邻的静止位置并且在无移动力时保持在相邻的静止位置。因此，当已经在至少部分自主驾驶系统中检测到性能损失时，交互装置可能停留在静止位置周围的游隙区域内的多个位置中的任何位置处。这种设置不仅提供了传送的性能损失的触觉信号被感知为静止位置不特别或“模糊”，而且提供了在交互装置的位置处的异常的视频信号。

静止位置周围的游隙区域可具有任何适宜的几何形状，例如椭圆形、正方形、长方形等等，但优选为围绕交互装置的静止位置的圆形区域。游隙区域的半径可为1-10mm，例如2-7mm。

如此处所述，发出触觉性能损失信号的优选方式可以是通过包括用于自动功能的静止位置的感知区别减少的触觉性能损失信号。接口设备的驾驶员将感觉到围绕静止位置的游隙的区别减小。

交互装置的感觉变化可能与性能损失的程度成正比。举例来说，围绕用于自动功能的静止位置的游隙区域可随着性能损失的增加而增加，和/或在围绕静止位置的游隙区域内的移动阻力可随着性能损失的增加而减少，和/或交互装置内的振动或脉动可随着性能损失的增加而增加频率和/或振幅。

因此，为了发出性能损失的信号，自主驾驶功能的静止位置可被设置适于当在至少部分自主驾驶系统中确定无性能损失的情形下紧握交互装置时被感知为特别位置。当通过自主驾驶系统确定性能损失时，交互装置可被设置适于被感知为具有围绕自动驾驶功能的静止位置周围的游隙并且可在围绕自主驾驶的静止位置的游隙的有限区域内自由移动或用减小的力可移动。接口设备可被构造适于使得交互装置在其内可自由移动的游隙区域对应于性能损失的增加而增加和/或以使得在游隙区域内的移动阻力随着性能损失的增加而减小。

静止位置周围的游隙将令使用者感觉交互装置的位置不像预期的那样特别。这种类型的触觉信号对于当用于使用至少部分自主驾驶系统的条件不理想但对于安全使用来说仍然足够好的情况时是特别有用的。机械控制装置例如按钮、开关、变速杆或控制杆内不特别的静止位置通常与较低质量的装置从而与不完美的直观信号有关。因此，模糊位置将警告交互装置的驾驶员，使用至少部分自主驾驶系统的条件可能进一步劣化并且可能需要在近期手动接管驾驶。

除了交互装置在自主驾驶静止位置周围的位置为模糊的外或替代地，交互装置可被设置适于当在至少部分自主驾驶系统内检测到性能损失时振动。当交互装置移入选定的静止位置时的卡嗒声和/或卡嗒的感觉可用于指示利用至少部分自主驾驶系统的条件处于最佳水平并且已经确定系统内没有性能损失。相应地，缺少卡嗒声或卡嗒的感觉可用于指示已经确定在至少部分自主驾驶系统中有性能损失。

如此处所述，交互装置可具有操纵杆或变速杆或由它们构成。优选交互装置被集成在车辆部件例如变速杆内，由此为车辆部件提供附加功能。

此处公开的车辆包括至少部分自主驾驶系统和此处公开的交互接口。交互接口被构造为至少部分自主驾驶系统与车辆驾驶员之间的交互接口。

附图说明

下面将通过非限定性示例并且参照附图进一步说明本发明，其中：

图1示出此处公开的交互接口中的交互装置；

图2示意性地示出连接于至少部分自主驾驶系统的交互装置的扣合静止位置；以及

图3示意性地示出自动驾驶功能性能损失的触觉信号。

具体实施方式

在下文中将更详细地参照实施例描述本发明。实施例仅为示例示出所要保护的交互接口而不应当被诠释为限制本发明。因此，由所附权利要求限定本发明的范围。

包括在附图中的示图中所示的力曲线是当交互装置移入和移离用于自动驾驶功能的静止位置时此处公开的交互接口的驾驶员经历的阻力的适宜曲线。

除了来自此处公开的接口设备的触觉反馈外，车辆可具备用于将驾驶信息和/或其它信息传输至车辆使用者的任何其它类型的装备和设备。这种附加信息可以是形为文字、符号、图片、图表等等在显示装置上示出的视觉信息或可为本领域已知的其它视觉指示器例如闪光、彩色编码等等。此外，触觉反馈可被声频信号所加强。在声频信号与触觉信号一同使用的情形下，声音优选在交互装置移动的同时发出并且可提供至少部分自主驾驶系统的操作状态的听觉确认，例如当交互装置扣合在选定位置时听到的卡嗒声或当交互装置发出已经检测到性能损失的触觉信号(例如振动或围绕指令位置的游隙增加)时的嗡嗡声。来自交互装置的触觉反馈也可被例如来自使用者座椅的触觉反馈如当在至少部分自主驾驶系统中检测到性能损失时引起的座椅内振动所增强或替代。

此外，参照汽车描述此处公开的交互接口。但是，可以理解本发明同样适用于任何适于私人运输的车辆，例如卡车、公共汽车等等。本发明特别适用于意图在公用道路上驾驶的车辆。

参照图1，示出被设置适于被汽车10或其它车辆的使用者手动操作的交互装置1。使用者典型地就座在汽车10内的驾驶员座椅上并且交互装置1被放置为使得使用者易于接近。汽车10具备至少部分自主驾驶的系统，并且装备和构造为适于可选地手动控制至少一种自动驾驶功能。交互装置1是至少部分自主驾驶系统与想要与至少部分自主驾驶系统交互的驾驶员之间的交互接口的一部分并且被构造适于当确定在至少部分自主驾驶系统中有性能损失时将性能损失信号传送至驾驶员。

虽然在附图未示出，但汽车10可具备用于将信息从至少部分自主驾驶系统传送至汽车驾驶员的辅助设备，例如显示装置和扬声器。

交互装置1优选为人类工程学的形状从而当所述装置1被使用时能够被驾驶员舒适地紧握和把持。交互装置1如图1所示为变速杆，被设计为至少在二维空间内例如x-y平面内可移动。交互装置1可选择地可通过沿垂直于x-y平面的z方向或沿与x-y平面呈一定角度的其它方向被拖拉或推动被移动。

本发明不应该被认为局限于如图1所示的变速杆交互装置。因此，交互装置可被设置适于独立于变速杆或可集成在汽车的其它部件例如转动信号操纵杆(turn signallever)、方向盘等等内。此外，交互装置可被设计为在曲形几何形状内(例如围绕球窝关节)可移动的操纵杆，从而可从如图1所示的中心静止位置沿任何方向倾斜，例如向前、向后或向侧面倾斜。如上所述，可使用设定在用于自动驾驶功能的至少一个静止位置中和手动驾驶位置中的任何交互装置，例如转动旋钮、按钮或开关如简单的打开/关闭开关。

如此处说明的，交互装置1被放置在汽车驾驶员直觉到和容易够到的位置。如图1所示，这种位置可以是变速杆通常被放置在汽车10内的位置。如图1所示，交互装置1可被设计为常规的变速杆并且可被构造适于当至少部分自主驾驶系统的一个或多个自动驾驶功能被停用并且驾驶员手动控制功能时用作自动或手动变速杆。

在下文中，它指的是交互装置1。交互装置1可为图1所示的变速杆或可为所附权利要求限定的任何其它交互装置。

参照图2，示出控制位置A，其是对应于输入给汽车10中至少部分自主驾驶系统以执行至少部分自主驾驶系统的一个或多个自动功能的输入指令或指示的“静止位置”。

当交互装置1移入静止位置A时，驾驶员可以接收至少部分自主驾驶系统可用且完全起作用的触觉信号而无确定的任何性能损失。至少部分自主驾驶系统的最佳操作状态可通过扣合在位置A的交互装置1和/或通过将交互装置1移离静止位置A被发信号至驾驶员，后者需要施力才能克服初始阻力从而移离静止位置A。该情形在图2中通过力示图来示出。

图3示出交互装置1是如何用于指示驾驶员至少部分自主驾驶系统的自动功能的性能损失的。

当用于使用至少部分自主驾驶系统的条件小于100％，即并非完全令人满意或理想但仍然足够好即令人满意但不理想时，为了采用一个或多个自动驾驶功能，可通知使用者至少部分自主驾驶系统的该操作状态并且预警即将需要手动接管汽车10驾驶的情形。当交互装置1处于静止位置A时，这种对使用者的指示可通过改变交互装置1的感觉来完成。

当在自主模式中和处于最佳操作条件下时，当紧握交互装置1时静止位置A被感知为不同的位置。如前所述，不同的静止位置A可具有如图2所示的力曲线。当行车条件劣化时，交互装置1的感觉可以下述方式改变，即，使得在静止位置A周围产生游隙，导致与驾驶条件理想时相比围绕静止位置移动的减小阻力将静止位置A感知为不明确或“模糊”。交互装置1随后在静止位置A周围游隙P的有限区域内自由移动或以更小阻力移动。可选地或额外地，控制器可开始颤动、振动或脉动和/或可经受温度改变。

当已经确定在至少部分自主驾驶系统中的性能损失时，驾驶员将能在游隙区域P内移动交互装置。移动交互装置1的阻力(例如摩擦力)被减小至小于当至少部分自主驾驶系统处于最佳操作状态时交互装置1的移动阻力但大于当至少部分自主驾驶系统处于非操作状态时移动交互装置的阻力的程度。这意味着在性能损失时驾驶员察觉到交互装置1比当至少部分自主驾驶系统在理想条件下操作时更容易在游隙区域P内移动。

交互装置1可被设置适于可移动至距主静止位置A一定距离处且位于游隙P区域内的相邻静止位置A'。将交互装置1移动至相邻的静止位置A'需要施加大于零的移动力F。交互装置1优选在缺乏移动力时保持在相邻的静止位置A'。

游隙区域P可为如图3所示围绕静止位置A的圆形区域并且具有1-10mm的半径，例如2-7mm的半径。

虽然如图1所示的交互装置形为变速杆，但如此处说明的，可以理解本发明同样适用于其它类型的交互装置。在形为按钮或打开/关闭开关的机械交互装置中，卡嗒卡嗒的“松动”感可用作指示在至少部分自主驾驶系统中已经确定性能损失。

传送至驾驶员的性能损失信号与在至少部分自主驾驶系统中已经确定的性能损失程度成正比。举例来说，围绕静止位置A的游隙可随着性能损失的增加而增加和/或振动可能增加频率和/或振幅。

如此处说明的，可通过声频信号和/或视频信号加强性能损失信号。因此，当检测到性能损失和/或可能听到警告声音例如嗡嗡声时交互装置可改变颜色、开始闪烁等等。

在形为触屏的交互装置中，触觉信号可作为表面质地、表面硬度、温度的改变通过振动或这些触觉信号的组合被发送。对于机械操作的交互装置来说，可通过声频和/或视频信号加强触觉性能损失信号。

此处公开的交互接口可在所附权利要求的范围内自由地变化。

Claims (11)

1.一种车辆(10)的驾驶员与所述车辆(10)中的至少部分自主驾驶系统之间的交互接口，其特征在于：所述交互接口被构造适于当确定在所述至少部分自主驾驶系统中的性能损失时将触觉性能损失信号传送至所述驾驶员，其中，所述交互接口包括交互装置(1)，所述交互装置(1)被设置适于在至少两个不同的指令位置之间手动操作，至少一个所述指令位置是对应于输入给至少部分自主驾驶系统以执行所述至少部分自主驾驶系统的自动功能的输入指令或指示的静止位置(A)，

其中，当所述交互装置(1)处于用于自动功能的所述静止位置(A)时所述触觉性能损失信号能被感知为所述交互装置(1)的操作感觉变化。

2.根据权利要求1所述的交互接口，其中，所述交互接口被构造适于在所述至少部分自主驾驶系统中检测到的性能损失小于安全驾驶可接受的最大性能损失时传送所述触觉性能损失信号。

3.根据权利要求1所述的交互接口，其中，所述感觉变化包括以下一个或多个：围绕用于自动功能的所述静止位置(A)移动的减小阻力、振动、质地的改变、形状的改变和温度改变。

4.根据权利要求3所述的交互接口，其中，所述交互装置(1)的所述感觉变化与性能损失的程度成正比。

5.根据权利要求1所述的交互接口，其中，所述交互装置(1)包括操纵杆、变速杆或开关。

6.根据权利要求1所述的交互接口，其中，所述感觉变化包括在围绕用于自动功能的所述静止位置(A)的游隙区域(P)内所述交互装置(1)围绕用于自动功能的所述静止位置(A)移动的减小阻力。

7.根据权利要求6所述的交互接口，其中，所述触觉性能损失信号包括所述交互装置(1)被设置适于当已经确定在所述至少部分自主驾驶系统中的性能损失时能在所述游隙区域(P)内移动，并且其中，所述交互装置(1)移动的所述阻力降低至小于当所述至少部分自主驾驶系统处于最佳操作状态时所述交互装置(1)移动的阻力但大于当所述至少部分自主驾驶系统处于非操作状态时所述交互装置(1)移动的阻力的程度。

8.根据权利要求7所述的交互接口，其中，所述交互装置(1)被设置适于能通过移动力(F)移动至在所述游隙区域(P)内的相邻静止位置(A')并在无所述移动力时保持在所述相邻静止位置(A')。

9.根据权利要求6-8任意一项所述的交互接口，其中，所述游隙区域(P)是围绕所述交互装置(1)的所述静止位置(A)的圆形区域，并且其中，所述游隙区域(P)的半径是1-10mm。

10.根据权利要求6-8任意一项所述的交互接口，其中，所述游隙区域(P)是围绕所述交互装置(1)的所述静止位置(A)的圆形区域，并且其中，所述游隙区域(P)的半径是2-7mm。

11.一种车辆(10)，包括至少部分自主驾驶系统和根据前述权利要求任意一项所述的交互接口，所述交互接口被构造为在所述至少部分自主驾驶系统与所述车辆(10)的驾驶员之间的交互接口。