CN106994968A - 自动车辆控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种包括自动车辆控制系统的车辆。一种操作车辆的方法包括:在操作自动车辆控制系统的过程中,当启用了自动车辆控制系统时,确定车辆操作状况和环境操作状况以及车辆外部状况。基于车辆操作状况、环境操作状况和车辆外部状况确定与操作自动车辆控制系统有关的置信度。经由操作员界面装置传输所述与操作自动车辆控制系统有关的置信度。

Description

自动车辆控制系统和方法
技术领域
本发明涉及自动驱动系统和半自动驱动系统的控制和操作。
背景技术
自动驱动系统和半自动驱动系统采用表征路面和路径、其他车辆和驱动状况的输入,以自动控制内燃机和/或另一传动系统扭矩发生器、制动系统和/或转向机构的操作来控制车辆操作。自动车辆控制系统的操作形式可以是启用状态或禁用状态,其根据操作员命令或请求而定。
发明内容
本发明描述了一种包括自动车辆控制系统的车辆。一种用于操作所述车辆的方法包括:在操作自动车辆控制系统的过程中,当启用了自动车辆控制系统时,确定车辆操作状况和环境操作状况以及车辆外部状况。基于车辆操作状况、环境操作状况以及车辆外部状况来确定自动车辆控制系统操作的置信度。经由操作员界面装置传输所述自动车辆控制系统操作的置信度。
结合附图,本教导的上述特征和优点以及其他特征和优点在附加权利要求书中限定的本教导的最佳模式和其他实施例中的一些的下面的详细描述中显而易见。
附图说明
现参照附图并通过示例的方式对一个或多个实施例进行描述,其中:
图1是根据本发明的包括车外监测系统和自动车辆控制系统的主体车辆的平面示意图;
图2根据本发明示出了车辆内部的示意图,包括车辆内部的操作员侧视图;以及
图3根据本发明示出了流程图,该流程图描绘了一种经由操作员可识别装置确定和传递与操作自动车辆控制系统有关的置信度的方法。
具体实施方式
参照附图,其中这些附图仅仅是为了示出某些示例性实施例,而不是为了限制它们,图1示意性示出了主体车辆101,主体车辆101采用一个或多个自动车辆控制系统,主体车辆101能阐明本文所述概念。主体车辆101包括具有转向前轮160和固定后轮170的四轮乘用车辆。作为非限制性示例,主体车辆101可以包括乘用车辆、轻型或重型卡车、多用途车辆,农用车辆、工业/仓库车辆或休闲越野车辆。主体车辆101优选包括空间监测系统116、车辆监测系统115以及通信控制器19。主体车辆101的操作可以由动力系统控制模块(PCM)125、车辆控制模块(VCM)128和其他合适的控制器控制。
主体车辆101优选包括一个或多个自动车辆控制系统,例如包括自适应巡航控制系统(ACC)126、车道引导和车道保持系统、车道变更系统、转向辅助系统、防碰撞系统(object avoidance system)和停车辅助系统等。作为示例,PCM 125包括ACC 126,ACC 126用于控制车辆制动和加速度,包括车辆制动和加速度的自动控制,以在预定条件下控制车辆速度和加速度。VCM 128包括转向控制器(STRG)146,转向控制器(STRG)146用于控制车辆侧向运动控制,例如,作为车道引导、车道保持或车道变更系统的一部分。空间监测系统116、车辆监测系统115、PCM 125、VCM 128以及通信控制器19相互之间优选使用高速局域网通信总线127通信。为了便于描述,主体车辆101的空间监测系统116、车辆监测系统115、PCM125和VCM 128被示出为独立元件。应当明白,由独立元件描述和执行的功能可以使用可包括算法代码、预定校准、硬件、专用集成电路(ASIC)和/或板外或基于云的计算系统的一个或多个装置来执行。
空间监测系统116包括控制器,控制器与传感装置通信,以监视和生成表示接近主体车辆101的远程客体的数字图像。当远程物体可以被传感装置中的一者或多者检测到时,可称远程物体接近主体车辆101。空间监测系统116优选确定每个邻近远程物体的线性范围、相对速度和轨迹,并使用通信控制器19传送此类信息。在一个实施例中,传感装置位于主体车辆101上,并且包括前角传感器121、后角传感器120、后侧传感器120'、侧传感器129和前雷达传感器122以及相机123,但本发明并不限于此。相机123优选包括用于检测前方车道标线的单色视觉相机。前雷达传感器122优选包括用于在主体车辆101前方检测客体的远程雷达装置。在一个实施例中,前雷达传感器122以约15°的窄视场角优选检测距离达到200米的客体。由于视场角窄,远程雷达可能不能检测到主体车辆101前方的所有物体。在一个实施例中,前角传感器121优选地包括短程雷达装置,以辅助监测主体车辆101前方的区域,每个短程雷达装置具有60°的视角和40米的检测范围。在一个实施例中,侧传感器129、后角传感器120和后侧传感器120'优选包括短程雷达装置,以辅助监测主体车辆101旁边和后面的迎驶交通,每个短程雷达装置都有60°视场角和40米的检测范围。上述传感器的放置允许空间监测系统116监测包括邻近客体车辆和主体车辆101周围的其他客体的交通流。车道标记检测处理器74可采用由空间监测系统116生成的数据以便估计道路。
此外,传感装置可以包括客体定位传感装置,这些客体定位传感装置包括范围传感器,例如FM-CW(调频连续波)雷达、脉冲和FSK(频移键控)雷达、激光雷达(光检测和测距)装置以及超声装置,其依靠效应,诸如多普勒效应测量来定位前方客体。可用的客体定位装置包括电荷耦接装置(charged-coupled devices,CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)视频图像传感器,以及利用数字摄影方法来“查看”前方客体(包括一个或多个客体车辆)的其他已知相机/视频图像处理器。此类传感系统用于在汽车应用中检测和定位客体,并且可与包括自适应巡航控制、防碰撞、预碰撞安全性和侧客体检测的系统一起使用。
传感装置优选安装在主体车辆101内的相对无障碍的位置。还应当明白,这些传感器中的每一者都提供对客体的实际位置或状况的估计,其中所述估计包括估计的位置和标准偏差。因此,客体位置和状况的感官检测和测量通常被称为“估计”。还应当明白,这些传感器的特性是互补的,因为一些传感器在估计某些参数时比其他传感器更可靠。传感器可以具有不同的操作范围和角度覆盖,能够在其操作范围内估计不同的参数。例如,雷达传感器通常可以估计客体的距离、距离变化率和方位位置,但是在估计测量客体的范围方面通常不稳固。具有视觉处理器的相机在估计客体的形状和方位角位置时更加稳固,但是在估计客体的范围和距离变化率方面效率较低。扫描型激光雷达传感器可以有效且准确地估计距离和方位位置,但通常不能估计距离变化率,因此相对于新客体的采集/识别不准确。超声传感器能够估计距离,但是通常不能估计或计算距离变化率和方位位置。此外,应当明白每种传感器技术的性能受不同环境状况的影响。因此,尽管传感器的重叠覆盖区域为传感器数据融合创造条件,但是一些传感器在操作期间仍存在参数差异。
车辆监测系统115优选包括多个车载底盘监测传感系统和用于监测车辆操作以确定传送到通信总线127的车辆运动状态的装置。车辆运动状态优选包括,例如车辆速度、可转向前轮转向角度160以及横摆率。车载底盘监测传感系统和装置包括惯性传感器,例如速率陀螺仪和加速度计。车辆监测系统115估计车辆运动状态,例如纵向速度、横摆率和横向速度,并且估计主体车辆101的横向偏移和航向角。测量的横摆率与转向角测量结合以估计车辆横向速度的状态。纵向速度可以根据监测每个前轮160和后轮170的轮速传感器的信号来确定。车辆监测系统115产生与车辆运动状态相关联的信号,这些信号可以由用于车辆控制和操作的其他车辆控制系统监控。车载底盘监测传感系统和用于监测车辆操作以确定车辆运动状态的装置是本领域普通技术人员已知的。
PCM 125与车辆动力系统(图中未示出)通信且可操作地连接至该车辆动力系统,并且执行控制程序以控制发动机、变速器和其他扭矩机(图中未示出)的操作,以将牵引扭矩传递到车轮来应答车辆操作状况和操作员输入。PCM 125显示为单个控制模块,但可以包括多个可操作以控制各种动力系统致动器的控制器装置,包括发动机、变速器、扭矩机、轮毂电机和混合动力系统的其他元素(图中未示出)。PCM 125可以包括算法代码形式的控制程序,以操作控制车辆制动和加速的自适应巡航控制系统(ACC)126来响应使用人机接口(HMI)控制器124检测的操作员控制输入,包括车辆制动和加速的自主控制,以在预定条件下控制车辆速度和加速度。车载动力总成控制系统和装置是本领域普通技术人员已知的。
VCM 128可与多个车辆操作系统通信并且可操作地连接至多个车辆操作系统,并且执行控制程序以控制其操作。车辆操作系统优选包括制动系统、稳定性控制系统,以及转向系统。车辆操作系统也可包括其他系统,例如,HVAC、娱乐系统、通信系统以及防盗系统。所示的VCM 128为单片机控制模块,但可包括多个控制器装置,用于监测系统并控制各种车辆驱动器。VCM 128包括用于控制车辆横向运动的转向控制器(STRG)146。转向控制器146最好包括耦接于主动转向系统的电动助力转向系统(EPS),用于自动操作期间利用方向盘108控制转向轮的转弯角度,增加或代替操作员输入端,例如变换车道期间。示例性的主动转向系统允许车辆操作员进行基本的转向操作,包括必要时增大方向盘角度控制以实现优选转向角和/或车辆偏航角。应当理解,此处所述的控制方法适用于多种车辆转向控制系统的调节,例如电动助力转向系统,四/后轮转向式系统以及通过控制每个车轮牵引而产生偏航运动的直接偏航控制系统。
主体车辆101的乘客舱允许车辆操作员与安装在转向柱109上的方向盘108相互作用。输入装置110可采用机械方式安装在转向柱109上并且可与HMI控制器124连通。或者,输入装置110可在车辆操作员方便的位置,采用机械方式安装在转向柱109附近。输入装置110,即此处所示的从圆柱体109处突出的柄,包括接口装置,通过该接口装置,车辆操作员可在自动控制模式时发送指令操作车辆,例如通过指令启动自动车辆控制系统中的一个或多个系统。机械化输入装置110用作说明。本领域的一位普通技术人员懂得,所述输入装置10可被机械化运用在多个装置的任意一者或多者中,或者以控制器的形式采用,启动语音,或者运用到任何其他合适的系统。该输入装置110优选具有控制特征以及现有转向信号启动系统使用的安装位置。此外,其他输入装置,诸如杆,开关,按钮和语音识别输入装置可用于替代或附加于所述输入装置110。
HMI控制器124监听操作员请求并向操作员提供信息,信息包括车辆系统状态,服务和维护信息。HMI控制器124连通多个操作接口装置,并且/或者控制多个操作接口装置操作,其中操作接口装置能够发送与任一自动车辆控制系统操作的相关消息,包括敦促操作员运作的消息。HMI控制器124优选与监测与车辆操作员相关的生物特征数据的一个或者多个装置相连通,包括例如眼睛注视位置,姿势和头部位置跟踪等。该类生物特征监测装置和生物特征监测系统对于该领域技术人员来说是所知的。为了便于描述,HMI控制器124被描绘为单一装置,但此处所述系统的实施例中,HMI控制器124可以被配置为多个控制器及传感装置。
HMI控制器124与通信总线127连通,这样便与主体车辆101中的其他控制器相连。HMI控制器124经配置,用于监测从输入装置110输出的信号,利用从输入装置110输出的信号检测来自车辆操作员的激活信号并将该激活信号传送到通信总线127。HMI控制器124经配置,用于监测操作员输入信息中,操作员向方向盘108,加速器踏板和制动器踏板输入的信息。操作接口装置能够传送催促操作员行动的信息,包括电子可视显示模块,例如,液晶显示器(LCD)装置133、平视显示器(HUD)(未示出)、音频反馈装置132、可穿戴装置131以及触觉座椅130。操作接口装置,其能够促使操作员行动,优选由HMI控制器124控制或通过HMI控制器124控制。
图2示意性地示出了车辆内部的一部分,包括方向盘108的实施例,其中方向盘包括可控多色光条106形式的可视显示器。在一个实施例中,所述多色光条106可具有可控的照明能力,其照明能力包括调整颜色、颜色强度、条形长度以及诸如移动或跳动的动画效果中的一者或多者。多色光条106可设置在操作员视野内的任何地方。
其他操作接口装置可按照以下进行操作。HUD可将被反射到车辆挡风玻璃内侧上的信息投射到操作员视野中,包括传输与自动车辆控制系统中操作相关的置信度水平。HUD还可提供增强现实信息,诸如车道位置,车辆占用宽度,定向和/或导航信息等。HUD以及相关的系统对于该领域的技术人员来说是已知的。触觉座椅130可包括振动能力,其根据频率、速度、调制,和/或强度变化。声频反馈装置132可包括发声能力,发声能力根据频率、速度、调制和/或强度而变化。可穿戴装置131可包括振动能力,振动能力根据频率、速度、调制和/或强度而变化。
主体车辆101包括通信控制器19,该通信控制器具有能够进行车辆外部通信的无线远程信息处理通信系统,包括与具有无线和有线通信能力的通信网络系统210通信。通信控制器19可包括无线远程信息处理通信系统,该系统能够进行包括短距离车对车(V2V)通信的车辆外部通信。作为备选或作为附加,通信控制器19具有无线远程信息处理通信系统,其能与便携式装置19A,如移动电话、卫星电话或另一电话装置等进行短距离无线通信。实施例中,便携式装置19A加载有软件应用,包括与通信控制器19通信的无线协议,并且便携式装置19A执行车辆外通信,包括经由通信网络210与远程服务器220进行的通信。主体车辆101还可包括全球定位系统15和导航系统17,其可用于确定主体车辆101的地理位置。
实施例中具备智能公路系统,其配置为可监测多个车辆位置、速度和轨迹。实施例中,主体车辆101配置为可与通信网络210联通,包括在智能公路系统和主体车辆101之间进行通信。这包括可传达与主体车辆101相关的一个或多个车辆的地理位置,前进速度和加速率。实施例中,主体车辆101经配置,可经由通信网络210与远程服务器220连接。
该类术语控制器、控制模块、模块、控制、控制单元、处理器和类似术语是指专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理装置(例如微处理器)以及相关的非暂时性存储器部件中的任何一种或多种组合,非暂时性存储器部件为存储器以及存储装置(只读、程控只读、随机存取、硬盘驱动器等)形式。非暂时性存储器组件能够以一个或多个软件、固件程序或例程,组合逻辑电路,输入/输出电路和装置,信号调节和缓冲电路系统以及其他可通过一个或多个处理器访问以提供所述功能的元件的形式存储机器可读指令。输入/输出电路和装置包括模拟/数字转换器和监测来自传感器的输入信息的相关装置,并且采用采样频率或触发事件响应方式监测输入信息。软件,固件,程序,指令,控制例程,代码,算法以及类似术语是指包括校准和查找表在内的任何控制器可执行指令集。每个控制器执行控制例程以提供所期望的功能,其中包括监测来自感测装置和其他网络控制器输入信息的功能,以及执行诊断和控制指令以控制致动器操作的功能。例程可以以规定的间隔执行,例如操作期间每100微秒执行一次。此外,响应触发事件时执行例程。控制器之间的通信以及控制器,致动器和/或传感器之间的通信可使用直接有线的点对点链路,网络通信总线链路,例如,高速局域网通信总线127,无线电通讯链路或任何其它合适的通信链路。通信包括以任何合适的形式交换数据信号,包括例如经由导电介质发送的电信号,经由空气发射的电磁波信号,经经由光学波导管传送的光信号以及此类信号。所述数据信号可包括离散的,模拟的或所识数字化的模拟信号,代表来自传感器,致动器命令和控制器之间的输入信息。术语“信号”是指传达信息的任何物理上可识别的指示器,并且可以采用任何合适波形(例如电波、光波、磁波、机械波或电磁波),诸如DC、AC、正弦波、三角波、方波、震动以及能够穿过介质的其他波形。术语“模型”是指基于处理器的代码或处理器可执行的代码以及模拟装置物理存在或物理过程的相关校准。如本文所用,术语“动态”和“动态地”描述实时执行的步骤或过程,其特征在于监测或以其它方式确定参数状态,并且在例程执行期间或例程执行的迭代之间定期或周期性地更新参数状态。
如本说明书和权利要求书中所使用的,术语“例如”、“如”、“诸如”和“像”,以及动词“包括”、“具有”、“包含”,以及它们的其他动词形式,当它们与单一部件或多个产品列表结合使用时,每一者都被认为是非限制性的,这是指列表不被认为是排除其他附加部件或产品。其他术语将采用其最广泛的合理含义来解释,除非它们运用在要求不同解释的环境中。
图3采用图解方式示出了工艺300,工艺300确定并传送与主体车辆101实施例自动车辆操作系统操作有关的度规,其参照图1和图2所述。车辆操作期间,工艺300优选定期有规律地启动一个或多个自动车辆控制系统。作为非限制性示例,工艺300优选在自适应巡航控制系统操作时执行。实施例中,工艺300的某些或所有步骤可在远程服务器220中执行。与工艺300相对应,表1为配置导键,其中数字上有标号的块和对应功能将作如下阐述。
表1
执行过程300可按如下步骤进行。过程300的步骤可按任何合适的顺序执行,且不局限于参照图3所描述的顺序。车辆操作期间,车辆上的各种控制员确定各种环境状况(302)、车辆操作状况(304)、操作员状况(306)、和车辆外部状况(308)。环境状况优选包括涉及道路状况、天气、实时、入射光、交通流和类似状况的参数。车辆操作状况优先包括参数车速、负载和涉及驾驶、加速度、制动、处理器负载等之类的车辆动态能力。操作员状况优选包括涉及操作员注视点、手方位、姿势、跟车辆内部装置进行交互的参数。跟车辆内部装置之间的交互包括车辆控制或娱乐系统、任务时间、犯困时间以及类似的情况。车辆外部状况优选包括涉及交通状况和其他搜集于交通摄像机、基础设施传感系统,以及通过无线和/或卫星通信系统可获得的其他监视系统的参数。这可包括智能高速公路系统。车辆操作期间,环境状况、车辆操作状况、操作员状况和车辆外状况最好是任何时候都受到有规律的监测。
为了响应操作员指令启动其中一个自动车辆控制系统(309),执行算法以确定涉及自动车辆控制系统操作的置信度。涉及自动车辆控制系统操作的置信度是一种指示;由于涉及环境状况、车辆操作状况、操作员状况和车辆外部状况的参数,这种指示最好以数值的形式传达涉及自动控制系统连续操作的确定性或不确定性的方法。在一个实施例中,置信度是在涉及自动车辆控制系统连续操作的统计可能性的基础上确定的。该自动车辆控制系统考虑到涉及环境状况、车辆操作状况、操作员状况和车辆外部状况的参数。在一个实施例中,置信度具有范围在0%和100%之间的连续可变的数值。通过一个非限制性示例发现,在车流量最小和天气干燥的白天并限制车辆驶入的高速公路上进行车辆操作的状况下,操作ACC 126的置信度可有一个相对大的值。相反,当任何一个或所有之前提到的状况发生变化,如在地面街道、天黑后、交通越来越拥挤、潮湿、多雾或下雪天气操作车辆时,操作ACC126的置信度的值会下降。对操作员来说,置信度表示对自动车辆控制系统连续,或不连续操作的合理性。在一个实施例中,置信度计算至少部分建立在多个操作员集合体的置信度基础之上。在一个实施例中,置信度是由使用基于道路环境和历史的预测模式确定的。
参照图2,LCD装置133、平视显示器或另一个合适的视觉显示系统所示,通过方向盘108上的可控多色发光条106对涉及自动车辆控制系统的置信度(312)进行优先视觉显示。通过方向盘108上的可控多色发光条106对涉及自动车辆控制系统操作的置信度(312)进行视觉显示时,在一个实施例中它可能包括,置信度高时,发光条106显示鲜绿色;置信度降低时,黄色代替绿色;置信度显示需要车辆操作员立即注意和介入时,红色代替黄色(314)。
控制器确定操作员是否已注意到指示置信度的视觉显示器(316),比如可由跟HMI控制器124通信的监测生物统计数据的装置确定。控制器也确定是否有必要升级操作员通知。可能由于置信度的变化,或与操作员注视点、手方位、姿态、与诸如车辆控制或信息娱乐系统的车内装置进行的交互、任务时间、睡意等操作员状况中的一者或多者的状态的变化,就有必要升级操作员通知(318)。
如有必要升级操作员通知,就选择操作员通知的优选模式(320)。这优选包括选择操作员界面装置、平视显示器或另一种合适的视觉显示系统中的一者或多者,所述操作员界面装置能把置信度传输或传送给操作员,如音频反馈装置132、可穿戴装置131、触觉座椅130和LCD装置133。把置信度传送给操作员可包括如上指示则促使操作员行动。选择优选信号、优选信号调制和强度以传输置信度,并因此响应于置信度而促使操作员行行动(330),并且启动此通知(332)。操作员通知的优选模式,如音频反馈装置132、可穿戴装置131、触觉座椅130和LCD装置133,HUD可预选,或可在使用中响应的基础上习得。在一个实施例中,置信度的操作员通知可在独立的装置上显示,比如手持手机或平板电脑19A。
过程300被描述为图解车辆计算系统示例方法的流程图;该车辆计算系统收到来自一个或多个跟系统通信的控制器的指示。跟一个或多个控制器通信的车辆计算系统可通过计算机算法、机器可执行代码、非暂态计算机可读介质,或软件指令来执行;计算机算法、机器可执行代码、非暂态计算机可读介质,或软件指令被编程为合适的可编程逻辑车辆器件,比如一个或多个控制器、信息娱乐模块、以及跟车辆计算系统、移动装置通信的远程服务器200;移动装置包括跟车辆计算系统和/或服务器、另一个车内控制器、或其组合通信的手持手机或平板电脑19A。尽管流程图中所示的各种步骤可能看起来以时间顺序执行,至少一些步骤可以不同的顺序执行,而且有些步骤可同时执行或根本不执行。
这一概念向系统操作边缘的操作员或该系统的自动驾驶能力质量提供了模拟指示。为应对各种路况和天气条件,这可包括通过置信度向操作员传输关于系统性能的能力或水平上的变化信息。为回应不同的操作状况,可有效地通知操作员自动车辆控制系统是如何运作的。这允许操作员在使用自动车辆控制系统时可预期和调整注意力,从而更舒适地确保系统如愿或按预期运作。这可提高操作员的信心,鼓励操作员精力更加集中,使操作员对涉及置信度的任何通知作出适当反应。
详细的说明书和附图或图是对本教导的支持和描述,但本教导范围仅由权利要求书限定。尽管用于执行本教导的一些最佳模式和其他实施例已详细描述,但仍存在用于实施所附权利要求书中所限定的本教导的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种操作包括有自动车辆控制系统的车辆的方法,其包括:
在操作所述自动车辆控制系统的过程中:
确定车辆操作状况和环境操作状况,
确定车辆外部状况,
基于所述车辆操作状况、所述环境操作状况和所述车辆外部状况来确定与操作所述自动车辆控制系统相关的置信度,
经由操作员界面装置传输与操作所述自动车辆控制系统有关的所述置信度。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述置信度具有在0%与100%之间的范围上连续可变的数值。
3.根据权利要求1所述的方法,其中经由操作员界面装置传输所述置信度包括:经由电子视觉显示模块可视地显示所述置信度。
4.根据权利要求1所述的方法,其中经由操作员界面装置传输所述置信度包括:经由可控多色发光条可视地显示所述置信度。
5.根据权利要求1所述的方法,其中经由操作员界面装置传输所述置信度包括:经由平视显示器可视地显示所述置信度。
6.根据权利要求1所述的方法,其中经由操作员界面装置传输所述置信度包括:经由音频反馈装置传送所述置信度。
7.根据权利要求1所述的方法,其中经由操作员界面装置传输所述置信度包括:通过触觉座椅传送所述置信度。
8.根据权利要求1所述的方法,其中经由操作员界面装置传输所述置信度包括:经由可穿戴装置传送所述置信度。
9.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括:
检测与车辆操作员有关的生物统计数据,以及
基于所述生物统计数据而经由第二操作员界面装置传输所述置信度。
10.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括:
监测所述置信度,以及
响应于所述置信度的变化而经由第二操作员界面装置传输所述置信度。
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