CN107787282A - 用于自动化车辆的具有可变辅助的认知驾驶员辅助 - Google Patents

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Abstract

一种认知驾驶员辅助系统(10),包括物体检测设备(18)、操作者检测设备(22)、控制取代设备(30)和控制器(20)。物体检测设备(18)可操作用于检测物体(16)何时接近主车辆(14)。操作者检测设备(22)可操作用于确定主车辆(14)的操作者(12)何时意识到了所述物体(16)。控制取代设备(30)可操作用于在操作者(12)正在驾驶主车辆(14)时限制操作者(12)的操作者权力(32)。控制器(20)被配置为在操作者(12)未意识到所述物体(16)时根据操作者权力(32)对控制取代设备(30)进行操作,从而取代操作者(12),并避免与所述物体(16)的冲突。

Description

用于自动化车辆的具有可变辅助的认知驾驶员辅助
技术领域
本公开内容总体上涉及认知驾驶员辅助系统,更具体而言,涉及在操作者未意识到接近车辆的物体时限制或者取代(override)操作者对车辆的控制的系统。
背景技术
已知为车辆配备提醒操作者有物体接近该操作者驾驶的主车辆或者从操作者那里接管对所述主车辆的控制以避免与接近所述主车辆的物体发生碰撞的系统。然而,在一些情况下,如果操作者是警觉的,而且完全意识到该物体的存在/位置,那么所述提醒或者接管控制可能是不必要的和/或恼人的。
发明内容
文中描述了一种认知驾驶员辅助系统,其改变警报的警报强度或者改变该系统接管对操作者所驾驶的主车辆的控制的程度。根据操作者对接近主车辆或者处于主车辆的行驶路径内的特定物体的意识程度的量度来确定警报强度和接管权力。例如,如果操作者看起来疲乏或者注意力不集中,那么可以提高警报的警报强度以唤醒操作者,和/或可以限制允许操作者对主车辆进行人工操作的操作者权力的量,以使得为自动化车辆操作提供的自动化控制可以取代由操作者操作的人工控制,并暂时接管对主车辆的控制。应当指出,主车辆的自动化操作包括从部分自动化到全自动化(即,自主操作,其中,)的各种选项,在部分自动化中,例如,仅速度控制是自动化的,在全自动化中,主车辆的操作者只是比乘客略多一点地参与对主车辆的操作。
根据一个实施例,提供了一种认知驾驶员辅助系统。所述系统包括物体检测设备、操作者检测设备、控制取代设备和控制器。所述物体检测设备可操作用于检测物体何时接近主车辆。所述操作者检测设备可操作用于确定主车辆的操作者何时意识到所述物体。所述控制取代设备可操作用于在操作者正在驾驶主车辆时限制操作者的操作者权力。所述控制器被配置为在操作者未意识到所述物体时根据操作者权力对控制取代设备进行操作,从而取代操作者并避免与所述物体的冲突(interference)。
其它特征和优点在阅读了下文对优选实施例的详细描述之后将变得更加显而易见,所述对优选实施例的详细描述是仅以非限制性示例的方式参考附图给出的。
附图说明
现在将以举例的方式参考附图来描述本发明,在附图中:
图1是根据一个实施例的认知驾驶员辅助系统的图示;
图2是根据一个实施例的图1的系统经历的示例性交通情形;
图3是根据一个实施例的图1的系统经历的示例性交通情形;
图4是根据一个实施例的图1的系统经历的示例性交通情形;
图5是根据一个实施例的图1的系统经历的示例性交通情形;以及
图6是根据一个实施例的图1的系统经历的示例性交通情形。
具体实施方式
图1示出了下文被称为系统10的认知驾驶员辅助系统10的非限制性示例。概括而言,系统10被配置为基于操作者12对接近主车辆14的物体16的认知状态来辅助操作者12对主车辆14进行人工操作。系统10为操作者12提供的辅助水平可以是变化的,其可以简单到只是在诸如另一车辆之类的物体16存在于操作者12的所谓的盲区内时点亮警报指示器,也可以复杂到采取对主车辆14的全面控制,即,完全取代操作者12,从而避免与物体16的碰撞,下文将对此予以更为详细的描述。文中描述的系统10相对于现有技术的驾驶员辅助系统的一个优势在于,系统10将考虑操作者12的认知状态,因而能够确定辅助操作者12所需的辅助水平。例如,如果操作者12没有意识到与警报相关的特定物体,那么可以提高可听警报指示器的音量。
相应地,系统10包括物体检测设备18,其可操作用于或可用于检测物体16何时接近主车辆14。物体检测设备18可以包括但不限于被适当地配置为检测主车辆14周围的各种物体的视频摄像机、雷达单元和/或激光雷达单元。作为另一个示例而非限制,可以采用摄像机来捕捉物体的图像,例如,所述物体为其它车辆、建筑物、道路标志、行人、车道标记、道路危险物、施工区标记以及所处位置接近主车辆14或者处于主车辆14周围的其它物体。
可以将来自摄像机的信息与来自雷达单元和/或激光雷达单元的检测信息相结合,以形成主车辆14周围的区域内的各个物体的二维或三维图。通过物体检测设备18的操作收集的信息可以被提供给控制器20,以供做进一步分析。亦即,物体检测设备18实际上可以不亲自确定物体16的位置或分类。通常,该任务会落到控制器20身上,但这不是系统10的要求。换言之,物体检测设备18或者控制器20可以执行确定物体16的相对位置或分类所需的数据或信号处理。
物体检测设备18还可以包括车辆到车辆(V2V)收发器。如果物体16是也配备了V2V收发器的另一车辆,那么即使操作者12由于两者之间的视线受到遮挡而看不到所述另一车辆,系统10也能够通知操作者12另一车辆正在接近。
系统10可以被配置为基于从物体检测设备18接收的信号对物体16分类。例如,如果物体16是垂直于主车辆14的行驶方向行走的行人,那么来自激光雷达单元或者雷达单元的信号可以具有由行人双腿的往复运动引起的特有识别标志。类似地,从移动的车辆反射的雷达回波可以包括由移动的车辆的车轮的旋转运动引起的微波动。这一信息可以任选地与其它已知图象处理技术相结合,从而将物体分类为,例如,行人、另一车辆、施工区标记、动物、道路障碍等。还可以采用有关物体16的运动的信息来对物体16进行分类,并向物体16分配诸如速度、轨迹、加速度/负加速度等之类的运动相关的参数。因而,物体检测设备18可操作用于检测物体16何时接近主车辆14,即,处于主车辆14的近旁,处于其行驶路径当中,或者正在向主车辆14的行驶路径靠近。
控制器20可以包括诸如微处理器之类的处理器(未专门示出)或者诸如模拟和/或数字控制电路之类的其它控制电路,包括用于处理数据的专用集成电路(ASIC),这些对于本领域技术人员而言是显而易见的。控制器20可以包括存储器(未专门示出),其包括非易失性存储器,例如,用于存储一个或多个例程、阈值和捕捉的数据的电可擦可编程只读存储器(EEPROM)。所述一个或多个例程可以由所述处理器执行,以执行如文中所述的用于对控制器20接收的信号进行处理以便对主车辆14进行操作的步骤。
系统10还包括操作者检测设备22,其可操作用于或可用于确定主车辆14的操作者12何时意识到了物体16。操作者检测设备22可以包括被配置为在可见光谱和/或红外光谱内捕捉操作者12的图像的摄像机以及发射处于所述光谱的适当部分内的光以使所述摄像机不管环境照明条件如何都能够看到操作者12的光源。操作者检测设备22或者控制器20可以对操作者12的图像进行处理/分析,从而(例如)判断操作者12的眼睛是否是闭上的(闭上表示操作者12睡着了),判断操作者的头部姿势是否以指示操作者12感到疲劳的方式而变化,和/或判断操作者12的目视方向指示操作者12已经看到或者尚未看到物体16。确定操作者12的认知状态,例如,操作者正在看向何处(目视方向),和/或操作者12是否警觉(眨眼、头部姿势变化)的图像处理技术是已知的。
如果通过操作者检测设备22观测到或者确定操作者12的目视方向并未处于允许操作者12直接地、通过反光镜或者通过周边视觉看到物体16的方向,那么其可以表明操作者12并未意识到物体16。如果系统10确定操作者12并未意识到物体16,而且物体16相对于主车辆14的相对位置使得碰撞或者冲突有可能发生,那么系统10可以采取各种行动来辅助操作者12避免与物体16的碰撞或冲突。如文中所使用的,与物体16的冲突是指,主车辆14的轨迹和物体16的轨迹使得如果没有任何一方做出改变那么将很可能发生碰撞。作为示例而非限制,当物体16为正在主车辆14旁边的车道内行驶的另一车辆并处于操作者12的盲区内,并且操作者12对主车辆14的操作方式使得另一车辆需要转向以避免碰撞时,出现了冲突的示例。亦即,未发生碰撞,但是是由于另一车辆采取了避免与主车辆14碰撞的措施才避免了碰撞。
在系统10的一个实施例中,控制器20可以被配置为在物体检测设备18检测到物体16时针对主车辆14的操作者12输出警报信号24。所述警报信号24被提供给警报设备26,所述警报设备26可以包括(例如)诸如被点亮的指示器或者可重配置显示器的高亮区域之类的可视警报设备、诸如蜂鸣器或扬声器之类的可听警报设备和/或诸如位于主车辆14的座位或者方向盘内的振动设备之类的触觉警报设备。
在这一实施例中,警报信号24的特征在于可变的警报强度28。例如,可以通过提高可听警报的音量、提高可视警报的加亮强度或者剧烈闪烁、和/或同时结合可从警报设备26获得的警报类型中的两者或更多者来提高警报设备26发出的警报的强度。可以设想,警报强度28最初被设置为零或空,从而不发出任何警报,即,没有任何警报设备被激活,并且警报强度28的提高对应于从不发出任何警报到发出某些警报的变化。亦即,不要求提高警报强度28一定意味着初始警报强度不为零或空。
文中描述的系统10是相对于现有技术的系统的改进,因为控制器20被配置为在操作者12未意识到物体16时提高警报强度28。亦即,并非在操作者12警觉并且意识到物体16时和在操作者12困乏并且未意识到物体16时以相同的强度发出警报,反之系统10将基于操作者12的意识的认知状态,尤其是基于操作者12是否意识到了物体16的存在,而改变警报强度28。下文将描述几种具体的交通情形,这将使得文中描述的系统10的优势变得显而易见。
在另一实施例中,系统10包括控制取代设备30,其可操作用于在操作者12正在驾驶主车辆14时限制操作者12的操作者权力32。如文中使用的,“限制操作者权力”是指限制操作者对主车辆14的某一方面的运行进行人工控制的能力,即,在一定程度上避免或者限制操作者12对主车辆14进行完全人工控制的能力。控制器20指示,通过将操作者权力32设置到“全权”以外来对操作者权力32加以限制。控制器20通过激活控制取代设备30而完全或者部分地取代对主车辆14的人工控制。作为示例而非限制,控制取代设备30可以包括转向取代设备34、加速器取代设备36和制动器取代设备38中的一个或多个。
作为另一个示例,控制器20可以对转向取代设备34进行操作,从而取代来自操作者12的驾驶盘输入,以避免操作者12执行变道,因为物体检测设备18检测到了在主车辆14附近的其它车辆,而如果进行变道操作将会发生碰撞。类似地,控制器20可以对转向取代设备34进行操作,从而取代操作者12将方向盘握在固定位置上以使主车辆14转向,从而避开在主车辆14的行车道内的一些破碎物。
在一个非限制性配置中,转向取代设备34可以向主车辆14的转向系统施加力,其物理地压制(over-power)操作者12所做的影响主车辆14的转向的任何尝试。当在操作者12用于使主车辆14转向的驾驶盘与主车辆14的转向轮(例如,前轮)之间存在不可中断的机械连接时,这种配置可以是优选的。在替代配置中,转向系统可以包括可操作用于使驾驶盘与前轮机械解耦的转向离合器,或者转向系统可以是线控转向型系统,因而能够容易地忽略操作者12对驾驶盘的旋转。
如上文的示例以及下文给出的其它示例中所述,在操作者12未意识到物体16的存在并且可能发生碰撞或冲突时,可以对操作者12为了达成对主车辆14的预期操作而指示的内容加以限制或忽略,从而有利于根据控制器20对主车辆14进行操作。亦即,控制器20可以被配置为,在操作者12未意识到物体16时根据操作者权力32对控制取代设备30进行操作,从而取代操作者12,避免与物体16的冲突。
图1显示有两个权力等级:全权和限权。然而,可以设想很多部分权力等级,并且指定的等级可以基于操作者检测设备22对操作者所做的定期观测。还可以设想,将向操作者12提供警报的动作与取代操作者12所做的对主车辆14进行人工控制的努力相结合。例如,在控制器20确定操作者12未意识到物体16时,控制器20可以首先以处于相对较低的水平的警报强度28来激活警报设备26,之后在控制器20确定通过激活控制取代设备30来限制操作者权力32之前将警报强度28提高到较高水平。
控制器20还可以被配置为基于操作者12执行的先前的交通策略42来确定操作者12的操作者行为特性40。如文中使用的,操作者行为特性40用于表征操作者12的驾驶习惯或驾驶风格。操作者行为特性40可以包括或者可以涉及但不限于操作者12相对于公布的速度限制驾驶得有多快,即,操作者12的驾驶速度通常超过或者低于所公布的速度限制多少英里每小时。其它示例包括操作者12从停止开始加速有多快,在接近十字路口时操作者12减速到停止有多快,操作者12看后视镜和侧视镜或者扫视主车辆14周围的区域的频率如何、以及操作者12在变道之前预先多长时间激活转弯信号。控制器20可以基于操作者12看起来已经实际检测到了系被统10检测到和/或正在跟踪的物体的存在的次数的百分比来计算先前物体检测评分44。
控制器20还可以被配置为确定指示在主车辆14和物体16之间发生冲突的概率的冲突风险46。如文中使用的,“冲突概率”包括但不限于实际碰撞的概率的估计和/或操作者12、主车辆14或者接近主车辆14的某一其它车辆(物体)的观测到的行为需要一定的改变才能避免碰撞的概率的估计。控制器20可以基于先前交通策略42和冲突风险46来确定警报强度28和/或操作者权力32。下文将提供各种交通情形的示例,从而进一步解释到目前为止描述的控制器20如何进行操作,以辅助操作者12对主车辆14进行操作。
图2示出了主车辆14正在靠近行驶在道路50当中的卡车48的非限制性示例,其中,卡车48行驶得比主车辆14慢而且与之处于同一车道内,因而主车辆14可能要超过卡车48。在这一示例中,物体16是行驶得比主车辆14快并且处于主车辆14可能用于对卡车48超车的车道内的其它车辆52。控制器20观测到的操作者行为特性40可以包括操作者12在靠近处于主车辆14前方的另一车辆时倾向于减慢速度而不是保持恒定速度并及时变道的指示。而且,在操作者12执行变道时,控制器20可以被配置为测量操作者12完成变道所用的时间。亦即,操作者行为特性40可以包括存储在控制器20中的且基于操作者12执行的先前变道(先前交通策略42)的变道间隔(未示出)。
相应地,冲突风险46可以包括针对其它车辆52与主车辆14之间的冲突对冲突前时间(time to interference)54的估计。控制器20可以被配置为基于变道间隔与冲突前时间54的比较结果来确定警报强度28。例如,在操作者12看起来正在打算实施变道时,可以随着冲突前时间54(图1)的缩短而提高警报的音量。或者,与改变警报强度28相结合,控制器20可以在其它车辆52过快地靠近时限制操作者权力32并阻止操作者12为了对卡车48超车而变道,以避免严重的冲突。
继续参考图2,作为另一个示例,物体16可以是在主车辆的操作者12的所谓的盲区内行驶的其它车辆56。操作者行为特性40可以包括在操作者12对主车辆14转向时对主车辆14的车道位置变化的量度。控制器20还可以基于其它车辆56的先前行驶路径59来确定所述其它车辆56的类似特性。冲突风险46可以由控制器20确定,可以包括在其它车辆56处于主车辆14旁边时对所述其它车辆56与主车辆14之间的冲突概率的确定(未具体示出)。亦即,控制器20可以估计由于主车辆14和/或其它车辆56迂回前行(weave)而发生碰撞的风险。
如果所述车辆并未迂回前进并且操作者12意识到了其它车辆56,那么控制器20可以以相对较低的强度发出盲区警报。然而,如果冲突概率被估计为大于存储在控制器20中的风险阈值(未示出),那么控制器20可以通过使可听警报更响和/或在显示器上显示消息来提高警报强度28,以指示操作者12正在过度地迂回前进而其它车辆56接近主车辆14。作为替代,或者与提高警报强度28相结合,控制器20可以限制操作者权力32,并经由转向取代设备34对转向系统提供一定的转向阻尼以试图降低车道位置变化58的值,由此避免操作者12迂回前行。
图3示出了另一非限制性示例,其中,主车辆14正在道路60上行驶,物体16固定在主车辆14的行驶路径62中的一个位置处不动。例如,物体16可以是从先前在道路60上行驶的卡车(未示出)遗落的碎片64。控制器20还可以被配置为估算主车辆14与物体16(碎片64)的碰撞前时间66(图1)。可以设想,碰撞前时间66是基于这样一种假设计算的,即,主车辆沿行驶路径62前进而没有速度或轨迹变化。
如果碰撞前时间相对较长,例如,长于5秒钟,那么控制器20可以将警报强度28设置得相对较低,并且只点亮主车辆14的操作者12可观察到的指示器。然而,如果碰撞前时间66短于存储在控制器20中的时间阈值(未示出),例如,短于2秒钟,并且/或者操作者12的目视方向表明操作者并未意识到碎片64,那么控制器20可以通过另外激活可听警报和/或激活使操作者12的座位振动的触觉设备来提高警报强度28。作为替代或者与提高警报强度28相结合,控制器20可以在操作者12未意识到物体16时限制操作者权力32,激活转向取代设备34,并对转向取代设备34进行操作以避让物体16。
继续参考图3,物体16可以是正在靠近主车辆14的行驶路径62的行人或动物68。控制器20还可以被配置为基于行人或动物68与主车辆14两者的速度和相对轨迹来估算主车辆14与行人或动物68的碰撞前时间66。如果物体是行人(例如,人),那么可以采用物体检测设备18的摄像机来确定行人的目视方向,以判断该行人是否意识到了主车辆14。在碰撞前时间66短于某一时间阈值(例如,2秒)并且操作者12并未意识到行人或动物68时,控制器20可以提高警报强度28。作为替代或者与提高警报强度28相结合,控制器20可以在操作者12未意识到行人或动物68时激活或者操作制动器取代设备38和/或加速器取代设备36,以停止主车辆14。
图4示出了另一非限制性示例,其中,主车辆14正在道路70上行驶,物体16是针对主车辆14的行驶路径74的交通信号72。控制器20(图1)还可以被配置为,在操作者12并未开始制动以使主车辆停在十字路口78处的情况下,估算主车辆14对交通信号72的违反前时间76(图1),并在违反前时间76短于某一时间阈值(例如,3秒)并且操作者12并未意识到物体16(交通信号72)时提高警报强度28。可以设想,所述阈值时间可以基于主车辆14的当前行驶速度而变化,例如,行驶速度越高阈值时间越长。作为替代或者与提高警报强度28相结合,控制器20可以在操作者12未意识到交通信号72时激活或者操作制动器取代设备38和/或加速器取代设备36,从而使主车辆14在进入十字路口78之前停止。
图5示出了另一非限制性示例,其中,主车辆14正在道路80上行驶,并且物体16是经由十字路口84的交叉车道86靠近十字路口84的其它车辆82。在这种情形下,主车辆14停止并准备进入十字路口84以便开始转弯或直行。交叉车道86上的交通车辆不需要停止,因而如果主车辆14在其它车辆82抵达十字路口84之前行进到十字路口84当中,那么应当考虑冲突前时间54(图1)和/或碰撞前时间66。优选地,控制取代设备30包括加速器取代设备36,并且控制器20在操作者12未意识到其它车辆82时可以对加速器取代设备36进行操作,以阻止操作者12进入十字路口84。作为替代或者与操作制动器取代设备38相结合,控制器20可以在操作者12未意识到其它车辆82时提高警报强度28,并且/或者控制器20可以激活或者操作加速器取代设备36,从而使主车辆14从所示位置移开。
一种与图5有关的替代情形是,当主车辆14如图所示停止并准备右转时,有一辆自行车(未示出)正在从主车辆14后面靠近十字路口。系统10可以确定如果开始右转那么自行车将与主车辆14碰撞或冲突,并且可以在冲突发生之前提高警报强度28。
图6示出了另一个非限制性示例,其中,主车辆14正在道路90上行驶,并且物体16是正在靠近道路90的铁路-道路交叉口94的火车92。控制取代设备30有利地包括制动器取代设备38,并且控制器20在操作者12未意识到火车92时对制动器取代设备38进行操作,以防止操作者12停在铁路-道路交叉口94。可以设想主车辆14可能需要向前行进并与停着的车辆96接触才能避开火车92的撞击。作为替代或者与操作加速器取代设备36相结合,控制器20可以在操作者12未意识到火车92时提高警报强度28,并且/或者控制器20可以激活或者操作制动器取代设备38,从而使主车辆14保持在所示位置处。
因此,提供了一种认知驾驶员辅助系统(系统10)和用于系统10的控制器20。控制器20能够确定操作者12的认知状态,例如,能够确定操作者何时是警觉的并且意识到了排布在主车辆14周围的物体,以及操作者何时是非警觉的并且未意识到特定物体(物体16)。如果控制器20在操作者未意识到物体16时确定了操作者12正在采取的操作以外的操作,那么控制器可以提高提供给操作者12的警报的警报强度28,并且/或者完全或者部分地接管对主车辆14的控制,并对主车辆14进行操作,从而避免与物体16的碰撞或冲突。
尽管已经关于本发明的优选实施例对本发明做出了描述,但是这并非意在将本发明限定于此,而是本发明仅受所附权利要求书中阐述的范围的限定。

Claims (7)

1.一种认知驾驶员辅助系统(10),所述系统(10)包括:
物体检测设备(18),所述物体检测设备(18)可操作用于检测物体(16)何时接近主车辆(14);
操作者检测设备(22),所述操作者检测设备(22)可操作用于确定所述主车辆(14)的操作者(12)何时意识到了所述物体(16);
控制取代设备(30),所述控制取代设备(30)可操作用于在所述操作者(12)正在驾驶所述主车辆(14)时限制所述操作者(12)的操作者权力(32);以及
控制器(20),所述控制器(20)被配置为在所述操作者(12)未意识到所述物体(16)时,根据所述操作者权力(32)对所述控制取代设备(30)进行操作,从而取代所述操作者(12)并避免与所述物体(16)的冲突。
2.根据权利要求1所述的系统(10),其中,所述控制取代设备(30)包括转向取代设备(34)、加速器取代设备(36)和制动器取代设备(38)中的一者或多者。
3.根据权利要求1所述的系统(10),其中,所述物体(16)是存在于所述主车辆(14)旁边的其它车辆(52),所述控制取代设备(30)包括转向取代设备(34),并且所述控制器(20)在所述操作者(12)未意识到所述其它车辆(52)时对所述转向取代设备(34)进行操作,以阻止所述操作者(12)改变车道。
4.根据权利要求1所述的系统(10),其中,所述物体(16)是经由十字路口(78)的交叉车道(86)正在靠近所述十字路口(78)的其它车辆(52),所述控制取代设备(30)包括加速器取代设备(36),并且所述控制器(20)在所述操作者(12)未意识到所述其它车辆(52)时对所述加速器取代设备(36)进行操作,以避免所述操作者(12)进入所述十字路口(78)。
5.根据权利要求1所述的系统(10),其中,所述物体(16)是正在靠近铁路-道路交叉口的火车(92),所述控制取代设备(30)包括制动取代设备(38),并且所述控制器(20)在所述操作者(12)未意识到所述火车(92)时对所述制动取代设备(38)进行操作,以避免所述操作者(12)停在所述铁路-道路交叉口上。
6.根据权利要求1所述的系统(10),其中,所述物体(16)在所述主车辆(14)的行驶路径(62)中的某一位置处静止不动,所述控制取代设备(30)包括转向取代设备(34),并且所述控制器(20)在所述操作者(12)未意识到所述物体(16)时对所述转向取代设备(34)进行操作,以避让所述物体(16)。
7.根据权利要求1所述的系统(10),其中,所述物体(16)是正在靠近所述主车辆(14)的行驶路径(62)的行人或动物(68),所述控制取代设备(30)包括制动取代设备(38)和加速器取代设备(36),并且所述控制器(20)在所述操作者(12)未意识到所述行人或动物(68)时对所述制动取代设备(38)和所述加速器取代设备(36)进行操作,以使所述主车辆(14)停止。
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