CN108688722B - 方向盘致动 - Google Patents

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Abstract

一种车辆中的计算装置可以被编程为确定碰撞时间和安全行驶场、基于(a)安全行驶场和(b)预定时间阈值来选择第一和第二触觉输出中的一个。该计算装置可以在碰撞时间大于预定时间阈值时通过方向盘传递第一触觉输出，并且在碰撞时间小于或等于预定时间阈值时通过方向盘传递第二触觉输出。

Description

方向盘致动
技术领域
本发明涉及车辆的方向盘，并且更具体地，涉及一种方向盘致动的方法和系统。
背景技术
车辆可以配备为在自主模式和乘员驾驶模式下操作。车辆可以配备有计算装置、网络、传感器和控制器以获取关于车辆的环境的信息并且基于该信息驾驶车辆。一种计算装置也可以配备有计算装置、网络、传感器和控制器以获取关于车辆的乘员的信息并且基于该信息驾驶车辆。在自主模式下的车辆可以为乘员提供移动周围的座位以进行交际、使座椅倾斜以睡觉或观看电视屏幕、无需观察道路的能力。
发明内容
根据本发明，提供一种方法，包含：
确定碰撞时间和安全行驶场；
基于(a)安全行驶场和(b)预定时间阈值来选择第一触觉输出和第二触觉输出中的一个；
当碰撞时间大于预定时间阈值时，通过方向盘传递第一触觉输出；并且
当碰撞时间小于或等于预定时间阈值时，通过方向盘传递第二触觉输出。
根据本发明的一个实施例，其中第一触觉输出是低紧迫性触觉输出，并且第二触觉输出是高紧迫性触觉输出。
根据本发明的一个实施例，该方法进一步包含估算乘员反应时间，其中碰撞时间包括估算的乘员反应时间。
根据本发明的一个实施例，其中第一触觉输出和第二触觉输出作为方向盘上的旋转力被传递。
根据本发明的一个实施例，其中第一触觉输出和第二触觉输出包括是多个不同模式中的一个的模式，每个模式基于感知紧迫性。
根据本发明的一个实施例，该方法进一步包含向乘员显示碰撞时间。
根据本发明的一个实施例，该方法进一步包含向乘员显示安全行驶场。
根据本发明的一个实施例，该方法进一步包含基于虚拟可转向路径多项式来确定安全行驶场。
根据本发明的一个实施例，该方法进一步包含确定安全行驶场包括确定车道变换操纵。
根据本发明的一个实施例，其中预定时间阈值是三秒。
根据本发明，提供一种装置，该装置包含计算机，该计算机被编程为：
确定碰撞时间和安全行驶场；
基于(a)安全行驶场和(b)预定时间阈值来选择第一触觉输出和第二触觉输出中的一个；
当碰撞时间大于预定时间阈值时，通过方向传递第一触觉输出；并且
当碰撞时间小于或等于预定时间阈值时，通过方向盘传递第二触觉输出。
根据本发明的一个实施例，其中第一触觉输出是低紧迫性触觉输出，并且第二触觉输出是高紧迫性触觉输出。
根据本发明的一个实施例，该计算机被编程为估算乘员反应时间，其中碰撞时间包括估算的乘员反应时间。
根据本发明的一个实施例，该计算机被编程为将第一触觉输出和第二触觉输出作为方向盘上的旋转力进行传递。
根据本发明的一个实施例，其中第一触觉输出和第二触觉输出包括是基于碰撞时间的多个不同模式中的一个的模式。
根据本发明的一个实施例，该计算机被编程为向乘员显示碰撞时间。
根据本发明的一个实施例，该计算机被编程为向乘员显示安全行驶场。
根据本发明的一个实施例，该计算机被编程为基于虚拟可转向路径多项式来确定安全行驶场。
根据本发明的一个实施例，其中确定安全行驶场包括确定车道变换操纵。
根据本发明的一个实施例，其中预定时间阈值是三秒。
附图说明
图1是示例车辆的框图；
图2是示例交通场景的图；
图3是示例交通场景的图；
图4是两个示例交通场景的图；
图5是示例交通场景的图；
图6是示例交通场景的图；
图7是具有提示显示器的示例车辆内饰的图；
图8是示例车辆提示显示器的图；
图9是示例车辆提示显示器的图；
图10是示例车辆提示显示器的图；
图11是示例车辆提示显示器的图；
图12是示例车辆提示显示器的图；
图13是示例车辆提示显示器的图；
图14是示例触觉输出的图；
图15是示例交通密度和盲点信号曲线图的图；
图16是示例牵引圆的图；
图17是具有提示抬头显示器的车辆内饰的图；
图18是用于传递触觉输出的示例过程的流程图；
图19是用于传递触觉输出的示例过程的流程图。
具体实施方式
车辆可以配备为在自主模式和乘员驾驶模式下操作。通过半自主或完全自主模式，我们指的是其中车辆可以由计算装置驾驶的操作模式，该计算装置作为具有传感器和控制器的车辆信息系统的一部分。车辆可以被占用或者未被占用，但是在任一情况下车辆都可以在没有乘员帮助的情况下驾驶。为了本发明的目的，自主模式被定义为其中车辆推进(例如，通过包括内燃发动机和/或电动马达的动力传动系统)、制动和转向中的每个都由一个或多个车辆计算机控制的模式；在半自主模式下，车辆计算机控制车辆推进、制动和转向中的一个或两个。
车辆可以配备有计算装置、网络、传感器和控制器以驾驶车辆并且确定周围真实(即，物理)世界(包括诸如道路的特征)的地图。车辆可以被驾驶并且地图可以基于在周围真实世界中定位且识别道路标志来确定。通过驾驶我们指的是指引车辆的运动以便沿着道路或路径的其他部分移动车辆。
本文公开的是一种方法，该方法包含确定碰撞时间和安全行驶场、基于(a)安全行驶场和(b)预定时间阈值来选择第一和第二触觉输出中的一个、当碰撞时间大于预定时间阈值时通过方向盘传递第一触觉输出、并且当碰撞时间小于或等于预定时间阈值时通过方向盘传递第二触觉输出。第一触觉输出可以是低紧迫性触觉输出并且第二触觉输出可以是高紧迫性触觉输出。
该方法可以包括估算乘员反应时间，其中碰撞时间可以包括估算的乘员反应时间。第一和第二触觉输出可以作为方向盘上的旋转力传递，并且第一和第二触觉输出可以包括是多个不同模式中的一个的模式，每个模式都基于感知紧迫性。该碰撞时间可以被显示给乘员。
安全行驶场可以被显示给乘员，并且安全行驶场可以基于虚拟可转向路径多项式来确定。可以确定安全行驶场，包括确定车道变换操纵，其中预定时间阈值是三秒。多个不同模式可以包括按照感知紧迫性的顺序排列的模式，其中多个不同模式各自基于安全行驶场指示转向的方向。可以确定车道变换操纵，该车道变换操纵允许车辆保持预定速度并且将预测的横向加速度保持在预定极限内。
进一步公开的是一种计算机可读介质，该计算机可读介质存储用于执行上述方法步骤中的一些或全部的程序指令。进一步公开的是一种计算机，该计算机被编程用于执行上述方法步骤中的一些或全部，该计算机包括计算机装置，该计算机装置被编程为确定碰撞时间和安全行驶场、基于(a)安全行驶场和(b)预定时间阈值来选择第一和第二触觉输出中的一个、当碰撞时间大于预定时间阈值时通过方向盘传递第一触觉输出、并且当碰撞时间小于或等于预定时间阈值时通过方向盘传递第二触觉输出。第一触觉输出可以是低紧迫性触觉输出并且第二触觉输出可以是高紧迫性触觉输出。
计算机可以被编程为估算乘员反应时间并且传递作为方向盘上的旋转力的第一和第二触觉输出，其中碰撞时间包括估算的乘员反应时间，其中第一和第二触觉输出包括是基于碰撞时间的多个不同模式中的一个的模式。计算机可以被编程为向乘员显示碰撞时间并且向乘员显示安全行驶场。计算机可以被编程为基于虚拟可转向路径多项式来确定安全行驶场，其中安全行驶场可以包括车道变换操纵并且其中预定时间阈值是三秒。
图1是根据所公开的实施方式的车辆信息系统100的图，该车辆信息系统100包括可在自主(在本发明中“自主”本身指的是“完全自主”)模式和乘员驾驶(也称为非自主)模式下操作的车辆110。车辆110还包括用于在自主操作期间执行用于驾驶车辆110的计算的一个或多个计算装置115。计算装置115可以从传感器116接收关于车辆的操作的信息。
计算装置115包括诸如已知的处理器和存储器。此外，存储器包括一种或多种形式的计算机可读介质，并且存储可由处理器执行的用于执行包括如本文所公开的各种操作的指令。例如，计算装置115可以包括用于操作车辆制动、推进(例如，通过控制内燃发动机、电动马达、混合动力发动机等中的一个或多个来控制车辆110中的加速度)、转向、气候控制、内部和/或外部灯等中的一个或多个，以及用于确定是否且何时是计算装置115而不是人类操作者控制这种操作的程序设计。
计算装置115可以包括多于一个计算装置，或者例如通过如下文进一步所描述的车辆通信总线通信地连接到多于一个计算装置，例如包括在车辆110中用于监测和/或控制各种车辆部件的控制器等等，诸如动力传动系统控制器112、制动控制器113、转向控制器114等。计算装置115被通常设置用于在诸如控制器局域网(CAN)等等的车辆通信网络(例如，车辆100中的总线)上进行通信，该车辆110网络可以包括诸如已知的有线和/或无线通信机制，例如，以太网或其他通信协议。
通过车辆网络，计算装置115可以将消息传递给车辆中的各种装置和/或从各种装置(例如，控制器、致动器、传感器(包括传感器116)等)接收消息。供选择地或另外，在计算装置115实际上包含多个装置的情况下，车辆通信网络可以用于在本发明中表示为计算装置115的装置之间的通信。此外，如下所述，各种控制器和/或感测元件可以通过车辆通信网络来将数据提供给计算装置115。
此外，计算装置115可以被配置用于由网络130通过车辆-对-基础设施(V-对-I)接口111与远程服务器计算机120(例如，云服务器)进行通信，该网络130如下所述可以利用各种有线和/或无线网络技术，例如蜂窝、蓝牙
Figure BDA0001609189120000071
和有线和/或无线分组网络。计算装置115可以被配置用于使用车辆-对-车辆(V-对-V)网络通过V-对-I接口111与其他车辆110进行通信，该车辆-对-车辆(V-对-V)网络在邻近车辆110之间临时形成或者通过基于基础设施的网络形成。计算装置115还包括诸如已知的非易失性存储器。计算装置115可以通过将信息存储在非易失性存储器中以供以后由车辆通信网络和到服务器计算机120或用户移动设备160的车辆对基础设施(V-对-I)接口111检索和传输来记录信息。
如已经提到的，通常包括在存储在存储器中并且可由计算装置115的处理器执行的指令中的是用于操作一个或多个车辆110部件例如制动、转向、推进等而不需要人类操作者干预的程序设计。使用在计算装置115中接收到的数据，例如来自传感器116、服务器计算机120等的传感器数据，计算装置115可以做出各种确定和/或控制各种车辆110部件和/或操作而不需要驾驶员操作车辆110。例如，计算装置115可以包括用于调节车辆110的操作行为(例如速度、加速度、减速度、转向等)以及策略行为(例如，车辆之间的距离和/或车辆之间的时间量、车道变换、车辆之间的最小间距、左转交叉路径最小值、在特定位置和交叉路口(没有信号)的到达时间、穿过交叉路口的最短到达时间)的程序设计。
控制器(如本文使用的术语那样)包括通常被编程为控制特定车辆子系统的计算装置。示例包括动力传动系统控制器112、制动控制器113和转向控制器114。控制器可以是诸如已知的电子控制单元(ECU)，可能包括如本文所描述的附加程序设计。控制器可以通信地连接到计算装置115并且从计算装置115接收指令以根据指令来使子系统致动。例如，制动控制器113可以从计算装置115接收指令以操作车辆110的制动器。
车辆110的一个或多个控制器112、113、114可以包括已知的电子控制单元(ECU)等，包括，作为非限制性示例，一个或多个动力传动系统控制器112、一个或多个制动控制器113和一个或多个转向控制器114。控制器112、113、114中的每个可以包括各自的处理器和存储器以及一个或多个致动器。控制器112、113、114可以被编程并且连接到车辆110通信总线(例如控制器局域网(CAN)总线或本地互连网络(LIN)总线)，以从计算装置115接收指令并且基于该指令控制致动器。
传感器116可以包括已知用于通过车辆通信总线提供数据的各种装置。例如，固定到车辆110的前保险杠(未示出)的雷达可以提供从车辆110到车辆110前方的下一个车辆的距离，或者设置在车辆110中的全球定位系统(GPS)传感器可以提供车辆110的地理坐标。由雷达和/或其它传感器116提供的距离和/或由GPS传感器提供的地理坐标可以被计算装置115使用以自主地或半自主地操作车辆110。
车辆110通常是具有三个或更多个车轮的基于陆地的自主车辆110，例如客车、轻型卡车等。车辆110包括一个或多个传感器116、V-对-I接口111、计算装置115和一个或多个控制器112、113、114。
传感器116可以被编程为收集与车辆110和车辆110正在操作的环境有关的数据。通过示例的方式，并且非限制，传感器116可以包括例如高度计、摄像机、激光雷达(LIDAR)、雷达、超声波传感器、红外传感器、压力传感器、加速度计、陀螺仪、温度传感器、压力传感器、霍尔传感器、光学传感器、电压传感器、电流传感器、机械传感器(例如，开关)等。传感器116可以用于感测车辆110正在操作的环境，例如天气状况、道路坡度、道路位置或邻近车辆110的位置。传感器116可以进一步用于收集包括与车辆110的操作有关的动态车辆110数据的数据，例如速度、横摆率、转向角、发动机速度、制动压力、油压、施加到车辆110中控制器112、113、114的功率水平、部件之间的连通性以及车辆110的电气和逻辑健康状况。
图2是交通场景200的图，其中车辆110在由右车道标记208和车道分隔物210限定的道路上的交通车道206中行驶。如上面关于图1所讨论的，车辆110中的计算装置115可以确定车辆110轨迹，包括位置、速度、方向、横向加速度和纵向加速度，其中位置由大体上垂直于支撑道路的平面上的X、Y坐标来表示，速度和方向在X、Y平面中测量，并且横向和纵向加速度分别相对于垂直于和平行于车辆110在X、Y平面中行驶的方向的方向定义。位置、速度、方向以及横向和纵向加速度可以例如由传感器116或例如由通过V-对-I接口111下载的地图数据通过计算装置115来确定。计算装置115还可以确定可转向路径多项式214以基于车辆110的当前轨迹来预测车辆110在X、Y平面中的未来轨迹。交通场景200中的可转向路径多项式214描述车辆110轨迹在未来时间段的位置部分。对于包括在可转向路径多项式214中的车辆110的每个位置，计算装置115可以预测速度、方向以及横向和纵向加速度，以在由可转向路径多项式214表示的未来时间步长预测车辆110轨迹。在这种情况下，时间步长可以是例如短为100毫秒，允许可转向路径多项式214例如每秒更新十次。
可转向路径多项式214是X、Y平面中的一系列n个连接点，一系列n个连接点包括在n个未来时间步长处的预测的车辆110轨迹。n个连接点由X、Y平面中的多项式函数确定，其中X、Y轴由车辆110的方向确定，例如，其中X方向平行于行驶方向并且Y方向垂直于行驶方向。切比雪夫定理(Chebyshev’s theorem)指出n个点可以完全由(n-1)次多项式来表示。在这种情况下，n个点(其中n可以是大数字，例如大于100)可以由k次多项式来表示，其中，在这种情况下，k可以是例如小于或等于3的数字。可转向路径多项式214中的n个连接点可以由X和Y中k次或更小次多项式函数来表示。例如，可转向路径多项式214可以表示10秒的经过时间，并且可以以100毫秒/样本或10Hz进行采样以产生n＝100个样本点。在该示例中，可转向路径多项式214中的n＝100个样本点可以由X和Y中3次或更小次(在这种情况下为1次)多项式函数来表示，因为可转向路径多项式214可以由直线来表示。
表示可转向路径多项式214的X和Y中k次或更小次多项式函数可以包括一个或多个贝塞尔曲线(Bezier curve)。贝塞尔曲线是k次或更小次多项式函数，每个代表n个点的不相交子集，并且它们一起代表n个点的整个集合。贝塞尔曲线可以被约束为连续可微的，并且对允许的倒数具有约束或限制，例如，限制变化率，而没有不连续性。贝塞尔曲线也可以被约束为在边界处使导数与其他贝塞尔曲线匹配，从而在子集之间提供平滑的转换。贝塞尔曲线的约束可以通过限制沿着可转向路径多项式214驾驶车辆所需的纵向和横向加速度率来使路径多项式成为可转向路径多项式214，其中制动扭矩和动力传动系统扭矩作为正和负纵向加速度施加，并且顺时针和逆时针转向扭矩作为左和右横向加速度施加。通过确定横向和纵向加速度以在预定数量的时间段内达到预定约束内的预定目标值，可转向路径多项式214可以被计算装置使用以确定可以用于安全地且舒适地驾驶车辆110的可转向路径多项式214。
计算装置115可以确定可转向路径多项式214以预测车辆110的未来轨迹并且随着车辆110在可转向路径多项式214上被驾驶而通过更新车辆110轨迹以确定更新的位置、速度和方向以及横向和纵向加速度并且将更新的位置、速度和方向与来自可转向路径多项式214的预测位置、速度、方向以及横向和纵向加速度进行比较来更新可转向路径多项式214。计算装置115可以使用更新的车辆110轨迹和在控制理论计算中的预测轨迹之间的这个比较以确定到控制器112、113、114的输出，控制器112、113、114可以控制车辆110的轨迹以例如在未来时间步长减少更新的轨迹与可转向路径多项式214之间的差异。响应于控制理论计算的结果而更新到控制器112、113、114的车辆110输出被包括在如上面关于图1所讨论的车辆110自主和半自主(辅助)驾驶模式中。
控制理论计算是可以基于可控过程(例如，控制车辆110轨迹)来确定误差信号、将误差信号输入到计算并且输出控制信号以控制可以减少未来误差信号的过程(车辆110轨迹)的计算。控制理论计算可以被设计为产生稳定输出，不管包括例如信号噪声的不需要的或额外的输入信号变化。可以用来实现稳定输出的控制理论计算的示例是时间序列滤波器，例如卡尔曼滤波器(Kalman filter)，该滤波器可以通过用时间序列滤波器对输入信号进行过滤来减少输出变化。时间序列滤波器可以使用在几个时间步长内采样的来自输入信号的几个样本，以形成单个输出样本。结果是控制理论计算可能需要几个时间步长来获取足够的样本以提供可靠的输出样本，其中可靠的输出样本被定义为具有在预定极限内99.99％的正确概率的输出样本。这可以一经开始新的控制理论计算(例如开始确定新的可转向路径多项式214)就引起产生可靠的输出样本的延迟。
在交通场景200中，其中车辆110轨迹由可转向路径多项式214来表示，计算装置115可以确定车辆110将在碰撞时间tc达到距停放的第二车辆204的停止距离d，该碰撞时间tc是在当前轨迹行驶碰撞距离X0以达到距停放的第二车辆204的停止距离d的时间，在该停止距离车辆110必须被制动到停止以避免碰撞。计算装置115可以被编程为确定车辆110正在接近距停放的第二车辆110的停止距离d，并且如果乘员指示停止的意图，则辅助乘员沿着可转向路径多项式214使车辆110停止在短于距停放的第二车辆204的停止距离d的位置处。例如，乘员可以通过踩踏制动踏板来指示停止的意图。例如，一旦乘员通过踩踏制动踏板来指示停止的意图，计算装置就可以通过控制器112、113、114发送命令以安全地且舒适地将车辆110停止在短于距停放的第二车辆的停止距离d的位置，而不管由乘员施加的制动踏板压力的量和持续时间。
在其他情况下，第二车辆204可以在轨迹上的交通车道206中被驾驶，其中第二车辆204的速度小于车辆110的速度。不是在第二车辆204后方制动到停止，车辆110中的计算装置115可以以这样的方式调整车辆110的轨迹，即将车辆110定位在距第二车辆204的距离d处使其匹配车辆204的速度以保持车辆204与第二车辆204之间至少距离d的间隔。以这种方式驾驶车辆可以是计算装置115中的自适应速度控制程序的一种操作模式。
除了使车辆110制动到停止或使速度与第二车辆204匹配之外并且代替使车辆110制动到停止或使速度与第二车辆204匹配，计算装置115可以确定用于将车辆110转向到相邻车道220中而没有制动到停止的多个虚拟转向路径多项式216、218。在一些情况下，计算装置115可以控制车辆110保持恒定的速度。在这些情况下，例如，多个虚拟转向路径多项式216、218可以表示不需要车辆110降低速度的转向路径。这可以是当计算装置115通过指引控制器112、113、114将车辆110速度保持在乘员选择的水平(例如，自适应速度控制或“巡航控制”，包括执行车道变换操纵)来辅助乘员时的情况。
多个虚拟转向路径多项式216、218由表示虚拟转向路径多项式216、218的虚线之间的省略号来表示。由多个虚拟转向路径多项式216、218包括的区域包含安全行驶场228。多个虚拟转向路径多项式216、218基于计算装置115确定由左车道标记222和车道分隔物210限定的相邻车道220中的交通可以允许计算装置115或乘员驾驶车辆110安全地且舒适地执行车道变换操纵，因为计算装置基于用于横向和纵向加速度的预定目标和约束来确定虚拟路径多项式216、218。关于图15讨论了相邻车道交通和确定何时可以执行车道变换操纵。
虚拟路径多项式216、218可以被计算装置115使用以驾驶车辆110执行车道变换操纵，其中车辆110的轨迹可以从可转向路径多项式214变为在从交通车道206进入相邻交通车道220的车道宽度距离Y0处的轨迹，同时躲避包括第三车辆224和第四车辆226的相邻车道交通。虚拟路径多项式216、218还可以被计算装置115使用以提示乘员执行如图7-13所示的车道变换操纵。
虚拟路径多项式216、218也可以用于提示乘员输入执行车道变换操纵的意图。例如，乘员可以通过在预期转向方向上将转向扭矩施加到方向盘704来输入执行车道变换操纵的意图。例如，计算装置115可以确定乘员的意图并且基于作为方向盘上的扭矩施加的乘员输入来执行车道变换操纵。当车辆110在自主模式、乘员驾驶模式或乘员辅助(半自主)模式下驾驶(包括使用自适应速度控制)时，计算装置115可以提示乘员并且执行车道变换操纵(包括更新提示和车道变换操纵)，其中计算装置115可以被编程为保持预定目标速度、交通和道路条件允许。
图15是包括左车道盲点信号1500(BLIS)、左车道交通密度1504(DENSITY)、右车道盲点信号1502(BLIS)和右车道交通密度1506(DENSITY)的四个曲线图的图。车辆110中的计算装置115可以使用来自包括视频传感器、LIDAR传感器、雷达传感器和超声波传感器的传感器116的数据来确定用于左和右相邻交通车道中的车辆交通(例如相邻车道220中的第三车辆224和第四车辆226)的交通密度1504、1508。计算装置115可以使用传感器116数据来确定在被称为“盲点”的相邻车道的区域中的相邻车道交通的轨迹。盲点是在车辆110后视镜或后视视频传感器中不可见或者在可以包括车辆交通的乘员的周边视野中可见的相邻车道的区域。
左车道交通密度1504和右车道交通密度1506图示了左车道交通密度1508和右车道交通密度1510对时间(以秒为单位)的测量值。左车道交通密度1508和右车道交通密度1510通过结合所确定的相邻车道车辆的轨迹来确定，以确定相邻车道中的总交通密度。左车道盲点信号1502和右车道盲点信号1504图示了盲点中车辆存在或不存在的测量值。左车道盲点信号1516和右车道盲点信号1524是分别基于左车道交通密度1508和右车道交通密度1510的当车辆被确定为处于相邻车道中盲点时等于1且当没有车辆被确定为处于相邻车道中盲点时等于0的输出。例如，左车道盲点信号1516和右车道盲点信号1518可以用于激活车辆110上的左侧和右侧后视镜上的警告灯。
左车道交通密度1504和右车道交通密度1506曲线图还包括指示交通密度1508、1510何时可以足够低以允许执行车道变换操纵的线1512、1514。这通过阴影区域1520、1522、1526、1528、1530来指示，该阴影区域1520、1522、1526、1528、1530示出了用于相邻左和右车道的车道变换操纵的可允许交通密度的时间段。例如，计算装置115可以使用这个信息来确定交通场景200中的点p1和p2，其中由点p1和p2之间的距离所表示的时间段可以被确定为基于车道变换操纵的方向完全发生在适当的相邻车道的阴影区域1520、1522、1526、1528、1530内。
由阴影区域1520、1522、1526、1528、1530所表示的时间段是可能执行车道变换操纵的时间段，然而，由于与相邻车道220相关的交通车道相对于车辆206当前速度的差别，阴影区域1520、1522、1526、1528、1530的一些部分对于车道变换操纵可能是不可用的。例如，计算装置115可以确定相邻车道220相对于车辆110速度的交通车道速度，并且确定何时可以执行车道变换操纵同时保持在对横向和纵向加速度的约束以及对基于包括车道分隔物210的车道标记的车道变换的法定约束内。车道标记可以例如通过计算装置115使用包括在车辆110中的视频传感器来确定，例如以通过确定车道分隔物210的数量(单或双)、颜色(黄色或白色)和配置(实线或虚线)来确定车辆110何时可以被允许执行车道变换操纵。注意的是，相邻交通车道可以是当前交通车道206的左侧或右侧，并且相邻交通车道中的交通速度可以比车辆110当前速度更快或更慢，其中交通车道速度通常在左相邻交通车道中更快并且在右相邻交通车道中更慢。
例如，相邻车道的交通车道速度可以通过左车道盲点信号1516和右车道盲点信号1518的开/关频率来确定。计算装置115可以通过确定当前车辆110速度和相邻车道的交通车道速度之间的恒定差何时在预定时间间隔内恒定来确定可以执行车道变换操纵。计算装置115还可以输入来自交叉车流警报传感器的数据，该交叉车流警报传感器在交通从后方接近时警告乘员。交叉车流警报传感器可以在交通正在接近垂直于车辆110的后方时警告乘员，并且通常在车辆110处于倒车时通电。交叉车流警报传感器可以用于检测接近车辆的盲点的其他车辆，并确定它是在右车道还是左车道。该信号可以与右车道盲点信号1518和左车道盲点信号1516结合以确定何时执行车道变换操纵。
计算装置115可以将相邻车道交通密度、相邻车道交通速度和交叉车流警报传感器信息与来自其他传感器116(包括例如视频传感器、雷达传感器和LIDAR传感器)的信息结合以确定执行车道变换操纵的最佳时间段。计算装置115可以使用提示来向乘员显示执行车道变换操纵的推荐时间段。提示是提供给车辆110的乘员以引起乘员的驾驶行为的基于视觉、音频或触觉(触摸)的输出。
提示可以呈现给乘员以推荐车道变换操纵，该提示包括具有如关于图14所讨论的不同程度的感知紧迫性的由如图7和17所示的方向盘704、1700传递的触觉输出、如关于图7-13所讨论的显示提示、和可以包括具有不同强度和程度的感知紧迫性的音频提示的音频警报，该音频警报例如包括具有警告短语的合成的人声。可以将感知紧迫性定义为响应于由显示提示、触觉输出或音频提示传递的提示，由车辆110的乘员感知到的紧迫性程度。感知紧迫性可以与频率、强度、力、模式、大小或颜色相关联，并且可以通过例如使用驾驶模拟的心理物理实验来确定。
例如，可以更新如上所讨论的向车辆110的乘员呈现的关于车道变换操纵的提示，以反映改变虚拟可转向路径多项式的可用性的车辆交通或道路状况的变化。该提示也可以被更新以响应于提示而反映乘员输入，包括如果乘员在预定时间极限内没有响应提示，则取消提示。计算装置115可以记录乘员对各种提示做出的响应并将响应存储在非易失性存储器中。所记录的响应信息可以用于形成乘员配置文件，该乘员配置文件可以用于确定计算装置115可能在未来向乘员显示哪个提示。
返回图2，交通场景200以当前时间步长表示，其中计算装置115已确定碰撞时间tc等于车辆110可以在当前轨迹行驶碰撞距离X0以达到距停放的车辆204的停止距离d所花费的时间。例如，计算装置115可以确定估算的乘员反应时间tRT，该估算的乘员反应时间tRT可以是乘员对提示作出反应所需的时间。乘员提示针对图7-13在下面进行讨论。估算的乘员反应时间tRT在交通场景200中由车辆110在此时间期间以当前速度V0行驶的距离RT来表示。因此，在交通场景200中，车辆110执行车道变换操纵的第一机会可以在车辆110已行驶距离RT以到达点p1之后，因为平均乘员将花费很多时间来对显示的提示作出反应。计算装置115可以确定多个虚拟转向路径多项式216、218，该多个虚拟转向路径多项式216、218开始于点p0并且从点p1开始离开转向路径多项式214并且此后离开可转向路径多项式214上的点直到由操纵距离Xm表示的点p2。操纵距离Xm是车辆110在操作时间tm期间以当前速度V0行驶的距离。虚拟转向路径多项式216、218以及它们之间的区域包含车辆110的安全行驶场228。
安全行驶场228是一区域，在该区域内，计算装置115可以驾驶车辆110以一经确定乘员想要响应于提示而执行车道变换操纵就安全地且舒适地执行由多个虚拟可转向路径多项式216、218中的一个表示的车道变换操纵。计算装置115可以通过接收来自方向盘的输入来确定乘员想要执行车道变换操纵，例如，分别通过逆时针或顺时针方向转动方向盘来指示乘员想要左转或右转。如以上所讨论的，一经确定乘员想要执行车道变换操纵，当车辆110在可转向路径多项式214上的点p1和p2之间时，计算装置115可以执行驾驶辅助并且指引控制器112、113、114将车辆110驾驶到多个虚拟可转向路径多项式216、218中的一个上。在乘员未指示要执行车道变换操纵的情况下，在操纵时间tm在点p2期满并且车辆110进入停止时间ts(即安全地且舒适地使车辆110制动到停止在停止距离Xs内所需的时间)之后，计算装置115可以通过在达到停止距离d之前制动到停止来辅助驾驶车辆110。
虚拟可转向路径多项式216、218是可以由计算装置115在控制理论计算中使用以将车辆110从当前交通车道206驾驶到相邻交通车道220但目前不被计算装置115使用以驾驶车辆110的可转向路径多项式216、218。在操纵时间tm期间的某个时间，一经确定响应于提示而执行车道变换操纵的乘员的意图，计算装置就可以执行从执行控制理论计算以基于可转向路径多项式214控制车辆110到执行控制理论计算以基于多个虚拟可转向路径多项式214、216中的一个控制车辆110的切换。回想一下，如上所述，控制理论计算可能花费几个时间段来产生可靠的输出样本，多个虚拟可转向路径多项式214、216全部通过与可转向路径多项式214共享多个共同的车辆轨迹值来开始。以这种方式，当发生切换时，控制理论计算可以基于相同的车辆轨迹值，并且可以输出可靠的样本，而不会因切换而中断。被选择用于切换的虚拟可转向路径多项式214、216可以是在未来与可转向路径多项式214分离足够远以允许计算装置115安全地且舒适地驾驶车辆110以通过基于虚拟路径多项式214、216控制车辆110来执行车道变换操纵的虚拟可转向路径多项式214、216。
图3是交通场景300的图，其中车辆110基于可转向路径多项式314在由右侧标记308和车道标记310限定的交通车道306中驾驶。交通场景300包括虚拟可转向路径多项式316，该虚拟可转向路径多项式316被限定为开始于点p0以与可转向路径多项式314相一致持续一段时间，并且然后在点p1离开可转向路径多项式314并结束于在距可转向路径多项式314的车道宽度距离Y0处的由左侧标记312和中心标记310限定的相邻车道320中的车辆110轨迹，该车辆110轨迹具有与相邻车道320相一致的方向并且具有与相邻车道320交通相一致的速度。
虚拟可转向路径多项式316可以包括非零的纵向和横向加速度。例如，车道变换操纵可以通过非零的横向加速度的两个时间段来实现，第一个时间段在从p1到p2的时间段期间，其中虚拟可转向路径多项式316具有等于ay的恒定左横向加速度、在等于车辆110的质量上由具有半径r1的圆产生的向心力，然后从p1到p2，虚拟可转向路径多项式316具有等于ay的右横向加速度、等于在等于车辆110的质量上由具有半径为r2的圆产生的力的向心力。在点p3，车辆110具有平行于可转向路径多项式314的轨迹和距可转向路径多项式314的Y0的车道宽度距离，其中Y0＝r1+r2。横向加速度值和车辆110速度相结合以确定操纵距离Xm并且因此确定车辆110执行车道变换操纵的速率。结合横向加速度和速度在下面针对图4进行讨论。除了如关于图16中的牵引圆1600所讨论的牵引约束之外，横向加速度值可以具有由乘员舒适度确定的约束。例如，高横向加速度可能对乘员不舒服，并且计算装置115可以被编程为避免高横向和纵向加速度值，除非在紧急情况下，其中避免碰撞可能取决于高横向或纵向加速度或减速度。
在交通场景300中，车辆110以初始速度V0接近交通车道306中的停止车辆或其他对象，其中由距停止距离d的碰撞距离X0表示的一些初始距离(正面碰撞警告开始)沿着可以从中确定车道变换操纵的可转向路径多项式314。可以确定虚拟可转向路径多项式316以在所确定的估算的乘员反应时间tRT之后的点p1处离开可转向路径多项式314，在此时间期间，车辆110可以行驶距离RT。虚拟可转向路径多项式316基于车辆110需要横向移动以移入相邻车道320的车道宽度距离Y0。所需的车道变换操纵时间TM取决于可以施加的峰值横向加速度和要横穿的横向距离(见下文)。该操纵时间总是受制于在原始行驶车道中保持距前方车辆的舒适距离所要实施的操纵轨迹的限制。为了说明车道变换操纵时间与行驶的纵向距离之间的关系，考虑以下简化的示例。假定恒定的横向加速度，所需的车道变换操纵时间将为：
Figure BDA0001609189120000181
因为
Figure BDA0001609189120000182
其中车道变换操纵在操纵距离XM内以速度V0发生，其中：
XM＝TMV0 (2)
基于等式(1)，可以针对可转向路径多项式316实现的车道变换操纵时间TM的范围可以通过可实现的横向加速度ay的范围来确定。例如，在干燥路面上配备有新轮胎的车辆110可以实现约1重力(g)或约9.8m/s2的加速度的最大横向加速度。在其他情况下，例如，在潮湿路面上配备有磨损轮胎的车辆110可能仅在打滑之前实现0.5g的横向加速度。可用的横向加速度ay的范围也基于车辆110制动，因为制动扭矩的施加产生(负)纵向加速度并且总车辆110加速度基于横向加速度ay(转向)和纵向加速度(制动)两者。因此，例如，制动扭矩的施加可以使较少的横向加速度ay可用并且由此增加车道变换操纵时间TM。
例如，在交通场景300中，车辆110可以通过制动、转向或制动与转向的结合来躲避停止车辆。例如，在乘员驾驶车辆110的情况下，乘员通常将会制动，即使单独转向会躲避停止车辆并且更接近地保持目标速度。计算装置115可以通过执行车道变换操纵来辅助乘员驾驶车辆110以躲避停止车辆。计算装置115可以基于可用的横向加速度ay来确定可转向路径多项式316。例如，可用的横向加速度ay可以基于确定由于由乘员制动引起的纵向加速度。
图16是摩擦圆1600的图，其中由于制动和转向引起的横向加速度ay和纵向加速度ax可以根据它们的值进行绘图。例如，摩擦圆1600示出了在车辆110上操作的由于重力＝1g＝9.8m/s2或32ft/s2引起的加速度的标称净向下力。横向和纵向加速度之间的关系由毕达哥拉斯定理(Pythagorean theorem)给出：
Figure BDA0001609189120000183
其中组合加速度g可以在摩擦圆1600进行绘图，如图16所示，其中g被绘图为制动/加速轴的中心与左转/右转轴之间的距离和表示1g组合加速度的1g圆1602。导致1g向下力的组合横向和纵向加速度表示在理想条件下是可以可实现的。通常，摩擦圆在光滑道路上、磨损轮胎情况下等将具有更小的半径。可以增加摩擦系数μ以捕获这些摩擦的减小：
Figure BDA0001609189120000191
基于这些等式，横向和纵向加速度可以在轮胎粘附的极限内被权衡。例如，当没有转动或转向时实现最大制动。同样地，当没有同时制动或加速时实现最大横向加速度。在摩擦圆1600上的1g圆1602内，车辆110轮胎将对横向或纵向加速度的任何组合保持在道路上的抓地力。在该圆的外部，车辆110轮胎将打滑，这可能导致车辆110的失控。可用的横向加速度可以通过以下等式来计算：
Figure BDA0001609189120000192
横向加速度ay和纵向加速度ax之间的权衡(trade off)可以以图形方式显示在摩擦圆1600上并且概括在表1中，表1列出了组合形成1g的向下力的九种不同组合的横向加速度ay和纵向加速度ax。
纵向加速度 横向加速度 总加速度
0 1 1.0
0.3 0.95 1.0
0.4 0.92 1.0
0.5 0.86 1.0
0.6 0.8 1.0
0.7 0.71 1.0
0.8 0.6 1.0
0.9 0.45 1.0
1 0 1.0
表1
纵向和横向加速度的权衡
可用对所需的横向加速度可以通过以下等式基于建模为时间t的正弦函数的一个或多个车道变换操纵分布曲线来确定：
Figure BDA0001609189120000201
其中横向加速度ay是时间t、预期车道变换距离Yo和车道变换操纵时间TM的正弦函数。等式(10)是当相对于时间积分时，提供横向速度的时间t的余弦函数：
Figure BDA0001609189120000202
其中v0是初始速度。速度相对于时间的积分提供横向位移s的公式：
Figure BDA0001609189120000203
其中d0是初始位移。该横向位移函数可以表示由例如一个或多个可转向路径多项式216-218表示的车道变换操纵，并且因此可以用于确定安全行驶场228。
可用的横向加速度ay可以被包括在实时提示显示器702、1702中，该实时提示显示器702、1702可以基于最大可实现横向加速度ay来显示安全行驶场228，该实时提示显示器702、1702安装在车辆110仪表板708中或者投影为车辆110挡风玻璃1712上的抬头显示器(HUD)1716，如关于图7-13和17所述。如上面等式(9)中所示，安全行驶场228可以基于车道变换操纵，被建模为第一近似值，作为横向加速度ay的时间t的正弦函数，其中峰值横向加速度
Figure BDA0001609189120000204
是两个因素的函数。一个是预期车道变换距离Y0，或者是从原始行驶车道到目的地车道的横向距离。另一个因素是车道变换操纵时间(TM)或操纵完成时间(的平方)。峰值加速度可以相应地由摩擦圆1600确定，该摩擦圆1600也可以称为牵引圆。作为一示例，如果道路和轮胎之间的摩擦系数(μ)为0.7并且没有制动，则可用的峰值横向加速度为0.7g或6.86m/s2。另一方面，当与减速度或加速度结合时，潮湿路面或制动与转向的结合可能会将可用的峰值横向加速度降低到0.3g或更少。
可以在A的公式中重新整理峰值横向加速度公式中的项，以在给定特定预期车道变换距离Y0的情况下确定平方的车道变换完成时间。例如，假定0.25g(1.96m/s2)的可用的峰值横向加速度和Y0＝3.66m(即，一个车道中心和相邻车道中心之间的12ft的横向位移)。然后，所需的车道变换完成时间可以计算为3.06s(9.39s2)。假定车道变换操纵时间必须足以完成在剩余距离内的操纵以安全地且舒适地通过引导车辆，则可实现的峰值横向加速度可以用于确定操纵可以开始的最新点和可以被显示为安全行驶场228的轨迹的所得几何结构。
图4是两个交通场景400、402的图。交通场景400包括沿着可转向路径多项式418在由车道标记410、412限定的车道406中行驶的车辆110。交通场景400包括分别表示到由左侧标记414、车道标记410、412和右侧标记416限定的相邻车道424、426的车道变换操纵的虚拟可转向路径多项式420、422。用于确定虚拟可转向路径多项式420、422的横向加速度值可以基于由车辆110的速度和预定约束确定的目标值以保持第二车辆408和车辆110之间的距离d。距离X1表示估算的乘员反应时间距离RT加上操纵时间距离Xm和制动时间距离Xs，如上面关于图2所讨论的。
在交通场景402中，车辆428沿着可转向路径多项式438在由车道标记434、436限定的车道430中行驶。交通场景402包括分别表示到由左侧标记440、车道标记434、436和右侧标记450限定的相邻车道446、448的车道变换操纵的虚拟可转向路径多项式442、444。在这种情况下，用于确定虚拟可转向路径多项式442、444的横向加速度值可以与交通场景400中的相同，然而，因为车辆428的速度大于车辆110的速度，所以避开车辆432所需的距离X2大于在交通场景400中的距离X1。
图5是交通场景500的示图。如在图2中的交通场景200中一样，计算装置115已在提示被显示给乘员的初始时间步长处确定了形成安全行驶场520(由省略号(即三个点)表示)的可转向路径多项式514和虚拟可转向路径多项式516、518、距离RT、Xm、Xs和X0以及点P1和P2。在初始时间步长之后的时间步长，车辆110可以具有将车辆110放置在交通场景500中所示的位置的轨迹，其中车辆110不再沿着可转向路径多项式514驾驶，并且计算装置115因此可以不再依靠可转向路径多项式514进行引导。这可能例如由车辆110的正常操作通过在方向盘上的乘员输入引导而引起，或者由计算装置115控制车辆110时的误差而引起或者由作用于车辆110上的自然力(例如侧风或诸如坑洼的道路危险)而引起。
在这种情况下，计算装置115可以更新可转向路径多项式514和虚拟可转向路径多项式516、518以允许计算装置连续产生可靠的轨迹更新。计算装置115可以用更新的可转向路径多项式512来更新可转向路径多项式514并且用更新的虚拟可转向路径多项式522来更新虚拟可转向路径多项式516、518，例如包括指示控制理论计算何时可以从更新的可转向路径多项式512切换到更新的可转向路径多项式522的新点p3。计算装置115还可以更新安全行驶场520以包括更新的可转向路径多项式522并且删除可能不再可由车辆110实现的虚拟可转向路径多项式516、518。通过更新可转向路径多项式512和虚拟可转向路径多项式522，当从更新的可转向路径多项式514切换到更新的可转向路径多项式522时，计算装置115可以在不中断的情况下输出具有高可靠性的轨迹更新。计算装置还可以更新显示为乘员输入的提示，包括更新的安全行驶场520。
图6是示出了基于由乘员输入更新的虚拟转向路径多项式618的示例的交通场景600的图。在交通场景600中，可以在交通车道604中驾驶车辆110。车辆110中的计算装置115可以确定在由点p1表示的时间开始的可转向路径多项式614和虚拟可转向路径多项式618。在由点p2表示的时间，计算装置115可以从可转向路径多项式614切换到虚拟可转向路径多项式618，如以上关于图2所讨论的。在由点p3表示的时间，例如，计算装置115可以确定沿着虚拟可转向路径多项式618驾驶车辆110不再是沿着其进行转向的最佳路径。这可能由于来自车辆606的乘员的输入，例如，在与车辆606当前沿着虚拟转向路径多项式618转向的方向相反的方向上将旋转力或扭矩施加到方向盘，指示取消由虚拟可转向路径多项式618表示的车道变换操纵的意图。
在这种情况下，计算装置115可以确定，如果足够的距离保留以在第二车辆606后方达到停止距离d之前停止车辆110，则可以通过将虚拟路径多项式618的部分反转以将车辆110返回到交通车道604中的轨迹来确定虚拟可转向路径多项式620，包括从虚拟可转向路径多项式618切换到虚拟可转向路径多项式620，并且沿着虚拟可转向路径多项式620驾驶车辆，包括在第二车辆606后方制动到停止。
在其他情况下，例如，乘员可以基于乘员感知车辆606加速或离开交通车道604以使车辆606离开交通场景600以及停止距离d来输入取消车道变换操纵的意图。在这些情况下，虚拟可转向路径多项式620可以通过反转虚拟可转向路径多项式618的部分以创建虚拟可转向路径多项式620并且沿着虚拟可转向路径多项式620以在可转向路径多项式614上最初驾驶的速度和方向驾驶车辆110来将车辆110返回到包括在可转向路径多项式614中具有交通车道604中更新的位置而不制动到停止的轨迹。
在其它情况下，取消车道变换操纵可以由相邻车道628中的交通的变化引起，该变化发生在计算装置已从可转向路径多项式614切换到点p2之后的虚拟可转向路径多项式618之后，但在车道变换操纵在点P4完成之前。例如，计算装置115可以确定虚拟可转向路径多项式618由于相邻车道628交通的变化(包括第三车辆624和/或第四车辆626的轨迹的变化)而不再是转向的好路径。例如，当沿着虚拟可转向路径多项式618驾驶车辆110时由传感器116通过计算装置115确定的第三车辆624和/或第四车辆626的轨迹的变化可以使计算装置115确定继续沿着虚拟可转向路径多项式618驾驶车辆110将会引起与第三车辆624或第四车辆626的碰撞，或者使车辆110占据在相邻车道628中的位置，该位置比预定极限更接近第三车辆624或第四车辆626。与以上关于图2-5所讨论的其他车道变换操纵一样，取消车道变换操纵可以相对于相邻右车道和相邻左车道以及比车辆110更慢或更快的相邻车道交通被对称地理解。
图7是向前看的车辆700的内饰部分的图。车辆内饰700包括提示显示器702、方向盘704、乘员控制界面706、用于容纳或支撑提示显示器702、方向盘704的仪表板708、和挡风玻璃710。例如，提示显示器702可以是可编程颜色显示器，该可编程颜色显示器位于驾驶车辆位置的乘员的前方、在方向盘704后方并且通过方向盘704可见。提示显示器702可以用于基于安全行驶场520显示关于车辆700驾驶的信息和提示。例如，图8-13是示出了可以在车辆700执行车道变换操纵时显示的提示的提示显示器702的详细图。
除了提示显示器702之外或代替提示显示器702，车辆1700可以包括用于向乘员显示提示的如图17所示的提示抬头显示器(HUD)1712。图17是向前看的车辆1700的内饰的图。车辆内饰1700包括提示显示器1702、方向盘1704、乘员控制界面1706、仪表板1708和挡风玻璃1710，在该挡风玻璃1710上，计算装置115可以投影提示抬头显示器(HUD)1712。例如，提示HUD 1712可以例如通过显示安全行驶场1714、描述车辆1700的未来位置和操纵时间的路径提示1716、和描述随时间指示器转向的方向的转向提示1718来向乘员提供如图8-13所示相同的信息。另外，因为提示HUD 1712被投影到挡风玻璃1710上以便允许通过挡风玻璃1710正常看到真实世界，所以可以通过挡风玻璃1710和提示HUD1712看见真实车辆1720。提示HUD 1712可以将关于安全行驶场1714的信息与车辆1700的未来位置结合，以向乘员提供驾驶车辆1700的最佳方向的明确指示，或者，在计算装置115驾驶车辆1700的情况下，在计算装置115计划驾驶车辆1700的情况下。例如，对于当执行车道变换操纵时允许乘员看见计算装置115预测车辆1700的安全路径，这在碰撞即将发生的情况下是很重要的。
图8-13是例如描述了在执行车道变换操纵时可能发生的显示变化的提示显示器800、900、1000、1100、1200、1300的图。图8是提示显示器800的图，该提示显示器800具有消息区域802、提示区域804、数字速度显示806、模拟速度显示808、娱乐系统显示810、燃料显示812、动力传动系统显示814、里程表显示816以及时间和温度显示818。当提示显示器800被显示时，车辆110可以处在自主或乘员辅助模式下，其中计算装置115可以在没有来自乘员的输入的情况下驾驶车辆110持续一段时间，或者车辆110可以由乘员驾驶。在提示显示器800中，消息区域802包括消息“请采取控制”，指引乘员在他们还没有驾驶车辆110的情况下开始驾驶车辆110。该消息通过在提示区域804中显示的方向盘图标820来加强。计算装置115可以在确定需要车道变换操纵以保持预定速度之后提示乘员对车辆110进行控制。例如，乘员可以使用计算装置115中的自适应速度控制程序来预定速度，该自适应速度控制程序试图保持恒定的车辆速度(“巡航控制”)。
图9是提示显示器900的图，其中消息显示902包括消息“请遵循转向指令”，指引乘员遵循在提示区域904中显示的指令。提示区域904包括方向盘图标906和安全行驶场显示908，该方向盘图标906提醒乘员计算装置115已经确定乘员应该驾驶车辆110，该安全行驶场显示908包括车辆图标910和带有图例的箭头图标912，该图例描述了在如关于图2所讨论的操纵时间tm的结束和停止时间ts的开始之前剩余的秒数。安全行驶场显示908包括显示元件，该显示元件指引乘员使用彩色图形通过车道变换操纵使车辆110安全地且舒适地转向。
图10是提示显示器1000的图，其中提示区域1004包括安全行驶场显示1008，该安全行驶场显示1008包括车辆图标1010。在这种情况下，例如，安全行驶场显示1008通过使车辆图标1010相比于安全行驶场显示1008呈现更大并且通过利用时间通过指示符(黑条)和标注直到操纵时间tm结束剩下的5秒的图例注释箭头图标1012来传送乘员应该执行车道变换操纵的时机。图11是提示显示器1100的图，其中提示区域1104包括安全行驶场显示1108，该安全行驶场显示1108包括仍然相比于安全行驶场显示1108呈现更大的车辆图标1110和具有两个时间通过指示符(两个黑条)和标注直到操纵时间tm结束剩下的3秒的图例的箭头图标1112，由此指示在执行车道变换操纵时比提示显示器1000更多的感知紧迫性。
图12是提示显示器1200的图，其中直到操纵距离结束剩下的时间小于3秒，并且其中提示区域1204包括安全行驶场显示1208，该安全行驶场显示1208例如包括相比于安全行驶场显示1208呈现更大的车辆图标1210和可以以诸如红色的颜色呈现并且使闪光表示紧迫性的大箭头图标1212。该提示显示器1200可以代表将征求乘员输入的最后提示显示器。例如，如果乘员对提示显示器800、900、1000、1100、1200没有响应，则计算装置115可以取消该提示并且不再准备接收乘员输入，并且继续在当前模式下驾驶。例如，计算装置115可以等待直到出现执行车道变换操纵的下一个机会出现，如下面关于图15所讨论的，或者在其他情况下，采取控制和制动车辆110到停止。图13是提示显示器1300的图，该提示显示器1300在成功完成车道变换操纵之后，或在取消变道操纵之后被示出。提示区域1304包括没有描述前方清晰交通车道的车辆图标的安全行驶场1308和表示成功的操纵的复选标记图标1312。
返回到图7，方向盘704还可以由计算装置115使用以通过在方向盘704上产生触觉输出以提示乘员执行车道变换操纵或指示执行车道变换的意图来提示乘员执行车道变换操纵。触觉输出指的是通过触感输出给乘员的信息。触觉输出可以通过将力施加到由乘员触摸的对象来产生，在这种情况下，施加到车辆110方向盘704上的扭矩或旋转力。触觉输出可以与视觉提示结合使用，如以上关于图8-13所讨论的。例如，视觉提示可以指引乘员将他们的手放置在方向盘上以允许乘员感知触觉输出。例如，触觉输出可以通过由电动马达将旋转力或扭矩施加到方向盘704来施加到方向盘704。触觉输出可以通过将顺时针或逆时针扭矩施加到方向盘704来指示转向的方向，其中顺时针扭矩指示右转向并且逆时针扭矩指示左转向。
图14示出了被绘图为力(以牛顿为单位)对时间(以秒为单位)的触觉输出的模式的两个曲线图1400、1402。第一曲线图1400示出了在1.0秒周期内作为方向盘704、1704上的旋转力或扭矩传递的3.0牛顿的三个脉冲的第一模式1404。第二曲线图1402示出了在1.0秒周期内作为方向盘704、1704上的旋转力或扭矩传递的1.5牛顿的三个脉冲的第二模式1406。旋转力或扭矩可以通过电致动器(例如马达或螺线管)传递到方向盘704、1704，该电致动器可操作地连接到方向盘704、1704并且在计算装置115的控制下操作。例如，第一模式1404可以被乘员感知为比第二模式1406更紧迫。乘员可以感知多达由触觉输出脉冲的模式所表示的十种程度的紧迫性。
基于触觉输出的模式和强度，触觉输出脉冲的多个模式中的一个或多个模式可以被车辆110乘员感知为低紧迫性触觉输出，并且触觉输出脉冲的一个或多个模式可以被车辆110乘员感知为高紧迫性触觉输出。例如，触觉输出的感知紧迫性可以通过使用驾驶模拟的心理物理实验来确定。例如，在图8-13所示的示例中，每个提示显示器800、900、1000、1100、1200、1300可以伴随有方向盘704上的触觉输出的模式，以指示转向的方向和基于剩余的操纵时间tm转向的紧迫性，如关于图8-13所讨论的。例如，相比于单独的提示显示器800、900、1000、1100、1200、1300，将触觉输出与提示显示器800、900、1000、1100、1200、1300相结合可以减少估算的乘员反应时间以执行车道变换操纵。
图18是基于安全行驶路径和碰撞时间的触觉输出的过程1800的关于图1-17所述的流程图的图。过程1800可以通过计算装置115的处理器来实施，例如，看作来自传感器116的输入信息，并且由控制器112、113、114执行指令且发送控制信号。过程1800包括以所公开的顺序采取的多个步骤。过程1800还包括包含更少步骤的实施方式或可以包括以不同顺序采取的步骤。
过程1800在步骤1802开始，其中车辆110中的计算装置115例如可以通过确定可转向路径多项式214和包含安全行驶路径228的虚拟可转向路径多项式216、218来确定安全行驶路径，和基于估算的乘员反应时间tRT、操纵时间tm和停止时间ts的碰撞时间tc，如以上关于图2所讨论的。在步骤1804，计算装置可以确定碰撞时间大于三秒还是小于或等于三秒。在碰撞时间小于或等于三秒的情况下，过程1800分支到步骤1806，其中触觉输出被设置为高扭矩模式，如以上关于图14所讨论的。当碰撞时间小于或等于三秒时，这将触觉输出设置为高紧迫性模式。在碰撞时间大于三秒的情况下，过程1800分支到步骤1808，其中触觉输出被设置为低扭矩模式，如以上关于图14所讨论的。当碰撞时间大于三秒时，这将触觉输出设置为低紧迫性模式。
在步骤1810，计算装置115通过将在步骤1804所确定的扭矩模式施加到方向盘704来将触觉输出传递给车辆110的乘员，如以上关于图14所讨论的。该扭矩可以基于由安全行驶场表示的车道变换操纵的方向在顺时针或逆时针方向上传递。该触觉输出可以是由乘员输入的提示，提示乘员通过在指示的方向上手动地转动方向盘来执行车道变换操纵，或指示使用方向盘704执行车道变换操纵的意图，如以上关于图7和8所讨论的，其中计算装置115可以使用方向盘上的传感器116来确定乘员已经开始在指示的方向上转动方向盘，并且然后通过执行车道变换操纵来辅助乘员。
总之，在过程1800中，计算装置115以基于安全行驶路径和碰撞时间的扭矩模式和方向通过方向盘704来将触觉输出传递给车辆110的乘员。
图19是基于安全行驶路径和碰撞时间的触觉输出的过程1900的关于图1-17所述的流程图的图。过程1900可以通过计算装置115的处理器来实施，例如，看作来自传感器116的输入信息，并且由控制器112、113、114执行指令且发送控制信号。过程1900包括以所公开的顺序采取的多个步骤。过程1900还包括包含更少步骤的实施方式或可以包括以不同顺序采取的步骤。
过程1900在步骤1902开始，其中车辆110中的计算装置115例如可以通过确定可转向路径多项式214和包含安全行驶路径228的虚拟可转向路径多项式216、218来确定安全行驶路径，和基于估算的乘员反应时间tRT、操纵时间tm和停止时间ts的确定碰撞时间tc，如以上关于图2所讨论的。在步骤1904，计算装置115可以向车辆110的乘员显示碰撞时间和安全行驶路径，如关于图9-11所讨论的。在箭头图标912、1012、1112上显示的碰撞时间可以向乘员指示直到在当前轨迹发生碰撞的剩余秒数，除非计算装置115制动到停止以避免碰撞或执行车道变换操纵。安全行驶场908、1008、1108可以向乘员指示用于转向以执行车道变换操纵的哪个方向，该车道变换操纵将允许车辆110避免制动到停止，或者在计算装置115通过自适应速度控制辅助乘员驾驶车辆110的情况下，保持预定的速度。在计算装置115通过驾驶车辆110以执行车道变换操纵来辅助乘员的情况下，安全行驶场908、1008、1108可以向乘员指示在车道变换操纵之后车辆110将结束的地方。
在步骤1906，计算装置115可以确定碰撞时间大于三秒还是小于或等于三秒。在碰撞时间小于或等于三秒的情况下，过程1900分支到步骤1908，其中触觉输出被设置为高扭矩模式，如以上关于图14所讨论的。当碰撞时间小于或等于三秒时，这将触觉输出设置为高紧迫性模式。在碰撞时间大于三秒的情况下，过程1900分支到步骤1910，其中触觉输出被设置为低扭矩模式，如以上关于图14所讨论的。当碰撞时间大于三秒时，这将触觉输出设置为低紧迫性模式。
在步骤1912，计算装置115通过将在步骤1904所确定的扭矩模式施加到方向盘704来将触觉输出传递给车辆110的乘员，如以上关于图14所讨论的。该扭矩可以基于由安全行驶场表示的车道变换操纵的方向在顺时针或逆时针方向上传递。该触觉输出可以是由乘员输入的提示，提示乘员通过在指示的方向上手动地转动方向盘来执行车道变换操纵或指示使用方向盘704执行车道变换操纵的意图，如以上关于图7所讨论的，其中计算装置115可以使用方向盘上的传感器116来确定乘员已经开始在指示的方向上转动方向盘，并且然后通过执行车道变换操纵来辅助乘员。
总之，在过程1900中，计算装置115以基于安全行驶路径和碰撞时间的扭矩模式和方向通过方向盘704来将触觉输出传递给车辆110的乘员。
计算装置(例如本文所讨论的那些)通常各自包括指令，其中指令可通过一个或多个计算装置(例如上面所识别的那些)来执行，并且用于执行上述过程的框或步骤。例如，上述过程框可以体现为计算机可执行指令。
计算机可执行指令可以由计算机程序编译或解释，计算机程序采用多种编程语言和/或技术创建，这些编程语言和/或技术包括但并不限于JavaTM、C、C++、Visual Basic、Java Script、Perl、HTML等中单独的一个或结合。通常，处理器(例如微处理器)例如从存储器、计算机可读介质等接收指令，并且执行这些指令，从而执行一个或多个过程，包括一个或多个在此所述的过程。这样的指令或其他数据可以存储在文件中并且使用各种计算机可读介质传输。计算装置中的文件通常是存储在诸如存储介质、随机存取存储器等的计算机可读介质上的数据的集合。
计算机可读介质包括参与提供可以由计算机读取的数据(例如，指令)的任意介质。这样的介质可以采用多种形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。非易失性介质可以包括例如光盘或磁盘或其他永久性存储器。易失性介质可以包括例如典型地构成主存储器的动态随机存取存储器(DRAM)。计算机可读介质的常规形式包括，例如软盘、柔性盘、硬盘、磁盘、任何其他磁性介质、CD-ROM(只读光盘驱动器)、DVD(数字化视频光盘)、任何其他光学介质、穿孔卡片、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、RAM(随机存取存储器)、PROM(可编程只读存储器)、EPROM(可擦除可编程只读存储器)、FLASH-EEPROM(闪速电可擦除可编程只读存储器)、任何其他存储器芯片或盒，或者任何其他计算机可读取的介质。
权利要求中使用的所有术语旨在被赋予如本领域技术人员所理解的它们简单和普通的含义，除非在此作出相反的明确指示。具体地，使用单数冠词，例如“一”、“该”、“所述”等应该读取为叙述所指示的元件中的一个或多个，除非权利要求叙述相反的明确限制。
在表示示例的意义上，本文使用术语“示例性”，例如，引用的“示例性小部件”应当读取为简单地指代小部件的示例。
修饰值或结果的副词“大体上”指的是形状、结构、测量、值、确定、计算等可以偏离精确描述的几何形状、距离、测量、值、确定、计算等等，因为材料、加工、制造、传感器测量、计算、处理时间、通信时间等方面的缺陷。
在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。此外，这些元件中的一些或全部可以被改变。至于在此所述的介质、过程、系统、方法等，应当理解的是，虽然这些过程的步骤等已被描述成根据一定的有序序列发生，但是这样的过程可以实施为以不同于在此所述顺序的顺序来执行所述步骤。进一步应当理解的是，某些步骤可以同时执行，其它步骤可以增加，或在此所述的某些步骤可以省略。换言之，提供在此的过程的描述目的在于说明某些实施例，而不应以任何方式被解释为限制本发明。

Claims (13)

1.一种方向盘致动的方法，包含：
确定碰撞时间和安全行驶场，其中确定所述安全行驶场包括确定车道变换操纵；
基于(a)所述安全行驶场和(b)预定时间阈值来选择第一触觉输出和第二触觉输出中的一个；
当所述碰撞时间大于所述预定时间阈值时，通过方向盘传递所述第一触觉输出；并且
当所述碰撞时间小于或等于所述预定时间阈值时，通过所述方向盘传递所述第二触觉输出；
其中所述第一触觉输出和所述第二触觉输出作为所述方向盘上的扭矩或旋转力被传递，所述扭矩或所述旋转力基于由所述安全行驶场表示的所述车道变换操纵的方向在顺时针或逆时针上传递。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一触觉输出是低紧迫性触觉输出，并且所述第二触觉输出是高紧迫性触觉输出。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包含估算乘员反应时间，其中所述碰撞时间包括估算的乘员反应时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一触觉输出和所述第二触觉输出包括是多个不同模式中的一个的模式，每个所述模式基于感知紧迫性。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包含向乘员显示所述碰撞时间。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包含向乘员显示所述安全行驶场。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包含基于虚拟可转向路径多项式来确定所述安全行驶场。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定时间阈值是三秒。
9.根据权利要求4所述的方法，其中所述多个不同模式包括按照感知紧迫性排列的模式。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述多个不同模式各自基于所述安全行驶场来指示转向的方向。
11.根据权利要求1所述的方法，进一步包含确定允许车辆保持预定速度的车道变换操纵。
12.根据权利要求1所述的方法，进一步包含确定将预测横向加速度保持在预定极限内的车道变换操纵。
13.一种方向盘致动的系统，包含计算机，所述计算机被编程为执行根据权利要求1-12中任一项所述的方法。
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