具体实施方式

虽然上面标出的附图阐述了本公开的实施方式，但是如讨论中所指出的，也可以预期其它实施方式。本公开通过表示而非限制的方式呈现说明性实施方式。本领域技术人员可以设计出许多其它修改和实施方式，这些修改和实施方式落入本公开的实施方式的原理的范围和精神内。

本公开总体上涉及自动驾驶和驾驶员辅助系统，并且更具体地，涉及确定驾驶员在自动模式和手动模式之间切换半自动车辆的意图。

图1A是示出根据本公开的实施方式的用于实现方法的一些方法步骤的流程图。

图1A的步骤110包括处理器检测预定义驾驶模式之间的切换。

图1A的步骤115包括处理器请求，以确定驾驶员是真的有意进行车辆的运动(即，在驾驶模式之间切换)，还是无意的，其中，驾驶模式包括自动车道保持模式、自动变道模式和手动模式。

图1A的步骤120包括使用处理器，该处理器被配置为响应于接收到转换指示，使用协议数据来评估(i)车辆环境的状态、(ii)车辆的车辆状态、以及(iii)车辆的系统。

图1A的步骤125包括基于一个或更多个评估从多个预定义转换条件中选择与车辆状态唯一对应的一组预定义转换条件。

图1A的步骤130包括通过验证车辆状态是否满足所述一组预定义转换条件来确定驾驶员是否已发起驾驶模式之间的切换，以验证驾驶员是将车辆致动进入安全区域还是离开安全区域。

图1A的步骤135包括基于驾驶员是将车辆致动进入安全区域还是离开安全区域的确定来生成一组显示。

图1A的步骤140包括如果驾驶员将车辆致动进入安全区域，则基于显示的优先级选择为所述一组显示中的第一显示，或者如果驾驶员将车辆致动离开安全区域，则选择第二显示。

图1A的步骤145包括向驾驶员显示第一显示或第二显示，这导致确认转换指示或发起将车辆从手动驾驶模式切换到自动驾驶模式。

本公开的实施方式通过非限制性示例提供独特的方面，使用与系统动力学和行为有关的信息设计用于切换的安全区域的能力；在给定期望设计的情况下，通过算法确定安全区域的能力；与自组织方法相比，在模式之间切换时减少了抖动。使用与系统动力学和行为有关的信息设计用于切换的安全区域是有益的，因为可以在不了解基础系统动力学和行为的情况下自动确定安全区域，从而减少了实验花费的时间量并减少了对部分设计者的专业知识的需求。这种益处是通过实现一种算法来实现的，该算法考虑了系统动力学和行为来确定安全区域，与自组织方法相反，在自组织方法中，安全区域由设计者直接确定，无需求助于算法。在给定期望设计的情况下通过算法确定安全区域是有益的，因为设计者可以提供一组要求，并且可以从那里通过算法确定安全区域，从而减少在实验中花费的时间量并减少对部分设计者的专业知识的需求。这种益处是通过实现算法过程确定安全区域来实现的，这与自组织方法相反，在自组织方法中，安全区域由设计者直接确定，无需求助于算法。与自组织方法相比，在模式之间切换时减少抖动是有益的，因为抖动会导致系统不稳定。该益处是因为安全区域被设计成使得它们离开比进入更难而实现的；自组织方法不做这种区分。

图1B是包括采用本公开的一些实施方式的原理的控制单元的车辆的示意图。例如，图1B示出了包括采用本公开的一些实施方式的原理的控制单元102的车辆101的示意图。如本文所使用的，车辆101可以是任何类型的轮式车辆，诸如客车、公共汽车或巡游车。此外，车辆101可以是自动或半自动车辆。例如，一些实施方式控制车辆101的运动。运动的示例包括由车辆101的转向系统103控制的车辆的横向运动。控制器102控制转向系统103。

车辆还可以包括引擎106，其可以由控制器102或车辆101的其它组件控制。车辆101还可以包括一个或更多个传感器105，以通过非限制性示例感测其当前运动量和内部状态。传感器105的示例可以包括全球定位系统(GPS)、加速度计、惯性测量单元、陀螺仪、轴旋转传感器、转矩传感器、偏转传感器、压力传感器和流量传感器。车辆可以装配有收发器107，该收发器107使控制器102具有经由输入接口108通过无线通信信道进行通信的能力。车辆还可以包括一个或更多个其它传感器104a、104b以感测周围环境。传感器104a、104b的示例可以包括测距仪、雷达、激光雷达和相机。另选地，可以通过收发器107接收关于周围环境的信息。车辆装配有地图数据库系统，该系统存储与车辆运行的区域内的道路有关的信息，或者它可以通过收发器107远程访问存储的地图信息。

图1C是根据本公开的一些实施方式的框图。例如，图1C示出了根据本公开的一个实施方式的控制单元102的框图。控制器102包括连接到存储器112(例如，非暂时性计算机可读介质)的硬件处理器111。在一些实现方式中，存储器112包括存储关于车辆的信息的第一部分11和存储用于控制车辆的程序的第二部分12、存储驾驶地图数据的第三部分13和存储交通的运动模型的第四部分14。

例如，存储器112的第一部分11可以存储用于车辆行为的参数，诸如最大加速度、转向和转向速率，以及存储车辆的第一运动模型和车辆的第二运动模型。在各种实施方式中，描述车辆的第二运动模型的方程的数量和复杂度高于描述车辆的第一运动模型的方程的数量和复杂度。此外，例如，存储器112的第四部分14可以存储交通的第一运动模型和交通的第二运动模型。

仍然参考图1C，在各种实施方式中，描述交通的第二运动模型的方程的数量和复杂度高于描述交通的第一运动模型的方程的数量和复杂度。这些实施方式基于对使用不同运动模型的必要性的认识，以检查车辆在不久的将来能够实现什么中间目标、以及用于生成轨迹并根据这样的轨迹控制车辆。例如，为了检查车辆是否能够实现一系列目标，需要考虑很长的未来视野。使用高阶物理模型来计算车辆在扩展的未来视野上的运动在计算上是困难的。相反，当已知当前目标时，根据期望轨迹控制车辆只考虑很短的未来视野。为此，在一些实施方式中，控制器102使用第一(即，低阶运动模型)确定下一个目标，而规划和控制使用至少第二(即，高阶)运动模型。

存储器112的第二部分12可以在其上实现可由处理器111执行的程序，用于执行控制车辆101的方法。

仍然参考图1C，存储器112的第三部分13包括地图信息，诸如地址和道路网络，并且其也可以包括附加信息，诸如十字路口、停车和交通灯位置、车道数量和位置、速度限制等。当车辆开始驾驶时，地图信息可以已经存储在存储器13的第三部分中，或者另选地，该信息由通信收发器107和环境传感器104a、104b提供给控制单元。

处理器111可以是能够执行计算的任何计算设备，并且可以包括一个或多个相同或不同类型的物理设备。处理器111可能包括多个计算设备，例如微处理器。类似地，存储器112可以是能够存储信息的任何逻辑存储器和/或非暂时性计算机可读存储介质，并且可以包括相同或不同类型的一个或更多个物理信息存储装置。处理器111执行的计算由存储在存储器112的第二部分中的程序来命令，并使用存储在存储器111的第一部分中的车辆信息、存储在存储器13的第二部分中的关于地图的信息、从传感器105获得的关于车辆101的信息、从传感器104a、104b获得的环境信息123的信息。处理器111的计算产生改变车辆运动的命令。

仍然参考图1C所示，由处理器111执行的程序使车辆101能够自动驾驶(AD)。在此操作期间，由处理器111执行的程序旨在实现特定最终驾驶目标，诸如到达特定位置。最终目的是通过适当影响车辆101的运动来实现的。由处理器111执行的软件程序在逻辑上可以分为多个模块。例如，在一个实施方式中，由处理器执行的程序包括按层依次排列的至少两个模块，使得一层的输出是下一层的输入。如这里所使用的，这种分层指定了控制单元102的层或逻辑模块，并且允许将控制分成需要不同信息的不同阶段。

预期未在图1C中示出的是自动驾驶系统可以包括车辆，车辆可以包括汽车、卡车、摩托车、公共汽车、船、飞机、直升机、割草机、休闲车、游乐园车辆、农用设备、建筑设备、电车、高尔夫球车、火车、和手推车。车辆可以具有一台或更多台计算机，诸如包含处理器和存储器的计算机。存储器可以存储处理器可访问的信息，包括可由处理器执行和使用的指令和数据。存储器可以包括计算机可读介质，其存储可以借助硬盘驱动器、存储卡和只读存储器读取的数据。指令可以是由处理器直接(诸如机器代码)或间接(诸如脚本)执行的任何指令集。处理器可以根据指令检索、存储或修改数据。处理器可以远离车辆定位并且与车辆无线通信。

计算机可以包括通常与计算机结合使用的所有组件，诸如中央处理单元(CPU)、存储数据和指令的存储器(例如RAM和内部硬盘驱动器)，诸如网络浏览器、电子显示器(例如、具有屏幕的监视器、小型LCD触摸屏或可操作以显示信息的任何其它电子设备)、用户输入(例如，鼠标、键盘、触摸屏和/或麦克风)以及用于收集有关人的状态和方面的显式或隐式信息的各种传感器(例如，摄像机)。计算机可以是结合到车辆中的自动驾驶计算系统。

此外，预期但未在图1C中示出的是车辆的内部方面。自动车辆可以包括非自动车辆的所有特征，例如：转向装置，诸如方向盘；导航显示装置，诸如导航显示器(其可以是电子显示器的一部分)；以及齿轮选择器装置，诸如换档器。除了前述之外，车辆还可以具有各种用户输入设备，诸如触摸屏(其可以是电子显示器的一部分)或按钮输入，用于激活或去激活一种或更多种自动驾驶模式并且用于使驾驶员或乘客向自动驾驶计算机提供诸如导航目的地的信息。自动驾驶计算系统能够与车辆的组件进行通信。计算机可以与车辆的中央处理器通信，并且可以从车辆的各种系统(例如制动系统、加速系统、信号发送系统和导航系统)发送和接收信息，以控制车辆的运动、速度等。车辆的中央处理器可以执行非自动计算机中的中央处理器的所有功能。或者，处理器可以包括单个处理设备或并行操作的多个处理设备。计算机可以控制车辆的部分或全部这些功能，从而是完全或部分自动的。

车辆还可以包括与计算机通信的用于确定设备的地理位置的地理位置组件。位置组件可以包括用于确定设备的纬度、经度和/或海拔位置的GPS接收器。其它定位系统(诸如基于激光的定位系统、惯性辅助GPS或基于相机的定位)也可用于识别车辆的位置。车辆的位置可以包括绝对地理位置(诸如纬度、经度和海拔高度)以及相对位置信息(诸如相对于紧邻其周围的其它车辆的位置)，相对位置信息通常可以比绝对地理位置更准确地确定。

此外，预期但未在图1C中示出的是车辆还可以包括与计算机通信的其它装置，诸如，加速度计、陀螺仪或其它方向/速度检测设备，以确定车辆的方向和速度或其改变。加速设备可以确定其相对于重力的方向或与其垂直的平面的俯仰、偏航或滚转(或其改变)。该设备还可以跟踪速度的增加或减少以及这种变化的方向。计算机可以通过控制各种组件来控制车辆的方向和速度。举例来说，如果车辆在完全自动驾驶模式下运行，则计算机可以使车辆加速(例如，通过增加提供给引擎的燃料或其它能量)、减速(例如，通过减少提供给引擎的燃料或通过施加制动)和改变方向(例如，通过转动前面两个车轮)。

此外，预期但未在图1C中示出的是车辆的外部方面可以包括用于检测车辆外部的对象(诸如其它车辆、道路中的障碍物、交通信号、标志、树木等)的组件。检测系统可以包括激光、声纳、雷达、相机或记录数据的任何其它检测设备，这些数据可以由计算机处理。例如，如果车辆是小型客车，则该车可以包括安装在车顶或其它方便位置的激光器。

激光可以具有大约500英尺的范围、四十度的垂直视场和大约四十度的水平视场。激光可能具有大约200英尺到350英尺的范围、四十度的垂直视场、以及360度的水平视场。激光可以为车辆提供范围和强度信息，计算机可以使用这些信息来识别各种对象的位置和距离。此外，激光器可以通过绕其轴旋转并改变其间距来测量车辆与面向车辆的对象表面之间的距离。车辆还可以包括各种雷达检测单元，诸如用于自适应巡航控制系统的那些。有可能的是，这些雷达检测单元中的每个对于大约25度的视场都可以具有大约700英尺的范围以及对于大约74度的视场具有大约160英尺的范围。

更进一步地，预期但未在图1C中示出的是，相机可以安装在车辆上并且可能安装在预定距离处，使得来自2个或更多个相机的图像的视差可以用于计算到各种对象的距离。此外，连接到计算机的传感器可以包括轮胎压力传感器、引擎温度传感器、制动热量传感器、刹车片状态传感器、轮胎胎面传感器、燃油传感器、油位和质量传感器、空气质量传感器(用于检测温度、湿度或空气中的微粒)、门传感器、灯、雨刷器等。这些传感器中的许多提供由计算机实时处理的数据，也就是说，传感器可能会不断更新其输出，以反映在一段时间内或跨一段时间被感测的环境，并且连续地或根据需要向计算机提供更新的输出，以便计算机可以确定是否应响应于感测到的环境修改车辆当时的方向或速度。

除了处理由各种传感器提供的数据之外，计算机还可以依赖在先前时间点获得的环境数据，并且无论车辆是否存在于环境中，都预期会持续存在。例如，数据可以包括详细的地图信息，例如识别道路的形状和高度、车道线、交叉路口、人行横道、限速、交通信号、建筑物、标志、实时交通信息、植被或其它这样的对象和信息的高度详细的地图。例如，地图信息可以包括与各种路段相关联的明确限速信息。限速数据可以被手动输入或例如使用光学字符识别从先前拍摄的限速标志图像中扫描。

图2A是示出三种操作模式之间的切换的示意图。当系统处于(模式1)并且通过车辆状态确定驾驶员已发起变道时，发生从(模式1)自动车道保持模式到(模式2)自动变道模式的切换207。该确定取决于车辆状态是否处于与变道切换相对应的安全区域、以及系统对变道的惩罚是否小于对车道保持的惩罚。与变道切换对应的安全区域是预先计算的一组车辆状态，使得如果车辆达到这些状态中的一个，那么切换到(模式2)并完成变道将是安全和平稳的，如由设计者决定的。对变道和车道保持的处罚由设计者确定。

当系统处于(模式1)并且通过车辆状态确定驾驶员已经离开车道保持安全区域并且驾驶员不执行到(模式2)自动车道保持的切换207时，发生从(模式1)自动车道保持模式到(模式3)手动模式的切换208。与车道保持相对应的安全区域是预先计算的一组车辆状态，因此如果车辆达到这些状态中的一个，那么车辆保持车道将是安全和平稳的，如由设计者确定的。

当系统处于(模式3)并且通过车辆状态确定驾驶员已发起车道保持时，发生从(模式3)手动模式到(模式1)自动车道保持模式的切换206。该确定取决于车辆状态是否处于与车道保持切换对应的安全区域中。与车道保持切换相对应的安全区域是预先计算的一组车辆状态，因此如果车辆达到这些状态中的一个，则切换到(模式1)并且车道保持的发起将是安全和平稳的，如由设计者决定的。必要时，该安全区域必须小于与切换208对应的安全区域，因为发起车道保持比恢复车道保持更困难。

当系统处于(模式2)并且通过车辆状态确定驾驶员已经离开变道安全区域时，发生从(模式2)自动变道模式到(模式3)手动模式的切换209。与变道相对应的安全区域是预先计算的一组车辆状态，因此如果车辆达到这些状态中的一个，则变道将继续是安全的和平稳的，如由设计者决定的。必然地，该安全区域必须大于与切换207对应的安全区域，因为发起变道比恢复变道更难。

当变道已经完成时，发生从(模式2)自动变道模式到(模式1)自动车道保持模式的切换210。

图2B是示出用于确定安全区域的组件的示意图。每个安全区域227都是通过编程使用安全约束221和闭环车辆动力学模型223(两者均由设计者提供)按算法计算的，以计算将确保所有当前和未来时间的安全约束执行的一组状态。使用车辆的物理行为和用于致动车辆的控制方案来确定闭环车辆动力学模型。然后，安全区域填充有状态，在闭环车辆模型的动力学下，这些状态将确保在当前和未来的所有时间都强制执行安全约束。实现这一点的算法过程是用于确定最大可容许集合的计算过程。

图2C是示出根据本公开的一些实施方式的根据图2A和图2B的多个方面的方法的流程图。

图2C的步骤210包括车辆的系统的车辆控制系统(VCS)，其检测预定义驾驶模式之间的切换。

图2C的步骤215包括VCS发出请求以确定驾驶员是真的有意进行车辆运动(即，在驾驶模式之间切换)还是无意的，其中，驾驶模式包括自动车道保持模式、自动变道模式和手动模式。

图2C的步骤220包括使用VCS，VCS被配置为响应于接收到转换指示，使用协议数据来评估(i)车辆环境的状态、(ii)车辆的车辆状态、以及(iii)车辆的系统。

图2C的步骤225包括确定从其转换的驾驶模式，其可以包括自动车道保持模式231、自动变道模式232或手动驾驶模式233。

图2C的步骤235也包括确定驾驶模式转换？

图2C的步骤240包括基于一个或更多个评估从多个预定义转换条件中选择唯一对应于车辆状态的一组预定义转换条件。

图2C的步骤245包括通过验证车辆状态是否满足所述一组预定义转换条件来确定驾驶模式之间的切换是否已由驾驶员发起，以验证驾驶员是将车辆致动进入安全区域还是离开安全区域。

图2C的步骤250包括基于确定驾驶员是将车辆致动进入安全区域还是离开安全区域来生成一组显示。

图2C的步骤255包括如果驾驶员将车辆致动进入安全区域，则选择为所述一组显示中的第一显示，或者如果驾驶员将车辆致动离开安全区域，则选择第二显示。其中，VCS可以向驾驶员显示第一显示或第二显示，这导致确认转换指示或发起车辆从手动驾驶模式到自动驾驶模式的切换。

图3是根据本公开的实施方式的物理转向系统的示意图。物理转向系统可以包括驾驶员将方向盘360致动到特定方向361。方向盘可以经由转向柱362连接到车轮，在这种情况下驾驶员致动车轮。齿条马达364致动连接车轮365的轴363和转向柱362。齿条马达致动方向盘以改变车轮的方向372。同时，转向的方向374改变，因为方向盘轴被致动，使得车轮的方向对应于方向盘的方向。

根据获得的实验知识，可以为包括转向控制系统的自动操作车辆设计一种方法。转向控制系统可以包括传递到跟踪控制器的期望航向，该跟踪控制器将信号传递给电子动力转向(EPS)马达以确保对期望航向的跟踪。此外，在自动操作的情况下可以使用参考调节器类型的方法，因为自动操作跟踪期望参考信号。具体而言，参考调节器可以是仅作为约束强制方案应用于跟踪控制器的附加方案，其确定可以被认为是可容许约束的跟踪控制器的参考输入。

从实验中还获得的是，可以为具有转向控制系统的手动操作车辆设计一种方法。例如，转向控制系统可以测量方向盘处的转矩，该转矩可以使用放大器进行放大，放大器将信号传递给EPS马达，以便为驾驶员提供辅助转矩。此外，模型预测控制(MPC)类型的方法更适用于手动操作的情况，因为手动操作直接确定致动器信号，且MPC被设计为直接操纵致动器信号。

然而，我们从上述实验中了解到，转向控制系统两者可以是根本不同的。例如，当我们将两个实验转向控制系统与本公开的实施方式进行比较时，我们意识到了许多问题中的至少一个问题。也就是说，这两种实验性约束强制方法在计算上都更加繁重或计算成本更高，因为它们比不考虑约束的控制器需要更多的计算资源。这意味着与根据本公开的仅使用一种类型的约束强制机制相比，并行使用这两种实验性约束强制方法将是不期望的。根据本公开，我们提供了一种方法以允许在自动操作模式和手动操作模式中使用参考调节器。例如，约束强制方案可以包括一种方法，其中该方案本身可以被称为参考调节器，这是一种约束强制方案，被设计为添加到在不考虑约束的情况下设计的反馈控制器上。

本公开的一些实施方式引入了允许驾驶员和车辆之间协作的共享控制架构。新颖之处在于所有转换都是通过使用方向盘手动控制车辆来实现的。具体而言，驾驶员通过将车辆致动到导致模式之间转换的适当状态来实现模式之间的转换。由于方向盘始终附接至齿条，因此驾驶员始终能够控制车辆；因此，模式之间的切换相对快速和平稳。

本公开包括一些实施方式，这些实施方式包括以下三种模式之一：手动、车道保持和变道。具体而言，通过满足基于约束可容许集合的成员资格的转换条件来激活模式之间的转换。表征这些可容许集合的约束被设计成测试车辆状态是否可以安全且适当地发起到特定模式的转换。在手动到车道保持转换的情况下，测试是车辆是否足够接近车道中心并且横向移动得足够慢以安全地进行自动跟踪。在车道保持到变道转换的情况下，基于某些规定成本函数，测试是改变车道还是跟踪当前车道的成本更高，以及这是否可以平稳地完成。在自动到手动转换(即，驾驶员接管)的情况下，测试是车辆状态是否已离开与平稳控制相关的约束将不可再强制执行的规定区域。从某种意义上说，手动驾驶被视为错误状态。

本公开中使用的主要构造被称为最大可容许集合。根据定义，最大可容许集合是所有初始状态的集合，使得闭环控制系统将在所有当前和未来时间强制执行一组规定输出约束。这些集合很有用，因为它们可以基于给定的一组输出约束和闭环动态进行预先计算。在本公开中，我们使用它们来测试我们的闭环控制器是否会强制执行操作约束。我们计算不同的集合以对应于不同的转换，并且通过测试每个可容许集合中的状态的集合成员资格来确定转换是否已被激活。针对共享控制，考虑使用约束集合，其中控制技术旨在强制执行一组规定约束。

最大可容许集合

关于考虑闭环离散时间系统，

x(t+1)＝Ax(t)， (1a)

y(t)＝Cx(t)∈Y， (1b)

其中x(t)∈Rⁿ是系统状态，y(t)是约束输出，是假设满足闵可夫斯基(Minkowski)假设的输出约束集合，即，它是紧凑的、凸的，并且在它的内部包含0。由于系统是闭环，因此假设矩阵A渐近稳定。

(输出约束)可容许集合是状态x(t)的一组初始条件，其属性是保证输出y(t)在所有当前和未来时间Z₊内保持在一组约束内。最大可容许集合是所有这些状态的集合、或所有容许集合的并集。它表示为，

最大可容许集合O_∞有一些有用的性质。首先，如果约束集合Y满足闵可夫斯基假设，则O_∞也满足。其次，假设0∈Y并考虑标量α＞0，将Y缩放到αY将最大可容许集合从O_∞缩放到αO_∞。此外，O_∞是有限确定的，即，它可以在有限步数中被计算出。计算是根据以下算法递归完成的，

O_t+1：＝O_t∩X_t， (3)

其中O₀：＝Rⁿ且X_t：＝{x₀：CA^tx₀∈Y}。该算法在第一实例t^*处终止，其中并且O_∞被设置为O_t ^*。这样的时间肯定存在，因为由于A的渐近稳定性和Y在其内部包含0的事实，总是存在k∈Z₊使得对于某些k′＜k，

另一个重要的性质是，当Y是多面体时，O_∞也是。这可以通过以下事实看出，当Y是多面体时，在(3)中计算O_∞作为线性约束的组合，这意味着O_∞是一个多面体，因为它是紧凑的。因此，可以表示为，

O_∞＝{x：Hx≤h}， (4)

其中，H和h分别是适当大小的矩阵和向量。

自动控制器

关于本公开的车道保持控制器，进一步详细讨论了几个方面，包括(A)车辆动力学、(B)转向系统动力学、(C)车道保持辅助和(D)自动变道。

A.车辆动力学

我们使用的车辆模型是取自[10]的单轨误差跟踪模型，用于恒定纵向速度v_x，由下式给出，

其中，e_y是车辆位置从参考路径的横向位移，e_ψ是实际车辆横摆角和期望车辆横摆角之间的差，δ是前轮角度，而ψ^·d是期望的车辆横摆角速度。系统矩阵由下式给出，

其中，系数

C₀＝C_α，f+C_α，r，

C₁＝l_fC_α，f-l_rC_α，r，

相关系统参数见表1，即，表1示出了车辆动力学参数。参见下表1。

B.转向系统动力学

关于线控转向系统。方向盘动力学由下式给出，

齿条和小齿轮组件的动力学由下式给出，

Jpθ¨p＝-Cpθ^·p+Te+Tm-Ta， (6b)

其中θ_h和θ_p分别是转向角和小齿轮角。输入变量是驾驶员输入转矩T_d、力反馈转矩T_ff、EPS马达转矩T_e、估计的驾驶员输入转矩T_m和道路对齐转矩T_a。估计的输入转矩T_m近似于驾驶员输入转矩T_d并根据以下公式确定：

T_m＝K_s(θ_h-θ_p)+C_s(θ^． _h-θ^． _p). (7)

力反馈转矩T_ff被确定以给驾驶员一种抵抗他的输入的转矩的感觉。通过经过PD滤波器确定施加到小齿轮轴的转矩，排除驱动器转矩，

T_ff(s)＝(k_p，ff+k_d，ffs)(T_e(s)-T_a(s))， (8)

其中k_p，ff和k_d，ff是PD滤波器中的比例和微分参数，并且被确定为给出准确道路感觉，同时最小化方向盘的振荡。系统参数在表II中描述，即，表II示出转向系统动力学参数。

C.车道保持辅助

为了帮助驾驶员跟随中间车道，控制器的目标是确定T_e，以便当驾驶员输入转矩T_d保持为零时，横向误差e_y变为0。为此，我们考虑联接的车辆和转向系统动力学以及对齐转矩，它们通过道路轮角δ和小齿轮角θ_p之间的恒定传动比G_r相互关联，

δ＝G_rθ_p， (9)

对齐转矩T_a可以在线性区域中近似为，

T_a≈T^_a＝2C_a(δ-θ_v，f)， (10)

其中，系数C_a是实验确定参数，并且θ_v，f是前轮胎速度角，根据小角度近似，它由下式给出，

考虑到上述情况，并假设T_d＝T_m＝0，耦合动力学由n给出，

其中，

假设(11)中的所有状态都被测量。由于测量结果取自非线性模型，因此使用卡尔曼滤波器来估计状态向量x的值。状态估计x^通过反馈增益K，它最小化LQR成本函数，Q和R矩阵由下式给出，

Q＝diag(100，1000，10，1，0.01，0.01)，R＝10

并且设置

T_e：＝-Kx.^ (12)

D、自动变道

变道控制器被设计为使用与车道保持情况相同的反馈增益。不同之处在于，系统必须跟踪期望参考l，而不是稳定到原点x＝0。变道操纵是在笔直道路上完成的，因此期望偏航误差e_ψ恒定保持为0。道路上的横向位置e_y跟踪参考l，因此l＝±L，其中，L＞0等于车道宽度，并且±符号分别对应于标称车道的左侧或右侧车道变化。

变道参考轨迹：我们设计变道轨迹类似于[12]，最小化总急动，

利用动态约束和端点约束并且l(T)＝L。对应于问题的汉密尔顿函数由下式给出，

根据庞特里亚金最小原理(Pontryagin Minimum Principle)[13]，

如果|p₃|＞J，则j＝-sgn(p₃)J，如果|p₃|＜J，则j＝0，否则未定义。此外，p₃(t)是二阶多项式，这意味着它最多可以转换符号两次。考虑到加速度的端点约束，我们知道此外，考虑到速度的端点约束和对急动的限制，对j(t)的解必须关于t＝T/2对称。因此，j的一般解由下式给出，

其中，Δ₁＞0和Δ₂≥0满足4Δ₁+2Δ₂＝T。为了获得Δ₁和Δ₂的值，我们执行初等微积分以找到l(T)的表达式，

设l(T)＝L并利用4Δ₁+2Δ₂＝T，得到，

这意味着

其完全表征控制律(15)，并且只要J≥32L/T³就存在。

2)跟踪控制器：跟踪控制器是基于全信息输出调节器问题[14]的解决方案设计的。当急动保持恒定时，我们关注参考l的完美跟踪。在这种情况下，它可以建模为以下系统的输出，

l＝C₂w (19b)

其中

解由满足线性方程的矩阵G∈M_6，4和F∈M_1，4给出，

PS＝AP+BF， (20a)

C₁P＝C₂， (20b)

其中，C₁＝[1 0 0 0 0 0]。为了跟踪l，控制输入被设置为，

T_e：＝-K(x^-Gw)+Fw， (21)

其中，和l的导数是通过积分(15)来计算的。请注意，当w＝0时，(21)与(12)一致；因此，我们可以使用(21)作为我们的控制律，并且通过适当修改w来选择要跟踪的车道。

模式之间的转换

图4是示出根据本公开的实施方式的用于在手动模式(M)、车道保持(LK)和变道操纵(LC)之间切换的逻辑的示意图，节点上的标签示出了转换要求。

本公开的一些实施方式包括在手动模式和自动模式以及在车道保持和变道模式之间转换的方法。可能的转换在图4中示出，其中，状态图示出了三种操作模式：手动(M)、车道保持(LK)和变道(LC)、以及三者之间的转换逻辑。在本部分中，我们将介绍模式之间的切换。为了提供从手动模式切换到自动模式，然后从车道保持模式切换到变道模式，最后从自动模式切换到手动模式的方法的更多细节，下面讨论每个方面，包括：(A)自动接管；(B)驾驶员发起的自动变道；(C)驾驶员发起的自动变道；(D)手动接管；以及(E)合成。

A.自动接管

在从手动模式切换到自动模式时，我们希望驾驶员将车辆控制到控制器可以平稳且安全地接管的位置。表征这一点的方法是使用约束。具体来说，我们可以对状态设置约束，

Cx∈Y_lk，

我们希望在切换到自动模式期间得到满足。此外，自动反馈控制器(12)应该能够满足这些约束。可以满足上述约束的所有状态的集合是最大可容许集合，我们可以通过将A_K定义为离散时间闭环状态转变矩阵来定义其离散时间近似值，利用适当时间常数T_d离散化A-BK。我们由此定义的最大可容许集合由O_∞(Y_lk)：＝O_∞(A_K，C，Y_lk)给出。

因此，当状态估计x^被确定为在最大可容许集合中时，就会发生转换，即，

x^∈O_∞(Y_lk). (22)

B.驾驶员发起的自动变道

二次成本函数被定义为，

其中，P是与LQR问题相关的代数里卡提(algebraic Riccati)方程的解，因此(23)是用于控制(12)的李雅普诺夫(Lyapunov)函数。为了测试驾驶员是否发起了变道，我们比较跟踪车道中心与跟踪变道轨迹l的成本，

其中和波确定为好像驾驶员已发起变道。具体来说，在控制T_e的每次更新时，为了通过比较成本(24)来测试驾驶员是否已发起变道，其中，通过设置l＝e_y并反向计算导数和j并使用(15)来确定由于对于t_e∈[0，Δ₁)，参考l(t_e)＝Jt³ _e/6并且e_y＞0，设置并且

这种确定的方法可能会得到改进，作为非限制性示例，例如一些方法将使用所有状态信息x来获得的估计。由于这不是本公开的一些目标的重点，因此选择上述方法。

成本比较测试(24)不足以确定变道的发起，因为它不提供区分发起变道的手动接管的方式。为了区分这两者，我们提出了集合成员测试，类似于上面介绍的手动到自动切换技术。在这种情况下，我们定义了我们希望在转换到变道期间满足的一组约束，

并定义最大可容许集合O_∞(Y_lc)：＝O_∞(A_K，C，Y_lc)。该集合对于x^～的动力学是不变的，这可以通过执行推导看出：

如果满足(24)，则从车道保持切换到变道是成功的，并且，

确定一旦参考收敛到目标值，变道就已经完成，即，

l(t)＝l(T). (26)

C.手动接管

关于确定驾驶员是否已经控制车辆的方法。偏离车道保持或变道操纵可以通过定义约束来表征，

并且分别定义最大可容许集合和无论何时，系统都会确定手动接管，

在车道保持的情况下，

在变道的情况下，

D.合成

在图4中，状态图示出了三种操作模式，手动(M)、车道保持(LK)和变道(LC)，以及三者之间的转换逻辑。请注意，由于(24)∩(25)和(27)可能同时为真，我们通过在检查后者之前检查前者不为真来协商任何冲突。

驾驶模拟器的实验结果

图5是示出根据本公开的实施方式的驾驶模拟器设置的示意图，以评估驾驶模拟器中的控制方案。车辆动力学使用CarSim 2018.0和MATLAB Simulink R2015b进行仿真。道路可视化通过CarSim VS Visualizer提供，并且以60Hz刷新率投影到计算机监视器上。驾驶员使用提供力反馈的Thrustmaster T300RS游戏轮来致动模拟系统。我们使用预定义E级CarSim车辆以通过修改转向系统来模拟车辆动力学。

具体来说，我们用上面的自动控制器、转向系统动力学部分中介绍的模型覆盖CarSim的内部转向系统模型。这样做是为了我们可以将游戏轮附接到系统。Simulink将力反馈转矩T_ff传递到游戏盘，并从游戏盘接收方向盘的角度θ_h。在Simulink中，对角度θ_h进行微分以获得θ_h。在Simulink中，我们传播转向动力学以确定公路车轮的角度δ，我们将其传递给CarSim，并且在其软件中覆盖δ的值。CarSim将系统状态x传递给Simulink模型，该模型确定所有其它状态、估计和控制输入。我们假设在模拟期间速度恒定，因此设置CarSim内部驾驶员模型以跟踪预设速度，该速度保持在v_x＝80km/h。

我们用来定义切换行为的约束集合由下式给出，

并且我们的实验结果如图3至图6所示。我们进行了三个实验以测试模式之间的各种转换。

图6A、图6B和图6C是示出与标称(暗)和替代(亮)控制方案的自动接管对应的图表的曲线图，图6A示出了根据参考车道的位置，图6B示出了位置变化的相对速率，而图6C示出了发送到游戏轮的无量纲力反馈命令(±10是饱和界限)，其中，对于图6A、图6B和图6C，根据本公开的实施方式，垂直线表示向自动模式的转换。例如，图6A、图6B和图6C示出了模式间转换的自动接管(自动接管部分)的结果，其中将标称控制方案的行为与替代方案进行比较，即，使得(22)的使用被替换以通过检查确定是否发生了切换，

Cx^∈Y_lk. (29)

在这两个测试中，驾驶员开始在目标左侧的车道上行驶，然后将车辆转向目标车道的中心。正如在图6C中的力反馈转矩的图表中可以看出的那样，替代测试(29)表现不佳。我们在测试期间定性地观察到，它通常会给驾驶员带来两倍的力反馈，从而导致切换时有不平稳的感觉。这意味着与更简单的方法相比，使用最大可容许集合可以导致更平稳的切换。

图7A和图7B是示出根据本公开的与驾驶员发起的变道对应的图表的曲线图，图7A示出来自参考车道的位置，并且图7B示出了位置变化的相对速率，其中，根据实验结果，图7A和图7B的垂直线表示变道的发起和完成。

图8A和图8B是示出根据本公开的与驾驶员发起的变道对应的图表的曲线图，图8A示出了方向盘位置，并且图8B示出了车道保持的成本(暗)和变道的成本(亮)，其中，图8A和图8B的垂直线表示根据实验结果的变道的发起和完成。

关于图7A和图7B以及图8A和图8B，在接下来的实验中，通过发起左变道然后右变道来测试该方法的车道切换性能。根据图7A和图7B以及图8A和图8B中呈现的结果，注意到驾驶员能够通过将车辆致动进入系统可以接管变道的状态来发起变道。此外，图8A和图8B示出这对应于将方向盘从中心位置平稳地移动大约20°，直到系统确定跟踪变道的成本小于车道保持的成本。

图9A和图9B是示出对应于标称(暗)和替代(亮)控制方案的手动接管的图表的曲线图，图9A示出了来自参考车道的位置，并且图9B示出了方向盘位置，其中，根据本公开，根据实验结果，图9A和图9B的垂直线表示到自动模式的转换或变道的发起。关于图9A和图9B，最终实验包括执行的、驾驶员试图执行手动接管两个测试。

在第一测试中，使用标称控制方案，并且在第二测试中，LK→LC测试(24)∩(25)仅替换为(24)，并且LK→M测试(27)仅替换为(27)。实际上，这忽略了检查变道是否已进入车道跟踪控制器的约束的可容许吸引区域。正如预期的那样，当针对(25)的检查关闭时，控制器将来自驾驶员的更大力解释为变道请求，而不是识别驾驶员希望手动接管。这可以在图9A和图9B中看出，其中替代方案将转向角的大而快速变化误认为是变道请求，但标称控制方案能够确定转向角的较小的类似的快速变化是手动接管的请求。

根据实验，汽车的手动模式和自动模式之间的转换方法包括三种模式。其中，三种驾驶模式包括自动车道保持模式、自动变道模式和手动模式。自动模式控制器被设计成在车道保持时跟踪车道中心或在改变车道时跟踪最小急动变道轨迹。为了确定转换，我们设计了状态机，它可以基于满足最大可容许集合成员资格标准在模式之间转换。实验结果验证了本公开的系统和方法在模式之间的平稳、安全和适当转换。

特征

根据本公开的另一实施方式，一种方法包括从处理器接收转换指示，以在驾驶员在道路上驾驶车辆时将半自动车辆从驾驶模式切换到另一种驾驶模式。其中，驾驶模式包括自动车道保持模式、自动变道模式和手动模式。使用处理器，该处理器被配置为响应于接收到转换指示，使用协议数据来评估(i)车辆环境的状态、(ii)车辆的车辆状态、以及(iii)车辆的系统。基于一个或更多个评估，从多个预定义转换条件中选择唯一对应于车辆状态的一组预定义转换条件。通过验证车辆状态是否满足一组预定义转换条件来确定驾驶员是否已发起驾驶模式之间的切换，以验证驾驶员是将车辆致动进入安全区域还是离开安全区域。基于驾驶员是将车辆致动进入安全区域还是离开安全区域的确定，生成一组显示。如果所述驾驶员将所述车辆致动进入所述安全区域，则基于所述显示的优先级选择为所述一组显示中的第一显示，或者如果所述驾驶员将所述车辆致动离开所述安全区域，则选择第二显示。向驾驶员显示第一显示或第二显示，这导致确认转换指示或发起车辆从手动驾驶模式到自动驾驶模式的切换。其中，以下方面被设想为配置上述实施方式的修改实施方式。

本公开的一方面包括驾驶模式之间的转换，包括：第一转换，其是从手动驾驶模式到车道保持模式的切换；第二转换，其是从车道保持模式到变道模式的切换；第三转换，其是从车道保持模式到手动驾驶模式的切换；第四转换，其是从变道模式到手动模式的切换，并且从变道模式回到车道保持模式的切换是基于是否已完成变道。

本公开的另一方面包括：第一转换，其包括一组预定义转换条件，该组预定义转换条件包括车辆是否在接近道路的车道中心的预定义距离范围内、以及车辆是否正在以预定义速度范围沿横向方向移动，以便安全地接合车辆的系统的自动跟踪模块。其中，当车辆的系统处于手动驾驶模式，并且处理器确认车辆是否被致动进入安全区域时，处理器确定已经发起了自动接管，从而安全区域是确保车辆的系统的自动控制器可以安全地接管控制权并且跟踪中心车道并强制执行安全约束的所有状态的集合。

本公开的另一方面包括：第二转换可以包括一组预定义转换条件，该组预定义转换条件包括基于预定义成本函数，成本量是由车辆改变车道还是跟踪当前车道、以及基于预定义成本范围，跟踪中心车道的成本是否大于跟踪最小急动变道轨迹的成本。其中，当车辆的系统处于车道保持模式时，处理器确认车辆是否被致动进入安全区域，在确认后，处理器进一步执行第一附加预定义转换条件以确定是否已经发起变道，以便第二附加预定义转换条件比较恢复车道保持所需的工作量与执行变道所需的工作量，并且如果除了第一附加预定义转换条件外，需要较少的工作量切换车道，然后处理器确定已发起变道。

本公开的另一方面包括：包括一组预定义转换条件的第三转换，该组预定义转换条件包括车辆状态是否已经离开预定义安全区域，其中，与车辆的统一控制相关联的预定义转换约束不可再由处理器强制执行，然后处理器将手动驾驶模式视为错误状态或驾驶员接管车辆。其中预定义安全区域是确保车辆的系统的自动控制器将跟踪中心车道并强制执行预定义安全转换约束的所有车辆状态集合，并且当车辆的系统处于车道保持模式时，处理器确认是否违反了预定义安全转换约束，如果违反了预定义安全转换约束，同时还没有发起变道，则处理器确定手动接管已经被发起。

本公开的另一方面包括第四转换，第四转换包括一组预定义转换条件，该组预定义转换条件包括车辆状态是否已经离开预定义安全区域，其中，与车辆的统一控制相关联的预定义转换约束不可再由处理器强制执行，然后处理器将手动驾驶模式视为错误状态或驾驶员接管车辆。其中预定义安全区域是确保车辆的系统的自动控制器将进行变道并强制执行预定义安全转换约束的所有车辆状态集合，并且当车辆的系统处于变道模式时，处理器确认是否违反了预定义安全转换约束，并且在确认后，处理器确定手动接管已经被发起。

本公开的另一方面包括当变道轨迹收敛到道路的新车道的中心时确定用于从变道模式切换回车道保持模式的变道完成。

本公开的另一方面包括通过满足基于可容许集合的成员资格的预定义转换条件来激活驾驶模式之间的转换。其中，预定义转换条件是表征这些可容许集合的约束，并被构造为确定车辆状态是否可以安全地发起到特定模式的转换。其中安全性是使用约束来定义的，这些约束是由与车辆的系统相关联的切换系统的设计者确定的。

本公开的另一方面包括驾驶员能够经由车辆的手动控制，通过移动附接到车辆的齿条的方向盘来实现模式之间的所有转换，以将车辆致动进入导致模式之间的转换的车辆状态。

本公开的另一方面包括安全区域表示车辆状态集合，车辆将根据该车辆状态集合以相应的特定模式安全地操作车辆。

本公开的另一方面包括处理器通过确定车辆的当前状态是否满足预定义转换条件的相关集合来确定驾驶员的意图。

本公开的另一方面包括：向驾驶员显示第一显示指示驾驶模式之间的切换被确认由驾驶员发起，车辆被致动进入安全区域，并且驾驶员被允许继续控制或被给予对车辆的控制；并且向驾驶员显示第二显示指示驾驶模式之间的切换未被确认由驾驶员发起，车辆被致动离开安全区域，并且车辆的系统的自动驾驶系统从驾驶员夺取控制权，除非驾驶员在一段时间内通过车辆的手动控制将车辆致动到导致驾驶模式之间转换的车辆状态。

定义

根据本公开的方面，并且基于实验，已经建立了以下定义，并且肯定不是每个短语或术语的完整定义。其中，所提供的定义仅作为示例提供，基于从实验中的学习，其中可能涉及其它解释、定义和其它方面。然而，至少对于所呈现的短语或术语的仅基本预览，已经提供了这样的定义。

处理器：作为非限制性示例，是硬件处理器，如权利要求1中所述，可以是计算机硬件，即，响应并处理驱动计算机以实现本公开中描述的算法的基本指令的逻辑电路。

车辆的车辆状态：属性值集合描述了自动车辆在其运动期间在某个时刻和特定地点的状况，被称为车辆在该时刻的“状态”。属性集合可以被定义为向量，该向量用来表示车辆状态是位置(x，y，z)、取向(θ_x，θ_y，θ_z)、线速度(v_x，v_y，v_z)和角速度(ω_x，ω_y，ω_z)。

与车辆状态唯一对应的预定义转换条件：控制是否在模式之间切换的逻辑测试，这取决于车辆状态，使得两个测试不能同时为真。它们是在车辆设计阶段确定的，因此是预先确定的。

车辆环境的状态：与车辆外部的环境相关的所有属性的状态。例如，这可以包括车道和其它车辆的位置。

图10是示出图1A的方法的框图，根据本公开的实施方式，其可以使用替代计算机或处理器来实现。计算机1011包括处理器1040、计算机可读存储器1012、储存器1058和具有显示器1052和键盘1051的用户界面1049，它们通过总线1056连接。例如，用户界面1049与处理器1040和计算机可读存储器1012通信，在由用户从用户界面1057的表面、键盘表面接收到输入时获取测量数据并将其存储在计算机可读存储器1012中。

预期存储器1012可以存储可由处理器执行的指令、历史数据以及本公开的方法和系统可以利用的任何数据。处理器1040可以是单核处理器、多核处理器、计算集群或任何数量的其它配置。处理器1040可以通过总线1056连接到一个或更多个输入和输出设备。存储器1012可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存或任何其它合适的存储器系统。

仍然参考图10，存储设备1058可以适于存储由处理器使用的补充数据和/或软件模块。例如，存储设备1058可以存储历史设备数据和其它相关设备数据，诸如设备的手册，其中设备是能够获取测量数据的感测设备，如上文关于本公开所述的。附加地或替代地，存储设备1058可以存储类似于测量数据的历史数据。存储设备1058可以包括硬盘驱动器、光驱动器、拇指驱动器、驱动器阵列或其任意组合。

该系统可以通过总线1056可选地链接到显示接口(未显示)，该接口适于将系统连接到显示设备(未显示)，其中显示设备可以包括计算机监视器、相机、电视、投影仪或移动设备等。

计算机1011可以包括电源1054，根据应用，电源1054可以可选地位于计算机1011的外部。打印机接口1059也可以通过总线1056连接并且适于连接到打印设备1032，其中打印设备1032可以包括液体喷墨打印机、固体墨水打印机、大型商用打印机、热敏打印机、UV打印机或热升华打印机等。网络接口控制器(NIC)1034适于通过总线1056连接到网络1036，其中测量数据或其它数据等可以在第三方显示设备、第三方成像设备和/或计算机1011外的第三方打印设备上渲染。

仍然参考图10，测量数据或其它数据等可以通过网络1036的通信信道传输，和/或存储在存储系统1058内以用于存储和/或进一步处理。此外，测量数据或其它数据可以从接收器1046(或外部接收器1038)无线或硬连线接收或通过发送器1047(或外部发送器1039)无线或硬连线传输，接收器1046和发送器1047都是通过总线1056连接的。计算机1011可以通过输入接口1008连接到外部感测设备1044和外部输入/输出设备1041。计算机1011可以连接到其它外部计算机1042。此外，计算机1011可以连接存储器设备1006和传感器1004以及车辆1002的控制系统。输出接口1009可以用于从处理器1040输出处理后的数据。

实施方式

以下描述仅提供示例性实施方式，并不旨在限制本公开的范围、可应用性或配置。相反，示例性实施方式的以下描述将为本领域技术人员提供用于实现一个或更多个示例性实施方式的可行描述。在不脱离如所附权利要求中阐述的主题的精神和范围的情况下，可以想到可以在元件的功能和布置中进行的各种改变。

在以下描述中给出具体细节以提供对实施方式的透彻理解。然而，本领域普通技术人员可以理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些实施方式。例如，所公开的主题中的系统、处理和其它元素可以以框图形式显示为组件，以免以不必要的细节混淆实施方式。在其它情况下，可以在没有不必要的细节的情况下示出众所周知的过程、结构和技术以避免混淆实施方式。此外，各图中相同的参考数字和标记表示相同的元件。

此外，各个实施方式可以被描述为被描绘为流程图、流程视图、数据流图、结构图或框图的处理。尽管流程图可以将操作描述为顺序处理，但许多操作可以并行或同时执行。此外，可以重新安排操作的顺序。处理可以在其操作完成时终止，但可能具有未讨论或未包括在图中的附加步骤。此外，并非任何具体描述的过程中的所有操作都可以在所有实施方式中发生。处理可以对应方法、函数、过程、子程序、次程序等。当进程对应于函数时，函数的终止可以对应于函数到调用函数或主函数的返回。

此外，所公开的主题的实施方式可以至少部分地手动或自动地实现。可以通过使用机器、硬件、软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任何组合来执行或至少辅助手动或自动实现。当以软件、固件、中间件或微代码实现时，执行必要任务的程序代码或代码段可以存储在机器可读介质中。处理器可以执行必要的任务。

此外，本公开的实施方式和在本说明书中描述的功能操作可以在数字电子电路中、在有形体现的计算机软件或固件中、在计算机硬件中实现，包括在本说明书中公开的结构及其结构等效物，或它们中的一个或更多个的组合。此外，本公开的一些实施方式可以实现为一个或更多个计算机程序，即，编码在有形非暂时性程序载体上的一个或更多个计算机程序指令模块，用于由数据处理装置执行或控制数据处理装置的操作。再者，程序指令可以被编码在人工生成的传播信号上，例如机器生成的电信号、光信号或电磁信号，该信号被生成以对用于传输到合适接收器装置以供数据处理装置执行的信息进行编码。计算机存储介质可以是机器可读存储设备、机器可读存储基板、随机或串行存取存储器设备、或它们中的一种或更多种的组合。

根据本公开的实施方式，术语“数据处理装置”可以包括用于处理数据的各种装置、设备和机器，例如包括可编程处理器、计算机、或多个处理器或计算机。该装置可以包括专用逻辑电路，例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)。除了硬件之外，该装置还可以包括为所讨论的计算机程序创建执行环境的代码，例如构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统或它们中的一个或更多个的组合的代码。

计算机程序(也可以称为或描述为程序、软件、软件应用、模块、软件模块、脚本或代码)可以用任何形式的编程语言编写，包括编译语言或解释语言、声明性或过程性语言，它可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、组件、子程序或适合在计算环境中使用的其它单元。计算机程序可以但不必对应于文件系统中的文件。程序可以存储在包含其它程序或数据的文件的一部分中，例如存储在标记语言文档中的一个或更多个脚本、专用于所讨论的程序的单个文件、或多个协调文件，例如，存储一个或更多个模块、子程序或部分代码的文件。计算机程序可以被部署为在一台计算机上执行，也可以在位于一个站点或跨多个站点分布并通过通信网络互连的多台计算机上执行。适于执行计算机程序的计算机包括例如可以基于通用或专用微处理器或两者、或任何其它种类的中央处理单元。通常，中央处理单元将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本要素是用于执行指令的中央处理单元以及用于存储指令和数据的一个或多个存储设备。通常，计算机还将包括或可操作地联接以从用于存储数据的一个或更多个大容量存储设备(例如，磁光盘、磁光碟或光盘)接收数据或将数据传输到这些设备或两者。然而，计算机不需要有这样的设备。此外，计算机可以嵌入到另一个设备中，例如移动电话、个人数字助理(PDA)、移动音频或视频播放器、游戏机、全球定位系统(GPS)接收器或便携式存储设备例如，通用串行总线(USB)闪存驱动器，仅举几例。

为了提供与用户的交互，本说明书中描述的主题的实施方式可以在具有用于向用户显示信息的显示设备(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监视器)、键盘和指示设备(例如鼠标或轨迹球，用户可以通过它们向计算机提供输入)的计算机上实现。也可以使用其它类型的设备来提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感官反馈，例如视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈；并且可以以任何形式接收来自用户的输入，包括声学输入、语音输入或触觉输入。此外，计算机可以通过向用户使用的设备发送文档和从用户使用的设备接收文档(例如，通过响应于从网络浏览器接收到的请求将网页发送到用户的客户端设备上的网络浏览器)来与用户交互。

本说明书中描述的主题的实施方式可以在包括后端组件(例如，作为数据服务器)或包括中间件组件(例如，应用服务器)或包括前端组件(例如，具有图形用户界面或Web浏览器的客户端计算机，用户可以通过其与本说明书中描述的主题的实现交互)或者一个或更多个这样的后端、中间件或前端组件的任意组合的计算系统中实现。系统的组件可以通过任何形式或介质的数字数据通信(例如通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)，例如互联网。

计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离并且通常通过通信网络进行交互。客户端和服务器的关系是由于在各自的计算机上运行的计算机程序而产生的，并且彼此之间具有客户端-服务器关系。

尽管已经参考某些优选实施方式描述了本公开，但是应当理解，在本公开的精神和范围内可以进行各种其它修改和改变。因此，所附权利要求的方面是覆盖落入本公开的真实精神和范围内的所有此类变化和修改。