《智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術（第2版）》教案 項目六 6-1

PAGE8項目6先進駕駛輔助系統(tǒng)和自動駕駛前瞻技術PAGE8項目6先進駕駛輔助系統(tǒng)和自動駕駛前瞻技術項目6先進駕駛輔助系統(tǒng)和自動駕駛前瞻技術PAGE7項目6先進駕駛輔助系統(tǒng)和自動駕駛前瞻技術PAGE7課題任務一認識先進駕駛輔助系統(tǒng)課時2課時（90min）教學目標知識目標：掌握常用先進駕駛輔助系統(tǒng)的組成、工作原理及應用技能目標：會分析特定車型汽車的先進駕駛輔助系統(tǒng)思政育人目標：（1）樹立勇?lián)鷷r代使命、投身復興偉業(yè)的奮斗意識（2）養(yǎng)成嚴謹負責、創(chuàng)新進取的職業(yè)素養(yǎng)教學重難點教學重點：先進駕駛輔助系統(tǒng)的組成、工作原理及應用教學難點：先進駕駛輔助系統(tǒng)的工作原理及應用教學方法情景模擬法、問答法、討論法、任務驅動法教學用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學設計第1節(jié)課：傳授新知（38min）第2節(jié)課：問題導入（3min）傳授新知（15min）（2min）教學過程主要教學內容及步驟設計意圖第一節(jié)課課前任務

【教師】課前預習任務：收集相關資料，回答下列問題1.智能網(wǎng)聯(lián)汽車常用的先進駕駛輔助系統(tǒng)有哪些？2.簡述前向碰撞預警系統(tǒng)的組成和工作原理。3.簡述自動泊車輔助系統(tǒng)的組成和工作原理。4.簡述智能座艙系統(tǒng)的組成和工作原理?！緦W生】完成任務工單通過課前預習，培養(yǎng)學生養(yǎng)成良好的學習習慣，提高學生自我主動學習能力考勤

（2min）【教師】清點上課人數(shù)，記錄好考勤【學生】班干部報請假人員及原因培養(yǎng)學生的組織紀律性，掌握學生的出勤情況任務導入

（5min）【教師】講述科技動態(tài)2021年4月，智能駕駛企業(yè)福瑞泰克智能系統(tǒng)有限公司（簡稱福瑞泰克）與邊緣人工智能芯片全球領導者地平線人工智能技術有限公司（簡稱地平線），聯(lián)合發(fā)布了搭載地平線征程2芯片的福瑞泰克新一代先進駕駛輔助系統(tǒng)（advanceddrivingassistancesystem，簡稱ADAS）?；诖髷?shù)據(jù)的智能感知與類腦計算，新一代可量產的ADAS可提供硬件、軟件、開放棧、開放工具包和強大的生態(tài)系統(tǒng)資源，包括福瑞泰克的雷達、視覺傳感器等傳感器和中央域控制器。該系統(tǒng)集成了福瑞泰克和地平線相關軟件應用程序，可實現(xiàn)全車速自適應巡航、二輪車自動緊急制動、智能微避障及緊急車道保持等高級智能駕駛輔助功能?！緦W生】觀看、聆聽、思考、體會通過任務導入使學生清楚學習目的和本節(jié)課任務目標傳授新知

（38min）【教師】提問：什么是先進駕駛輔助系統(tǒng)？你認為先進駕駛輔助系統(tǒng)需要具備哪些功能？小組討論派代表回答【學生】聆聽、思考、討論、回答【教師】總結學生回答，講解新知先進駕駛輔助系統(tǒng)是指利用安裝在車輛上的傳感、通信、決策及執(zhí)行等裝置，實時監(jiān)測駕駛員、車輛及其行駛環(huán)境，并通過信息和（或）運動控制等方式輔助駕駛員執(zhí)行駕駛任務或主動避免（減輕）碰撞危害的各類系統(tǒng)的總稱。6.1.1前向碰撞預警系統(tǒng)前向碰撞預警（forwardcollisionwarning，簡稱FCW）系統(tǒng)是指通過視覺傳感器、雷達等傳感器實時監(jiān)測前方車輛（見圖6-1），判斷自車與前方車輛的距離、方位角及相對速度，若存在潛在碰撞危險則對駕駛員進行警示的系統(tǒng)。1．組成組成作用信息采集單元采集前方車輛或障礙物的信息和自車的行駛狀態(tài)信息電子控制單元將采集的信息進行融合，并結合自車行駛狀態(tài)信息，進行碰撞風險評估，若存在碰撞風險，向顯示單元或者聲光報警單元發(fā)出報警指令顯示單元和聲光報警單元通過聲、光等報警信號，提醒駕駛員做出應對措施2．工作過程1）識別前方車輛識別前方車輛是實現(xiàn)前向碰撞預警功能的前提。識別前方車輛時采用的傳感器有單目視覺傳感器、立體視覺傳感器、毫米波雷達等，也可采用多傳感器融合的方式。2）監(jiān)測前方車距監(jiān)測前方車距所用的傳感器有超聲波雷達、毫米波雷達、視覺傳感器等。超聲波雷達：通常用于倒車過程中的探測。毫米波雷達：進行近距離探測和遠距離探測。視覺傳感器：可估算車距和確定物體的三維坐標。3）建立安全車距預警模型建立安全車距預警模型是前向碰撞預警系統(tǒng)的核心工作之一。常見的預警模型有3種。預警模型原理優(yōu)缺點馬自達模型在汽車正常跟車行駛中，系統(tǒng)不工作；當自車非常接近前車車尾時，系統(tǒng)發(fā)出追尾碰撞報警；在報警發(fā)出后，若駕駛員沒有及時采取合適的制動減速措施，系統(tǒng)便啟動緊急制動裝置可有效減少駕駛員疏忽大意造成的事故，但由于其計算出的報警距離較大，會出現(xiàn)報警頻繁的情況，久而久之，反而會使人產生麻痹思想本田模型以試驗數(shù)據(jù)為基礎，設定報警距離和制動距離兩種參數(shù)，并采用提示報警和制動報警兩段式報警方式對駕駛員的影響較小，但其準確度較低，不能避免絕大多數(shù)碰撞，有時只能降低碰撞的強度伯克利模型設置的報警距離較長，而制動距離較短。當自車與前車距離小于報警距離時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，使駕駛員有足夠的時間做出反應，但駕駛員需要自行判斷碰撞風險的高低；當自車與前車距離小于制動距離時，系統(tǒng)再次發(fā)出報警信號，但此時往往已無法完全規(guī)避碰撞了結合了馬自達模型和本田模型的特點，揚長避短3．應用舉例1）本田碰撞緩解制動系統(tǒng)2）吉利城市預碰撞安全系統(tǒng)【學生】聆聽、思考、理解、記憶【教師】請同學們掃碼觀看“自適應巡航控制系統(tǒng)”，思考并回答“什么是自適應巡航控制系統(tǒng)？”，隨機邀請同學回答【學生】聆聽、思考、回答【教師】總結學生回答，講解自適應巡航控制系統(tǒng)6.1.2自適應巡航控制系統(tǒng)自適應巡航控制（adaptivecruisecontrol，簡稱ACC）系統(tǒng)是指通過安裝在汽車前部的測距傳感器持續(xù)采集車距信息，并結合輪速傳感器采集的自車車速信息，對車速進行綜合控制的系統(tǒng)。1．組成組成作用信息采集單元向電子控制單元提供自適應巡航控制所需要的各種信息電子控制單元根據(jù)設置好的車速和安全車距，結合信息采集單元傳輸?shù)母鞣N信息，判斷汽車的行駛狀態(tài)，制訂合適的控制策略，并輸出節(jié)氣門開度信號和制動力矩信號給執(zhí)行單元執(zhí)行單元用于接收電子控制單元傳輸?shù)男盘?，并調整汽車行駛的速度和加速度人機交互單元用于設定系統(tǒng)參數(shù)和顯示系統(tǒng)運行狀態(tài)2．工作原理1）傳統(tǒng)燃油汽車駕駛員啟動自適應巡航控制系統(tǒng)后，測距傳感器掃描汽車前方道路，同時輪速傳感器采集車速信號。當汽車前方?jīng)]有車輛或者前車與自車距離較遠且速度較快時，系統(tǒng)啟動巡航控制模式；當前車與自車距離較近或速度較慢時，系統(tǒng)啟動跟隨控制模式。同時，自適應巡航控制系統(tǒng)會通過人機交互單元向駕駛員展現(xiàn)一些參數(shù)，或者發(fā)出報警信號。2）新能源汽車新能源汽車自適應巡航控制系統(tǒng)的工作原理與傳統(tǒng)燃油汽車類似，不同的是傳統(tǒng)燃油汽車的自適應巡航控制系統(tǒng)通過調整制動力矩和節(jié)氣門開度來改變汽車的車速，而新能源汽車的自適應巡航控制系統(tǒng)主要通過調整驅動電機的轉矩和轉速來改變汽車的車速。3．應用【學生】聆聽、思考、理解、記憶【教師】思考：火車行走在專用軌道上尚有出軌的事故發(fā)生，那如果自動駕駛的車輛偏離了車道應該如何處理呢？隨機邀請同學進行回答【學生】聆聽、思考、回答【教師】總結學生回答，講解車道偏離預警系統(tǒng)6.1.3車道偏離預警系統(tǒng)車道偏離預警（lanedeparturewarning，簡稱LDW）系統(tǒng)是指根據(jù)前方道路環(huán)境和自車的位置，判斷汽車是否偏離車道及偏離的程度，并及時提醒駕駛員，以防止因汽車偏離車道而造成交通事故的系統(tǒng)。1．組成組成作用信息采集單元采集車道線信息和汽車自身行駛狀態(tài)信息等，并將這些信息傳輸給電子控制單元電子控制單元對系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)進行集中處理，包括消除傳感器的測量誤差，對汽車是否非正常地偏離車道進行判斷，以及在判定汽車發(fā)生非正常偏離時發(fā)出報警指令人機交互單元通過座椅或轉向盤振動、儀表板顯示、語音提示等方式，向駕駛員展示系統(tǒng)當前的狀態(tài)2．工作原理是基于視覺傳感器獲得的車道線信息，采用各種預警決策算法來實現(xiàn)其功能的。1）汽車當前位置算法通過監(jiān)測車道線并計算汽車外側與車道線的距離信息，來判斷是否向駕駛員發(fā)出預警信號。2）跨道時間算法根據(jù)汽車當前狀態(tài)，假設其車速和方向不變，計算汽車跨越車道線所需的時間，并將該時間與設定的時間閾值進行對比，判斷汽車的偏離狀態(tài)。3）預瞄偏移量差異算法該算法以汽車轉向行駛為例，在實際車道線處向外拓展一條虛擬車道線，而這個虛擬車道線的設計以駕駛員在自然轉向時的偏離習慣為基礎，若駕駛員沒有偏離車道線的習慣，則虛擬車道線與實際車道線重合。3．應用舉例1）豐田2）福特【學生】聆聽、思考、理解、記憶【教師】講解創(chuàng)新強國———SmarterEye，融入課程思政【學生】聆聽、思考、體會【教師】請同學們掃碼觀看“車道保持輔助系統(tǒng)”，思考并回答“什么是車道保持輔助系統(tǒng)？”，隨機邀請同學回答【學生】聆聽、思考、回答【教師】總結學生回答，講解車道保持輔助系統(tǒng)6.1.4車道保持輔助系統(tǒng)車道保持輔助（lanekeepingassist，簡稱LKA）系統(tǒng)是指主動監(jiān)測汽車行駛時的橫向偏移，并對轉向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)進行協(xié)調控制，使汽車穩(wěn)定行駛在預定的軌道上，以減輕駕駛員負擔、減少交通事故的系統(tǒng)。1．組成組成作用信息采集單元采集車道線信息和汽車自身行駛狀態(tài)信息等，并將這些信息傳輸給電子控制單元電子控制單元根據(jù)接收的各種信息，判斷汽車是否偏離車道，制訂相應的應對措施，并將控制信號傳輸給執(zhí)行單元執(zhí)行單元通過座椅或轉向盤振動、儀表板顯示、語音提示等方式進行報警，協(xié)同控制汽車的橫向運動和縱向運動，保證汽車在系統(tǒng)運行期間穩(wěn)定行駛2．工作原理車道保持輔助系統(tǒng)可以在行車的全程或速度達到某一閾值后開啟，并可以手動關閉。當汽車可能偏離車道線時，系統(tǒng)發(fā)出報警信息；當汽車距離側車道線小于一定閾值或已經(jīng)有車輪跨越車道線時，電子控制單元計算出方向回轉角度和減速加速度，并控制轉向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)，使汽車穩(wěn)定地回到正常軌道。若駕駛員打開轉向燈進行正常變道行駛，則車道保持輔助系統(tǒng)不會做出任何提示。3．應用舉例吉利豪越汽車【學生】聆聽、思考、理解、記憶【教師】播放由于進入駕駛員視線盲區(qū)引發(fā)的交通事故視頻，請同學們思考：什么是盲區(qū)？隨機邀請同學回答【學生】聆聽、思考、回答【教師】總結學生回答，講解車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)6.1.5車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)駕駛員的視野盲區(qū)可分為前盲區(qū)、側盲區(qū)（包括A柱盲區(qū)、B柱盲區(qū)和C柱盲區(qū)）、后盲區(qū)和后視鏡盲區(qū)。車輛盲區(qū)監(jiān)測（blindspotdetection，簡稱BSD）系統(tǒng)是指通過超聲波雷達、視覺傳感器、雷達等監(jiān)測視野盲區(qū)內有無來車，并提醒駕駛員，以消除視覺盲區(qū)的影響，保證行車安全的系統(tǒng)。1．組成組成作用信息采集單元利用傳感器監(jiān)測汽車盲區(qū)內是否有行人或其他正在行駛的汽車，并將采集到的信息傳輸給電子控制單元電子控制單元接收信息采集單元傳輸?shù)男畔?，并對信息進行分析、判斷，再將控制信號傳輸給報警顯示單元報警顯示單元接收電子控制單元的信號，按照危險等級發(fā)出對應的報警信息，并禁止汽車的變道行為2．工作原理1）A柱盲區(qū)A柱盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)通過傳感器和顯示屏建立一個“透明A柱”，可以將盲區(qū)范圍內的景象拍攝下來并通過顯示屏顯示，以監(jiān)測可能影響安全行駛的目標?！巴该鰽柱”還可以與云端進行信息交互，獲取停車位、收費站、監(jiān)控器等的信息，并展示給駕駛員。2）后視鏡盲區(qū)后視鏡盲區(qū)是指在車身兩側或車內，通過后視鏡觀察不到的地方。常見的后視鏡盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)有駕駛視覺盲區(qū)信息系統(tǒng)、側面盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)、紅外側向監(jiān)測系統(tǒng)等。3．應用舉例沃爾沃汽車【學生】聆聽、思考、理解、記憶通過提問，培養(yǎng)學生養(yǎng)成勤于思考的習慣通過講解，使學生了解前身碰撞預警系統(tǒng)的組成，工作過程和應用，培養(yǎng)學生養(yǎng)成認真負責的職業(yè)素養(yǎng)通過講解，使學生了解自適應巡航控制系統(tǒng)的組成，工作過程和應用，培養(yǎng)學生養(yǎng)成嚴謹負責、創(chuàng)新進取的職業(yè)素養(yǎng)通過講解創(chuàng)新強國故事，使學生樹立勇?lián)鷷r代使命、投身復興偉業(yè)的奮斗意識第二節(jié)課問題導入

（3min）【教師】復習提問1.智能網(wǎng)聯(lián)汽車常用的先進駕駛輔助系統(tǒng)有哪些？2.簡述前向碰撞預警系統(tǒng)的組成和工作原理。【學生】聆聽、思考、討論通過復習提問，檢查學生對上節(jié)課知識掌握情況傳授新知

（15min）【教師】總結同學們的回答，講解自適應前照燈系統(tǒng)6.1.6自適應前照燈系統(tǒng)自適應前照燈系統(tǒng)（adaptivefrontlightingsystem，簡稱AFS）是指根據(jù)天氣情況、外部光線、道路狀況及行駛信息等來自動控制前照燈角度，為駕駛員提供更廣闊的視野，并避免燈光直射迎面汽車的駕駛員，以保障行車安全的系統(tǒng)。1．組成組成作用信息采集單元用于采集汽車自身的動態(tài)信息（如車速、汽車方位、轉向角度等）和路況信息（如彎道角度、坡度、天氣等）CAN總線傳輸單元用于將各傳感器采集的信息傳輸給電子控制單元電子控制單元用于對汽車行駛狀態(tài)做出綜合判斷，并傳輸控制信號給執(zhí)行單元執(zhí)行單元用于接收控制信號，通過電動機調整前照燈的照射距離和角度2．工作原理1）根據(jù)車速、轉向盤轉角、汽車方位等信息進行計算，判斷前照燈是否需要轉動，并確定轉動的角度。2）通過前照燈開關信號和環(huán)境光照強度信號，判斷當前的環(huán)境光照強度是否符合設定的光照閾值。3）記錄前照燈處于初始化位置時的位置信號，以此判斷前照燈實際轉動的角度與電子控制單元輸出信號對應的角度是否存在偏差。4）將車速、轉向盤轉角、車燈轉角等信息展示在儀表板上，方便駕駛員進行決策。3．應用工作模式應對措施基礎照明針對環(huán)境光照強度的變化判斷應該開啟還是關閉前照燈，以及針對路面坡度的變化判斷如何調整前照燈在垂直方向上的角度彎道照明根據(jù)彎道的角度，對前照燈進行水平方向上的調整城市道路照明會減小前照燈的功率，同時使前照燈略向下轉動，使用比較寬闊的光照角度高速公路照明控制前照燈隨著車速的增加，提高在垂直方向上的抬升量鄉(xiāng)村道路照明增大前照燈的功率以補充環(huán)境照明的不足，并根據(jù)右側道路行駛的原則，控制右側的前照燈向右偏轉適當?shù)慕嵌?，拓寬照明范圍惡劣天氣照明控制前照燈在垂直方向上進行抬升，并調整前照燈的功率，避免前照燈在60m范圍內對迎面汽車的駕駛員造成眩目【學生】聆聽、思考、理解、記憶【教師】播放自動泊車視頻，請同學們思考：自動泊車系統(tǒng)有哪些組成？隨機邀請同學回答【學生】聆聽、思考、回答【教師】總結學生回答，講解自動泊車輔助系統(tǒng)6.1.7自動泊車輔助系統(tǒng)自動泊車輔助（autoparkingassist，簡稱APA）系統(tǒng)是指利用傳感器探測有效泊車空間，并輔助控制汽車完成泊車操作的系統(tǒng)1．組成組成作用信息采集單元通過視覺傳感器或雷達，對路面環(huán)境和汽車位置進行監(jiān)測，采集圖像數(shù)據(jù)及周圍物體距車身的距離數(shù)據(jù)，并傳輸給電子控制單元電子控制單元用于分析處理信息采集單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，得到汽車的當前位置、目標位置及周圍環(huán)境參數(shù)等，再以此制訂自動泊車策略，并向執(zhí)行單元發(fā)送相應的控制信號執(zhí)行單元根據(jù)控制信號，精確控制轉向盤的轉角、節(jié)氣門的開度及制動力矩的大小，完成泊車操作2．工作原理（1）激活系統(tǒng)：汽車進入停車區(qū)域并開始緩慢行駛，駕駛員可人工啟動自動泊車輔助系統(tǒng)，或者汽車根據(jù)車速等信息自行啟動自動泊車輔助系統(tǒng)。（2）車位檢測：通過測距傳感器、視覺傳感器等獲取環(huán)境信息，確定目標車位。（3）路徑規(guī)劃：根據(jù)汽車的自身信息和獲取的環(huán)境信息，規(guī)劃一條安全的泊車路徑。（4）路徑跟蹤：協(xié)調控制轉向盤、節(jié)氣門和制動踏板，使汽車按照規(guī)劃好的泊車路徑泊入目標車位。3．應用1）奧迪自動泊車輔助系統(tǒng)2）寶馬自動泊車輔助系統(tǒng)【學生】聆聽、思考、理解、記憶【教師】講解創(chuàng)新強國——比亞迪漢升級視覺融合全自動泊車輔助系統(tǒng)【學生】聆聽、思考、體會【教師】掃碼播放“抬頭顯示系統(tǒng)”，講解抬頭顯示系統(tǒng)6.1.8抬頭顯示系統(tǒng)抬頭顯示（head-updisplay，簡稱HUD）系統(tǒng)是指利用光學反射原理，將汽車駕駛輔助信息、導航信息、檢查控制信息、警告信息等以投影的形式顯示在前風窗玻璃上、約2m遠的前方或發(fā)動機罩尖端的上方，從而減少駕駛員在行車過程中低頭的次數(shù)，保證行車安全的系統(tǒng)。自動泊車輔助（autoparkingassist，簡稱APA）系統(tǒng)是指利用傳感器探測有效泊車空間，并輔助控制汽車完成泊車操作的系統(tǒng)1．組成組成作用圖像源通常為液晶顯示屏，可輸出視頻信號光學系統(tǒng)用于投射視頻信號，可調節(jié)圖像的大小和投射位置圖像合成器通常為前風窗玻璃，其功能是將前方路況和內部投射的視頻信號進行融合2．工作原理類別原理優(yōu)點缺點風窗玻璃映像式抬頭顯示系統(tǒng)由圖像源發(fā)出的視頻信號經(jīng)過透鏡折射和前風窗玻璃反射，與外部的景象一同進入人眼使用最廣泛，駕駛員在觀察投影圖像的同時，觀察前方路況投影圖像小，亮度低，視場角小，硬件設施的質量和體積都較大前置反射屏式抬頭顯示系統(tǒng)在駕駛室內單獨設置一塊半反射半投射的反射屏，向駕駛員展示重要信息避免了對前風窗玻璃的過多加工，反射屏可根據(jù)需要靈活設置反射屏占據(jù)一定的空間，且反射屏的視頻畫面會干擾駕駛員的視線自由曲面式抬頭顯示系統(tǒng)圖像源發(fā)射的視頻信號經(jīng)過折疊反射鏡和初級自由曲面反射，最終在前風窗玻璃上成像，并反射進入人眼結構簡單靈活，成像質量好制作成本高，且駕駛員透過曲面的前風窗玻璃查看的路況可能存在像差菲涅爾透鏡式抬頭顯示系統(tǒng)菲涅爾透鏡分成上下兩塊，視頻信號透過下面一塊透鏡后，被上面一塊透鏡放大，再通過前風窗玻璃反射到人眼可以消除前風窗玻璃產生的像差系統(tǒng)的軸外視場像差較大與儀表板相結合的抬頭顯示系統(tǒng)圖像源發(fā)出的光經(jīng)過分光鏡分成投射部分和反射部分，投射部分的光經(jīng)過平面反射鏡，將投射圖像反射到儀表板上作為顯示信息，反射部分的光經(jīng)過光學系統(tǒng)折射和風窗玻璃反射進入人眼儀表板和抬頭顯示系統(tǒng)兩者顯示信息具有實時性，硬件體積較小，可以充分利用駕駛臺的可用空間3．應用寶馬汽車【學生】聆聽、思考、理解、記憶【教師】掃碼播放“智能座艙系統(tǒng)”，講解智能座艙系統(tǒng)6.1.9智能座艙系統(tǒng)智能座艙系統(tǒng)是指從駕駛員的習慣、舒適度考慮，將車內改造成一個數(shù)字化平臺（如加裝顯示屏），將操作方法從傳統(tǒng)的按鍵操作改為觸摸或語音操作，裝備多種傳感器和智能設備的系統(tǒng)。1．組成組成部件機械部分可變化車體和內飾機構電子器件部分芯片、顯示屏、專用電器總成和傳感器軟件部分操作系統(tǒng)和各種應用軟件2．工作原理通過結合基于人工智能思維的云端計算，實現(xiàn)了人機交互。以中控屏、儀表板、后座娛樂屏等硬件為載體，實現(xiàn)人臉識別、多音區(qū)監(jiān)測、視線追蹤、疲勞分級、多模命令詞等核