智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論 課件全套 王勇 單元1-9 智能網(wǎng)聯(lián)汽車概述- 智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試評價與標準法規(guī)

單元一智能網(wǎng)聯(lián)汽車概述智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論1.了解汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。2.掌握智能網(wǎng)聯(lián)汽車的定義。3.掌握智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級標準。4.熟悉智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵技術(shù)。5.了解智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。6.通過對我國制定的智能網(wǎng)聯(lián)汽車分級標準以及智能汽車發(fā)展目標和規(guī)劃的學習，增強學生對我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的自信心，激發(fā)民族自豪感。學習目標學習內(nèi)容

一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展背景

二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的定義三、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級

四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品體系與關(guān)鍵技術(shù)五、智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展背景（一）汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢——“新四化”

以移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)及云計算等技術(shù)為代表的新一輪科技革命方興未艾。在此背景下，中國政府提出了“中國制造2025”及“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展戰(zhàn)略，大力推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整。汽車產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，成為新一輪科技革命以及中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要支柱。人們對減少交通事故、提高通勤時間效率、乘坐舒適性和空氣質(zhì)量的要求，都對未來汽車提出了新的要求，即安全、高效、舒適和環(huán)保。汽車產(chǎn)業(yè)在經(jīng)過一百多年發(fā)展后的今天，正向著“新四化”方向發(fā)展：電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化圖1-1汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢——“新四化”（1）電動化

電動汽車是指全部或部分動力由電機驅(qū)動的汽車。電動化是汽車產(chǎn)業(yè)未來的轉(zhuǎn)型方向之一，美國、德國、法國、英國、印度等多個國家都制定了燃油汽車禁售時間表，大多在2025-2030年之間，汽車動力將隨之發(fā)生革命性地變化。（2）智能化智能化，是指汽車通過傳感器（攝像頭、超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達等）實現(xiàn)對周圍環(huán)境的自主感知，通過傳感器信息識別和決策操作，汽車按照預定控制算法的速度與路線規(guī)劃行駛。單車智能是由智能感知、智能決策和智能執(zhí)行實現(xiàn)的自動駕駛，通過人機交互為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的體驗。一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展背景（一）汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢——“新四化”（3）網(wǎng)聯(lián)化

（4）共享化

網(wǎng)聯(lián)化，是指車輛采用新一代移動通信技術(shù)（LTE-V、5G等），實現(xiàn)車輛位置信息、車速信息、外部信息等信息交互，并由控制器進行計算，通過決策模塊計算后控制車輛按照預先設(shè)定的指令行駛。網(wǎng)聯(lián)是在信息安全的環(huán)境下，以端作為數(shù)據(jù)入口，用管進行通信連接，在云上進行信息交互。通過外界互聯(lián)能力能夠讓車知道外界環(huán)境的變化，通過通信連接和信息交互進一步增強車輛的智能化程度和自動駕駛能力共享的原點是熟人之間的協(xié)作互助，具有互惠和社交的基本屬性，是一種社會文明。城市化和人群聚居，為共享經(jīng)濟提供了社會條件；而移動互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化技術(shù)、移動終端及大帶寬通訊網(wǎng)絡(luò)的普及，為共享經(jīng)濟的高效交易提供了技術(shù)支撐。從社會文明演變的角度看，共享經(jīng)濟是發(fā)展的必然趨勢，促進了適度消費、協(xié)同消費、合作互惠、相互信任新經(jīng)濟倫理。共享出行是汽車產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略方向，也是解決解決城市出行的現(xiàn)實選擇。一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展背景（一）汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢——“新四化”一、智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展背景（二）智能網(wǎng)聯(lián)汽車的出現(xiàn)

智能網(wǎng)聯(lián)包括智能化和網(wǎng)聯(lián)化兩個維度。智能網(wǎng)聯(lián)汽車通過智能化和網(wǎng)聯(lián)化技術(shù)，實現(xiàn)智能駕駛和與外界的互聯(lián)。智能網(wǎng)聯(lián)汽車提供了一個更安全、更節(jié)能、更環(huán)保、更舒適的出行方式和綜合解決方案。二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的定義

智能網(wǎng)聯(lián)汽車又被稱為Intelligent

and

Connected

Vehicle，簡稱ICV。根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會的定義，智能網(wǎng)聯(lián)汽車是指搭載先進的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，并融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)車與X(車、路、人、云等)智能信息交換、共享，具備復雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能，可實現(xiàn)安全、高效、舒適、節(jié)能行駛，并最終實現(xiàn)替代人來操作的新一代汽車。二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的定義圖1-2智能網(wǎng)聯(lián)汽車與車聯(lián)網(wǎng)、智能交通、智能汽車之間的關(guān)系三、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級（一）美國汽車工程師學會對自動駕駛的分級

2018年，美國汽車工程師學會（SAE）發(fā)布了汽車自動駕駛的分級標準《SAE

J3016》，具體定義見表1-1。等級等級名稱等級定義動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)系統(tǒng)作用域

車輛橫向和縱向控制周邊監(jiān)控支援

L0無自動化由駕駛員全權(quán)駕駛車輛駕駛員駕駛員駕駛員無L1駕駛輔助系統(tǒng)在設(shè)定的作業(yè)閾（部分工況）下，僅控制車輛橫向（轉(zhuǎn)向）或者縱向（加減速）運動中的一種；駕駛員負責對車輛進行其余所有操控駕駛員和系統(tǒng)駕駛員駕駛員部分工況L2部分自動化系統(tǒng)在設(shè)定的作業(yè)閾（部分工況）下，控制車輛的橫向（轉(zhuǎn)向）和縱向（加減速）運動；駕駛員需要對周邊環(huán)境和系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)控系統(tǒng)駕駛員駕駛員部分工況L3有條件自動化系統(tǒng)在設(shè)計的作業(yè)閾（部分工況）下，完成所有駕駛操作；駕駛員需要在系統(tǒng)提出請求時，提供適當?shù)膽?yīng)答或人工接管車輛系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)部分工況L4高度自動化系統(tǒng)在設(shè)計的作業(yè)閾（部分工況）下，完成所有駕駛?cè)蝿?wù)；駕駛員不負責對車輛進行人工接管系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)部分工況L5完全自動化系統(tǒng)在任何環(huán)境和條件下，都能完成所有駕駛?cè)蝿?wù)，駕駛員不負責對車輛進行人工接管系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)所有工況表1-1

美國汽車工程師學會(SAE)對自動駕駛的分級三、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級（二）中國對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級

中國在智能化和網(wǎng)聯(lián)化兩個維度對智能網(wǎng)聯(lián)汽車進行分級。在智能化方面，2020年3月9日，工信部發(fā)布《汽車駕駛自動化分級》推薦性國家標準報批公示，公示截至2020年4月9日，這項標準將于2021年1月1日正式實施。在《汽車駕駛自動化分級》標準中，基于駕駛自動化系統(tǒng)能夠執(zhí)行動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)的程度，根據(jù)在執(zhí)行動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)中的角色分配以

及有無設(shè)計運行條件限制，將駕駛自動化分成

0～5級。三、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級（二）中國對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級

四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品體系與關(guān)鍵技術(shù)（一）智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品體系

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的產(chǎn)品體系分為感知系統(tǒng)、決策系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)3個層次。感知系統(tǒng)相當于人的眼睛和耳朵等感覺器官，利用攝像頭、超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達等主要車載傳感器以及V2X通信系統(tǒng)感知周圍環(huán)境，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的決策系統(tǒng)提供決策依據(jù)。決策系統(tǒng)相當于人的大腦，在接收到自車狀態(tài)和環(huán)境信息后，根據(jù)全局行車目標，進行舒適、節(jié)能、高效的正確決策，得出需采用的駕駛行為及動作的時機。執(zhí)行系統(tǒng)相當于人的手和腳，控制車輛跟蹤決策系統(tǒng)輸出的規(guī)劃路徑行駛。四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品體系與關(guān)鍵技術(shù)（一）智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品體系

四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品體系與關(guān)鍵技術(shù)（一）智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品體系

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋了傳統(tǒng)汽車廠商、電子、通信、互聯(lián)網(wǎng)、交通等多個領(lǐng)域，主要包括：（1）整車企業(yè)

提出產(chǎn)品需求，開發(fā)智能汽車整車平臺，提供車輛信息接口，完成集成測試。（2）傳感器廠商

開發(fā)和供應(yīng)先進的傳感器系統(tǒng)，包括機器視覺系統(tǒng)、激光雷達系統(tǒng)、毫米波雷達系統(tǒng)、超聲波雷達系統(tǒng)等。（3）智能駕駛系統(tǒng)供應(yīng)商

智能駕駛技術(shù)（如自動緊急制動、自動泊車系統(tǒng)等）研發(fā)和集成供應(yīng)的企業(yè)。（4）通信系統(tǒng)廠商

提供V2X通信系統(tǒng)和服務(wù)的企業(yè)。（5）高精度地圖供應(yīng)商

提供智能網(wǎng)聯(lián)所需高精度地圖和定位技術(shù)。（6）芯片廠商

開發(fā)和提供車規(guī)級芯片系統(tǒng)，包括環(huán)境感知系統(tǒng)芯片、車輛控制系統(tǒng)芯片、通信芯片等。（7）平臺開發(fā)與服務(wù)運營商

開發(fā)車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺，提供平臺運營與大數(shù)據(jù)挖掘分析服務(wù)。四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品體系與關(guān)鍵技術(shù)（二）智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵技術(shù)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車綜合運用了汽車工程、自動控制、計算機、微電子、人工智能、通信與大數(shù)據(jù)平臺等技術(shù)，其技術(shù)架構(gòu)可以概括為圖1-3所示的“三橫兩縱結(jié)構(gòu)”?！叭龣M”是指智能網(wǎng)聯(lián)汽車包含的車輛/設(shè)施、信息交互和基礎(chǔ)支撐這三大類關(guān)鍵技術(shù)，“兩縱”是指支撐智能網(wǎng)聯(lián)汽車的車載平臺和基礎(chǔ)設(shè)施條件。圖1-3“三橫兩縱”關(guān)鍵技術(shù)四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品體系與關(guān)鍵技術(shù)（二）智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵技術(shù)

（1）環(huán)境感知技術(shù)

包括利用機器視覺的圖像識別技術(shù)，利用雷達(激光、毫米波、超聲波)的周邊障礙物檢測技術(shù)，多傳感器信息融合技術(shù)，傳感器冗余設(shè)計技術(shù)等，如圖1-4所示。（2）智能決策技術(shù)

包括危險事態(tài)建模技術(shù)，危險預警與控制優(yōu)先級劃分，群體決策和協(xié)同技術(shù)，局部軌跡規(guī)劃，駕駛員多樣性影響分析等。

車輛/設(shè)施關(guān)鍵技術(shù)包括環(huán)境感知技術(shù)、智能決策技術(shù)和控制執(zhí)行技術(shù)。（3）控制執(zhí)行技術(shù)

包括面向驅(qū)動和制動的縱向運動控制，面向轉(zhuǎn)向的橫向運動控制，基于驅(qū)動、制動、轉(zhuǎn)向、懸架的底盤一體化控制，融合車聯(lián)網(wǎng)(V2X)通信及車載傳感器的多車隊列協(xié)同和車路協(xié)同控制等。圖1-4環(huán)境感知四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品體系與關(guān)鍵技術(shù)（二）智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵技術(shù)

信息交互關(guān)鍵技術(shù)包括V2X通信技術(shù)、云平臺與大數(shù)據(jù)技術(shù)和信息安全技術(shù)（1）V2X通信技術(shù)

依據(jù)通信的覆蓋范圍可分為車內(nèi)通信、車際通信和廣域通信。車內(nèi)通信包括藍牙技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)和以太網(wǎng)通信技術(shù)；車際通信包括DSRC(專用的短程通信技術(shù))、LTE-V(longtermevolution-vehicle）；廣域通信包括應(yīng)用在移動互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的4G、5G等通信方式。通過無線通信技術(shù)，車載通信系統(tǒng)將更有效地獲得的駕駛員信息、自身車輛信息和周邊環(huán)境信息，進行整合與分析，如圖1-5所示。圖1-5V2X通訊四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品體系與關(guān)鍵技術(shù)（二）智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵技術(shù)

（2）云平臺與大數(shù)據(jù)技術(shù)

包括智能網(wǎng)聯(lián)汽車云平臺架構(gòu)與數(shù)據(jù)交互標準，云操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)高效存儲和檢索技術(shù)，大數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析和深度挖掘技術(shù)等。（3）信息安全技術(shù)

包括汽車信息安全建模技術(shù)，數(shù)據(jù)存儲、傳輸與應(yīng)用三維度安全體系，汽車信息安全測試方法，信息安全漏洞應(yīng)急響應(yīng)機制等。智能網(wǎng)聯(lián)汽車和外界存在大量信息交互，因此必須特別重視信息安全技術(shù)，以保證信息交互過程中的車輛安全，如圖1-6所示。圖1-6信息安全四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)品體系與關(guān)鍵技術(shù)（二）智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵技術(shù)

基礎(chǔ)支撐技術(shù)包括高精度地圖、高精度定位技術(shù)和標準法規(guī)與測試評價。（1）高精度地圖與高精度定位技術(shù)

如圖1-7所示，高精度地圖包括車道線、人行道、紅綠燈等信息。高精度地圖與高精度定位技術(shù)包括高精度地圖數(shù)據(jù)模型與采集式樣、交換格式和物理存儲的標準化技術(shù)，基于北斗地基增強的高精度定位技術(shù)，多源輔助定位技術(shù)等。圖1-7

高精度地圖（2）標準法規(guī)與測試評價包括智能網(wǎng)聯(lián)汽車整體標準體系和設(shè)計汽車、交通、通信等各領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)標準，以及智能網(wǎng)聯(lián)汽車和零部件產(chǎn)品的測試評價標準。五、智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢（一）智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展現(xiàn)狀

在智能化方面，經(jīng)過多年的發(fā)展，L1和L2級自動駕駛系統(tǒng)已經(jīng)較為成熟，各大汽車企業(yè)都在量產(chǎn)車型上規(guī)?；b配了L1和L2級自動駕駛系統(tǒng)，如前向碰撞預警、車道偏離預警、盲區(qū)監(jiān)測、車道保持系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航等。

在量產(chǎn)車中，2017年上市的奧迪A8是全球第一款宣布達到L3級自動駕駛系統(tǒng)的車型。奧迪A8配備了1顆激光雷達、4顆毫米波雷達、12顆超聲波雷達、4顆魚眼攝像頭、1顆前視攝像頭。其中，12顆超聲波雷達用于360度環(huán)視系統(tǒng)，12顆超聲波雷達用于自動泊車系統(tǒng)，其他傳感器用于實現(xiàn)車輛行駛過程中的障礙物、行人、車道線等環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測。五、智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢（一）智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展現(xiàn)狀

目前L4和L5級自動駕駛系統(tǒng)處于研發(fā)和測試階段，尚未實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，如圖1-8所示谷歌發(fā)布的無人駕駛汽車，圖1-9所示百度Apollo試驗車等。圖1-8谷歌無人駕駛汽車圖1-9百度Apollo試驗車五、智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢（二）智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展趨勢

（1）激光雷達等先進傳感器加速向低成本、小型化發(fā)展（2）自主式智能與網(wǎng)聯(lián)式智能技術(shù)加速融合（3）人工智能技術(shù)快速發(fā)展和應(yīng)用（4）高速公路自動駕駛與低速區(qū)域自動駕駛系統(tǒng)將率先應(yīng)用（5）自動駕駛汽車測試評價方法研究與測試場建設(shè)成為熱點

單元二汽車總體結(jié)構(gòu)及線控技術(shù)智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論了解汽車的發(fā)展歷程、類型。掌握汽車的總體構(gòu)造以及布置形式。了解線控技術(shù)的起源和優(yōu)缺點。掌握線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成、工作原理。掌握線控制動系統(tǒng)的組成、工作原理。掌握線控油門系統(tǒng)的組成、工作原理。結(jié)合世界汽車工業(yè)發(fā)展史上的三次巨大變革，引導學生認識創(chuàng)新意識的重要性，只有通過不斷地創(chuàng)新，才能推動世界的發(fā)展和進步。學習目標學習內(nèi)容

汽車總體結(jié)構(gòu)

汽車線控技術(shù)一、汽車總體結(jié)構(gòu)（一）汽車的發(fā)展歷程汽車自上世紀末誕生以來，已經(jīng)過一百多年的發(fā)展。經(jīng)過一百多年來的不斷改進、創(chuàng)新，凝聚了人類的智慧和匠心。得益于石油、鋼鐵、鋁、化工、塑料、機械設(shè)備、電力、道路網(wǎng)、電子技術(shù)與金融等多種行業(yè)的支撐，帶動了它的發(fā)展，成為現(xiàn)在這樣具有多種型式、不同規(guī)格，廣泛用于社會經(jīng)濟生活多種領(lǐng)域的交通運輸工具。（1）汽車的誕生在汽車發(fā)展史上，被公認的第一輛汽車的發(fā)明者是卡爾·本茨。1885年卡爾·本茨在德國曼海姆制造出第一輛汽油發(fā)動機汽車?？枴け敬暮退l(fā)明的第一輛汽車

繼摩托車之后，戴姆勒于1886年8月訂購了一輛馬車，他在埃斯林加機械制造廠將這輛四輪馬車加以改制，增加了傳動、轉(zhuǎn)向等機構(gòu)，然后在車身后部裝上一臺單缸水冷汽油發(fā)動機，制成了世界上第一輛四輪汽油發(fā)動機汽車戈特利布·戴姆勒和他發(fā)明的四輪汽油發(fā)動機汽車在一百多年的汽車發(fā)展歷史中，世界汽車工業(yè)經(jīng)歷了三次巨大變革。第一次變革是美國福特汽車公司推出T型車，并發(fā)明了汽車裝配流水線，使世界汽車工業(yè)的中心從歐洲轉(zhuǎn)向美國。第二次變革是歐洲通過多品種的生產(chǎn)方式，打破了美國汽車公司在世界車壇上的長期壟斷地位，使世界汽車工業(yè)的中心從美國又轉(zhuǎn)回歐洲。第三次變革是日本通過完善生產(chǎn)管理體制形成精益的生產(chǎn)方式，全力發(fā)展物美價廉的經(jīng)濟型轎車，日本成了繼美國、歐洲之后世界第三個汽車工業(yè)發(fā)展中心。（2）世界汽車工業(yè)的發(fā)展（3）中國汽車工業(yè)的發(fā)展

新中國成立后，中國的汽車工業(yè)才得以建立和發(fā)展。經(jīng)過半個世紀的努力，中國汽車工業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化。從一個曾經(jīng)是只有卡車沒有轎車、只有公車沒有私車、只有計劃沒有市場的汽車工業(yè)，終于形成了一個種類齊全、生產(chǎn)能力不斷增長、產(chǎn)品水平日益提高的汽車工業(yè)體系。中國汽車工業(yè)半個多世紀來，經(jīng)歷了創(chuàng)建、成長和全面發(fā)展三個歷史階段1）創(chuàng)建階段（1953—1965年）1953年7月15日在長春打下了第一根樁，從而拉開了新中國汽車工業(yè)籌建工作的帷幕。國產(chǎn)第一輛汽車于1956年7月13日駛下總裝配生產(chǎn)線。由長春一汽生產(chǎn)的解放牌載貨汽車，結(jié)束了中國不能自己制造汽車的歷史。長春第一汽車制造廠和解放牌載貨汽車1964年國家確定建設(shè)以生產(chǎn)越野汽車為主的第二汽車制造廠。二汽是我國汽車工業(yè)第二個生產(chǎn)基地，與一汽不同的是，二汽是依靠我國自己的力量在湖北省十堰市興建和投產(chǎn)的大型汽車制造廠。當時主要生產(chǎn)中型載貨汽車和越野汽車。二汽擁有約2萬臺設(shè)備，100多條自動生產(chǎn)線。二汽的建成開創(chuàng)了中國汽車工業(yè)以自己的力量設(shè)計產(chǎn)品、確定工藝、制造設(shè)備和興建工廠的紀錄，檢驗了整個中國汽車工業(yè)和相關(guān)工業(yè)的水平，標志著中國汽車工業(yè)上了一個新臺階。2）成長階段（1966—1980年）3）全面發(fā)展階段（1981年至今）在改革開放方針的指導下，汽車工業(yè)進入全面發(fā)展階段。汽車老產(chǎn)品（解放、躍進、黃河車型）升級換代，結(jié)束了30年一貫制的歷史；調(diào)整商用車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，改變“缺重少輕”的生產(chǎn)格局；引進技術(shù)和資金，建設(shè)轎車工業(yè)，形成生產(chǎn)規(guī)模；行業(yè)管理體制和企業(yè)經(jīng)營機制改革，汽車車型品種、質(zhì)量和生產(chǎn)能力大幅增長。在這30多年中，中國汽車工業(yè)發(fā)生了重大變革，成為中國汽車工業(yè)一個舊時代的結(jié)束和一個新時代開始的分水嶺。（三）汽車的總體構(gòu)造及車輛布置形式汽車通常由發(fā)動機、底盤、車身和電氣設(shè)備等四個部分組成。（1）汽車總體構(gòu)造汽車總體構(gòu)造1）發(fā)動機發(fā)動機是為汽車提供動力的裝置，是汽車的心臟。一般汽車都采用往復活塞式內(nèi)燃機。發(fā)動機由曲柄連桿機構(gòu)、配氣機構(gòu)、燃料供給系、冷卻系、潤滑系、點火系（汽油機）和起動系組成。柴油機采用壓燃式燃燒，所以不存在點火系。2）底盤底盤是汽車的傳力和支撐裝置，接受來自發(fā)動機的動力，經(jīng)變速后傳遞給車輪，使汽車產(chǎn)生運動，并保證正常行駛。底盤由傳動系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動系統(tǒng)組成。傳動系：將發(fā)動機的動力傳遞給驅(qū)動車輪，包括離合器、變速器、萬向傳動裝置和驅(qū)動橋等部件。行駛系：使汽車各總成及部件安裝在合適位置，支撐全車并保證正常行駛，包括車架、車橋、車輪和懸架等部件。轉(zhuǎn)向系：保證汽車能按照駕駛員所選定的方向行駛，包括轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)。制動系：使汽車減速或停車的裝置，并且能保證駕駛員離開后，汽車仍能可靠的駐留原地，包括制動器和制動傳動機構(gòu)。3）車身

車身是形成駕駛員和乘客乘坐空間，并能存放行李或其他物品的裝置。車身為駕駛員和乘客提供了舒適安全的乘坐的環(huán)境。轎車車身由本體、內(nèi)外飾和車身附件等組成。4）電氣設(shè)備電氣設(shè)備是汽車的重要組成部分，由電源、發(fā)動機點火系（汽油機）、起動系、照明和信號裝置、空調(diào)系統(tǒng)、儀表裝置和輔助電器裝置等組成。對于高級轎車，更多地采用了現(xiàn)代新技術(shù)，尤其是電子技術(shù)，如微處理器、中央計算機系統(tǒng)及各種人工智能裝置等，從而顯著提高了汽車的性能。

為滿足不同的功能要求，汽車的總體結(jié)構(gòu)和布置形式也各不相同，按發(fā)動機和各個總成相對位置的不同。汽車的布置形式可分為前置前驅(qū)（FF）、前置后驅(qū)（FR）、后置后驅(qū)（RR）、中置后驅(qū)（MR）和全輪驅(qū)動（4WD）五種形式。（2）汽車的布置形式1）前置前驅(qū)（FF）前置前驅(qū)是指發(fā)動機放置在車的前部，采用前輪作為驅(qū)動輪?，F(xiàn)在大部分轎車都采取這種布置方式，如圖示。優(yōu)點：省略了傳動軸裝置，減輕車重，結(jié)構(gòu)比較緊湊；有效地利用了發(fā)動機艙的空間，駕駛室內(nèi)空間較為寬敞，并有利于降低地板高度，提高乘坐舒適性；發(fā)動機等總成前置，增加前軸的負荷，提高了轎車高速行駛時的操縱穩(wěn)定性和制動時的方向穩(wěn)定性。缺點：啟動、加速或爬坡時，前輪負荷減少，導致牽引力下降；前橋既是轉(zhuǎn)向橋，又是驅(qū)動橋，結(jié)構(gòu)及工藝復雜，制造成本高、維修保養(yǎng)困難。

2）前置后驅(qū)（FR）前置后驅(qū)是指發(fā)動機放置在車前部，采用后輪作為驅(qū)動輪。是傳統(tǒng)的布置形式。國內(nèi)外大多數(shù)貨車、部分轎車和部分客車都采用這種形式。優(yōu)點：在良好的路面上啟動、加速或爬坡時，驅(qū)動輪的負荷增大，其牽引性能比前置前驅(qū)形式優(yōu)越；軸荷分配比較均勻，因而具有良好的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性，并有利于延長輪胎的使用壽命；轉(zhuǎn)向輪是從動輪，轉(zhuǎn)向機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，便于維修。缺點：采用了傳動軸裝置，增加車重，同時降低動力傳動系的傳動效率，影響了燃油經(jīng)濟性；縱置發(fā)動機、變速箱和傳動軸等總成的布置，使駕駛室空間減小，影響乘坐舒適性，后排地板中央有突起；在雪地或易滑路面上啟動加速時，后輪推動車身，易發(fā)生甩尾現(xiàn)象。3）后置后驅(qū)（RR）后置后驅(qū)是指將發(fā)動機放置在后軸的后部，采用后輪作為驅(qū)動輪，是目前大、中型客車廣泛采用的布置形式，如圖2-26所示。優(yōu)點：后置后驅(qū)車的重量大多集中于后方，又是后輪驅(qū)動，所以起步、加速性能非常好。轉(zhuǎn)彎性能比較敏銳。缺點：由于后軸承受較大負荷，因此后輪的抓地力達到極限時，會有打滑甩尾現(xiàn)象，且不容易控制。車頭較輕，所以開始進入轉(zhuǎn)彎時較容易造成轉(zhuǎn)向過度現(xiàn)象。4）中置后驅(qū)（MR）中置后驅(qū)是指將發(fā)動機放置在駕乘室與后軸之間，采用后輪作為驅(qū)動輪，目前大多數(shù)運動型轎車和方程式賽車采用的布置形式，如圖2-27所示。優(yōu)點：可獲得最佳的軸荷分配，操縱穩(wěn)定性和行駛平順性較好；發(fā)動機臨近驅(qū)動橋，無需傳動軸，從而減輕車重，具有較高的傳動效率；重量集中，車身平擺方向的慣性力矩小，轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)向盤操作靈敏，運動性好。缺點：發(fā)動機的布置占據(jù)了車廂和行李箱的一部分空間，通常車廂內(nèi)只能安放2個座椅。對發(fā)動機的隔音和隔熱效果較差，乘坐舒適性有所降低。

全輪驅(qū)動又稱四輪驅(qū)動，是指汽車的總布置型式為全部車輪都是驅(qū)動輪。通常發(fā)動機安裝在汽車的前部，通過傳動系統(tǒng)帶動全部車輪驅(qū)動，如圖2-28所示。越野汽車和SUV多采用全輪驅(qū)動方式。5）全輪驅(qū)動（4WD）二、汽車線控技術(shù)（一）線控技術(shù)簡介

線控技術(shù)最早起源于飛機，隨著線控技術(shù)的發(fā)展和成熟，這一技術(shù)逐漸被使用在汽車上。汽車線控系統(tǒng)（X-By-Wire）是指將駕駛員的操縱意圖經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)化為電信號，通過CAN總線傳輸?shù)綀?zhí)行機構(gòu)并實現(xiàn)精準控制的一種系統(tǒng)。汽車線控系統(tǒng)主要包括線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、線控制動系統(tǒng)、線控油門系統(tǒng)等。（1）操作輕便、省力，更加人性化。（2）省去大量機械和管路系統(tǒng)及部件，更易布置，使汽車結(jié)構(gòu)更加合理。（3）線控技術(shù)通過電腦控制，使動作響應(yīng)時間更短。（4）線控系統(tǒng)的制造、裝配、測試簡單快捷。（5）汽車線控技術(shù)的應(yīng)用便于實現(xiàn)個性化設(shè)計。（6）使用線控制動無需制動液，使汽車更為環(huán)保，無需另加維護。汽車線控技術(shù)具有以下的優(yōu)點：（1）存在控制系統(tǒng)及其電子設(shè)備的可靠性問題。（2）電能灌溉消耗量過大，目前車輛的電源系統(tǒng)無法提供如此大的能量。（3）由于線控系統(tǒng)技術(shù)難度大，科技含量高，因此研制成本高。（4）存在抗干擾問題。車輛在運行過程中會有各種各樣干擾信號，如電磁干擾、網(wǎng)絡(luò)攻擊，對電子系統(tǒng)及其元件造成干擾，影響系統(tǒng)的可靠運行。另一方面，汽車線控技術(shù)也具有以下缺點：（二）線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)已完成了幾代技術(shù)革新，從早期的機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，發(fā)展到液壓助力、電控液壓助力及電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，再到線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（Steering-By-Wire）。英菲尼迪Q50線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向盤模塊、轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊和主控制器（ECU）這三個主要部分以及自動防故障系統(tǒng)、電源等輔助模塊組成。（1）轉(zhuǎn)向盤模塊主要由轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、扭矩傳感器和路感電機組成。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于監(jiān)測駕駛員輸入給轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角，同時通過CAN總線將轉(zhuǎn)角信息轉(zhuǎn)化為電信號發(fā)送給ECU。與轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器類似，扭矩傳感器監(jiān)測駕駛員輸入到轉(zhuǎn)向盤上的扭矩，并通過CAN總線發(fā)送給ECU。路感電機根據(jù)ECU傳回的回正信號，產(chǎn)生回正力矩，給駕駛員提供路感。（2）轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊由前輪轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)向電機、轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向拉桿等部件組成。轉(zhuǎn)向執(zhí)行模塊根據(jù)ECU傳來的命令，完成轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)駕駛員的轉(zhuǎn)向意圖。（3）ECU在接收到轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)向盤扭矩等傳感器傳送的信號后，通過計算分析，得到合適的前輪轉(zhuǎn)角發(fā)送給轉(zhuǎn)向電機，實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向，得到合適的回正力矩發(fā)送給路感電機，給駕駛員提供路感反饋。（4）自動防故障系統(tǒng)中包含監(jiān)控程序，在識別到故障后，根據(jù)故障形式和等級做出相應(yīng)的處理，以最大限度保證汽車能夠正常安全行駛。自動防故障系統(tǒng)是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的安全性得以保障的基礎(chǔ)。（5）電源模塊是線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中轉(zhuǎn)向電機、路感電機、ECU等模塊的供電來源。汽車線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)斷開了方向盤和轉(zhuǎn)向輪之間的機械和液壓連接，駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和扭矩傳感器監(jiān)測到轉(zhuǎn)角、扭矩信號，通過CAN總線將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器，主控制器根據(jù)內(nèi)部的程序，計算出合適的前輪轉(zhuǎn)角并發(fā)送給轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機，實現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向，同時通過發(fā)送回正力矩給路感電機，實現(xiàn)方向盤轉(zhuǎn)向路感反饋。（三）線控制動系統(tǒng)

傳統(tǒng)制動是通過駕駛員踩下制動踏板，利用液壓或氣壓驅(qū)動制動器工作，從而完成對汽車的制動。而線控制動則由導線取代傳統(tǒng)制動的機械連接，由集成有位置傳感器的電子制動踏板取代原有的機械制動踏板。當駕駛員踩下制動踏板時，制動踏板上的位置傳感器將采集到的制動踏板行程信號傳遞給電子控制單元，電子控制單元根據(jù)制動踏板行程信號并結(jié)合其他信號綜合分析車輛的行駛工況，計算出每個車輪需要的理想制動強度，再向安裝在各車輪上的電動機或其他動力源發(fā)出指令，驅(qū)動制動器工作，實現(xiàn)對車輪的制動。

汽車線控制動系統(tǒng)包括電子液壓制動系統(tǒng)（Electro-hydraulicBrake，EHB）和電子機械制動系統(tǒng)（Electro-mechanicalBrake，EMB）這兩種類型。

電子液壓制動（EHB）系統(tǒng)是在傳統(tǒng)液壓制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將電子元件與原有的液壓系統(tǒng)整合到一起，該系統(tǒng)也可以視為是線控制動技術(shù)的前期產(chǎn)物。EHB工作原理EMB系統(tǒng)具有如下優(yōu)勢：（1）去除了制動主缸等液壓部件，使得汽車的裝配和維修保養(yǎng)更加容易，而且沒有了液壓油，更加汽節(jié)能環(huán)保。（2）取消了制動踏板到制動輪缸之間冗長的制動管路。因此，在制動時減少了傳動時間，縮短了汽車制動響應(yīng)時間和制動距離，提高了汽車的制動性能。（3）整個系統(tǒng)實現(xiàn)了輕量化，一系列電子元器件代替了原來笨重的機械助力傳動裝置，提高了整車的燃油經(jīng)濟性，減小了前軸的負荷和前輪的磨損。（4）電子機械制動系統(tǒng)可以很方便地并入CAN總線中，通過CAN總線來連接系統(tǒng)中的各個組成部分，并且經(jīng)過相關(guān)軟件算法改進升級之后即可同時完成多種功能，如制動防抱死系統(tǒng)（ABS）、牽引力控制系統(tǒng)（TCS）和電子制動力分配系統(tǒng)（EBD）等。（四）線控油門系統(tǒng)

傳統(tǒng)發(fā)動機節(jié)氣門操縱機構(gòu)是通過拉索或者拉桿，一端聯(lián)接油門踏板，另一端聯(lián)接節(jié)氣門連動板而工作。線控油門系統(tǒng)中中取消了傳統(tǒng)油門系統(tǒng)中拉索或者拉桿這一機械連接，增加相應(yīng)的傳感器、電控單元，通過電子信號實時精確地控制節(jié)氣門開度。圖示為電子油門踏板

線控油門主要有電子油門踏板、電控單元（ECU）、電子節(jié)氣門體總成等組成。

線控油門系統(tǒng)的工作原理：電子油門踏板中的位置傳感器將油門踏板高度位置變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺⑺屯鵈CU，ECU利用該信號和其它系統(tǒng)傳來的數(shù)據(jù)信息進行運算處理，計算出一個控制信號，繼而將控制信號傳送給電子節(jié)氣門體的伺服電動機繼電器，伺服電動機驅(qū)動節(jié)氣門執(zhí)行機構(gòu)。圖示為線控油門工作原理線控油門的優(yōu)點：（1）線控油門減少了機械組合零件，因此機械結(jié)構(gòu)的質(zhì)量得以減輕（2）線控油門控制精度高，可以根據(jù)汽車的工況、發(fā)動機的工作狀態(tài)并結(jié)合駕駛員的油門踏板深度，使節(jié)氣門開度達到更佳的狀態(tài)，提高發(fā)動機的工作效率。線控油門的缺點：

與傳統(tǒng)的機械油門相比，線控油門的工作原理更復雜，成本也較高。單元三環(huán)境感知系統(tǒng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論學習導入

和人類駕駛員一樣，自動駕駛系統(tǒng)在做駕駛決策時需要首先明確幾個問題：我在哪兒？周邊環(huán)境如何？接下來會發(fā)生什么？知道了這幾個問題的答案后，自動駕駛系統(tǒng)才能夠做出決策：我該做什么？了解環(huán)境感知系統(tǒng)的含義及組成。掌握視覺傳感器的工作原理、性能參數(shù)和特點。掌握超聲波雷達的工作原理、性能參數(shù)和特點。掌握毫米波雷達的工作原理、性能參數(shù)和特點。掌握激光雷達的工作原理、性能參數(shù)和特點。理解不同環(huán)境感知傳感器的性能比較。理解多傳感器融合技術(shù)的含義和必要性。通過不同傳感器特性的對比分析學習，引導學生充分發(fā)掘自身的優(yōu)點，學會揚長避短。學習目標學習內(nèi)容

環(huán)境感知系統(tǒng)簡介

視覺傳感器超聲波雷達毫米波雷達激光雷達傳感器性能比較及多傳感器融合技術(shù)一、環(huán)境感知系統(tǒng)簡介環(huán)境感知系統(tǒng)相當于人的眼睛和耳朵等感覺器官，它利用視覺傳感器、超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達等主要車載傳感器感知周圍環(huán)境，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的決策系統(tǒng)提供依據(jù)，是自動系統(tǒng)的首要條件，它的性能將決定智能網(wǎng)聯(lián)汽車能否適應(yīng)復雜多變的交通環(huán)境。環(huán)境感知的對象包括周邊車輛、行人等各種障礙物、道路標識信息、交通標志、交通信號燈等。環(huán)境感知的對象有靜止的，如靜止的障礙物、道路標識信息、交通標志、交通信號燈等，也有移動的，如車輛、行人等移動的障礙物。對于移動的對象，不僅要檢測，還要對其軌跡進行追蹤，并根據(jù)追蹤結(jié)果，預測該對象下一步的軌跡位置。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的環(huán)境感知系統(tǒng)由信息采集模塊、信息處理模塊和信息傳輸模塊組成。信息采集模塊利用視覺傳感器、超聲波傳感器、毫米波雷達、激光雷達等各種傳感器檢測得到周邊環(huán)境的原始數(shù)據(jù)，如通過視覺傳感器采集周邊環(huán)境圖片，超聲波雷達采集距離，激光雷達采集周圍環(huán)境3D點云等。信息處理模塊對信息采集單元輸送來的原始數(shù)據(jù)信號進行運算處理，通過一定的算法對車輛和行人等障礙物、道路標識、交通標志、交通信號燈等進行識別，如對采集到的原始圖片通過算法識別出道路線、交通標志、障礙物等，在激光雷達3D點云中通過特征識別實現(xiàn)障礙物檢測等。信息傳輸模塊接收將信息處理模塊得到的障礙物、車道線、危險警示等信息，發(fā)送到車載網(wǎng)絡(luò)或無線通訊系統(tǒng)中。二、視覺傳感器（一）視覺傳感器簡介及工作原理視覺傳感器成本低，技術(shù)成熟，在車輛中被廣泛使用，從最早出現(xiàn)的倒車后視攝像頭，到環(huán)視攝像頭、車道偏離報警系統(tǒng)中的前視攝像頭，它們都屬于視覺傳感器。視覺傳感器主要由鏡頭、感光傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像處理器、圖像存儲器等組成。光線通過鏡頭的折射后，被感光傳感器（CCD或CMOS）捕獲，生成模擬圖像信號，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號，之后由圖像處理器生成壓縮圖像信號，存儲在圖像存儲器中，如圖3-1所示。

視覺傳感器通過數(shù)字化的圖像對環(huán)境信息編碼，典型的圖像編碼格式有RGB、灰度圖等，編碼的目的是使信息可以被計算機處理。智能網(wǎng)聯(lián)汽車中使用的圖像處理方法算法主要來源于計算機視覺中的圖像處理技術(shù)。圖3-1視覺傳感器工作原理

智能網(wǎng)聯(lián)汽車所用視覺傳感器的性能參數(shù)主要包括像素、幀率和視場角、動態(tài)范圍、工作溫度等。（1）像素。像素是圖像中的最小單位。在視覺傳感器中，每一個感光單元都對應(yīng)著一個像素。一幅圖像中的像素個數(shù)被稱為圖像解析度。用來表示一幅圖像的像素數(shù)目越多，結(jié)果就越接近原始圖像，圖像越清晰。但攝像頭的像素越高，對于圖像處理器的硬件要求就越高，目前車載攝像頭一般選用在30萬-120萬像素之間。（2）幀率。幀率是指圖像在單位時間內(nèi)的刷新次數(shù)。在140km/h的車速下，車輛每秒會移動40m的距離，圖像傳感器采集圖像的幀率會影響到系統(tǒng)感知到環(huán)境變化的實時性。（二）視覺傳感器主要性能參數(shù)為避免獲取到兩次圖像間隔期間車輛駛過的距離過長，至少要求車載攝像頭具有不低于30frame/s的幀率，以保證在車輛行駛時獲得足夠的信息。（3）視場角。視場角是指視覺傳感器的視野范圍，也用FOV（FieldofView）來表示。由于前視攝像頭對于視距的要求較遠，所以一般采用55°左右的視場角。環(huán)視和后視攝像頭要求的視場角范圍較大，通常采用135°以上的廣角攝像頭。（4）動態(tài)范圍。當強光源照射下的高亮度區(qū)域和陰影、逆光等低亮度區(qū)域在圖像中同時存在時，攝像機輸出的圖像會出現(xiàn)明亮區(qū)域因曝光過度成為白色，而黑暗區(qū)域因曝光不足成為黑色。攝像機在同一場景中對最亮區(qū)域及較暗區(qū)域的表現(xiàn)是存在局限的，圖像中所包含的從“最暗”至“最亮”的范圍。

即攝像頭可以捕獲的光線水平范圍就是動態(tài)范圍。智能網(wǎng)聯(lián)汽車所用攝像頭需要具有高動態(tài)范圍的特性，以保證其在較暗環(huán)境及明暗差異較大的環(huán)境中都能正確識別和感知。（5）工作溫度。相比于工業(yè)級和消費級攝像頭，車載攝像頭對于工作溫度的要求更嚴格，需要在-40到80攝氏度的環(huán)境下都能夠正常工作。（6）防磁抗震性能。車輛在啟動是會產(chǎn)生較高的電磁脈沖，因此車載攝像頭必須具備較強的防磁抗震性能。（7）使用壽命。車載攝像頭的壽命要求較長，至少需要滿足8-10年以上。（三）視覺傳感器分類

視覺傳感器根據(jù)攝像頭的數(shù)量及其能夠提供的環(huán)境信息特征，可以分為單目攝像頭、雙目攝像頭和360°環(huán)視攝像頭。

單目攝像頭是利用單個攝像頭實現(xiàn)環(huán)境感知。如圖3-2所示安裝在前擋風玻璃上部的單目攝像頭，可以用于車道偏離報警系統(tǒng)中識別前方車道線，也可用于識別前方的車輛、行人等障礙物。圖3-2前視單目攝像頭

利用單目攝像頭實現(xiàn)障礙物識別，需要建立并不斷維護一個龐大的樣本數(shù)據(jù)庫，保證這個數(shù)據(jù)庫包含待識別目標的全部特征數(shù)據(jù)。單目攝像頭通過圖像匹配進行目標識別，之后再通過目標在圖像中的大小去估算目標距離。如果樣本數(shù)據(jù)庫中缺乏待識別目標的特征數(shù)據(jù)，就無法識別出目標，造成漏報。基于單目攝像頭的障礙物識別成本低廉，且能夠識別具體障礙物的種類，但是由于其識別原理導致它識別能力受限于樣本數(shù)據(jù)庫，其沒有自學習功能。

如圖3-3所示，雙目攝像頭包含兩個具有一定位置關(guān)系的攝像頭，依靠兩個平行布置的攝像頭產(chǎn)生的視差，找到同一個物體所有的點，依賴精確的三角測距，就能夠算出攝像頭與前方障礙物的距離。視差就是從兩個點上觀察同一個目標所產(chǎn)生的差異。人類之所以能夠產(chǎn)生有空間感的立體視覺效果，就是因為兩只眼睛視差的存在。雙目攝像頭利用仿生學原理，通過標定后的雙攝像頭同步得到曝光圖像，再通過計算獲取得到二維圖像中每個像素點對應(yīng)的深度信息。圖3-3雙目攝像頭

與單目攝像頭相比較，雙目攝像頭無須先識別再測量，無需維護樣本數(shù)據(jù)庫，利用視差直接計算得到距離的精度更高。但雙目攝像頭的測距精度依賴于兩個攝像頭的相對位置關(guān)系，其安裝精度和設(shè)備結(jié)構(gòu)剛性要求高。此外，雙目攝像頭實現(xiàn)距離測算所需的計算量很大，對硬件的要求高。

如圖3-4所示，360°環(huán)視攝像頭通常包含四個魚眼攝像頭，分別安裝在車輛前方、左右側(cè)面、后方。首先將四個魚眼攝像頭采集到的原始圖像進行矯正畸變和逆透視變換，相鄰攝像頭采集到的圖像中會有重合區(qū)域，通過對齊重合區(qū)域，可以將四副圖像進行拼接剪裁，最終得到車身360°環(huán)視圖像。圖3-4360°環(huán)視攝像頭安裝位置（四）視覺傳感器特點及應(yīng)用現(xiàn)狀視覺傳感器可以采集到最近接人眼獲取的周邊環(huán)境信息，具有以下優(yōu)點：（1）成本低，技術(shù)成熟。（2）采集到圖像的信息量豐富。它不僅包含有視野內(nèi)物體的距離信息，而且還包含了該物體的顏色、紋理和形狀等信息，可實現(xiàn)對交通標志的識別，對車道線的識別，對停車線的識別等。這是視覺傳感器和雷達傳感器相比的一大優(yōu)勢。（1）受到光線、天氣條件影響較大，在惡劣的天氣和類似隧道的昏暗環(huán)境中其性能大大降低。（2）利用視覺傳感器實現(xiàn)物體識別通常需要基于機器學習資料庫，需要的訓練樣本量較大，訓練周期也較長，且難以識別出非標準障礙物。目前，視覺傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中被廣泛使用于車道偏離預警、交通標志識別、行人碰撞預警、駕駛員疲勞監(jiān)測等系統(tǒng)。在車道偏離預警系統(tǒng)中，通過前視攝像頭，檢測前方車道線，當車輛即將偏離車道線時，系統(tǒng)發(fā)出警告提示駕駛員。在交通標志識別系統(tǒng)中，利用前視攝像頭識別前方的交通標志，并給與駕駛員適當提示。在行人碰撞預警系統(tǒng)中，利用前視攝像頭標記識別前方道路行人，在可能發(fā)生碰撞時發(fā)出警報。在駕駛員疲勞監(jiān)測系統(tǒng)中，當車速超過一定閾值時系統(tǒng)被激活，通過圖像分析對駕駛員的面部和眼睛特征進行疲勞評估，如果系統(tǒng)監(jiān)測到駕駛員正在疲勞駕駛，會提示駕駛員適當休息。視覺傳感器也存在其固有的缺點三、超聲波雷達發(fā)聲體產(chǎn)生的振動在空氣或其他物質(zhì)中的傳播叫做聲波。人能夠聽見的聲波的頻率在20到20000Hz之間，我們把頻率小于20Hz的聲波稱為次聲波，頻率大于20000Hz的聲波稱為超聲波。超聲波是一種頻率大于20000赫茲的聲波，超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，超聲波的方向性好，反射能力強，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。超聲波雷達是汽車上常用的一種傳感器，可以探知車輛周圍的障礙物情況，在泊車、倒車和起動車輛時，幫助駕駛員消除盲點和視線模糊障礙，有助于提高行車安全性。如圖3-5和3-6所示。圖3-5超聲波傳感器圖3-6超聲波雷達用于倒車輔助

超聲波傳感器是將超聲波信號轉(zhuǎn)換成其他能量信號（通常是電信號）的傳感器。超聲波雷達的工作原理是利用傳感器中的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生40kHz的超聲波，然后接收探頭接收障礙物反射的超聲波，根據(jù)時間差計算出與障礙物的距離，如圖3-7所示。超聲波雷達的超聲波發(fā)生器和接收探頭安裝在同一面上，在有效的檢測距離內(nèi)，發(fā)生器發(fā)射特定頻率的超聲波，遇到檢測面反射回部分超聲波，接收探頭接收返回的超聲波，由芯片記錄聲波的往返時間t，超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，所以發(fā)射點與障礙物表面之間的距離L可以根據(jù)時間t進行計算，計算公式如下：L=(t×340)/2圖3-7超聲波雷達工作原理（二）超聲波雷達主要性能參數(shù)（1）測距范圍。超聲波傳感器的測量范圍取決于其使用的波長和頻率，波長越長，頻率越小，能探測到的距離越長。安裝在車身前方和后方，用于測量車輛前后障礙物的短距超聲波雷達的測距范圍一般為0.15-2.5m。安裝在車身左右兩側(cè)用于測量側(cè)方障礙物的長距超聲波雷達的測距范圍一般為0.30-5m，目前也出現(xiàn)了測距范圍超過7m的側(cè)方超聲波雷達開始投入應(yīng)用。（2）測量精度。測量精度反映了超聲波雷達測量出的距離與真實距離之間的偏差大小，測量精度越高，超聲波雷達返回的距離值就越精確可靠。超聲波傳感器測量精度不僅與超聲波雷達自身的工藝、結(jié)構(gòu)有關(guān)，還會受到被天氣情況、測物體體積、表面形狀、表面材料等影響。

被測物體體積過小、表而形狀凹凸不平、物體材料吸收聲波等情況都會降低超聲波雷達的測量精度。（3）波束角。超聲波雷達產(chǎn)生的聲波以一定角度向外發(fā)出，聲波沿傳感器中軸線方向上的超聲射線能量最大，能量向其他方向逐漸減弱。以傳感器中軸線的延長線為軸線，到一側(cè)能量強度減小一半處的角度稱為波束角。具有6°較窄的波束角的超聲波雷達，適合精確測量相對較小的物體；而波束角為12°至15°的超聲波雷達能夠檢測具有較大傾角的物體。在實際使用過程中，需要根據(jù)使用條件和功能需求選擇合適大小的波束角。（4）工作頻率。工作頻率直接影響超聲波的擴散和吸收損失、障礙物反射損失、背景噪聲，并直接決定傳感器的尺寸。

通常選擇在40kHz左右，這樣超聲波雷達的方向性尖銳，避開了噪聲，提高了信噪比，雖然傳播損失相對低頻有所增加，但尚未給發(fā)射和接收帶來困難。（5）抗干擾性能。超聲波是一種機械波，使用環(huán)境中的噪聲會干擾超聲波雷達接收物體反射回來的超聲波，所以超聲波雷達需要具備一定的抗干擾能力。（三）超聲波雷達的分類

汽車上使用的超聲波雷達主要分為UPA和APA兩大類。UPA一般安裝在車身的前部與后部，測量車輛與前后方障礙物之間的距離。APA一般安裝在車身側(cè)面，獲得車位的寬度和深度以及車輛的相對位置等信息。如圖3-8所示，APA與UPA的測距范圍不同，APA是一種遠程超聲波雷達，測距范圍通常為0.30-5m，可覆蓋一個停車位；UPA是一種短程超聲波雷達，測距范圍通常為0.15-2.5m。APA與UPA的波束角和工作頻率也有差異，APA的波束角通常比UPA小，APA方向性強，探頭波的傳播性能優(yōu)于UPA，不易受到其他APA和UPA的干擾。圖3-8UPA和APA超聲波雷達（四）超聲波雷達特點及應(yīng)用現(xiàn)狀（1）成本低，結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，易于小型化和集成化。（2）和視覺傳感器相比，對障礙物的色彩不敏感，也不受光線條件的影響?？捎糜谧R別透明、半透明的物體，在夜晚等光照條件較弱的環(huán)境中也可正常使用。（3）防水、防塵性能好。但由于超聲波雷達采用的是機械波，所以它也有其局限性：（1）對溫度敏感。超聲波雷達的波速受溫度影響而變化，因此其測量精度與溫度相關(guān)。（2）當汽車高速行駛時，超聲波測距可能無法跟上車距的變化，測得的距離誤差較大。（3）超聲波散射角大，方向性較差，在測量較遠距離的目標時，其回波信號會比較弱，也會影響測量精度。超聲波雷達具體以下諸多優(yōu)點：

在短距離低速測距中，超聲波雷達有著很大的優(yōu)勢。目前，超聲波雷達被廣泛應(yīng)用于倒車輔助系統(tǒng)和自動泊車系統(tǒng)中。

超聲波雷達的基礎(chǔ)應(yīng)用是倒車輔助系統(tǒng)，通常需要在車身后側(cè)安裝4個UPA雷達，用以在倒車過程中探測周邊障礙物距離，控制器接收到超聲波雷達返回的障礙物距離信息后，根據(jù)距離的大小，通過算法判斷是否給以駕駛員聲音警示或顯示器上的圖形文字警示，從而幫助駕駛員掃除視野死角，更加輕松地完成倒車操作，提高駕駛安全性。

自動泊車系統(tǒng)通常需要在車身前后兩側(cè)各安裝4個UPA雷達，在車身左右兩側(cè)各安裝2個APA雷達。泊車位的檢測依靠車身左右兩側(cè)的APA雷達來完成，UPA雷達主要用于檢測車輛與周邊障礙物距離，以保證自動泊車過車中的行駛安全。四、毫米波雷達（一）毫米波雷達簡介及工作原理

毫米波是一種波長在1-10mm電磁波，其介于厘米波與光波之間，對應(yīng)的頻率范圍為30-300GHz。毫米波雷達工作在毫米波頻段，通過發(fā)射無線電信號并接收反射信號來測量車輛與物體之間的距離、相對速度和方位角。圖3-9所示為一毫米波雷達實物。圖3-9毫米波雷達

毫米波雷達通過發(fā)射和接收無線電波（毫米波）的時間差來測算目標物的相對距離。距離計算公式為：s=ct/2，其中s為雷達與目標物的相對距離，t為從雷達發(fā)射出電磁波到接收到回波之間的時間差，c為光速。

毫米波雷達基于多普勒效應(yīng)實現(xiàn)雷達與目標物的相對速度。多普勒效應(yīng)是指：當聲音、光和無線電波等振動源與觀測者之間有相對運動時，觀測者所收到的振動頻率與振動源所發(fā)出的頻率有不同，如圖3-10所示。圖3-10毫米波雷達工作原理

當發(fā)射的電磁波和被探測目標存在相對運動時，回波的頻率會和發(fā)射波的頻率不同。當目標向雷達天線靠近時，反射信號頻率將高于發(fā)射信號頻率；反之，當目標遠離天線而去時，反射信號頻率將低于發(fā)射信號頻率。由多普勒效應(yīng)所形成的頻率變化叫做多普勒頻移，它與相對速度v成正比，與振動的頻率成反比。通過檢測這個頻率差，可以測得目標物相對于雷達的移動速度，也就是目標物與雷達的相對速度。毫米雷達通過并列天線的相位差測量目標物相對于毫米波雷達的方位角。毫米波雷達的發(fā)射天線發(fā)射出毫米波，遇到目標物后被反射回來，通過毫米波雷達并列的接收天線，通過收到同一監(jiān)測目標反射回來的毫米波的相位差，就可以計算出被監(jiān)測目標的方位角。（二）毫米波雷達主要性能參數(shù)

毫米波雷達的性能參數(shù)主要包括工作范圍、檢測精度、多目標區(qū)分能力這幾個方面，具體來講，包括以下幾點。（1）工作范圍：a.最大工作距離：毫米波雷達能夠檢測到目標物的最大距離范圍。b.最大測量速度：毫米波雷達能夠檢測到的最大相對速度。c.最大視角：毫米波雷達能夠檢測到目標物的最大視角范圍。（2）檢測精度：a.測距精度：毫米波雷達測量目標物的距離能達到的測量精度。b.測速精度：毫米波雷達測量目標物的相對速度能達到的測量精度。c.方位精度：毫米波雷達測量目標物的方位角能達到的測量精度。a.距離分辨率：毫米波雷達通過距離差異，能夠區(qū)分出不同目標物的最小距離差，反應(yīng)毫米波雷達在距離維度分辨出兩個目標物的能力。b.速度分辨率：毫米波雷達區(qū)分出同一位置的不同目標物的最小速度差，反應(yīng)毫米波雷達在速度維度分辨出兩個目標物的能力。c.角度分辨率：毫米波雷達區(qū)分出相同距離和速度的不同目標物的最小角度差，反應(yīng)毫米波雷達在角度維度分辨出兩個目標物的能力。在實際情況中，由于距離、速度分辨率較高，目標一般可以在距離和速度維區(qū)分開。（3）多目標區(qū)分能力:(1)根據(jù)探測距離的不同，毫米波雷達可分為短程（ShortRangeRadar,SRR)、中程（MiddleRangeRadar,MRR)和遠程（LongRangeRadar,LRR)毫米波雷達。短程毫米波雷達探測距離通常小于60m；中程毫米波雷達探測距離一般為100m左右；遠程毫米波雷達探測距離一般大于200m。(2)根據(jù)采用的毫米波頻段不同，毫米波雷達可以分為24GHz、60GHz、77GHz和79GHz毫米波雷達，其中主流可用頻段為24GHz和77GHz。24GHz雷達的最大探測距離比77GHz短，但其探測角度比77GHz大，所以24GHz通常用于中程、短程探測，如盲點檢測（BSD）系統(tǒng)等，而77GHz通常用于遠程探測，如自適應(yīng)巡航（ACC）系統(tǒng)等。77GHz毫米波雷達的檢測精度通常高于24GHz毫米波雷達，體積也比24GHz雷達小，不過77GHz雷達所需生產(chǎn)制造工藝也比24GHz高。（三）毫米波雷達分類根據(jù)毫米波雷達探測距離和頻段的不同，可以對毫米波雷達進行分類。（四）毫米波雷達特點及應(yīng)用現(xiàn)狀

毫米波雷達不受天氣的影響，具有全天候、全天時的工作特性，即使是在最惡劣的天氣和光照條件下也能正常工作，穿透煙霧的能力很強。與超聲波雷達相比，毫米波雷達探測距離更遠（可達200m以上），探測精度也更高。和其他雷達類傳感器相同，毫米波雷達測距不受到光照條件、物體顏色的影響。

毫米波雷達被廣泛應(yīng)用于自適應(yīng)巡航控制、前向碰撞預警、自動緊急制動、盲區(qū)監(jiān)測等系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)需要的探測范圍，毫米波雷達可能被安裝在車輛的前部、車身側(cè)面或車輛后部等不同的位置，根據(jù)系統(tǒng)需要達到的探測距離大小，可以選擇不同的短程、中程或遠程毫米波雷達。

在自適應(yīng)巡航控制、前向碰撞預警和自動緊急制動系統(tǒng)中，通過安裝在車頭的毫米波雷達（如圖3-11所示），系統(tǒng)可以檢測出車輛前方障礙物的距離、方位和相對速度，輸入給后續(xù)決策模塊，為車輛加減速控制提供依據(jù)。圖3-11安裝在車頭的毫米波雷達

如圖3-12所示，在盲點監(jiān)測系統(tǒng)中，通過安裝在車輛側(cè)面的毫米波雷達，實時監(jiān)測后視鏡盲區(qū)范圍內(nèi)是否有車輛靠近，當盲區(qū)里有車輛靠近時，監(jiān)測系統(tǒng)就會通過聲音、燈光等方式提醒駕駛員，提高了行駛安全性。圖3-12盲點檢測系統(tǒng)五、激光雷達（一）激光雷達簡介及工作原理

激光雷達是一種光學雷達（LightDetectionAndRanging,LIDAR），它工作在光波頻段，通過向目標發(fā)射激光，然后根據(jù)接收到反射激光的時間間隔計算出目標物體的距離。

激光雷達的工作原理主要包括TOF(時間飛行法)、三角法、相位法、調(diào)頻連續(xù)波方法這幾種。TOF是Time

off

light的簡寫，直譯為飛行時間。激光雷達飛行時間法測距，是指激光器給目標連續(xù)發(fā)送光脈沖，由計時器記錄下出射的時間，回返光經(jīng)接收器接收，由計時器記錄下回返的時間。通過激光光脈沖的飛行（往返）時間，乘以光速得到目標物距離，如圖3-13所示。圖3-13TOF原理

三角法測距的原理如圖3-14所示，激光器發(fā)射的激光照射到物體后，反射光由線性CCD接收，由于激光器和探測器間隔了一段距離，依照光學路徑，不同距離的物體將會成像在CCD上不同的位置。按照三角公式進行計算，推導出被測物體的距離。圖3-14三角法原理

相位法利用激光雷達發(fā)射的光波和返回光波之間所形成的相位差來測量距離的。首先，利用調(diào)制信號對發(fā)射光波的光強進行調(diào)制，激光器發(fā)出調(diào)制后的一個正弦波的光束，通過接收系統(tǒng)接收經(jīng)過障礙物反射回來的激光，通過發(fā)射和返回的正弦波光束之間的相位差來計算出待測距離，如圖3-15所示。圖3-15相位法原理

圖3-16所示為一典型的調(diào)頻連續(xù)波激光雷達工作原理，首先采用線性調(diào)頻信號調(diào)制激光，線性調(diào)頻光信號經(jīng)由光學分束器進行分束，其中一路作為參考光信號，另一路作為探測信號由光學系統(tǒng)照射到目標表面，通過比較反射光信號和參考光信號的瞬時頻率差獲得目標距離信息。此外，還可利用多普勒效應(yīng)得到目標物體的速度。圖3-16調(diào)頻連續(xù)波原理（二）激光雷達主要性能參數(shù)激光雷達主要指標有測距精度、最大探測距離、視場角、角度分辨率、測量幀頻等。（1）測距精度。測距精度是指同一目標進行重復測量得到的距離值之間的誤差范圍，反映了激光雷達測量得到的目標物距離的精確度。（2）最大探測距離。最大探測距離是指激光雷達能夠測量到的最遠距離，通常需要基于某一個反射率下進行標注，如白色物體約70%反射率，黑色物體7%-20%反射率。（3）視場角。視場角包括垂直視場角和水平視場角兩個方面，反應(yīng)激光雷達的成像范圍。（4）角度分辨率。角度分辨率是指激光雷所采集數(shù)據(jù)的角度分辨率，它等于視場角除以該方向所采集的點云數(shù)目。（5）測量幀頻。測量幀頻與激光雷達生成的點云圖的刷新頻率，刷新率越高，其響應(yīng)速度越快。（三）激光雷達分類根據(jù)有無機械旋轉(zhuǎn)部件，可將激光雷達分為機械激光雷達和固態(tài)激光雷達。（1）機械激光雷達。機械激光雷達帶有控制激光發(fā)射角度的旋轉(zhuǎn)部件，依靠旋轉(zhuǎn)部件來控制激光發(fā)射的角度，一般置于汽車頂部（如圖3-17所示），可對道路、橋梁、護欄、立交橋、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施、車輛、自行車、行人等障礙物進行三維逐點掃描，形成三維激光雷達掃描點云地圖，反映出周邊環(huán)境物體的輪廓和位置信息，具有360°視場，可以360°感知周圍環(huán)境。機械激光雷達的測量精度相對較高，但其體積較大，安裝較為復雜，價格昂貴。圖3-17機械式激光雷達（2）固態(tài)激光雷達。固態(tài)激光雷達內(nèi)部沒有機械旋轉(zhuǎn)部件，依靠電子部件來控制激光發(fā)射角度，其尺寸比機械激光雷達小，可以安裝在車體內(nèi)，如圖3-18所示。具有數(shù)據(jù)采集速度快、分辨率高、對溫度和振動適應(yīng)性強等優(yōu)點。圖3-18固態(tài)激光雷達

根據(jù)激光雷達發(fā)出的激光線束數(shù)量的多少，可以將激光雷達分為單線束激光雷達與多線束激光雷達。（1）單線束激光雷達。單線束激光雷達掃描一次只能產(chǎn)生一條掃描線，得到的數(shù)據(jù)是二維數(shù)據(jù)，無法區(qū)分目標物體的三維信息。單光束激光雷達具有測量速度快、數(shù)據(jù)處理量少的特點，其在安全防護、地形測繪等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。（2）多線束激光雷達。多線束激光雷達掃描一次可以產(chǎn)生多條掃描線，目前市場上的多線束激光雷達產(chǎn)品主要包括4線束、8線束、16線束、32線束、64線束等，細分可分為2.5D激光雷達和3D激光雷達，它們最大的區(qū)別在于激光雷達垂直視野的范圍，2.5D激光雷達垂直視野范圍一般不超過10°,3D激光雷達可達到30°甚至40°以上，因此它們在汽車上的安裝位置要求有所不同。激光雷達的線束越高，其采集到的點云數(shù)據(jù)越多，信息越豐富。圖3-19中上方圖片為Velodyne128線激光雷達采集到點云數(shù)據(jù)，下方圖片為的和Velodyne64線激光雷達采集到的點云數(shù)據(jù)，通過對比可以看出，128線激光雷達生成的點云數(shù)據(jù)明顯比64線激光雷達多，對周圍物體輪廓的反應(yīng)更清晰。圖3-19128線與64線激光雷達點云比較（四）激光雷達的特點及應(yīng)用現(xiàn)狀

激光雷達具有測量精度高、不受外界光照條件影響、抗干擾能力強優(yōu)點。（1）測量精度高。激光雷達的使用的波長集中在600-1000nm之間，低于超聲波和毫米波雷達的波長，雷達具有波長越短測量精度越高的特點，激光雷達的測量精度比超聲波雷達和毫米波雷達都高。（2）不受外界光照條件影響。與超聲波雷達和毫米波雷達相同，激光雷達的工作不受外界光照條件的影響。（3）抗干擾能力強。激光波長短，光束窄，發(fā)散角非常小，直線傳播和方向性好。與微波雷達易受自然界廣泛存在的電磁波影響的情況不同，自然界中能對激光雷達起干擾作用的信號源不多。微波雷達由于存在各種地物回波的影響,低空存在有一定區(qū)域的盲區(qū)(無法探測的區(qū)域)，激光雷達可以“零高度”工作，低空探測性能好。（1）成本較高。目前激光雷達造價較為昂貴，一定程度上限制了激光雷達的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化使用。（2）激光雷達采集到的數(shù)據(jù)量大，對處理器硬件的要求高。（3）激光雷達工作時會受天氣和大氣的影響?？諝庵械乃楹推渌麘腋∥锒紩す饫走_的探測距離和精度造成影響。激光一般在晴朗的天氣里衰減較小，傳播距離較遠。而在大雨、濃煙、濃霧等壞天氣里，衰減急劇加大，傳播距離大受影響。此外，大氣環(huán)流還會使激光光束發(fā)生畸變、抖動，直接影響激光雷達的測量精度。激光雷達也具有如下缺點：

激光雷達在智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域的主要應(yīng)用包括障礙物檢測、加強定位、和智能交通信號控制系統(tǒng)中的車流量信息監(jiān)測。

在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中，可以利用激光雷達實現(xiàn)障礙物檢測。和利用攝像頭（機器視覺）實現(xiàn)障礙物檢測的方法相比，激光雷達在深度（距離）信息的檢測準確性上更為出色。利用機器視覺實現(xiàn)障礙物檢測有一個較難解決的問題是判斷物體的距離，基于單一攝像頭抓取的二維圖像無法得到準確的位置信息，而基于雙目攝像頭有需要實時處理大量的數(shù)據(jù)量，那一滿足實時性的要求。此外，攝像頭收到光照條件的影響，在隧道或者夜晚的檢測性能很差。

激光雷達加強定位是指利用激光雷達和高精度地圖對全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）和慣導（IMU）得到的位置信息進行進一步校正加強。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車在接收GNSS和IMU返回的自身車輛位置信息基礎(chǔ)上，再利用激光雷達生成的周圍環(huán)境點云信息和高精度地圖作比較，可以進一步校正GNSS和IMU的位置信息，對車輛進行更加精確地定位。

在交通路口的信號控制系統(tǒng)中，將三維激光掃描儀安裝在地面，對道路進行持續(xù)掃描，可以獲得道路上的實時動態(tài)、高精度的車流量數(shù)據(jù)，利用這些車流量數(shù)據(jù)可以獲取道路車輛到達信息，彌補視頻檢測和監(jiān)控的不足。智能交通信號控制系統(tǒng)在獲取實時的交通模型和車流量信息，并檢測車輛排隊長度后，可以預測未來的短期交通流趨勢，從而實時調(diào)整周期、綠燈信比和相位差以適應(yīng)交通流，減少擁堵，降低延誤，提高道路通行能力，實現(xiàn)交通信號控制的智能化。六、傳感器性能比較及多傳感器融合技術(shù)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車利用多種傳感器進行環(huán)境感知，所用到的傳感器主要包括視覺傳感器、超聲波雷達、毫米波雷達和激光雷達。各種傳感器在成本、遠距離探測能力、光照條件適應(yīng)性等方面的性能比較如表3-1所示。性能比較視覺傳感器超聲波雷達毫米波雷達激光雷達低成本優(yōu)優(yōu)中較差遠距離探測能力中較差優(yōu)優(yōu)光照條件適應(yīng)性較差優(yōu)優(yōu)優(yōu)雨雪等不良天氣適應(yīng)性較差中優(yōu)較差溫度穩(wěn)定性較差優(yōu)優(yōu)優(yōu)道路標識識別能力優(yōu)無無無表3-1不同傳感器性能比較

通過上表比較可知，各種傳感器性能各異，各有優(yōu)劣。

超聲波傳感器：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低，但測量精度受測量物體表面形狀、材質(zhì)的影響大，其主要應(yīng)用于短距離探測物體。毫米波雷達：受光照和天氣因素影響較小，具有較強的穿透霧、煙、灰塵的能力，測距精度高，但難以識別車道線、交通標志等元素，由于行人的反射波較弱，也難以探測。激光雷達：能夠獲取物體的三維信息，測量精度高，對光照環(huán)境變化不敏感，抗干擾能力強，但是其成本較高，檢測能力受到雨雪等惡劣天氣的影響較大。視覺傳感器成本低，在車道線識別和行人識別的準確度等方面有優(yōu)勢，是實現(xiàn)車道偏離預警、交通標志識別等功能不可缺少的傳感器，但其測距精度不如毫米波雷達，并且對光照、天氣等條件很敏感，在夜晚或光照條件較弱的環(huán)境下檢測性能大大下降。

車輛的行駛環(huán)境復雜多變，很難使用單一傳感器實現(xiàn)智能駕駛在所有工況下的環(huán)境感知，因此我們采用多傳感器融合技術(shù)來實現(xiàn)環(huán)境感知是必要的。多傳感器融合就是將多個傳感器采集的數(shù)據(jù)集中在一起綜合分析，以便更加準確和可靠地描述外界環(huán)境。多傳感器融合的基本原理與人腦對環(huán)境信息的綜合處理過程類似。

人類對外界環(huán)境的感知是通過將眼睛、耳朵、鼻子和四肢等多種感官探測的信息傳輸至人腦，并與先驗知識進行綜合，以便對其周圍的環(huán)境和正在發(fā)生的事件做出快速準確的評估。人類的感官相當于各種傳感器，人類的大腦相當于信息融合中心，人類的先驗知識相當于數(shù)據(jù)庫。

在選擇環(huán)境感知傳感器時，需要綜合考慮傳感器多個方面的屬性，結(jié)合這些屬性特點和所需實現(xiàn)的自動駕駛功能需求，從多種傳感器中綜合考慮加以選取，這些傳感器在各自的約束條件下能夠發(fā)揮各自最優(yōu)的性能，大大提高目標檢測的精度。通過傳感器信息融合技術(shù)，彌補單個傳感器的缺陷，對各種傳感器進行多層次、多空間的信息互補和優(yōu)化組合處理，利用多個傳感器相互協(xié)同操作的優(yōu)勢，提高整個智能駕駛系統(tǒng)的安全性和可靠性?！締卧〗Y(jié)】本章首先介紹了智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知系統(tǒng)的含義及組成，之后分別介紹了視覺傳感器、超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達的工作原理、性能參數(shù)、分類、特點和應(yīng)用現(xiàn)狀，最后對各傳感器的性能特點進行了比較，并介紹了多傳感器融合技術(shù)的含義、必要性和優(yōu)勢?！菊n后習題】一、填空題1.

是圖像中的最小單位。

是指圖像在單位時間內(nèi)的刷新次數(shù)。

是指視覺傳感器的視野范圍2.智能網(wǎng)聯(lián)汽車所用攝像頭需要具有

的特性，以保證其在較暗環(huán)境及明暗差異較大的環(huán)境中都能正確識別和感知。3.超聲波雷達的工作原理是利用傳感器中的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生40kHz的超聲波，然后接收探頭接收障礙物反射的超聲波，根據(jù)

計算出與障礙物的距離。4.毫米波是一種波長在1-10mm

波，其介于厘米波與光波之間，對應(yīng)的頻率范圍為30-300GHz。5.激光雷達的工作原理主要包括

、

、

、

方法這幾種。6.根據(jù)有無機械旋轉(zhuǎn)部件，可將激光雷達分為

和

。7.根據(jù)激光雷達發(fā)出的激光線束數(shù)量的多少，可以將激光雷達分為

與

。8.車輛的行駛環(huán)境復雜多變，很難使用單一傳感器實現(xiàn)智能駕駛在所有工況下的環(huán)境感知，因此我們采用

技術(shù)來實現(xiàn)環(huán)境感知是必要的。二、選擇題1.雙目攝像頭包含兩個具有一定位置關(guān)系的攝像頭，依靠兩個平行布置的攝像頭產(chǎn)生的

，找到同一個物體所有的點，依賴精確的三角測距，就能夠算出攝像頭與前方障礙物的距離。A．顏色差異B.視差C.亮度差異D.大小差異2.

的檢測性能受到光線影響很大。A．超聲波雷達B.毫米波雷達C.激光雷達D.攝像頭3.在短距離低速測距中，

有著很大的優(yōu)勢。A．超聲波雷達B.毫米波雷達C.激光雷達D.攝像頭不受天氣的影響，具有全天候、全天時的工作特性，即使是在最惡劣的天氣和光照條件下也能正常工作，穿透煙霧的能力很強。A．超聲波雷達B.毫米波雷達C.激光雷達D.攝像頭5.

發(fā)射的波長短，光束窄，發(fā)散角非常小，直線傳播和方向性好，自然界中能對其起干擾作用的信號源不多。A．超聲波雷達B.毫米波雷達C.激光雷達D.攝像頭三、簡答題1.請列舉視覺傳感器、超聲波雷達、毫米波雷達和激光雷達在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用實例。2.請簡述智能網(wǎng)聯(lián)汽車中使用多傳感器融合技術(shù)的必要性及其優(yōu)勢。導航系統(tǒng)與高精度地圖智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論單元41.了解并掌握全球定位導航系統(tǒng)的基本原理，探討全球定位導航系統(tǒng)在自動駕駛汽車上的運用。2.了解并掌握高精度地圖的基本原理，采集方式及其應(yīng)用。3.通過我國北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的學習，分析定位系統(tǒng)與國家安全的關(guān)系，培養(yǎng)學生形成“科學沒有國界，但科學家有國界”的意識，激發(fā)學生的為祖國的發(fā)展而奮斗的愛國情懷。學習目標學習內(nèi)容導航定位系統(tǒng)高精度地圖0102全球定位系統(tǒng)差分全球定位系統(tǒng)北斗導航定位系統(tǒng)慣性導航定位系統(tǒng)車載導航定位系統(tǒng)蜂窩無線定位技術(shù)高精度地圖的定義高精度地圖的數(shù)據(jù)采集與生成高精度地圖的應(yīng)用導航系統(tǒng)

導航定位系統(tǒng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車需要通過定位技術(shù)準確感知自身在全局環(huán)境中的相對位置以及所要行駛的速度、方向、路徑等信息。定位技術(shù)主要有衛(wèi)星定位、車載導航定位、蜂窩無線定位等。其中以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，由于有天體導航覆蓋全球的優(yōu)點，所以從出現(xiàn)至今一直得到人們的重視。美國的全球定位系統(tǒng)GPS、俄羅斯的格洛納斯（GALILEOGPS)、歐洲空間局的（GLONASS）、我國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）。各國的導航系統(tǒng)：種類：作用：（一）全球定位系統(tǒng)GPSGPS是由導航衛(wèi)星、地面監(jiān)控設(shè)備和GPS用戶組成的導航衛(wèi)星是由分布在6個地球橢圓軌道平面上的21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成，相鄰軌道之間的衛(wèi)星彼此呈30°，每個軌道面上都有4顆衛(wèi)星，在距離地球17700km的髙空上進行監(jiān)測組成：GPS原理：GPS定位原理是根據(jù)三角測量定位來實現(xiàn)的，并且同時利用相關(guān)技術(shù)獲取觀測值。在相關(guān)接收中，衛(wèi)星鐘用來控制衛(wèi)星發(fā)射的偽隨機信號，本地時鐘用來控制用戶接收機的偽隨機信號，兩者之間有比較大的時差。果已知某點和三個點的距離，就可以確定這個點。(實際上是兩個點，和三個點形成的面對稱分布)這三個點假設(shè)是衛(wèi)星，衛(wèi)星不斷的通過電磁廣播發(fā)射自己的坐標和衛(wèi)星當前時間，你的手機是接收機，能接受到這個信號，并且能解碼廣播信息計算出時間差，也就是能得到你和衛(wèi)星的距離。假設(shè)衛(wèi)星的坐標分別為(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3),電磁信號的速度為c,手機的坐標為(x,y,z),時間差分別為（Δt1,Δt2,Δt3)其中x,y,z未知，其余參數(shù)已知，有如下方程組：三個方程，三個未知數(shù)，就可以解出x,y,z。GPS

實際上衛(wèi)星的時間很精確，因為自帶原子鐘，還有一套矯正算法，你的手機是一個簡單的晶體振蕩器，很不精確，因為c很大，誤差就比較大，假設(shè)你的手機的時間是未知的t，就是加了一個未知數(shù)，必須要增加一個方程才行。四個未知數(shù)，四個方程，就可以解出x,y,z,t。所以需要四個衛(wèi)星假設(shè)衛(wèi)星的坐標分別為（x1,y1,z1）,（x2,y2,z2）,（x3,y3,z3）,（x4,y4,z4）,電磁信號的速度為c,手機的坐標為(x,y,z)，四個衛(wèi)星的時間分別為t1,t2,t3,t4，手機的時間為t,x,y,z,t未知，其余參數(shù)已知,有如下方程組：解出方程得到xyz即為位置信息。GPS的特點①能夠全球全天候定位②覆蓋范圍廣，能夠覆蓋全球98%的范圍

③定位精度高

④觀測時間短

⑤可提供全球統(tǒng)一的三維地心坐標，可同時精確測定測站平面位置和大地高程。⑥