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(cè)試評(píng)價(jià)與標(biāo)準(zhǔn)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(shì)。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(jí)標(biāo)準(zhǔn)。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(shì)。6.通過對(duì)我國(guó)制定的智能網(wǎng)聯(lián)汽車分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)以及智能汽車發(fā)展目標(biāo)和規(guī)劃的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)我國(guó)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(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)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(jí)

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(shì)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(shì)——“新四化”

以移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)及云計(jì)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(guó)政府提出了“中國(guó)制造2025”及“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展戰(zhàn)略，大力推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整。汽車產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，成為新一輪科技革命以及中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要支柱。人們對(duì)減少交通事故、提高通勤時(shí)間效率、乘坐舒適性和空氣質(zhì)量的要求，都對(duì)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(dòng)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(shì)——“新四化”（1）電動(dòng)化

電動(dòng)汽車是指全部或部分動(dòng)力由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車。電動(dòng)化是汽車產(chǎn)業(yè)未來的轉(zhuǎn)型方向之一，美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、印度等多個(gè)國(guó)家都制定了燃油汽車禁售時(shí)間表，大多在2025-2030年之間，汽車動(dòng)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(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等）實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境的自主感知，通過傳感器信息識(shí)別和決策操作，汽車按照預(yù)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(shí)現(xiàn)的自動(dòng)駕駛，通過人機(jī)交互為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)。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(shì)——“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(dòng)通信技術(shù)（LTE-V、5G等），實(shí)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(jìn)行計(jì)算，通過決策模塊計(jì)算后控制車輛按照預(yù)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(jìn)行通信連接，在云上進(jìn)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(jìn)一步增強(qiáng)車輛的智能化程度和自動(dòng)駕駛能力共享的原點(diǎn)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(huì)文明。城市化和人群聚居，為共享經(jīng)濟(jì)提供了社會(huì)條件；而移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化技術(shù)、移動(dòng)終端及大帶寬通訊網(wǎng)絡(luò)的普及，為共享經(jīng)濟(jì)的高效交易提供了技術(shù)支撐。從社會(huì)文明演變的角度看，共享經(jīng)濟(jì)是發(fā)展的必然趨勢(shì)，促進(jìn)了適度消費(fèi)、協(xié)同消費(fèi)、合作互惠、相互信任新經(jīng)濟(jì)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(shí)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(shì)——“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(gè)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(shí)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(gè)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(jiǎn)稱ICV。根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的定義，智能網(wǎng)聯(lián)汽車是指搭載先進(jìn)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(shí)現(xiàn)車與X(車、路、人、云等)智能信息交換、共享，具備復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能，可實(shí)現(xiàn)安全、高效、舒適、節(jié)能行駛，并最終實(shí)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(jí)（一）美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)對(duì)自動(dòng)駕駛的分級(jí)

2018年，美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)（SAE）發(fā)布了汽車自動(dòng)駕駛的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)《SAE

J3016》，具體定義見表1-1。等級(jí)等級(jí)名稱等級(jí)定義動(dòng)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(dòng)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(yùn)動(dòng)中的一種；駕駛員負(fù)責(zé)對(duì)車輛進(jìn)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(dòng)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(yùn)動(dòng)；駕駛員需要對(duì)周邊環(huán)境和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)駕駛員駕駛員部分工況L3有條件自動(dòng)化系統(tǒng)在設(shè)計(jì)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(qǐng)求時(shí)，提供適當(dāng)?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(dòng)化系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的作業(yè)閾（部分工況）下，完成所有駕駛?cè)蝿?wù)；駕駛員不負(fù)責(zé)對(duì)車輛進(jìn)行人工接管系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)部分工況L5完全自動(dòng)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(fù)責(zé)對(duì)車輛進(jìn)行人工接管系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)所有工況表1-1

美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)(SAE)對(duì)自動(dòng)駕駛的分級(jí)三、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級(jí)（二）中國(guó)對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級(jí)

中國(guó)在智能化和網(wǎng)聯(lián)化兩個(gè)維度對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車進(jìn)行分級(jí)。在智能化方面，2020年3月9日，工信部發(fā)布《汽車駕駛自動(dòng)化分級(jí)》推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批公示，公示截至2020年4月9日，這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)將于2021年1月1日正式實(shí)施。在《汽車駕駛自動(dòng)化分級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)中，基于駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)能夠執(zhí)行動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)的程度，根據(jù)在執(zhí)行動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)中的角色分配以

及有無設(shè)計(jì)運(yùn)行條件限制，將駕駛自動(dòng)化分成

0～5級(jí)。三、智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級(jí)（二）中國(guó)對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分級(jí)

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(gè)層次。感知系統(tǒng)相當(dāng)于人的眼睛和耳朵等感覺器官，利用攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)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(dāng)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(biāo)，進(jìn)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(dòng)作的時(shí)機(jī)。執(zhí)行系統(tǒng)相當(dāng)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(gè)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(tái)，提供車輛信息接口，完成集成測(cè)試。（2）傳感器廠商

開發(fā)和供應(yīng)先進(jìn)的傳感器系統(tǒng)，包括機(jī)器視覺系統(tǒng)、激光雷達(dá)系統(tǒng)、毫米波雷達(dá)系統(tǒng)、超聲波雷達(dá)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(dòng)緊急制動(dòng)、自動(dòng)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(jí)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(tái)開發(fā)與服務(wù)運(yùn)營(yíng)商

開發(fā)車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)，提供平臺(tái)運(yùn)營(yíng)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(yùn)用了汽車工程、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、微電子、人工智能、通信與大數(shù)據(jù)平臺(tái)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(tái)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(jī)器視覺的圖像識(shí)別技術(shù)，利用雷達(dá)(激光、毫米波、超聲波)的周邊障礙物檢測(cè)技術(shù)，多傳感器信息融合技術(shù)，傳感器冗余設(shè)計(jì)技術(shù)等，如圖1-4所示。（2）智能決策技術(shù)

包括危險(xiǎn)事態(tài)建模技術(shù)，危險(xiǎn)預(yù)警與控制優(yōu)先級(jí)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(dòng)和制動(dòng)的縱向運(yùn)動(dòng)控制，面向轉(zhuǎn)向的橫向運(yùn)動(dòng)控制，基于驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、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(duì)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(tái)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(lán)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(dòng)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(jìn)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(tái)與大數(shù)據(jù)技術(shù)

包括智能網(wǎng)聯(lián)汽車云平臺(tái)架構(gòu)與數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，云操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)高效存儲(chǔ)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(chǔ)、傳輸與應(yīng)用三維度安全體系，汽車信息安全測(cè)試方法，信息安全漏洞應(yīng)急響應(yīng)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)法規(guī)與測(cè)試評(píng)價(jià)。（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(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，基于北斗地基增強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)法規(guī)與測(cè)試評(píng)價(jià)包括智能網(wǎng)聯(lián)汽車整體標(biāo)準(zhǔn)體系和設(shè)計(jì)汽車、交通、通信等各領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及智能網(wǎng)聯(lián)汽車和零部件產(chǎn)品的測(cè)試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。五、智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)（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(jí)自動(dòng)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)模化裝配了L1和L2級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，如前向碰撞預(yù)警、車道偏離預(yù)警、盲區(qū)監(jiān)測(cè)、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(dá)到L3級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的車型。奧迪A8配備了1顆激光雷達(dá)、4顆毫米波雷達(dá)、12顆超聲波雷達(dá)、4顆魚眼攝像頭、1顆前視攝像頭。其中，12顆超聲波雷達(dá)用于360度環(huán)視系統(tǒng)，12顆超聲波雷達(dá)用于自動(dòng)泊車系統(tǒng)，其他傳感器用于實(shí)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(cè)。五、智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)（一）智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展現(xiàn)狀

目前L4和L5級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)處于研發(fā)和測(cè)試階段，尚未實(shí)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(yàn)車等。圖1-8谷歌無人駕駛汽車圖1-9百度Apollo試驗(yàn)車五、智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)（二）智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展趨勢(shì)

（1）激光雷達(dá)等先進(jìn)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(dòng)駕駛與低速區(qū)域自動(dòng)駕駛系統(tǒng)將率先應(yīng)用（5）自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試評(píng)價(jià)方法研究與測(cè)試場(chǎng)建設(shè)成為熱點(diǎn)

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(diǎn)。掌握線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的組成、工作原理。掌握線控制動(dòng)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(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)創(chuàng)新意識(shí)的重要性，只有通過不斷地創(chuàng)新，才能推動(dòng)世界的發(fā)展和進(jìn)步。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)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(jì)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(jìn)、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(jī)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(dòng)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(huì)經(jīng)濟(jì)生活多種領(lǐng)域的交通運(yùn)輸工具。（1）汽車的誕生在汽車發(fā)展史上，被公認(rèn)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(guó)曼海姆制造出第一輛汽油發(fā)動(dòng)機(jī)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(gòu)了一輛馬車，他在埃斯林加機(jī)械制造廠將這輛四輪馬車加以改制，增加了傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向等機(jī)構(gòu)，然后在車身后部裝上一臺(tái)單缸水冷汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，制成了世界上第一輛四輪汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車戈特利布·戴姆勒和他發(fā)明的四輪汽油發(fā)動(dòng)機(jī)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(guó)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(guó)。第二次變革是歐洲通過多品種的生產(chǎn)方式，打破了美國(guó)汽車公司在世界車壇上的長(zhǎng)期壟斷地位，使世界汽車工業(yè)的中心從美國(guó)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(jià)廉的經(jīng)濟(jì)型轎車，日本成了繼美國(guó)、歐洲之后世界第三個(gè)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(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展

新中國(guó)成立后，中國(guó)的汽車工業(yè)才得以建立和發(fā)展。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的努力，中國(guó)汽車工業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化。從一個(gè)曾經(jīng)是只有卡車沒有轎車、只有公車沒有私車、只有計(jì)劃沒有市場(chǎng)的汽車工業(yè)，終于形成了一個(gè)種類齊全、生產(chǎn)能力不斷增長(zhǎng)、產(chǎn)品水平日益提高的汽車工業(yè)體系。中國(guó)汽車工業(yè)半個(gè)多世紀(jì)來，經(jīng)歷了創(chuàng)建、成長(zhǎng)和全面發(fā)展三個(gè)歷史階段1）創(chuàng)建階段（1953—1965年）1953年7月15日在長(zhǎng)春打下了第一根樁，從而拉開了新中國(guó)汽車工業(yè)籌建工作的帷幕。國(guó)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(zhǎng)春一汽生產(chǎn)的解放牌載貨汽車，結(jié)束了中國(guó)不能自己制造汽車的歷史。長(zhǎng)春第一汽車制造廠和解放牌載貨汽車1964年國(guó)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(guó)汽車工業(yè)第二個(gè)生產(chǎn)基地，與一汽不同的是，二汽是依靠我國(guó)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(dāng)時(shí)主要生產(chǎn)中型載貨汽車和越野汽車。二汽擁有約2萬臺(tái)設(shè)備，100多條自動(dòng)生產(chǎn)線。二汽的建成開創(chuàng)了中國(guó)汽車工業(yè)以自己的力量設(shè)計(jì)產(chǎn)品、確定工藝、制造設(shè)備和興建工廠的紀(jì)錄，檢驗(yàn)了整個(gè)中國(guó)汽車工業(yè)和相關(guān)工業(yè)的水平，標(biāo)志著中國(guó)汽車工業(yè)上了一個(gè)新臺(tái)階。2）成長(zhǎng)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(dǎo)下，汽車工業(yè)進(jìn)入全面發(fā)展階段。汽車?yán)袭a(chǎn)品（解放、躍進(jìn)、黃河車型）升級(jí)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(jìn)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(yíng)機(jī)制改革，汽車車型品種、質(zhì)量和生產(chǎn)能力大幅增長(zhǎng)。在這30多年中，中國(guó)汽車工業(yè)發(fā)生了重大變革，成為中國(guó)汽車工業(yè)一個(gè)舊時(shí)代的結(jié)束和一個(gè)新時(shí)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(dòng)機(jī)、底盤、車身和電氣設(shè)備等四個(gè)部分組成。（1）汽車總體構(gòu)造汽車總體構(gòu)造1）發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)是為汽車提供動(dòng)力的裝置，是汽車的心臟。一般汽車都采用往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)由曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃料供給系、冷卻系、潤(rùn)滑系、點(diǎn)火系（汽油機(jī)）和起動(dòng)系組成。柴油機(jī)采用壓燃式燃燒，所以不存在點(diǎn)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(dòng)機(jī)的動(dòng)力，經(jīng)變速后傳遞給車輪，使汽車產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，并保證正常行駛。底盤由傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系統(tǒng)組成。傳動(dòng)系：將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)車輪，包括離合器、變速器、萬向傳動(dòng)裝置和驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)。制動(dòng)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(dòng)器和制動(dòng)傳動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)點(diǎn)火系（汽油機(jī)）、起動(dòng)系、照明和信號(hào)裝置、空調(diào)系統(tǒng)、儀表裝置和輔助電器裝置等組成。對(duì)于高級(jí)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(jì)算機(jī)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(dòng)機(jī)和各個(gè)總成相對(duì)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(dòng)（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(dòng)機(jī)放置在車的前部，采用前輪作為驅(qū)動(dòng)輪?，F(xiàn)在大部分轎車都采取這種布置方式，如圖示。優(yōu)點(diǎn)：省略了傳動(dòng)軸裝置，減輕車重，結(jié)構(gòu)比較緊湊；有效地利用了發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)等總成前置，增加前軸的負(fù)荷，提高了轎車高速行駛時(shí)的操縱穩(wěn)定性和制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)、加速或爬坡時(shí)，前輪負(fù)荷減少，導(dǎo)致牽引力下降；前橋既是轉(zhuǎn)向橋，又是驅(qū)動(dòng)橋，結(jié)構(gòu)及工藝復(fù)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(dòng)機(jī)放置在車前部，采用后輪作為驅(qū)動(dòng)輪。是傳統(tǒng)的布置形式。國(guó)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(diǎn)：在良好的路面上啟動(dòng)、加速或爬坡時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪的負(fù)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(zhǎng)輪胎的使用壽命；轉(zhuǎn)向輪是從動(dòng)輪，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維修。缺點(diǎn)：采用了傳動(dòng)軸裝置，增加車重，同時(shí)降低動(dòng)力傳動(dòng)系的傳動(dòng)效率，影響了燃油經(jīng)濟(jì)性；縱置發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱和傳動(dòng)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(dòng)加速時(shí)，后輪推動(dòng)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(dòng)機(jī)放置在后軸的后部，采用后輪作為驅(qū)動(dòng)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(diǎn)：后置后驅(qū)車的重量大多集中于后方，又是后輪驅(qū)動(dòng)，所以起步、加速性能非常好。轉(zhuǎn)彎性能比較敏銳。缺點(diǎn)：由于后軸承受較大負(fù)荷，因此后輪的抓地力達(dá)到極限時(shí)，會(huì)有打滑甩尾現(xiàn)象，且不容易控制。車頭較輕，所以開始進(jìn)入轉(zhuǎn)彎時(shí)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(dòng)機(jī)放置在駕乘室與后軸之間，采用后輪作為驅(qū)動(dòng)輪，目前大多數(shù)運(yùn)動(dòng)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(diǎn)：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(dòng)機(jī)臨近驅(qū)動(dòng)橋，無需傳動(dòng)軸，從而減輕車重，具有較高的傳動(dòng)效率；重量集中，車身平擺方向的慣性力矩小，轉(zhuǎn)彎時(shí)轉(zhuǎn)向盤操作靈敏，運(yùn)動(dòng)性好。缺點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)座椅。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的隔音和隔熱效果較差，乘坐舒適性有所降低。

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

線控技術(shù)最早起源于飛機(jī)，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(hào)，通過CAN總線傳輸?shù)綀?zhí)行機(jī)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)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(dòng)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(jī)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(dòng)作響應(yīng)時(shí)間更短。（4）線控系統(tǒng)的制造、裝配、測(cè)試簡(jiǎn)單快捷。（5）汽車線控技術(shù)的應(yīng)用便于實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)。（6）使用線控制動(dòng)無需制動(dòng)液，使汽車更為環(huán)保，無需另加維護(hù)。汽車線控技術(shù)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：（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(yùn)行過程中會(huì)有各種各樣干擾信號(hào)，如電磁干擾、網(wǎng)絡(luò)攻擊，對(duì)電子系統(tǒng)及其元件造成干擾，影響系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。另一方面，汽車線控技術(shù)也具有以下缺點(diǎn)：（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(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，發(fā)展到液壓助力、電控液壓助力及電動(dòng)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(gè)主要部分以及自動(dòng)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(jī)組成。轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器用于監(jiān)測(cè)駕駛員輸入給轉(zhuǎn)向盤的轉(zhuǎn)角，同時(shí)通過CAN總線將轉(zhuǎn)角信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)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(cè)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(jī)根據(jù)ECU傳回的回正信號(hào)，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(jī)、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(shí)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(hào)后，通過計(jì)算分析，得到合適的前輪轉(zhuǎn)角發(fā)送給轉(zhuǎn)向電機(jī)，實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向，得到合適的回正力矩發(fā)送給路感電機(jī)，給駕駛員提供路感反饋。（4）自動(dòng)防故障系統(tǒng)中包含監(jiān)控程序，在識(shí)別到故障后，根據(jù)故障形式和等級(jí)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(dòng)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(jī)、路感電機(jī)、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(jī)械和液壓連接，駕駛員轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和扭矩傳感器監(jiān)測(cè)到轉(zhuǎn)角、扭矩信號(hào)，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(jì)算出合適的前輪轉(zhuǎn)角并發(fā)送給轉(zhuǎn)向執(zhí)行電機(jī)，實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向，同時(shí)通過發(fā)送回正力矩給路感電機(jī)，實(shí)現(xiàn)方向盤轉(zhuǎn)向路感反饋。（三）線控制動(dòng)系統(tǒng)

傳統(tǒng)制動(dòng)是通過駕駛員踩下制動(dòng)踏板，利用液壓或氣壓驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器工作，從而完成對(duì)汽車的制動(dòng)。而線控制動(dòng)則由導(dǎo)線取代傳統(tǒng)制動(dòng)的機(jī)械連接，由集成有位置傳感器的電子制動(dòng)踏板取代原有的機(jī)械制動(dòng)踏板。當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)踏板上的位置傳感器將采集到的制動(dòng)踏板行程信號(hào)傳遞給電子控制單元，電子控制單元根據(jù)制動(dòng)踏板行程信號(hào)并結(jié)合其他信號(hào)綜合分析車輛的行駛工況，計(jì)算出每個(gè)車輪需要的理想制動(dòng)強(qiáng)度，再向安裝在各車輪上的電動(dòng)機(jī)或其他動(dòng)力源發(fā)出指令，驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輪的制動(dòng)。

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

電子液壓制動(dòng)（EHB）系統(tǒng)是在傳統(tǒng)液壓制動(dòng)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(dòng)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(shì)：（1）去除了制動(dòng)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(dòng)踏板到制動(dòng)輪缸之間冗長(zhǎng)的制動(dòng)管路。因此，在制動(dòng)時(shí)減少了傳動(dòng)時(shí)間，縮短了汽車制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間和制動(dòng)距離，提高了汽車的制動(dòng)性能。（3）整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了輕量化，一系列電子元器件代替了原來笨重的機(jī)械助力傳動(dòng)裝置，提高了整車的燃油經(jīng)濟(jì)性，減小了前軸的負(fù)荷和前輪的磨損。（4）電子機(jī)械制動(dòng)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(gè)組成部分，并且經(jīng)過相關(guān)軟件算法改進(jìn)升級(jí)之后即可同時(shí)完成多種功能，如制動(dòng)防抱死系統(tǒng)（ABS）、牽引力控制系統(tǒng)（TCS）和電子制動(dòng)力分配系統(tǒng)（EBD）等。（四）線控油門系統(tǒng)

傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門操縱機(jī)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(dòng)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(jī)械連接，增加相應(yīng)的傳感器、電控單元，通過電子信號(hào)實(shí)時(shí)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?hào)，并送往ECU，ECU利用該信號(hào)和其它系統(tǒng)傳來的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行運(yùn)算處理，計(jì)算出一個(gè)控制信號(hào)，繼而將控制信號(hào)傳送給電子節(jié)氣門體的伺服電動(dòng)機(jī)繼電器，伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門執(zhí)行機(jī)構(gòu)。圖示為線控油門工作原理線控油門的優(yōu)點(diǎn)：（1）線控油門減少了機(jī)械組合零件，因此機(jī)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(dòng)機(jī)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(dá)到更佳的狀態(tài)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。線控油門的缺點(diǎn)：

與傳統(tǒng)的機(jī)械油門相比，線控油門的工作原理更復(fù)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(xué)習(xí)導(dǎo)入

和人類駕駛員一樣，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在做駕駛決策時(shí)需要首先明確幾個(gè)問題：我在哪兒？周邊環(huán)境如何？接下來會(huì)發(fā)生什么？知道了這幾個(gè)問題的答案后，自動(dòng)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(diǎn)。掌握超聲波雷達(dá)的工作原理、性能參數(shù)和特點(diǎn)。掌握毫米波雷達(dá)的工作原理、性能參數(shù)和特點(diǎn)。掌握激光雷達(dá)的工作原理、性能參數(shù)和特點(diǎn)。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(duì)比分析學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生充分發(fā)掘自身的優(yōu)點(diǎn)，學(xué)會(huì)揚(yáng)長(zhǎng)避短。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)內(nèi)容

環(huán)境感知系統(tǒng)簡(jiǎn)介

視覺傳感器超聲波雷達(dá)毫米波雷達(dá)激光雷達(dá)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(jiǎn)介環(huán)境感知系統(tǒng)相當(dāng)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(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)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(dòng)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(fù)雜多變的交通環(huán)境。環(huán)境感知的對(duì)象包括周邊車輛、行人等各種障礙物、道路標(biāo)識(shí)信息、交通標(biāo)志、交通信號(hào)燈等。環(huán)境感知的對(duì)象有靜止的，如靜止的障礙物、道路標(biāo)識(shí)信息、交通標(biāo)志、交通信號(hào)燈等，也有移動(dòng)的，如車輛、行人等移動(dòng)的障礙物。對(duì)于移動(dòng)的對(duì)象，不僅要檢測(cè)，還要對(duì)其軌跡進(jìn)行追蹤，并根據(jù)追蹤結(jié)果，預(yù)測(cè)該對(duì)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(dá)、激光雷達(dá)等各種傳感器檢測(cè)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(dá)采集距離，激光雷達(dá)采集周圍環(huán)境3D點(diǎn)云等。信息處理模塊對(duì)信息采集單元輸送來的原始數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，通過一定的算法對(duì)車輛和行人等障礙物、道路標(biāo)識(shí)、交通標(biāo)志、交通信號(hào)燈等進(jìn)行識(shí)別，如對(duì)采集到的原始圖片通過算法識(shí)別出道路線、交通標(biāo)志、障礙物等，在激光雷達(dá)3D點(diǎn)云中通過特征識(shí)別實(shí)現(xiàn)障礙物檢測(cè)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(xiǎn)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(jiǎn)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(bào)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(chǔ)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(hào)，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號(hào)，之后由圖像處理器生成壓縮圖像信號(hào)，存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器中，如圖3-1所示。

視覺傳感器通過數(shù)字化的圖像對(duì)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(chǎng)角、動(dòng)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(gè)感光單元都對(duì)應(yīng)著一個(gè)像素。一幅圖像中的像素個(gè)數(shù)被稱為圖像解析度。用來表示一幅圖像的像素?cái)?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(duì)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(shí)間內(nèi)的刷新次數(shù)。在140km/h的車速下，車輛每秒會(huì)移動(dòng)40m的距離，圖像傳感器采集圖像的幀率會(huì)影響到系統(tǒng)感知到環(huán)境變化的實(shí)時(shí)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(zhǎng)，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(shí)獲得足夠的信息。（3）視場(chǎng)角。視場(chǎng)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(duì)于視距的要求較遠(yuǎn)，所以一般采用55°左右的視場(chǎng)角。環(huán)視和后視攝像頭要求的視場(chǎng)角范圍較大，通常采用135°以上的廣角攝像頭。（4）動(dòng)態(tài)范圍。當(dāng)強(qiáng)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(shí)存在時(shí)，攝像機(jī)輸出的圖像會(huì)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(jī)在同一場(chǎng)景中對(duì)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(dòng)態(tài)范圍。智能網(wǎng)聯(lián)汽車所用攝像頭需要具有高動(dòng)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(shí)別和感知。（5）工作溫度。相比于工業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)攝像頭，車載攝像頭對(duì)于工作溫度的要求更嚴(yán)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(dòng)是會(huì)產(chǎn)生較高的電磁脈沖，因此車載攝像頭必須具備較強(qiáng)的防磁抗震性能。（7）使用壽命。車載攝像頭的壽命要求較長(zhǎng)，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(gè)攝像頭實(shí)現(xiàn)環(huán)境感知。如圖3-2所示安裝在前擋風(fēng)玻璃上部的單目攝像頭，可以用于車道偏離報(bào)警系統(tǒng)中識(shí)別前方車道線，也可用于識(shí)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(shí)現(xiàn)障礙物識(shí)別，需要建立并不斷維護(hù)一個(gè)龐大的樣本數(shù)據(jù)庫，保證這個(gè)數(shù)據(jù)庫包含待識(shí)別目標(biāo)的全部特征數(shù)據(jù)。單目攝像頭通過圖像匹配進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，之后再通過目標(biāo)在圖像中的大小去估算目標(biāo)距離。如果樣本數(shù)據(jù)庫中缺乏待識(shí)別目標(biāo)的特征數(shù)據(jù)，就無法識(shí)別出目標(biāo)，造成漏報(bào)?；趩文繑z像頭的障礙物識(shí)別成本低廉，且能夠識(shí)別具體障礙物的種類，但是由于其識(shí)別原理導(dǎo)致它識(shí)別能力受限于樣本數(shù)據(jù)庫，其沒有自學(xué)習(xí)功能。

如圖3-3所示，雙目攝像頭包含兩個(gè)具有一定位置關(guān)系的攝像頭，依靠?jī)蓚€(gè)平行布置的攝像頭產(chǎn)生的視差，找到同一個(gè)物體所有的點(diǎn)，依賴精確的三角測(cè)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(gè)點(diǎn)上觀察同一個(gè)目標(biāo)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?yàn)閮芍谎劬σ暡畹拇嬖?。雙目攝像頭利用仿生學(xué)原理，通過標(biāo)定后的雙攝像頭同步得到曝光圖像，再通過計(jì)算獲取得到二維圖像中每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)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(shí)別再測(cè)量，無需維護(hù)樣本數(shù)據(jù)庫，利用視差直接計(jì)算得到距離的精度更高。但雙目攝像頭的測(cè)距精度依賴于兩個(gè)攝像頭的相對(duì)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(shí)現(xiàn)距離測(cè)算所需的計(jì)算量很大，對(duì)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(gè)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(gè)魚眼攝像頭采集到的原始圖像進(jìn)行矯正畸變和逆透視變換，相鄰攝像頭采集到的圖像中會(huì)有重合區(qū)域，通過對(duì)齊重合區(qū)域，可以將四副圖像進(jìn)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(diǎn)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(diǎn)：（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(shí)現(xiàn)對(duì)交通標(biāo)志的識(shí)別，對(duì)車道線的識(shí)別，對(duì)停車線的識(shí)別等。這是視覺傳感器和雷達(dá)傳感器相比的一大優(yōu)勢(shì)。（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(shí)現(xiàn)物體識(shí)別通常需要基于機(jī)器學(xué)習(xí)資料庫，需要的訓(xùn)練樣本量較大，訓(xùn)練周期也較長(zhǎng)，且難以識(shí)別出非標(biāo)準(zhǔn)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(yù)警、交通標(biāo)志識(shí)別、行人碰撞預(yù)警、駕駛員疲勞監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)。在車道偏離預(yù)警系統(tǒng)中，通過前視攝像頭，檢測(cè)前方車道線，當(dāng)車輛即將偏離車道線時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出警告提示駕駛員。在交通標(biāo)志識(shí)別系統(tǒng)中，利用前視攝像頭識(shí)別前方的交通標(biāo)志，并給與駕駛員適當(dāng)提示。在行人碰撞預(yù)警系統(tǒng)中，利用前視攝像頭標(biāo)記識(shí)別前方道路行人，在可能發(fā)生碰撞時(shí)發(fā)出警報(bào)。在駕駛員疲勞監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，當(dāng)車速超過一定閾值時(shí)系統(tǒng)被激活，通過圖像分析對(duì)駕駛員的面部和眼睛特征進(jìn)行疲勞評(píng)估，如果系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到駕駛員正在疲勞駕駛，會(huì)提示駕駛員適當(dāng)休息。視覺傳感器也存在其固有的缺點(diǎn)三、超聲波雷達(dá)發(fā)聲體產(chǎn)生的振動(dòng)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(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射回波，碰到活動(dòng)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(qiáng)，可用于測(cè)距、測(cè)速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。超聲波雷達(dá)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(dòng)車輛時(shí)，幫助駕駛員消除盲點(diǎn)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(dá)用于倒車輔助

超聲波傳感器是將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換成其他能量信號(hào)（通常是電信號(hào)）的傳感器。超聲波雷達(dá)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(shí)間差計(jì)算出與障礙物的距離，如圖3-7所示。超聲波雷達(dá)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(cè)距離內(nèi)，發(fā)生器發(fā)射特定頻率的超聲波，遇到檢測(cè)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(shí)間t，超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，所以發(fā)射點(diǎn)與障礙物表面之間的距離L可以根據(jù)時(shí)間t進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：L=(t×340)/2圖3-7超聲波雷達(dá)工作原理（二）超聲波雷達(dá)主要性能參數(shù)（1）測(cè)距范圍。超聲波傳感器的測(cè)量范圍取決于其使用的波長(zhǎng)和頻率，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，頻率越小，能探測(cè)到的距離越長(zhǎng)。安裝在車身前方和后方，用于測(cè)量車輛前后障礙物的短距超聲波雷達(dá)的測(cè)距范圍一般為0.15-2.5m。安裝在車身左右兩側(cè)用于測(cè)量側(cè)方障礙物的長(zhǎng)距超聲波雷達(dá)的測(cè)距范圍一般為0.30-5m，目前也出現(xiàn)了測(cè)距范圍超過7m的側(cè)方超聲波雷達(dá)開始投入應(yīng)用。（2）測(cè)量精度。測(cè)量精度反映了超聲波雷達(dá)測(cè)量出的距離與真實(shí)距離之間的偏差大小，測(cè)量精度越高，超聲波雷達(dá)返回的距離值就越精確可靠。超聲波傳感器測(cè)量精度不僅與超聲波雷達(dá)自身的工藝、結(jié)構(gòu)有關(guān)，還會(huì)受到被天氣情況、測(cè)物體體積、表面形狀、表面材料等影響。

被測(cè)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(huì)降低超聲波雷達(dá)的測(cè)量精度。（3）波束角。超聲波雷達(dá)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(zhǎng)線為軸線，到一側(cè)能量強(qiáng)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(dá)，適合精確測(cè)量相對(duì)較小的物體；而波束角為12°至15°的超聲波雷達(dá)能夠檢測(cè)具有較大傾角的物體。在實(shí)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(kuò)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(dá)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(duì)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(jī)械波，使用環(huán)境中的噪聲會(huì)干擾超聲波雷達(dá)接收物體反射回來的超聲波，所以超聲波雷達(dá)需要具備一定的抗干擾能力。（三）超聲波雷達(dá)的分類

汽車上使用的超聲波雷達(dá)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(cè)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(duì)位置等信息。如圖3-8所示，APA與UPA的測(cè)距范圍不同，APA是一種遠(yuǎn)程超聲波雷達(dá)，測(cè)距范圍通常為0.30-5m，可覆蓋一個(gè)停車位；UPA是一種短程超聲波雷達(dá)，測(cè)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(qiáng)，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(dá)（四）超聲波雷達(dá)特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀（1）成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小，易于小型化和集成化。（2）和視覺傳感器相比，對(duì)障礙物的色彩不敏感，也不受光線條件的影響?？捎糜谧R(shí)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(dá)采用的是機(jī)械波，所以它也有其局限性：（1）對(duì)溫度敏感。超聲波雷達(dá)的波速受溫度影響而變化，因此其測(cè)量精度與溫度相關(guān)。（2）當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，超聲波測(cè)距可能無法跟上車距的變化，測(cè)得的距離誤差較大。（3）超聲波散射角大，方向性較差，在測(cè)量較遠(yuǎn)距離的目標(biāo)時(shí)，其回波信號(hào)會(huì)比較弱，也會(huì)影響測(cè)量精度。超聲波雷達(dá)具體以下諸多優(yōu)點(diǎn)：

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

超聲波雷達(dá)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(gè)UPA雷達(dá)，用以在倒車過程中探測(cè)周邊障礙物距離，控制器接收到超聲波雷達(dá)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(dòng)泊車系統(tǒng)通常需要在車身前后兩側(cè)各安裝4個(gè)UPA雷達(dá)，在車身左右兩側(cè)各安裝2個(gè)APA雷達(dá)。泊車位的檢測(cè)依靠車身左右兩側(cè)的APA雷達(dá)來完成，UPA雷達(dá)主要用于檢測(cè)車輛與周邊障礙物距離，以保證自動(dòng)泊車過車中的行駛安全。四、毫米波雷達(dá)（一）毫米波雷達(dá)簡(jiǎn)介及工作原理

毫米波是一種波長(zhǎng)在1-10mm電磁波，其介于厘米波與光波之間，對(duì)應(yīng)的頻率范圍為30-300GHz。毫米波雷達(dá)工作在毫米波頻段，通過發(fā)射無線電信號(hào)并接收反射信號(hào)來測(cè)量車輛與物體之間的距離、相對(duì)速度和方位角。圖3-9所示為一毫米波雷達(dá)實(shí)物。圖3-9毫米波雷達(dá)

毫米波雷達(dá)通過發(fā)射和接收無線電波（毫米波）的時(shí)間差來測(cè)算目標(biāo)物的相對(duì)距離。距離計(jì)算公式為：s=ct/2，其中s為雷達(dá)與目標(biāo)物的相對(duì)距離，t為從雷達(dá)發(fā)射出電磁波到接收到回波之間的時(shí)間差，c為光速。

毫米波雷達(dá)基于多普勒效應(yīng)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)與目標(biāo)物的相對(duì)速度。多普勒效應(yīng)是指：當(dāng)聲音、光和無線電波等振動(dòng)源與觀測(cè)者之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者所收到的振動(dòng)頻率與振動(dòng)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(dá)工作原理

當(dāng)發(fā)射的電磁波和被探測(cè)目標(biāo)存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，回波的頻率會(huì)和發(fā)射波的頻率不同。當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時(shí)，反射信號(hào)頻率將高于發(fā)射信號(hào)頻率；反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線而去時(shí)，反射信號(hào)頻率將低于發(fā)射信號(hào)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(duì)速度v成正比，與振動(dòng)的頻率成反比。通過檢測(cè)這個(gè)頻率差，可以測(cè)得目標(biāo)物相對(duì)于雷達(dá)的移動(dòng)速度，也就是目標(biāo)物與雷達(dá)的相對(duì)速度。毫米雷達(dá)通過并列天線的相位差測(cè)量目標(biāo)物相對(duì)于毫米波雷達(dá)的方位角。毫米波雷達(dá)的發(fā)射天線發(fā)射出毫米波，遇到目標(biāo)物后被反射回來，通過毫米波雷達(dá)并列的接收天線，通過收到同一監(jiān)測(cè)目標(biāo)反射回來的毫米波的相位差，就可以計(jì)算出被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的方位角。（二）毫米波雷達(dá)主要性能參數(shù)

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

毫米波雷達(dá)不受天氣的影響，具有全天候、全天時(shí)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(qiáng)。與超聲波雷達(dá)相比，毫米波雷達(dá)探測(cè)距離更遠(yuǎn)（可達(dá)200m以上），探測(cè)精度也更高。和其他雷達(dá)類傳感器相同，毫米波雷達(dá)測(cè)距不受到光照條件、物體顏色的影響。

毫米波雷達(dá)被廣泛應(yīng)用于自適應(yīng)巡航控制、前向碰撞預(yù)警、自動(dòng)緊急制動(dòng)、盲區(qū)監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)需要的探測(cè)范圍，毫米波雷達(dá)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(dá)到的探測(cè)距離大小，可以選擇不同的短程、中程或遠(yuǎn)程毫米波雷達(dá)。

在自適應(yīng)巡航控制、前向碰撞預(yù)警和自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)中，通過安裝在車頭的毫米波雷達(dá)（如圖3-11所示），系統(tǒng)可以檢測(cè)出車輛前方障礙物的距離、方位和相對(duì)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(dá)

如圖3-12所示，在盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，通過安裝在車輛側(cè)面的毫米波雷達(dá)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)后視鏡盲區(qū)范圍內(nèi)是否有車輛靠近，當(dāng)盲區(qū)里有車輛靠近時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就會(huì)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(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)五、激光雷達(dá)（一）激光雷達(dá)簡(jiǎn)介及工作原理

激光雷達(dá)是一種光學(xué)雷達(dá)（LightDetectionAndRanging,LIDAR），它工作在光波頻段，通過向目標(biāo)發(fā)射激光，然后根據(jù)接收到反射激光的時(shí)間間隔計(jì)算出目標(biāo)物體的距離。

激光雷達(dá)的工作原理主要包括TOF(時(shí)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(jiǎn)寫，直譯為飛行時(shí)間。激光雷達(dá)飛行時(shí)間法測(cè)距，是指激光器給目標(biāo)連續(xù)發(fā)送光脈沖，由計(jì)時(shí)器記錄下出射的時(shí)間，回返光經(jīng)接收器接收，由計(jì)時(shí)器記錄下回返的時(shí)間。通過激光光脈沖的飛行（往返）時(shí)間，乘以光速得到目標(biāo)物距離，如圖3-13所示。圖3-13TOF原理

三角法測(cè)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(cè)器間隔了一段距離，依照光學(xué)路徑，不同距離的物體將會(huì)成像在CCD上不同的位置。按照三角公式進(jìn)行計(jì)算，推導(dǎo)出被測(cè)物體的距離。圖3-14三角法原理

相位法利用激光雷達(dá)發(fā)射的光波和返回光波之間所形成的相位差來測(cè)量距離的。首先，利用調(diào)制信號(hào)對(duì)發(fā)射光波的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制，激光器發(fā)出調(diào)制后的一個(gè)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(jì)算出待測(cè)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(dá)工作原理，首先采用線性調(diào)頻信號(hào)調(diào)制激光，線性調(diào)頻光信號(hào)經(jīng)由光學(xué)分束器進(jìn)行分束，其中一路作為參考光信號(hào)，另一路作為探測(cè)信號(hào)由光學(xué)系統(tǒng)照射到目標(biāo)表面，通過比較反射光信號(hào)和參考光信號(hào)的瞬時(shí)頻率差獲得目標(biāo)距離信息。此外，還可利用多普勒效應(yīng)得到目標(biāo)物體的速度。圖3-16調(diào)頻連續(xù)波原理（二）激光雷達(dá)主要性能參數(shù)激光雷達(dá)主要指標(biāo)有測(cè)距精度、最大探測(cè)距離、視場(chǎng)角、角度分辨率、測(cè)量幀頻等。（1）測(cè)距精度。測(cè)距精度是指同一目標(biāo)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量得到的距離值之間的誤差范圍，反映了激光雷達(dá)測(cè)量得到的目標(biāo)物距離的精確度。（2）最大探測(cè)距離。最大探測(cè)距離是指激光雷達(dá)能夠測(cè)量到的最遠(yuǎn)距離，通常需要基于某一個(gè)反射率下進(jìn)行標(biāo)注，如白色物體約70%反射率，黑色物體7%-20%反射率。（3）視場(chǎng)角。視場(chǎng)角包括垂直視場(chǎng)角和水平視場(chǎng)角兩個(gè)方面，反應(yīng)激光雷達(dá)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(chǎng)角除以該方向所采集的點(diǎn)云數(shù)目。（5）測(cè)量幀頻。測(cè)量幀頻與激光雷達(dá)生成的點(diǎn)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(dá)分類根據(jù)有無機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，可將激光雷達(dá)分為機(jī)械激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá)。（1）機(jī)械激光雷達(dá)。機(jī)械激光雷達(dá)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(duì)道路、橋梁、護(hù)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(jìn)行三維逐點(diǎn)掃描，形成三維激光雷達(dá)掃描點(diǎn)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(chǎng)，可以360°感知周圍環(huán)境。機(jī)械激光雷達(dá)的測(cè)量精度相對(duì)較高，但其體積較大，安裝較為復(fù)雜，價(jià)格昂貴。圖3-17機(jī)械式激光雷達(dá)（2）固態(tài)激光雷達(dá)。固態(tài)激光雷達(dá)內(nèi)部沒有機(jī)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(jī)械激光雷達(dá)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(duì)溫度和振動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。圖3-18固態(tài)激光雷達(dá)

根據(jù)激光雷達(dá)發(fā)出的激光線束數(shù)量的多少，可以將激光雷達(dá)分為單線束激光雷達(dá)與多線束激光雷達(dá)。（1）單線束激光雷達(dá)。單線束激光雷達(dá)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(biāo)物體的三維信息。單光束激光雷達(dá)具有測(cè)量速度快、數(shù)據(jù)處理量少的特點(diǎn)，其在安全防護(hù)、地形測(cè)繪等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。（2）多線束激光雷達(dá)。多線束激光雷達(dá)掃描一次可以產(chǎn)生多條掃描線，目前市場(chǎng)上的多線束激光雷達(dá)產(chǎn)品主要包括4線束、8線束、16線束、32線束、64線束等，細(xì)分可分為2.5D激光雷達(dá)和3D激光雷達(dá)，它們最大的區(qū)別在于激光雷達(dá)垂直視野的范圍，2.5D激光雷達(dá)垂直視野范圍一般不超過10°,3D激光雷達(dá)可達(dá)到30°甚至40°以上，因此它們?cè)谄嚿系陌惭b位置要求有所不同。激光雷達(dá)的線束越高，其采集到的點(diǎn)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(dá)采集到點(diǎn)云數(shù)據(jù)，下方圖片為的和Velodyne64線激光雷達(dá)采集到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過對(duì)比可以看出，128線激光雷達(dá)生成的點(diǎn)云數(shù)據(jù)明顯比64線激光雷達(dá)多，對(duì)周圍物體輪廓的反應(yīng)更清晰。圖3-19128線與64線激光雷達(dá)點(diǎn)云比較（四）激光雷達(dá)的特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀

激光雷達(dá)具有測(cè)量精度高、不受外界光照條件影響、抗干擾能力強(qiáng)優(yōu)點(diǎn)。（1）測(cè)量精度高。激光雷達(dá)的使用的波長(zhǎng)集中在600-1000nm之間，低于超聲波和毫米波雷達(dá)的波長(zhǎng)，雷達(dá)具有波長(zhǎng)越短測(cè)量精度越高的特點(diǎn)，激光雷達(dá)的測(cè)量精度比超聲波雷達(dá)和毫米波雷達(dá)都高。（2）不受外界光照條件影響。與超聲波雷達(dá)和毫米波雷達(dá)相同，激光雷達(dá)的工作不受外界光照條件的影響。（3）抗干擾能力強(qiáng)。激光波長(zhǎng)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(dá)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(duì)激光雷達(dá)起干擾作用的信號(hào)源不多。微波雷達(dá)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(cè)的區(qū)域)，激光雷達(dá)可以“零高度”工作，低空探測(cè)性能好。（1）成本較高。目前激光雷達(dá)造價(jià)較為昂貴，一定程度上限制了激光雷達(dá)的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化使用。（2）激光雷達(dá)采集到的數(shù)據(jù)量大，對(duì)處理器硬件的要求高。（3）激光雷達(dá)工作時(shí)會(huì)受天氣和大氣的影響?？諝庵械乃楹推渌麘腋∥锒紩?huì)對(duì)激光雷達(dá)的探測(cè)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(yuǎn)。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(huì)使激光光束發(fā)生畸變、抖動(dòng)，直接影響激光雷達(dá)的測(cè)量精度。激光雷達(dá)也具有如下缺點(diǎn)：

激光雷達(dá)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(cè)、加強(qiáng)定位、和智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)中的車流量信息監(jiān)測(cè)。

在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中，可以利用激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)障礙物檢測(cè)。和利用攝像頭（機(jī)器視覺）實(shí)現(xiàn)障礙物檢測(cè)的方法相比，激光雷達(dá)在深度（距離）信息的檢測(cè)準(zhǔn)確性上更為出色。利用機(jī)器視覺實(shí)現(xiàn)障礙物檢測(cè)有一個(gè)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(zhǔn)確的位置信息，而基于雙目攝像頭有需要實(shí)時(shí)處理大量的數(shù)據(jù)量，那一滿足實(shí)時(shí)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(cè)性能很差。

激光雷達(dá)加強(qiáng)定位是指利用激光雷達(dá)和高精度地圖對(duì)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS）和慣導(dǎo)（IMU）得到的位置信息進(jìn)行進(jìn)一步校正加強(qiáng)。

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(dá)生成的周圍環(huán)境點(diǎn)云信息和高精度地圖作比較，可以進(jìn)一步校正GNSS和IMU的位置信息，對(duì)車輛進(jìn)行更加精確地定位。

在交通路口的信號(hào)控制系統(tǒng)中，將三維激光掃描儀安裝在地面，對(duì)道路進(jìn)行持續(xù)掃描，可以獲得道路上的實(shí)時(shí)動(dòng)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(dá)信息，彌補(bǔ)視頻檢測(cè)和監(jiān)控的不足。智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)在獲取實(shí)時(shí)的交通模型和車流量信息，并檢測(cè)車輛排隊(duì)長(zhǎng)度后，可以預(yù)測(cè)未來的短期交通流趨勢(shì)，從而實(shí)時(shí)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(shí)現(xiàn)交通信號(hào)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?yán)枚喾N傳感器進(jìn)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(dá)、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)。各種傳感器在成本、遠(yuǎn)距離探測(cè)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(dá)毫米波雷達(dá)激光雷達(dá)低成本優(yōu)優(yōu)中較差遠(yuǎn)距離探測(cè)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(biāo)識(shí)識(shí)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(jiǎn)單、體積小、成本低，但測(cè)量精度受測(cè)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(cè)物體。毫米波雷達(dá)：受光照和天氣因素影響較小，具有較強(qiáng)的穿透霧、煙、灰塵的能力，測(cè)距精度高，但難以識(shí)別車道線、交通標(biāo)志等元素，由于行人的反射波較弱，也難以探測(cè)。激光雷達(dá)：能夠獲取物體的三維信息，測(cè)量精度高，對(duì)光照環(huán)境變化不敏感，抗干擾能力強(qiáng)，但是其成本較高，檢測(cè)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(shí)別和行人識(shí)別的準(zhǔn)確度等方面有優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)車道偏離預(yù)警、交通標(biāo)志識(shí)別等功能不可缺少的傳感器，但其測(cè)距精度不如毫米波雷達(dá)，并且對(duì)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(cè)性能大大下降。

車輛的行駛環(huán)境復(fù)雜多變，很難使用單一傳感器實(shí)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(shí)現(xiàn)環(huán)境感知是必要的。多傳感器融合就是將多個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)集中在一起綜合分析，以便更加準(zhǔn)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(duì)環(huán)境信息的綜合處理過程類似。

人類對(duì)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(cè)的信息傳輸至人腦，并與先驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行綜合，以便對(duì)其周圍的環(huán)境和正在發(fā)生的事件做出快速準(zhǔn)確的評(píng)估。人類的感官相當(dāng)于各種傳感器，人類的大腦相當(dāng)于信息融合中心，人類的先驗(yàn)知識(shí)相當(dāng)于數(shù)據(jù)庫。

在選擇環(huán)境感知傳感器時(shí)，需要綜合考慮傳感器多個(gè)方面的屬性，結(jié)合這些屬性特點(diǎn)和所需實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)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(biāo)檢測(cè)的精度。通過傳感器信息融合技術(shù)，彌補(bǔ)單個(gè)傳感器的缺陷，對(duì)各種傳感器進(jìn)行多層次、多空間的信息互補(bǔ)和優(yōu)化組合處理，利用多個(gè)傳感器相互協(xié)同操作的優(yōu)勢(shì)，提高整個(gè)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(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)的工作原理、性能參數(shù)、分類、特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀，最后對(duì)各傳感器的性能特點(diǎn)進(jìn)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(shì)?！菊n后習(xí)題】一、填空題1.

是圖像中的最小單位。

是指圖像在單位時(shí)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(shí)別和感知。3.超聲波雷達(dá)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(jì)算出與障礙物的距離。4.毫米波是一種波長(zhǎng)在1-10mm

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

、

、

、

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

和

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

與

。8.車輛的行駛環(huán)境復(fù)雜多變，很難使用單一傳感器實(shí)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(shí)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(gè)具有一定位置關(guān)系的攝像頭，依靠?jī)蓚€(gè)平行布置的攝像頭產(chǎn)生的

，找到同一個(gè)物體所有的點(diǎn)，依賴精確的三角測(cè)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(cè)性能受到光線影響很大。A．超聲波雷達(dá)B.毫米波雷達(dá)C.激光雷達(dá)D.攝像頭3.在短距離低速測(cè)距中，

有著很大的優(yōu)勢(shì)。A．超聲波雷達(dá)B.毫米波雷達(dá)C.激光雷達(dá)D.攝像頭不受天氣的影響，具有全天候、全天時(shí)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(qiáng)。A．超聲波雷達(dá)B.毫米波雷達(dá)C.激光雷達(dá)D.攝像頭5.

發(fā)射的波長(zhǎng)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(duì)其起干擾作用的信號(hào)源不多。A．超聲波雷達(dá)B.毫米波雷達(dá)C.激光雷達(dá)D.攝像頭三、簡(jiǎn)答題1.請(qǐng)列舉視覺傳感器、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用實(shí)例。2.請(qǐng)簡(jiǎn)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(shì)。導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理，探討全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)在自動(dòng)駕駛汽車上的運(yùn)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(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，分析定位系統(tǒng)與國(guó)家安全的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生形成“科學(xué)沒有國(guó)界，但科學(xué)家有國(guó)界”的意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的為祖國(guó)的發(fā)展而奮斗的愛國(guó)情懷。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)內(nèi)容導(dǎo)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(dǎo)航定位系統(tǒng)慣性導(dǎo)航定位系統(tǒng)車載導(dǎo)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(dǎo)航系統(tǒng)

導(dǎo)航定位系統(tǒng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車需要通過定位技術(shù)準(zhǔn)確感知自身在全局環(huán)境中的相對(duì)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(dǎo)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(dǎo)航定位系統(tǒng)，由于有天體導(dǎo)航覆蓋全球的優(yōu)點(diǎn)，所以從出現(xiàn)至今一直得到人們的重視。美國(guó)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(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）。各國(guó)的導(dǎo)航系統(tǒng)：種類：作用：（一）全球定位系統(tǒng)GPSGPS是由導(dǎo)航衛(wèi)星、地面監(jiān)控設(shè)備和GPS用戶組成的導(dǎo)航衛(wèi)星是由分布在6個(gè)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(gè)軌道面上都有4顆衛(wèi)星，在距離地球17700km的髙空上進(jìn)行監(jiān)測(cè)組成：GPS原理：GPS定位原理是根據(jù)三角測(cè)量定位來實(shí)現(xiàn)的，并且同時(shí)利用相關(guān)技術(shù)獲取觀測(cè)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(jī)信號(hào)，本地時(shí)鐘用來控制用戶接收機(jī)的偽隨機(jī)信號(hào)，兩者之間有比較大的時(shí)差。果已知某點(diǎn)和三個(gè)點(diǎn)的距離，就可以確定這個(gè)點(diǎn)。(實(shí)際上是兩個(gè)點(diǎn)，和三個(gè)點(diǎn)形成的面對(duì)稱分布)這三個(gè)點(diǎn)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(biāo)和衛(wèi)星當(dāng)前時(shí)間，你的手機(jī)是接收機(jī)，能接受到這個(gè)信號(hào)，并且能解碼廣播信息計(jì)算出時(shí)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(biāo)分別為(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3),電磁信號(hào)的速度為c,手機(jī)的坐標(biāo)為(x,y,z),時(shí)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(gè)方程，三個(gè)未知數(shù)，就可以解出x,y,z。GPS

實(shí)際上衛(wèi)星的時(shí)間很精確，因?yàn)樽詭г隅?，還有一套矯正算法，你的手機(jī)是一個(gè)簡(jiǎn)單的晶體振蕩器，很不精確，因?yàn)閏很大，誤差就比較大，假設(shè)你的手機(jī)的時(shí)間是未知的t，就是加了一個(gè)未知數(shù)，必須要增加一個(gè)方程才行。四個(gè)未知數(shù)，四個(gè)方程，就可以解出x,y,z,t。所以需要四個(gè)衛(wèi)星假設(shè)衛(wèi)星的坐標(biāo)分別為（x1,y1,z1）,（x2,y2,z2）,（x3,y3,z3）,（x4,y4,z4）,電磁信號(hào)的速度為c,手機(jī)的坐標(biāo)為(x,y,z)，四個(gè)衛(wèi)星的時(shí)間分別為t1,t2,t3,t4，手機(jī)的時(shí)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(diǎn)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(cè)時(shí)間短

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