智能网联汽车技术电子教案.docx

1、智能网联汽车技术电子教案#职业技术学院教案授课名称项目一 智能网联汽车概论授课时间2020年3月12日，星期四第3、4节授课地点2#303教学方法分析讲授、案例讲解、归纳对比学时2学时教学重点智能网联汽车相关概念、智能网联汽车技术分级教学难点智能网联汽车关键技术教学内容1.智能网联汽车发展历史智能网联汽车可以提供更安全、更节能、更环保、更便捷的出行方式和综合解决方案，是国际公认的未来发展方向和关注焦点。2.智能网联汽车相关概念智能网联汽车是新一轮科技革命背景下的新兴产业，它显著改善交通安全、实现节能减排、减缓交通拥堵、提高交通效率，并拉动汽车、电子、通信、服务、社会管理等协同发展，对促进汽车产

2、业转型升级具有重大战略意义。3.智能网联汽车技术分级智能网联汽车技术分级各主要国家是不完全相同的，美国分为5级，德国分为3级，中国分为5级。4.智能网联汽车的应用智能网络汽车在安全行驶、节能环保、商务办公、信息娱乐等方面有着广泛的应用前景。5.智能网联汽车关键技术智能网联汽车是在一般汽车上增加雷达、摄像头等先进传感器、控制器、执行器等装置，通过车载环境感知系统和信息终端实现与车、路、人等的信息交换，使车辆具备智能环境感知能力，能够自动分析车辆行驶的安全及危险状态，并使车辆按照人的意愿到达目的地，最终实现替代人来做驾驶决策及操作的目的。6.智能网联汽车发展前景智能网联汽车创新战略的发布应该是把路

3、网设施、网络服务等环境优势与汽车相结合，形成汽车产业的智能化整合，智能移动空间和智能生活的发展潜力巨大，充分挖掘发挥这些潜力，将使我国建成为智能网联汽车强国。在新一轮技术革命方兴未艾、互联网浪潮风起云涌、全球能源危机加重以及汽车排放物引发环境问题的时代背景下，智能化、网联化、新能源化已然成为未来全球汽车行业发展的必然趋势。教学总结掌握智能网联汽车基本概念、分类及其关键技术等#职业技术学院教案授课名称项目二 智能网联汽车先进传感器技术授课时间2020年3月12日，星期四第3、4节授课地点2#303教学方法分析讲授、案例讲解、归纳对比学时2学时教学重点汽车传感器结构和工作原理教学难点超声波传感器、

4、激光雷达、毫米波雷达、视觉传感器、电子罗盘、车载传感器网络结构和工作原理教学内容1. 汽车传感器概述汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息源，把汽车运行中各种工况信息转化成电信号输送给中央控制单元，再经过分析和处理传输给执行单元，使汽车发挥最佳性能。2.车轮转速传感器；3.加速度传感器；4.微机械陀螺仪；5.转向盘转角传感器6.超声波传感器频率高于人类听觉上限频率（约20000Hz）的声波称为超声波。超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器，是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件。7.激光雷达激光雷达是以发射激光束来探测目标位置的雷达

5、系统，其功能包含搜索和发现目标；测量其距离、速度、角位置等运动参数；测量目标反射率、散射截面和形状等特征参数。8.毫米波雷达毫米波雷达是指工作频率介于微波和光之间，选在30300GHz频域（波长为110mm，即1mm波波段）的雷达。9.视觉传感器广义的视觉传感器主要由光源、镜头、图像传感器、模数转换器、图像处理器、图像存储器等组成。其主要功能是获取足够的机器视觉系统要处理的最原始图像。10.电子罗盘电子罗盘是利用地磁场固有的指向性测量空间姿态角度的，是一种重要的导航器件。11.车载传感器网络车载传感器网络是在车载自组织网络基础上构建的一个移动的、基于车辆的新型传感器。教学总结掌握智能网联汽车传

6、感器基本概念、分类及其检测方法等#职业技术学院教案授课名称项目三 智能网联汽车无线通信技术授课时间2020年3月12日，星期四第3、4节授课地点2#303教学方法分析讲授、案例讲解、归纳对比学时4学时教学重点智能网联汽车无线通信技术教学难点智能网联汽车无线通信技术教学内容1.无线通信系统的组成与分类通信是将信号从一个地方向另一个地方传输的过程，用于完成信号的传递与处理的系统称为通信系统；无线通信系统有五个组成部分：信号源、发送设备、接收设备、受信人、传输媒质。2.蓝牙技术蓝牙是 Bluetooth的译名，它取自丹麦的一位名叫 Harald bluetooth的开国君王。蓝牙技术的命名本身也是提

7、出者希望它能够对信息产业产生至关重要的作用。3. Zigbee 技术Zigbee 技术是一种应用于短距离和低速率下的无线通信技术，Zigbee 过去又称为“HomeRF Lite”和“FireFly”技术，目前统一称为Zigbee 技术4. Wi-Fi技术Wi-Fi技术就是一种短程无线传输联网的技术，即它是一种通过无线电波将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术，但只能在电波覆盖的有效范围采用WIFI连接方式进行联网。5.UWB技术定义UWB又被称为脉冲无线电（Impulse Radio），具体定义为相对带宽（信号带宽与中心频率的比）大于25%的信号或者是带宽超过1

8、.5GHz的信号。6. 60 GHz无线通信技术60 GHz无线通信技术一般是指无线电波为60 GHz频率左右的无线通信技术。7. IrDA技术IrDA技术是一种利用红外线进行点对点通信的技术，它也许是第一个实现无线个人局域网(PAN)的技术。8.RFID技术射频识别（RFID）技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无须在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。9.NFC技术NFC技术提供了一种简单、触控式的解决方案，可以让消费者简单、直观地交换信息、访问内容与享受服务，具有天然的安全性，在手机支付等领域具有很大的应用前景。10VLC

9、技术VLC技术是指利用可见光波段（380-780nm）的光作为信息载体，无需光纤等有线信道的传输介质，在空气中直接传输光信号的通信技术。11.专用短程通信技术专用短程通信技术（Dedicated Short Range Communications，DSRC）是一种高效的无线通信技术，它可以实现在特定小区域内对高速运动下的移动目标的识别和双向通信，例如车辆的“车路”“车车”双向通信，实时传输图像、语音和数据信息，将车辆和道路有机接。12.移动通信技术移动通信技术是指通信的双方至少有一方在运动中实现通信的方式，包括移动台与固定台之间、移动台与移动台之间、移动台与用户之间的通信技术。在移动通信中，

10、常处于移动状态的电台称为移动台，常处于固定状态的电台称为基地台或基站。13.微波通信技术组成微波通信即是指利用微波携带信息通过电波进行空间传输的一种通信方式。微波的传播与光波的传播类似，具有似旋光性、频率高、极化等传输特性，因此微波在自由空间中只能沿直线传播，其绕射能力很弱，且在传播中遇到不均匀的介质时，将产生折射和反射现象。14.卫星通信技术卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站，转发无线电信号，在两个或多个地球站之间进行的通信。授课总结掌握智能网联汽车无线通信技术等#职业技术学院教案授课名称项目四 无人驾驶汽车环境感知授课时间2020年3月12日，星期四第3、4节授课地点2#303教学方法

11、分析讲授、案例讲解、归纳对比学时4学时教学重点结构化道路检测、非结构化道路检测、行驶环境中目标检测、交通信号灯和交通标志的检测教学难点结构化道路检测、非结构化道路检测、行驶环境中目标检测、交通信号灯和交通标志的检测教学内容1.结构化道路检测道路检测算法要求具有鲁棒性和实时性，鲁棒性要求在光照不均、路面包含阴影、水渍及文字干扰等较为复杂的环境中能够准确的检测出车道标线或道路边界；实时性要求道路检测算法能够满足车辆在行驶过程中对处理速度的需要。为解决道路检测算法在较为复杂的道路交通环境中难以在鲁棒性和效率间达到平衡的问题，本章从感兴趣区域特征信息提取、道路图像信息深度挖掘优化及冗余干扰信息剔除、道

12、路模型参数求解三个方面对车道标线检测方法。2.非结构化道路检测针对非结构化道路边界检测效率与鲁棒性之间难以平衡的问题，在 HSI 色彩空间中采用 K-means 聚类方法对非结构化道路图像饱和度分量进行分割以获得道路区域和非道路区域；利用基于置信概率的分块分类方法对道路图像进行分块，并提取道路边界特征点；构建二次曲线模型，运用改进的最小二乘法拟合道路边界。3.行驶环境中目标检测车载摄像机是智能汽车系统中最常用的传感器，主要用于道路场景中的静态目标与动态目标检测。静态目标主要包括交通标志、车道线以及交通信号灯等，动态目标包括车辆与行人等。4.交通信号灯和交通标志的检测道路环境是一个典型的开放的非

13、可控环境，对动静态目标检测提出了较大的挑战。例如，道路环境的复杂多变光照特性与天气状况，导致视觉系统检测性能的不稳定性。交通标志种类繁多、检测与识别复杂。动态目标如行人的外观多样性、姿态多样性等，导致检测算法难度增加。此外，动静态目标在实际应用中均存在被遮挡情况，导致传统的检测算法失效。教学总结掌握智能网联汽车结构化道路检测、非结构化道路检测、行驶环境中目标检测、交通信号灯和交通标志的检测#职业技术学院教案授课名称项目五 无人驾驶汽车定位导航授课时间2020年3月12日，星期四第3、4节授课地点2#303教学方法分析讲授、案例讲解、归纳对比学时2学时教学重点电子罗盘与速率陀螺的航向数据融合、G

14、PS罗盘里程计位置数据融合、无人驾驶汽车GPS DR组合定位系统、同时定位与地图创建、视觉里程计的基本原理教学难点电子罗盘与速率陀螺的航向数据融合、GPS罗盘里程计位置数据融合、无人驾驶汽车GPS DR组合定位系统、同时定位与地图创建、视觉里程计的基本原理教学内容1.电子罗盘与速率陀螺的航向数据融合在无人驾驶汽车定位系统中,航向与位置信息是通过安装在无人驾驶汽车上相应的传感器得到的。从单个传感器得到的信息存在各种干扰和误差，而使用多个传感器信息，从冗余的信息中对数据进行融合，可以得到较为精确的定位和定向信息，从而实现较高精度的航向估计和位置估计。2. GPS罗盘里程计位置数据融合GPS( Gl

15、obal Positioning System)具有全球、全天候、高精度、实时定位等优点，但是其动态性能和抗干扰能力较差。DR不受外界环境的干扰影响，但定位误差随时间的累积会发散，从而导致定位精度下降。GPS和DR不仅各有所长，而且具有互补性。将二者组合，可以提高系统精度，增强系统的抗干扰能力和跟踪能力。3.无人驾驶汽车GPS DR组合定位系统根据系统利用GPS信息方式的不同，基于Kalman滤波器的GPSDR组合可分为松耦合组合定位和紧耦合组合定位两种。4.同时定位与地图创建在先验地图已知的情况下,无人驾驶汽车可以根据已知地图不断进行自身位置的校正，实现精确定位；但在未知环境中，无人驾驶汽车

16、完全没有或只有很少、很不完善的环境知识，无人驾驶汽车对环境的认识就只能通过自身所携带的传感器来获取环境信息，并经过信号处理抽取有效信息，以构建环境地图。5.视觉里程计的基本原理视觉里程计利用车载摄像机采集到的图像信息恢复车体本身的六自由度运动，包括三自由度的旋转和三自由度的平移。由于类似于里程计的航迹推算，这种基于图像信息的自运动估计方法被称为视觉里程计技术。视觉里程计的基本步骤包括特征提取、特征匹配、坐标变换和运动估计。教学总结掌握智电子罗盘与速率陀螺的航向数据融合、GPS罗盘里程计位置数据融合、无人驾驶汽车GPS DR组合定位系统、同时定位与地图创建、视觉里程计的基本原理。#职业技术学院教

17、案授课名称项目六 无人驾驶汽车路径规划授课时间2020年3月12日，星期四第3、4节授课地点2#303教学方法分析讲授、案例讲解、归纳对比学时2学时教学重点路径规划概述、基于模型预测控制算法的路径跟随控制、汽车自适应避险的速度控制、汽车转向与速度的综合控制教学难点路径规划概述、基于模型预测控制算法的路径跟随控制、汽车自适应避险的速度控制、汽车转向与速度的综合控制教学内容1.路径规划概述路径规划是指在模型化的环境中按照一定的评价标准规划出一条从起始状态到目标状态的可行路径。根据对环境信息的把握程度可分为两类：基于环境信息已知的全局路径规划，又称为静态规划或离散规划；基于传感器信息的局部路径规划，

18、又称为动态规划或在线规划。2.基于模型预测控制算法的路径跟随控制路径跟随是无人驾驶控制技术的核心，其控制的结果不仅影响到汽车的跟随准确度，也会影响到汽车的操纵稳定性，这也对车上乘客的安全有直接影响。其多点预瞄的思想很符合人类驾驶汽车的行为习惯；可受约束的多目标优化策略使控制结果实用可靠；其滚动的优化方式使算法对速度的鲁棒性良好。因此，采用模型预测控制算法控制汽车的转向，实现汽车自动跟随路径的功能。3.汽车自适应避险的速度控制速度控制是无人驾驶汽车技术中重要的研究领域，目前对速度控制的研究主要集中于定速巡航方面。而在定速巡航模式下，当汽车突然出现变道或转弯行为时，将有可能面临失稳的危险。因此，基

19、于多点预瞄的思想实现了自适应的速度规划功能。该方法可实时预测出前方的上限速度，运用二次规划的方法可规划出适应的目标速度。4.汽车转向与速度的综合控制1）综合控制器结构与原理汽车转向与速度的综合控制器由模型预测转向控制与自适应速度控制组成。两种控制算法的共同之处都是基于多点预瞄的思想，运用二次规划的方法进行规划，从而得到合适的目标变量。2）综合控制仿真验证为验证综合控制器的有效性，在 Simulink 仿真平台分别创建转向与速度的控制器，整车模型以及道路模型，形成人-车-路的闭环测试系统。教学总结掌握路径规划概述、基于模型预测控制算法的路径跟随控制、汽车自适应避险的速度控制、汽车转向与速度的综合

20、控制。#职业技术学院教案授课名称项目七 无人驾驶汽车运动控制授课时间2020年3月12日，星期四第3、4节授课地点2#303教学方法分析讲授、案例讲解、归纳对比学时2学时教学重点 车辆运动学模型、控制及侧向控制指标、驾驶汽车纵向控制单元研究、驾驶汽车双移线仿真路径的认识教学难点 车辆运动学模型、控制及侧向控制指标、驾驶汽车纵向控制单元研究、驾驶汽车双移线仿真路径的认识教学内容1.车辆运动学模型 闭环控制系统；建立了二自由度车辆模型；对无人驾驶汽车侧向运动及纵向运动进行研究分析，总结影响侧向运动及纵向运动的影响因子，分析了两者之间的耦合关系。2.控制及侧向控制指标 汽车侧向控制主要研究如何设计控

21、制算法，从而保证车辆能够根据给定路径控制车辆转向，使车辆能够对给定路径进行快速准确的跟踪，同时保证车辆安全、平稳舒适的行驶。3.驾驶汽车纵向控制单元研究 汽车的纵向控制主要研究如何控制车辆纵向运动，即控制车辆按照期望的速度行驶、控制车辆的纵向加速度、控制车辆间距离、控制制动器；驾驶员可以通过踩踏脚踏板和制动器位置，来控制电动车车辆速度的升高或降低，从而改变车辆的纵向运动。4.驾驶汽车双移线仿真路径的认识 在汽车仿真软件与联合仿真的环境下进行了无人驾驶汽车路径跟踪仿真试验，主要包括双移线仿真路径和正弦曲线仿真路径，双移线仿真路径试验可以说是超车动作的仿真试验，也是一种包括驾驶员特性在内“人车闭环

22、试验”，在一定程度上表现了无人驾驶汽车的转向运动的综合性能。教学总结 掌握运动学模型、控制及侧向控制指标、驾驶汽车纵向控制单元研究、驾驶汽车双移线仿真路径的认识。#职业技术学院教案授课名称项目八 智能网联汽车的技术架构授课时间2020年3月12日，星期四第3、4节授课地点2#303教学方法分析讲授、案例讲解、归纳对比学时2学时教学重点 智能汽车的智能化等级概述、智能汽车技术体系架构、网联汽车安全架构、智能网联汽车安全传输协议、智能网联汽车车内网络架构、智能网联汽车车载智能终端系统教学难点 智能汽车的智能化等级概述、智能汽车技术体系架构、网联汽车安全架构、智能网联汽车安全传输协议、智能网联汽车车

23、内网络架构、智能网联汽车车载智能终端系统教学内容1.智能汽车的智能化等级概述 智能汽车的智能化等级分为自动驾驶等级和网联化等级 2 个方面。根据节能与新能源汽车技术路线图战略咨询委员会、中国汽车工程学会发布的资料，自动驾驶等级定义，见表 8-1。2.智能汽车技术体系架构智能网联汽车除了依靠本车的物理传感器实现周边状态的感知外，还能够通过 V2X（vehicle to vehicle（V2V），vehicle to infrastructure（V2I），etc.）通信技术在更大的空间尺度上扩展环境和交通状况的感知范围。3.网联汽车安全架构4.智能网联汽车安全传输协议移动通信网络技术是智能网联汽

24、车的基础设施，而移动通信网络的特点决定了智能网联汽车与其他移动智能电子设备一样，面临着严峻的信息安全形势。每一辆智能网联汽车以及智能网联汽车用户的信息都将在公开的移动通信网络中传输，这些数据信息可以被窃取、收集。5.智能网联汽车车内网络架构智能网联汽车车内网络所示，智能网联汽车车内网络的主要通信链路是以太网链路。以太网是车内网络的主要网络。6.智能网联汽车车载智能终端系统车载信息系统等。借助于全球卫星定位系统 GPS、移动通信网络技术，汽车用户可以不管在哪个地方在任何时刻都可以与互联网平台进行通信，享受到各种各样的应用服务。车辆与车辆用户、车辆与路边设施、车辆与云平台的通信信息经过车载信息系统

25、进行处理后，汽车用户可以获得相应的信息服务，取得更好的驾驶体验与辅助驾驶体验。智能网联汽车联网的大部分服务通信都依托于车载信息系统，车载信息系统在智能网联汽车里扮演一个重要的角色。教学总结 掌握智能汽车的智能化等级概述、智能汽车技术体系架构、网联汽车安全架构、智能网联汽车安全传输协议、智能网联汽车车内网络架构、智能网联汽车车载智能终端系统#职业技术学院教案授课名称项目九 智能网联汽车测评技术授课时间2020年3月12日，星期四第3、4节授课地点2#303教学方法分析讲授、案例讲解、归纳对比学时2学时教学重点 国内外自动驾驶汽车的测评现状、自动驾驶汽车测评需求分析、自动驾驶汽车运行安全性测评体系

26、框架、驾驶测试场景及项目教学难点 国内外自动驾驶汽车的测评现状、自动驾驶汽车测评需求分析、自动驾驶汽车运行安全性测评体系框架、驾驶测试场景及项目教学内容1.国内外自动驾驶汽车的测评现状 国家智能交通综合测试基地推进自动驾驶测试工作。以上测试场地在建设过程中也充分利用各地地形、气候差异，以期实现差异化发展，为自动驾驶汽车测试提供运行环境，促进自动驾驶汽车产业化的快速发展。2.自动驾驶汽车测评需求分析为了保障自动驾驶汽车能安全上路，一方面应从自动驾驶系统的技术要求出发，分析其技术功能；一方面应从自动驾驶系统的安全性角度出发，研究自动驾驶汽车上路后会存在的安全性问题，从而提出对自动驾驶汽车运行安全性

27、测试的需求，确定测试评价的范围。3.自动驾驶汽车运行安全性测评体系框架自动驾驶产业最迫切的需求是有一个公认的、综合平台能够提供上路准许试验验证、安全可靠试验验证、互联互通试验验证、产品研发试验验证等服务。4.驾驶测试场景及项目测试项目下可能会包含多种测试场景，车辆在测试过程中所处的地理环境、天气、道路、交通状态及车辆状态和时间等要素的集合即为测试场景。不同要素相互组合能构建多样化的测试场景，但应抓住核心的测试项，完成自动驾驶的基本要求后，再对测试场景进行不断完善和修改。教学总结 掌握国内外自动驾驶汽车的测评现状、自动驾驶汽车测评需求分析、自动驾驶汽车运行安全性测评体系框架、驾驶测试场景及项目。

28、#职业技术学院教案授课名称项目十 智能网联汽车先进驾驶辅助系统授课时间2020年3月12日，星期四第3、4节授课地点2#303教学方法分析讲授、案例讲解、归纳对比学时2学时教学重点先进驾驶辅助系统定义和类型、汽车自适应巡航控制系统、车道偏离报警系统、车道保持辅助系统、汽车并线辅助系统、汽车自动刹车辅助系统、汽车自适应前照明系统、汽车夜视辅助系统、9.自动泊车辅助系统、驾驶员疲劳预警系统教学难点 先进驾驶辅助系统定义和类型、汽车自适应巡航控制系统、车道偏离报警系统、车道保持辅助系统、汽车并线辅助系统、汽车自动刹车辅助系统、汽车自适应前照明系统、汽车夜视辅助系统、9.自动泊车辅助系统、驾驶员疲劳预

29、警系统教学内容1.先进驾驶辅助系统定义和类型 智能网联汽车技术路径主要有智能化和网联化两个方向。智能化是指依赖于先进驾驶辅助技术ADAS，采用车载传感器与汽车自动控制系统相结合的方法实现汽车的自动巡航（ACC），自主泊车(APS)，自动紧急刹车（AEB）等一系列功能。目前，新上市的车辆大多具有自动紧急刹车系统（AEB）和车道保持辅助系统（LKA），并能实现简单的人车互联。网联化主要依靠搭载车联网V2X系统，来实现车-人，车-车，车-路，车-平台的信息交换，来提高汽车行驶的安全性，提高道路通向效率等。2.汽车自适应巡航控制系统汽车自适应巡航控制系统（Adaptive Cruise Control

30、，ACC）是在定速巡航控制系统基础上发展起来的新一代汽车先进驾驶辅助系统。3.车道偏离报警系统车道偏离预警系统的研究主要集中在基于视觉的车道偏离预警系统上。但是，从现有的技术水平来看，影响基于视觉的车道偏离预警系统可靠性的最主要因素是系统应用的天气条件以及光照变化的影响，这是所有基于视觉系统目前面临的一个主要难题。4.车道保持辅助系统车道保持辅助系统属于智能驾驶辅助系统中的一种。它可以在车道偏离预警系统（LDWS）的基础上对刹车的控制协调装置进行控制。5.汽车并线辅助系统在这种情况下，安装了并线辅助系统的车辆就能够通过后视镜上的倒车雷达或是警示灯，提醒驾驶员是否可以安全并线，让人们能够在正常行驶的过程中实现相应操作，提高驾车的安全系数。6.汽车自动刹车辅助系统汽车自动刹车辅助系统包括电子制动辅助系统“EBA”和制动力辅助系统“BA”（也称为“BAS”），指能够通过判断驾驶员的刹车动作（力量及速度），在紧急制动时增加刹车力度，从而将制动距离缩短。7.汽车自适应前照明系统汽车自适应前照灯系统，英文缩写是AFS（Adaptive Front Lighting System）。它是一种能够自动改变两种以上的光型以适应车辆行驶条件变化的前照灯系统，是目前国际上在车灯照明上