智能网联汽车 5-1认知汽车联网与通信技术 教案

课题任务一认知智能网联汽车决策规划技术课时1课型新课学科智能网联汽车教师学习目标知识目标：1.能描述决策规划概念和内容2.能描述决策规划的类型3.能解释决策规划的要求4.能说明围决策规划的方法素质目标：1.通过环境感知系统的学习，让学生知道技术不断进步，激发学生不断学习的兴趣。教学重点1.能描述决策规划概念和内容。2.能描述决策规划的类型。3.能解释决策规划的要求。4.能说明围决策规划的方法。教学难点1.能说明围决策规划的方法。2.能解释决策规划的要求。教学方法讲授法教学资源教学视频、PPT教学过程教学环节教学内容一、导入智能网联汽车是集感知、决策和控制等功能于一体的自主交通工具，其中智能决策是依据感知信息来进行决策判断，确定适当工作模型，制订相应控制策略，替代人类驾驶员做出驾驶决策。播放视频：汽车决策规划技术二、教学过程同学们，通过视频，我们初步了解了汽车决策规划技术。那么，什么是决策规划？提问1：决策规划的概念？明确1：决策规划汇包括汽车本身的当前位置、速度、方向和所在车道，还包括汽车一定距离范围内与感知相关的所有重要障碍物体信息和预测轨迹，在所获得信息的基础上来确定汽车的驾驶策略。主要包括预测算法、行为规划和动作规划等。提问2：决策规划层级结构有哪些？明确2：决策层包括环境认知和决策规划两部分。1.环境预测模块主要作用是对感知层所识别到的物体进行行为预测，并且将预测的结果转化为时间空间维度的轨迹传递给后续模块。观看视频：环境预测2.行为决策模块行为决策模块在整个自动驾驶决策规划控制软件系统中汇集了所有重要的车辆周边信息。3.动作规划模块包括动作规划和路径规划两部分。观看视频：动作规划动作规划模块主要是对短期甚至是瞬时的动作进行规划，例如转弯、避障、超车等动作；而路径规划模块是对较长时间内车辆行驶路径的规划，例如从出发地到目的地之间的路线设计或选择。4.路径规划模块路径规划主要包含两个步骤：建立包含障碍区域与自由区域的环境地图，以及在环境地图中选择合适的路径搜索算法，快速实时地搜索可行驶路径。播放视频：路径规划技术提问3：决策规划的类型包含哪些？明确3：可分为全局路径规划方法、局部路径规划方法和混合路径规划方法三种。1.全局路径规划全局路径规划是基于先验完全信息，按照一定的算法搜寻一条最优或者近似最优的无碰撞路径。2.局部路径规划是对环境局部未知或完全未知，是基于传感器信息。随着自主车辆的运动，通过传感器为自主车辆提供有用的信息，从而能够确定出障碍物和目标点的位置，规划出一条由起始点到目标点的路径。提问4：决策规划的要求有哪些？明确4：具体表现在以下几个方面：1.车辆应该在自动避开所有障碍物的前提下，到达指定的目的地。2.车辆安全到达目的地所用的时间最短，路程最短。3.采用的路径简单可靠，以便简单实现对无人车的控制。4.车辆行驶的路径尽量不重复或者少重复。5.车辆选用合适的行驶策略，减少车辆的能量消耗。提问5：决策规划的方法有哪些？明确5：1.目标状态预测是对智能网联汽车周边的目标进行未来比较短时间内的行为和轨迹预测，该预测信息可附加在目标感知结果中，与环境感知信息一并发送给下层的决策端，为汽车安全决策规划提供信息依据。主要包括三种：（1）基于运动模型的卡尔曼滤波方法（2）基于马尔可夫链的预测方法（3）基于数据的神经网络方法。2.行为决策包括基于规则的行为决策方法和基于强化学习的行为决策方法。3.路径规划路径规划是智能网联汽车实现自主驾驶的基础，其作用是在当前工作环境中按照某种性能指标搜索出一条从起点到终点的最优或次优路径。4.路径规划步骤一般步骤主要包括环境建模、路径搜索和路径平滑三个环节。（1）环境建模环境建模是路径规划的重要环节，目的是建立一个便于计算机进行路径规划所使用的环境模型，即将实际的物理空间抽象成算法能够处理的抽象空间，实现相互间的映射。（2）路径搜索路径搜索阶段是在环境模型的基础上应用相应算法寻找一条行走路径