自动驾驶汽车传感器技术与应用课件 模块一 自动驾驶汽车概述

模块一自动驾驶汽车概述一自动驾驶汽车技术概述二自动驾驶汽车传感器认知拓展阅读技能实训思考与练习一自动驾驶汽车技术概述（一）汽车电控技术概述（二）自动驾驶汽车现状（三）自动驾驶汽车关键技术电控发动机系统电控变速箱系统电控刹车（车身稳定、牵引力控制）系统电控安全气囊系统电控巡航控制系统电控空调系统电控导航系统电控悬挂系统电控舒适系统现代轿车常见的电控系统：（一）汽车电控技术概述提高发动机的动力性：进气阻力减少（取消了化油器）、提高了充气效率，且电控系统可以保证进入发动机的空气得到充分利用，从而提高发动机的动力性。提高发动机的燃油经济性：电控系统精确控制发动机工作所需的混合气浓度，使燃烧更完全、燃油利用更充分，从而提高发动机的燃油经济性。改善发动机的加速性和减速性能：在发动机的加速和减速运行的过度工况下，电子控制单元的高速处理功能，使控制系统能够迅速响应，使汽车的加速和减速反映更灵敏。（一）汽车电控技术概述汽车电控技术优势改善发动机的启动性能：电控系统能根据发动机温度变化，对进气量和供油量进行精确控制，从而保证发动机顺利启动和平稳经过暖机过程，可明显改善发动机的低温启动性能和热机运转性能。降低排放污染：电控系统对发动机在不同使用环境下的各种运行工况优化控制，提高了燃烧质量，同时各种排放控制系统在发动机上的运用，都使发动机的排放污染降低。（一）汽车电控技术概述汽车电控技术优势电控燃油喷射系统（EFI）。在电控燃油喷射系统中，喷油量的控制是最基本的也是最重要的控制内容，ECU是根据进气量确定基本的喷油量，再根据其他的传感器（如冷却液温度、节气门位置传感器等）信号对喷油量进行修正，使发动机在各种运行工况下，均能获得最佳浓度的混合气，从而提高发动机的动力性、经济性和排放性。除喷油量控制外，还有喷油正时控制、断油控制和燃油泵控制（一）汽车电控技术概述应用在发动机上的电控系统电控点火系统（ESA）：最基本的功能是点火提前角的控制。该系统根据曲轴位置、凸轮轴位置、爆震、进气管绝对压力、空气流量、节气门位置和发动机水温传感器的信号，判断发动机的运行工况和运行条件，选择最理想的点火提前角点燃混合气，从而改善发动机的燃烧过程，以实现发动机的动力性、经济性和降低发动机排放污染的目的。此外，电控系统还对点火线圈通电时间、爆燃进行控制。（一）汽车电控技术概述应用在发动机上的电控系统进气控制系统：根据发动机转速和负荷的变化，对发动机的进气进行控制，以便提高发动机的进气效率，从而改善发动机的动力性。（一）汽车电控技术概述应用在发动机上的电控系统增压控制系统：对发动机进气增压装置的工作进行控制。在装有废气涡轮增压装置的汽车上ECU是根据检测到的进气管压力，对增压装置进行控制，从而控制增压装置对进气增压的强度。（一）汽车电控技术概述应用在发动机上的电控系统怠速控制系统（ISC）：电控系统根据发动机水温、压缩机、变速箱档位开关等信号，通过怠速控制阀对发动机的进气量进行控制，使发动机随时以最佳怠速转速运转。（一）汽车电控技术概述应用在发动机上的电控系统排放控制系统：根据发动机的转速和负荷对排放控制装置的工作进行电子控制，以降低发动机污染物的排放。其项目包括：废气再循（EGR）、活性碳罐电磁阀（EVAP）、氧传感器和空燃比闭环控制、二次空气喷射等。自我诊断与报警系统：电子控制单元设有故障自诊断系统，随时对控制系统各部分的工作进行监测，当检测到传感器或执行器和相关线路出现故障时，即刻将故障内容储存在存储器中。如排放系统出现问题即刻点亮故障指示灯并存储故障内容。失效保护系统：当传感器或其线路发生故障时，控制系统自动按电脑中预先设定的参考信号值工作，以便发动机能继续运转。（IGF例外）（一）汽车电控技术概述应用在发动机上的电控系统应急备用系统：应急备用系统的功能由ECU内的备用IC（集成电路）来完成，当ECU内的微处理器或少数重要的传感器（CPU、I/O接口、存储器、进气压力传感器）出现故障车辆无法行使时，该系统将燃油喷射和点火正时控制在设定的水平上，作为一种备用功能使汽车能维持基本行使，以便将汽车开到最近的维修站。（一）汽车电控技术概述应用在发动机上的电控系统输入元件ECU执行元件（一）汽车电控技术概述发动机电控系统的基本组成（一）汽车电控技术概述汽车电控新技术---智能汽车控制系统自动驾驶的流程感知定位规划决策控制环境环境（三）自动驾驶汽车关键技术

虽然目前的环境感知技术目前已大体完善，但是要实现最高级的无人驾驶，还有很多地方需要改进。比如在恶劣的天气条件下、在不断变化和不利的光照条件下，各种元件不可避免地会受到影响。1.感知是整个系统运行的第一步（三）自动驾驶汽车关键技术2.地图是最重要的先验信息之一

人们需要大规模地对地图信息进行预先采样和更新，以使车辆能够适应新情况。一种解决方法是建立云端的地图共享系统，它与离线的地图共享并且是动态更新的，但是这对系统的通信能力也提出了更高的要求；也有学者提出“即时定位与地图构建”（SLAM）技术，它并不严重依赖于先验信息，允许自动驾驶系统持续观察环境并适应新情况，但是这项技术需要更多的计算密集型算法，并且根据所使用的传感器和周围环境可能会受到更多不确定性的影响。（三）自动驾驶汽车关键技术3.人工智能算法是自动驾驶的核心

借助于目前机器学习和深度学习的研究，人工智能已经能实现越来越多的自动控制，高级别的自动驾驶还需要把智能算法与传统的车辆动力学控制结合起来，对智能算法的稳定性和准确性有着极高要求；

智能算法的道德性和合法性也是人们需要考虑的，“在无可避免的情况下，要撞向一个人的一侧还是撞向一群人的一侧？”类似这样的问题发生了以后处理困难，就需要在技术层面上让它不会发生。（三）自动驾驶汽车关键技术4.车联网通信需借助新型信息通信技术车联网的关键技术包括4G/5G车载蜂窝通信技术、LTE-V2X和802.11p直连无线通信技术等的应用与自动驾驶技术的发展紧密相关，但是这些技术目前只是初步成熟，还需要集中研究力量重点突破。而且车联网信息的安全保护也是一个亟待关注的问题，车联网的过程会产生一定的操纵数据、位置信息等，涉及到个人隐私权益的保护，此外，还需要考虑到应用领域的经济效益问题等。（三）自动驾驶汽车关键技术自动驾驶存在的问题和解决情况项目或竞赛出现的问题问题的解决情况PROMETHEUS（1987–1995）NoHandsAcrossAmerica（1995），MunichtoOdenseUBMTest（1995），ARGO（1998）自主车道保持自适应巡航自动紧急呼叫基于视觉的物体检测/追踪复杂光照条件下的感知改善障碍和道路标志检测复杂的城市交通恶劣天气下的环境感知大部分已解决大部分已解决大部分已解决大部分已解决部分解决部分解决大部分未解决大部分未解决（三）自动驾驶汽车关键技术DARPAGrandChallenge（2004），SecondDARPAGrandChallenge（2006）越野无人驾驶大部分已解决避障机制交通灯和标志检测真实交通环境测试障碍检测（行人和自行车）高速自动驾驶复杂城市交通（交叉路口、密集环境）临时自动驾驶系统利用V2V提高数据冗余度部分解决大部分已解决部分解决部分解决部分解决大部分未解决部分解决部分解决DARPAUrbanChallenge（2007）HighlyAutomatedVehiclesforIntelligentTransportation（HAVEit）（2008-2011）软件安全架构；硬件感知失败大部分未解决（三）自动驾驶汽车关键技术SafeRoadTrainsfortheEnvironment（SARTRE）（2009–2012）车辆排队及相关的环境安全部分解决真实环境下的车辆排队没有先验信息的车辆排队没有先验信息的自动驾驶高速自动驾驶自动驾驶的节能技术标准的高级驾驶辅助系统信息融合以增加感知准确性大部分已解决大部分已解决大部分未解决大部分未解决部分解决部分解决部分解决VisLabIntercontinentalAutonomousChallenge（VIAC）（2010）eFuture（2013）GrandCooperativeDrivingChallenge（2011）高速自动驾驶大部分未解决GrandCooperativeDrivingChallenge（2011）（三）自动驾驶汽车关键技术自动驾驶汽车是一个大类，包含从无自动化到完全自动化的6个自动驾驶等级的自动驾驶汽车，其中完全自动化的自动驾驶汽车就是我们常说的“无人驾驶汽车”。（四）自动驾驶、无人驾驶、智能网联汽车的区别与联系自动驾驶汽车人驾驶是自动驾驶发展的终极目标，也是自动驾驶的最高等级。也就是说将开车这活儿完全交给机器，不再需要人来操心，也叫自主驾驶。（四）自动驾驶、无人驾驶、智能网联汽车的区别与联系无人驾驶汽车智能网联汽车是指搭载了车联网技术的车辆，通过连接互联网将车路人、家和生活相关联，为生活提供能多多便利和享受。智能网联包含了上网、听音乐、地图导航、车管家、手机远程控制等功能，甚至还可以打游戏，这些功能让汽车能更多的参与生活。（四）自动驾驶、无人驾驶、智能网联汽车的区别与联系智能网联汽车无人驾驶汽车属于自动驾驶汽车，是自动驾驶汽车发展的终极目标，而智能网联汽车又和自动驾驶汽车关系紧密，虽然不是所有的智能网联汽车都会发展成为自动驾驶汽车，但自动驾驶汽车一定要有智能网联功能，需要有智能和互联技术，将传感器收集反馈的路况信息进行大数据分析，结合高精地图给出最佳行驶路线规划，通过智能辅助驾驶功能实现自动驾驶。（四）自动驾驶、无人驾驶、智能网联汽车的区别与联系自动驾驶、无人驾驶、智能网联汽车的区别与联系二自动驾驶汽车传感器认知（一）自动驾驶汽车传感器类型（二）自动驾驶汽车传感器性能距离传感器视觉传感器定位传感器汽车状态传感器智能汽车传感器转速传感器温度传感器压力传感器气体传感器其他传感器…卫星定位传感器惯性导航传感器摄像头超声波传感器毫米波传感器激光雷达传感器环境感知传感器，主要用于采集汽车行驶环境的外部数据汽车状态测控传感器采集汽车运行自身数据，二者各分其职并且协同工作（一）自动驾驶汽车传感器类型不同场景，智能网联汽车所使用的环境感知传感器没有一种传感器能够单独完成复杂的环境感知任务（一）自动驾驶汽车传感器类型环境感知传感器性能对比（二）自动驾驶汽车传感器性能拓展阅读拓展阅读近年来，随着电子技术、计算机技术和信息技术的应用，汽车电子控制技术得到了迅猛的发展，尤其在控制精度、控制范围、智能化和网络化等多方面有了较大突破。汽车电子控制技术已成为衡量现代汽车发展水平的重要标志，自动驾驶汽车正在向智能化、共享化、网联化、电动化的新四化方向发展。自动驾驶汽车是汽车产业与人工智能、高性能计算、大数据、物联网等新一代信息技术以及交通出行、城市管理等多领域深度融合的产物，对降低交通拥堵、事故率，帮助城市构建安全、高效的未来出行结构，以及对汽车产业变革、城市交通规划具有深远的影响。全球多数国家已将自动驾驶汽车发展纳入国家顶层规划，争抢未来汽车产业发展的战略制高点，强化国家竞争实力，以求在汽车产业转型升级之际抢占先机。美国、德国、瑞典、日本等许多国家相继发布自动驾驶汽车相关的法规政策，各大车企也开始将目光投向自动驾驶市场，随着5G技术的应用与推广，也在推动着自动驾驶技术的进步。技能实训（一）环境感知传感器认知（二）评价与反馈1.准备工作(一)环境感知传感器认知１)任务要求(１)掌握环境感知传感器分类(２)阐述不同类型环境感知传感器的区别与联系２)组织方式(１)在教师的引导下分组，以小组为单位学习相关知识ꎻ每组人数不少于３人分别负责主操作、辅助记录、安全监督(２)依据操作规范实车认知线控系统ꎬ小组内互相讲述环境感知传感器的类型、功能与组成３)实施准备(１)安全要求及注意事项学员进入实训区务必穿戴劳动防护用品，严格遵守实训区５Ｓ作业规程严禁非专业人员或无实训教师在场的情况下私自对汽车高压电部件进行移除或安装(２)场地设施满足理论及实践教学的工学一体化教学教室和实训场地(３)工具设备或耗材2.实施步骤(一)环境感知传感器认知１)补充自动驾驶的流程２)填写表中传感器的类型组织方式３)填写表中ＡＤＡＳ各阶段特征(二)评价与反馈１.自我评价与反馈(１００分)(１)是否遵守课堂纪律、是否认真听讲占２０％，成绩为：(２)团队合作意识、尊重团队成员(包括老师和其他同学)占３０％，成绩为：(３)学习任务(工作任务)完成情况ꎬ占４０％成绩为：(４)５Ｓ现场管理及环保意识、成本控制意识占１０％，成绩为：自我评价与反馈的成绩为:

1.自我评价与反馈(二)评价与反馈２.小组评价与反馈(１００分)(１)是否遵守课堂纪律、是否认真听讲占２０％，成绩为：(２)团队合作意识、尊重团队成员(包括老师和其他同学)占３０％，成绩为：(３)学习任务(工作任务)完成情况占４０％，成绩为：(４)５Ｓ现场管理及环保意识、成本控制意识占１０％ꎬ成绩为：小组评价与反馈的成绩为:2.小组评价与反馈(二)评价与反馈３.教师评价与反馈(１００分)(１)是否遵守课堂纪律、是否认真听讲占２０％,成绩为：(２)团队合作意识、尊重团队成员(包括老师和其他同学)占３０％,成绩为：(３)学习任务(工作任务)完成情况占４０％,成绩为:(４)５Ｓ现场管理及环保意识、成本控制意识占１０％,成绩为：教师评价与反馈的成绩为:3.教师评价与反馈(二)评价与反馈４.综合评价综合成绩＝自我评价反馈成绩×