智能网联汽车技术 课件 项目二 控制执行技术

课堂导入：车载雷达观看下方视频并进行讨论和思考，回答右侧的问题？蝙蝠依靠什么技能定位猎物？项目二环境感知与控制执行技术车辆环境感知技术任务1建议课时：6主讲人：01能说出常见车载雷达的结构、特点及应用，并能对其工作原理进行描述02能对常见车载雷达的性能进行比较分析03能说出常见视觉传感器的作用及组成04能对CCD和CMOS摄像头传感器的差异进行比较分析05能说出常见红外夜视摄像头传感器的类型、特点并对其工作原理进行解释重点难点①各类车载雷达的结构、原理及特点②各类视觉传感器的结构、原理及特点①各类车载雷达的原理及特点②各类视觉传感器的原理及特点车载雷达通过对被测目标发射电磁波并接收其回波来获得目标至雷达的距离、方位、距离变化率等信息。车载雷达车载雷达的主要任务对道路基础设施和道路目标物的距离、方位和形状进行检测将环境数据发送到车辆控制单元、和车载计算平台实现驾驶辅助或自主式自动驾驶车载雷达车载雷达的类型（a）超声波雷达

（b）毫米波雷达

（c）激光雷达车载雷达1.车载超声波雷达一、车载超声波雷达什么是超声波？超声波是指频率高于人类听觉上限频率（约20000Hz）的声波。什么是超声波雷达？超声波雷达是利用超声波的特性进行障碍物和距离检测的设备，在信号发射时将交流的电信号转换成超声波信号，在信号接收时将超声接收器中获取的超声波信号转换为电信号。1.车载超声波雷达结构一、车载超声波雷达观看下方视频并进行讨论和思考，回答右侧的问题？什么是超声波雷达？一、车载超声波雷达一、车载超声波雷达2.车载超声波雷达工作原理车载超声波雷达一般采用渡越时间法对目标物进行测距。当在超声波雷达测量范围内时，则有L=vt/2。（播放动画资源“车载超声波雷达原理”）一、车载超声波雷达2.车载超声波雷达工作原理车载超声波雷达一般采用渡越时间法对目标物进行测距。当在超声波雷达测量范围内时，则有L=vt/2。（播放动画资源“车载超声波雷达原理”）L探头到障碍物表面的距离V超声波在空气中的传播速度t从发射到接收所需的传播时间车载超声波雷达工作过程信号处理器超声波发射器超声波接收器超声波换能器被测目标物一、车载超声波雷达电信号超声波脉冲电信号分析被测目标物方位和距离CAN总线或FlexRay总线电子控制系统以太网车载计算平台一、车载超声波雷达3.车载超声波雷达特点BDAC传播速度仅为光波的百分之一，并且指向性强，能量消耗缓慢结构简单、体积小、成本低，信息处理简单可靠，易于小型化与集成化，可实时控制对色彩、光照度不敏感对外界光线和电磁场不敏感一、车载超声波雷达4.车载超声波雷达应用倒车雷达A盲区检测B自动泊车C自动驾驶D二、车载毫米波雷达车载毫米波雷达是指工作频率介于微波和光之间，选择在30～300GHz频域的雷达。分类脉冲式毫米波雷达脉冲式毫米波雷达二、车载毫米波雷达1.车载超声波雷达结构二、车载毫米波雷达1.车载超声波雷达结构10条发射天线TX12条发射天线TX24条接收天线RX1至RX4天线阵列组成二、车载毫米波雷达2.车载毫米波雷达工作原理毫米波雷达采用调频连续波，当发射的连续调频信号遇到前方目标时，会产生与发射信号有一定延时的回波，再通过雷达的混频器进行混频处理，计算公式如下。（播放动画资源“车载超声波雷达原理”）

S相对距离C光速T信号周期

频率差

调频带宽

多普勒频率

发射信号的中心频率

相对速度二、车载毫米波雷达2.车载毫米波雷达工作原理毫米波雷达采用调频连续波，当发射的连续调频信号遇到前方目标时，会产生与发射信号有一定延时的回波，再通过雷达的混频器进行混频处理，计算公式如下。（播放动画资源“车载超声波雷达原理”）

车载毫米波雷达工作过程信号处理器电压控制振荡器无线发射模块CAN总线或FlexRay总线电子控制系统以太网车载计算平台无线接收模块YYYYY毫米波信号毫米波信号基带信号二、车载毫米波雷达二、车载毫米波雷达3.车载毫米波雷达特点抗干扰能力强A工作在高频段具有抗低频干扰特性响应速度快B传播速度与光速一样，调制简单环境适应性强C具有很强的穿透能力，恶劣天气仍能工作测量范围大D检测角度为15°～150°，测量范围在250m左右二、车载毫米波雷达4.车载毫米波雷达应用安装位置雷达配置配置说明实现功能前置长距离（中间一个或左右侧各一个）适于车速无限制国家，如德国。为了拓宽探测角，有时安装两个长距离雷达自适应巡航、前方碰撞预警、自动紧急制动、行人碰撞预警、行人保护中间距离（中间一个）适于车速有限制的国家，一个中短距离雷达，可以满足探测角要求自适应巡航、前方碰撞预警、自动紧急制动、行人碰撞预警、行人保护后置中间短距离（左右各一个）安装在左侧和右侧尾部，以满足车辆侧面盲区视角探测要求盲区检测、车道变换辅助、追尾碰撞预警三、车载激光雷达车载激光雷达工作在红外和可见光波段，是一种以激光为工作光束、使用光电探测技术手段的探测设备。搜索和发现目标测量运动参数测量目标反射率测量散射截面功能激光雷达根据扫描机构的不同，有单线（二维）和多线（三维）两种，多线一般为8线、16线和32线。三、车载激光雷达1.车载激光雷达类型单线激光雷达结构简单，测距速度快，系统稳定可靠易出现数据失真和虚报的现象多线激光雷达得到空间范围内的深度信息能有效捕获目标的基本特征和局部细节测量精度和可靠性很高按有无机械旋转部件分为普通的机械式旋转激光雷达、固态激光雷达、混合固态激光雷达。三、车载激光雷达1.车载激光雷达类型机械激光雷达激光束扫描范围大（动态3D扫描）缺点：大、重、贵固态激光雷达最高水平的性能、可靠性、寿命和成本效益混合固态激光雷达数据采集速度快、分辨率高、对温度和振动的适应性强机械式激光雷达主要由激光发射器、激光接收器、伺服电机、圆光栅等组成。三、车载激光雷达2.车载激光雷达的结构根据所发射激光信号的不同形式，激光测距方式可分为：三、车载激光雷达3.车载激光雷达测距原理01脉冲测距法02干涉测距法03相位测距法三、车载激光雷达3.车载激光雷达测距原理——脉冲测距法三、车载激光雷达3.车载激光雷达测距原理——脉冲测距法光脉冲经障碍物反射回来的时间原理

公式测得距离比较远，发射功率较高脉冲越窄，性能越好特点三、车载激光雷达3.车载激光雷达测距原理——干涉测距法三、车载激光雷达3.车载激光雷达测距原理——干涉测距法利用光波的干涉特性实现距离的测量原理两列有相同频率、相同振动方向的光相互叠加，并且这两列光的相位差固定条件技术成熟测量精度好测量距离小特点三、车载激光雷达3.车载激光雷达测距原理——相位测距法三、车载激光雷达3.车载激光雷达测距原理——相位测距法利用发射波和返回波之间形成的相位差来测量距离原理

公式精度高体积小结构简单昼夜可用特点三、车载激光雷达4.车载激光雷达工作原理信号采集处理系统控制系统接收系统发射系统障碍物三、车载激光雷达5.车载激光雷达特点抗干扰能力强、隐蔽性好、激光不受无线电波干扰等全天候工作，不受光照条件限制激光束发散角小、能量集中、有更好的分辨率和灵敏度以及探测精度高可探测分子量级的目标且体积小能够360°检测物体可获得幅度、频率和相位等信息，可以探测从低速到高速的目标三、车载激光雷达6.车载激光雷达应用安装位置雷达位置实现功能前置中部自适应巡航、前方碰撞预警、自动紧急制动、行人碰撞预警、行人保护左右角盲区检测、车道变换辅助后置左右角盲区检测、车道变换辅助中部追尾碰撞四、三种类型车载雷达性能比较

类型性能指标超声波雷达毫米波雷达激光雷达探测角度30°15°～150°15°～360°探测距离10m250m200m车速探测能力一般强弱目标物识别能力一般较强很强夜间环境适应能力强强强恶劣天气适应能力一般强弱成本很低适中目前很高四、三种类型车载雷达性能比较1外观结构车载超声波雷达：接收器、收发器、压电晶片、金属板、振子等车载毫米波雷达：集成电路板、中间壳体、天线阵列等车载激光雷达：光发射器、激光接收器、伺服电机、圆光栅等2技术特点车载超声波雷达：渡越时间法车载毫米波雷达：调频连续波车载激光雷达：测算激光发射信号与激光回波信号的往返时间来计算距离3功能/应用车载超声波雷达：倒车、盲区检测车载毫米波雷达：自适应巡航、前方碰撞预警等车载激光雷达：行人保护、前方碰撞预警、追尾碰撞等休息一下……车载视觉传感器的概念得到数据车载视觉传感器视觉传感设备的组成光源图像传感器镜头模数转换器图像处理器图像储存器车载视觉传感器视觉传感设备的组成车载视觉传感器视觉传感设备的分类（播放动画资源“摄像头传感器类型”）按芯片类型分CMOS摄像头CCD摄像头车载视觉传感器视觉传感设备的分类普通摄像头A红外摄像头B紫外摄像头C按照响应频率范围分车载视觉传感器五、CCD和CMOS摄像头传感器CCD图像传感器CMOS图像传感器五、CCD和CMOS摄像头传感器1CCD摄像头传感器CCD是一种特殊的半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。电子线路矩阵聚光镜片微小光敏物质（决定画面分辨率）光电二极管（生成数字图像信号）组成五、CCD和CMOS摄像头传感器CMOS图像传感器是利用CMOS工艺制造的图像传感器，它主要利用了半导体的光电效应。2CMOS摄像头传感器应用领域自动测量摄像摄影视觉识别自动控制五、CCD和CMOS摄像头传感器CCD和CMOS摄像头主要因芯片的不同，而具有以下差异：3CCD和CMOS摄像头传感器的差异制造方式工作原理视觉扫描方法感光度分辨率噪声成本六、红外夜视摄像头传感器（1）为什么摄像头能够在夜间拍摄画面？（2）为什么人在夜间看不见物体？红外摄像头传感器不受黑暗环境的影响，可用于识别黑暗环境中的行人、动物等，增强了视觉识别的可靠性。六、红外夜视摄像头传感器被动式A通过接收目标物自身发出的红外信号进行夜视感知主动式B主动发射红外信号并接收反射信号进行夜视感知六、红外夜视摄像头传感器1被动红外夜视摄像头传感器—工作原理（播放动画资源“被动红外夜视摄像头传感器原理”）被动红外夜视摄像头传感器采用的是被动红外热成像技术基于目标与背景和辐射率差别利用辐射测温技术对目标逐点测定辐射强度形成可识别的目标物热图像六、红外夜视摄像头传感器1被动红外夜视摄像头传感器—特点1探测距离远，无需补光源2远处行人、动物探测较清晰3度依赖物体热量4其他物体的远处成像较模糊，画面辨识度低5成本高六、红外夜视摄像头传感器主动红外夜视摄像头传感器采用的是主动红外成像技术。2主动红外夜视摄像头传感器—工作原理（播放动画资源“主动红外夜视摄像头传感器原理”）1LED红灯发出波长为780～1100nm的红外光照射景物2CCD等成像器件转换景物反射的红外辐射图像3图像转换为可识别图像六、红外夜视摄像头传感器2主动红外夜视摄像头传感器—特点价格适中成像清晰可视距离适中需要有屏蔽或过滤对方车灯照射光源的能力对可见光反射较差的材料成像差七、摄像头传感器应用1普通摄像头的应用（播放微课资源“普通摄像头传感器应用场景”）摄像头安装位置主要分为前视、环视、后视、侧视和内视。安装位置摄像头类型实现功能功能描述前视单目摄像头/双目摄像头车道偏离预警、车道保持辅助、前方碰撞预警、自动紧急制动、交通标志识别、交通信号灯识别、智能远光控制、行人碰撞预警、行人保护、自适应巡航探视角为45°～55°；双目摄像头有测距功能，可实现自适应巡航，但需要装在两个位置，成本较单目高环视广角摄像头全景泊车、车道偏离预警广角镜头，在车四周装配4个环视摄像头进行图像拼接，实现全景图像，利用人工智能算法可实现道路感知七、摄像头传感器应用1普通摄像头的应用（播放微课资源“普通摄像头传感器应用场景”）摄像头安装位置主要分为前视、环视、后视、侧视和内视。安装位置摄像头类型实现功能功能描述后视广角摄像头自动泊车、后视泊车辅助广角或鱼眼镜头，主要为倒车后视摄像头侧视广角摄像头盲区检测广角镜头。盲点检测主要使用超声波雷达，但目前也有使用摄像头代替内置广角摄像头驾驶员疲劳检测广角镜头，装在车内后视镜处七、摄像头传感器应用2红外摄像头的应用（播放动画资源“红外线摄像头传感器应用场景”）123456789夜视系统前方碰撞预警盲区检测智能远光灯控制车道偏离预警行人碰撞预警行人检测驾驶员疲劳检测车道变换辅助134567892（）1.车载雷达只能用来检测被测目标到雷达之间的距离。（）2.车载超声波雷达只能将交流信号转换成超声波信号。（）3.现在，汽车上主要用的是脉冲式毫米波雷达传感器类型。（）4.车载毫米波雷达频率越高，检测的分辨率就越低。（）5.车载毫米波雷达有两组发射天线分别用于检测远处和近处目标。（）6.车载超声波雷达的测量距离在20m以下。一、判断题（）7.车载视觉传感器可以用来制作高精度地图。（）8.CMOS和CCD同为半导体，但是CMOS集成在半导体单晶材料上；CCD是集成在金属氧化物水温半导体材料上。（）9.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、图像储存器组成。一、判断题二、选择题1.能发出频率超过20000Hz声波的雷达被称为（）。【单选题】A.超声波雷达B.毫米波雷达C.激光雷达D.红外线雷达2.目前，车载毫米波雷达的可用频段是（）GHz。【多选题】A.24B.48C.67D.773.下列属于车载激光雷达特点的是（）。【多选题】A.可以全天候工作B.具有三维建模功能C.探测距离很长D.对车速的探测能力强4.车载激光雷达可以通过下列哪些方法进行距离检测（）。【单选题】A.脉冲测距法B.干涉测距法C.相位测距法D.以上都是AADABDD二、选择题5.视觉传感设备按照响应频率范围可分为哪几类？（）。【多选题】A.普通摄像头B.红外摄像头C.紫外射线头D.CCD摄像头6.主动红外成像技术的LED发出的波长为（）GHz。【多选题】A.680B.780C.980D.11807.被动红外夜视摄像头传感器在多少℃的环境温度下会失效？（）。【单选题】A.10B.20C.30D.40ABCBCDD项目二控制执行技术控制执行技术任务2建议课时：6主讲人：01能说出纵向运动控制的概念，并对各控制系统的结构、功用、工作过程等进行简要描述02能说出横向运动控制的概念，并对各控制系统的组成、原理等进行描述03能说出垂向运动控制的概念，并对各控制系统的组成、工作过程等进行描述04能说出自适应前照灯系统和智能雨刮系统的组成及功用重点难点①各控制系统的组成②各控制系统的工作原理①各控制系统的工作原理节气门是控制进入发动机气缸的纯净空气（柴油发动机）或可燃混合气数量（汽油发动机）的装置，其开度的大小决定着发动机的转速和功率一、纵向运动控制传统汽车电子节气门系统一、纵向运动控制由加速踏板、加速踏板位置传感器、发动机控制单元（ECU）、节气门控制单元、节气门位置传感器、以及其它相关传感器等组成。传统汽车电子节气门系统——组成【播放动画资源“电子油门（组成）”】一、纵向运动控制新能源汽车的加速踏板不仅可以控制节气门还可以控制驱动电机的转速。工作原理新能源汽车加速踏板一、纵向运动控制电子液压制动系统的作用是制动车辆，它接收车身电子稳定系统ESP、轮速传感器、制动踏板等信号，为每个车轮的制动器分配最佳的制动压力。电子液压制动系统一、纵向运动控制检测制动踏板的移动行程并发给SBC控制单元制动踏板行程传感器为驾驶员提供制动阻力、模拟踩踏制动踏板的感觉踏板压力模拟器产生高压制动液高压泵储存高压制动液储压罐电子液压制动系统——组成【播放微课资源“电液制动系统（EHB）”】一、纵向运动控制电子机械制动系统【播放微课资源“电子机械制动系统组成”】一、纵向运动控制电子机械制动系统——电机制动模块二、横向运动控制

汽车横向运动就是与汽车行驶方向垂直的运动。简单来说，就是车辆的左右运动。汽车横向运动控制是指：DCBA在传统汽车电子控制的基础上增加部分传感器和执行器通过控制横向力和纵向力的分布来控制任何路况下的汽车动力学运动模式主要有线控主动转向系统和动态稳定控制系统对方向盘角度的调整及轮胎力的控制二、横向运动控制观看视频，并思考与传统转向系统相比线控主动转向系统具有什么优势？线控主动转向系统二、横向运动控制线控主动转向系统主要由转向执行器总成、主控制器总成和转向盘总成组成，它的主控制器由3个电子控制单元组成。线控主动转向系统——组成【播放动画资源“线控主动转向系统（DAS）”】二、横向运动控制传感器线控主动转向系统转向力执行器电子控制单元转向角度执行器转向操控通过操纵转向盘把转角和转矩信号给主控制器→主控制器处理，输出激励信号→转向执行电机路感反馈信号→主控制器处理后发出激励信号→路感反馈电机模拟路感信息→驾驶员获取转向路感线控主动转向系统——工作原理【播放动画资源“线控主动转向系统（DAS）”】二、横向运动控制动态稳定控制系统是在防抱死制动系统和牵引力控制系统的基础上增加了相应功能的传感器，以提高汽车的动态稳定性能。动态稳定控制系统二、横向运动控制动态稳定控制系统——作用观看视频，并思考动态稳定控制系统（DSC）有什么作用？二、横向运动控制01车轮转速传感器、组合传感器、转向盘转角传感器、制动液位开关等检测装置检测汽车行驶状态和驾驶员需求03当车辆行驶偏离预定方向或制动车轮打滑时，控制单元发出控制车轮驱动力和制动力的指令，以实时修正过度转向、不足转向或车轮打滑的现象02动态稳定系统控制单元接收到信息后进行分析处理，判定车辆行驶状况动态稳定控制系统——工作原理【播放微课资源“动态稳定控制系统（DSC）”】三、垂向运动控制汽车行驶中什么情况会使乘客的舒适性下降？如果想要提升乘客行驶过程中的舒适性都需要汽车有哪些部件呢？三、垂向运动控制汽车垂向运动就是汽车在行驶过程中与车轮平面平行的运动。汽车垂向运动控制即悬架运动控制，用于减少汽车行驶过程中路面冲击性，保证车轮与地面附着性。电控减振控制单元车身加速度传感器车身高度传感器可调式减振器3214减振调节阀5测量车身前后悬架姿态变化测量车身的加速度自适应底盘控制系统的电控单元衰减振动，改善汽车行驶平顺性调节减振器阻尼力组成三、垂向运动控制自适应底盘控制系统——工作原理三、垂向运动控制车身高度传感器车身加速度传感器电控减振控制单元减振调节阀可调式减振器分析计算传感器信息、减振调节按键位置、路况信息以及车辆行驶状况发出相应指令控制减振调节阀状态自适应底盘控制系统——工作原理三、垂向运动控制在DCC中，信息通过CAN数据总线在车载控制单元之间进行交换，并将相关信息送至组合仪表控制单元，在组合仪表上进行显示。自适应底盘控制系统——组成四、智能电器控制系统自适应前照灯系统又称智能前照灯系统(AdaptiveFront-lightingSystem,简称AFS),是一种智能灯光调节系统。感知驾驶员操作意图、车辆行驶状态、路面变化及天气环境等信息自动控制前照灯实时进行照明角度的调整为驾驶员提供最佳照明效果提升夜晚或弯道行车的安全性自适应前照灯系统——概念四、智能电器控制系统自适应前照灯系统（AFS）由传感器、传输通路、控制单元和执行机构组成.。自适应前照灯系统——组成四、智能电器控制系统自适应前照灯系统——工作原理【播放微课资源“自适应转向大灯系统（AFS）”】四、智能电器控制系统自适应前照灯系统——功能观察下方图片，并思考自适应前照灯系统的功能有哪些？各功能的适用场景分别是什么？四、智能电器控制系统雨天积水对AFS光线的反射（侧视）雨天积水对AFS光线的反射（俯视）自适应前照灯系统——功能四、智能电器控制系统传统前灯的弯道照明AFS的弯道旋转照明自适应前照灯系统——功能四、智能电器控制系统传统前灯的高速公路照明AFS前灯的高速公路照明自适应前照灯系统——功能四、智能电器控制系统传统前灯近光光型AFS近光光型自适应前照灯系统——功能四、智能电器控制系统乡村道路的照明高速公路的照明转弯道路的照明城市道路的照明照得更远、更宽进入弯道时产生旋转光型比乡村道路照得更远、更宽在考虑车辆市区行驶速度受限情况下，可以产生比较宽阔的光型阴雨天气的照明发出特殊的灯光形状，减弱光照强度自适应前照灯系统功能更强，行车的安全性得到提高。自适应前照灯系统——功能四、智能电器控制系统感应汽车挡风玻璃上的降雨、降雪提高雨雪天行车的舒适性与安全性自动打开雨刮器并调整其工作频率智能雨刮系统——功能四、智能电器控制系统智能雨刮系统在传统雨刮系统的基础上增加了雨量传感器、电机驱动电路和雨刮控制器等部件，主要由雨量传感器、雨刮控制器、直流电动机、电机驱动电路、雨刮和电源系统组成。智能雨刮系统——组成【播放微课资源“智能汽车雨刮系统”】雨量传感器开关信号雨刮控制器雨刮电机雨刷四、智能电器控制系统雨量传感器雨刮控制器直流电动机实现自动控制判断是否需要工作判断工作速度智能雨刮系统——工作原理【播放微课资源“