智能网联汽车传感器技术基础：第1章 智能网联汽车传感器概述

第1章智能网联汽车传感器概述教学目标1了解智能网联汽车发展状况2了解智能网联汽车传感器发展状况3了解自动驾驶分级及所需传感器智能网联汽车概述1.1智能网联汽车概述智能网联汽车是新一轮科技革命背景下的新兴技术，集中运用了现代传感技术、信息与通信技术、自动控制技术、计算机技术和人工智能等技术，代表着未来汽车技术的战略制高点，是汽车产业转型升级的关键，也是目前世界公认的发展方向。搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与X（人、车、路、后台等）智能信息交换共享，具备复杂环境感知、智能决策、协同控制与执行等功能，可实现“安全、舒适、节能、高效”行驶，并最终可实现替代人来操作的新一代汽车。智能网联汽车的定义智能网联汽车相关概念关系自动驾驶技术需要车联网的支持来获得更全面的环境信息，车联网技术的发展也受益于自动驾驶技术的进步。智能网联汽车整合了自动驾驶和车联网的功能，不仅能够自动驾驶，还能够与外部环境进行智能通信和交互，代表了自动驾驶和车联网技术融合发展的方向。智能网联汽车自动驾驶车联网智能网联汽车的组成智能网联汽车主要由感知定位层、决策规划层和控制执行层组成。传感器定位技术网络通信技术感知定位层是实现感知和定位的基础，常用的车辆传感器有感知传感器和定位导航传感器。利用定位导航传感器的硬件实现，包含高精度地图、高精度定位系统和智能网联汽车导航系统，为感知传感器实现的目标检测结果做补充。主要包括车内网和车外网，车内网以CAN总线为主，车外网主要是V2X技术。感知定位层目标检测与识别行为决策路径规划规划决策层利用软件算法，检测与识别传感器探测的各种物体，以规划行驶路线和制定决策。考虑环境、动/静态障碍物以及汽车汇入与让行规则，与无人驾驶行为知识库中的各种决策知识和经验进行匹配，进而选择适合当前道路交通环境的驾驶行为。在给定的起点和目的地下，规划出一条无碰撞、能安全抵达目标点的有效路径。规划决策层分为横向控制和纵向控制。横向控制用于控制汽车的航向，纵向控制包括加速度、速度和距离的控制。在线控底盘和感知、规划的基础上，通过线控系统控制汽车实现的结果。汽车运动控制线控动作执行控制执行层控制执行层概述利用安装在车上的各式各样传感器，在汽车行驶过程中随时来感应周围的环境，收集数据，进行静态、动态物体的辨识、侦测与追踪，并结合导航地图数据，进行系统的运算与分析，从而预先让驾驶人察觉到可能发生的危险，有效增加汽车驾驶的舒适性和安全性。ADAS概述采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车-车、车-路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上开展汽车主动安全控制和道路协同管理。车辆道路协同概述有效地集成先进的物联网、大数据、云计算、人工智能等技术并用于交通运输、服务控制和汽车等整个地面交通管理系统，是未来交通发展的趋势。智能交通系统自动驾驶分级及所需传感器1.2自动驾驶等级划分自动驾驶分级名称定义驾驶操作周边监控接管应用场景NHTSASAEL0L0人工驾驶由人类驾驶者全权驾驶汽车人类人类人类无L1L1辅助驾驶车辆对方向盘和加减速中的一项操作提供驾驶，人类驾驶员负责其余的驾驶动作人类和车辆人类人类限定场景L2L2部分自动驾驶车辆对方向盘和加减速中的多项操作提供驾驶，人类驾驶员负责其余的驾驶动作车辆人类人类L3L3条件自动驾驶由车辆完成绝大部分驾驶操作，人类驾驶员需要集中注意力以备不时之需车辆车辆人类L4L4高度自动驾驶由车辆完成所有驾驶操作，人类驾驶员无需保持注意力，但限定道路和环境条件车辆车辆车辆L5完全自动驾驶由车辆完成所有驾驶操作，人类驾驶员无需保持注意力车辆车辆车辆所有场景各个自动化等级的应用及所需传感器分级1级2级3级4级5级名称驾驶辅助部分自动驾驶有条件自动驾驶高度自动驾驶完全自动驾驶主要功能前车碰撞预警拥堵辅助驾驶高速公路自动驾驶市区自动驾驶无人驾驶车辆偏离预警车道内自动驾驶城郊公路自动驾驶车路协同控制盲区监测预警换到辅助协同式队列行驶远程泊车驾驶员疲劳预警全自动泊车交叉路口同行辅助车道保持辅助特征单一功能组合功能特定环境部分任务特定环境全部任务全部环境全部任务感知系统配置超声波传感器超声波传感器超声波传感器超声波传感器超声波传感器毫米波雷达毫米波雷达毫米波雷达毫米波雷达毫米波雷达视觉传感器视觉传感器视觉传感器视觉传感器视觉传感器少线激光雷达多线激光雷达多线激光雷达多线激光雷达V2XV2XV2X5G5G高精度地图智能网联汽车传感器概述1.3智能网联汽车传感器概述智能网联汽车传感器是指在汽车上安装的一系列传感器，用于感知车辆周围环境和车辆状态等信息，并将这些信息传输给车辆的智能系统进行处理和决策。智能网联汽车传感器的主要作用是实现车辆的自动驾驶、智能导航、智能交通管理等功能。传感器是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成与之对应的有用输出信号的元器件，是将外界信号转换成电信号的装置。传感器的定义及组成传感器一般由敏感元件、转换原件、测量电路、辅助电路等组成。其中敏感元件和转换原件可能合二为一，而有的传感器不需要辅助电源。智能网联汽车传感器的分类智能网联汽车传感器按功能划分：智能网联汽车传感器的分类距离传感器：根据媒介(超声波、毫米波以及激光等)的传播速度来测量运动物体的位置随时间变化的规律，主要包括超声波雷达、毫米波雷达以及激光雷达。视觉传感器：获取足够的机器视觉系统要处理的最原始图像，利用图像匹配，实现车辆定位以及对周围环境的3D建模，主要是摄像头。定位传感器：利用电、磁、光、力学等科学原理与方法，通过测量与运动物体时刻相关的位置参数，实现对车辆的定位，并正确地从出发点沿着预定的路线，安全、准确、经济地引导到目的地，主要包括卫星定位传感器和惯性导航传感器。汽车状态传感器：获取汽车运行中各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电信号传输给计算机，以便发动机处于最佳工作状态，主要包括转速传感器、温度传感器、压力传感器、气体传感器等。智能网联汽车传感器的特点多样性：智能网联汽车传感器通常由多种类型的传感器组成，包括摄像头、毫米波雷达、激光雷达和超声波雷达等。这些传感器可以提供不同类型的数据，以获取车辆周围环境的全面信息。高精度：智能网联汽车传感器具有高精度的特点，能够准确地测量和感知车辆周围的物体、道路和环境条件。实时性：智能网联汽车传感器能够实时地获取和处理数据，并迅速做出响应。数据融合：智能网联汽车传感器可以将不同类型的传感器数据进行融合，以提供更准确和全面的环境感知能力。通信能力：智能网联汽车传感器可以通过无线通信技术与其他车辆、基础设施和云端系统进行数据交换和共享。自适应性：智能网联汽车传感器能够根据不同的驾驶场景和需求进行自适应，以提供最佳的性能和功能。智能网联汽车的应用场景日常情景下的应用1