《自动驾驶编程原理与应用》课件 第1章 绪论

1自动驾驶编程原理与应用2背景：全球大力部署自动驾驶汽车领域各国持续加大自动驾驶汽车战略规划部署，推动相关法律法规修订，加速推进高级别自动驾驶测试，示范应用与商业化探索。英国：允许搭载ALKS(L3级)自动驾驶系统的车辆上路行驶。2021年欧盟：所有新车具备通信功能；德国：规划在2022年成为“世界第一个允许无人驾驶汽车常态化运行的国家”。2022年英国：CAM(connectedandautomatedmobility)货运服务小规模使用。2023年韩国：全国主要道路的L4级完全自动驾驶商用化。2027年2025年中国：2025年L2、L3级自动驾驶汽车销量占汽车总销量超过50%，C-V2X(以蜂窝通信为基础的移动车联网)终端新车装配率达50%。日本：私家车和卡车运输实现高速公路L4级自动驾驶。瑞典：实现自动驾驶公交应用。英国：最后一公里CAM货运服务具备竞争力。2026年瑞典：建立全国性Maas(mobilityasaservice)服务。英国：CAM成为公共出行服务的首选。3第一章

绪论知识点：了解自动驾驶技术架构相关原理，以及源码开发环境搭建对系统软硬件的基本要求。重点：重点掌握自动驾驶系统技术架构主要组成模块和各模块的基本功能。难点：自学Ubuntu系统安装。自动驾驶编程原理与应用41.1自动驾驶系统技术架构51.1自动驾驶系统技术架构自动驾驶系统（AutonomousDrivingSystem,ADS）自动驾驶系统是一个高度复杂的软硬件集成体系，通过激光雷达传感器、全球卫星导航系统接收机等多源异构传感器获取感知定位信息，配合高性能计算平台与底盘系统执行机构，构建起完整的“感知-决策-执行”闭环。61.1自动驾驶系统技术架构Autoware开源自动驾驶框架采用模块化分层式设计，大致可以将系统功能划分为感知定位层、决策规划层以及执行控制层，各功能层通过标准化数据接口实现高效协同。71.1自动驾驶系统技术架构感知定位层：主要负责环境感知与车辆定位，通过多传感器组合的方式实现对车辆定位以及其周围环境的全方位实时监测。81.1自动驾驶系统技术架构感知定位层环境感知功能模块主要依赖激光雷达传感器、视觉传感器、毫米波雷达传感器、超声波传感器等车载传感设备，对行驶路径（包括结构化道路标线、非结构化可行驶区域等）周边物体（包括车辆、行人、交通标志与信号灯等）驾驶状态（包括本车及周边车辆行驶状态）驾驶环境（包括路况、交通流量、天气等）等对象进行感知识别，为决策规划层路径规划和速度规划提供依据。91.1自动驾驶系统技术架构感知定位层车辆定位功能模块主要依赖全球卫星导航系统接收机、惯性测量单元、激光雷达传感器、视觉传感器等车载传感设备，通过算法获取车辆自身的位置姿态（包括航向角、俯仰角、横摆角等）等信息，从而为决策规划层和执行控制层相关模块提供车辆定位信息。101.1自动驾驶系统技术架构决策规划层：主要负责行为决策和轨迹规划两大核心功能，该层级通过整合感知定位层提供的信息，进行多维度分析与决策判断，并规划合理的期望车速和期望路径，以确保车辆能够安全、高效地适应复杂多变的交通环境。111.1自动驾驶系统技术架构决策规划层行为决策功能模块主要用于实现交通法规和安全约束条件下车辆行为的选择，具体包括停车、超车、变道、跟驰等典型场景的决策。轨迹规划功能模块主要用于规划车辆在未来时域、空域一系列动作，并生成时空维度上的可行轨迹，通常涵盖了全局和局部的速度和路径的规划。行为决策功能模块为轨迹规划提供目标导向，而轨迹规划功能模块则将行为决策转化为可执行的具体期望车速和期望路径。121.1自动驾驶系统技术架构执行控制层：主要功能是根据决策规划层生成的期望车速和期望路径，通过车辆的纵向和横向控制，实现相应的速度跟踪及路径跟踪。131.1自动驾驶系统技术架构执行控制层在车辆纵向控制方面，速度跟踪控制功能模块一般通过计算期望车速与实际车速的偏差，控制车辆的驱动系统和制动系统实现相应的加减速，从而准确跟踪规划速度。在车辆横向控制方面，路径跟踪控制功能模块一般通过计算期望路径与实际路径的横向偏差，控制车辆的转向系统实现车辆的横向移动，确保车辆运动过程中能够消除横向偏差并沿着规划路径稳定行驶。141.1自动驾驶系统技术架构执行控制层此外，执行控制层还需考虑纵向与横向控制之间耦合问题，以保证车辆的行驶安全性和乘坐舒适性。整个执行控制过程的实现依赖于多源传感器数据的高精度融合与高效控制算法的协同工作。系统需要实时采集轮速传感器、转向角传感器、惯性测量单元等数据，并通过卡尔曼滤波等数据融合算法构建准确的车辆状态估计。同时，基于先进的算法快速处理传感器数据并生成最优控制指令，以确保自动驾驶车辆在复杂交通场景下能够实现快速的动态响应，从而有效应对突发的交通状况。151.2自动驾驶系统开发环境161.2自动驾驶系统开发环境操作系统要求：Autoware不同版本需要不同的Linux（Ubuntu）操作系统Autoware版本操作系统Ubuntu14.04Ubuntu16.04Ubuntu18.04v1.13.0

√v1.12.0

√√v1.11.1

√

v1.11.0

√

v1.10.0

√

v1.9.1√√

v1.9.0√√

171.2自动驾驶系统开发环境操作系统要求如若不方便直接在个人计算机上安装Ubuntu操作系统，建议考虑支持外接移动固态硬盘的UbuntuToGo方案，其基本可满足本课程内容学习需要。开机后切换系统181.2自动驾驶系统开发环境软件要求：在安装Autoware源码前，需要先安装ROS、Qt等软件。不同的Linux（Ubuntu）操作系统下的软件配置要求不同软件版本操作系统Ub