《自动驾驶》课件 第1章 自动驾驶概论

·学院：XX自动驾驶概论第一章主讲人：XX04自动驾驶应用场景01自动驾驶基本概念02自动驾驶关键技术03自动驾驶发展历程CONTENTS目录05自动驾驶路测牌照01自动驾驶基本概念自动驾驶一般指车辆通过车身上布置的各传感器(雷达、摄像头等),对周围环境进行感知并做出决策控制,在不需要驾驶员操作的情况下驾驶车辆。Self-pilotingAutomobile无人驾驶汽车计算机驾驶汽车轮式机器人自动驾驶汽车（AutonomousVehicles）一种通过计算机系统实现无人驾驶的智能汽车自动驾驶的定义自动驾驶（AutonomousDriving）345自动驾驶的优势12提高驾驶安全性减小驾驶者劳动强度降低驾驶者门槛缓解交通拥堵减少空气污染降低驾驶人力成本提供移动空间67自动驾驶的优势提高驾驶安全性据世界卫生组织统计，全球每年有124万人死于交通事故，这一数字在2030年可能达到220万人。仅在美国，每年大约有3.3万人死于交通意外。自动驾驶汽车可能大幅降低交通事故数量，为此可能挽救数百万人的生命。EnoCentreforTransportation研究显示，如果美国公路上90%的汽车变成自动驾驶汽车，车祸数量将从600万起降至130万起，死亡人数从3.3万人降至1.13万人。自动驾驶的优势降低驾驶者门槛提供移动空间自动驾驶的分级——SAEJ3016分级标准自动驾驶的分级——SAEJ3016分级标准日常生活中你所见到的车属于哪一分级？中国工信部《汽车驾驶自动化分级》分级名称车辆横向和纵向运动控制目标和事件探测与响应动态驾驶任务接管设计运行条件0级应急辅助驾驶员驾驶员及系统驾驶员有限制1级部分驾驶辅助驾驶员和系统驾驶员及系统驾驶员有限制2级组合驾驶辅助系统驾驶员及系统驾驶员有限制3级有条件自动驾驶系统系统动态驾驶任务接管用户(接管后成为驾驶员)有限制4级高度自动驾驶系统系统系统有限制5级完全自动驾驶系统系统系统无限制AEB(AutonomousEmergencyBraking，自动紧急制动)等安全辅助功能和非驾驶自动化功能都放在L0级，归为“无驾驶自动化”。AEB等安全辅助功能和非驾驶自动化功能称为“应急辅助”，与非驾驶自动化功能分开。SAE中国在“3级驾驶自动化”中明确增加了对驾驶员接管能力监测和风险减缓策略的要求，以明确最低安全要求，减少实际应用安全风险。两种分级区别在“3级驾驶自动化”中无右述要求缺点：成本高（硬件、高精地图采集）优点：不依赖外部网络系统依靠车辆搭载的毫米波雷达、激光雷达、车载视觉摄像机等传感器、线控系统、计算单元硬件进行环境感知、决策、控制和执行。单车智能激光雷达视觉摄像机线控系统谷歌特斯拉在车辆搭载激光雷达、毫米波雷达、车载视觉摄像头等感知硬件多个感知硬件的协同，也使得自动驾驶安全性增大成本过高，商用化的可能性较低通过车载视觉摄像头和软件协同实现自动驾驶相对来说成本较低，可商用化的可能性较高仅基于车载视觉摄像头实现自动驾驶，信息源获取较少，安全性无法足够保证单车智能典型代表以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，按照约定的通信协议和数据交互标准，在车-X（X：车、路、行人及互联网等）之间，进行无线通讯和信息交换的大系统网络。通过三网融合，实现V2X之间通信的无缝连接，提高通信效率，减少通信盲区。车联网V2X指VehicletoEverything主要包含：V2V(VehicletoVehicle，车辆对车辆)V2I(VehicletoInfrastructure车辆对基础设施)V2N(VehicletoNetwork车辆对网络)V2P(VehicletoPedestrian车辆对行人)获取实时信息更容易，提升了驾驶的效率与安全性。优点依赖道路设施的智能化改造和基础设施（如基站）的建设。缺点中国政府大力推行5G网络、物联网等新型基础设施建设，未来中国有望通过车联网实现自动驾驶领域的“弯道超车”。车联网智能网联就是指车联网与单车智能的有机联合，在单车智能的技术上融合现代通信与网络技术，实现车与车、车与人、车与路、车与后台等之间的信息交互共享。智能网联（单车智能+车联网）智能网联（单车智能+车联网）02自动驾驶关键技术Texthere关键技术智能化汽车是集环境感知、规划决策、执行控制、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统。核心构件环境感知与定位12路径规划与决策控制执行3关键技术环境感知与导航定位是自动驾驶的核心技术，这一层的主要功能和目的是利用激光、毫米波、超声波雷达、摄像头等车载传感器和通过车联网获取的多源数据，为车辆提供规划决策所需的必要条件。而提高信息的可靠性、安全性及高精度和可信度也需要充分考虑。环境感知与定位Texthere环境感知环境感知是无人驾驶的重要组成部分。通过传感器，采集周边和自身信息，实时发送给处理器，识别周边的车辆、障碍物、行人、可行使区域和交通规则等各种路况信息，确保自动驾驶汽车对环境的理解和把握。性能激光雷达毫米波雷达超声波雷达摄像头红外线成本很高适中很低适中适中探测角度约15o~360o约10o~70o约120o约30o约30o远距离探测强弱弱弱一般夜间环境强强强弱强全天候弱强弱弱弱温度稳定性强强弱强一般车速测量能力弱强一般弱一般路标识别×××√×

高精地图面向自动驾驶汽车的一种新的地图数据范式。高精地图绝对位置精度接近1m相对位置精度在厘米级别，能够达到10-20cm。车辆运动感知

GNSSGNSS是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的3维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统车辆运动感知

惯性导航是利用汽车的初始速度、加速度和初始位置计算汽车位置和速度的系统，其核心是名为三轴加速计的传感器和陀螺仪。车辆运动感知Texthere路径规划与决策

路径规划与决策是汽车实现自主驾驶的核心部分，其目的是对采集的信息进一步处理，根据所获取的信息进行规划和决策，实现辅助驾驶和自主驾驶。Texthere路径规划与决策

路径规划结果对车辆行驶起着导航作用，它引导车辆从当前位置行驶到达目标位置。路径规划主要包含两个步骤：①建立包含障碍区域与自由区域的环境地图；②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。Texthere控制执行

执行规划决策模块下发的期望速度和期望转向角度，使汽车能够按照目标轨迹准确稳定行驶，并在不同的车速、载荷、风阻、路况下有好的驾乘体验和稳定性。03自动驾驶发展历程20世纪科技发达国家开始率先进行无人驾驶汽车的研究。1998意大利帕尔马大学的ARGO试验车进行了2000公里的长距离实验，其中94％路程使用自主驾驶，平均时速为90公里，最高时速123公里。2009互联网公司巨头谷歌宣布正式进军自动驾驶领域，自动驾驶迎来爆发期。20181984美国国防高级研究计划署(DARPA)与陆军合作，发起自主地面车辆(ALV)计划。2004DARPA举办了3届DARPA无人驾驶挑战赛。DARPA挑战赛是世界上第一个自动驾驶汽车长距离比赛。2016传统汽车制造厂商美国通用公司收购无人驾驶技术初创公司CruiseAutomation，正式进入自动驾驶领域。新款奥迪A8是全球首款量产搭载Level3级别的自动驾驶系统的车型。国外自动驾驶发展历程

2022L4级自动驾驶出租车开启了无人化商业运营探索，Waymo从区域道路到机场场景，快速拓展自动驾驶应用。2023特斯拉公司最新版本的全自动驾驶系统（FSD）V12即将开始试用。FSDV12是特斯拉首次使用神经网络来控制车辆转向、加速和制动的技术。国外自动驾驶发展历程DARPA无人驾驶挑战赛意大利帕尔马大学ARGO试验车20世纪80年代国防科技大学开始研制基于视觉的CITAVT系列智能车辆。2011年一汽集团与国防科技大学共同研制的红旗HQ3无人驾驶汽车完成了286km的面向高速公路的全程无人驾驶试验。2003年清华大学研制成功THMR-V(TsinghuaMobileRobot-V)型无人驾驶车辆，能在清晰车道线的结构化道路上完成巡线行驶，最高车速超100km/h2016年百度宣布与安徽省芜湖市联手打造首个全无人车运营区域，这也是国内第一个无人车运营区域。2018年国内自动驾驶初创企业北京新石器在雄安市民服务中心开始投放运营L4级无人车。我国自动驾驶发展历程

2020年新型冠状病毒疫情期间，新石器公司投入18辆L4级无人车在武汉参加了抗击疫情的战斗，落地在医院和社区。用于防疫、消杀和无人配送。2022年北京发放无人化载人示范应用通知书，百度、小马智行成为首批获得无人化载人示范应用通知书的企业。我国自动驾驶发展历程04自动驾驶应用场景中高速场景的特点在于结构化道路，路面平整，车道线、交通标志非常清晰规范，动态障碍物种类单一，多为其他车辆，且对其运动状态的预测较为稳定

自动驾驶出租车

中高速场景自动驾驶巴士自动驾驶物流实例对照表中高速场景场景实例场景特点场景效益自动驾驶出租车(Robo-taxi）(1)城市开放道路(2)路况复杂(3)交通参与者多样(1)降低人力成本，缓解用工短缺(2)避免人为因素引发事故(3)共享化+电动化，减少尾气排放干线物流(1)结构化道路(2)交通参与者少(3)商业需求明确(1)提高安全性(2)降低人力成本(3)提高运输效率无人公交(1)载人场景(2)路线固定(3)开放路段(1)解决公交司机招聘难的问题(2)降低人力成本无人配送低速场景多为半结构化道路，如城市道路、企业园区、机场、大型停车场和景区内的道路等。低速场景无人环卫无人零售低速场景场景实例场景特点场景效益无人配送(1)低速公开场景(2)线路固定(1)降低人力成本(2)提高效率无人环卫(1)速度低(2)舒适度无要求(3)人机交互简单(1)技术成熟(2)产品安全(3)成本低封闭园区物流(1)低速封闭(2)环境艰苦(3)不受交规限制(1)解决招工短缺问题(2)降本增效，延长工作时间(3)降低油耗和部件损耗自主代客泊车(1)低速封闭场景(2)法律法规限制小(1)提升停车场利用率(2)缩短寻车位时间(3)减小交通拥堵05自动驾驶路测牌照路测牌照2018年4月全国性政策出台，工信部、公安部、交通运输部三部委联合印发《智能网联汽车道路测试管理规范（试行）》（现已废止，由《智能网联汽车道路测试与示范应用管理规范（试行）》（工信部联通装〔2021〕97号）取代），对测试主体、测试申请及审核程序、交通违法和事故处理等进行了具体的规范。发放情况各省市自动驾驶牌照发放情况北京截至2022年底，已为28家企648辆车发放了道路测试牌照。上海截至2023年4月，向29家企业624辆车发放了道路测试和示范应用牌照。广州截至2022年底，广州市累计向308辆测试车辆发放道路测试许可。深圳截至2023年4月，已为14家企业发放194张路测牌照通知