第1讲 智能车辆仿真与测试技术-概述

智能车辆仿真与测试技术12026/10/32026/10/3232026/10/31.0课程总体介绍第1讲智能网联汽车概述（第1周）第2讲智能车辆仿真与测试（第2周）第3-4讲SUMO智能车辆仿真与测试（第3-4周）第5-6讲SUMO智能车辆仿真与测试（第5-6周）第7-8讲CARLA智能车辆仿真与测试（第7-8周）第9-10讲CARLA智能车辆仿真与测试（第9-10周）第11-13讲基于SUMO和CARLA的联合仿真与测试（第11-13周）第14-16讲基于SUMO和CARLA的联合仿真与测试（第14-16周）课程大纲42026/10/31.0课程总体介绍考核方式总成绩＝实验报告×50%＋平时成绩×50％平时成绩＝课堂作业、课堂汇报×80％＋平时表现×20％对于缓交作业或抄袭作业情况，本次作业成绩降一级；对于不交作业情况，本次作业成绩计0分。平时表现，包括：课堂表现，软件安装情况等。平时考勤按照总分100计分。考勤时，无故迟到一次扣5分，无故早退一次扣5分，无故旷课一次扣15分。无故旷课达上课总学时（56学时）三分之一及其以上者（≥32学时，即无故旷课达到5次），取消考试资格，课程重修。（考勤分数作为考试资格依据，不记录平时成绩）52026/10/31.0课程总体介绍授课方式分组考核机制：3人为一组，随机分组，每组推荐一名组长。组内协同工作，如软件安装、部分实验。实验对电脑配置有要求。授课方式：理论讲解+随堂实验+课堂汇报+成果互评，实验部分每周进行一个专题训练。作业与考试：小组为单位，每个专题一次作业（课堂展示）。期末最后一个专题的作业形成实验报告，作为大作业提交。课堂纪律：要求1：学生按照分组坐在指定区域，且第一排必须坐人。要求2：上课做好笔记，禁止玩手机!第1讲概述62026/10/301/智能车辆发展历程02/自动驾驶分级03/智能车辆先进辅助系统04/智能车辆环境感知与传感器目录/CONTENTS2026/10/370101/从“机”到“电”——无线电遥控汽车时间国家发明人车名特点1904年西班牙莱昂纳多·托雷斯·奎韦多无线电遥控三轮车这不是玩具，是现代遥控与无人车的鼻祖1912年美国小约翰·哈蒙德和本杰明密斯纳战争狗它没有遥控器，靠“看光”自己跑，是自动驾驶的思想起点1920年美国Raymond无线电遥控汽车把遥控车从实验室搬到大街上，证明技术可行1925年美国FrancisHoudina美国奇迹它是百年前的“网红无人车”，让世界相信无人驾驶终将到来。01/智能车辆发展历程图2

美国奇迹图1战争狗2026/10/380102/1950年代——“电子化高速公路”的设想01/智能车辆发展历程二战后50年代美国经济繁荣、汽车普及，人们渴望摆脱驾驶负担，自动化高速公路成为社会主流设想：广告中一家人在车内围桌玩乐，车辆由公路电子设备自动控制，预示着未来安全、无拥堵、无事故的自动驾驶出行愿景。2026/10/390103/新希望的出现——机器视觉的引入时间车名发明人国家特点1966年Shakey机器人-美国斯坦福国际研究所Shakey是真正意义上第一个会“看”、会思考、会自己走路的智能机器人，为自动驾驶提供了核心AI思路。1977年自动驾驶汽车Tsugawa日本用摄像头沿车道跑起来，标志着自动驾驶从机器人实验室走向真实汽车道路Shakey装备了电视摄像机、三角法测距仪、碰撞传感器、驱动电机以及编码器，能够自主感知、环境建模、行为规划和控制，成为后来机器人和无人驾驶的通用框架。01/智能车辆发展历程图1

Shakey图2日本自动驾驶汽车2026/10/3100104/自动驾驶技术的推进——美国自主陆地车辆（AutonomousLandVehicle，ALV）计划时间项目内容目标1984年道路跟踪试验车辆以10km/h的速度在铺好的公路上行驶2km,只向前行驶,不设置障碍1986年避障试验车辆以20km/h的速度行驶5km,能识别和避开小于路面宽度的固定障碍物1987年越野路线规划试验规划车辆行驶路线,并以5km/h的速度通过5km开阔的沙漠地带1988年公路网路线规划及避障试验规划车辆行驶路线,并实现以20km/h的速度借助路标导航行驶于公路网上,以及完成地图校正和从路边绕过障碍物最早的自动驾驶尝试来自军事需求。当时,美国DARPA(美国国防部高级研究计划局)旗下操持了一个“战略计算计划”(StrategicComputingProgram,SCP)01/智能车辆发展历程ALV计划是DARPA推动的首个国家级自动驾驶工程，把传感器、AI与车辆控制系统化整合，正式开启现代自动驾驶技术路线。2026/10/31104/从理论转变为现实——卡内基梅隆大学（CMU）的NavLab时间车名备注1984年Terregator世界上第一台基于激光雷达的自主越野无人车，把自动驾驶从道路延伸到野外环境。1986年NavLab-1第一辆真正意义上的无人驾驶汽车，基于量产车改装，集成视觉、雷达、计算机1995年NavLab-5无人驾驶公路试驾，4587公里，自动驾驶部分达98.2%，自动驾驶第一次从理论走向大规模实际道路验证2001年NavLab-11NavLab系列的成熟化、工程化集大成车型，为接下来的世界级自动驾驶竞赛做好准备。01/智能车辆发展历程图1Terregator图2NavLab-1图3NavLab-1车厢2026/10/3120105/以竞赛促发展——DARPA挑战赛时间比赛地点参赛车队2004年美国莫哈韦沙漠106支报名,25支通过预选赛,15支进入决赛没有一支队伍完成整场比赛。卡内基·梅隆大学Redteam的悍马改装车Sandstorm行驶最远，共行驶了11.78km2005年美国莫哈韦沙漠195支报名，43支进入资格测试,23支进入决赛有5支队伍(Stanley、Sandstorm、Highlander、Kat-5、TeraMax)通过了全部考核项目。斯坦福大学的Stanley以平均速度30.7km/h,6h53min58s的总耗时夺冠,赢得200万美元奖金,这也标志着无人驾驶汽车取得了重大突破2007年美国加利福尼亚州空军基地53支报名，11支通过资格测试，6支车队跑完全程这届比赛的任务是参赛车辆在6h内完成96km的市区道路行驶,并要求参赛车辆在与其他车辆相互协调、避障和车辆交汇的同时,遵守所有的交通规则。卡内基·梅隆大学的Boss以总耗4h10min20s,平均速度22.53km/h的成绩取得冠军图1Sandstorm图2Stanley图3BOSS01/智能车辆发展历程DARPA沙漠挑战赛明星车，艰难完赛，验证越野自动驾驶可行性DARPA挑战赛夺冠车型，全自主完赛，技术大幅突破城市挑战赛冠军，会跟车、会变道、会路口会车，接近城市自动驾驶2026/10/3130106/智能汽车遍地开花时间企业名称产品/事件特点2010年Google第一代Googlefirefly,第二代LexusRx450谷歌开启科技公司造无人车的时代，把自动驾驶从实验室推向全球视野。2016年Waymo提出口号：Anewwayforwardinmobility谷歌无人车独立为Waymo，定位出行服务，标志自动驾驶走向商业化。2015年特斯拉Autopilot自动辅助驾驶特斯拉把高阶辅助驾驶装进量产车，让千万用户体验自动驾驶。2016年通用汽车布局自动驾驶、投资Cruise传统车企全面入场，重金投入Cruise，与科技公司正面竞争。2018年奥迪奥迪A8，全球首款量产L3级别自动驾驶全球首款量产L3，合法允许驾驶员短暂“脱手脱眼”。2025年中国中国正式发放首批L3准入，奔驰、宝马车型获批。L3从概念变成合法上路、车企担责，行业进入高阶智驾时代。2025年特斯拉特斯拉FSD进化到V14特斯拉用纯视觉+AI大模型，把智驾推向接近完全无人。01/智能车辆发展历程2026/10/3140106/智能汽车遍地开花01/智能车辆发展历程华为ADS4.0：多传感器融合，高速L3试点，城区NOA全覆盖。小鹏XNGP：轻地图/无图NOA，覆盖全国几百城。理想ADMax：BEV大模型+端到端，家庭场景最优。百度萝卜快跑：全球最大Robotaxi服务商，多城商业化。中国用全场景NOA+车路协同，成为智驾第一梯队。行业三大趋势大模型上车：端到端AI，决策更像老司机。L3规模化：法规落地，责任明确，量产提速。智驾平权：高阶功能下探到10–20万车型，不再是豪华车专属。2026/10/3150106/智能汽车遍地开花01/智能车辆发展历程从竞争派系来看，我国无人驾驶汽车企业大致可分为互联网/高科技公司、整车制造厂商和初创公司三大阵营。在无人驾驶汽车的研发上，高科技公司都表现出了巨大的参与热情，并且形成了第一阵营，国内主要有百度、滴滴等积极参与智能汽车的项目运作;第二阵营则为整车企业，比如国内的广汽、吉利、比亚迪、长安等;第三阵营为AutoX、小马智行、文远知行等初创公司。2026/10/3160106/智能汽车遍地开花01/智能车辆发展历程从无人驾驶汽车行业代表性企业的区域分布来看，企业主要布局在广东、浙江、北京、江苏等中东部地区，尤以广东分布最为集中;东北地区也有部分企业分布，西部地区代表性企业分布相对较少。2026/10/31701/智能车辆发展历程

自动驾驶汽车，是指能够感知环境、自动规划路线并控制汽车到达目的地的一种智能汽车。其原理通俗的讲，是给车辆装上“眼睛”、“脑袋”、“手脚”，让自动驾驶系统可以具备对道路环境的观察能力，对车辆操控、驾驶决策能力。2026/10/318

自动驾驶汽车是计算机科学、模式识别和智能控制技术高度发展、应用的产物。01/什么是自动驾驶汽车自动驾驶汽车技术架构下层上层第1讲概述192026/10/301/智能车辆发展历程02/自动驾驶分级03/智能车辆先进辅助系统04/智能车辆环境感知与传感器目录/CONTENTS2026/10/32002/自动驾驶分级

自动驾驶技术的发展并非一蹴而就，从手动驾驶到完全自动驾驶，其间要经历相当长的缓冲期。统一自动驾驶等级的概念对于这一发展过程具有非常重要的意义，有助于消除人们对自动驾驶概念的混淆，实现对不同自动驾驶能力的区分和定义。0201为什么要进行分级？美国国家公路交通安全管理局国际自动化工程师协会2026/10/32102/自动驾驶分级0202NHTSA与SAE自动驾驶分级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驾驶员人类驾驶员人类驾驶员无L1L1辅助驾驶汽车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（一些功能自动执行）人类驾驶员和汽车人类驾驶员人类驾驶员限定场景L2L2部分自动驾驶汽车对方向盘和加减速中的多项操作提供驾驶,人类的多项操作提供驾驶,人类动作（随时待命）汽车人类驾驶员人类驾驶员L3L3条件自动驾驶由汽车完成绝大部分驾驶操作,人类驾驶员需保持注意力集中以备不时之需（足够时间待命）汽车汽车人类驾驶员L4L4高度自动驾驶由汽车完成所有驾驶操作，人类驾驶员无须保持注意力,但限定道路和环境条件（无需待命-部分）汽车汽车汽车L5完全自动驾驶由汽车完成所有驾驶操作，人类驾驶员无须保持注意力（无需待命-全部）汽车汽车汽车所有场景SAE分级是大多数政府和企业使用的标准2026/10/32202/自动驾驶分级0203中国自动驾驶分级智能化等级等级名称等级定义控制监控失效应付典型工况人监视驾驶环境1驾驶辅助（DA）系统根据环境信息执行转向和加、减速中的一项操作，其他驾驶操作都由人完成（1项）人与系统人人车道内正常行驶,高速公路无车道干涉路段、停车工况2部分自动驾驶（PA）系统根据环境信息执行转向和加、减速操作,其他驾驶操作都由人完成（n项）人与系统人人高速公路及市区无车道干涉路段,换道、环岛绕行、拥堵跟车等工况3有条件自动驾驶（CA）系统完成所有驾驶操作，根据系统请求,驾驶人需要提供适当的干预（全部项-干预）系统系统人高速公路正常行驶工况,市区无车道干涉路段4高度自动驾驶（HA）系统完成所有驾驶操作，特定环境下系统会向驾驶员提出响应请求,驾驶人可以对系统请求不进行响应（全部项-可不干预）系统系统系统高速公路全部工况及市区有车道干涉路段5完全自动驾驶（FA）系统可以完成驾驶人能够完成的所有道路下的操作，不需要驾驶人介入（全部项-不干预-所有道路）系统系统系统所有行驶工况2026/10/32302/自动驾驶分级中国网联化等级网联化等级等级名称等级定义控制典型信息传输需求1网联辅助信息交互基于车-路、车-云通信,实现导航等辅助信息的获取以及汽车行驶与驾驶人操作等数据的上传人地图、交通流量、交通标志、油耗、里程等信息传输实时性、可靠性要求较低2网联协同感知基于车-车、车-路、车-人、车-云通信，实时获取汽车周边交通环境信息，与车载传感器的感知信息融合，作为决策与控制系统的输入人与系统周边汽车/行人/非机动车位置、信号灯相位、道路预警等信息传输实时性、可靠性要求较高3网联协同决策与控制基于车-车、车-路、车-人、车-云通信，实时并可靠获取汽车周边交通环境信息及汽车决策信息，车-车、车-路等各交通参与者之间信息进行交互融合，形成车-车、车-路等各交通参与者之间的协同决策与控制人与系统车-车、车-路间的协同控制信息传输实时性、可靠性要求最高第1讲概述242026/10/301/智能车辆发展历程02/自动驾驶分级03/智能车辆先进辅助系统04/智能车辆环境感知与传感器目录/CONTENTS2026/10/32503/智能车辆先进辅助系统智能网联汽车自动驾驶分有L0～L5六个等级，目前正处于L2～L3等级的落地研发展阶段，已具备L3级自动驾驶能力，但市场应用规模仍然比较小。当前先进辅助驾驶系统仍然是市场主导。先进驾驶辅助系统（advanceddriverassistancesystems，ADAS）是利用安装在车上的多种传感器，在汽车行驶过程中随时感应周围的环境，收集数据，进行静态、动态物体的辨识、侦测与追踪，并与本车相关数据信息，进行综合的系统运算与分析，从而预先让驾驶者察觉到可能发生的危险，有效增加汽车驾驶的舒适性、安全性和可靠性。0301/先进驾驶辅助系统概述2026/10/32603/智能车辆先进辅助系统模块1：车辆状态监测类。通过安装在车内的传感器，监测车辆运行过程中的重要数据信息。模块2：驾驶员状态监测类。通过监测驾驶员自身的身体状态及驾车行为，以保证驾驶员处于安全健康的驾车状态。模块3：视野改善类。提高在视野较差环境下的行车安全性。模块4：倒车/泊车辅助类。辅助驾驶员进行倒车、泊车操作，防止在该过程中发生碰撞危险。模块5：避险辅助类。自动监测车辆可能发生的碰撞危险并发出提醒，必要时系统会主动介入，从而防止发生危险或减轻事故带来的伤害。0302/先进驾驶辅助系统技术及分类第1讲概述272026/10/301/智能车辆发展历程02/自动驾驶分级03/智能车辆先进辅助系统04/智能车辆环境感知与传感器目录/CONTENTS2026/10/328自动驾驶的核心体系可分为传感系统、决策系统、执行系统