智能网联汽车技术概论 第2版 课件 第8、9章-ADAS与智能网联汽车的应用、智能网联汽车的操作系统与应用平台简介

第八章ADAS与智能网联汽车的应用学习目标1掌握ADAS的含义2熟悉ADAS预警类辅助驾驶系统的组成和主要功能3熟悉ADAS控制类辅助驾驶系统的组成和主要功能4熟悉当前ADAS在汽车中的应用车型及自动驾驶功能5熟悉当前智能网联汽车的应用车型及自动驾驶功能高级驾驶辅助系统及应用011.ADAS工作原理与主要功能高级驾驶辅助系统及应用请回答：什么是ADAS？ADAS的标准化定义是什么？高级驾驶辅助系统及应用ADAS具有更快捷的主动安全技术信息处理，使驾驶员能够在尽可能短的时间内发现可能发生的危险，以引起注意并提高安全意识。请说说ADAS使用了哪些传感器？这些传感器的作用是什么？安装的位置在哪里？早期ADAS技术主要基于被动预警，当车辆检测到潜在危险时，提醒驾驶员注意异常车辆或道路状况。参考：驾驶员辅助系统技术案例（图片源自公开的一项技术改进型发明专利）高级驾驶辅助系统及应用车辆集成技术包括机械和电气系统，驾驶员辅助系统能够帮助驾驶员监控和处理车辆行驶的稳定、控制和导航等信息，提高操作和驾驶安全的便利性。防抱死制动系统和车辆稳定性控制系统已经能够完成驾驶稳定性要求，导航系统应用越来越广泛。请回答：ADAS系统包含了哪些不同的辅助驾驶技术？高级驾驶辅助系统及应用ADAS技术应用还包括算法和软件以及人机界面的交互（视觉、听觉、触觉反馈），算法和软件技术可以对传感器获得的数据进行处理和分析，以获得汽车周围环境行为意识（例如其他车辆的技术动作轨迹等），并对交通状况进行分类。通过检测目标物体，驾驶员可以及时得到通知或警告,提醒驾驶人员及时做出反应。ADAS的工作原理是什么？ADAS的工作原理是基于不同的传感器技术。77GHz雷达传感器可以测量前方车辆的速度和两辆车之间的间隔，同时监测车辆的速度和间隔。该传感器发射激光脉冲，并能检测从其他物体反射的光束，与其他物体的间隔可以通过信号延迟的时间来计算。高级驾驶辅助系统及应用在实际的车辆传感器应用中，通常一个传感器只能实现一个功能，协作功能允许系统通过软件轻松实现。如果将复合传感器应用到汽车上，这些传感器提供的数据可以融合在一起。在防碰撞系统中，检测可靠性的提高使得系统干预和预警更容易、有效，ADAS系统实际上是将车辆视为一个完整的系统，该系统由各种相互作用的部件组成。高级驾驶辅助系统及应用ADAS系统实际上是将车辆视为一个完整的系统，该系统由各种相互作用的部件组成。每个系统主要由三个程序组成，请详细说明是哪三个程序？高级驾驶辅助系统及应用全国汽车标准化技术委员会于2019年1月4日发布了《道路车辆先进驾驶辅助系统(ADAS)术语及定义》，其中ADAS驾驶辅助系统主要覆盖了哪些技术？高级驾驶辅助系统及应用请回答：ADAS辅助控制系统的主要功能有哪些？高级驾驶辅助系统及应用ADAS有两条技术路线，请回答有那两条技术路线？汽车预警系统主动干预系统技术更新主动安全与被动安全系统融合高级驾驶辅助系统及应用2.ADAS关键元器件的组成（1）预警系统1）基础型后视摄像头。请说说基础型后视摄像头的作用与功能有哪些？高级驾驶辅助系统及应用高级驾驶辅助系统及应用2）前视摄像头。请说说前视摄像头的作用与功能有哪些？高级驾驶辅助系统及应用3）传感器。请说说传感器的作用与功能有哪些？高级驾驶辅助系统及应用4）环视泊车辅助系统。请说说什么是环视泊车辅助系统？5）77GHz雷达系统。请说说77GHz雷达系统的作用是什么？6）前车防撞报警系统。请说说前车防撞报警系统作用与功能有哪些？7）交通信号识别系统。请说说交通信号识别系统作用与功能有哪些？前车防撞报警系统交通信号识别系统高级驾驶辅助系统及应用（2）驾驶员辅助系统高级驾驶辅助系统及应用请说说驾驶辅助系统的组成与工作原理是什么？组成：GPS和摄像头检测模块、通信模块和控制模块。工作原理：GPS和摄像头检测模块通过GPS接收机接收GPS卫星信号，获取车辆的经纬度坐标、速度、时间等信息，并利用安装在车辆前后的摄像头实时观察道路两侧的情况。通信模块可以在相互靠近的车辆之间实时传输检测到的相关信息和驾驶信息，控制模块可以在发生事故时主动控制，从而避免发生事故。1）GPS模块和CCD摄像头检测模块（见左图）。请说说GPS模块和CCD摄像头检测模块的作用与功能是什么？右图：Mobileye发布第四代ADAS视觉处理器芯片组技术原理框图高级驾驶辅助系统及应用2）通信模块。请说说通信模块的作用与功能是什么？驾驶辅助系统依靠车辆之间的状态信息进行相互通信和监控驾驶状态，从而保护驾驶安全，包括调整驾驶状态和避免恶性碰撞。目前，现有的系统可以向驾驶员发出危险情况的警告，但不能自行制定预防措施，系统弥补了这一缺陷。使用即时网络传输的信息主要有两种，是哪两种？高级驾驶辅助系统及应用3）控制模块。请说说控制模块的主要作用与功能是什么？高级驾驶辅助系统及应用以特斯拉为例特斯拉Autopilot2.0L2级（如图2-15所示）智能驾驶汽车拥有三个前视摄像头，三个后视摄像头，两个侧视摄像头，12个超声波雷达和一个安装在车身上的前毫米波雷达。高级驾驶辅助系统及应用奥迪A8相关传感器分布图高级驾驶辅助系统及应用智能网联汽车的应用02汽车的智能化与网联化技术发展的终极目的是实现真正的无人驾驶，也就是完全的自动驾驶，驾驶完全交给无人驾驶系统。无人驾驶车辆中可能只有一个启动/停止按钮，没有方向盘、油门、刹车、离合器，在行驶时根本不需要驾驶员去踩油门加速或踩刹车，不需要方向盘来操控汽车的方向，只要告诉汽车要到什么地方，车辆会自动启动将你送到目的地，至于如何去，开多快的速度，所有的决策都是汽车自己来决定，并且汽车还能与你一起交流一些你感兴趣的话题。智能网联汽车的应用在未来，汽车与人的关系也会更加机智，汽车就是一个人工智能机器人，最终实现汽车与人的思维与行为意识的互动以及语言的交流。智能网联汽车的应用请说说ADAS与无人驾驶的区别智能网联汽车的应用车辆检测的主要方法有哪些？各有什么特征？智能网联汽车的应用目前智能汽车的主流技术主要是通过环境感知、位置映射、认知规划和控制执行等模块来实现的。环境感知主要采用摄像头和超声波、毫米波、激光雷达等多种传感器技术，定位测绘与地图的构建采用V2X通信与导航芯片，认知规划的核心是算法和处理芯片，采用电源管理芯片和功率器件技术来提高控制执行动作与功能的稳定性。智能网联汽车的应用1.自动驾驶出租车自动驾驶出租车市场正在逐渐兴起，主要参与者包括百度、文远知行、小马智行、Waymo、智行者等知名企业。2023年3月，百度“萝卜快跑”首批在京开展全无人自动驾驶示范应用，是全球首个在首都城市实现全无人车队示范。2023年6月，百度旗下自动驾驶服务平台在深圳坪山区开展L4级无人驾驶商业化收费运营。智行者与T3出行签署战略合作协议，推出“自动驾驶+正常驾驶”Robotaxi新模式，实现苏州百台规模的Robotaxi车队常态化运营。Waymo于2022年11月获得加州公用事业委员会许可，可向公众开放全自动驾驶汽车服务，支持多语言叫车APP，呈现大规模商业化可能。Waymo和Cruise在2023年8月获得加州公用事业委员会批准，允许在旧金山提供全天候无人驾驶出租车收费服务。”智能网联汽车的应用2.自动配送车自动配送车市场正迅速成长。美团拥有全技术栈研发能力，以自研L4级自动驾驶技术为核心，实现全天候、多场景应用。车企侧也积极介入，比亚迪与Nuro合作开发第三代车型；东风集团推出SharingBox；毫末智行发布价格亲民的小魔驼，聚焦B2B场景向物流公司和外卖平台销售。这一领域迎来多方竞争，各企业致力于技术创新与成本降低，预示着自动配送车将逐步走向规模化商业应用。3.自动驾驶卡车自动驾驶卡车领域的初创公司如图森未来、赢彻科技、智加科技、主线科技正积极进行道路测试，并与整车厂、Tier1、芯片商紧密合作，受到物流公司的重要投资。同时，主流汽车制造商奔驰、沃尔沃、特斯拉也在自动驾驶卡车研发上投入不懈努力。奔驰早在2014年就展示了概念卡车FutureTruck2025，目前戴姆勒正致力于L4级“高度自动驾驶”卡车技术。国内一汽解放、上汽红岩、中国重汽等整车企业从底盘和车辆供应方面进入市场，同时积极与初创公司合作，为未来重卡市场打下基础。4.矿山场景自动驾驶矿山自动驾驶市场主要集中在运输无人化领域，慧拓智能、踏歌智行、易控智驾、路凯智行等本土企业在该场景中占据主导地位。如易控智驾采用“技术+运营”双轮驱动模式，通过矿区无人驾驶全栈技术方案实现标准化、高效运力的无人驾驶系统。据测算，其无人驾驶系统整体效率相较有人驾驶可提高至70-80%。5.港口场景自动驾驶港口引入自动驾驶技术，主要集中在新建或者扩展港口。该场景运输自动化解决方案主要有：自动导引运输车AGV、无人跨运车ASC和无人驾驶集卡。近年来，随着国家推动智慧港口建设工作，港口智能化、无人化转型加速，无人驾驶技术的应用也更加成熟。目前，主线科技、西井科技、斯年智驾等均针对港口自动驾驶领域进行了相关布局，并面向港口物流枢纽提供了无人驾驶即可运输解决方案。智能网联汽车的应用国内ADAS智能硬件产品在L2、L3级产品的应用相对成熟，百度的L4级技术的研发也已经初步形成产品。L3主动安全智能控制系统由先进辅助驾驶（ADAS）、驾驶员监控系统（DMS）和智能交通云控制平台组成。它不仅具有车道偏离、前方碰撞预警、自动应急系统等功能，还可以实现车辆的终端报表数据查询和存储监控等主要安全态势分析。百度阿波龙智能网联汽车的应用感谢聆听第九章智能网联汽车操作系统与平台应用学习目标1了解Linux操作系统的特点及其在智能网联汽车中的应用2了解ROS的特性及其在智能网联汽车中的应用3了解Gazebo的特点及其在智能网联汽车中的应用智能网联汽车的操作系统——Linux01目前常用的Linux发行版本主要为Ubuntu、RedHat、CentOS、Debian、FedoraCore、SuSE、Gentoo、Arch、Kali、Slackware等。智能网联汽车的操作系统——LinuxLinux操作系统的架构组成Linux是一种广泛使用的嵌入式操作系统。嵌入式系统是以应用程序为中心，以计算机技术为基础，软硬件可以更具需要进行增减，主要用于对功能、可靠性、成本、大小、功耗和其他特殊的计算机系统。嵌入式系统通常包括硬件和软件，硬件包括嵌入式处理器、内存和各种外围设备。软件部分包括嵌入式操作系统和用户应用程序。Linux代码是完全开放的，Linux内核是操作系统的灵魂，包括内核的抽象和对硬件资源的间接访问，Linux以统一的方式支持多任务处理。此方法对用户进程和每个进程都是透明的，内核同时运行多个进程，允许多个进程公平合理地使用硬件资源，并使每个进程在不安全的操作中相互干扰。智能网联汽车的操作系统——Linux智能网联汽车的操作系统——LinuxLinux作为一个实时操作系统，具有高效的I/O管理能力，能够处理和存储控制系统所需的大量数据。Linux操作系统的结构一般由Linux内核、命令解释器（Shell)、文件系统以及应用程序四大部分构成。1.Linux内核智能网联汽车的操作系统——LinuxLinux内核无疑是Linux操作系统的核心。它由以下五个子系统构成（1）进程调度（2）内存管理（3）虚拟文件系统（4）网络接口（5）进程之间的通信2.命令解释器——ShellShell是应用于Linux系统中的命令解释器，其作用和Windows系统的命令提示符一样。都是为当前用户提供与系统内核进行交互操作的一种用户界面。智能网联汽车的操作系统——Linux3.文件系统文件系统是指Linux系统将用户所有文件在各种存储设备上进行有效地存取。Linux系统文件主要包括：① 普通文件，如.cpp文件、文本文件、二进制文件等。② 目录文件，Linux系统下的主要目录结构③ bin目录下存放的是系统命名文件；④ boot目录下存放的是启动Linux系统的核心文件；⑤ dev目录下存放的是所有设备文件；⑥ etc目录下存放的是系统管理和配置文件；⑦ home目录下存放的是系统中所有用户的主目录及相关文件；⑧ lib目录下存放的是函数库文件；⑨ root目录下存放的是系统管理员相关的文件；⑩ sys目录下存放的是Linux的系统文件⑪ mnt目录下存放的是各种挂载文件，如USB设备；⑫ opt目录下存放的是可选的应用安装包；⑬ var目录下存放的是日志类文件。智能网联汽车的操作系统——Linux4.应用程序安装完Linux后，系统一般都会为用户提供文本编辑器、数据过滤器等程序集合。智能网联汽车的操作系统——LinuxLinux系统的特点，具体如下：①系统源码对外开发，便于进一步研究学习和完善Linux系统；②免费使用；③具有较高的稳定性能，可长时间连续运行；④应用领域较为广泛，Linux不仅可在计算机设备中使用、还可以在路由器、机顶盒、手机、平板以及嵌入式设备中进行安装并使用；⑤Linux系统本身消耗的内存相对较少；也正是因为Linux具有以上特点，所以人们都将Linux作为基础系统，从而开展对汽车自主驾驶或智能网联汽车领域的学习和探索。智能网联汽车的操作系统——Linux智能网联汽车的操作系统——Linux汽车的网络信息互联不限于汽车中的电子控制单元，还包括汽车与外部世界的通信方式。汽车可能需要接入蜂窝无线网络，信息娱乐系统将受益于连接到车载移动设备，不仅可以访问设备上的多媒体、应用程序和数据，还可以提供访问互联网的新选项。智能网联汽车的操作系统——LinuxV2X能够实现汽车与人之间、汽车与汽车之间、汽车与路边基础设施之间、甚至汽车与云之间的自动通信，能大大提高汽车的行驶安全性，具有广阔的应用前景。利用Linux运行智能网联汽车功能是一种趋势。智能网联汽车的开发平台——ROS02智能网联汽车的开发平台——ROSROS是Robot（机器人）+Operating（操作）+System（系统）的简称，即为机器人操作系统。ROS主要组件包括ROSMaster、ROSNode和ROSService三种。现代智能网联汽车的自主驾驶系统整合了路径规划、避障、导航、交通信号监测等多个软件模块和计算、控制、传感器模块等多个硬件模块，如何有效调配软硬件资源也是一个挑战。简单的嵌入式系统并不能满足无人驾驶系统的上述需求，我们需要一个成熟、稳定、高性能的操作系统去管理各个模块。智能网联汽车的开发平台——ROSROS从严格意义上来讲并不是一个真正的操作系统，而是一款用于机器人或人工智能的应用软件开发平台。要保证一个复杂的系统稳定、高效地运行，每个模块都能发挥出最大的潜能，ROS提供了一个成熟有效的管理机制，使得系统中的每个软硬件模块都能有效地进行互动。它提供了大量的程序库和工具，从而使得开发人员能够更好地在机器人或人工智能领域中进行学习与研究。而且ROS本身还具有许多功能，如硬件设备驱动、可视化工具、消息传递等。智能网联汽车的开发平台——ROSROS的主要设计目标是为了尽可能地避免或减少重复造车轮的现象出现。共享大量可复用的程序及源代码，便于更多的相关领域人才参与到机器人和人工智能两大领域的学习和研究中。目前，ROS的应用领域除了无人驾驶和智能网联汽车领域外，还包括物流仓储领域、工业生产领域和交通管理领域等。ROS的特性，包括以下几点：1）点对点设计。ROS在处理进程之间的通信时，采用了耦合度相对较低的点对点设计。2）分布式设计。ROS是一个分布式设计的框架，不仅可以实现ROS工程之间的集成和发布，还能够移植到其它机器人软件平台上使用。3）支持多种语言。ROS可支持多种编程语言，如C++、Java、Python、Lisp、Lua、Ruby等。4）丰富的功能软件包。目前ROS已经可以支持使用的第三方软件包数量达到数千个，从而大大提高了开发与测试的工作效率。5）免费且开源性。ROS是一款免费且开源的操作系统。ROS中的所有源代码都是公开发布的，因此有利于人们对ROS进一步的学习、研究与完善。智能网联汽车的开发平台——ROSROS的架构分为三个层次，分别是文件系统级、计算图级、开源社区级。智能网联汽车的开发平台——ROS1.ROS文件系统级文件系统级主要是指在完成ROS的安装后，在硬盘中所生成的一系列关于ROS的内部文件bin文件夹下存放的是二进制文件。这类文件只有在相关应用软件中才能够正确显示出来，比如图像文件、音频文件、视频文件等。etc文件夹下存放的是相关的配置文件。include文件夹下存放的是c++头文件。lib文件夹下存放的是静态库文件。share文件夹下存放的是功能包相关的文件。*.sh文件是Linux系统的命令脚本文件。*.py文件是Python语言编写的脚本文件。ROS把不同功能组件分别放在不同的文件夹中。运行期间会分别根据实际的需要再将它们重新组织在一起。智能网联汽车的开发平台——ROS2.计算图级ROS操作系统提供了大量的程序库和工具，从而使得开发人员能够更好地在机器人或人工智能领域中进行学习与研究。而且ROS本身还具有许多功能，如硬件设备驱动、可视化工具、消息传递等。计算图级是ROS为了处理各节点间的数据而建立的一种点对点的拓扑结构图。主要包括：节点、节点管理器、话题、消息、服务、参数服务器和消息记录包。1.节点（Node）一个节点即为一个可执行文件，它通过ROS与其它节点进行通信。在智能网联汽车中，我们可以把激光雷达、毫米波雷达、摄像头、GPS等传感器设备都分别定义成为一个个单一的节点。在此举例说明，首先把智能网联汽车本身的制动系统定义为一个节点，然后再把激光雷达定义为另一个节点。当激光雷达探测到前方有障碍时，激光雷达所在的这个节点就会发出通知告诉制动系统。制动系统接收到通知后，可根据探测情况，开始进行下一步操作的判断是采取减速、刹车还是继续正常行驶。智能网联汽车的开发平台——ROS2.节点管理器（Master）节点管理器的作用主要有4个方面：为ROS节点提供命名和注册服务；方便ROS节点之间进行相互的查找；有助于ROS节点之间建立相互的通信连接；提供参数服务器，帮助ROS管理全局参数。智能网联汽车的开发平台——ROS3.话题（Topic）话题是节点之间进行通信的最基本方式。节点之间的通信时，可以不需要进行直接的连接，而是以发布和订阅的形式通过话题进行消息的传输。一个节点可以发布多个话题，同样一个话题也可以被多个节点订阅。例如，可分别把智能网联汽车中的摄像头、转向系统、油门系统、制动系统定义成4个节点。由摄像头节点发布一个检测路面是否出现行人的话题，频率为20Hz，这样就使摄像头节点成为一个话题的发布者。再令转向系统、油门系统、制动系统分别去订阅这个检测路面行人的话题，使其成为话题的订阅者。如果前方没有出现行人的话，转向系统和油门系统将继续正常工作；如果前方出现行人的话，转向系统和油门系统在停止工作的同时会开启制动系统。智能网联汽车的开发平台——ROS4.消息（Message）消息是节点之间进行通信传输的一种数据类型。消息类型包括了ROS提供的标准类型和用户自定义的类型。定义消息类型必须包含消息的字段和消息的取值两个部分。例如，定义一个名为障碍物的消息类型，消息类型中包含三个字段分别是障碍物的长度、宽度、高度。智能网联汽车的开发平台——ROS5.服务（Service）服务建立通信的方式基于客户端-服务器的模式，一方面需要客户端发送服务请求到服务器，另一方面需要服务器接收到请求后，对客户端进行服务的响应。当节点之间需要进行直接通信时，只能采用服务的方式进行通信，而不能通过话题的方式进行。例如，智能网联汽车在行驶过程中想要提高车速，于是电子油门节点向毫米波雷达节点发出服务请求，请求消息类型是方向为正前方，测量范围为200米。毫米波雷达节点接收到服务请求后，进行正前方200米以内的探测后，将探测结果的响应给电子油门节点，响应消息类型是无任何障碍物。智能网联汽车的开发平台——ROS6.消息记录包（Bag）消息记录包是一种文件格式，主要用于在ROS中对消息数据、话题数据、服务数据以及其他信息数据进行保存。通过记录包可实现情景再现功能，主要应用于智能网联汽车相关功能的测试。智能网联汽车的开发平台——ROS智能网联汽车的开发平台——ROS常见几类传感器通过各自驱动的节点来提供感知信息，包括image_raw相机图像信息、激光雷达形成的Scan信息、Velodyne激光雷达提供的点云信息以及GPS系统提供的定位信息等。通过订阅该信息的各自处理节点，形成了扫描图像、点云图像等进一步信息列表。3.开源社区级ROS开源社区级的概念主要是ROS资源，其能够通过独立的网络社区分享软件和知识。这些资源包括：发行版（Distribution）：ROS发行版是可以独立安装、带有版本号的一系列综合功能包。ROS发行版像Linu