智能网联汽车技术概论 教案 下 智能网联汽车路径规划与决策控制-智能网联汽车操作系统与平台应用

《智能网联汽车技术概论》课程授课教案课题智能网联汽车路径规划与决策控制授课对象专业：智能网联年级：班级：授课方式讲授法、讨论法、举例课时3授课地点教室教材《智能网联汽车技术概论》教材、PPT、习题、教学视频教具多媒体教学目标学习目标：（1）理解汽车自动驾驶功能构架及模块组成；（2）理解汽车智能驾驶环境感知的含义和实现方法；（3）理解汽车智能驾驶全局路径规划和局部路径规划的含义及区别；（4）理解汽车智能驾驶路径规划的特点；（5）理解汽车智能驾驶行为决策与车辆控制的含义；（6）熟悉汽车智能驾驶转向、驱动和制动系统中的线控策略；（7）熟悉汽车智能驾驶车辆纵向控制和侧向控制的策略。教学重点（1）汽车自动驾驶功能构架及模块组成；（2）汽车智能驾驶环境感知的含义和实现方法；（3）汽车智能驾驶行为决策与车辆控制的含义；（4）汽车智能驾驶转向、驱动和制动系统中的线控策略；（5）汽车智能驾驶车辆纵向控制和侧向控制的策略。教学难点（1）汽车智能驾驶行为决策与车辆控制的含义；（2）汽车智能驾驶转向、驱动和制动系统中的线控策略；（3）汽车智能驾驶车辆纵向控制和侧向控制的策略。教学过程及时间分配教学内容方法及手段组织教学10分钟上节课程内容回顾、本节课程内容介绍、课前考勤。课堂导入5分钟现在自动驾驶非常火，各大汽车厂商都在推出自动驾驶功能的汽车，在这一点上造车新势力的表现尤为突出，那么自动驾驶功能是如何实现的呢，它的核心算法又有哪些？课堂讨论理论课第一部分25分钟1.智能网联汽车的核心算法，都有哪些？环境感知、路径规划、行为决策和执行控制2.智能网联汽车如何进行环境感知和路径规划？（1）汽车自动驾驶环境感知1）多传感器融合的必要性各种传感器因为检测原理的不同，各有特点：①毫米波雷达具有耐候性，可以全天工作，但分辨率不够高，无法区分人与物；②摄像头具有较高的分辨率，可以感知颜色，但受强光影响较大；③激光雷达可以提供具有三维信息的特性，对环境的可重构性很强，但受天气影响较大。④毫米波雷达可以弥补激光雷达、视觉传感器在环境适应性上的不足。⑤视觉传感器或者激光雷达可以弥补毫米波雷达在目标分类上的不足等。2）智能网联汽车环境感知的方法环境感知是通过摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、陀螺仪、加速度计等传感器，感知周围环境信息和车辆状态信息。3）环境信息内容道路信息、周边车辆与行人信息①道路信息，包括道路的宽度、坡度、交通标志灯；②周边车辆信息包括车辆大小，行驶的速度、加速度、方向等；③周边行人信息包括行人的数量、位置及行走方向等。4）多传感器融合的目的为了满足自动驾驶甚至无人驾驶，需要多种传感器相互融合。智能网联汽车集成在车辆上的传感器数量和类型多，信息获取充分，产生冗余保障，需要对传感器的信息进行融合。多传感器融合可以显著提高系统的冗余度和容错性，从而保证决策的速度和正确性，这是自动驾驶系统向先进的自动驾驶方向发展，最终实现无人驾驶的必然趋势。5）传感器融合的理论方法贝叶斯准则、卡尔曼滤波、D-S证据理论、模糊集合理论、人工神经网络等①传感器融合理论a）传感器融合从融合等级上分为原始数据级融合、特征数据级融合和目标数据级融合。b）单一传感器中，越靠近原始数据，干扰信号和真实信号并存的可能性越大，即越早启动融合，真实息的保留和干扰信息的去除效果越好，但同时也为数据同步、处理算法计算量带来相应的挑战。c）实际应用中，应结合感知需求、芯片计算能力选择合适的融合架构和方法，构建由各类传感器信息组成的数字环境，实现智能网联汽车的环境理解。②传感器融合方法a）传感器模块的集中处理b）由中央ECU制定的分布式系统c）分布式和集中式处理的结合（2）智能网联汽车环境感知数据库专门用于无人驾驶的数据集有KITTI和Cityscapes等。数据集的主要作用是对汽车上安装的各种传感器采集的外部场景数据进行分析，并呈现无人驾驶车辆的实际情况。完整的数据集，应包括立体数据、光流数据、视觉里程计数据、目标跟踪数据、道路解析数据等。1）KITTI数据集是视觉图像与三维雷达数据的融合，利用KITTI数据集可以实现，在车辆真实应用环境下立体图像、光流、视觉距离测量、三维目标检测、三维跟踪等计算机视觉技术的性能评测。包含从城市、郊区、乡村和高速公路等场景采集的真实图像数据，整个数据集由389对立体图像和光流图、在测评里程内的视觉测距序列和超过200k的三维标记对象图像组成。课堂讲述、课堂提问、课堂讨论、课堂演示课堂回顾5分钟1.智能网联汽车的核心算法都有哪些？2.多传感器如何的目的和意义是什么？3.专门用于无人驾驶的数据集有哪些？课堂提问，课堂讨论作业车辆的环境信息都有哪些内容？下次上课检查组织教学5分钟上节课程内容回顾、本节课程内容介绍、课前考勤。课堂导入5分钟智能网联汽车在自动驾驶过程中，是如何进行规划和决策的呢？理论课第二部分30分钟1.汽车自动驾驶是如何进行路径规划的呢？（1）什么是路径规划是解决智能网联汽车如何达到行使目标问题的上层模块，它依赖于为智能联网汽车驾驶定制的高精度地图，与普通导航单纯提供指引的性质不同，智能网联汽车的路径规划模块需要提供能够引导车辆正确驶向目的地的轨迹。1）路径规划的精度要求至少要达到“车道级导航”的水平；轨迹上影响车辆行驶的周边的环境也需要被准确描述和考虑。2）路径规划的基础-高精地图的要求①符合国家法规位置信息涉及国家安全，电子地图应用中会对真实坐标，实行加偏处理。②性能和成本方面的要求性能越好，成本越高；亚米级、车道级的规划，满足路径规划的需求。3）路径规划的种类全局路径规划方法、局部路径规划方法和混合路径规划①全局路径规划是一种离线规划方法。根据获取的环境信息为车辆规划一条道路，准确性取决于外部环境信息的准确性。特点是，通常会找到最优路径。②局部路径规划再线路径规划。根据车辆当前的局部环境信息，使车辆在局部环境中能够安全行驶。局部路径规划具有实时性。4）路径规划的特点①复杂性环境的复杂，决定路径规划非常负载，需要大量计算。②随机性复杂的环境变化，存在随机和不确定性。③多约束性存在几何约束和物理约束。④多目标最短路径、最佳时间、最佳安全性、最低能耗。4）路径规划的算法分内全局路径规划算法和局部路径规划算法。①全局路径规划算法栅格法、拓扑法、视图法a）栅格法自由栅格和障碍栅格，自由栅格指的是某一栅格范围内布行有任何障碍物；障碍栅格指的是栅格范围内存在障碍物，有的时候整个栅格内布满障碍物。在路径搜索中，自动驾驶根据搜索算法搜索自由空间，规划出起点到目标点的最优路径。b）拓扑法将自动驾驶的工作空间分割成具有拓扑特征的子空间，建立拓扑网络，在拓扑网络上找到从起始点到目标点的拓扑网络。优点：无论环境多复杂，也能找到无障碍路径。缺点：建立拓扑网络的过程比较复杂，计算量大。c）可视图法将自动驾驶汽车视为一个点，将起点、障碍物和目标点的每个端点连接起来，并以直线连接各个端点，从而将路径规划问题转化为从起点到目标点的最短路径寻找问题。优点：概念直观、简单，缺点是灵活性不好。缺点：当目标点或障碍物或起始点发生变化时，需要对视图进行重构，而且障碍物的数目越多，算法越复杂。②局部路径规划算法栅格法、人工势场法、遗传算法、空间搜索法、层次法、动作行为法、Dijkstra算法、Lee算法、Floyd算法等a）遗传算法自动驾驶路径规划常用的算法。算法的遗传操作随机不固定，有效的利用历史信息预测下一代的预期特性，通过一代代的进化，最终汇集到一个最适合的环境，得到问题的最佳解决方法。组成：编码方法、初始群生成方法、适应度函数、遗传运算、算法中职条件等组成。初始种群随机产生。特点：不会产生无效的路径，但在复杂的环境中，很难创建链接图。计算效率低，计算时间长，在遗传进化过程中，需要大量的存储空间。b）蚁群算法以当前网格为中心，在每只蚂蚁的起点g-begin放置m个蚂蚁，根据某个策略进行选择，然后进入下一网格，利用本地信息更新策略更新信息素。当第一个蚂蚁k到达目标节点g-end时，由于它首先到达并且花费的时间最少，因此在当前一轮优化中，它获得的路径是最优的，在K所得的路径上执行全局信息更新并保存，此路径是当前的最佳路径。蚁群算法有多种原理，如觅食原理、避障原理和遗传算法。相对于遗传算法，具有一定的记忆力。蚁群算法属于群智能优化算法，具有并行性。每一个粒子都能被主动优化，而遗传算法不能。一起算法是基于环境中的信息素指示，遗传算法是基于适者生存的生物进化思想。蚁群算法具有分布性、并行性和全局收敛性等优点。但在初始阶段，所有路径上的信息素都是相等的，使得算法有点像贪婪算法。该算法收敛速度慢，得到的解往往不是最优解。c）神经网络通过大量实际驾驶行为数据，学习避障和路径规划中隐含的、难以人工设计并提取的特征。基本模型包括基于受限玻尔兹曼机的深度信任网络、基于自动编码器的堆叠式自动编码器、卷积神经网络、递归神经网络。通过司机在场景中的驾驶操作可以得到一套训练集，输入到神经网络单元进行训练，再输出一个决策计划结果。在获得预期的轨迹后，需要控制车辆的转向、制动、驱动以跟踪轨迹。d）人工势场法Khatib提出的虚拟力法。基本思想是将汽车在周围环境中运动设计为在人工引力场中的抽象运动，目标点对移动车辆产生“引力”，障碍物对移动的车辆产生“斥力”，最后通过求合力来控制自动及时车辆的运动。路径一般是平滑、安全的，该方法存在局部最优问题，容易陷入局部级小点，在相似的障碍物之间找不到路径，检测到行的环境障碍物后，人工势场法规划的路径可能发生振荡，在狭窄通道中摆动。时空路径是指，车辆在一定时间内行驶的轨迹，轨迹不仅包括位置信息，还包括这个轨迹和车辆姿态的时间信息。局部规划可进一步分为轨迹规划和速度规划。轨迹规划算法在很大程度上依赖于地图对道路的定义，在车辆模型和道路模型下，由轨迹规划生成的轨迹是从区间到车辆姿态向量集的连续映射。轨迹优化的目标是筛选出满足所有可能轨迹曲线边界条件的轨迹曲线，然后找到平滑的、代价最低的曲线。速度规划指，选择一个或多个轨迹后，解决用什么样的速度来行驶。速度规划由车辆当前状态、行驶目标以及轨迹曲率等决定。课堂讲授课堂讨论课堂回顾5分钟1.路径规划的定义？2.路径规划的分类？3.全局路径规划和局部路径规划的目的？课堂提问，课堂讨论作业1.局部路径规划的分类，以及各类型的原理？2.全局路径规划的分类，以及各类型的工作原理？下次上课检查组织教学5分钟上节课程内容回顾、本节课程内容介绍、课前考勤。课堂导入5分钟特斯拉已经实现了智能辅助驾驶，在高速场景实现一定条件的自动驾驶。甚至有人在高速行驶的特斯拉内，看到过睡着的驾驶员。那么它是如何实现自动驾驶的功能的呢，在驾驶过程中，如何做出决策呢？课堂讨论理论课第三部分30分钟1.智能网联汽车是如何进行自动驾驶过程中的行为决策呢？自动驾驶行为决策定义：根据感知到的交通环境，结合汽车的路由意图和当前位置，对车辆进行最合理的行为决策和动作控制。智能网联汽车的行为决策是基于环境感知和导航子系统的信息输出，包括选择哪条车道，是否换道，是否跟车，是否绕道，是否停车等。（1）分类预测模块、行为规划和动作规划等。1）预测模块①功能预测和跟踪环境中交通参与者的行为。传感器模块输出的目标信息包括位置、速度、方向等物理特性和目标分类（行人、车辆、自行车）。预测模块将对象和周围环境结合起来，积累历史数据知识，对感知对象进行跟踪。2）行为规划根据路径规划目标，结合环境感知模块对驾驶环境的描述，以及预测模块对驾驶环境变化趋势的预测，对车辆需要采取的行为做出规划。3）动作规划根据路径规划给出的轨迹、行为规划确定的驾驶模式，按照特定的动作去跟随控制。这些具体的动作规划发送给执行机构实现车辆的运动控制。1.智能网联汽车是如何进行自动驾驶过程中的执行控制呢？（1）车辆执行控制的基础车辆动力学是自动驾驶车辆控制的基础。简易的线性二自由度车辆动力学模型，又称为自行车模型，描述了车辆纵向、侧向、横摆等基本的运动状态，体现了车辆运动过程中典型的轮胎侧偏特性，可以对绝大多数应用场景下车辆运动状态进行比较准确的描述。（2）自动驾驶执行控制的控制内容底盘线控系统（转向系统、制动系统、驱动系统）部件和车身电器系统（灯光、车门、人机交互输入）部件。1）转向系统控制基础要求，人工控制优先。线控转向系统方向盘到车轮间增加主动控制电机，实现对转向系统的主动控制。在传统的电助力转向车辆中，可以通过对助力电机的主动控制实现主动转向，但是也需要在驾驶人干预时主动控制系统能够及时退出，满足人工控制优先的控制需求。2）驱动控制最早实现的主动线性控制系统。电子节气门控制。混合动力、插电式混合动力、纯电动汽车得到了广泛应用。线控驱动控制系统的核心是整车控制器。3）制动系统控制主动产生制动压力，并分配至各车轮制动轮缸，使车辆产生稳定平衡的制动力。核心是液压调节器，其通过电动机推动柱塞泵在内部主缸诱导产生一个稳定的压力源。4）车辆的纵向控制指对车辆前进方向上，行驶速度的控制。纵向控制需要综合规划处的行驶轨迹曲率、交通规则给出的车速限定、人工设定的车速值、环境中相关的目标信息。通过车辆的驱动、传动和制动系统等控制车速。需要考虑驾驶的安全性、舒适性、节能性等综合性能指标。5）车辆侧向控制用于控制车辆保持在规划的行驶轨迹上，直到完成驾驶任务。课堂讲授课堂讨论举例说明课堂回顾5分钟1.自动驾驶行为决策都有哪些种类？2.行为规划指的是什么？3.简述自动驾驶控制中的车辆纵向控制和侧向控制。课堂提问，课堂讨论作业1.自动驾驶控制需要控制的内容是哪些？2.自动驾驶控制的基础是什么？下次上课检查课后反思

《智能网联汽车技术概论》课程授课教案课题汽车总线及车载网络技术授课对象专业：智能网联年级：班级：授课方式讲授法、讨论法、举例课时5授课地点教室教材《智能网联汽车技术概论》教材、PPT、习题、教学视频教具多媒体教学目标学习目标：（1）能够理解CAN总线的原理，熟悉CAN总线在汽车中的应用；（2）能够理解LIN总线的原理，熟悉LIN总线在汽车中的应用；（3）能够理解FlexRay总线的原理，熟悉FlexRay总线在汽车中的应用；（4）能够理解MOST总线的原理，熟悉MOST总线在汽车中的应用；（5）能够理解车载以太网的主要技术，熟悉车载以太网的应用。教学重点（1）CAN总线的原理及应用；（2）LIN总线的原理及应用；（3）FlexRay总线的原理及应用；（4）MOST总线的原理及应用；（5）车载以太网的主要技术及应用。教学难点（1）FlexRay总线的原理及应用；（2）MOST总线的原理及应用；（3）车载以太网的主要技术及应用。教学过程及时间分配教学内容方法及手段组织教学10分钟上节课程内容回顾、本节课程内容介绍、课前考勤。课堂导入5分钟网络通信遍布我们的生活和工作，为我们的工作及生活带来便利。在汽车中，也引进了各种网络，方便车辆的控制，并简化车辆的布线，那么现在智能网联汽车常见的汽车总线都有哪些呢？课堂讨论理论课第一部分25分钟1.常见的车载总线都有哪些，都有哪些？CAN总线、LIN总线、FlexRay总线、MOST总线和车载以太网。2.汽车总线技术是如何产生的？（1）产生背景：汽车电子技术的发展及人们对汽车的动力性、经济性、舒适性、安全性和环保方面的要求，导致电控系统数量不断增加，传统的部件方式，导致布线复杂、成本提高、占用空间、维修复杂等问题。（2）汽车总线的特点汽车电控系统间的通信线束大大减少。节省空间、降低成本、实现资源共享，提高了系统的可靠性和可维修性。1.CAN总线的基础知识。CAN即控制器局域网，由德国博世公司开发，具有国际标准的现场总线，是汽车上应用最多、最为普遍的总线技术，是汽车网络的主流总线。2.CAN总线的结构都包含哪些内容？（1）结构若干节点、两条西湖局传输线（CAN-L和CAN-H）及终端电阻组成。1）节点完成网络数据交换和测控任务。一条CAN总线最多可以连接110条总线。2）数据线双向串行总线。分为CAN-H和CAN-L线。使用双绞线，绞距为20mm，横截面积0.35mm²或0.5mm²。课堂讲述、课堂讨论、课堂举例、课堂演示课堂回顾5分钟1.汽车总线技术产生的背景？课堂提问，课堂讨论作业汽车CAN总线的定义？下次上课检查组织教学5分钟上节课程内容回顾、本节课程内容介绍、课前考勤。课堂导入5分钟汽车上应用最广泛的总线系统是哪个？理论课第二部分30分钟3.CAN总线的硬件结构和网络通信原理（1）CAN节点的硬件结构微控制器、CAN控制器、CAN收发器。目前汽车上多采用内部集成CAN控制器的微控制器。1）CAN控制器具有“数据打包/解包”和“验收滤波”的作用，而CAN收发器具有“边说边听（同时发送和接收）”和“信号转换（数字信号与总线电压信号的转换）”的作用。2）CAN收发器对CAN-H和CAN-L两根线的电压做差分运算后生成差分电压信号，然后采用“负逻辑”将差分电压信号转换为数字信号。（2）CAN总线的整体结构物理层、数据链路层和应用层。（3）CAN总线的仲裁机制分析1）CAN总线的多个节点同事向总线发送数据时，总线上的结果是多个数据的“逻辑与”值。CAN总线利用“数据ID”类表示数据的优先级，数据ID号越小，数据的优先级越高，反之数据的优先级越低。2）CAN总线具有边说边听功能，节点向CAN总线发送数据时，同时也能监听到总线上的数据。（3）CAN总线的验收滤波原理分析每个节点的CAN控制器中都有两个寄存器：验收代码寄存器和验收屏蔽寄存器。根据寄存器的设置，实现CAN总线的验收滤波功能。4.CAN总线的特点（1）优点1）高可靠性、安全性和实时性①采用双绞线和差分电压方式，使其“既能防人，也不害人”即对外抗干扰，对外不产生干扰。②采用“边说边听”方式的无破坏性仲裁。③采用短帧格式，核心数据最多8字节，保证实时性和可靠性。④采用先进的循环冗余校验（CRC），保证可靠性。⑤采用帧内应答，保证实时性。2）通信方式灵活通过验收滤波灵活实现“点对点”“一点对多点”及“全局广播”等多种通信方式。3）通信距离远、通信速率高通信距离最远10km；通信速率最高可达1Mbit/s5.CAN总线在汽车上都有哪些应用？不同品牌汽车使用的CAN总线有所不同（1）大众车系的CAN总线使用多种CAN总线：动力CAN、舒适CAN、信息CAN、仪表CAN、诊断CAN五个局域网。动力CAN波特率500kbps，发动机、变速器、ABS、悬架等部件。舒适CAN波特率100kbps，车门、车窗、空调、电源管理等部件。信息CAN波特率100kbps，自适应巡航、多媒体等。仪表CAN波特率100kbps，仪表等电控单元。诊断CAN波特率100kbps，连接到汽车诊断接口，连接诊断仪。（2）宝马汽车的CAN总线PT-CAN总线、K-CAN总线、F-CAN总线、D-CAN总线。PT-CAN总线波特率500kbps，发动机、变速器、燃油泵等部件。K-CAN总线波特率100kbps，组合仪表、滑动天窗、车身模块、灯光模块、空调等部件。F-CAN总线波特率500kbps，动态稳定控制、DSC传感器、转向柱开关、主动转向等电控单元。D-CAN总线波特率100kbps，连接到汽车诊断接口，连接诊断仪。（3）丰田车型的CAN总线HS-CAN总线和MS-CAN总线HS-CAN总线由1号CAN总线和2号CAN总线组成，波特率500kbps，用于传动系统、底盘和某些车身电器系统通信。MS-CAN总线波特率250kbps，车身电气通信。5.CAN总线在智能汽车上都有哪些应用？在L0到L3级别汽车的智能辅助系统中，是重要组成部分。涉及数据传输带宽要求高的系统，CAN总线技术无法满足需求。课堂讲授课堂讨论课堂回顾5分钟1.CAN总线的物理层结构？2.CAN总线的整体结构？3.CAN总线在大众汽车上的应用？4.CAN总线有哪些优点？课堂提问，课堂讨论作业1.CAN总线在宝马汽车上有哪些应用？2.CAN总线的数据传输特点是什么？下次上课检查组织教学5分钟上节课程内容回顾、本节课程内容介绍、课前考勤。课堂导入5分钟LIN总线是汽车上广泛应用的低速总线，它是谁开发的呢，开发它的目的是什么？课堂讨论理论课第三部分30分钟1.LIN总线概述（1）定义局部连接网络，由宝马、奥迪、奔驰。摩托罗拉、博士、大众和沃尔沃等公司提出的一种低成本的汽车底层串行通信网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。（2）功能为现有汽车网络，提供辅助功能，是一种辅助的串行通信总线网络。（3）应用车上传感器和执行器的联网，是A类车载网络主流总线之一。2.LIN总线具有什么样的结构（1）网络结构一个主节点、一个或多个从节点，所有节点都包含一个从任务，主节点包含一个主任务。1）从任务负责消息的发送和接收2）主任务负责启动LIN总线网络中的通信（2）节点结构微控制器+LIN收发器微控制器通过UART/SCI接口与LIN收发器连接。（3）特点一个网络中最多16个节点传输距离40m。加入新节点，不需要其他从节点进行软件和硬件改动。节点没有地址，“帧”中带标识符。LIN每增加一个节点，网络阻抗降低3%。3.LIN总线数据通信（1）数据通信及波形“信息帧”由信息标题和信息内容组成。通信由主节点发起。信息标题包括同步间隔区、同步分界区、同步区和标识符区，然后由主节点或从节点向LIN总线发送对应的信息内容（数据和对应的校验和）（2）LIN总线的信息传输模式1）主节点请求从节点数据2）主节点向从节点发送数据3）从节点之间发送数据4.LIN总线在汽车中的应用空调系统、舒适系统、供电管理系统、转向盘位置调节系统、轮胎压力检测系统L课堂回顾5分钟1.LIN总线的定义？2.LIN总线的结构及特点？3.LIN总线的应用。课堂提问，课堂讨论作业1.LIN总线有哪些特点？2.LIN总线的信息传输模式？下次上课检查组织教学5分钟上节课程内容回顾、本节课程内容介绍、课前考勤。课堂导入5分钟宝马、奥迪、奔驰等高端汽车的娱乐系统非常豪华，它的多媒体系统，通常有多个显示屏，能够实现音频，视频等多种模式的播放，这些超大的音频数据是如何在主机和显示屏之间传输的呢？课堂讨论理论课第四部分30分钟1.MOST总线概述（1）功能是MediaOrientedSystemsTransport的缩写，是用于多媒体数据传送的网络系统。MOST总线可连接汽车音响系统、视频导航系统、车载电视、高保真音频放大器、车载电话、多碟CD播放器等模块，其数据传输速率最高可达24.8Mbit/s，而且没有电磁干扰。光学总线：DDB、MOST、Byteflight，MOST应用最广。（2）特点不需要额外的主控计算机系统，结构灵活、性能可靠和易于扩展，采用光纤POF（PlasticOpticalFiber）作为物理层的传输介质，支持“即插即用”方式、在网络上可以随时添加和去除设备，具有方便简洁的应用系统界面。MOST一根光纤最多可以同时传输15个频道的CD质量的非压缩音频数据。在一个局域网上，最多可以连接64个节点。2.MOST总线的网络拓扑结构采用环形网络拓扑结构，控制单元通过一根光导纤维沿环形方向将数据传送至环形结构中的下一个控制单元，这个过程一直持续到数据返回至原先传送它们的那个控制单元并接收到这些数据为止，由此，形成了一个闭合的环路。在MOST总线中，各个终端设备（节点、控制单元）之间通过一个数据只沿一个方向传输的环形总线连接，音频、视频信息在环形总线上循环，并由每个节点（控制单元）读取和转发。每个控制单元拥有两根光导纤维，一根光导纤维用于发射器，一根光导纤维用于接收器3.MOST总线的数据类型（1）同步数据：实时传送音频信号、视频信号等流动型数据；（2）异步数据：传送访问网络及访问数据库等的数据包；（3）控制数据：传送控制报文及控制整个网络的数据5.FlexRay（1）概念FlexRay是一种用于汽车高速、可确定性、具备故障容错能力的总线技术。融合了事件触发和时间触发两种方式，具有高效的网络利用率和系统灵活性特点，可以作为新一代汽车内部网络的主干网络。是一种汽车工业的事实标准。用于线控转向和线控刹车等需要高实时安全性的系统中，2006年首次应用于量产车，作为数据主干网用在了BMWX5的悬架系统上（2）特点高可靠性，特别是冗余通信能力。通过硬件实现全网配置复制和进度监控。支持多种拓扑，如总线、星型和混合拓扑。双通道，每个通道最高速率10Mbit/s，两个通道上的数据总速率20Mbit/s。（冗余与纠错能力）L课堂回顾5分钟1.MOST总线主要应用在汽车的哪些系统？2.MOST总线的网络结构及特点？3.LINMOST总线的数据类型？4.FlexRay总线的网络结构及特点。课堂提问，课堂讨论作业1.MOST总线的网络结构及特点？2.FlexRay总线的网络结构及特点？下次上课检查组织教学5分钟上节课程内容回顾、本节课程内容介绍、课前考勤。课堂导入5分钟以太网是我们生活中最常见的网络，它的宽带宽，网速快。现在随着汽车网联化和智能化的到来，传统车载网络已经满足不了承载能力，于是以太网开始与汽车进行融合。课堂讨论理论课第五部分30分钟1.车载以太网的相关技术汽车智能化、网联化甚至自动驾驶时代已经到来，ADAS技术的不断创新，高质量汽车娱乐音频和视频的应用，以及OTA远程升级、V2X、大数据、云计算等技术的发展都取得了进展。车载网络容量需求的爆炸性发展明显超过了传统车载网络（如CAN或FlexRay）的承载能力，这也是以太网和汽车深度融合的机会。（1）现有的主流车载网络技术（2）车载以太网的物理层技术（1）适合车辆环境的以太网物理层元件迈威尔（Marvell）与麦瑞半导体（Micrel）在2012年9月发布了全球首款，完全符合IEEE802.3标准的用于车载网络的以太网实体元件，最高可支持100Mbit/s的速率。目前市场上符合AECQ-100标准的以太网设备也并不单一，而且针对汽车市场的需求加强了ESD保护（静电保护），可以很好地适应汽车环境变化。（2）BroadR-Reach100Mbit/s汽车以太网博通公司针对汽车环境开发的数据传输技术，其特点是可用一对UTP（非屏蔽双绞线）实现100Mb/s的传输速度。使用恩智普TJA1100为物理层组件接口鲁棒性和发射性能，满足严格的汽车公寓EMC需求，可以支持25m的电缆长度。域架构使用高速骨干网通信，大量减少ECU与电缆数量。使用但对非屏蔽双绞线电缆的BroadR-Reach技术。（3）IEEERTPGE及PoE技术1）PoE技术以太网供电技术（PoE）是一种可以通过CAT5线缆传输数据信号的同时为该以太网设备进行直流供电的技术。①IEEE802.3af（15.4W）是第一个PoE标准，是现在PoE应用的主流实现标准。②IEEE802.3at（25.5W）大功率终端标准，在兼容IEEE802.3af的基础上，提供更大的供电需求，可以满足视频监控系统等大功率应用的需求。2）1PPoDL技术使用一对数据线供电。3）IEEERTPGE技术目标是利用少于四对的信号线来实现1Gbit/s传输速度，为汽车提供线束更少，速度更高的以太网链接标准。（3）车载以太网的链路层协议1）传统以太网上车的问题非实时性：网络负荷较大时，网络传输的不确定性不能满足工业控制的实时性要求。事件触发传输模式：随时访问网络，对于端系统的服务也是先到先服务。导致几个端系统需要在同一传输媒介上进行数据通信时，产生的传输时延和时间抖动会积累。2）汽车领域以太网对实时数据的传输解决方案：以太网音频、视频桥接（EAVB）时间触发以太网（TTEthernet）①IEEE时间敏感网络TSN以太网音频视频桥接技术（EthernetAudio/VideoBridging，EAVB）是在传统以太网络的基础上，使用精准时钟同步，通过保障带宽来限制传输延迟，提供高级别服务质量以支持各种基于音视频的媒体应用。②TTEtherneta）概念时间触发以太网（TimeTriggeredEthernet，TTEthernet）是一种基于IEEE802.3以太网之上的汽车或工业领域的实时通信候选网络，它允许实时的时间触发通信与低优先级的事件触发通信共存，使以太网具备满足高安全等级的系统要求的同时，依然可以承担对实时性要求不过分严格但仍然有高带宽的以太网传输需求。b）TTEthernet支持三种不同的消息类型：时间触发（TT）速率约束（RC）尽力而为（BE）TT消息优先于所有其他类型，而RC帧是保证提供预留的带宽，BE帧可以看作是标准以太网。c）TTEthernet应用高级驾驶辅助系统（ADAS）多媒体、高带宽可靠数据通信、保证数据传输速率的音频和视频X-By-Wire线控系统（4）TSN和TTE对比（4）车载以太网拓扑星型、菊花链型、树形1）星型拓扑结构管理方便、极易扩展、安装维护成本低需要专用的网络设备（交换机）作为核心节点，对核心设备负担较重，可靠性要求高，各节点的分布处理能力低。2）菊花链型拓扑结构由星型结构的基础网络构成，通过菊花链或串行的方式增加下一个节点拓扑结构容易扩展，各站点可以分布处理，网络设备的负担相对较轻，但节点之间的通讯相对较复杂，安装维护成本较高。3）树型结构结合以上两种拓扑结构良好的分布处理性能和安装维护成本1.车载以太网的应用通用性、开放性、高带宽、易互联的特性车载以太网的发展分3个阶段（1）第一阶段：子系统级别单独在某个子系统使用以太网。已经在整车上实施，如基于DoIP标准的OBD诊断设备；使用IP摄像头的驾驶辅助系统。（2）第二阶段：架构级别将几个子系统功能整合，形成一个拥有功能集合的小系统将多媒体，驾驶辅助和诊断界面结合在一起，融合传感器、全景摄像头及雷达等多种数据。（3）域级别以太网为车载网络骨干，集成动力总成、底盘、车身、多媒体、辅助驾驶。辅助驾驶系统采用以太网传输高清摄像头和高精度雷达数据；娱乐系统使用以太网传输视频和音频数据；车辆相关数据（车辆状态数据、道路环境高清视频数据、雷达数据）；通过V₂X与外部云平台、基站、数据控制中心传输数据。L课堂回顾5分钟1.解释车载以太网的物理层技术-BroadR-Reach100Mbit/s汽车以太网？2.IEEERTPGE及PoE技术特点？3.汽车领域以太网对实时数据的传输解决方案及其各自的特点？4.车载以太网拓扑结构。5.车载以太网的发展阶段。课堂提问，课堂讨论作业1.车载以太网拓扑结构种类及各自特点？2.车载以太网的发展阶段？下次上课检查课后反思

《智能网联汽车技术概论》课程授课教案课题智能网联汽车通信技术授课对象专业：智能网联年级：班级：授课方式讲授法、讨论法、举例课时5授课地点教室教材《智能网联汽车技术概论》教材、PPT、习题、教学视频教具多媒体教学目标学习目标：（1）熟悉智能网联汽车的V2X含义和功能；（2）熟悉智能网联汽车V2X的实现方式；（3）了解移动网络通信技术的发展；（4）熟悉5G网络的关键技术及其在V2X中的应用；（5）熟悉几种常见的物联网无线通信技术及其在V2X中的应用。教学重点（1）智能网联汽车的V2X功能；（2）移动网络通信技术的发展；（3）5G网络的关键技术及其在V2X中的应用；（4）常见的物联网无线通信技术及其在V2X中的应用。教学难点（1）5G网络的关键技术及其在V2X中的应用；（2）常见的物联网无线通信技术及其在V2X中的应用。教学过程及时间分配教学内容方法及手段组织教学10分钟上节课程内容回顾、本节课程内容介绍、课前考勤。课堂导入5分钟现在提出了万物互联的概念，智能网联汽车也提出了何亮自身和外界信息交换的要求，叫做V2X,今天我们要讲的内容就是V2X。课堂讨论理论课第一部分25分钟1.智能网联通信技术包含哪些通信技术移动通信技术和物联网无线通信技术。2.V2X是什么意思？V2X是VehicletoEverything的英文缩写，即车辆自身和外界事物之间的信息交换。V2X作为智能网联汽车通信技术的核心，车辆自身主要与以下外界事物进行信息交换。（1）V2VVehicletoVehicle的英文缩写，即车辆自身与其它车辆之间的信息交换。包括以下几点：①当前本体车辆的行驶速度与附近范围内车辆的行驶速度进行信息内容的交换； ②当前本体车辆的行驶方向与附近范围内车辆的行驶方向进行信息内容的交换；③当前本体车辆紧急状况与附近范围内车辆的行驶状况进行信息内容的交换。（2）V2I是VehicletoInfrastructure的英文缩写，即车辆自身与基础设施之间的信息交换。包括红绿灯、公交站台、交通指示牌、立交桥、隧道、停车场等。车辆自身与基础设施之间的信息交换内容。包含以下几点：①车辆的行驶状态与前方红绿灯的实际状况进行信息内容的交换；②车辆的行驶状态与途经公交站台的实际情况进行信息内容的交换；③车辆当前行驶的方向和速度与前方交通标志牌所提示的内容进行信息上的交换；④车辆的行驶状态与前方立交桥或隧道的监控情况进行信息内容的交换；⑤车辆的导航目的地与停车场空位情况进行信息内容的交换。（3）V2PVehicletoPedestrian的英文缩写，即车辆自身与外界行人之间的信息交换。包含内容：①车辆自身的行驶速度与行人当前位置进行信息内容的交换；②车辆自身的行驶方向与行人当前位置进行信息内容的交换。（4）V2R是VehicletoRoad的英文缩写，即车辆自身与道路之间的信息交换。两大类型，一类是车辆自身与城市道路之间的信息交换，另一类是车辆自身与高速道路之间的信息交换。包含内容：①车辆自身的行驶路线与道路当前路况进行信息内容的交换；②车辆自身的行驶方向与前方道路发生的事故进行信息内容的交换；③车辆行驶的导航信息与道路前方的路标牌进行信息内容的交换。（5）V2N是VehicletoNetwork的英文缩写，即车辆自身或驾驶人与互联网之间的信息交换。车辆驾驶人通过车载终端系统向互联网发送需求，从而进行诸如娱乐应用、新闻资讯、车载通信等；车辆驾驶人通过应用软件可及时从互联网上获取车辆的防盗信息。包括内容：①车辆自身的行驶信息和传感器数据与互联网分析的大数据结果进行信息内容的交换；②车辆终端系统与互联网上的资源进行信息内容的交换；③车辆自身的故障系统与互联网远程求助系统进行信息内容的交换。3.智能网联汽车V2X功能的实现条件实现车辆自身的智能化-车载传感器的感知功能、汽车数据通信处理能力以及数据分析后的决策功能。实现了车辆智能化，才能利用网络通信技术实现智能网联汽车V2X的功能。）课堂回顾5分钟1.智能网联通信技术包含哪些通信技术？2.V2X都包含哪些内容？3.智能网联汽车V2X功能的实现的基础是什么？课堂提问，课堂讨论作业1.简述V2V的含义以及所包含的内容？2.简述V2I的含义以及所包含的内容？3.智能网联通信技术包含哪些通信技术？下次上课检查组织教学5分钟上节课程内容回顾、本节课程内容介绍、课前考勤。课堂导入5分钟大家对移动网络通信技术并不陌生，我们的手机通信，微信聊天功能都使用了移动通信技术。那么它是如何发展来的呢，都包含哪些内容呢？理论课第二部分30分钟1.移动网络通信技术的发展。（1）概念是一种综合技术的应用，它是由有线通信技术和无线通信技术融合而成，具体是指通过移动网络信号系统，作为主体的人或设备可在不受位置约束的条件下，与固定位置或正在发生位移的另一方的主体人或设备进行通信的方式。（2）组成由空间系统（如卫星等）、地面系统（如地面基站、交换中心等）（3）移动网络通信技术发展技术名称出现年份最高传输速率第一代移动通信网络（1G）1980年2.4Kbit/s第二代移动通信网络（2G）1990年150Kbit/s第三代移动通信网络（3G）2000年6Mbit/s第四代移动通信网络（4G）2010年100Mbit/s第五代移动通信网络（5G）2020年至少1Gbit/s1）1G网络第一代移动网络通信技术采用了模拟信号技术，在蜂窝基站的作用下，网络信号在邻近的各个基站之间进行相互的传递。实现了移动电话的语音通话功能，典型应用案例--大哥大。2）2G网络第二代移动网络通信技术采用数字信号进行网络通信，提高了通话质量和通信系统的存储容量。典型的应用--短信和手机铃声。3）3G网络第三代移动网络技术四大标准，分别为CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、WIMAX的无线接口标准。我国支持3个标准：中国联通的WCDMA、中国电信的CDMA2000、中国移动的TD-SCDMA。4）4G网络WLAN是英文WirelessLocalAreaNetworks的缩写，即无线局域网络。WLAN遵循由国际电气和电子工程学会（IEEE,InstituteofElectricalandElectronicEngineers）所定义的无线网络通信IEEE802.11标准。4G网络将3G网络技术和WLAN技术有效的融合在一起，使网络传输速率和传输质量较之前相比，得到了大幅度的提高。目前4G网络制式共有两种，LTE-FDD和LTE-TDD。①LTE-FDDLTE是LongTermEvolution的英文缩写，即长期演进（3D技术演进）；FDD是FrequencyDivisionDuplex的缩写，即分频双工。全球通用的4G标准，广泛应用。波特率：上行传输速率150Mbit/s，下行传输速率50Mbit/s。②LTE-TDDTDD是TimeDivisionDuplex的缩写，即分时双工。我国自主研发并实行的4G通信标准。波特率：上行传输速率100Mbit/s，下行传输速率50Mbit/s。5）5G网络第五代移动通信网络。传输速率可达4G网络的百倍之多。使得物联网能够获得更加广泛应用，包括智能网联汽车、机器人、智慧城市、智慧农场等。①5G的网络架构：遵从3GPP。3GPP是3rdGenerationPartnershipProject的缩写，《第三代伙伴计划协议》包含独立组网模式SA、非独立组网模式NSA。独立组网模式是指需要全新打造5G网络环境，如5G基站、5G核心网等。非独立组网模式是指在现有的4G硬件设施基础上，实施5G网络的部署工作。②3GPP定义了5G网络的三大应用场景a）eMBB是EnhancedMobileBroadband的缩写，即增强移动宽带。用户与用户之间的高质量通信体验。带宽1Gbit/s，满足超高清视频、进行虚拟现实和增强现实的需求。b）mMTCMassiveMachineTypeCommunication的缩写，即海量机器类通信。用户与物体之间的交互通信体验，为低成本、低消耗的硬件设备提供海量连接方式。应用于大规模物联网和智能网联技术两种类型：短距离通信技术、低功耗广域网通信技术c）URLLCUltra-ReliableLow-LatencyCommunication的缩写，即极可靠低延迟通信对机器机械类远程控制的可靠性、安全性和低延迟性。课堂讲授课堂讨论课堂回顾5分钟1.一共发展了几代通信技术？2.我国现在常用的同信技术是几代通信技术？3.五代通信技术的三大应用场景是什么？课堂提问，课堂讨论作业1.简述4G网络的网络制式的内容。2.我国的移动、联通和电信分别使用了哪个移动通信标准？下次上课检查组织教学5分钟上节课程内容回顾、本节课程内容介绍、课前考勤。课堂导入5分钟目前速度最快且应用广的移动通信技术是5G,那么它是如何在V2X上应用的呢？课堂讨论理论课第三部分30分钟1.5G网络的关键技术（1）设备到设备的通信D2D是DevicetoDevice的英文缩写，即设备到设备的通信。指在一定距离范围内，设备之间的直接通信。1）5G网络环境下D2D优势①提高频谱使用效率。设备之间直接进行通信。②增强用户体验。一定距离范围，用户资源实现共享。③拓展网络应用。2）5G网络环境下D2D应用场景①本地业务，如用户资源共享。②应急通信，如自然灾害导致通信基础设施遭到破坏后，用户通过D2D技术仍可进行通信。③物联网增强，如智能汽车的V2X功能。（2）大规模输入输出技术指通过大规模天线阵列进行信号的发射和接收.（3）高频段传输5G网络的建设分为两大频谱：低频段和高频段。低频段：在3GHz以上且小于6GHz的频段；高频段：大于30GHz频段的毫米波移动通信技术。（4）高密集组网由于高频段导致网络覆盖面积减少，所以为了增加网络的覆盖范围，需要采用高密集度的组网建设方式。2.5G网络在V2X中的应用（1）数据传输能力强利用增加的数据传输能力，可以提高车辆运输的安全性，这包括在智能网联汽车之间共享传感器数据，使用宽带支持改善定位，以及为自动驾驶共享高精三维地图等。（2）解决智能网联汽车目前网络资源有限的问题基于D2D技术的5G网络将实现车辆与车辆之间、车辆与道路、车辆与行人、车辆与公共设施之间的多通道通信。5G通信技术在智能网联汽车上的应用上将解决目前网络资源有限的问题。（3）针对V2X的应用需求5G大容量传输可用于采集海量的道路环境数据或车辆与云端之间的环境感知数据传输。低延迟直接连接可以实现V2X：车辆与车辆、车辆与道路、车辆与人、人与道路的协同通信，解决通信数据安全和用户隐私信息保护问题，提高V2X通信的利用率。（4）接入动态频谱在车辆组网应用场景中，车辆终端通过感知无线通信环境获取当前的频谱信息，快速接入空闲频谱，并与其他终端进行有效通信。动态频谱接入提高了频谱资源的利用率。（5）超庞大的网络容量5G通信网络预计将具有超庞大的网络容量，为每个用户提供每秒千兆数据的速率。5G网络下V2V通信的最大距离约为1000米，为V2X通信提供高速下行和上行数据传输速率，以便提高车辆之间数据传输的及时性和准确性。（6）实现车辆本身与外界物体的通信功能智能网联汽车结合了大数据和通信技术，通过5G网络可实现车辆本身与外界物体的通信功能。车辆本身在实现智能化的前提下，可自动激活识别和被识别功能，主要包括自动开启环境感知功能、自动开启数据处理的决策功能、自动开启车辆的控制功能。（7）解决车辆安全驾驶问题智能网联汽车技术真正的难点是安全问题，5G技术应用的真正目的其实就是解决车辆安全驾驶的问题，以达到最大限度地减少或减免交通事故的出现，保护车辆数据安全，收集数据，集成数据，实现最大化的安全策略。L课堂回顾5分钟1.D2D是什么意思？2.5G网络的关键技术有哪些？2.5G网络环境下D2D优势？3.5G网络在V2X应用的优势。课堂提问，课堂讨论作业1.5G网络环境下D2D优势？2.5G网络环境下D2D应用场景有哪些？下次上课检查组织教学5分钟上节课程内容回顾、本节课程内容介绍、课前考勤。课堂导入5分钟说道物联网，这个概念大家都不陌生。那么它都包含哪些内容，有哪些技术支撑？课堂讨论理论课第四部分30分钟1.物联网无线通信技术（1）概念指车辆、硬件设备、家用电器、公共设施与电子产品、应用软件、控制器、传感器，分别连接到互联网当中，并通过无线网络技术进行信息交换。无线网络通信以移动网络通信技术为基础。（2）根据连接方式分类：设备之间直接通信：蓝牙通信技术和红外线通信技术。设备之间通过中间设备通信：Wi-Fi通信技术。（3）根据需求分类短距离无线通信技术低功耗关于网通信技术。2.短距离无线通信技术蓝牙、Wi-Fi、射频识别、Zigbee（1）Wi-Fi通信技术1）定义WirelessFidelity的缩写，是无线局域网络认证标准。IEEE802.11标准。2）IEEE802.11标准简述全球目前无线局域网的通用标准。定义了MAC层和物理地址标准。MAC叫媒介访问控制。MAC地址又称局域网地址或以太网地址。MAC地址出厂时，已经设定，不能更改，具有唯一性。IEEE802.11p是车用电子无线通信标准。3）Wi-Fi通信条件无线路由器、具有无线网卡的硬件设备。4）Wi-Fi通信技术特点优势无线电波覆盖范围较广，在室内超远覆盖可达100m左右，室外覆盖距离400m左右。传输速率高无线数据传播模式缺点安全性较低易受干扰功耗较高组网能力低（2）蓝牙通信技术1）概述适用于短距离范围内的无线通信标准。最新版本5.0标准。2）特点优点：功耗低低延时较高安全性有效范围内可无视障碍物进行连接缺点传输距离短传输速率低（3）射频识别技术英文简写：RFID1）应用物联网应用中常用的短距离通信技术2）原理通过无线电信号对目标物体进行自动识别以及数据信息的读取工作。3）结构电子标签、读写器、应用软件4）七大特性①超强的抗干扰性②电子标签具有相对较高的存储空间，1M以上。③通过编程技术对RFID电子标签的数据信息进行动态修改。④较长的使用寿命。⑤对障碍物的穿透能力强。⑥具有较高的安全性。⑦可同时对多个RFID产品进行快速扫描及数据信息的读取。5）按技术特性分类无源RFID产品、有源RFID产品。半有源RFID产品。①无源RFID产品本身不携带电池，无法自行激活必须获取到从外部读写器的射频信号才能够将自身的电子标签进行激活。只适用于近距离通信，10m以内。如：饭卡、公交卡门禁卡。②有源产品自身配有电池，无需使用外部读写器获取射频信号就可以自主激活。具有较远距离的识别功能范围100m。如：智慧停车场、智慧交通、智慧农场。③半有源RFID产品低频激活技术，结合了有源和无源的工作特点。只有进入低频信号激活范围，才被激活使用，其他时间都处于休眠状态或数据上传状态，不会主动向外发出射频信号。违章摄像头、交通监视器6）缺点成本偏高涉及隐私泄露问题金属物体或有水环境时易受干扰没有统一行业标准规范（4）Zigbee通信技术1）概述紫蜂协议，是一种小范围、低功耗、低速率、低成本的无线自组织网络技术。基于IEEE802.15.4标准的局域网协议。2）应用领域自动化领域和远程控制领域3）协议框架构成一部分IEEE802.15.4定义的底层标准协议；另一部分在IEEE802.15.4基础上扩充的标准协议。两种物理层：第一种是869/915MHz的物理层，传输速率低，20lbit/s和40lbit/s；第二种是2.4GHz的物理层，传输速率高，250lbit/s。4）网络节点类型协调器、路由器、终端设备①协调器作用为每个设备分配一个唯一的网络地址。为整个网络选择一个唯一的16位PANID。PAN指个人局域网，是电子设备与通信设备之间进行通信的网络。通过个人局域网ID，使网络连接中的各设备间进行通信。对网络中传输的数据信息进行初始化、转发和终止服务。②路由器作用允许新加入设备扩充网络覆盖范围。可为休眠状态的终端保存数据信息。③终端设备的作用对无线网络中的数据信息进行采集。5）Zigbee网络拓扑结构星状网络、树状网络、网状网络L课堂回顾5分钟1.短距离无线通信都包含哪些种类？2.物联网的概念是什么？3.Wi-Fi的优点和缺点是什么？4.Zigbee网络节点的结构，以及各部分的特点是什么。课堂提问，课堂讨论作业1.射频通信技术的分类？2.简述Zigbee通信技术。下次上课检查组织教学5分钟上节课程内容回顾、本节课程内容介绍、课前考勤。课堂导入5分钟物联网除了需要短距离通信技术，还需要长距离通信技术，这就是低功耗广域网通信技术。它具有什么特点，都有哪些类型？课堂讨论理论课第五部分30分钟1.低功耗广域网通信技术（1）LPWAN通信技术概念是Low-PowerWide-AreaNetwork的英文缩写，即低功耗广域网络。LPWAN技术在物联网应用中可实现大范围网络覆盖。（2）特点低带宽、低功耗、远距离、海量连接（3）类型LoRa通信技术，未获得授权频段使用技术NB-IoT通信技术，授权频段下使用技术1）LoRa通信技术①概述LongRange的英文缩写，翻译远距离大范围无线通信，称为劳拉。物联网行业中被广泛应用。在ISM频段（工业、科学、医学）中进行应用。ISM频段只对工业、科学以及医学机构开放。无需进行授权或缴纳费用。LoRaWan是LoRa广域网标准，属于开放式标准，规范LoRa技术在LPWAN中的通信协议。②结构LoRa终端设备、基站、应用服务器和云服务器③特点优点远距离通信，20千米低功耗多节点，10万级缺点频段易受干扰需重新建立网络信号塔和基站2）NB-IoT通信技术①概念窄带物联网技术，构建于蜂窝网络，只消耗180kHz的带宽，可直接部署GSM网络、UMTS网络或LTE网络。属于物联网领域的新技术②特点广覆盖、低成本、低功耗、支持海量连接。③应用架构结构NB-IoT终端、NB-IoT信息邮局、NB-IoT人机交互系统3）LoRa通信技术与NB-IoT通信技术对比技术参数NB-IoTLoRa技术特点蜂窝网络线性扩频网络部署可复用现有蜂窝基站需重新建设信号塔和基站使用频段运行商频段ISM频段传输距离远距离1～20km速率小于200Kbit/s0.3～50Kbit/s连接数量每小区20万个连接每基站20～30万连接终端电池持续工作时间约10年约10年终端设备中模块的成本约40～100元人民币约10～50元人民币2.物联网无线通信技术在智能网联汽车上的应用智能网联汽车是物联网应用中的一个重要领域。（1）物联网在智能网联汽车上服务的内容智能网联汽车将导航系统、终端系统，以及多种传感器设备通过无线网络技术进行连接，并最终实现车与车、车与公共设施、车与人、车与路、车与平台之间的信息交换。（2）智能网联汽车无线通信网络的需求车辆在位移过程中，需要进行快速位移活动，对网络数据信息的实时性有较高要求。低延迟、覆盖广、多连接（3）物联网通信无线通信技术实现智能网联汽车V2X的优势：继承移动网络的所有优点采用多种技术组合应用低功耗覆盖范围广（4）物联网无线通信技术在智能网联汽车应用场景：1）智能网联汽车行驶过程中遇到前方出现紧急情况，通过蓝牙通信技术向驾驶人发出提示信息；2）智能网联汽车在行驶中突发故障时，两种解决方案。第一种，通过Wi-Fi通信技术，通过车辆终端系统向平台发送支援请求；第二种，通过Zigbee网络技术向附近车辆发出支援请求。3）智能网联汽车在自动驾驶过程中，可通过射频识别技术获取前方道路信息并对行驶方向进行控制与调整。4）可通过Rola和NB-IoT通信技术，打造车与车、车与路、车与互联网的低功耗广域网络。课堂讲解、课堂讨论、课堂展示、课堂提问课堂回顾5分钟1.低功耗广域网络都有哪些类型？2.LPWAN技术的特点？3.LoRa广域网的结构及优缺点？4.说说NB-IoT的应用架构结构。5.物联网无线通信技术在智能网联汽车应用场景有哪些。课堂提问，课堂讨论作业1.物联网通信无线通信技术实现智能网联汽车V2X的优势？2.低功耗广域网络都有哪些类型，及各自的特点？下次上课检查课后反思

《智能网联汽车技术概论》课程授课教案模板课题ADAS与智能网联汽车的应用授课对象专业：智能网联年级：班级：授课方式讲授法、讨论法、举例课时2授课地点教室教材《智能网联汽车技术概论》教材、PPT、习题、教学视频教具多媒体教学目标学习目标：（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。教学重点（1）ADAS的含义；（2）ADAS预警类辅助驾驶系统的组成和主要功能；（3）ADAS控制类辅助驾驶系统的组成和主要功能；（4）当前ADAS在汽车中的应用车型及自动驾驶功能；（5）当前智能网联汽车的应用车型及自动驾驶功能。教学难点（1）ADAS在汽车中的应用车型及自动驾驶功能；（2）智能网联汽车的应用车型及自动驾驶功能。教学过程及时间分配教学内容方法及手段组织教学10分钟上节课程内容回顾、本节课程内容介绍、课前考勤。课堂导入5分钟如今，ADAS越来越流行，越来越多的汽车都加装了ADAS的各种功能。那么ADAS究竟是一种什么功能？大家有没有清晰的概念？课堂讨论理论课第一部分25分钟1.高级驾驶辅助系统及应用（1）ADAS概述是AdvancedDriverAssistanceSystems的缩写，意为高级驾驶辅助系统。1）ADAS定义根据全国汽车标准化技术委员会定义利用安装在车辆上的传感、通信、决策及执行等装置，监测驾驶人、车辆及其行驶环境，并通过影像、灯光、声音、触觉提示/警告或控制等方式辅助驾驶人执行驾驶任务，或主动避免/减轻碰撞危害的各类系统的总称。2）功能有更快捷的主动安全技术信息处理，使驾驶人能够尽可能短的时间内发现危险，以引起注意并提高安全意识。早期技术主要基于被动预警。3）先进技术应用①使用摄像头、毫米波雷达、激光雷达和超声波雷达，检测光、热、压力或其他外部环境变量。②ADAS技术自适应巡航、自动紧急制动、交通标志识别、盲点检测、变道辅助、车道偏离预警。2.ADAS技术路线从预警系统到干预系统的升级：盲点检测+车道偏离警告发展为车道保持及换道辅助系统将主动安全系统与被动安全系统结合：预碰撞安全带预紧及自动紧急制动。（1）预警类辅助驾驶系统预警识别方法：1）后视摄像头用于倒车辅助、行车后碰撞预警2）前视摄像头监控图像信息、识别物体距离、大小、形状用于车道偏离预警、自动车道保持辅助、近光/远光控制、交通标志识别。3）检测传感器短程、中程和长程传感器。超声波雷达、毫米波雷达超声波雷达用于停车辅助毫米波雷达用于自适应巡航、碰撞保护和碰撞预警传感器融合视觉信息与电子地图结合，提高交通识别系统识别率4）预警系统主要功能驾驶人疲劳监测、驾驶人注意力监测、车辆监测、交通标志识别、智能限速提醒、弯道速度预警、抬头显示、全景影像监测、夜视、行人监测、前向车距监测、前碰撞预警、后碰撞预警、车道偏离预警、变道碰撞预警、盲区监测、侧面盲区监测、转向盲区监测、后方交通穿行提示、前方交通穿行提示、车门打开预警、倒车环境辅助、低速行驶环境辅助。（2）控制类辅助驾驶系统1）系统组成GPS和摄像头检测模块、通信模块和控制模块2）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。①GPS和摄像头检测模块摄像头用于减少视觉盲区。驾驶辅助系统利用GPS和摄像头检测模块获取车辆的驾驶数据（位置、速度、接近距离）摄像头相当于“盲区探测器”，前摄像头检测转完后的路况，判断是否有车辆接近；后摄像头可看到后车行驶状况，判断后车是否影响本车的转弯和超车。②通信模块驾驶辅助系统需要多个系统协同信息，实现功能，需要通过通信系统实现各模块之间的信息交换。通信信息有：GPS和摄像头获取的状态信息以及车辆位置、行驶速度、制动力矩等传感信息，每秒大约传输5-50次。危险情况警告信息。③控制模块它是车辆控制的核心，控制器根据输入信号判断车辆的状态，经过算法运算，实现子系统各种功能。3）控制类辅助驾驶系统功能自动紧急制动、紧急制动辅助、自动紧急转向、紧急转向辅助、智能限速控制、车道保持辅助、车道居中控制、车道偏离抑制、智能泊车辅助、增强现实导航、自适应巡航控制、全速自适应巡航控制、交通拥堵辅助、加速踏板误踩、酒精闭锁、自适应远光灯、自适应前照灯、远光自动控制。课堂讲授、课堂举例、课堂展示、课堂讨论、课堂演示课堂回顾5分钟1.简述ADAS定义。2.ADAS的两条技术路线是什么？3.预警类辅助驾驶系统常见类型，要求5个以上。4.控制类辅助见识系统常见类型，要求5个以上。课堂提问，课堂讨论作业1.预警类辅助驾驶系统的研发理念是什么？2.预警类辅助驾驶系统的研发理念是什么？下次上课检查组织教学5分钟上节课程内容回顾、本节课程内容介绍、课前考勤。课堂导入5分钟智能网联汽车正在悄然进入我们的生活，无人驾驶出租车、无人送餐车、无人扫地车、无人巴士……无不印证无人驾驶快步融入我们的生活。那么汽车智能化和网联化是如何演进的呢？理论课第二部分30分钟1.智能网联汽车的应用。（1）汽车智能化和网联化的演进驾驶辅助到自动驾驶→自动驾驶到无人驾驶→无人驾驶到人车协同共驾。（2）智能化和网联化的最终目标实现真正的无人驾驶，驾驶完全交给无人驾驶系统（3）自动驾驶系统面临的挑战算法、可靠性、安全性、高精度地图定位等。（4）自动驾驶出租车百度、文远知行、小马智行、Waymo、智行者等（5）自动配送车1）自动驾驶卡车：初创公司：图森未来、赢彻科技、智加科技、主线科技主流汽车制造商：奔驰、沃尔沃、特斯拉；一汽解放、上汽红岩、中国重汽2）矿山场景自动驾驶集中在运输无人化领域相关企业：慧拓智能、踏歌智行、易控智驾、路凯智行3）港口场景自动驾驶自动导引运输车AGV、无人跨运车ASC和无人驾驶集卡相关企业：主线科技、西井科技、斯年智驾课堂讲授课堂讨论课堂回顾5分钟1.汽车智能化和网联化是如何演进的？2.智能化和网联化的最终目标是什么？3.现阶段自动驾驶的主流车型？课堂提问，课堂讨论作业1.简述现阶段自动驾驶的主流车型，以及相关企业。下次上课检查课后反思

《智能网联汽车技术概论》课程授课教案课题智能网联汽车操作系统与平台应用授课对象专业：智能网联年级：班级：授课方式讲授法、讨论法、举例课时4授课地点教室教材《智能网联汽车技术概论》教材、PPT、习题、教学视频教具多媒体教学目标学习目标：（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。教学重点（1）Linux操作系统的特点；（2）Linux操作系统在智能网联汽车中的应用；（3）ROS的特性及其在智能网联汽车中的应用；（4）Gazebo的特点及其在智能网联汽车中的应用。教学难点（1）Linux操作系统的特点；（2）Linux操作系统在智能网联汽车中的应用；（3）ROS的特性及其在智能网联汽车中的应用；（4）Gazebo的特点及其在智能网联汽车中的应用。教学过程及时间分配教学内容方法及手段组织教学10分钟上节课程内容回顾、本节课程内容介绍、课前考勤。课堂导入5分钟智能网联汽车需要使用电脑操控车辆，这个电脑与我们平时使用的电脑是否相同，使用的操作系统是否相同呢？今天讲一讲他们的差别。课堂讨论理论课第一部分25分钟1.智能网联汽车的操作系统（1）Linux概述当前使用广泛的PC端操作系统，移动端的重要角色，Android系统以Linux内核为基础开发。支持Linux系统的汽车厂家：捷豹、路虎、本田、日产支持Linux系统的国内电子设备厂家：ATS、富士通、哈曼、英特尔、LG、NEC、松下、三星。（2）Linux版本Ubuntu、RedHat、CentOS、Debian、FedoraCore、SuSE、Gentoo、Arch、Kali、Slackware（3）Linux内核1）简介包括内核的抽象和对硬件资源的间接访问，以统一的方式支持多任务处理。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，并使每个进程在安全的操作中不相互干扰。2）组成进程调度、内存管理、虚拟文件系统、网络接口、进程之间的通信①进程调度概念：进程是系统在运行程序时，该程序实时所获得的资源分配以及优先级的调度情况。功能：每个程序至少包含一个进程。进程调度就是实时处理各个进程之间的优先级关系，根据进程的优先级来决定该进程的运行状态。地位：是其余4个子系统的枢纽。②内存管理控制系统中正在运行进程之间的内存共享区域。③虚拟文件系统Linux系统把文件、目录、设备、套接字都定义成文件。并且提供了统一的文件接口。④网络接口为Linux系统在网络通信过程中，提供对网络协议标准的存取和网络硬件的支持。⑤进程之间的通信为Linux支持进程之间的相互通信机制。包括：套接字、信号、报文、共享内容等。（3）Linux特点1）系统源码完全开放，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，可以长时间连续进行。4）应用领域广泛计算机设备、路由器、机顶盒、手机、平板电脑、嵌入式设备。5）本身消耗的内存少。（4）Linux系统在智能网联汽车上的应用作为基础系统被许多顶级汽车制造商选择作为汽车开源软件平台汽车音频或信息娱乐中心远程信息处理系统仪表板Linux运行智能网联汽车功能是一种趋势。课堂讲授、课堂举例、课堂演示、课堂提问课堂回顾5分钟1.简述Linux系统。2.Linux都有哪些版本？3.Linux内核的特点。4.Linux内核的组成。课堂提问，课堂讨论作业