智能网联汽车感知系统装调与故障诊断-教案 项目五 认识与应用激光雷达

、一体化教学设计授课教师：授课班级：学时数：授课日期：一体化教学场所：教学目标能力目标知识目标素质目标1.能掌握激光雷达的基本概念；2.能掌握激光雷达的系统组成；3.能掌握激光雷达的工作原理。1.通过课程讲解了解激光雷达的类型；2.通过课程讲解了解激光雷达在自动驾驶中的应用；3.通过课程讲解了解激光雷达的优缺点；4.通过课程讲解了解激光雷达的性能指标。1.专心听课认真记录笔记；2.积极参与讨论；3.个人积极回答问题；4.养成良好的课后复习习惯；5.课后翻阅相关资料加深对课程的了解。教学重点1.激光雷达的系统组成；2.激光雷达的类型；3.激光雷达的优缺点；4.激光雷达在自动驾驶中的应用。教学准备1.认识激光雷达课件；2.认识激光雷达学生手册；3.认识激光雷达学生工作页。教学活动1.通过多媒体课件中图片和课程讲解让学生们了解激光雷达的系统组成；2.通过多媒体课件中图片和课程讲解让学生们了解激光雷达的类型；3.通过多媒体课件中图片和课程讲解让学生们了解激光雷达的优缺点；4.通过多媒体课件中图片和课程讲解让学生们了解激光雷达在自动驾驶中的应用；5.通过完成工作页方式，让学生们加深对激光雷达的了解。课后作业教学体会一体化教学实施教学流程教学内容教学方法教学手段学生活动时间分配（min）教学引入提问：大家都知道激光有哪些方面的应用吗？课前提问多媒体课件分组讨论2教学告知1.了解激光雷达的基本概念；2.了解激光雷达的系统组成及工作原理；3.了解激光雷达的类型；4了解激光雷达在自动驾驶中的应用；5.了解激光雷达的优缺点；6.了解激光雷达的性能指标。讲授多媒体课件示范教学课前预习3教学准备认识激光雷达课件。讲授多媒体课件讲解课前预习5教学实施1.了解激光雷达的基本概念；2.了解激光雷达的系统组成及工作原理；3.了解激光雷达的类型；4了解激光雷达在自动驾驶中的应用；5.了解激光雷达的优缺点；6.了解激光雷达的性能指标。讲授多媒体课件讲解课前预习分组讨论75教学总结激光雷达的基本概念、系统组成、工作原理、类型、应用、优缺点及性能指标。提问启发引导多媒体课件讲解回答问题2.完成个别理论工作页5任务考核及答案3.1判断题3.1.1激光雷达依赖于外界光照条件或目标本身的辐射特性才能正常使用。（×）3.1.2激光雷达不易识别车道线和交通信号灯。（√）3.1.3Velodyne于2005年首次将64线激光雷达应用于DARPA举办的一场无人驾驶挑战赛中。（√）3.1.4波长为1550nm的激光会对视网膜产生伤害。（×）3.1.5激光雷达具有测距和测速的功能。（√）3.1.6MEMS微振镜本质上是一种硅基半导体元器件。（√）3.1.7FCMW测距法是目前市场车载中长距激光雷达的主流方案。（×）3.1.8混合固态激光雷达用“微动”器件来代替宏观机械式扫描器。（√）3.1.9目标的反射率越低，测量的距离越远。（×）3.1.10加快激光雷达内部扫描电机的旋转就可以提高扫描频率。（×）3.2不定项选择题3.2.1激光雷达发射的是（C）。A.微波B.超声波C.激光束D.毫米波3.2.2激光雷达系统由（ABCD）部分构成。A.发射模块B.接收模块C.扫描系统D.控制单元3.2.3目前主流的激光雷达的波长主要有（BD）。A.900nmB.905nmC.1350nmD.1550nm3.2.4混合固态激光雷达属于（B）方案。A.激光收发模块不运动，扫描模块不运动B.激光收发模块不运动，扫描模块运动C.激光收发模块运动，扫描模块不运动D.激光收发模块运动，扫描模块运动3.2.5棱镜激光雷达内部包含（B）个楔形棱镜。A.1B.2C.3D.53.2.6常见的激光雷达的线束有（ABCD）。A.16线B.32线C.64线D.128线3.2.7激光雷达应用于ADAS系统中的（ABCD）。A.自适应巡航控制B.前车碰撞警示C.自动紧急制动D.变道辅助。3.2.8假设激光雷达的探测距离为260m

@20%。那么激光雷达可以探测到距离为（ABC）的反射率大于20%的物体。A.60mB.120mC.200mD.300m3.2.9法雷奥第一代

Scala激光雷达属于（C）。A.机械激光雷达B.MEMS微振镜激光雷达C.转镜激光雷达D.OPA激光雷达3.2.10Flash激光雷达是通过（D）收集回波信号。A.发射端B.透镜C.旋转镜D.焦平面探测器3.2.11OPA激光雷达是由（D）控制扫描方向，能够动态地调节扫描角度范围。A.发射频率B.透镜C.旋转镜D.电信号3.3问答题3.3.1激光有哪些特性？答：（1）亮度高。（2）方向性好。（3）单色性好。（4）偏振性强。（5）相干性好。3.3.2如果你的团队需要为某中档车型（10-25万）提供ADAS解决方案，你是否会选择激光雷达作为解决方案的一部分？请简述你的理由。答：会，激光雷达具有以下特点：（1）分辨率高

。激光雷达可以获得极高的角度、距离和速度分辨率。（2）隐蔽性好、抗有源干扰能力强。激光直线传播、方向性好、光束非常窄，只有在其传播路径上才能接收到，因此敌方截获非常困难。自然界中能对激光雷达起干扰作用的信号源不多，因此激光雷达抗有源干扰的能力很强，适于工作在复杂且激烈的环境中。

（3）低空探测性能好。微波雷达由于存在各种地物回波的影响，低空存在有一定区域的盲区。而对于激光雷达来说，只有被照射的目标才会产生反射。完全不存在地物回波的影响，因此可以"零高度"工作，低空探测性能好。（4）覆盖范围广。激光雷达可以实现大范围的扫描。机械激光雷达的扫描角度达360°。（5）获取信息量丰富。激光雷达可直接获取目标的距离、角度、反射强度、速度等信息，生成目标多维度图像。（6）受环境限制小。不管在白天或是夜晚，激光雷达都能正常使用，不依赖于外界光照条件或目标本身的辐射特性。3.3.3激光雷达测距的方法有哪些？答：（1）三角测距法（三角法激光雷达）（2）TOF测距法（脉冲法激光雷达）（3）FCMW测距法（相干法激光雷达）3.3.4激光雷达按结构分类有哪几种？答：（1）机械激光雷达（2）混合固态激光雷达①MEMS微振镜激光雷达②转镜激光雷达③棱镜激光雷达（3）固态激光雷达①Flash激光雷达②OPA激光雷达3.3.5简述机械激光雷达的优缺点。答：优点：（1）技术成熟，具有稳定的供应链。（2）扫描速度快。（3）可实现360°扫描。缺点：（1）可量产性差：光路调试、装配复杂，生产效率低。（2）价格贵：靠增加收发模块的数量实现高线束，元器件成本高。（3）不易通过车规：旋转部件体积和重量庞大，难以满足车规的严苛要求。（4）旋转部件会造成大量的能量损耗。3.3.6简述270m@25%的含义？答：270m内可以探测到反射率大于25%的所有物体。1、一体化教学设计授课教师：授课班级：学时数：授课日期：一体化教学场所：教学目标能力目标知识目标素质目标1.能独立完成激光雷达及InterfaceBOX的安装；2.能独立完成线路连接；3.能独立完成激光雷达的调试；4.能独立完成激光雷达的拆卸。1.通过课程讲解知道激光雷达拆装与调试使用的工具设备；2.通过课程讲解了解激光雷达产品规格参数；3.通过课程讲解了解激光雷达接线端子接口定义；4.通过课程讲解了解InterfaceBOX接口定义；5.通过课程讲解掌握激光雷达的安装步骤及方法；6.通过课程讲解掌握线路连接步骤及方法；7.通过课程讲解掌握激光雷达的调试步骤及方法；8.通过课程讲解掌握激光雷达的拆卸步骤及方法。1.专心听课认真记录笔记；2.积极参与讨论；3.个人积极回答问题；4.养成良好的课后复习习惯；5.课后翻阅相关资料加深对课程的了解。教学重点1.激光雷达接线端子及InterfaceBOX接口定义；2.激光雷达的安装；3.激光雷达的调试；4.激光雷达的拆卸。教学准备1.拆装与调试激光雷达课件；2.拆装与调试激光雷达学生手册；3.拆装与调试激光雷达学生工作页。教学活动1.通过多媒体课件中图片和课程讲解让学生们了解激光雷达接线端子及InterfaceBOX接口定义；2.通过多媒体课件中图片和课程讲解让学生们了解激光雷达的安装步骤；3.通过多媒体课件中图片和课程讲解让学生们了解激光雷达的调试步骤；4.通过多媒体课件中图片和课程讲解让学生们了解激光雷达的拆卸步骤；5.通过完成工作页方式，让学生们加深了解激光雷达的拆装与调试。课后作业教学体会一体化教学实施教学流程教学内容教学方法教学手段学生活动时间分配（min）教学引入提问：大家知道如何对激光雷达进行拆装与调试吗？课前提问多媒体课件分组讨论2教学告知1.了解激光雷达接线端子及InterfaceBOX接口定义；2.掌握激光雷达的安装步骤及方法；3.掌握线路连接步骤及方法；4.掌握激光雷达的调试步骤及方法；5.掌握激光雷达的拆卸步骤及方法。讲授多媒体课件示范教学课前预习3教学准备拆装与调试激光雷达课件。讲授多媒体课件讲解课前预习5教学实施1.了解激光雷达接线端子及InterfaceBOX接口定义；2.掌握激光雷达的安装步骤及方法；3.掌握线路连接步骤及方法；4.掌握激光雷达的调试步骤及方法；5.掌握激光雷达的拆卸步骤及方法。讲授多媒体课件讲解课前预习分组讨论75教学总结激光雷达的安装、调试、拆装步骤及方法。提问启发引导多媒体课件讲解回答问题2.完成个别理论工作页5任务考核及答案3.1设备准备和接口定义认识的活动实施工单3.1.1写出下列设备的名称图片名称智能网联汽车传感与感知实训系统应用实训台激光雷达InterfaceBOX网线应用实训台电源线固定支架3.1.2在下表中写出InterfaceBOX接口名称InterfaceBOX示意图序号名称数据输出端设备电源输入端GPS设备输入端输入显示灯输出显示灯航插版接口盒线3.2安装前检查活动实施工单3.2.1螺栓/工具的检查（根据实际使用的螺栓/工具作答）根据实际情况在“□”位置上打“√”表面有无破损有£无R表面有无变形有£无R表面有无裂痕有£无R表面有无生锈有£无R螺栓是否齐全是£否R螺纹有无滑牙或变形有£无R螺栓内六角有无损坏或变形有£无R螺栓梅花六角有无损坏或变形有£无R工具是否齐全是£否R工具使用功能是否正常是£否R3.2.2激光雷达、InterfaceBOX及连接线的检查激光雷达、InterfaceBOX及连接线检查根据实际情况在“□”位置上打“√”激光雷达外观检查表面有无凹痕、划痕、裂缝有£无R表面有无变形、毛刺有£无R表面层有无龟裂、脱落有£无R金属件有无锈蚀有£无R接线端子针脚有无损坏、变形有£无R接线端子针脚有无生锈有£无RInterfaceBOX外观检查表面有无凹痕、划痕、裂缝有£无R表面有无变形、毛刺有£无R表面层有无龟裂、脱落有£无R金属件有无锈蚀有£无R端口有无损坏、变形有£无R端口有无生锈有£无R接线端子针脚有无损坏、变形有£无R接线端子针脚有无生锈有£无R连接线检查连接线是否齐全有£无R表面有无破损有£无R表面有无变形有£无R表面有无裂痕有£无R针脚有无损坏有£无R针脚有无生锈有£无R3.3激光雷达和InterfaceBOX安装的活动实施工单激光雷达和InterfaceBOX的安装根据实际情况在“□”位置上打“√”根据实际情况在“——”上填上正确答案安装激光雷达应用实训台是否处于断电状态是R否£使用套装工具中的合适工具，使用10N*m的力拧紧圆柱头梅花六角螺栓，将激光雷达安装到固定支架上。使用套装工具中的合适工具，使用10N*m的力拧紧圆柱头内六角螺栓，将激光雷达（含固定支架）安装到应用实训台顶部。安装InterfaceBOX使用套装工具中的合适工具，使用5N*m的力拧紧固定螺栓，将InterfaceBOX固定在应用实训台的固定板上，并将其挂在应用实训台上。3.4线路连接活动实施工单线路连接根据实际情况在“——”上填上正确答案接线端子连接激光雷达的缆线的接线端子与InterfaceBOX航插版接口盒线的接线端子连接，两个接线端子的需要对齐。、网线连接网线一端与InterfaceBOX的数据输出端连接，另一端与应用实训台的网口端连接。电源线连接电源线一端插头与InterfaceBOX的设备电源输入端连接。应用实训台电源线连接接上应用实训台电源线。3.5激光雷达的调试活动实施工单激光雷达的调试根据实际情况在“□”位置上打“√”或根据实际情况在“——”上填上正确答案检查电源线检查以太网连接状态测试软件打开EISA-SS电源开关电源线是否连接正确（InterfaceBOX的输入显示灯是否亮起）是R否£打开电脑。检查网线是否连接正确（以太网是否处于连接状态）是R否£应用实训台电脑的以太网IP是否设置为192.168.1.102是R否£EISA-SS电脑的子网掩码是否设置为255.255.255.0是R否£打开测试软件“RSView”，再单击测试软件界面左上方的“SensorStream”按钮。在弹出的SensorConfiguration窗口中，选择RSlidar16，“TypeofLidar”勾选RS16，“Intensity”选择Model3，最后单击“OK”。软件界面是否出现正常的点云图是R否£单击测试软件界面左上方的“Spreadsheet”按钮，界面右方是否出现实时显示每个点云的信息是R否£结论：激光雷达是否正常工作。是R否£3.6激光雷达的拆卸根据实际情况在“□”位置上打“√”是否关闭测试软件是R否£是否关闭应用实训台上的电脑是R否£是否关闭应用实训台电源开关是R否£是否拔出应用实训台电源线插口是R否£是否断开与外部电源插口连接的应用实训台电源线插头是R否£是否断开与InterfaceBOX设备电源输入端连接的电源线插头是R否£是否断开激光雷达和InterfaceBOX的接线端子是R否£是否断开与InterfaceBOX数据输出端连接的网线插头是R否£是否断开与应用实训台网线插口连接的网线插头是R否£取下InterfaceBOX（含固定板），使用合适工具卸下InterfaceBOX上固定板的固定螺栓。使用合适工具卸下激光雷达（含固定支架）与应用实训台固定的圆柱头内六角螺栓。使用合适工具卸下激光雷达与固定支架固定的圆柱头梅花六角螺栓。拆卸下来的工具及零部件是否放置在绝缘垫上是R否£3.7清洁整理根据实际情况在“□”位置上打“√”是否清洁InterfaceBOX和激光雷达插接口是R否£是否清洁InterfaceBOX、固定板、激光雷达和固定支架表面是R否£是否清洁螺栓盒是R否£是否清洁使用过的螺栓并放回螺栓盒是R否£是否清洁网线与应用实训台电源线两端插接口是R否£是否清洁网线线束表面是R否£是否清洁使用过的拆卸装调工具是R否£工具及螺栓是否齐全是R否£是否清洁应用实训台表面是R否£是否清洁工作台，并叠好无纺布放置于合适位置是R否£是否卸下并整理好安全防护工具是R否£1.一体化教学设计授课教师：授课班级：学时数：8授课日期：一体化教学场所：教学目标能力目标知识目标素质目标1.能独立完成激光雷达的故障诊断与处理。1.通过课程讲解了解智能网联汽车传感与感知实训系统应用实训台接口；2.通过课程讲解了解激光雷达电路原理图和测试孔；3.通过课程讲解了解激光雷达常见的故障现象及故障原因；4.通过课程讲解掌握激光雷达故障诊断流程和方法。1.专心听课认真记录笔记；2.积极参与讨论；3.个人积极回答问题；4.认真填写工作页；5.养成良好的课后复习习惯；6.课后翻阅相关资料加深对课程的了解。教学重点1.激光雷达电路原理；2.激光雷达的故障分析；3.激光雷达的故障诊断。教学准备1.激光雷达的故障诊断与处理课件；2.设备准备：智能网联汽车传感与感知实训系统应用实训台（下文简称应用实训台）、智能网联汽车传感与感知实训系统故障诊断台（下文简称故障诊断台）和应用实训台电源线等；3.工具及防护准备：数字万用表、无纺布、安全帽、绝缘垫、和工作手套等教学活动1.通过多媒体课件讲解，让学生们理解激光雷达电路原理；2.通过多媒体课件讲解，让学生们理解激光雷达的故障分析；3.通过多媒体课件讲解，让学生们掌握激光雷达的故障诊断与处理的基本流程；4.通过视频教学讲解、实操演示和学生动手实操，让学生们掌握激光雷达故障诊断的步骤及方法；课后作业教学体会2.一体化教学实施教学流程教学内容教学方法教学手段学生活动时间分配（min）教学引入提问：讲课前，先问问大家，当智能网联汽车上的激光雷达出现故障时，我们该如何去对激光雷达进行故障的诊断以及处理呢？课前提问多媒体课件分组讨论10教学告知1.激光雷达电路原理；2.激光雷达的故障分析；3.激光雷达的故障诊断与处理的基本流程。讲授多媒体课件示范教学课前预习15教学准备1.激光雷达的故障诊断与处理课件；2.工具设备准备。讲授多媒体课件讲解课前预习10教学实施1.激光雷达电路原理；2.激光雷达的故障分析；3.激光雷达的故障诊断。讲授演示练习多媒体课件讲解实操演示课前预习分组讨论动手实操295教学总结激光雷达的故障诊断与处理的操作步骤和技巧。提问启发引导多媒体课件讲解1.回答问题2.完成学生工作页303.任务考核及答案3.1工具设备和电路图认识的活动实施工单3.1.1写出下面工具/设备的名称及作用图片名称及作用名称：航空接口作用：用于激光雷达、组合导航、毫米波雷达和超声波雷达的12V电源供电名称：OBD接口作用：用于摄像头的5V电源供电及组合导航、毫米波雷达和超声波雷达的通讯名称：万用表作用：用于检测激光雷达电源电路3.1.2在下表中写出激光雷达电路图测试孔名称激光雷达电路图测试孔说明针脚功能1正极输出端2正极输入端3负极输出端4负极输入端3.2准备工作活动实施工单3.2.1准备工作准备工作（根据实际使用的工具作答）根据实际情况在“□”位置上打“√”或根据实际情况在“”上填上正确答案数字万用表检查应用实训台电源开关是否断开是R否£万用表电量是否足够是R否£检查万用表是否正常是R否£线束检查及线束链接线束外观结构是否完整是R否£线束表面有无破损、裂痕有£无R线束表面有无变形有£无R连接应用实训台和故障诊断台引出的OBD接口。连接应用实训台和故障诊断台引出的航空接口。连接应用实训台电源线。3.3激光雷达的故障诊断活动实施工单3.3.1读取故障码并确认故障现象读取故障码并确认故障现象根据实际情况在“□”位置上打“√”或根据实际情况在“”上填上正确答案是否打开应用实训台是R否£是否打开智能网联汽车三维数字化仿真教学软件”是R否£读取故障码：B1301（根据实际情况填写）。确认故障现象：（1）InterfaceBOX的输入显示灯不亮。（2）打开激光雷达测试软件“RSView”，单击界面左上方的“SensorStream”按钮，设置参数后，没有出现正常的点云图。（根据实际情