智能汽车测控技术 课件 第一章-第1讲 智能、人工智能和智能汽车

智能汽车测控技术

一、智能、人工智能和智能汽车二、智能汽车的发展历程三、智能汽车分级标准四、智能网联交通系统目录CONTENTS第一章绪论一、智能、人工智能和智能汽车智能（Intelligence）是智力和能力的总称。其中，“智”指进行认识活动的某些心理特点，“能”则指进行实际活动的某些心理特点。中国古代思想家一般把智与能看做是两个相对独立的概念。《荀子·正名篇》：“所以知之在人者谓之知，知有所合谓之智。所以能之在人者谓之能，能有所合谓之能”。可以把这句话简化为：学有所和谓之智，干有所和谓之能。1.智能和人工智能一、智能、人工智能和智能汽车1.智能和人工智能《论衡·实知篇》提到：“故智能之士，不学不成，不问不知。”“人才有高下，知物由学，学之乃知，不问不知。”根据霍华德·加德纳的多元智能理论，人类的智能可以分为：语言能力空间想象音乐欣赏自我认知数学逻辑身体运动人际关系自然认知一、智能、人工智能和智能汽车1.智能和人工智能人工智能（ArtificialIntelligence）是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术学科。尼尔逊教授定义：“人工智能是关于知识的学科――怎样表示知识以及怎样获得知识并使用知识的科学。”美国麻省理工学院的温斯顿教授定义：“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。”人工智能原来是计算机科学的一个分支。现在是一个一级学科，它被认为是二十一世纪三大尖端技术（基因工程、纳米科学、人工智能）之一。一、智能、人工智能和智能汽车1.智能和人工智能人工智能涉及的学科领域：计算机科学信息论控制论自动化仿生学生物学心理学数理逻辑语言学医学哲学等人工智能学科研究主要内容：知识表示自动推理和搜索方法机器学习和知识获取自动化知识处理系统自然语言理解计算机视觉智能机器人自动程序设计等一、智能、人工智能和智能汽车2.智能机器人和智能汽车具有人类感知、思考和行为功能的机器称为智能机器人。智能机器人之所以智能，是因为它有相当发达的“大脑”。在脑中起作用的是中央处理器，这种计算机跟操作它的人有直接的联系。最主要的是，这样的计算机可以进行按目的安排的动作。正因为这样，我们才说这种机器人才是真正的机器人，尽管它们的外表可能有所不同。一、智能、人工智能和智能汽车2.智能机器人和智能汽车智能机器人按用途分类：工业机器人，如弧焊机器人、喷涂机器人、装配机器人等。服务机器人，如扫地机器人、消防救援机器人等、手术机器人、智能型公共服务机器人和智能护理机器人等。移动机器人，如重载自动导引车辆、激光叉车AGV和轮式机器人等。智能汽车就属于轮式机器人的一种。（从控制角度看）一、智能、人工智能和智能汽车2.智能机器人和智能汽车智能汽车是在普通汽车上增加雷达、摄像头等先进的传感器、控制器、执行器等装置，通过车载传感系统和信息终端实现与人、车、路等的智能信息交换，使车辆具备智能的环境感知能力，能够自动分析车辆行驶的安全及危险状态，并使车辆按照人的意愿到达目的地，最终实现替代人来操作的目的。（从车辆工程角度来看）智能汽车=人或人的部分功能+传统汽车（直观来看）一、智能、人工智能和智能汽车

二、智能汽车的发展历程三、智能汽车分级标准四、智能网联交通系统目录CONTENTS第一章绪论二、智能汽车的发展历程1.汽车工业的发展历史汽车工业经历了漫长的萌芽和发育，它的发展历史是随核心技术的更新换代层层演进的。下图为汽车工业发展历程。二、智能汽车的发展历程2.国外智能汽车的发展历史国外在智能驾驶技术的研究方面起步较早，已经论证了技术的可行性并进行了实际道路测试。下图为国外自动驾驶的发展历程。二、智能汽车的发展历程3.国内智能汽车的发展历史国内自动驾驶的发展历程一、智能、人工智能和智能汽车二、智能汽车的发展历程

三、智能汽车分级标准四、智能网联交通系统目录CONTENTS第一章绪论三、智能汽车分级标准1.SAE分级标准2013年，美国交通部下属的国家公路交通安全管理局（NationalHighwaySafetyAdministration，NHTSA）率先发布自动驾驶汽车的分级标准，并对所分的4个等级进行了定义。2014年，国际汽车工程师学会（InternationalSocietyofAutomotiveEngineers，SAE）制定了一套自动驾驶汽车分级标准《标准道路机动车驾驶自动化系统分类与定义》（SAEJ3016），其对汽车自动化的描述分为5个等级。两种分类等级都特别强调：传统汽车无自动驾驶功能。只有自动驾驶汽车才具备分级资格。SAE参照了不同公司在自动驾驶研究上的发展趋势且发布较晚，更加具体完整。三、智能汽车分级标准1.SAE分级标准2018年最新修订版SAEJ3016细化了每个分级描述，如下表所示。三、智能汽车分级标准1.SAE分级标准（续表）该标准引入了概念“动态驾驶任务（DynamicDrivingTask，DDT）”，强调了防撞功能并认为驾驶中有3个主要参与者：驾驶人、驾驶自动化系统以及其他车辆系统和组件。三、智能汽车分级标准1.SAE分级标准动态驾驶任务（DDT）属于基本驾驶任务范畴，除策略性功能外，还需完成车辆驾驶所需的感知、决策和执行等行为，包括但不限于：车辆横向运动控制，车辆纵向运动控制，目标和时间探测与响应，驾驶决策，车辆照明及信号装置控制。设车辆直行方向为X轴(纵向)，和其垂直的方向为Y轴(横向)，则有：（1）车辆横向运动控制动态驾驶任务中沿着Y轴实时、持续的车辆运动控制，应用转向和/或差动制动输入来保持适当的横向定位，主要为转向控制。（2）车辆纵向运动控制动态驾驶任务中沿着X轴实时、持续的车辆运动控制，主要为加速及减速控制。（3）目标和事件的探测与响应(OEDR，ObjectandEventDectionandReponse)为DDT的子任务，包括监视驾驶环境(检测、识别、分类目标和事件，并根据需要准备响应)以及对此类目标和事件执行适当的响应，即根据需要完成DDT和/或DDT接管。车辆横纵向运动控制与OEDR组合就形成了完整的动态驾驶任务DDT。三、智能汽车分级标准1.SAE分级标准动态驾驶任务接管（DDTFallback）当发生驾驶自动化系统失效、车辆关联系统失效或即将不满足设计运行条件时，由驾驶员/系统执行动态驾驶任务、使车辆达到最小风险状态的行为。设计运行范围(ODD，OperationalDesignDomain)自动驾驶系统被设计起作用的条件及适用范围，对已知的天气环境、道路情况(直路、弯路的半径)、车速、车流量等信息做出测定，以确保系统能力在安全环境之内。三、智能汽车分级标准2.国内分级标准2021年1月1日正式实施《汽车驾驶自动化分级》，这意味着中国将正式拥有自己的自动驾驶汽车分级标准。等级划分依据26543驾驶自动化汽车是否持续执行动态驾驶任务中的目标和事件探测回应。驾驶自动化汽车是否持续执行动态驾驶任务中的车辆横向或纵向运动控制。驾驶自动化汽车是否持续同时续执行动态驾驶任务中的车辆横向或纵向运动控制。驾驶自动化汽车是否持续执行全部动态驾驶任务。驾驶自动化汽车是否自动执行最小风险策略。驾驶自动化汽车是否存在设计运行范围限制。三、智能汽车分级标准2.国内分级标准0级驾驶自动化(应急辅助，EmergencyAssistance):

驾驶自动化系统不能持续执行动态驾驶任务中的车辆横向或纵向运动控制，不具备目标和事件探测与响应能力的功能（如定速巡航、电子稳定性控制等），不在驾驶自动化考虑的范围内。但具备持续执行动态驾驶任务中的部分目标和事件探测与响应，可感知环境、提供报警、辅助或短暂介入以辅助驾驶员（如车道偏离预警、前碰撞预警、自动紧急制动等应急辅助功能）的能力。0-5级等级划分定义1级驾驶自动化(部分驾驶辅助，PartialDriverAssistance):驾驶自动化系统在其设计运行条件内持续地执行动态驾驶任务中的车辆横向或纵向运动控制，且具备与所执行的车辆横向或纵向运动控制相适应的部分目标和事件探测与响应的能力，驾驶员和驾驶自动化系统共同执行动态驾驶任务，并监管驾驶自动化系统的行为和执行适当的响应或操作。三、智能汽车分级标准2.国内分级标准2级驾驶自动化(组合驾驶辅助，CombinedDriverAssistance):驾驶自动化系统在其设计运行条件内持续地执行动态驾驶任务中的车辆横向和纵向运动控制，且具备与所执行的车辆横向和纵向运动控制相适应的部分目标和事件探测与响应的能力，驾驶员和驾驶自动化系统共同执行动态驾驶任务，并监管驾驶自动化系统的行为和执行适当的响应或操作。0-5级等级划分定义3级驾驶自动化(有条件自动驾驶，ConditionallyAutomatedDriving):驾驶自动化系统在其设计运行条件内持续地执行全部动态驾驶任务，动态驾驶任务接管用户以适当的方式执行动态驾驶任务接管。三、智能汽车分级标准2.国内分级标准4级驾驶自动化(高度自动驾驶，HighlyAutomatedDriving):驾驶自动化系统在其设计运行条件内持续地执行全部动态驾驶任务并自动执行最小风险策略。对于4级驾驶自动化，系统发出介入请求时，用户可不作响应，系统具备自动达到最小风险状态的能力。0-5级等级划分定义5级驾驶自动化(完全自动驾驶，FullyAutomatedDriving):驾驶自动化系统在任何可行使条件下持续地执行全部动态驾驶任务并自动执行最小风险策略。对于5级驾驶自动化，系统发出介入请求时，用户可不作响应，系统具备自动达到最小风险状态的能力。5级驾驶自动化在车辆可行使环境下没有设计运行范围的限制。三、智能汽车分级标准等级与划分要素的关系2.国内分级标准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三、智能汽车分级标准2.国内分级标准0-5级自动化系统技术要求0级驾驶自动化：具备持续执行部分目标和事件探测与响应的能力；当驾驶员请求驾驶自动化系统退出时，立即解除系统控制权。1级驾驶自动化：持续地执行动态驾驶任务中的车辆横向或纵向运动控制；具备与车辆横向或纵向运动控制相适应的部分目标和事件探测与响应的能力；当驾驶员请求驾驶自动化系统退出时，立即解除系统控制权。2级驾驶自动化：持续地执行动态驾驶任务中的车辆横向和纵向运动控制；具备与车辆横向和纵向运动控制相适应的部分目标和事件探测与响应的能力；当驾驶员请求驾驶自动化系统退出时，立即解除系统控制权。3级驾驶自动化：仅允许在设计运行条件内激活；激活后在设计运行条件内执行全部动态驾驶任务；识别是否即将不满足设计运行条件，并在即将不满足设计运行条件时，及时向动态驾驶任务接管用户发出接管请求；……4级驾驶自动化：仅允许在设计运行条件内激活；激活后在设计运行条件内执行全部动态驾驶任务；识别是否即将不满足设计运行条件；……5级驾驶自动化:无设计运行条件限制；激活后执行全部动态驾驶任务；…………三、智能汽车分级标准3.无人驾驶、自动驾驶和智能驾驶按照分级标准，智能汽车可分为5级，即L1~L5。无人驾驶专指L4和L5级智能汽车，它能够在限定环境乃至全部环境下完成全部的驾驶任务。自动驾驶指汽车至少在某些具有关键安全性的控制功能方面（如转向、油门或制动）无需驾驶员直接操作即可自动完成各种控制动作。自动驾驶覆盖L1到L5级。智能驾驶搭载先进的智能系统和多种传感器设备如摄像头、雷达和导航设备等，具备复杂的环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能，可实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终可替代人来操作。它包括无人驾驶和自动驾驶。三、智能汽车分级标准三种驾驶方式关系（技术层层递进，内涵层层缩小）3.无人驾驶、自动驾驶和智能驾驶一、智能、人工智能和智能汽车二、智能汽车的发展历程三、智能汽车分级标准

四、智能网联交通系统目录CONTENTS第一章绪论四、智能网联交通系统1.智能交通系统智能交通系统（IntelligentTransportationSystem，ITS）是将信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、自动控制理论、运筹学、人工智能等有效地综合运用于交通运输、服务控制和车辆制造，加强车辆、道路、使用者三者之间的联系，从而形成一种保障出行安全、提高工作效率、改善环境状况、节约能源消耗的综合运输系统。四、智能网联交通系统1.智能交通系统智能交通系统组成部分交通信息采集系统利用安装在道路上和车辆上的交通信息采集系统进行交通流量、行车速度、管制信息、道路状况、停车场、天气等动态信息的采集。主要使用的传感器有环形感应线圈、微波检测器、视频监控、GNSS车载导航仪器、GNSS导航手机、车辆通行电子信息卡、红外雷达检测器、光学检测仪和气象传感器等。采集数据也可人工输入计算机。信息处理分析系统主要由信息服务器、专家系统、GIS应用系统和人工决策等组成。其输入是采集系统的数据，经专家系统计算和判断后给出计算结果，由人工决策给出信息发布指令。信息发布系统信息发布系统可以通过互联网、手机、车载终端、广播、路侧广播、电子情报板和电话服务台等将交通信息发布给公众。在中国ITS体系框架（第二版）中，用户服务包括9个服务领域、47项服务、179项子服务；逻辑框架包括10个功能领域、57项功能、101项子功能、406个过程、161张数据流图；物理框架包括10个系统、38个子系统、150个系统模块、51张物理框架流图；应用系统包括58个应用系统。四、智能网联交通系统2.车联网和智能汽车车联网（InternetofVehicle，IOV）是利用互联网、信息处理，分布式数据库，无线通信、智能传感器等技术获取车辆的位置、速度、周边环境状况和行驶路线等信息，从而实现V2X（V代表汽车，X代表车、路、行人、互联网及路侧单元）之间的信息交互的一体化网络。网联汽车（ConnectedVehicle，CV）是指基于通信互联建立车与车之间的连接，车与网络中心和智能交通系统等服务中心的连接，甚至是车与住宅、办公室以及一些公共基础设施的连接，也就是可以实现车内网络与车外网络之间的信息交互，全面解决人-车-外部环境之间的信息交流问题。网联汽车的初级阶段以车载信息技术为代表。四、智能网联交通系统2.车联网和智能汽车智能网联汽车（IntelligentConnectedVehicle，ICV）是车联网与智能车的有机结合。它搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等