《汽车技术攻关创新》教学大纲

《汽车技术攻关创新》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：04170021课程性质：专业创新选修课学分：2学分学时：32学时（理论16学时，实践16学时）先修课程：机械制图、机械设计、汽车构造后续课程：汽车设计适用专业：车辆工程开课单位：车辆与交通工程学院一、课程说明本课程是车辆工程专业本科学生的专业创新选修课。本课程主要针对自动驾驶车辆为设计对象，进行ros系统操作的学习，传感器的使用与决策规划控制算法的学习训练以及各总成的优化创新设计。通过对本课程的学习，使学生了解自动驾驶汽车的基本原理，具有设计和改进自动驾驶汽车能力,提升学生综合素质，增强就业竞争力。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：通过本课程的学习，使学生掌握ros系统的操作方法。掌握自动驾驶汽车工作的基本原理。课程目标2：通过本课程的学习，培养学生了解传感器和自动驾驶车辆的工作原理，能够使用传感器的相关数据进行自动驾驶的决策规划控制。让学生了解基本的决策规划控制算法，能够对车辆相应的算法进行优化设计。课程目标3：通过本课程的学习，使学生获得过硬的职业素质，形成良好的职业道德，同时具有团队合作意识，使学生养成严谨认真、实事求是的工作态度。可以引导学生进行实践操作和创新思考，培养学生的创新能力和实践能力。三、课程目标与毕业要求《汽车技术攻关创新》课程教学目标对车辆工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度3.设计/优化算法3.1掌握传感器和自动驾驶车辆的基本工作原理，能够根据需求确定设计目标，并设计优化算法。课程目标1：通过本课程的学习，使学生掌握ros系统的操作方法。掌握自动驾驶汽车工作的基本原理。课程目标2：通过本课程的学习，培养学生了解传感器和自动驾驶车辆的工作原理，能够使用传感器的相关数据进行自动驾驶的决策规划控制。让学生了解基本的决策规划控制算法，能够对车辆相应的算法进行优化设计。H4.研究4.1能够对车辆表现出来的各种现象进行分析研究，找到产生问题的原因。课程目标2：通过本课程的学习，培养学生了解传感器和自动驾驶车辆的工作原理，能够使用传感器的相关数据进行自动驾驶的决策规划控制。让学生了解基本的决策规划控制算法，能够对车辆相应的算法进行优化设计。M9.个人和团队9.1理解团队合作的重要性，具备良好的团队意识，能够理解团队不同角色的责任和作用，并能与其它学科成员协作互补。课程目标3：通过本课程的学习，使学生获得过硬的职业素质，形成良好的职业道德，同时具有团队合作意识，使学生养成严谨认真、实事求是的工作态度。可以引导学生进行实践操作和创新思考，培养学生的创新能力和实践能力。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实践学时对应的课程目标1.ROS基础知识1.1ROS概况1.2ROS的历史1.3ROS主要发行版本1.4ROS的特点1.5ROS的功能1.6ROS安装1.6.1安装虚拟机软件1.6.2虚拟一台主机1.6.3安装和优化Ubuntu1.6.4安装ROS1.6.5测试ROS教学要求：了解ROS系统的功能和特点；掌握ROS安装的方法。重点：掌握ROS系统的功能。难点：安装ROS。221、3第2章ROS通信机制2.1话题通信2.2理论模型2.3基本操作(C++)2.4自定义msg2.5自定义msg调用教学要求：掌握话题通信原理；掌握如何定义和调用msg。重点：如何定义和调用msg。难点：如何定义和调用msg。221、23.视觉传感器3.1视觉传感器概述3.2视觉传感器工作原理3.3视觉传感器作用教学要求：了解视觉感知能够实现的关键技术；理解视觉感知的工作原理；掌握如何调用感知数据。重点：了解视觉感知能够实现的关键技术；理解视觉感知的工作原理；掌握如何调用感知数据。难点：理解视觉感知的工作原理；掌握如何调用感知数据。221、24.雷达传感器4.1雷达传感器概述4.2雷达传感器的分类4.3雷达传感器的工作原理4.4雷达传感器的作用教学要求：了解不同雷达能够实现的关键技术；理解不同雷达检测障碍物的工作原理；掌握如何调用感知数据。重点:了解不同雷达能够实现的关键技术；理解不同雷达检测障碍物的工作原理；掌握如何调用感知数据。难点:理解不同雷达检测障碍物的工作原理；掌握如何调用感知数据。221、25.导航定位技术协调创新5.1导航定位技术概述5.2卫星定位技术5.3惯性导航与航位推算技术5.4通信基站定位技术教学要求：了解定位能够实现的关键技术；理解不同定位系统的工作原理；掌握如何调用感知数据。重点:了解定位能够实现的关键技术；理解不同定位系统的工作原理；掌握如何调用感知数据。难点:理解不同定位系统的工作原理；掌握如何调用感知数据。221、26.汽车行为决策6.1汽车行为决策算法概述6.2汽车行为决策理论6.2.1无人驾驶行为决策系统6.2.2基于规则的行为决策6.2.3马尔克服决策过程教学要求：了解决策在自动驾驶中起到的作用；了解不同的决策理论；理解决策理论的工作原理。重点:了解不同的决策理论。难点:理解决策理论的工作原理。221、27.路径规划优化创新7.1路径规划概述7.2全局路径规划方法7.3局部路径规划方法教学要求：了解全局路径规划与局部路径规划的方法；理解不同规划方法的特点；掌握一种规划方法。重点:了解不同的路径规划方法。难点:掌握一种规划方法并能够使用。221、28.自动驾驶汽车控制8.1汽车运动控制理论8.2汽车模型8.3汽车运动概述教学要求：了解车辆控制对自动驾驶的意义；理解车辆控制的工作原理；掌握简单的控制方法。重点:了解车辆控制对自动驾驶的意义；理解车辆控制的工作原理；掌握简单的控制方法。难点:理解车辆控制的工作原理；掌握简单的控制方法。221、2合计16162.实践部分实践部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实践项目、实践内容与学时实践项目实践内容和要求实践学时对应的课程目标1.ros系统的安装和测试实践内容：针对自动驾驶车辆安装ros工具，实现msg的定义和调用。实践要求：熟悉ros常用版本，能够自行安装，能够自定义msg并调用。41、2、32.传感器的使用实践内容：针对自动驾驶车辆常用传感器进行调试并运行。实践要求：熟悉常用传感器及其功能。21、23.汽车行为决策实践内容：针对自动驾驶车辆常用决策理论设计并优化决策算法。实践要求：熟悉常用决策算法，能够设计并优化决策算法。22、34.路径规划实践内容：针对自动驾驶车辆全局路径和局部路径规划算法进行优化和设计。实践要求：熟悉常用全局路径和局部路径规划算法，能够进行设计并优化规划算法。22、35.自动驾驶汽车控制实践内容：针对自动驾驶车辆控制算法进行设计和优化。实践要求：熟悉常用控制算法，能够进行设计并优化控制算法。22、3合计12五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享、实践等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地学习自动驾驶汽车创新设计方法与分析，具有一定的汽车创新设计分析能力。在实践教学环节中，通过启发式教学、讨论式教学培养学生汽车运动相关理论的基本知识和基本技能。培养学生自主学习能力、实际动手能力，激发学生的创新思维。六、课程资源1.推荐教材：（1）陈慧岩,熊光明,龚建伟.无人驾驶车辆理论与设计[M].北京:北京理工大学出版社.20212.参考书：（1）杨世春.自动驾驶汽车决策与控制[M].北京:清华大学出版社.2020.（2）王建.自动驾驶技术概论[M].北京:清华大学出版社.2019.（3）刘少山.第一本无人驾驶技术书（第2版）[M].北京:电子工业出版社.2019.（4）（德）温纳.HandbookofDriverAssistanceSystems[M].北京:北京理工大学出版社.2021.3.期刊：（1）赵苗苗,陈志元,袁葭杰.基于纯电动客车自动驾驶线控底盘技术[J].客车技术与研究,2020,42(06):15-18.（2）刘天天,莫磊,陈思祺,等.智能网联环境下交叉口混行车队通行模型构建[J].交通运输研究,2020,6(06):46-54.（3）马晓燕.GPS自动导航驾驶系统在精河县农机作业上的应用[J].农业工程技术,2020,40(36):38-40.（4）TingQ,JunwuZ,HuihuaG,etal.Multi-modeswitching-basedmodelpredictivecontrolapproachforlongitudinalautonomousdrivingwithaccelerationestimation[J].IETIntelligentTransportSystems,2020,14(14):2102-2112.（5）XiaochuanZ,DengmingK,WanzhongZ,etal.Lane-changingdecisionmethodbasedNashQ-learningwithconsideringtheinteractionofsurroundingvehicles[J].IETIntelligentTransportSystems,2020,14(14):2064-2072.4.网络资源：（1）熊光明.北京理工大学.中国大学MOOC./course/0818BIT059-1207432808.（2）都来学汽车学习平台./ComputerHome.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现10（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√442实践20（1）根据实践课程上交作业评定实践成绩，满分100分。（2）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√884作业20（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分。（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√884期末考核50（1）课程论文成绩100分，以课程论文成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核大学生方程式赛车整车布置、车架、悬架、转向系统等等内容。√√√202010合计：100分404020八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、实践、作业、期末考核等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末考核成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末考核成绩为100分（权重50%）；课堂表现、作业、实践等过程性考核成绩为100分（权重50%）；过程性考核和期末考核分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100≥x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现20积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，上课不记笔记，偶尔参与教学活动。上课不认真，上课不记