智能网联汽车技术概论 课件 谭武明 项目6、7 智能网联汽车车联网技术；先进驾驶辅助系统（ADAS）应用技术

《智能网联汽车技术概论》单元一V2X技术认知单元二专用短程通信汽车自组网技术认知项目六智能网联汽车车联网技术单元三LTE-V技术认知单元四5G-V2X技术认知单元五车载OTA系统认知单元一V2X技术认知学习目标1.了解V2X技术的基本概念2.了解V2X车辆通信系统的结构原理单元一V2X技术认知一、V2X技术的发展车联网是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础，按照约定的通信协议和数据交互标准，在车-X（X：车、路、行人及互联网等）之间，进行无线通讯和信息交换的系统网络，是能够实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络。当前V2X领域主要存在两大通信技术，一种是专用短程通信汽车自组网技术，另一种是C-V2X技术。单元一V2X技术认知二、V2X车辆通信系统的构成车辆通信系统一般由车载单元OBU、路侧单元RSU以及专用短程通信协议三部分组成。汽车通信主要包括车载单元0BU之间的通信V2V、车载单元0BU与路侧单元RSU之间的通信V2R、车载单元/路侧单元和通信基础设施接入Internet的通信V2I以及车载单元/路侧单元和云端网络的通信V2N。单元一V2X技术认知1.车载单元车载单元是汽车通信的车载终端。主要由通讯处理器、射频收发器、GPS接收器/处理器、车辆CAN总线、数据存储器、显示器等组成。单元一V2X技术认知2.路侧单元路侧单元一般是指安装在路口交通设施旁或道路旁边的汽车通信设备，主要由通讯处理器、射频收发机、数据存储器、交换处理器、通信网关(如需接入其它制式的网络)等组成。单元一V2X技术认知3.专用数据链路专用数据链路主要是指采用802.11P或LTE制式的用于汽车通信的无线链路。目前主要有5.9GHz频段（5.85GHz～5.925GHz，共75MHz频宽）。单元二专用短程通信汽车自组网技术认知学习目标1.了解专用短程通信汽车自组网的基本概念2.了解专用短程通信汽车自组网的技术特点与应用单元二专用短程通信汽车自组网技术认知一、专用短程通信汽车自组网技术概要专用短程通信汽车自组网技术目前主要使用5.9GHz频段类似Wi-FiMesh的基于802.11p、IEE1609、SAEJ2735、SAEJ2945标准的DSRC汽车自组网专用短程通信技术。专用短程通信汽车自组网技术让汽车可以周期性地双向发送、接收和交换、分享车辆的基本行驶信息。单元二专用短程通信汽车自组网技术认知二、专用短程通信汽车自组网技术的指标要求专用短程通信汽车自组网技术是基于802.11p、IEEE1609、SAEJ2735、SAEJ2945标准的汽车专用短程通信技术。专用短程通信汽车自组网主要采用的无线频率是美国使用的5.9GHz频段。专用短程通信汽车自组网的车载单元单节点覆盖范围最高300m。专用短程通信汽车自组网的传输距离需要大于高速路上的安全车距，一般在100m。单元二专用短程通信汽车自组网技术认知三、专用短程通信汽车自组网技术的优势1.采用分布式控制方式。2.可支持高于192km/h的车速下的动态快速自组网，一般高速路的车速都在其支持范围，自维护路由。3.可以随时建立网络，在没有其他通信设施的情况下使用。4.无中心的点对点通信，不受固定拓扑结构的限制，不依赖于任何预设的网络基础设施，建网成本低。5.DSRC通讯距离短，发射的数据量较少，发射功率较低，功耗和能源消耗较低，工作时长较长。6.设备小巧，更换维护方便。7.可以成为汽车的内生系统，与车内总线和车内系统协同性好。单元二专用短程通信汽车自组网技术认知四、专用短程通信汽车自组网技术的实际应用凯迪拉克推出的CTS车型是首款搭载V2V技术的量产车型，通过车辆之间的信息共享，驾驶员可以预知更多道路信息和潜在风险。单元三LTE-V技术认知学习目标1.了解LTE-V技术的基本概念2.了解LTE-V技术的结构原理单元三LTE-V技术认知一、C-V2X技术概要C-V2X是由3GPP（3rdGenerationPartnershipProject）定义的基于蜂窝通信的V2X技术，它包含基于LTE以及5G的V2X系统，是DSRC技术的有力补充。单元三LTE-V技术认知二、LTE-V技术概要LTE-V是基于LTE为车车通信、车路通信、车辆与城市基础设施通信专门开发的通信技术，是用于汽车通信的专用LTE技术。单元三LTE-V技术认知三、LTE-V技术的特点1.采用半分布式-半集中式控制方式，网络性能好。2.高速移动下的切换性能，高速移动下的高可靠、低时延，安全可信的信息传输。3.支持可扩展的系统架构。4.基于商用成熟LTE技术的信道资源配置管理优势。5.基于商用成熟LTE技术的网络拥塞控制和抗干扰能力优势。单元三LTE-V技术认知三、LTE-V技术的特点6.大容量支持，商用成熟的大容量使用QoS保障和稳定性。7.更好的通信信道利用率和频谱效率。高带宽，可以支持更多的业务、应用和用户数。8.可以灵活使用的接入技术，LTE-V技术可以与DSRC技术集成起来使用。9.基于现在蜂窝技术的扩展，与现有通信技术兼容性好。10.LTE-V技术相对更适合在车多的场合发挥作用。如在交通路口高密集的场景，同区域有大量的车辆时，用于汽车和交通设施之间的通信（V2I），交换车辆的基本行驶信息，防止和避免司机闯红灯等交通违规情况并提醒交通路况。单元三LTE-V技术认知四、LTE-V技术的结构构成LTE-V主要由车载终端、路侧模块和数据平台组成。1.车载终端车载终端主要包括通信芯片、通信模组、终端设备、V2X协议栈及V2X应用软件。单元三LTE-V技术认知2.路侧模块路侧模块主要包括V2X系统所定义的路侧单元（RSU）、感知单元和计算决策单元。路侧单元（RSU）是集成C-V2X功能的路侧网联设施，用以实现路与车、路与人、路与云平台之间的全方位连接。单元三LTE-V技术认知3.数据平台数据平台可以汇聚多源数据，将V2I/V2V/V2P等各类应用数据进行深入分析、挖掘，提取关键信息，做出决策，并将决策指令及时推送到车载单元和路侧单元，为C-V2X系统高效运行提供必要支撑。单元三LTE-V技术认知五、LTE-V技术的应用大唐高鸿公司从2012年起就开始研发具有自主知识产权的LTE-V技术产品，涵盖车载终端（OBU）、路侧终端（RSU）、C-V2X云控平台、CA安全认证解决方案等。单元四5G-V2X技术认知学习目标1.了解5G-V2X技术基本概念2.了解5G-V2X技术的特点与应用单元四5G-V2X技术认知一、5G-V2X技术概要5G是第五代移动通信技术的简称，是最新一代蜂窝移动通信技术。5G网络的主要优势在于，数据传输速率远远高于以前的蜂窝网络，最高可达10Gbit/s比先前的4GLTE蜂窝网络快100倍。另一个优点是较低的网络延迟，更快的响应时间，低于1ms，而4G的网络延迟为30～70ms。单元四5G-V2X技术认知二、5G-V2X技术的特点1.低时延与高可靠性2.频谱和能源高效利用3.更加优越的通信质量单元四5G-V2X技术认知三、5G-V2X技术的应用2020年，国家发改委等部委联合印发的《智能汽车创新发展战略》指出，通过5G与车联网协同建设，推动道路基础设施、智能汽车、运营服务、交通管理指挥等信息互联互通。华为依托云、边、端整体技术优势，联合生态合作伙伴提供5G车联网解决方案，切实推动智能汽车产业持续健康发展。单元四5G-V2X技术认知华为5G车联网架构示意图单元五车载OTA系统认知学习目标1.了解车载OTA系统基本概念2.了解车载OTA系统技术架构3.了解车载OTA系统升级内容单元五车载OTA系统认知一、OTA系统简介汽车OTA远程升级也叫做空中下载，所谓“空中”指的是远程无线方式，通过移动通信GSM或CDMA的空中接口对SIM卡数据及应用进行远程管理。单元五车载OTA系统认知二、车载OTA架构汽车OTA主要分为FOTA固件在线升级和SOTA软件在线升级两类，前者是一个完整的系统性更新，后者是迭代更新的升级。单元五车载OTA系统认知三、车载OTA工作流程1.管理和生成相关文件2.分发和检查3.更新和刷新安装单元五车载OTA系统认知四、OTA的系统风险在FOTA流程中，主要存在传输风险和升级包篡改风险。终端下载升级包的传输流程中，攻击者可利用网络攻击手段，如中间人攻击，将篡改伪造的升级包发送给车载终端，如果终端在升级流程中同时缺少验证机制，那么被篡改的升级包即可顺利完成升级流程，达到篡改系统、植入后门等恶意程序的目的。攻击者还可能对升级包进行解包分析，获取一些可利用的信息，如漏洞补丁等，升级包中关键信息的暴露会增加被攻击的风险。单元五车载OTA系统认知五、车载OTA系统实车应用1.特斯拉Tesla探索软件版本V10.02.理想ONE1.1.9版本固件升级《智能网联汽车技术概论》单元一前方碰撞预警系统结构原理与应用单元二车道偏离预警系统结构原理与应用项目七先进驾驶辅助系统（ADAS）应用技术单元三自适应巡航系统结构原理与应用单元四车道保持辅助系统结构原理与应用单元五车辆盲区监测系统结构原理与应用单元六自适应前照灯系统结构原理与应用单元七自动泊车辅助系统结构原理与应用单元八交通标志识别系统结构原理与应用单元九智能座舱系统结构原理与应用单元十抬头显示系统（HUD）结构原理与应用单元一前方碰撞预警系统结构原理与应用学习目标1.了解前方碰撞预警系统基本概念2.了解前方碰撞预警系统结构原理3.了解前方碰撞预警系统实车应用情况单元一前方碰撞预警系统结构原理与应用一、前方碰撞预警系统的定义及发展历程前方碰撞预警系统FCW是通过摄像头、雷达等传感器实时感知车辆前方的物体，检测自车与目标之间的距离并警示驾驶员的一种系统。单元一前方碰撞预警系统结构原理与应用二、前方碰撞预警系统的组成单元一前方碰撞预警系统结构原理与应用三、前方碰撞预警系统的原理及分类1.用于城市路况的汽车前方碰撞预警系统2.用于高速公路路况的汽车前方碰撞预警系统3.用于行人保护的汽车前方碰撞预警系统单元一前方碰撞预警系统结构原理与应用四、前方碰撞预警系统的实车应用以起亚集团凯酷汽车的前方碰撞预警系统为例。分为车对车、车对自行车、车对人和交叉路口四种工况。中国新车评价规程C-NCAP在2021年新规中对于前方碰撞预警系统中也加入了自行车防撞。凯酷使用的方案是摄像头和毫米波雷达集成判断的解决方案，车载摄像头使用单目摄像头，探测距离约为55m。该摄像头的主要作用是识别前方不同的物体并做出判断，摄像头的探测角约为50°，毫米波雷达可探测前方约50m范围的障碍物。单元一前方碰撞预警系统结构原理与应用随着多传感器融合技术的发展、控制单元计算能力的提升以及执行机构的优化，前方碰撞预警系统正在朝着多先进传感器融合、高精度判断、精确控制的方向发展，进一步提高车辆的主动安全性能，从而减少车辆碰撞的可能性。单元二车道偏离预警系统结构原理与应用学习目标1.了解车道偏离预警系统基本概念2.了解车道偏离预警系统结构原理3.了解车道偏离预警系统实车应用情况单元二车道偏离预警系统结构原理与应用一、车道偏离预警系统的定义车道偏离预警系统LDW，使用摄像头作为视觉传感器检测车道线，计算车辆在车道中的位置信息及运动信息，判断车辆当前是否偏离车道。如果车辆偏离车道且驾驶员没有进行纠正时，系统会发出警告或通过转向盘振动的方式提示驾驶员单元二车道偏离预警系统结构原理与应用二、车道偏离预警系统的组成单元二车道偏离预警系统结构原理与应用三、车道偏离预警系统工作原理通常由一个或多个图像传感器提供道路的多帧图像，这些传感器连接至处理器的多个视频端口。数据进入系统后，它被实时地变换成可处理的格式，然后探测车辆相对于车道标志线的位置，道路图像的输入信息流被变换为一系列画出道路表面轮廓的线条，在数据字段内寻找边缘就能发现车道标志线。处理器则要时刻跟踪这些标志线，以确定行车路线是否正常。一旦发现车辆无意间偏离车行道，处理器做出判断后输出一个信号驱动报警电路，让驾驶员立即纠正行车路线。单元二车道偏离预警系统结构原理与应用四、车道偏离预警系统的实车应用以Volvo公司的XC60车道偏离预警系统为例。单元三自适应巡航系统结构原理与应用学习目标1.了解自适应巡航系统基本概念2.了解自适应巡航系统结构原理3.了解自适应巡航系统实车应用情况单元三自适应巡航系统结构原理与应用一、自适应巡航系统的定义汽车自适应巡航系统ACC，是在原有定速巡航基础上发展起来一种新型的智能巡航系统。单元三自适应巡航系统结构原理与应用二、自适应巡航系统的组成单元三自适应巡航系统结构原理与应用三、自适应巡航系统工作原理自适应巡航系统的定速控制和车辆间距控制系统可以进行状态选择。自适应巡航系统对静止目标没有跟踪功能，对于动态目标应具有探测距离、目标识别、跟踪等功能。单元三自适应巡航系统结构原理与应用四、自适应巡航系统的实车应用以奥迪A6L自适应巡航系统为例。单元四车道保持辅助系统结构原理与应用学习目标1.了解车道保持辅助系统基本概念2.了解车道保持辅助系统结构原理3.了解车道保持辅助系统实车应用情况单元四车道保持辅助系统结构原理与应用一、车道保持辅助系统的定义车道保持辅助系统LKA，是利用摄像头等传感器感知并计算车辆在车道中的位置信息及运动信息，利用车辆的转向和制动系统对车辆进行控制，防止车辆偏离车道而发生事故。车道保持辅助系统会对车辆的转向进行微调，使车辆驶回原车道行驶。单元四车道保持辅助系统结构原理与应用二、车道保持辅助系统的组成单元四车道保持辅助系统结构原理与应用三、车道保持辅助系统的原理利用视觉传感器采集道路图像，利用车速传感器采集车速信号，利用转向盘转角传感器采集转向信号。如果识别出两侧的车道边界线，控制单元会计算车道宽度和曲率，同时计算车辆处于当前车道的位置，并根据转向盘转角传感器计算车辆接近车道边界线的角度。当车辆行驶可能偏离车道线时，系统发出报警提示。如果检测到车辆偏离车道线后，电子控制单元控制转向盘转向，并施加操作力使车辆回到正常轨道。如果打开转向灯进行主动变线行驶，则系统不会做出任何提示。单元四车道保持辅助系统结构原理与应用四、车道保持辅助系统的实车应用以奥迪A8车型的车道保持辅助系统为例。单元五车辆盲区监测系统结构原理与应用学习目标1.了解车辆盲区监测系统基本概念2.了解车辆盲区监测系统结构原理3.了解车辆盲区监测系统实车应用情况单元五车辆盲区监测系统结构原理与应用一、车辆盲区监测系统的定义车辆盲区监测系统BCA，通过安装在左右后视镜或其它位置的传感器感知后方道路信息，如果后方有车辆、行人、自行车及其它移动物体靠近时，盲区监测系统就会通过声光报警器提醒驾驶员或在紧急情况下进行制动。单元五车辆盲区监测系统结构原理与应用二、车辆盲区监测系统的组成单元五车辆盲区监测系统结构原理与应用三、车辆盲区监测系统的原理车辆盲区监测系统是通过摄像头、毫米波雷达等传感器，来检测后方的车辆、自行车等，电子控制单元对感知单元的数据进行计算及判断。如果检测到盲区中有车辆或者自行车，会发出警报，后视镜上显示碰撞危险图标并闪烁提示，部分车型还可以进行紧急制动。单元五车辆盲区监测系统结构原理与应用四、车辆盲区监测系统的实车应用以现代起亚汽车公司凯酷车型的车辆盲区监测系统为例。单元六自适应前照灯系统结构原理与应用学习目标1.了解自适应前照灯系统基本概念2.了解自适应前照灯系统结构原理3.了解自适应前照灯系统实车应用情况单元六自适应前照灯系统结构原理与应用一、自适应前照灯系统的定义汽车自适应前照灯系统AFS，是可以根据不同的道路行驶条件，自动改变多种照明类型的一种照明系统。该系统可以消除因为恶劣天气、黑夜、能见度低等情况下汽车转向时视野不明区域所带来的危险，为驾驶员提供更加安全可靠的照明视野。单元六自适应前照灯系统结构原理与应用二、自适应前照灯系统的组成单元六自适应前照灯系统结构原理与应用三、自适应前照灯系统的工作原理车辆通过光照强度传感器不断感知环境的亮度，汽车车速传感器和转向盘转角传感器不断地把检测到的信号传递给控制ECU，ECU根据传感器检测到的信号进行处理，对运算处理后的数据进行综合判断来输出前照灯转角，并控制前照灯转过相应的角度。单元六自适应前照灯系统结构原理与应用四、自适应前照灯系统的实车应用以马自达阿特兹的自适应照明系统为例。单元七自动泊车辅助系统结构原理与应用学习目标1.了解自动泊车辅助系统基本概念2.了解自动泊车辅助系统结构原理3.了解自动泊车辅助系统实车应用情况单元七自动泊车辅助系统结构原理与应用一、自动泊车辅助系统的定义自动泊车辅助系统APA，是利用安装在车辆上的传感器感知周边环境，对车辆可停泊的有效区域进行计算与泊车的一种系统。单元七自动泊车辅助系统结构原理与应用二、自动泊车辅助系统的组成单元七自动泊车辅助系统结构原理与应用三、自动泊车辅助系统的原理自动泊车辅助系统工作原理是通过摄像头和超声波雷达感知车辆周围的环境，对周边环境进行分析，确定可以停泊的车位并获取车位的尺寸、位置等信息，使用泊车辅助算法计算泊车路径，自动转向操纵汽车泊车。单元七自动泊车辅助系统结构原理与应用四、自动泊车辅助系统的实车应用1.半自动泊车辅助系统以长城哈弗H6为例。单元七自动泊车辅助系统结构原理与应用2.全自动泊车辅助系统以小鹏G3车型为例。单元八交通标志识别系统结构原理与应用学习目标1.了解交通标志识别系统基本概念2.了解交通标志识别系统结构原理3.了解交通标志识别系统实车应用情况单元八交通标志识别系统结构原理与应用一、交通标志识别系统的定义及发展交通标志识别系统TSR，是指通过安装在车辆上的多用途摄像头扫描交通标志，并将交通标志显示在车内仪表盘或抬头显示器上，辅助驾驶员识别当前限速及附加信息的一种系统。当前较为先进的技术是通过识别交通标志（主要是限速标志）进行车辆自动限速的自适应巡航系统。单元八交通标志识别系统结构原理与应用二、基于交通标志识别的自适应巡航系统的组成单元八交通标志识别系统结构原理与应用三、基于交通标志识别的自适应巡航系统的实车应用以起亚汽车公司的凯酷车型为例。单元八交通标志识别系统结构原理与应用四、交通标志识别系统的前瞻技术介绍交通标志识别技术是智能网联汽车实现无人驾驶的一项重要技术。当前交通标志的检测方法主要有两种，一种是基于颜色特征和图形特征组合的识别技术，另一种是基于深度学习的识别技术。现在已量产的车型大多使用颜色特征和图像特征组合的识别技术。单元九智能座舱系统结构原理与应用学习目标1.了解智能座舱系统基本概念2.了解智能座舱系统结构原理3.了解智能座舱系统实车应用情况单元九智能座舱系统结构原理与应用一、智能座舱系统的定义智能座舱是指配备了智能化和网联化的车载产品，从而可以与人、路、车本身进行智能交互的座舱，是人车关系从工具向伙伴递进的重要纽带和关键节点。智能座舱通过对数据的采集，上传到云端进行处理和计算，从而对资源进行最有效的适配，增加座舱内的安全性、娱乐性和实用性。单元九智能座舱系统结构原理与应用二、智能座舱系统的功能常见的智能座舱系统配置包括HUD抬头显示、语音控制、AR技术、车载AI等。单元九智能座舱系统