车联网技术与应用 教案 陈宁 项目1、2 车联网认知、车载网络关键技术

《车联网技术与应用》课程教学设计(教案)学年第1学期授课教师：开课专业：汽车智能技术完成时间：审核人：课程基本信息课程名称车联网技术与应用学分4总学时60课程代码课程类型☑必修□选修授课班级先修课程C/C++程序设计微机原理与应用后继课程底盘线控技术与应用智能网联汽车整车测试课程目标序号学习结果O1能够搭建基本满足实际需求的车联网系统架构，包括车载终端、路侧单元、云平台等关键组件的选型与集成。O2能够根据具体应用场景，合理配置车联网通信参数，如LTE-V2X等技术的频段、波特率、传输功率等，以优化通信性能和覆盖范围。O3能够熟练使用专业工具和设备，对车联网系统进行调试和维护，包括硬件设备的安装与配置、软件系统的升级与优化等，确保系统稳定运行。O4能够识别车联网系统中的安全漏洞和威胁，采取相应的安全措施，如加密通信、身份认证等，保障车联网系统的信息安全。O5能够参与车联网项目的规划、实施与管理，包括项目需求分析、方案设计、进度控制等，培养团队协作和项目管理能力。代码知识目标K1理解车联网的定义，了解车联网发展历程中的关键节；解释车联网在智能网联汽车和智能交通系统中的角色与重要性，归纳车联网产业现状的主要特点；预测并描述车联网的未来发展趋势，以及这些趋势对汽车产业的影响。K2理解LIN总线、CAN总线、车载以太网、DSRC、LTE-V2X、NR-V2X等关键技术基本概念、工作原理和技术特点，掌握它们在不同应用场景下的优劣；设计并描述DSRC、LTE-V2X、NR-V2X等通信技术在车联网中的具体应用方案，分析其技术实现过程。K3了解V2V、V2I等车联网应用场景的名称；解释V2V、V2I等车联网应用场景的工作原理，分析它们在实际交通环境中的应用效果；根据特定交通场景，设计并优化V2V、V2I等车联网应用场景的实施方案。K4了解车联网通信协议的基本框架和关键要素名称；理解车联网通信协议中数据帧结构、通信机制等关键要素的作用和相互关系；根据实际需求，设计并编写符合车联网通信协议要求的数据帧和通信流程。K5辨认车联网系统的整体架构和各组件名称；解释车联网系统中各组件之间的关系和工作流程，归纳车联网系统架构的主要特点；根据实际需求，设计并优化车联网系统的整体架构，选择合适的组件和配置方案。K6了解车联网系统面临的主要安全威胁类型、产生原因和可能造成的后果，理解车联网安全防护的主要措施。K7了解车联网项目管理的基本方法和流程；参与车联网项目的规划、实施与管理，运用项目管理的基本方法解决实际问题。K8辨认车联网领域的新技术和新应用名称；解释车联网新技术和新应用的工作原理和特点，归纳它们对车联网产业的影响；关注车联网新技术和新应用的发展趋势，探索其在实际交通环境中的应用潜力。代码技能目标S1根据技术文件，完成车联网系统设备的配置和调试，确保设备正常工作。S2使用工具软件读取车联网通信报文，根据不同类型的车联网通信协议理解报文的结构和内容，进而编制报文。S3能够进行车联网系统的性能测试，包括通信延迟、数据传输速率、可靠性等指标的评估。S4使用车联网相关的工具软件完成各项测试和分析任务。S5能够查阅、理解车联网相关的技术文档，或根据工作要求撰写技术文档、测试报告。S6能够识别车联网系统的安全威胁，采取相应的安全防护措施，确保系统安全。代码态度目标A1积极参与学习和实践，形成积极主动提升专业技能的习惯。A2重视团队合作，养成与团队成员有效沟通和协作的习惯，共同完成任务。A3敢于尝试新技术，树立创新精神，提出创新性解决方案。A4持续关注车联网新技术，养成不断学习和提升专业技能的习惯。A5注重项目细节，形成严谨细致的工作态度，确保质量控制。A6遵循行业标准，养成遵守车联网行业规范和标准的习惯。

课程内容注：课程内容是由课程目标决定的，是学习者为达到课程目标所必须学习的全部知识、技能的总和，可按内在的方法逻辑划分为若干模块。可根据需要增删表格行。代码内容模块M1车联网的概念、发展和与自动驾驶技术的关系M2车联网组成、技术分级，DSRC、LET-V、C-V2X概况M3LIN的组成、协议、传输机制M4CAN的组成、协议、传输机制M5车载以太网的组成、协议、传输机制M6DSRC的组成、协议、传输机制M7LTE-V2x的组成、协议、传输机制M8NR-V2x的组成、协议、传输机制M9V2V的定义、场景功能,前车紧急刹车预警、交叉口碰撞预警等场景M10V2I的定义、场景功能,换道碰撞预警、自动ETC系统等场景M11V2P的定义、场景功能,行人预警等场景M12V2N的定义、场景功能,交通管理、地图更新等场景M13车联网信息安全的定义、发展、体系、安全平台

教学单元项目1车联网认知教学章节任务1车联网认知教学类型理实一体计划学时4知识目标K1了解车联网的产生、发展历程K2理解车联网与智能汽车、智能交通的关系技能目标S1合理使用通用工具和专用仪器；S2查阅技术文件，简要分析车联网功能；S3了解《车联网集成应用》职业技能等级标准的工作领域；态度目标A1认识到高质量发展的意义；A2认识到新型工业化、车联网（智能网联汽车）产业发展意义；A3培养学生养成良好的学习习惯。重难点分析及解决措施重点车联网定义的迭代内容及以迭代的意义难点车联网与智能汽车、智能交通系统的关系课前预习任务1、是否通过线上课程资源完成课前预习？£是£否2、是否通过线上课程资源完成课前习题？£是£否3、是否自行进行延伸学习？£是£否教学过程教学环节（预计时间）教学内容覆盖目标情景导入（5分钟）案例分享：简述车联网在日常生活中的应用实例，如ETC系统、远程车辆控制等。提出问题：引导学生思考车联网与智能汽车、智能交通之间的关系，以及车联网的发展前景A1、A3理论讲解（60分钟）1.车联网的产生：介绍汽车和无线电通信的发展历程，以及它们如何结合在交通管理领域。讲述交通信号灯、无线电操纵汽车等早期车联网雏形。2.车联网的发展历程：从早期的Telematics到智能交通系统（ITS），再到现代车联网的发展。介绍关键事件和技术进步，如OnStar系统的推出、eCall系统的普及等。3.车联网与智能汽车、智能交通的关系：图示智能网联汽车、车联网和智能交通系统的关系。解释智能网联汽车的定义和核心功能，以及车联网在其中的作用。4.车联网的广义定义：介绍中国信息通信研究院、世界电动车协会等机构对车联网的定义。强调车联网的核心要素：网络连接、汽车智能化、服务新业态。K1、K2交流讨论（15分钟）促进学生之间的交流与合作，深化对车联网的理解。分组讨论：将学生分为小组，每组选择一个车联网的应用场景（如远程控制、eCall系统等）进行深入讨论。观点分享：每组派代表分享讨论结果，包括应用场景的工作原理、优缺点及未来发展趋势。教师点评：教师对学生的讨论进行点评，补充和纠正信息，引导学生进一步思考。A2、A3任务布置（10分钟）任务名称：车联网功能认知。任务目标：验证实验车辆的车联网功能，理解车联网与智慧交通、自动驾驶之间的关系。任务准备：列出所需工具和材料，强调安全注意事项。任务计划：指导学生制定任务实施计划，包括时间节点和预期成果S1、S2分组实施（50分钟）小组分工：每组学生根据任务计划进行分工，确保每个步骤都有人负责。车辆初检：环车检查，记录车辆的基本信息，确保车辆状态良好。车联网功能验证：收音机检查：验证收音机功能是否正常。远程控制功能检查：通过手机APP验证远程控制功能。远程车辆检测功能检查：通过OBD远程诊断头读取故障码和数据流。eCall功能检查：验证eCall系统是否正常工作。驾驶评测功能检查：记录驾驶评测功能数据，如油耗、车速等。其他车联网功能检查：根据车辆实际情况进行其他车联网功能的验证。S1、S2、S3汇报指导（20分钟）各小组汇报实践成果，教师给予指导和反馈。小组汇报：每组派代表汇报实践成果，包括任务完成情况、遇到的问题及解决方案、心得体会等。教师点评：教师对学生的汇报进行点评，指出优点和不足，提出改进建议。互动交流：鼓励学生提问和讨论，促进知识共享和经验交流。S3、A1、A2课后巩固完成线上课程资源的课后习题。课后思考：车联网在智能交通系统中的作用是什么？如何评价不同车联网通信技术的优缺点？未来车联网可能的发展方向是什么？A1、A2

教学单元项目1车联网认知教学章节任务2车联网技术分级教学类型理实一体计划学时4知识目标K1了解车联网参考模型K2理解车联网技术分级K3了解DSRC、LTE-V2X、C-V2X概况技能目标S1合理使用通用工具和专用仪器；S2查阅技术文件，分析车联网功能的技术分级；S3了解《智能汽车大数据管理与应用》职业技能等级标准的工作领域；态度目标A1培养团队协作等社会能力；A2培养科学探究精神和严谨工匠精神；A3培养爱国主义情怀和民族自信。重难点分析及解决措施重点车联网技术分级内容及意义难点车联网逻辑架构的理解，DSRC与C-V2X技术的对比与应用课前预习任务1、是否通过线上课程资源完成课前预习？£是£否2、是否通过线上课程资源完成课前习题？£是£否3、是否自行进行延伸学习？£是£否教学过程教学环节（预计时间）教学内容覆盖目标情景导入（5分钟）案例分享：介绍车路协同技术白皮书，展示车联网技术在自动驾驶中的重要作用。提出问题：车联网技术是如何分级的？不同级别的车联网技术有何应用？A1、A2理论讲解（60分钟）车联网参考模型：介绍OSI开放系统互联模型，并引出车联网的三层逻辑架构（感知层、网络层、应用层）。车联网技术分级：详细讲解车联网技术的三个分级（网联辅助信息交互、网联协同感知、网联协同决策与控制），并对比不同级别的典型场景和信息传输需求。车联网技术演进：介绍DSRC和C-V2X（包括LTE-V2X和NR-V2X）的技术特点、发展历程及性能对比。K1、K2、K3交流讨论（15分钟）分组讨论：将学生分为小组，每组选择一个车联网技术分级的应用场景进行深入讨论。观点分享：每组派代表分享讨论结果，包括应用场景的工作原理、优缺点及未来发展趋势。教师点评：教师对学生的讨论进行点评，补充和纠正信息，引导学生进一步思考。A1、A2、A3任务布置（10分钟）任务名称：车联网架构认知与技术分级分析。任务目标：分析实验车辆的若干典型车内网、车联网工作逻辑，理解车联网架构与技术分级。任务准备：列出所需工具和材料，强调安全注意事项。任务计划：指导学生制定任务实施计划，包括时间节点和预期成果。S1、S2、S3分组实施（50分钟）小组分工：每组学生根据任务计划进行分工，确保每个步骤都有人负责。车辆初检：环车检查，记录车辆的基本信息，确保车辆状态良好。车内网功能验证：通过主控按键控制车窗升降、检查制动灯等。车联网功能验证：检查车辆是否具备DSRC、LTE-V2X功能，通过手机APP或专用工具进行功能测试。记录测试数据，如网络速度、时延等。。S1、S2、S3汇报指导（20分钟）各小组汇报实践成果，教师给予指导和反馈。小组汇报：每组派代表汇报实践成果，包括任务完成情况、遇到的问题及解决方案、心得体会等。教师点评：教师对学生的汇报进行点评，指出优点和不足，提出改进建议。互动交流：鼓励学生提问和讨论，促进知识共享和经验交流。。S3、A1、A2课后巩固完成线上课程资源的课后习题。课后思考：不同级别的车联网技术如何支持自动驾驶的发展？未来车联网技术可能的发展方向是什么？A1、A2、A3

教学单元项目2车载网络关键技术教学章节任务1LIN技术应用教学类型理实一体计划学时4知识目标K1了解LIN总线的产生、发展历程K2掌握LIN总线的电气特性K3理解LIN总线的通信协议和通信机制技能目标S1合理使用通用工具和专用仪器，测量LIN总线信号波形；S2查阅技术文件，分析LIN总线信号波形，诊断和排除LIN总线简单故障；S3查阅技术文件，分析LIN总线的报文；态度目标A1培养团队协作等社会能力；A2培养科学探究精神和严谨工匠精神；A3培养爱国主义情怀和民族自信。重难点分析及解决措施重点LIN总线的结构和通信机制解决措施：通过理论讲解和实验操作相结合的方式加深理解。难点LIN总线信号波形的分析和故障诊断。解决措施：通过分组实施和汇报指导环节，让学生在实践中掌握LIN总线信号波形的分析和故障诊断方法。课前预习任务1、是否通过线上课程资源完成课前预习？£是£否2、是否通过线上课程资源完成课前习题？£是£否3、是否自行进行延伸学习？£是£否教学过程教学环节（预计时间）教学内容覆盖目标情景导入（5分钟）案例分享：简述LIN总线在车辆内部低速网络中的应用实例，如车门控制单元、天窗控制单元等。提出问题：引导学生思考LIN总线相比其他总线（如CAN总线）的特点和优势，以及LIN总线在智能网联汽车中的作用。A1、A2理论讲解（60分钟）1.LIN总线的产生与发展介绍汽车和无线电通信的发展历程。讲述LIN总线如何从早期的需求中诞生，并逐步发展成为车身电子领域的关键技术。2.LIN总线的结构和通信机制LIN总线的组成：包括协议控制器、总线收发器和传输总线。LIN总线的通信方式：单主控器/多从设备模式，没有仲裁机制，主控制器主动发起通信，从设备被动响应。LIN总线的特征：低成本、单信号线传输、可预测的电磁兼容性能等。LIN报文帧结构：详细讲解同步间隔段、同步段、受保护ID段、数据段和校验和段的作用。3.LIN总线与车联网的关系解释LIN总线如何在车联网中作为车辆内部低速网络的关键技术。介绍LIN总线与上层CAN网络相连，形成CAN-LIN网关节点的作用。K1、K2、K3交流讨论（15分钟）分组讨论：将学生分为小组，每组选择一个LIN总线的应用场景（如车门控制、天窗控制等）进行深入讨论。观点分享：每组派代表分享讨论结果，包括应用场景的工作原理、LIN总线的优势、可能的改进方向及未来发展趋势。教师点评：教师对学生的讨论进行点评，补充和纠正信息，引导学生进一步思考LIN总线在车联网中的重要作用。A1、A2、A3任务布置（10分钟）任务名称：LIN总线功能验证与分析任务目标：验证实验车辆中LIN总线的功能。分析LIN总线信号波形，掌握其基本通信机制。任务准备：列出所需工具和材料（如示波器、连接线、测试车辆等），强调安全注意事项。任务计划：指导学生制定任务实施计划，包括时间节点和预期成果。S1、S2、S3分组实施（50分钟）小组分工：每组学生根据任务计划进行分工，确保每个步骤都有人负责。车辆初检：环车检查，记录车辆的基本信息，确保车辆状态良好。LIN总线信号波形读取：使用示波器正确连接LIN总线，设置示波器参数。捕捉LIN总线报文帧波形，记录并分析波形数据。LIN总线功能验证：通过操作车辆上的相关部件（如车门开关、天窗开关等），验证LIN总线的通信功能。记录操作过程中的信号变化，并与理论波形进行对比分析。数据记录：记录实验过程中的关键数据，如LIN报文ID、报文数据内容、校验和等。S1、S2、S3汇报指导（20分钟）各小组汇报实践成果，教师给予指导和反馈。小组汇报：每组派代表汇报实践成果，包括任务完成情况、遇到的问题及解决方案、心得体会等。教师点评：教师对学生的汇报进行点评，指出优点和不足，提出改进建议。互动交流：组织学生就实验过程中的疑问和难点进行讨论，加深对LIN总线技术的理解。S3、A1、A2课后巩固完成线上课程资源的课后习题。课后思考：LIN总线相比其他总线（如CAN总线）有哪些优势和劣势？如何评价不同车联网通信技术的优缺点？未来车联网可能的发展方向是什么？LIN总线在其中将扮演什么角色？A1、A2、A3

教学单元项目2车载网络关键技术教学章节任务2CAN技术应用教学类型理实一体计划学时4知识目标K1了解CAN总线的产生、发展历程K2掌握CAN总线的电气特性K3理解CAN总线的通信协议和通信机制技能目标S1合理使用通用工具和专用仪器，测量CAN总线信号波形；S2查阅技术文件，分析CAN总线信号波形，诊断和排除CAN总线简单故障；S3查阅技术文件，分析、编写CAN总线的报文；态度目标A1培养团队协作等社会能力；A2培养科学探究精神和严谨工匠精神；A3激发对汽车电子技术的兴趣和探索精神。重难点分析及解决措施重点CAN总线的结构和通信机制解决措施：通过理论讲解和实验操作相结合的方式加深理解。难点CAN总线信号波形的分析和故障诊断。解决措施：通过分组实施和汇报指导环节，让学生在实践中掌握CAN总线信号波形的分析和故障诊断方法。课前预习任务1、是否通过线上课程资源完成课前预习？£是£否2、是否通过线上课程资源完成课前习题？£是£否3、是否自行进行延伸学习？£是£否教学过程教学环节（预计时间）教学内容覆盖目标情景导入（5分钟）案例分享：介绍一起因CAN总线故障导致的汽车召回事件，引出CAN总线在汽车中的重要性。提出问题：引导学生思考CAN总线相比其他通信技术的优势，以及它在现代汽车中的广泛应用。A1、A2理论讲解（60分钟）1.CAN总线的产生与发展简述汽车电子技术的发展历程，引出CAN总线的产生背景。介绍CAN总线的发展历程，以及它在现代汽车中的广泛应用领域。2.CAN总线的结构与工作原理CAN总线的组成：包括CAN控制器、CAN收发器、传输介质等。CAN总线的工作原理：介绍CAN总线的通信方式、仲裁机制、错误处理等。CAN总线的通信协议：详细讲解CAN报文帧的结构，包括帧起始、仲裁段、控制段、数据段、CRC段、ACK段和帧结束等。3.CAN总线在车联网中的应用介绍CAN总线作为车内高速网络的关键技术，在车联网中的重要作用。讲述CAN总线与其他车载网络（如LIN总线、FlexRay等）的互联与通信。K1、K2、K3交流讨论（15分钟）分组讨论：将学生分为小组，每组选择一个CAN总线的应用案例进行深入讨论。观点分享：每组派代表分享讨论结果，包括应用场景的工作原理、CAN总线的优势、可能的改进方向及未来发展趋势。教师点评：教师对学生的讨论进行点评，补充和纠正信息，引导学生进一步思考CAN总线在车联网中的重要作用。A1、A2、A3任务布置（10分钟）任务名称：CAN总线功能验证与分析任务目标：验证实验车辆中CAN总线的功能。分析CAN总线信号波形，掌握其基本通信机制。任务准备：列出所需工具和材料（如示波器、连接线、测试车辆等），强调安全注意事项。任务计划：指导学生制定任务实施计划，包括时间节点和预期成果。S1、S2、S3分组实施（50分钟）小组分工：每组学生根据任务计划进行分工，确保每个步骤都有人负责。车辆初检：环车检查，记录车辆的基本信息，确保车辆状态良好。CAN总线信号波形读取：使用示波器正确连接CAN总线，设置示波器参数。捕捉CAN总线报文帧波形，记录并分析波形数据。CAN总线功能验证：编制CAN报文，发送到CAN总线，观察通信对象状态变化。记录操作过程中的信号变化，并与理论波形进行对比分析。数据记录：记录实验过程中的关键数据，如CAN报文ID、报文数据内容、校验和等。S1、S2、S3汇报指导（20分钟）各小组汇报实践成果，教师给予指导和反馈。小组汇报：每组派代表汇报实践成果，包括任务完成情况、遇到的问题及解决方案、心得体会等。教师点评：教师对学生的汇报进行点评，指出优点和不足，提出改进建议。互动交流：组织学生就实验过程中的疑问和难点进行讨论，加深对CAN总线技术的理解。S3、A1、A2课后巩固完成线上课程资源的课后习题。课后思考：CAN总线相比其他总线有哪些优势和劣势？如何提高CAN总线的通信可靠性和安全性？未来车联网可能的发展方向是什么？LIN总线在其中将扮演什么角色？A1、A2、A3

教学单元项目2车载网络关键技术教学章节任务3车载以太网技术应用教学类型理实一体计划学时4知识目标K1了解车载以太网总线的产生、发展历程K2掌握车载以太网总线的电气特性K3理解车载以太网总线的通信协议和通信机制技能目标S1合理使用通用工具和专用仪器，测量车载以太网总线信号波形；S2查阅技术文件，分析车载以太网总线信号波形，诊断和排除车载以太网总线简单故障；S3查阅技术文件，分析、编写车载以太网总线的报文；态度目标A1认识到车载以太网在现代智能网联汽车中的前沿地位；A2培养创新思维、问题解决能力和团队合作精神；A3激发对车载网络技术的兴趣和探索精神。重难点分析及解决措施重点车载以太网的结构和通信机制解决措施：通过理论讲解和实验操作相结合的方式加深理解。难点车载以太网通信数据的分析和故障诊断。解决措施：通过分组实施和汇报指导环节，让学生在实践中掌握车载以太网总线信号波形的分析和故障诊断方法。课前预习任务1、是否通过线上课程资源完成课前预习？£是£否2、是否通过线上课程资源完成课前习题？£是£否3、是否自行进行延伸学习？£是£否教学过程教学环节（预计时间）教学内容覆盖目标情景导入（5分钟）案例分享：介绍一款采用车载以太网的智能网联汽车，展示其高速数据传输和智能互联的优势。提出问题：引导学生思考传统车载网络（如CAN、LIN）在满足未来智能网联汽车需求方面的局限性，以及车载以太网的出现解决了哪些问题。A1、A2理论讲解（60分钟）1.车载以太网的产生与发展简述汽车电子和网络技术的发展历程，引出车载以太网的产生背景。介绍车载以太网的发展历程，以及它在现代智能网联汽车中的广泛应用前景。2.车载以太网的技术特点高带宽：介绍车载以太网相比传统车载网络的高带宽优势，以及其对智能驾驶、高清视频传输等应用的支持。低延迟：讲解车载以太网如何实现低延迟通信，满足实时性要求较高的应用需求。可靠性：阐述车载以太网在恶劣环境下的可靠性表现，如电磁干扰、温度变化等。3.车载以太网的网络架构与通信协议网络架构：介绍车载以太网的网络拓扑结构，包括星型、总线型等，以及