智联网汽车技术 课件 任务9 协同控制系统

项目三汽车决策控制系统任务9协同控制系统智能网联汽车技术安全预警系统-前向碰撞预警（FCW）课程导入作为一名初级汽车工程师，我当前正在和资深工程师一起设计汽车的大脑——决策控制系统，这就像一个幼儿园小朋友被分到高中部做作业一样困难。所以为了避免因为设计失误而被老司机们吐槽，我必须先把汽车安全技术系统学个通透!学习目标说出FCW的工作原理、组成部分和使用场景01激活旧知汽车的主动安全系统主要包括哪些技术?

通过什么方式来提高驾驶安全性?激活旧知汽车的主动安全系统主要包括哪些技术?通过什么方式来提高驾驶安全性?主动安全系统主动制动辅助系统ESC电子稳定控制系统ABS防抱死系统

这些系统通过车载传感器实时检测车辆状态，在紧急情况下自动采取制动或转向等操作，帮助驾驶员避免事故。探索新知FCW（ForwardCollisionWarningSystem）01020304如有潜在的碰撞危险，立即发出警示，给驾驶员更多的反应时间。计算车辆在行驶过程中与前车的距离测算出发生碰撞的可能性通过自动感应探测前方障碍物探索新知FCW还具有准备启动自动干预制动功能，通过警告信号和制动干预协助驾驶员避免追尾事故。一般FCW功能从5Km/h速度开始启动。前向碰撞预警示意图探索新知前向碰撞预警系统通过分析传感器获取的前方道路信息对前方车辆进行识别和跟踪，如果有车辆被识别出来，则对前方车距进行测量；探索新知同时利用车速估计，根据安全车距预警模型判断追尾可能，一旦存在追尾危险，便根据预警规则及时给予驾驶员主动预警。探索新知系统组成FCW系统由信息采集单元、电子控制单元和人机交互单元三个部分组成，就像一个工厂，第一个车间采集原料，第二个车间加工生产,第三个车间对外销售。前向碰撞预警组成探索新知系统组成信息采集单元通过各种传感器收集前方道路信息，像农夫收割庄稼一样电子控制单元对信息进行处理，像工厂中的加工车间人机交互单元如果判断有碰撞风险，人机交互单元就会警告司机，像工厂的销售部门探索新知前向碰撞预警系统的特点判断本车与前车之间的距离相对速度及方位实时监测前方车辆前向碰撞预警系统主要是利用车载传感器（如视觉传感器、毫米波雷达等）探索新知前向碰撞预警系统的特点对驾驶人进行警告提醒驾驶人进行制动保障行车安全当系统判断存在潜在危险时探索新知前向碰撞预警系统的特点优点作为一种主动安全技术，是基于车辆检测的精确度、需要的时间和适用场景来共同决定性能指标的预警系统。实时安全性检测目标单向性检测目标多元化探索新知前向碰撞预警系统的特点缺点只能对前向的目标车辆或者障碍物采取动作对于侧向车辆和障碍物并没有直接探测需要结合其他安全驾驶辅助系统，才能满足完全安全驾驶的要求。探索新知工作原理图9-3前向碰撞预警的工作过程探索新知工作原理1.前方车辆识别摄像头会捕捉到前方车辆的图像信息根据反射回来的信号判断前面是否有障碍物雷达会发出电磁波探测前方主要使用摄像头和毫米波雷达等传感器来实现道路图像基于阴影的感兴趣区域获取纹理特征分析边缘特征分析对称性特征分析特征融合非车辆是否满足判决条件车辆序列图像NMI特征验证否是探索新知工作原理2.前方车距检测当FCW系统识别到前面有车后，它会进一步测量与前车的距离，就像我们drivingtest的时候考官要求保持与前车2秒距离一样。这里可以使用毫米波雷达直接测距，或者通过摄像头捕捉图像，然后计算出大概的车距。雷达车距检测探索新知工作原理3.安全车距预警模型

FCW系统会综合前两步获取的车辆信息，并结合当前速度等数据，判断是否存在追尾的风险。探索新知工作原理3.安全车距预警模型就像我们开车时也会大致估计下以当前速度，如果突然刹车是否能及时停下来一样。如果风险很高，FCW就会向司机发出提示，我们就要及时注意刹车了。安全车距预警模型自车自车自车前车前车自车制动距离

制动后辆车的距离

采取措施前驶过距离

驾驶人感觉到危险距离S前车经过距离

小测试即时检测请你用通俗的语言概括一下FCW的工作原理。小测试即时检测FCW像一个工厂，通过各种传感器收集前方信息如原料，电子控制单元计算风险如加工生产，如果有风险就警告司机。它主要防止高速公路追尾事故。谢谢观看THANKS智能网联汽车技术项目三汽车决策控制系统任务9协同控制系统主讲人：周磊智能网联汽车技术安全预警系统-车道偏离预警（LDW）课程导入智能汽车有什么技术能够防止车道偏离的发生？某飞车党在高速公路上肆意飙车,不留神偏离了车道,造成了严重的交通事故。课程导入车道偏离“驾驶副驾”——车道偏离预警系统学习目标说出车道偏离预警系统的概念、组成和工作原理01学习任务一起完成车道偏离预警系统的功能介绍01激活旧知车道偏离被看成车辆侧翻事故的主要原因是什么吗？注意力不集中驾驶疲劳心神烦乱严重影响驾驶员在驾驶车辆时的安全性。探索新知车道偏离预警系统的组成01信息采集单元02电子控制单元03人机交互单元探索新知车道偏离预警系统的组成1.信息采集单元信息采集单元对车道线信息和汽车自身行驶状态信息进行采集，针对不同的道路条件和传感器类型，可采用不同的车道线检测方式。高精度地图定位传感器定位视觉传感器定位探索新知车道偏离预警系统的组成1.信息采集单元采用视觉传感器定位的方式应用较为广泛，汽车自身行驶状态采集的信息主要包括:在完成所有信息数据的采集后，信息采集单元需对数据进行模/数转换，并传输给电子控制单元。车速加速度转向角探索新知车道偏离预警系统的组成2.电子控制单元电子控制单元对所有的数据进行集中处理，在处理车道线信息时，由于传感器存在测量误差，因此需要对其进行误差修正，最后综合判断汽车是否存在非正常偏离车道的现象，如果车辆发生非正常偏离，就向人机交互单元发出指令。探索新知车道偏离预警系统的组成3.人机交互单元仪表显示界面语音提示座椅或转向盘振动当车辆偏离车道时，系统会提醒驾驶人及时修正行驶方向，并可以根据偏移量的大小实现不同程度的预警效果。探索新知车道偏离预警系统的组成3.人机交互单元车道偏离预警系统组成三者合作无间，就像乐队里的各部分乐器配合默契，组成美妙的乐章。也像人的眼睛、大脑和手臂，共同协作完成车道偏离预测和警示。探索新知车道偏离预警系统的工作原理当车道偏离系统开启时，摄像头（一般安置在车身侧面或后视镜位置）会时刻采集行驶车道的标识线，通过图像处理获得汽车在当前车道中的位置参数。探索新知车道偏离预警系统的工作原理当检测到汽车偏离车道时，传感器会及时收集车辆数据和驾驶员的操作状态，之后由控制器发出警报信号，整个过程大约在0.5秒完成，为驾驶者提供更多的反应时间。探索新知车道偏离预警系统的工作原理如果驾驶者打开转向灯，正常进行变线行驶，那么车道偏离预警系统不会做出任何提示。车道偏离预警系统工作示意图横向车道偏离警告系统主要用于预防由于驾驶人注意力不集中以及驾驶人放弃转向操作而引起的车道偏离碰撞。横向纵向车道偏离警告系统主要用于预防由于车速太快或方向失控引起的车道偏离碰撞。纵向探索新知车道偏离预警系统的工作原理车辆偏离预警系统按偏离方向可以分为“纵向”和“横向”侧视系统——摄像头安装在车辆侧面，斜指向车道。侧视系统前视系统——摄像头安装在车辆前部，斜指向前方的车道。前视系统探索新知车道偏离预警系统的工作原理车道偏离预警系统已经商业化使用的产品都是基于视觉的系统，根据摄像头安装位置不同，可以将系统分为：探索新知车道偏离预警系统的工作原理由于车道偏移预警系统主要是依托于视觉系统，因此车载摄像头的很多弊端在车道偏移预警系统上也得到了很好的体现。大雾天气车道上有积水导致反光雨雪天气车载摄像头采集车道线的精准度就会降低，导致车道偏移预警系统准确度下降。探索新知车道偏离预警系统的工作原理一般安置在前保险杠两侧，并通过红外线收集信号来分析路面状况，即使在恶略环境的路面，也能识别车道标志线，便于在任何环境的路况下均能及时提醒驾驶员汽车道路偏离状态。红外线传感器的采集方式小测试即时检测系统通过什么方式判断汽车是否偏离车道?收集到警示信息后会有哪些反馈给驾驶员?小结当检测到车辆偏离正常车道时,及时向驾驶员发出语音、震动等警示车道偏离预警系统是通过信息采集、电子控制和人机交互等部分谢谢观看THANKS智能网联汽车技术安全预警系统-盲区预警（BSD）项目三汽车决策控制系统任务9协同控制系统主讲人：周磊智能网联汽车技术课程导入视角盲区导致对周边环境判断不准确在高速公路上驾车时，想要变道却发现车身一侧或后方突然冒出一辆车，这种情况下我们很容易发生剐蹭或追尾事故。解决这个问题,我们需要什么样的系统?课程导入当我们遇到这样的情况，往往非常害怕。我们需要一个可以检测车身周围盲区的系统，时刻提醒我们盲区里是否有车辆，这样就可以避免事故的发生。“盲区预警系统”，英文名称是BlindSpotDetection，简称BSD。学习目标理解BSD系统的工作原理，并列举它的优势所在01激活旧知普通汽车后视镜存在哪些视野盲区?车辆后方左右两侧，存在一定的盲区区域。车身两侧，尤其是靠近后轮的地方，后视镜基本看不到;探索新知盲区监测的定义盲区监测（BSD）系统也称为汽车并线辅助（LCA）系统，是车辆上的一个高级辅助驾驶功能，主要功能就是扫除后视镜盲区。探索新知盲区监测的定义通过微波雷达探测车辆两侧的后视镜盲区中的超车车辆。当在盲区内出现有其他车辆时，盲区监测系统就会通过声音、灯光等强提醒的方式给驾驶员进行提醒。探索新知盲区监测的定义因此盲点监测系统可以有效保障车辆在变道或转弯过程中的安全，避免剐蹭事故的发生。如图所示。车辆盲区检测系统探索新知盲点监测系统的组成盲区预警系统是通过什么方式来实现“无盲区驾驶”的呢?发出声光警报提醒驾驶员.03.执行单元通过摄像头、雷达等设备来扫描盲区01.感知单元分析探测信息,判断盲区状况02.控制单元盲区检测系统结构示意图探索新知盲点监测系统的分类一、摄像头-通过影像分析判断盲区情况影像顾名思义就是通过在车辆上加装摄像头的方式，对车辆盲区进行监测。摄像头主要加装在两侧后视镜和车尾，以影像方式监控车辆后方是否有来车。探索新知盲区监测的定义一、摄像头-通过影像分析判断盲区情况表现不佳，极易产生误判大雨天气大雾天气探索新知盲区监测的定义雷达盲点监测系统使用的是一种特殊的短波雷达，工作频率在24到77吉赫。我们可以把这种雷达安装在车辆两侧或后保险杠的位置。二、雷达-利用电磁波探测探索新知盲区监测的定义雷达会不断发出微波进行扫描，它的扫描范围可以覆盖车辆两侧3米远、后方8米远的区域。当汽车的时速超过10公里每小时,雷达系统就会自动启动。它会发出探测信号，然后分析接收到的反射信号，从而判断周围是否有其他车辆正在接近。二、雷达-利用电磁波探测探索新知盲区监测的定义雷达系统具有非常敏锐的“洞察力”，它可以分辨出不同的物体，比如区分移动中的车辆和静止的障碍物。当它检测到盲区内有车辆时，就会立即提醒驾驶员，通常是亮灯闪烁或发出“哔哔”警报声。探索新知盲区监测的定义在整个行车过程中，雷达都在持续不断地监测盲区情况，确保驾驶员随时知晓周围的动态。它不受外界环境的影响，比如大雨、大雾等恶劣天气也不会打扰到雷达的工作。探索新知盲区监测的定义

相比使用摄像头，雷达技术更加可靠，能够有效防止因视线受阻导致的潜在事故，保障行车安全。这两种方案各有优劣,但雷达整体上更为可靠,尤其是在恶劣天气下。小测试即时检测

BSD的哪些功能还需要进一步优化?小结后视镜存在视角盲区,BSD系统实现“无盲区”驾驶。020301盲区预警系统（BSD）感知执行控制谢谢观看THANKS智能网联汽车技术项目三汽车决策控制系统任务9协同控制系统 主讲人：周磊智能网联汽车技术安全预警系统-驾驶员疲劳预警（DWS）课程导入为了避免这种危险，我们汽车都需要装配驾驶员疲劳预警系统，就像每台电脑都装备杀毒软件一样必要。学习目标能够熟记这个系统的定义、工作原理、图像处理和控制逻辑01学习任务小智要在汽车控制系统设计中，和大家一起完成功能强大的驾驶员疲劳预警系统。01激活旧知驾驶员疲劳可能导致什么后果?它主要通过哪些方式来监测和预警?会导致车祸事故通过生理信号、眼睛特征等来监测预警。探索新知驾驶员疲劳预警系统定义车内驾驶人疲劳监测技术，本质上是在行驶过程中捕捉并分析驾驶人的生物行为信息，比如眼睛、脸部、心脏和脑电活动等。车辆疲劳检测预警系统探索新知驾驶员疲劳预警系统定义心跳活动和脑电监测由于受条件的限制，目前没有在车内批量应用。1通过记录和解析驾驶人转动转向盘、踩制动踏板等行为特征，判别驾驶人是否疲劳。2通过图像分析手段对驾驶人脸部与眼睛特征进行疲劳评估。这一方法正渐渐被整车厂商接受并采用。3心跳活动和脑电监测驾车行为分析图像分析探索新知驾驶员疲劳预警系统定义驾驶人疲劳检测方法基于驾驶人生理信号的检测方法脑电、心电、肌电、脉搏、呼吸信号等来判断驾驶人疲劳状态。基于驾驶人生理反应特征的检测方法眼睛特征、视线方向、嘴部状态、头部位置等来判断驾驶人疲劳状态。基于多特征信息融合的检测方法

依据信息融合技术，将多种方法相结合是理想的检测方法。基于汽车行驶状态的检测方法转向盘、行驶速度和车道偏离等来判断驾驶人疲劳状态。探索新知驾驶员疲劳预警系统的工作原理信息采集单元01电子大脑02人机交互单元03探索新知驾驶员疲劳预警系统的工作原理信息采集单元包含摄像头和传感器。摄像头捕捉驾驶员面部和眼睛区域的图像；传感器检测驾驶员的心跳、脑电波等生理信号。这些数据就像给驾驶员做身体检查时采集的检测数据。01探索新知驾驶员疲劳预警系统的工作原理电子控制单元包含强大的汽车电子计算平台,带有专门的驾驶员疲劳分析软件。它会分析驾驶员的眼睛和头部动作，是否有频繁打瞌睡、长时间闭眼等情况；同时分析心跳、脑电波等生理数据,判断驾驶员的疲劳程度。02探索新知驾驶员疲劳预警系统的工作原理人机交互单元包含语音提示系统、座椅振动装置等。语音系统会提醒驾驶员注意休息；座椅振动装置会通过震动提醒驾驶员集中注意力。03探索新知如何获取与处理驾驶人面部表情信息图像处理对视频图像进行推敲，像对病人做身体检查一样，提取出人脸区域这片关键器官01进行几何规范化，确定眼睛、嘴部的位置，就像确定地图上的各个城市位置02提取特征，判断疲劳状态，就像根据城市光污染等特征判断该城市夜生活萧条与否。03探索新知如何获取与处理驾驶人面部表情信息图像处理探索新知驾驶人疲劳预警的控制逻辑针对不同的疲劳级别发出不同的警报信号。02对驾驶人的疲劳状况进行检测和判断，得到疲劳级别。01探索新知驾驶人疲劳预警的控制逻辑当声光报警和物理刺激失效时启动紧急自动驾驶系统1基于车载路况识别系统，切断疲劳驾驶人对车的控制2转人自动地形匹配驾驶和紧急靠边停止运行模式3采取断油和自动制动措施，以实现对疲劳驾驶的安全控制5强制车辆选择合理时机和路线从行车道转到路边（备用车道）4探索新知驾驶人疲劳预警的控制逻辑为了实现这个目标，首先必须对疲劳的程度进行分级，依照疲劳程度逐级采取声光报警、物理刺激和自动紧急智能停车响应措施，系统基本原理如图所示。小测试即时检测驾驶员疲劳预警系统的主要构成部分是什么?它们各自的作用是什么?小结驾驶员疲劳预警系统的专业知识定义工作原理图像处理控制逻辑谢谢观看THANKS智能网联汽车技术项目三汽车决策控制系统任务9协同控制系统主讲人：周磊智能网联汽车技术车辆控制-纵向运动控制认知课程导入速度上下波动车距控制不稳定纵向运动控制学习目标学会解释纵向运动控制的概念、原理和实现方式01能够使用通俗易懂的语言向导师讲解纵向运动控制的基本原理02激活旧知开启巡航系统后，纵向运动控制确实是通过协调油门和刹车来精确控制车速的，使车辆能够平稳地保持设定车速。巡航系统激活旧知防碰撞系统在车辆需要迅速减速甚至急刹车时，也需要纵向运动控制来协调刹车力度。防碰撞系统探索新知纵向运动控制是对汽车速度方向上的控制，它通过协调控制油门和刹车，使汽车能够精准跟随预定的速度。探索新知举个简单的例子，当汽车开启了自适应巡航系统，就需要纵向运动控制来保持预设的定速巡航。探索新知基本原理01如果速度偏差很小，则保持当前油门开度02如果实际速度过大，则增加刹车力度03如果实际速度过小，则增加油门开度纵向运动控制的基本原理就是根据当前速度和预定速度的偏差值，分别计算出油门控制量和刹车控制量。通过协调控制油门和刹车，能够精确跟踪预定的车速。探索新知实现方式01直接式运动控制02分层式运动控制探索新知实现方式直接式是通过纵向控制器直接输出控制油门开度和刹车压力的控制量，从而对速度实现直接闭环控制。这种方法响应速度很快，能迅速调整到目标速度。直接式运动控制探索新知实现方式分层式运动控制则是设计上下两个控制器，上层计算目标速度和加速度，下层根据上层输出计算油门开度和刹车压力，实现对速度和刹车的分层控制。分层式运动控制期望距离或速度期望制动压力和节气门开度智能车辆期望距离或速度上位控制器纵向控制器期望速度或加速度下位控制器探索新知不同的应用场景中,实现方式的应用实现方式直接式控制响应更快,而分层式控制更加周全。响应速度的需求更高直接式运动控制高速公路更全面地考虑不同的控制目标，实现更优化、更安全的控制效果。分层式控制城市复杂道路探索新知具体应用场景实现定速巡航车距跟随自动紧急制动探索新知具体应用场景它通过协调控制油门和刹车，可以平稳地调节车速，控制车距，避免碰撞事故的发生。在交通拥堵的城市道路上，纵向运动控制也可以配合车联网技术，获取前方车辆信息，实现更加精细和高效的车流控制。小测试即时检测假设你们研发的自动驾驶汽车需要在高速公路上保持稳定的巡航速度，路况相对简单，但需要快速响应车速变化。请提出一个控制方案，并说明理由。小结油门刹车双手精调速，目标偏差控制量求。直接分层场景各适用，纵向控制汽车稳行无忧。它通过协调油门和刹车控制车速；根据目标速度和实际速度的偏差计算控制量；实现方式有直接控制和分层控制；可应用于不同场景,使汽车平稳行驶。纵向运动控制的关键点谢谢观看THANKS智能网联汽车技术项目三汽车决策控制系统任务9协同控制系统主讲人：周磊智能网联汽车技术车辆控制-横向运动控制认知课程导入转向控制对于汽车驾驶的重要性。学习目标说出横向运动控制的概念01辨别不同的横向运动控制实现方式02激活旧知在自动驾驶汽车测试过程中，当车辆进入一个急弯时，应该控制汽车的哪个方向的运动？控制汽车的转向运动探索新知横向运动控制主要指车辆转向控制，目标是使车辆自动保持期望的行车路线，同时提供良好的乘坐舒适性和稳定性。在进行横向运动控制时，我们可以使用基于驾驶员模拟的方法或者基于车辆动力学模型的方法。横向运动控制的基本情况探索新知使用较简单的运动力学模型和驾驶员操纵规则设计控制器。01是用驾驶员操纵过程的数据训练控制器获取控制算法。02基于驾驶员模拟的方法探索新知基于运动力学模型的方法要建立较精确的汽车横向运动模型。01典型模型是所谓单轨模型，或称为自行车模型，也就是认为汽车左右两侧特性相同。02基于运动力学模型的方法探索新知典型的横向控制系统结构如图所示。控制目标一般是车中心与路中心线间的偏移量，同时受舒适性等指标约束。基于运动力学模型的方法探索新知基本原理01横向运动控制通过车载传感器感知环境。02利用全球定位系统(GPS)提取车辆相对于期望行驶路径的位置信息。03根据设定的控制逻辑，计算车辆转向盘的转角控制量，以便让车辆沿着期望路径自主行驶。探索新知基本原理根据环境感知传感系统的不同，智能汽车横向运动控制系统可分为非前瞻式参考系统和前瞻式参考系统。非前瞻式参考系统是通过计算车辆附近的期望道路与车辆之间的横向位置偏差来控制车辆实现道路跟踪；非前瞻式参考系统探索新知基本原理前瞻式参考系统则是通过测量车辆前方的期望道路与车辆之间的横向位置偏差来控制车辆实现自动转向，类似于驾驶员的开车行为。前瞻式参考系统探索新知基本原理按照智能网联汽车横向运动控制的设计方法不同，可分为基于模型的系统控制方法和无模型的系统控制方法。该方法的基础是利用物理定律或系统辨识，建立车辆系统的数学模型。然后根据车辆当前状态和规划的期望行驶路径或运动参数（如速度、加速度、角度等）之间的偏差，求解出与其相对应的控制输入参数（如转向角），进而实现实时控制。模型的系统控制方法探索新知基本原理该方法依赖于精确的数学模型，当所建模型与车辆的实际行驶特性存在差异时，往往难以获得令人满意的跟踪控制效果。模型的系统控制方法无模型的系统控制方法该方法的基本思想是将车辆系统作为一个“黑匣子”，只利用系统的输入输出信息设计控制器，其控制器结构不依赖于受控对象动力学特性的结构，适用于复杂的非线性系统。探索新知基本原理无模型的系统控制方法该方法不需要车辆动力学的精确模型，利用驾驶人操纵输入与车辆响应输出的直接关系设计控制器，进而实现车辆状态的跟踪控制。但是，基于该方法在控制稳定性和可优化性方面还需进一步提升。探索新知实现方式01感知系统感知外部环境信息，并利用轨迹规划算法设计合理的行驶路径。.02结合车辆动力学参数和车身状态信息，计算当前车辆行驶状况，作为转向控制系统的输入。输入处理控制输出探索新知实现方式03转向控制系统根据预期轨迹和车辆本身的状态信息，计算相应的转向盘转角控制量。04主动转向执行系统控制车辆做转向运动，实现自动转向功能。实现方式如图所示小测试即时检测1.横向运动控制的目标是控制汽车的转向运动。2.横向运动控制只能通过建立运动学模型实现。3.GPS是横向运动控制的输出。4.前瞻参考系统利用车道电缆作为参考。(正确)(错误)(错误)(错误)小结横向控制保持路线驾驶或模型非前瞻和前瞻谢谢观看THANKS智能网联汽车技术车辆控制-控制技术方案项目三汽车决策控制系统任务9协同控制系统主讲人：周磊智能网联汽车技术课程导入让车自动驾驶，主要的技术难点在哪里呢?课程导入01感知环境02规划行驶路径03控制车辆精确执行如何让车辆能够根据环境自主控制速度、转向等。学习目标说出智能网联汽车的两种控制技术方案01简要解释它们之间的区别02激活旧知智能网联汽车的两种控制技术方案，是哪两种？技术方案基于规划——跟踪的间接控制基于人工智能的直接控制探索新知基于规划-跟踪的间接控制01根据当前行驶需求,在满足车辆约束条件下，先规划出一条无碰撞的安全轨迹。02设计控制方法让汽车精确跟踪这条轨迹。这种方法先规划出轨迹,再让汽车跟踪执行。探索新知基于规划-跟踪的间接控制例子车辆要在路口左转，间接控制系统会先规划出一个左转的最佳轨迹，考虑到行人、其他车辆的位置。控制汽车的转向、车速等按照这个轨迹行驶。如果轨迹设置得当，汽车就可以平稳左转。间接控制的优点是规划过程可解释，但是需要建立精确的车辆数学模型。探索新知基于人工智能的直接控制直接控制试图模拟人脑的驾驶思维,通过深度学习等人工智能技术,直接从感知到的环境,学习出控制汽车的策略,无需人为规划轨迹。从环境直接映射到控制,不需要轨迹规划这一中间过程。探索新知基于人工智能的直接控制例子直接控制会通过深度学习网络分析路口的环境。直接输出车辆的转向角或车速来实现左转,不需要显式规划左转的轨迹。学习过程会让它逐步适应各种复杂环境。相比间接控制,直接控制的优势在于可以端到端学习,适应复杂环境。即时检测小测试智能网联汽车控制技术有哪两种基本方案？它们的区别是什么？小结控制技术方案02基于人工智能的直接控制01基于规划-跟踪的间接控制前者强调先规划轨迹，再跟踪；后者通过深度学习端到端映射环境到控制，无需轨迹规划。谢谢观看THANKS智能网联汽车技术路径跟踪项目三汽车决策控制系统任务9协同控制系统主讲人：周磊智能网联汽车技术课程导入智能网联汽车是怎么逐步发展起来的？课程导入路径跟踪系统!学习目标说出路径跟踪系统的主要功能和工作原理01分析路径跟踪系统的两种主要方法02解释纯跟踪算法的基本原理和应用优势03激活旧知路径跟踪系统要完成的任务是什么呢？让汽车在高速公路上，既要保持设定的速度，又要与前车保持安全距离。它需要控制汽车的纵向速度和横向位置，完成这两方面的协调控制。探索新知纵向控制横向控制它需要控制汽车的速度，与前车保持安全距离；也需要控制汽车的横向位置，使其沿着车道行驶。探索新知工作原理它主要是通过控制汽车的转向角度，使汽车的实际轨迹紧跟参考路径行驶。参考路径就是我们规划好让汽车按照的路径。几何跟踪法比较简单直观，模型跟踪法考虑了更多汽车的动力学特性，更精确。几何跟踪法根据汽车的运动学原理，计算出让汽车转向的控制量。模型跟踪法建立汽车运动的数学模型，求解控制汽车转向的最优解。探索新知典型算法基本原理是基于当前车辆的后轮中心位置（车辆质心），在参考路径上向ld（称为前视距离）的距离匹配一个预瞄点，假设车辆后轮中心可以按照一定的转弯半径𝑅行驶至该预瞄点，然后根据前视距离ld、转弯半径𝑅、车辆坐标系下预瞄点的朝向角𝛼之间的几何关系来计算前轮转角。几何跟踪法中的典型算法——PurePursuit,也称为纯跟踪算法。探索新知典型算法如图所示，在三角形OAC中，根据正弦定理可得：根据车辆的运动学方程，有：探索新知典型算法所以，根据阿克曼转向模型得到前轮转角为：纯跟踪算法的特点是简单实用，对道路曲率变化鲁棒，但需要精确调节预瞄距离，不易找到最优值,转向控制效果难以保证。探索新知Stanley算法Stanley算法是斯坦福大学在比赛中使用的算法，它的名称来源于斯坦福的校名。它是一种基于横向跟踪误差（cross-trackerror：e）为前轴中心到最近路径点(px，py)的距离）的非线性反馈函数，能实现横向跟踪误差指数收敛于0。探索新知Stanley算法根据车辆位姿与给定路径的相对几何关系可以直观的获得控制车辆方向盘转角的控制变量，其中包含横向偏差e和航向偏差θe。探索新知Stanley算法假设车辆预期轨迹在距离前轮d(t)处与给定路径上最近点切线相交，根据几何关系得出如下非线性比例函数：在不考虑航向跟踪偏差的情况下，横向跟踪误差越大，前轮转向角越大探索新知Stanley算法假设车辆预期轨迹在距离前轮d(t)处与给定路径上最近点切线相交，根据几何关系得出如下非线性比例函数：在不考虑航向跟踪偏差的情况下，横向跟踪误差越大，前轮转向角越大探索新知Stanley算法随着横向误差的增加，arctan函数产生一个直接指向期望路径的前轮偏角，并且收敛受车速v(t)限制。综合两方面控制因素，基本转向角控制率如下:其中d(t)与车速相关，最后用车速v(t)，增益参数k表示。探索新知Stanley算法Stanley算法相比于纯追踪控制算法更适用于相对更高车速的行驶工况，但是对期望路径的平滑程度要求较高，在道路曲率光滑性不理想的情况下容易出现车辆响应超调过大的问题。由于忽略了车辆动力学特性和转向执行器动态特性，在当车辆侧向加速度较大时跟踪性能较差。小测试即时检测1.路径跟踪系统的主要功能是什么？2.几何跟踪法与模型跟踪法的区别是什么？3.简述纯跟踪算法的工作原理。小结路径跟踪系统的工作原理和几种典型算法路径跟踪系统通过控制汽车的转向角度，使其沿预定路径行驶，是实现自动驾驶的关键技术之一。简单直观的几何跟踪法主要方法建模精细的模型跟踪法谢谢观看THANKS智能网联汽车技术项目三汽车决策控制系统任务9协同控制系统主讲人：周磊智能网联汽车技术轨迹跟踪-PID控制与滑模控制课程导入汽车需要具备轨迹跟踪的能力，像我们人类驾驶员一样敏捷地控制方向和速度。课程导入汽车轨迹跟踪中两个重要的“大脑中枢”两位“中枢”各有所长，能让汽车灵活应对各种道路情况，就像我们人体中枢神经系统协调全身活动一样。PID控制滑模控制学习目标要能记住PID控制和滑模控制的工作原理01分析两种控制方法的优缺点02比较PID控制和滑模控制在轨迹跟踪中的应用03激活旧知无人驾驶汽车轨迹跟踪系统的主要作用是什么?它需要控制汽车的哪些方面?轨迹跟踪系统可以让汽车按照预定的路线和速度运行。它同时需要控制汽车的转向和速度。轨迹跟踪需要同时考虑车辆的横向和纵向控制，才能实现精确的路径跟踪。探索新知PID控制PID控制简称比例、积分和微分控制。PID控制器结构简单、容易实现且能达到较好的控制效果，因此广泛应用于控制领域。当被控对象的模型结构和参数不全，可以采用PID控制，其参数通过经验和现场调试来确定。探索新知PID控制PID控制由比例P、积分I和微分D三个部分组成，分别产生不同的控制作用。探索新知PID控制P部件产生与系统偏差成比例的控制作用，这样可以减小偏差，快速响应。比例越大，响应越快，但可能影响系统稳定性。I部件产生积分作用，可以消除系统稳态误差，提高控制精度。积分时间越短，积分作用越强。但容易降低系统稳定性。D部件产生微分作用，提高系统动态响应，可以提前预防偏差继续增大。但对噪声比较敏感。PID控制把三者结合，可以获得无稳态误差、快速响应的控制效果。探索新知PID控制PID控制是一个传统控制方法它适用于温度、压力、流量、液位等几乎所有工程应用场景不同的应用场景，仅仅是PID参数应设置不同只要参数设置得当均可以达到很好的效果，甚至更高的控制要求。探索新知应用实例“速度-加速度”回路“位移-速度”回路Apollo自动驾驶系统的纵向速度控制。探索新知应用实例这两个回路分别计算纵向的位置误差和速度误差。综合确定对车辆的控制量，从而精确控制车辆的速度，使其能够准确跟随规划好的轨迹。探索新知滑模控制01滑模控制(SlidingModeControl，SMC)也叫做变结构控制02本质上是一类特殊的、不连续的非线性控制03这种控制策略与其他控制的不同之处在于系统的“结构”并不固定04是可以在动态过程中根据系统当前的状态有目的地不断变化05迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动探索新知滑模控制滑模变结构控制的原理，是根据系统所期望的动态特性来设计系统的切换超平面，通过滑动模态控制器使系统状态从超平面之外向切换超平面收束。探索新知滑模控制系统一旦到达切换超平面，控制作用将保证系统沿切换超平面到达系统原点，这一沿切换超平面向原点滑动的过程称为滑模控制。探索新知滑模控制由于系统的特性和参数只取决于设计的切换超平面而与外界干扰没有关系，所以滑模变结构控制具有很强的鲁棒性，能够快速响应，并且物理实现简单，经常应用在智能网联汽车控制系统中。探索新知滑模控制但是在控制中，当状态轨迹到达滑动模态面后，难以严格沿着滑动模态面向平衡点滑动，而是在其两侧来回穿越地趋近平衡点，从而产生抖振。探索新知滑模控制滑模控制SMC对非线性系统以及未知干扰具有较强的鲁棒性，然而单一的SMC往往不能