智能网联汽车导论

智能化和网联化是当前全球新一轮汽车产业变革的核心特征，也是新一代人工智能和信息技术的重要应用领域，智能网联汽车是互联网、5G通信、云计算、人工智能、大数据等先进技术的集成载体和应用平台。这些技术的融合应用，不仅将彻底变革汽车产业链、技术链和价值链，还将推动持续创新和技术突破，促进相关产业之间深度交叉融合，形成全新的产业生态体系，为我国汽车产业的全面转型升级提供了重大机遇。智能网联汽车与交通系统、能源体系、城市运行与社会生活紧密结合，是一项集智慧城市、智慧交通和智能服务于一体的重大系统工程，更承载了我国经济战略转型、重点突破和构建未来创新社会的重要使命。加快推动智能网联汽车创新发展，对我国经济社会发展具有十分突出的战略意义。
中国汽车工程学会发布的《智能网联汽车产业人才需求预测报告》显示，到2025年我国智能网联汽车研发人才净缺口预计为1.3万~3.7万人。以车辆工程为基础的“汽车＋”高层次复合型人才仍然非常稀缺，这也是智能网联汽车产业发展的当务之急。在此形势下，受中国科学技术协会委托，中国汽车工程学会组织车辆工程及关联交叉领域专家共同编写了《智能网联汽车导论》教材，以积极应对新一代人才培养的需求与挑战。本教材系统且全面地介绍了智能网联汽车核心技术及其发展，既可以作为车辆、交通、计算机、电子信息、自动化等专业的导论类教材，也可以作为汽车技术人员深入了解智能网联汽车的学习参考用书。
本教材是中国科协新一代信息技术系列丛书之一，诸多专家学者为其编写付出了辛劳和智慧。中国汽车工程学会承担了本教材的前期调研、组织编写和推广宣传工作，为保证教材的编写质量，设立了编审委员会，编委会办公室沟通协调多家参与单位，保证了编写工作的扎实推进。清华大学出版社承担了本教材的出版工作。
本教材编写团队专家包括清华大学、同济大学、北京航空航天大学、北京理工大学、东南大学、吉林大学、江苏大学、湖南大学、上海交通大学、北京邮电大学、重庆大学、深圳大学、武汉大学、厦门大学、浙大城市学院、浙江工业大学等高等院校的教师以及上海汽车集团股份有限公司、蔚来控股有限公司、深圳市大疆创新科技有限公司、中国汽车工程研究院股份有限公司等企业具有丰富实践经验的汽车工程师，在此对为本教材面世做出贡献的单位和个人一并表示感谢。
当前，智能网联汽车技术仍处于快速发展阶段，编写团队的工作，不可避免地存在一定的不足或疏漏，欢迎广大读者批评指正。希望本教材的出版对智能网联汽车的知识普及和技术发展起到积极的引导作用。

2022年3月

本书主要内容包括智能网联汽车关键的理论基础、软硬件设计、核心技术和集成应用等方面。理论基础部分介绍了车辆系统动力学、驾驶员行为特性、交通流建模、自动控制、机器学习、数据挖掘等。软硬件设计部分从场景与功能定义、系统体系架构、电子电气架构等角度介绍了智能网联汽车设计思想与原理。核心技术部分介绍了智能网联汽车环境感知、地图定位、决策规划、运动控制、网联通信、功能安全、测试评价等关键技术。集成应用部分介绍了低级别辅助驾驶系统、高级别自动驾驶系统、车路协同系统、网联云控系统等方面的典型示范与工程应用。

李骏,清华大学教授，中国工程院院士。历任中国一汽技术中心总工程师、技术中心主任、一汽集团总工程师等职务。2018年3月入职清华大学。曾任国际汽车工程师学会联合会（FISITA）主席，现任中国汽车工程学会理事长。

篇智能网联汽车基础

第1章智能网联汽车概述00

1.1智能网联汽车的基本概念与内涵00

1.1.1智能网联汽车定义00

1.1.2智能网联汽车功能00

1.1.3智能网联汽车等级00

1.2智能网联汽车的体系架构00

1.2.1智能网联汽车的结构00

1.2.2智能网联汽车的技术体系0

1.3智能网联汽车的发展与挑战0

1.3.1新技术的发展与助推0

1.3.2智能网联汽车发展面临的挑战0

本章小结0

习题0

参考文献0

第2章智能网联汽车基础理论0

2.1车辆系统动力学0

2.2驾驶员行为特性0

2.3交通流理论0

2.4自动控制理论0

2.5机器学习理论0

2.6数据挖掘与分析0

2.7多传感器融合感知0

2.8可靠性设计理论0

本章小结0

习题0

参考文献0

第3章智能网联汽车设计0

3.1智能网联汽车设计概述0

3.1.1智能网联汽车产品规划0

3.1.2智能网联汽车设计思想0

3.2智能网联汽车场景与功能0

3.2.1智能网联汽车场景0

3.2.2智能网联汽车功能0

3.3智能网联汽车架构设计0

3.3.1智能网联汽车电子电气架构设计0

3.3.2智能网联汽车软件架构设计0

3.3.3智能网联汽车车路云总体架构设计0

3.4智能网联汽车智能驾驶模块设计0

3.4.1智能驾驶硬件模块0

3.4.2智能驾驶功能应用算法模块0

3.5智能网联汽车人机交互设计0

3.5.1人机交互设计策略0

3.5.2汽车智能座舱设计0

本章小结0

习题0

参考文献0

··
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第二篇智能网联汽车核心技术
第4章智能网联汽车环境感知0

4.1环境感知技术概述0

4.1.1环境感知系统简介0

4.1.2环境感知系统构成0

4.2智能网联汽车传感器0

4.2.1视觉传感器0

4.2.2毫米波雷达0

4.2.3激光雷达0

4.2.4超声波雷达0

4.3智能网联汽车感知技术0

4.3.1视觉感知技术0

4.3.2毫米波雷达感知技术0

4.3.3激光雷达点云感知技术0

4.3.4道路环境综合感知技术0

4.4典型环境感知系统介绍0

4.4.1自动驾驶试验车感知系统集成方案0

4.4.2自动驾驶试验车感知系统功能实现0

本章小结

习题

参考文献

第5章自动驾驶地图与定位

5.1自动驾驶地图与定位概述

5.1.1自动驾驶地图与定位简介

5.1.2自动驾驶地图的表达形式与应用场景

5.2自动驾驶定位技术

5.2.1卫星惯导组合定位技术

5.2.2地图匹配定位技术

5.2.3SLAM融合定位技术

5.3自动驾驶地图构建技术

5.3.1自动驾驶地图采集系统

5.3.2自动驾驶地图制作方法

5.3.3自动驾驶地图格式规范

5.4自动驾驶地图更新技术

5.4.1集中式更新技术

5.4.2众源式更新技术

本章小结

习题

参考文献

第6章智能网联汽车决策与规划

6.1决策规划技术概述

6.2分解式决策规划技术

6.2.1周车行为预测

6.2.2驾驶意图选择

6.2.3动态轨迹规划

6.3集中式自主决策技术

6.3.1监督学习型自主决策

6.3.2强化学习型自主决策

6.4典型路径规划算法

6.4.1栅格地图搜索算法

6.4.2特征地图搜索算法

本章小结

习题

参考文献

第7章智能网联汽车运动控制

7.1智能网联汽车运动控制概述

7.2关键执行部件建模与控制

7.2.1驱动装置建模与控制

7.2.2线控转向建模与控制

7.2.3线控制动建模与控制

7.3车辆状态估计与参数辨识

7.3.1车辆关键状态估计

7.3.2车辆模型参数辨识

7.3.3道路参数动态估计

7.4智能网联汽车自主控制技术

7.4.1汽车纵向控制

7.4.2汽车横向控制

7.4.3底盘域协同控制

7.4.4极限工况车辆控制

7.4.5队列网联控制

本章小结

习题

参考文献

第8章智能网联汽车网联通信

8.1智能网联汽车网联通信概述

8.1.1汽车网联通信系统简介

8.1.2汽车网联通信发展趋势

8.2车内网通信技术

8.2.1CAN

8.2.2LIN

8.2.3MOST网络

8.2.4汽车以太网

8.3车联网通信技术

8.3.1移动通信技术

8.3.2DSRC技术

8.3.3CV2X技术

8.3.4DSRC与CV2X的技术比较

8.3.5全球频谱政策及分配

本章小结

习题

参考文献

第9章智能网联汽车安全

9.1智能网联汽车安全概述

9.1.1智能网联汽车安全简介

9.1.2智能网联汽车安全问题

9.2智能网联汽车功能安全

9.2.1功能安全概念阶段

9.2.2功能安全设计开发

9.2.3功能安全管理

9.3智能网联汽车预期功能安全

9.3.1预期功能安全概念

9.3.2预期功能安全设计开发

9.3.3预期功能安全保障技术

9.4信息安全

9.4.1信息安全概念

9.4.2信息安全体系设计

9.4.3信息安全保障技术应用

9.5人员安全防护

9.5.1智能网联汽车不可避免碰撞事故诱因与特征

9.5.2危险状态下人体损伤严重性预测

9.5.3人员智能安全保护

本章小结

习题

参考文献

第10章智能网联汽车测试评价

10.1智能网联汽车测试评价概述

10.1.1测试方法

10.1.2测试场景

10.1.3测试工具链

10.1.4评价体系与方法

10.2虚拟仿真测试关键技术

10.2.1行驶场景模型

10.2.2感知传感器模型

10.3硬件在环与车辆在环测试关键技术

10.3.1硬件在环测试技术

10.3.2车辆在环测试技术

10.4试验场及开放道路测试关键技术

10.4.1试验场测试

10.4.2试验场测试装备关键技术

10.4.3开放道路测试装备关键技术

10.5智能网联汽车测试评价方法与标准体系

10.5.1智能网联汽车测试方法

10.5.2智能网联汽车评价规程

10.5.3智能网联汽车标准体系

本章小结

习题

参考文献

第三篇智能网联汽车应用
第11章辅助驾驶系统应用

11.1L0级辅助驾驶系统应用

11.1.1自动紧急制动系统

11.1.2自动紧急转向系统

11.2L1级辅助驾驶系统应用

11.2.1主动巡航控制系统

11.2.2车道保持辅助系统

11.3L2级辅助驾驶系统应用

11.3.1领航辅助系统

11.3.2自动泊车系统

本章小结

习题

参考文献

第12章自动驾驶系统应用

12.1L3级自动驾驶系统应用

12.1.1交通拥堵自动驾驶系统

12.1.2自主代客泊车系统

12.2L4级自动驾驶系统应用

12.2.1封闭场景自动驾驶系统应用

12.2.2城市道路自动驾驶系统应用

12.2.3高速公路自动驾驶系统应用

本章小结

习题

参考文献

第13章车路协同系统应用

13.1车路协同系统

13.1.1系统总体架构

13.1.2系统的特征

13.1.3系统演进阶段

13.2车路协同辅助驾驶和自动驾驶应用

13.2.1车路协同辅助驾驶应用

13.2.2车路协同自动驾驶应用

13.3车联网应用

13.3.1数据共享服务

13.3.2驾驶辅助类应用

本章小结

习题

参考文献

第14章智能网联云控系统应用

14.1智能网联云控系统概述

14.2云控系统工程设计方法与应用概述

14.3典型智能网联云控系统介绍

14.3.1云控车辆预测性巡航控制

14.3.2云控车辆路口绿波通行

14.3.3支撑数字映射的跨域感知

14.3.4城市车流混合引导控制

本章小结

习题

参考文献

附录

附录A智能网联汽车知识结构图

附录B常用术语中英文对照表

本书主要内容包括智能网联汽车关键的理论基础、软硬件设计、核心技术和集成应用等方面。理论基础部分介绍了车辆系统动力学、驾驶员行为特性、交通流建模、自动控制、机器学习、数据挖掘等。软硬件设计部分从场景与功能定义、系统体系架构、电子电气架构等角度介绍了智能网联汽车设计思想与原理。核心技术部分介绍了智能网联汽车环境感知、地图定位、决策规划、运动控制、网联通信、功能安全、测试评价等关键技术。集成应用部分介绍了低级别辅助驾驶系统、高级别自动驾驶系统、车路协同系统、网联云控系统等方面的典型示范与工程应用。

李骏,清华大学教授，中国工程院院士。历任中国一汽技术中心总工程师、技术中心主任、一汽集团总工程师等职务。2018年3月入职清华大学。曾任国际汽车工程师学会联合会（FISITA）主席，现任中国汽车工程学会理事长。