智能车辆关键技术

中华人民共和国国家发展和改革委员会于2020 年2 月发布的《智能汽车创新发展战略》中“战略愿景”：到2025 年，中国标准智能汽车的技术创新、产业生态、基础设施、法规标准、产品监管和网络安全体系基本形成。实现有条件自动驾驶的智能汽车达到规模化生产，实现高度自动驾驶的智能汽车在特定环境下市场化应用。智能交通系统和智慧城市相关设施建设取得积极进展，车用无线通信网络（LTE-V2X 等）实现区域覆盖，新一代车用无线通信网络（5G-V2X）在部分城市、高速公路逐步开展应用，高精度时空基准服务网络实现全覆盖。展望2035～2050 年，中国标准智能汽车体系全面建成、更加完善。安全、高效、绿色、文明的智能汽车强国愿景逐步实现，智能汽车充分满足人民日益增长的美好生活需要。要实现这一宏伟目标，人才是关键，大力培养从事智能车辆研究、开发和测试的工程技术人才已迫在眉睫。为此，近年来许多高校新开设了与智能车辆相关的本科专业和课程。机械电子工程、计算机科学与工程、控制科学与工程等学科也纷纷开辟智能车辆技术、无人驾驶车辆技术等硕士生或博士生的研究方向，旨在培养从事智能车辆领域急需的高层次工程技术人才。

本书以陆军军事交通学院智能车辆创新团队多年的科研成果及长期积累的相关资料为基础，参考近年来国内外公开发表的文献资料编写而成。陆军军事交通学院智能车辆创新团队从事智能车辆研究工作20 多年来，团队从小变大，由弱变强，先后五次获得“中国智能车未来挑战赛”名。团队在智能车辆平台构建、环境感知与识别技术、精确定位与导航技术、路径规划与决策技术、智能运动控制技术等关键技术上有较深入的研究，并取得了较好的成果，还积累了丰富的实践经验。因此，本书不仅内容丰富，而且具有较强的实践性、针对性，能够较好地满足智能车辆技术人才培养的需要。

本书以智能车辆所涉及的环境感知与识别技术、精确定位与导航技术、路径规划与决策技术、智能运动控制技术等关键技术为主线，系统阐述了智能车辆的平台架构和工作原理。全书共分十章，包括：绪论、智能车辆体系结构、智能车辆基础平台、智能车辆环境感知技术、高精度地图、智能车辆定位导航、智能车辆实时路径规划、智能车辆决策与控制、智能车辆人机交互系统及智能车辆发展阶段与应用前景。

本书由陆军军事交通学院智能车辆创新团队完成。主要由徐友春、朱愿编著。参加编写的人员还有：娄静涛、章永进、冯明月、李建市、赵凯、张志超、李华、李永乐、袁一、陆峰、王任栋、潘世举、张大鹏、赵建辉。另外，研究生苏致远、谢德胜、齐尧、穆炜炜等参加了部分章节的编写及部分文字、图表的修订工作。本书由张宪教授主审。

本书可作为从事智能车辆设计、开发和测试的工程技术人员的参考书，也可作为高等院校智能车辆工程、车辆工程、交通运输工程和载运工具运用工程等专业的教材，还可作为控制科学与工程、机械电子工程类专业的参考教材。

本书在编写过程中参考了大量国内外公开发表的相关资料，在此特向相关资料的作者表示衷心的感谢。由于智能车辆发展迅猛，新技术、新算法层出不穷，加之作者水平和能力有限，书中不妥之处，敬请广大读者批评指正。

编著者

本书以智能车辆所涉及的环境感知与识别技术、精确定位与导航技术、路径规划与决策技术、智能运动控制技术等关键技术为主线，系统介绍了智能车辆的平台架构和工作原理。全书共分十章，包括：绪论、智能车辆体系结构、智能车辆基础平台、智能车辆环境感知技术、高精度地图、智能车辆的定位导航、智能车辆实时路径规划、智能车辆的决策与控制、智能车辆人机交互系统及智能车辆未来发展阶段与应用前景。本书注重理论与实践的结合，力求将科研、学术成果总结提炼、归纳梳理成完整的知识结构体系，便于读者由浅入深地领会基本理论知识，培养技术应用能力。本书可作为从事智能车辆设计、开发和测试的工程技术人员的参考书，也可作为高等院校智能车辆工程、车辆工程、交通运输工程和载运工具运用工程等专业的教材，还可作为控制科学与工程、机械电子工程类专业的参考教材。

本书以智能车辆所涉及的环境感知与识别技术、精确定位与导航技术、路径规划与决策技术、智能运动控制技术等关键技术为主线，系统介绍了智能车辆的平台架构和工作原理。全书共分十章，包括：绪论、智能车辆体系结构、智能车辆基础平台、智能车辆环境感知技术、高精度地图、智能车辆的定位导航、智能车辆实时路径规划、智能车辆的决策与控制、智能车辆人机交互系统及智能车辆未来发展阶段与应用前景。本书注重理论与实践的结合，力求将科研、学术成果总结提炼、归纳梳理成完整的知识结构体系，便于读者由浅入深地领会基本理论知识，培养技术应用能力。本书可作为从事智能车辆设计、开发和测试的工程技术人员的参考书，也可作为高等院校智能车辆工程、车辆工程、交通运输工程和载运工具运用工程等专业的教材，还可作为控制科学与工程、机械电子工程类专业的参考教材。

徐友春，陆军军事交通学院，教授，长期从事智能汽车的研发设计工作，担任“智能车辆关键技术研究”项目项目组长。近十年来，智能车团队瞄准世界技术发展前沿，在传统汽车工程学科与现代信息技术学科交叉领域勇于融合创新，充分发扬团结协作精神，努力攻关，攻克了环境识别、路径规划、平台建设和决策控制等核心技术，取得了多项原创性研究成果。先后在国家自然基金委举办的“中国智能车未来挑战赛”、中国人工智能学会“全国缩微智能车竞赛”等赛事中多次夺得第 一名的好成绩。

章　绪论             1

　节　智能车辆概述               2

　第二节　智能车辆研究现状           7

　第三节　智能车辆技术分级           14

　第四节　智能车辆发展前景与研究重点            16

第二章　智能车辆体系结构          19

　节　常规体系结构的类型         20

　第二节　智能车辆体系结构实例                  22

　第三节　主要厂商智能车辆系统简介              26

第三章　智能车辆基础平台          33

　节　智能车辆先进感知设备                  34

　第二节　智能车辆线控操纵系统                  56

　第三节　智能车辆中央处理系统                  58

　第四节　智能车辆车载网络系统                  61

　第五节　智能车辆基础平台的实现途径            77

第四章　智能车辆环境感知技术      79

　节　环境感知系统               80

　第二节　视觉感知技术               82

　第三节　激光雷达感知技术         104

　第四节　毫米波雷达感知技术         111

　第五节　听觉感知技术             113

　第六节　超声波测距技术           116

　第七节　车身状态感知技术         118

　第八节　感知信息融合技术         120

第五章　高精度地图              123

　节　高精度地图的概述         124

　第二节　高精度地图的背景         129

　第三节　高精度地图的生产流程                131

　第四节　高精度地图的格式         135

　第五节　高精度地图的应用         140

　第六节　高精度地图的挑战         143

第六章　智能车辆定位导航        147

　节　智能车辆精准定位技术                148

　第二节　智能车辆导航技术         158

第七章　智能车辆实时路径规划               163

　节　常用实时路径规划方法                164

　第二节　智能车辆典型驾驶行为实时路径规划               172

第八章　智能车辆决策与控制        181

　节　驾驶行为决策方法         182

　第二节　智能车辆的运动控制                  185

　第三节　智能车辆状态监测与错误修复机制      206

第九章　智能车辆人机交互系统               209

　节　概述          210

　第二节　本地交互                 212

　第三节　无线交互                 214

　第四节　脑机交互                 218

第十章　智能车辆发展阶段与应用前景         223

　节　高速公路行驶             224

　第二节　城市道路的行驶           229

　第三节　非结构化道路行驶         231

参考文献             234

本书以智能车辆所涉及的环境感知与识别技术、精确定位与导航技术、路径规划与决策技术、智能运动控制技术等关键技术为主线，系统介绍了智能车辆的平台架构和工作原理。全书共分十章，包括：绪论、智能车辆体系结构、智能车辆基础平台、智能车辆环境感知技术、高精度地图、智能车辆的定位导航、智能车辆实时路径规划、智能车辆的决策与控制、智能车辆人机交互系统及智能车辆未来发展阶段与应用前景。本书注重理论与实践的结合，力求将科研、学术成果总结提炼、归纳梳理成完整的知识结构体系，便于读者由浅入深地领会基本理论知识，培养技术应用能力。本书可作为从事智能车辆设计、开发和测试的工程技术人员的参考书，也可作为高等院校智能车辆工程、车辆工程、交通运输工程和载运工具运用工程等专业的教材，还可作为控制科学与工程、机械电子工程类专业的参考教材。

徐友春，陆军军事交通学院，教授，长期从事智能汽车的研发设计工作，担任“智能车辆关键技术研究”项目项目组长。近十年来，智能车团队瞄准世界技术发展前沿，在传统汽车工程学科与现代信息技术学科交叉领域勇于融合创新，充分发扬团结协作精神，努力攻关，攻克了环境识别、路径规划、平台建设和决策控制等核心技术，取得了多项原创性研究成果。先后在国家自然基金委举办的“中国智能车未来挑战赛”、中国人工智能学会“全国缩微智能车竞赛”等赛事中多次夺得第 一名的好成绩。