智能汽车技术

近年来，随着人工智能、机器视觉、深度学习、大数据、云计算等技术的快速发展并与汽车技术相融合，极大地促进了汽车技术在智能化、网联化方面的进步，甚至对传统汽车的技术体系产生了颠覆性的影响，衍生出以自动驾驶为突出特点的智能网联汽车技术体系。
智能网联汽车（简称智能汽车）是以车辆为主体和主要节点，融合现代通信和网络技术，使车辆与外部节点实现信息共享和协同控制，以达到安全、有序、高效、节能行驶的新一代车辆系统。
智能汽车（ Intelligent Vehicles，IV）技术涉及人工智能、计算机、网络通信和电子控制（线控技术）等诸多前沿技术领域，是一个跨学科、跨专业的多学科交叉融合的庞杂技术体系。传统的车辆工程专业课程体系已经无法适应当前智能汽车技术发展对人才培养的要求，因此，国内各高等院校纷纷开设智能汽车技术课程，以期充实和加强智能汽车技术的普及教育，满足汽车工业发展对智能汽车技术人才的迫切需求。
课程建设，教材先行。教材是教学之本，是教学质量稳步提高的基本保障。为此，我们组织力量，以“理论知识够用即可、重在实践技能培养”为编写原则，结合应用型本科院校汽车类专业人才培养模式和社会需求，编撰了《智能汽车技术》一书。
本书共分 7章，在简要介绍智能汽车的技术分级和发展趋势之后，重点阐述和讲授智能汽车的环境感知、定位导航、网络通信、运动控制和自动驾驶技术，对目前在高端汽车上广泛使用的先进驾驶辅助系统（Advanced Driver Assistance System，ADAS）也作了充分的介绍，是一本简明扼要地反映智能汽车新技术、新知识的教材。
本书为普通高等院校汽车类专业应用型本科教材，也可作为高等职业技术学院、高等工业专科学校以及职业培训学校的汽车类专业教材，还可作为广大汽车工程技术人员的参考读物。
依据技术发展脉络和内容衔接关系，本书与机械工业出版社出版、凌永成主编的《车载网络技术》互为姊妹篇，两本教材编写体例一致、内容互相呼应，完整地阐述了现代汽车技术的发展历程和技术演进规律，为学生构建完整的汽车电子学知识体系、拓展具有前瞻性的专业视野进行了有益的探索。
在授课计划方面，建议先行开设车载网络技术课程，然后开设智能汽车技术课程，以收梯次推进、日益精进之效。
本书按照 48学时的教学计划编写，理论教学和实验教学的学时安排建议按照下表进行。各学校在选用本书作为教材时，可根据自己的教学大纲适当增、减学时。

智能汽车技术课程学时分配表（建议）
序号 课程内容 理论学时 实验学时 总学时 
1 绪论 2 — 2 
2 环境感知技术 10 4 14 
3 定位导航技术 6 2 8 
4 网络通信技术 6 — 6 
5 运动控制技术 4 — 4 
6 辅助驾驶技术 6 2 8 
7 自动驾驶技术 4 — 4 
8 结课考核 2 — 2 
学时合计 40 8 48 

为进一步强化实践教学，切实培养和提高学生的技术应用能力，本书还配有智能汽车技术实训指导书和作业单。建议将智能汽车技术实训安排在课程结束之后集中进行，实训时间为 1周。
本书条理清晰、层次分明、语言简练、图文并茂、内容全面、重点突出、详略得当，删除了冗长的理论分析，强化了智能汽车环境感知、定位导航、网络通信、运动控制、辅助驾驶和自动驾驶技术的介绍，教材内容的取舍以充分满足智能汽车技术工程师知识结构的要求为出发点，特别注重理论与实践的紧密结合，内容具有极强的针对性和实用性，旨在开阔学生的专业知识视野，切实培养和提高学生的技术应用能力，是一本具有鲜明特色的实用规划教材。
本书第 1章由沈阳科技学院王强编写，第 2、3、4、7章及附录部分由沈阳大学凌永成编写，第 5章由沈阳工学院崔永刚编写，第 6章由沈阳理工大学王靖岳编写，全书由凌永成统稿。
百度（中国）有限公司丁小珑、韩久伟、王婉玉等同志从智能汽车技术研发企业从应用型人才技能需求的角度出发，全程参与了书稿写作大纲的拟定工作，使本书能够在教材内容、编写体例、实践能力的培养等方面与企业的实际需求紧密结合，进一步提升和突出了本书的实用性和实战性。
辽宁工业大学汽车与交通工程学院李刚教授作为主审，对全书进行了认真的审阅，并提出了许多宝贵意见，对书稿质量的提升贡献颇多，在此深表谢意！
在编写本书过程中，百度 Apollo自动驾驶汽车技术架构相关专家和研发人员给予了热情支持，在此对他们表示衷心的感谢！
由于编者水平有限，书中难免存在不足或疏漏之处，恳请广大读者批评指正，以便再版时修订。
为方便选用本书作为教材的任课教师授课，编者还制作了与本书配套的电子课件。有需要的教师可登录机械工业出版社机工教育服务网（ http://www.cmpedu.com）下载，或致信编者邮箱 523494082@qq.com索取，编者会无偿提供。

凌永成 2022年 7月

智能汽车技术涉及人工智能、计算机、网络通信、电子控制（线控技术）等诸多前沿技术领域，是一个跨学科、跨专业的多学科交叉融合的庞杂技术体系，代表着未来汽车技术的发展方向。
本书在简要介绍智能汽车的技术分级和发展趋势之后，重点阐述和讲授智能汽车的环境感知、定位导航、网络通信、运动控制和自动驾驶技术，对目前在高端汽车上广泛使用的先进驾驶辅助系统也作了充分的介绍，是一本内容广泛、简明扼要地反映智能汽车新技术、新知识的教材。
本书为普通高等院校汽车类专业应用型本科教材，也可作为高等职业技术学院、高等工业专科学校以及职业培训学校的汽车类专业教材，还可作为广大汽车工程技术人员的参考读物。

智能汽车技术涉及人工智能、计算机、网络通信、电子控制（线控技术）等诸多前沿技术领域，是一个跨学科、跨专业的多学科交叉融合的庞杂技术体系，代表着未来汽车技术的发展方向。
本书在简要介绍智能汽车的技术分级和发展趋势之后，重点阐述和讲授智能汽车的环境感知、定位导航、网络通信、运动控制和自动驾驶技术，对目前在高端汽车上广泛使用的先进驾驶辅助系统也作了充分的介绍，是一本内容广泛、简明扼要地反映智能汽车新技术、新知识的教材。
本书为普通高等院校汽车类专业应用型本科教材，也可作为高等职业技术学院、高等工业专科学校以及职业培训学校的汽车类专业教材，还可作为广大汽车工程技术人员的参考读物。

凌永成，1990年进入锦州工学院（今辽宁工业大学）汽车与拖拉机专业学习，1994年到沈阳大学任教。目前负责沈阳大学本科车辆工程专业的学科发展和专业建设工作。1992年进入汽车维修领域，1998年进入汽车新技术培训领域，2005年进入汽车类科技图书及高校教材出版领域，累计出版、销售高校教材40余万册。
在教学之余，承担以下主要培训项目： 
1.Introduction to BMW Technology（BMW CHINA）
2.工信部智能交通与汽车网络技术暨车联网培训
3.全国汽车类专业骨干教师汽车检测维修技术培训

前言
第 1章　绪论 .. 1 
1.1　智能汽车及其技术分级 .. 1
1.1.1　智能汽车 .. 1 
1.1.2　智能汽车技术分级 .. 3 
1.2　智能汽车技术的发展 .. 6 
1.2.1　发展智能汽车的意义 .. 6 
1.2.2　智能汽车技术发展路线 .. 7 
1.3　智能汽车的技术体系 .. 8 
1.3.1　环境感知技术 .. 9 
1.3.2　决策规划技术 .. 9 
1.3.3　集成控制技术 .. 10 
1.3.4　测试评价技术 .. 10 
1.3.5　无人驾驶技术 .. 11
思考与实训 .. 12
第 2章　环境感知技术 .. 13 
2.1　环境感知技术简介 .. 13 
2.1.1　环境感知对象 .. 13 
2.1.2　环境感知方法 .. 14 
2.2　智能传感器 .. 18 
2.2.1　超声波雷达 .. 18 
2.2.2　毫米波雷达 .. 25 
2.2.3　激光雷达 .. 34 
2.2.4　视觉传感器 .. 48 
2.3　传感器融合技术 .. 69 
2.3.1　传感器的融合与同步 .. 69 
2.3.2　传感器融合原理 .. 70 
2.3.3　传感器融合方案 .. 71 
2.4　目标识别技术 .. 72 
2.4.1　道路识别技术 .. 72 
2.4.2　车辆识别技术 .. 83 
2.4.3　行人识别技术 .. 86 
2.4.4　交通标志识别技术 .. 104 
2.4.5　交通信号灯识别技术 .. 114 
2.5　人工智能与自动驾驶 .. 117 
2.5.1　人工智能技术 .. 117 
2.5.2　深度学习技术 .. 121 
2.5.3　语义分割技术 .. 124
思考与实训 .. 128
第 3章　定位导航技术 ..129 
3.1　定位导航简介 .. 129 
3.1.1　定位导航的定义 .. 129 
3.1.2　定位导航方法 .. 131 
3.1.3　定位导航的精度要求 .. 133 
3.2　卫星定位技术 .. 134 
3.2.1　全球定位系统 .. 134 
3.2.2　差分全球定位系统 .. 139 
3.2.3　北斗卫星导航定位系统 .. 141 
3.3　惯性导航与航迹推算技术 .. 145 
3.3.1　惯性导航技术 .. 145 
3.3.2　航迹推算技术 .. 152 
3.4　即时定位与地图构建技术 .. 154 
3.4.1　视觉 SLAM技术 .. 155 
3.4.2　激光 SLAM技术 .. 159 
3.4.3　视觉 SLAM与激光 SLAM的比较 .. 160 
3.5　电子地图技术 .. 161 
3.5.1　导航电子地图 .. 161 
3.5.2　高精电子地图 .. 162 
3.6　路径规划技术 .. 166 
3.6.1　环境模型的建立方法 .. 167 
3.6.2　路径规划的经典算法 .. 168 
3.6.3　路径规划的智能算法 .. 170
思考与实训 .. 171
第 4章　网络通信技术 ..173 
4.1　车联网简介 .. 173 
4.1.1　车联网的作用 .. 173 
4.1.2　车联网的体系结构 .. 174 
4.1.3　车联网的网络构成 .. 174 
4.2　车载网络技术 .. 175 
4.2.1 CAN总线技术 .. 176 
4.2.2 LIN总线技术 .. 177 
4.2.3　FlexRay总线技术 .. 178 
4.2.4　车载以太网技术 .. 179 
4.3　移动自组织网络技术 .. 180 
4.3.1　移动自组织网络的作用 .. 180 
4.3.2　移动自组织网络的特点 .. 181 
4.3.3　移动自组织网络的应用 .. 182 
4.4　V2X通信技术 .. 183 
4.4.1　V2X通信的技术流派 .. 183 
4.4.2　DSRC通信技术.. 187 
4.4.3　LTE-V通信技术 .. 189 
4.4.4　5G通信技术 .. 190 
4.4.5　V2X通信的安全风险 .. 191 
4.4.6　V2X通信的应用场景 .. 192 
4.4.7　DSRC与 C-V2X的竞争 .. 197 
4.5　车路协同技术 .. 198 
4.5.1　车路协同的作用 .. 198 
4.5.2　车路协同的系统架构 .. 199 
4.5.3　车路协同的应用 .. 200 
4.6　车路协同技术前瞻 .. 201 
4.6.1　大数据技术 .. 201
4.6.2　云计算技术 .. 203 
4.6.3　多接入边缘计算技术 .. 205
思考与实训 .. 211
第 5章　运动控制技术 ..212 
5.1　概述 .. 212 
5.2　线控转向技术 .. 212 
5.2.1　线控转向系统 .. 212 
5.2.2　线控转向系统的组成 .. 213 
5.2.3　线控转向系统的工作原理 214 
5.2.4　线控转向系统的特点 .. 216 
5.3　线控制动技术 .. 216 
5.3.1　线控制动系统 .. 216 
5.3.2　电控液压式制动系统 .. 218 
5.3.3　电控机械式制动系统 .. 222 
5.4　线控节气门技术 .. 223 
5.4.1　线控节气门 .. 223 
5.4.2　线控节气门系统的组成与工作原理 .. 224 
5.4.3　线控节气门的特点 .. 227 
5.4.4　纯电动汽车的加速踏板与车速控制 .. 227 
5.5　线控换档与线控悬架技术 .. 231 
5.5.1　线控换档技术 .. 231 
5.5.2　线控悬架技术 .. 233 
5.6　车辆运动控制 .. 234 
5.6.1　车辆纵向运动控制 .. 234 
5.6.2　车辆横向运动控制 .. 234
思考与实训 .. 235
第 6章　辅助驾驶技术 ..236 
6.1　先进驾驶辅助系统 .. 236 
6.1.1　基本功能 .. 236 
6.1.2　拓展功能 .. 236 
6.2　前向碰撞预警系统 .. 238 
6.2.1　前向碰撞预警系统的作用 ..238 
6.2.2　前向碰撞预警系统的组成 ..239 
6.2.3　前向碰撞预警系统的原理 ..240 
6.3　自动紧急制动系统 .. 240 
6.3.1　自动紧急制动系统的作用 ..240 
6.3.2　自动紧急制动系统的组成 ..241 
6.3.3　自动紧急制动系统的原理 ..242 
6.4　车道偏离预警系统 .. 243 
6.4.1　车道偏离预警系统的作用 ..243 
6.4.2　车道偏离预警系统的组成 ..243 
6.4.3　车道偏离预警系统的原理 ..244 
6.5　车道保持辅助系统 .. 245 
6.5.1　车道保持辅助系统的

智能汽车技术涉及人工智能、计算机、网络通信、电子控制（线控技术）等诸多前沿技术领域，是一个跨学科、跨专业的多学科交叉融合的庞杂技术体系，代表着未来汽车技术的发展方向。
本书在简要介绍智能汽车的技术分级和发展趋势之后，重点阐述和讲授智能汽车的环境感知、定位导航、网络通信、运动控制和自动驾驶技术，对目前在高端汽车上广泛使用的先进驾驶辅助系统也作了充分的介绍，是一本内容广泛、简明扼要地反映智能汽车新技术、新知识的教材。
本书为普通高等院校汽车类专业应用型本科教材，也可作为高等职业技术学院、高等工业专科学校以及职业培训学校的汽车类专业教材，还可作为广大汽车工程技术人员的参考读物。

凌永成，1990年进入锦州工学院（今辽宁工业大学）汽车与拖拉机专业学习，1994年到沈阳大学任教。目前负责沈阳大学本科车辆工程专业的学科发展和专业建设工作。1992年进入汽车维修领域，1998年进入汽车新技术培训领域，2005年进入汽车类科技图书及高校教材出版领域，累计出版、销售高校教材40余万册。
在教学之余，承担以下主要培训项目： 
1.Introduction to BMW Technology（BMW CHINA）
2.工信部智能交通与汽车网络技术暨车联网培训
3.全国汽车类专业骨干教师汽车检测维修技术培训