汽车智能网联技术概论

汽车产业正经历着一场百年不遇的颠覆性变革。
从技术层面看，汽车正由人工操控的机械产品逐步向电子信息系统控制的智能产品转变。从产业层面看，汽车与相关产业全面融合，呈现智能化、网络化、平台化发展特征。从应用层面看，汽车将由单纯的交通运输工具逐渐转变为智能移动空间和应用终端，成为新兴业态重要载体。从发展层面看，一些跨国企业率先开展产业布局，一些国家积极营造良好发展环境，智能汽车已成为汽车强国战略选择。
智能汽车是指通过搭载先进传感器等装置，运用人工智能等新技术，具有自动驾驶功能，逐步成为智能移动空间和应用终端的新一代汽车。
美国、日本、欧洲等汽车产业发达国家或地区已经在推动智能网联汽车产业发展方面开展了大量探索性工作，形成一定先发优势。
中国特色社会主义制度和国家治理体系能够集中力量办大事，国家制度优势显著。发展智能汽车，有利于提升产业基础能力，突破关键技术瓶颈，增强新一轮科技革命和产业变革引领能力，培育产业发展新优势；有利于加速汽车产业转型升级，培育数字经济，壮大经济增长新动能；有利于加快制造强国、科技强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会建设，增强新时代国家综合实力；有利于保障生命安全，提高交通效率，促进节能减排，增进人民福祉。
我国汽车产业体系完善，品牌质量逐步提升，关键技术不断突破，发展基础较为扎实。互联网、信息通信等领域涌现一批知名企业，网络通信实力雄厚。路网规模、5G 通信、“北斗”卫星导航定位系统水平国际领先，基础设施保障有力。汽车销量位居世界首位，新型城镇化建设快速推进，市场需求前景广阔。
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将全面建成、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们日益增长的美好生活需要。
目前，国内数十所高职高专院校、应用型本科院校开设了汽车智能技术专业，或结合机械工程类专业开设相关课程。
为适应智能汽车技术的快速发展，本教材紧密结合汽车智能网联技术的研究成果，围绕基础技术、关键技术的发展，构建了比较完善的体系架构，组织了比较丰富的知识内容，以满足汽车智能技术专业、机械工程类车辆专业方向课程教学的需求。
章为汽车智能系统概述，包括单车智能自动驾驶系统、网联智能自动驾驶系统、自动驾驶系统关键技术、智能汽车信息物理系统概述、智能汽车产业生态。第二章介绍智能汽车技术分级，包括中国智能汽车驾驶自动化分级、SAE智能汽车技术分级、智能汽车自动驾驶技术应用、网联式自动驾驶技术路线、智能汽车的价值。第三章介绍感知与定位，包括车辆自主感知与定位、网联感知、网联定位、传感器信息融合。第四章介绍智能驾驶计算平台架构，包括智能驾驶功能软件平台架构、功能模块。第五章介绍网联式自动驾驶技术应用，包括网联式自动驾驶场景、典型自动驾驶场景分析、网联式自动驾驶技术标准。第六章介绍自动驾驶系统安全性，包括功能安全、预期功能安全、安全性原则、安全风险因素、安全策略、典型场景的安全策略、网络安全。第七章介绍自动驾驶技术测试，包括仿真测试、道路测试、场地测试。此外，本教材还配备了丰富的“知识拓展”和“技术案例”。
本教材由刘志忠和杨平主编，负责教材的整体架构、内容安排、统稿。刘志忠编写章、第四章。刘颂笛编写第二章。杨平编写第三章、第六章、第七章，并做了大量的文字资料、图片整理工作。李富松编写第五章，并整理了部分图片。张华鑫参与了部分资料整理和第四章内容编写工作。
本教材编写过程中，参考了一些文献、研究成果，在此向相关的作者、团队、机构表示感谢。
由于编者水平有限，难免有疏漏之处，恳请专家、读者提出修改意见。

编 者

《汽车智能网联技术概论》紧密结合汽车智能网联技术的研究成果，围绕基础技术、关键技术的发展，构建了比较完善的体系架构，组织了比较丰富的知识内容。 《汽车智能网联技术概论》主要内容如下：章为汽车智能系统概述，第二章介绍智能汽车技术分级，第三章介绍感知与定位，第四章介绍智能驾驶计算平台架构，第五章介绍网联式自动驾驶技术应用，第六章介绍自动驾驶系统安全性，第七章介绍自动驾驶技术测试。此外，《汽车智能网联技术概论》还配备了较丰富的“知识拓展”和“技术案例”。 《汽车智能网联技术概论》跟踪汽车智能网联技术的发展，概述了感知与定位、规划与决策、控制与执行、高精地图、网联式自动驾驶、自动驾驶汽车的安全性、自动驾驶汽车测试等关键技术。 《汽车智能网联技术概论》通俗易懂，便于教学，可作为高等职业院校及应用型本科汽车类相关专业的教材，也可作为开放大学、成人教育、中职学校、培训班的有关课程的教材以及汽车工程技术人员的参考书。

刘志忠，教授，工学硕士。河北省科技成果评审委员会专、科技奖励评审委员会专家，河南省科技成果评审委员会专家，交通运输部高职高专教学指导委员会汽车专业指导委员会委员，河北省专业技术职务任职资格评审委员会专家，河北省消费者协会汽车专业办公室专业顾问，河北交通职业技术学院学术委员会委员。发表论文：《汽车工程》1篇；《汽车技术》3篇；《汽车电器》等20余篇。主编教材6本。

章 汽车智能系统概述 1
节 单车智能自动驾驶系统 7
一、感知与定位 7
二、决策与规划 16
三、控制与执行 19
第二节 网联智能自动驾驶系统 32
一、车联网通信技术 32
二、车联网功能与应用场景 45
三、车联网主要网元 48
第三节 自动驾驶系统关键技术 58
第四节 智能汽车信息物理系统
概述 63
一、智能汽车信息物理系统的
定义 63
二、智能汽车信息物理系统的
组成 64
三、智能汽车信息物理系统架构
部署 68
第五节 智能汽车产业生态 73
复习题 78
第二章 智能汽车技术分级 81
节 中国智能汽车驾驶自动化
分级 82
一、驾驶自动化分级要素 83
二、驾驶自动化等级划分 83
三、驾驶自动化等级划分流程
及判定方法 84
四、驾驶自动化各等级技术
要求 85
第二节 SAE智能汽车技术分级 90
一、SAE技术分级标准 90
二、SAE技术分级主要因素 91
三、SAE自动驾驶系统与用户的
角色转换 93
第三节 智能汽车自动驾驶技术
应用 95
第四节 网联式自动驾驶技术路线 100
一、乘用车自动驾驶技术路线 100
二、货车自动驾驶技术路线 101
三、城市出行车辆自动驾驶技术
路线 102
第五节 智能汽车的价值 103
复习题 105
第三章 感知与定位 107
节 车辆自主感知与定位 108
一、摄像机 109
二、激光雷达 113
三、超声波雷达 122
四、毫米波雷达 123
五、GNSS与INS 134
六、高精度地图信息 143
第二节 网联感知 153
一、基于车路协同的自动驾驶
系统组成 153
二、协同式感知 157
第三节 网联定位 162
一、网联定位技术指标 162
二、网联定位系统架构 163
第四节 传感器信息融合 165
复习题 182
第四章 智能驾驶计算平台架构 183
节 智能驾驶功能软件平台
架构 184
第二节 功能模块 185
一、传感器抽象功能 185
二、感知融合功能 186
三、定位功能 187
四、预测功能 187
五、决策规划功能 188
六、执行器抽象功能 188
复习题 192
第五章 网联式自动驾驶技术应用 193
节 网联式自动驾驶技术应用
场景 194
一、网联式自动驾驶场景 194
二、典型自动驾驶场景分析 197
第二节 网联式自动驾驶技术标准 200
复习题 217
第六章 自动驾驶系统安全性 219
节 自动驾驶汽车的安全性 220
第二节 功能安全基本概念 222
一、术语与定义 222
二、功能安全基本概念 226
第三节 自动驾驶系统功能安全 235
一、自动驾驶系统功能安全
原则 235
二、自动驾驶系统安全能力
与要素 237
三、风险状况和风险
策略 244
四、典型场景安全性分析 246
第四节 车联网系统信息安全 257
一、LTE-V2X车联网系统安全
风险 257
二、LTE-V2X车联网系统安全
需求 261
三、LTE-V2X车联网系统安全
架构 262
复习题 269
第七章 自动驾驶技术测试 271
节 自动驾驶技术仿真测试
概述 272
一、自动驾驶仿真技术和方法 272
二、自动驾驶的仿真测试评价 276
第二节 自动驾驶车辆道路测试
规范 282
一、测试主体、测试驾驶人
及测试车辆 282
二、测试申请及审核 284
三、测试管理 285
四、交通违法和事故处理 285
第三节 自动驾驶车辆场地测试
规程 289
一、检测项目 289
二、测试通过条件 290
三、测试规程 290
复习题 300
参考文献 301

《汽车智能网联技术概论》跟踪汽车智能网联技术的发展，以“全新的结构，全面的内容”概述了感知与定位、规划与决策、控制与执行、高精地图、网联式自动驾驶、自动驾驶汽车的安全性、自动驾驶汽车的测试等关键技术。作者拥有丰富的教学经验和工作经验，配套教材资源丰富。