1、2022-8-142022-8-14汽车运用基础汽车主要性能汽车的环保性和安全性汽车运行材料及合理使用汽车在特殊条件下的使用汽车在特殊条件下的使用第一章第二章第三章第四章第五章第五章第六章第六章第七章第八章汽车技术管理汽车性能试验电动汽车的运用技术电动汽车的运用技术车联网基础车联网的关键技术概述第一节第二节第三节第四节智能网联汽车面对能源消耗、尾气排放、安全及拥堵这三个方面的挑战，未来汽车应着力发展新能源、车联网和智能交通技术。汽车新能源技术将会从传统的以石油为能源转变为风能、太阳能、电能等；车联网的发展则能够有效缓解资源、环境的压力；智能交通能够帮助人类对资源进行有效控制，有利于实现低碳经济
2、。“车联网”可以通过车辆收集、处理并共享大量信息，将车与车、车与路上的行人和自行车以及车与城市网络能互相联接，从而实现更智能、更安全的驾驶。通过车联网技术，汽车具备高度智能的车载信息系统，并且可以与城市交通信息网络以及社区信息网络等全部联接，从而可以随时随地获得即时资讯，并正确做出与交通出行有关的决策。智能网联汽车，即ICV（全称Intelligent Connected Vehicle），通过搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，将车联网与智能车的有机联合，实现车与人、车、路、后台等智能信息交换共享，实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终可替代人来操作的新一代
3、汽车。1.概述2.1 车联网的概念及应用1车联网的概念车联网（Internet of Vehicles，IOV)是由车辆位置、速度和路线等信息构成的巨大交互网络。通过GPS/BD、RFID、传感器、摄像头图像处理等装置，车辆可以完成自身环境和状态信息的采集；通过互联网技术，所有的车辆可以将自身的各种信息传输汇聚到中央处理器；通过计算机技术，这些大量车辆的信息可以被分析和处理，从而计算出不同车辆的最佳路线、及时汇报路况和安排信号灯周期。车联网是车与车、车与路、车与人、车与传感设备等交互，实现车辆与公众网络通信的动态移动通信系统。2.车联网基础2车联网的应用车联网是装载在车辆上的电子标签通过无线射
4、频等识别技术，实现在信息网络平台上对所有车辆的属性信息和动、静态信息进行提取和有效利用，并根据不同的功能需求对所有联网车辆的运行状态进行有效的监管和提供综合服务。利用车联网建立的汽车维修系统，车主能实时了解汽车的车况；通过信息共享，4S店可将服务由被动变为主动（图8-1）。良好、方便、高效的沟通平台，实现自助化的维修模式，使得各方利益最大化。车联网还可以应用在紧急信息通告、实时交通路况监测，避免交通事故发生等方面（图8-2）。车联网不仅可以保证交通安全，还可以为用户提供丰富的娱乐服务。2.1 车联网的概念及应用1.2 汽车试验的分类图8-1 基于车联网的维修系统 2.1 车联网的概念及应用1.
5、3 汽车的一般试验条件图8-2车况分析终端示意图 2.1 车联网的概念及应用1.3 汽车的一般试验条件车联网主要应用需求有以下方面。（1）协助驾驶协助驾驶是指利用车辆与路边基础设施之间收集到的传感与状态信息，例如交通事故、汽车抛锚、道路紧急情况以及潜在的交通危险等，通过车联网提前告知驾驶人，建议驾驶人做出及时、恰当的驾驶行为。这有助于提升驾驶人的注意力，保持合适的车速及车距，提高行车的安全性。（2）交通信息收集交通信息收集是指收集到的车联网信息不直接影响车主的驾驶行为，而仅仅让驾驶人掌握整个道路的相关信息，便于交通管理中心的智能管理。典型的应用是交通流量信息的分发，例如车辆周期性地广播自己的位
6、置、行驶方向、车速、路况以及从别的汽车收集到的信息等，同时收集这些相关信息可让驾驶员对当前交通状况有一个大概的了解。2.1 车联网的概念及应用1.3 汽车的一般试验条件（3）汽车间的协作驾驶汽车间的协作驾驶是指利用汽车与汽车直接通信的方式来控制汽车的协调驾驶，即制动、倒车、转弯都可以协调操作。道路上行驶的汽车发生了故障，能被及时发现并告知后方的汽车制动操作；这些操作不仅要求掌握前方车辆的信息做出相应判断，而且要获得整个车队的信息做出协作的步骤。（4）辅助交通管理辅助交通管理主要包括协助交通管理部门实现远程指挥调度、路桥电子不停车收费、超速驾车、肇事车辆逃逸追踪等。道路事故处理系统，实时及全面的
7、行车数据使事故现场在电脑上得以重现，将对交通管理、保险等传统行业带来革命性的创新模式。2.1 车联网的概念及应用1.3 汽车的一般试验条件（5）用户通信与应用用户通信与应用的目的是让乘客享受娱乐，即使用各种基于无线网络的业务。典型的应用是下载音乐、电影以及游戏等。例如，在堵车的情况下，驾驶人可以将车载终端接入I互联网，在线欣赏音乐以及看电影等。车联网将继互联网、物联网之后，成为未来智能城市的另一个标志。车联网时代的智能汽车能够保持车与车之间相对固定的距离，从而实现零碰撞；还可以根据驾驶人计划的目的地，通过GPS/BD定位和车辆之间自动沟通，车与车之间临时随机进行组队或离队，从而提高交通效率。2
8、.1 车联网的概念及应用1.3 汽车的一般试验条件3.我国典型的车联网典型应用:（1）汽车主动安全（2）G-BOs智慧运营系统（3）不停车收费系统（4）汽车数字化标准信源 2.1 车联网的概念及应用2.2车联网产业的发展现状1车联网产业的发展现状（1）车联网感知技术与产业现状随着汽车电子化水产水平的日益提高，作为全球最大的汽车市场，中国汽车感知技术产业将会继消费电子、通信和计算机之后受到全球业界的关注，中国汽车感知产业飞速发展已成趋势。我国正在计划加快推进无线传感器在车联网领域的应用。汽车计算平台通过与车辆传感器节点的数据交换，实现环境监测、目标发现、位置识別和控制其他设备的功能。此过程需要通
9、过网关连接无线传感器网络和外部网络，实现两种网络协议之间的转换，从而发布、发送控制命令到传感网络内部节点，因此无线传感器网络的体系建立非常重要。2.2车联网产业的发展现状（2）车联网通信技术与产业现状汽车通信系统是车联网的信息传输渠道，车辆的移动特点也决定了车联网通信应以无线通信为主。在车联网无线通信解决方案中，通信网络带宽是车联网通信面临的一个技术难题。目前的3G网络带宽并不能满足未来图像和流媒体的传输需求，而4G网络和DSRC的自主网技术等也还没有完全突破。当车联网感知系统采集上来的信息被汇聚到数据中心后，需要对其进行存储、交互和分析。但国内在云计算和海址数据处理力面，还未掌握核心技术，而
10、且在全面获取系统精准的信息基础上，针对不同应用迸行智能化处理，更是一项世界性的难題，需要开展大量工作来研究智能化应用的数学摸型。信息通信系统是我国汽车市场增长速度最快的领域，汽车信息通信系统在我国有巨大的市场发展潜力。2.2车联网产业的发展现状（3）车联网导航技术与产业现状近年来，车载导航系统已被广泛使用，车联网的发展带来的汽车导航业的巨大市场潜力卫星导航是车联网的一个支撑基础。如果没有卫星导航的存在，车联网这个概念就难以成立。随着我国汽车保有量的稳定增长和智能手机销售量的激增，与之共同发展的GPS/BD导航市场也保持了高速的增长。据统计，2018年我国GPS/BD导航产品的出货量突破了6.1
11、亿台(包括车载前装GPS、车载后装GPS、便携式GPS、GPS手机、GPS测绘仪器等)。未来几年，随着我国汽车保有量的提升和GPS设备的进一步普及，我国GPS导航市场将迎来更广阔的发展空间。2.2车联网产业的发展现状2.车联网发展中存在的问题(1)当前车联网没有构建统一的协调中心。尽管已经有了像交通信号灯警告、路桥电子不停车收费等这样的应用，但这些应用之间是相互独立的。这些应用所使用的单一信道方式源原要与分布式控制的要求相结合，是车联网设计的关键问题所在。(2)车辆移动以及无线电波影响所带来的动态网络拓扑变化也是存在的问题无线电波必须考虑天线的高度以及移动车辆自身金属反射对无线信道造成的不利影
12、响；同时需要考虑车辆自适应发射功率和速率控制，以保证可靠、低延时的通信。(3)车联网还需考虑安全问题和隐私问题。一方面，车主驾驶人需要了解可靠的交通路况信息以保证驾驶的安全;另一方面，车主驾驶人不希望车辆信息被非法泄露，以防止未被授权的跟踪，保持其隐私性。这样就很有必要在安全问题和隐私问题上寻求一个平衡度。2.3车联网的组成及工作原理1车联网的组成车联网系统架构可分为感知层、网络层和应用层三个层次，参见图8-3。图8-3 车联网系统架构2.3车联网的组成及工作原理感知层负责信息采集与发布，信息的采集主要利用汽车配备的车载信息系统通过CAN总线网络技术采集车内各电控单元与车内各传感器的实时数据（
13、图8-4）。这些信息能够反映车辆行驶状态、车辆位置、车辆安全与车辆识别；信息的发布是指来自路侧设备或数据中心的交通信息在车载信息系统上的发布，包括路况、事故、天气等信息。图8-4 总车整线布局图 2.3车联网的组成及工作原理网络层通过DSRC(dedicated short range communications，专用短程通信)、3G/4G/5G、WiFi、GPS、WIMAX、以太网等现代网络通信的技术实现车联网信息的可靠传输。应用层可分为两个子层。下子层是应用程序层，主要功能是进行数据处理，车联网的各种具体的服务也在这一子层进行定义与实现，现在一般认为采用中间件技术实现车联网的各种服务是较
14、好的选择。上子层是人机交互界面，定义与用户交互的方式和内容。应用层使用的设备主要是一些提供网络服务的服务器和用户使用的车载信息系统等。2.3车联网的组成及工作原理2车联网的工作原理车联网是在道路交通的基础上，以车辆为中心，进行道路的利用率、道路交通安全的综合研究。车辆是移动的，移动的车辆通过多种无线通信方式实现车辆与一切事物相联。当存在多种无线通信方式时，不同的天线之间必然产生电磁波干扰，要求车联网具备高抗干扰能力和稳定性。因此，车联网具有移动性、无线性、及时性及稳定性等特点。车载终端、道路基础设施通过无线通信方式构成一种车载自组织网络ANET(VehicleAd-Hoc Network)，通
15、过无线通信链路传输数据，实现车辆间(V2V)通信，车路通信(V2I)以及车与行人之间的通信(V2P)，通过道路基础设施与网络的连接实现道路基础设施与云端之间的双向通信，通过接入移动通信网络，从而使车辆具备访问互联网的能力，实现车与云端间的双向通信(V2C)。车联网工作原理见图8-4。2.3车联网的组成及工作原理图8-4 车联网的工作原理2.3车联网的组成及工作原理如图8-4所示，车载终端利用总线技术，通过ECU读取各个单元的传感器数据，并进行控制，从而实现车内通信；通过卫星定位模块和各种传感器读取车辆运行环境及位置等信息；通过无线通信模块和邻近的车辆、道路基础设施建立车载自组网，实现车与车(V
16、2V)之间的通信、车辆与道路基础设施(V2I)之间的通信；通过移动通信模块接入互联网，实现车与云端及家的互联互通。道路基础设施通过移动通信模块接入互联网，向云端提供所覆区域的交通状况，并从云端获取交通信息，通过无线通信模块和其覆盖区域的车辆组建车自组网，并将交通信息发送给网内的车辆。云端实时向车载终端或道路基础设施推送交信息和与车辆有关的服务信息，并根据车辆和道路基础设施的请求，推送相应的信息。3.车联网的关键技术车联网是一个庞大的系统，包括端(车载终端、道路基础设施)、管(传输网络)、云(车联网云平台)。车联网的用户需求多样，业务逻辑复杂，且涉及不同的技术领域。因此，要实现真正的车联网，就要
17、在车联网的相关技术方面深入研究，彻底解决端、管、云三要素的关键技术，方可实现真正的车联网，实现真正的车路协同，从而实现智能交通及无人驾驶的目的。下面将以车联网的三要素为中心阐述实现车联网需要掌握的关键技术。3.1 数据采集技术数据是车联网得以存在的基础，数据采集也是较为复杂的一门技术，涉及多方面的技术领域，因此数据采集技术是车联网的关键技术之一。车联网的数据采集分为两大部分：一部分是针对整车数据的采集；另一部分是针对车外数据的采集。3.1 数据采集技术1整车数据的采集整车数据的采集主要指对汽车电子系统数据的采集。汽车电子包括动力系统、底盘系统、车身安全系统及车载信息系统四大部分。这四大部分统一
18、由ECU(Electronic Control Unit)即电子控制单元控制及调度，因此，车内数据的采集，必须从ECU采集这四大系统所有的传感器数据及开关信号。数据采集技术是车联网的末梢神经，是车联网最关键的技术。它是在汽车内的重要部位上装置很多不同用途的车用传感器(图8-5)，专门监测该部位的工作情况，及时以电信号方式向车用微机进行传输，向驾驶人提供关于车的实时状况信息，以供分析判断车的状况。3.1 数据采集技术图8-5 车用传感器3.1 数据采集技术2车外数据的采集车外数据的采集主要包括对车辆的位置、行车状态、道路状态、前方及两侧后方侧车辆状态等数据的采集（图8-6）。图8-6 车外数据的
19、采集3.2 识别技术1.语音识别语音识别技术是一门交叉学科，也是信息技术领域的尖端科技，作为一种新的输入方式。语音识别的发展有很多瓶颈，如无法标准化的输入设备、语义理解及噪声的处理都影响到语音识别的精确度。在车内使用语音识别难度更大，一方面，由于车内有噪声、回声的影响，所以识别精确度比较低；另一方面，如果在本地端使用语音识别，车载终端的处理器速度和存储能力有限，如果通过云平台进行识别，当车辆行驶在高速公道路上时，网络覆盖问题会导致车载终端无法联网，也就无法使用云端的识别。毫无疑问，语音识别是解放驾驶员双手、双眼，增强行车安全的最好方法，也是车联网行业最关键的技术之一，目前语音识别技术在车内的使
20、用尚存在诸多瓶颈，语音识别技术能在车内流畅地使用，还需要不断地探索解决。3.2 识别技术2.视频图像识别视频图像识别是交通信息采集中应用较为广泛的技术之一，而车牌识别是视频图像识别功能的代表性应用。车牌识别技术通过视频或图像抓拍的方式对物理车牌进行识别，从而实现对车辆身份有的识别。车牌识别技术集中了先进的光电、计算机、图像处理、模式识别和远程数据访问等技术，实现对监控路面过往的每一辆机动车的特征图像和车辆全景图像进行连续全天候实时记录，计算机根据所拍摄的图像进行牌照自动识别。基于计算机的车牌识别系统利用通过某一路段的汽车前视或后视图像，完成车牌目标的自动定位与识别。系统的核心部分为视频采集、图
21、像预处理、车牌检测定位、字符分割和字符识别等，所有这些工作均在一台配置较高的计算机上完成。车牌识别系统原理流程见图8-7。图8-7 车牌识别系统原理流程图3.2 识别技术3射频识别技术射频识别作为车联网最基本的关键技术，首先被广泛研究.并进入到车联网领域。2008年8月，国家发展和改革委员会在启动的信息运用试点工作中将无线射频识别技术应用列为重点，并且发出了国家发展改革委办公厅关于组织开展信息化试点工作的通知，提到“选择有条件的行业开展自主创新RFID技术的应用试点工程建设，培育我国RFID产业，有效发挥信息化在交通运输、物品流通领域的节能、降耗作用，提高国民经济运行质量和效率”。目前，国内多
22、个省市已经应用RFID技术，建立高速公路ETC标识站，实现车辆自动识别和自动缴费功能。此外，还被广泛应用于交通运输控制管理、停车场管理、车辆防盗和驾驶员身份识别等。3.3 车载网络技术车联网包括车内网和车外网，是DSRC、WiFi2G/3G蜂窝通信、LTE、WLAN等不同的无线接入技术并存的泛在网络，而不同的无线网络各自具有不同的特征，如何将多种无线接入技术进行协同及融合是未来无线网络发展的必然趋势，也是车联网领域需要研究的主要课题。车内网就是通过LIN、CAN、MOST等总线技术及各种通信技术，将车内的多个传感器及电子设备连接起来而组成的一张汽车局域网。1DSRC专用短程通信(Dedicat
23、ed Short Range Communication，DSFC)是一种短距离无线通信技术，它具有传输速率高、延迟短等特点，支持点对点、点对多点的通信。相对于传统的广域移动通信系统而言，它可以实现小范围内数据、音频和视频信号的实时、准确和可靠的双向传输，从而将车辆与车辆、车辆与道路有机地联系在一起，因此成为ITS中重要的无线通信平台，为ITS提供高效的无线通信服务。3.3 车载网络技术2ZigBeeZigBee是一种新兴的短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。ZigBee的物理层采用直接序列展频(Direct Sequence SpreadSpectrum，DSSS)技
24、术，媒体存取控制层沿用无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)中802.11系列标准的CSMA/CA方式，以提高系统兼容性，从而适用于近距离无线连接。除了安全灵活，网络容量多达65000个设备以外，ZigBee最大的优势在于成本低和使用功耗低，在低功耗待机模式下，两节普通5号电池可使用624个月，此外其延时极短，典型搜索设备时延为30ma安全性高，ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，采用AES-128加密算法，各个应用可灵活确定其安全属性。ZigBee的主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化等。3.3 车载网络技术3蜂窝网络蜂窝网络是
25、指将服务区划分为若干个彼此相邻的小区，在每个小区设立一个基站的网络结构。由于每个小区呈正六边形，又彼此邻接，从整体上看，形状酷似蜂窝，所以人们称它为“蜂窝”网。用若干蜂窝状小区覆盖整个服务区的大、中容量移动电话系统就称为蜂窝移动电话系统，简称蜂窝移动电话。通用分组无线服务(General Packet Radio Service，GPRS)技术是在GSM蜂窝通信网络上发展起来的一种分组交换数据业务，按需动态分配信道资源。GPRS频谱利用率较高，并将数据传输速率提高到100kbit/s以上，特别适合远程监测、交通监控等领域的中、低速率突发通信需求。由于采用了TCP/IP协议，并且容易与现有互联网
26、技术及其应用平台整合，所以可以将各种IP技术与服务同移动通信技术相结合，为用户提供各种高速高质的移动车载数据通信业务。4.数据处理技术1云计算技术云计算和车联网都是当代科技迅猛发展的高新技术产物。一方面云计算需要从概念构想走向应用实践，另一方面车联网的大量交通数据需要强大的支撑平台对其进行处理分析，因此，云计算和车联网的结合可以实现优势互补，具有十分重要的应用价值。为保证高可用性、高可靠性和经济性，云计算一般采用分布式存储的方式存储数据，并采用冗余存储的方式(即为同一份数据存储多个副本)进一步保证存储数据的可靠性。大部分云计算都采用由 Hadoop团队开发的HDFS数据存储技术。交通数据具有数
27、据信息量大、数据波动严重信息实时处理性高、数据共享性高、可用性和稳定性高等特点，这对交通数据的存储、处理和管理提出很高的要求。交通云的数据存储技术的重点主要集中在超大规模的数据存储、数据加密、安全性保证和提高I/O速率等方面。3.4 数据处理技术2多源数据预处理技术从采集源传来的数据可能由于传输设备故障、路面交通状况的异常而造成信息不全或存在错误的数据，所以需要对这些数据进行预处理。车联网中会有多种不同类型感知设备的感知数据，对应于同一交通参数的信息，通过对多源异构数据进行预处理，可以减小后续数据处理的复杂度和数据处理量，通过多源异构数据之间的相互校验、相互补充，可以增加多源异构数据预处理后参
28、数的可信度。综上所述，在防止错误数据方面，首先要通过预处理检索、定位出奇异数据，分析该数据的正确性，若为错误数据则剔除该数据，然后根据历史同期数据统计分布规律、差值补充上合理数据；在防止数据的丢失方面，首先要通过预处理得到所缺少的数据项，然后根据历史同期数据的统计分布规律，差值补齐。3.4 数据处理技术3数据加密与隐私保护技术作为一种多网融合的网络，车联网安全涉及各个网络的不同层次的安全(图8-7)。在这些独立的网络中已实际应用了多种安全技术，特别是移动通信网和互联网，但由于资源的局限性，对车联网中的感知网络安全研究的难度较大。图8-7 车联网安全3.4.数据处理技术4大数据存储技术信息存储方
29、式包括本地存储海存储和云端存储。原始感知数据和预处理阶段数据通过本地存储/海存储方式提供给各类感知平台，用于现场情况处理。而无异常情况下的日常感知数据通过互联网由云端存储服务器进行处理和保存。公路智能交通系统特有的分布式形态、特殊事件时空特征的随机因素和特殊事件快速反应的需求对感知信息存储方式提出了新的要求。通过对事件的性质进行分析，对潜在用户(包括控制人员和响应机制)进行判别，并对事件和用户的地理位置信息进行优化匹配实现对信息进行分布式存储，提高海存储数据查询速度和使用效率。主要包括数据存储模型与协议，协同存储架构与算法，数据定位、挖掘与获取，广域数据管理，数据存储安全机制，评价体系等。3.
30、5 车联网安全体系为了保证车联网系统能够长期、安全、稳定、可靠、高效地运行，系统需要依据不同的保护对象和安全需求建立分层的安全防护体系。根据以上风险分析，整个车联网的安全防护需要在我国相关法律、法规及政策的支持下，先分别设计各层的安全防护措施，然后再建立统一的安全管理平台，提升网络安全水平、可控制性和可管理性，使各种安全产品相互支撑、协同工作，应用效能得到充分的发挥。车联网安全系统的整体架构见图8-8。系统可分为四层：感知信源层、基站集群层、网络传输层和应用服务层。每个层面保护对象不同，安全需求也不同，依据不同保护对象安全需求建立分层的防护体系。防护体系由感知信源层安全、基站集群层安全、网络传
31、输层安全和应用服务层安全组成，为实现应用服务层细化安全防护，应用服务安全又分为服务环境。3.5 车联网安全体系图8-8 安全系统整体构架图3.5 车联网安全体系感知信源层安全：实现车辆电子标识、视频信息、路网环境和车辆等各种资源的安全保护。基站集群层安全：实现采集基站、监控基站、移动基站和便携终端等的安全保护。网络传输层安全：实现各终端与数据中心的双向数据传输安全。应用服务层安全：实现车联网(物理环境、网络系统、主机系统等)服务支撑基础环境安全保护；服务接入安全；实现行业用户、公网用户接入安全保护；服务平台安全：实现车联网业务平台安全保护。运营安全管理：从管理角度，利用技术和管理相结合的安全手
32、段，保障整个车联网数据中心业务安全运营。按照上述安全系统整体构架，安全防护架构见图8-9。3.5 车联网安全体系图8-9安全防护框架图2.3车联网的组成及工作原理2车联网的工作原理车联网是在道路交通的基础上，以车辆为中心，进行道路的利用率、道路交通安全的综合研究。车辆是移动的，移动的车辆通过多种无线通信方式实现车辆与一切事物相联。当存在多种无线通信方式时，不同的天线之间必然产生电磁波干扰，要求车联网具备高抗干扰能力和稳定性。因此，车联网具有移动性、无线性、及时性及稳定性等特点。车载终端、道路基础设施通过无线通信方式构成一种车载自组织网络ANET(VehicleAd-Hoc Network)，通
33、过无线通信链路传输数据，实现车辆间(V2V)通信，车路通信(V2I)以及车与行人之间的通信(V2P)，通过道路基础设施与网络的连接实现道路基础设施与云端之间的双向通信，通过接入移动通信网络，从而使车辆具备访问互联网的能力，实现车与云端间的双向通信(V2C)。车联网工作原理见图8-4。4.智能网联汽车智能网联汽车是新一轮科技革命背景下的新兴产业，可显著改善交通安全、实现节能减排、减缓交通拥堵、提高交通效率，并拉动汽车、电子、通信、服务、社会管理等协同发展，对促进汽车产业转型升级具有重大战略意义。与智能网联汽车相关的概念有智能汽车、无人驾驶汽车、车联网和智能交通系统等。4.1智能网联汽车相关概念1
34、智能汽车智能汽车是在一般汽车上增加雷达、摄像头等先进传感器、控制器、执行器等装置，通过车载环境感知系统和信息终端实现与车、路、人等的信息交换，使车辆具备智能环境感知能力，能够自动分析车辆行驶的安全及危险状态，并使车辆按照人的意愿到达目的地，最终实现替代人来操作的目的。智能汽车是智能交通的重要组成部分。智能汽车的初级阶段是具有先进驾驶辅助系统(Advanced Driver Assistance Systems，ADAS)的汽车，终极目标是无人驾驶汽车。4.1 智能网联汽车相关概念2智能网联汽车智能汽车与网络相连便成为智能网联汽车。智能网联汽车(Intelligent Connected Veh
35、icle，ICV)是一种跨技术、跨产业领域的新兴汽车体系，即可上路安全行驶的无人驾驶汽车。从狭义上讲，智能网联汽车是搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现V2X 智能信息交换共享，具备复杂的环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能，可实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终可替代人来操作的新一代汽车。从广义上讲，智能网联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，以达到车辆安全、有序、高效、节能行驶的新一代多车辆系统。4.1 智能网联汽车相关概念智能网联汽车、无人驾驶汽车、车联网、智能交通系统有密切关系性，但没
36、有明显分界线，他们的关系可用图8-10表示。智能网联汽车的聚焦点是在车上，发展重点是提高汽车安全性，其终极目标是无人驾驶汽车；而车联网的聚焦点是建立一个比较大的交通体系，发展重点是给汽车提供信息服务，其终极目标是智能交通系统；无人驾驶汽车是汽车智能化与车联网的完美结合。图8-10智能网联汽车相关概念关系4.1 智能网联汽车相关概念3智能网联汽车的技术路线智能网联汽车技术路线主要分为基于传感器的车载式技术路线和基于车辆互联的网联式技术路线两种（图8-11）。（a）车载式 （b）网联式图8-11 车载式技术路线和网联式技术路线4.1 智能网联汽车相关概念（1）基于传感器的车载式技术路线 这类技术路
37、线是基于先进传感技术与传统汽车制造业的深度融合，主要是使用先进的传感器，如立体摄像机和雷达，结合驱动器、控制单元以及软件的组合，形成先进驾驶辅助系统，使得汽车能够监测和应对周围的环境。该路线推动者是以奔驰、宝马、沃尔沃、福特等为代表的汽车整车企业，技术发展较为成熟。这种基于传感器的系统能够给驾驶员提供不同程度的辅助功能，但目前还无法提供完整的、具有成本竞争力的无人驾驶体验。主要原因是要创建车辆环境的360视图，必须配置更多的传感器组合，成本较高。（2）基于车辆互联的网联式技术路线 这类技术路线表现为互联网思维对传统汽车驾驶模式的变革，推动者主要是以谷歌、苹果等为代表的互联网企业。4.1 智能网
38、联汽车相关概念这类企业重点开发车载信息系统，并与汽车厂商合作开发推广导航、语音识别、娱乐、安全等方面的应用程序和应用技术。该方案使用短距离无线通信技术来实现车辆与车辆(V2V)、车辆与道路基础设施(V2I)之间的实时通信，能充分发挥短程无线通信快速部署、低延迟、高可靠等特点，对于主动安全应用尤其重要。但该方案对道路基础设施的要求较高。另一种方案是使用远距离无线通信技术以及现有的基础设施以获得更大的通信范围，但存在响应延迟、带宽不足等问题，制约了在主动安全领域的应用。对于智能网联汽车，车载式和网联式将走向技术融合，通过优势互补，提供安全性更好、自动化程度更高、使用成本更低的解决方案。实现这种技术
39、融合需要更先进的定位技术、更高分辨率的地图自动生成技术、可靠而直观的人机交互界面以及相关标准、法规等。4.2 智能网联汽车技术分级智能网联汽车技术分级各主要国家是不完全相同的，美国分为5 级，德国分为3级，中国分为5级。1美国关于智能网联汽车的技术分级美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)分以下5 级定义汽车的自动化等级。（1）无自动驾驶阶段(0级)在无自动驾驶阶段，驾驶员拥有车辆的全部控制权，在任何时刻，驾驶员都单独控制汽车的运动，包括制动、转向、加速和减速等。（2）驾驶员辅助阶段(1级)在驾驶员辅助阶段，驾驶员拥有车辆的全部控制权。车辆具备一种或多种辅助控制技术，例如倒车影像与倒车雷达、
40、电子稳定控制系统、车道偏离报警系统、正面碰撞预警系统、定速巡航系统以及汽车并线辅助系统等。4.2 智能网联汽车技术分级（3）半自动驾驶阶段(2级)：在半自动驾驶阶段，驾驶员和车辆共享对车辆的控制权。车辆至少有两种先进驾驶辅助系统，而且这些系统能同时工作。这一阶段也是当前处于并在快速发展的阶段，未来几年中，将有更多的先进驾驶辅助系统应用在量产车上。（4）高度自动驾驶阶段(3级)在高度自动驾驶阶段，车辆和驾驶员共享对车辆的控制权。在特定的道理道路环境下(高速公路、城郊或市区)，驾驶员完全不用控制车辆，车辆完全自动行驶，而且可以自动检测环境的变化以判断是否返回驾驶员驾驶模式。（5）完全自动驾驶阶段(
41、4级)在完全自动驾驶阶段，车辆拥有车辆的全部控制权，驾驶员在任何时候都不能获得控制权。驾驶员只需提供目的地信息或者进行导航输人，整个驾驶过程无需驾驶员参与。4.2 智能网联汽车技术分级2中国关于智能网联汽车的技术分级中国把智能网联汽车发展划分5 个阶段，即辅助驾驶阶段(DA)、部分自动驾驶阶段(PA)、有条件自动驾驶阶段(CA)、高度自动驾驶阶段(HA)和完全自动驾驶阶段(FA)。（1）辅助驾驶阶段(DA)：通过环境信息对行驶方向和加减速中的一项操作提供支援，其他驾驶操作都由驾驶员完成。适用于车道内正常行驶，高速公路无车道干涉路段行驶，无换道操作等。（2）部分自动驾驶阶段(PA)：通过环境信息
42、对行驶方向和加减速中的多项操作提供支援，其他驾驶操作都由驾驶员完成。适用于变道以及泊车、环岛等市区简单工况：还适用于高速公路及市区无车道干涉路段进行换道、泊车、环岛绕行、拥堵跟车等操作。4.2 智能网联汽车技术分级（3）有条件自动驾驶阶段(CA)由无人驾驶系统完成所有驾驶操作，根据系统请求、驾驶员需要提供适当的干预。适用于高速公路正常行驶工况；还适用于高速公路及市区无车道干涉路段进行换道、泊车、环岛绕行、拥堵跟车等操作。（4）高度自动驾驶阶段(HA)由无人驾驶系统完成所有驾驶操作，特定环境下系统会向驾驶员提出响应请求，驾驶员可以对系统请求不进行响应。适用于有车道干涉路段(交叉路口、车流汇人、拥
43、堵区域、人车混杂交通流等市区复杂工况)进行的全部操作。（5）完全自动驾驶阶段(FA)无人驾驶系统可以完成驾驶员能够完成的所有道路环境下的操作，不需要驾驶员介入。适用于所有行驶工况下进行的全部操作。4.2 智能网联汽车技术分级总结：总的来说，无论怎样分级，从驾驶员对车辆控制权角度来看，可以分为驾驶员拥有车辆全部控制权、驾驶员拥有部分车辆控制权、驾驶员不拥有车辆控制权三种形式，其中驾驶员拥有部分车辆控制权时，根据车辆ADAS的配备和技术成熟程度，决定驾驶员拥有车辆控制权的多少，ADAS装备越多，技术越成熟，驾驶员拥有车辆控制权越少，车辆自动驾驶程度越高。4.3 智能网联汽车的系统构成智能网联汽车是
44、以汽车为主体，利用环境感知技术实现多车辆有序安全行驶，通过无线通信网络等手段为用户提供多样化信息服务。智能网联汽车由环境感知层、智能决策层以及控制和执行层组成，见图8-12。图8-12 智能网联汽车结构层次4.3 智能网联汽车的系统构成（1）环境感知层环境感知层的主要功能是通过车我环境感知技术，卫星定位技术、4G 5G及V2X 无线通信技术等，实现对车辆自身属性和车辆外在属性(如道路、车辆和行人等静、动态信息的提取和收集，并向智能决策层输送信息。（2）智能决策层智能决策层的主要功能是接收环境感知层的信息并进行触合，对道路、车辆、行人、交通标志和交通信号等进行识别，决策分析和判断车辆驾驶模式和将
45、要执行的操作，并向控制和执行层输送指令。（3）控制和执行层控制和执行层的主要功能是按照智能决策层的指令，对车辆进行操作和协同控制，并为联网汽车提供道路交通信息、安全信息、娱乐信息、救援信息以及商务办公、网上消费等，保障汽车安全行驶和舒适驾驶。从功能角度上讲，智能网联汽车与一般汽车相比，主要增加了环境感知与定位系统、无线通信系统、车载自组织网络系统和先进驾驶辅助系统等。4.4 智能网联汽车的关键技术智能网联汽车关键技术包含环境感知技术、无线通信技术、智能互联技术、车载网络技术、先进驾驶辅助技术、信息融合技术、信息安全与隐私保护技术。人机界面(HMI)技术等。（1）环境感知技术环境感知包括车辆本身
46、状态感知、道路感知、行人感知、交通信号感知、交通标识感知、交通状况感知、周围车辆感知等。（2）无线通信技术长距离无线通信技术用于提供即时的互联网接入，主要采用4G/5G技术，特别是5G技术，有望成为车载长距离无线通信专用技术。短距离通信技术有专用短程通信技术(DSRC)、蓝牙、Wi-Fi 等，其中DSRC 重要性高且亟须发展，它可以实现在特定区域内对高速运动下移动目标的识别和双向通信，如V2V、V2I双向通信，实时传输图像、语音和数据信息等。4.4 智能网联汽车的关键技术（3）智能互联技术当两个车辆距离较远或被障碍物遮挡，直接通信无法完成时，两者之间的通信可以通过路侧单元进行信息传递，构成一个
47、无中心、完全自组织的车载自组织网络。（4）车载网络技术目前汽车上广泛应用的网络有CAN、LIN 和MOST 总线等，。它们的特点是传输速率小，带宽窄。（5）先进驾驶辅助技术先进驾驶辅助技术通过车辆环境感知技术和自组织网络技术对道路、车辆、行人、交通标志、交通信号等进行检测和识别，对识别信号进行分析处理，传输给执行机构，保障车辆安全行驶。先进驾驶辅助技术是智能网联汽车重点发展的技术，其成熟程度和使用多少代表了智能网联汽车的技术水平，是其他关键技术的具体应用体现。4.4 智能网联汽车的关键技术（6）信息融合技术信息融合技术是指在一定准则下利用计算机技术对多面信息分析和综合以实现不同应用的分类任务而
48、进行的处理过程。该技术主要用于对多源信息进行采集、传输、分析和综合，将不同数据源在时间和空间上的冗余或互补信息依据某种准则进行组合，产生出完整、准确、及时、有效的综合信息。智能网联汽车采集和传输的信息种类多、数量大，必须采用信息融合技术才能保障实时性和准确性。（7）信息安全与隐私保护技术智能网联汽车接人网络的同时，也带来了信息安全的问题。在应用中，每辆车及其车主的信息都将随时随地地传输到网络中被感知，这种暴露在网络中的信息很容易被窃取、干扰甚至修改等，从而直接影响智能网联汽车体系的安全，因此在智能网联汽车中，必须重视信息安全与隐私保护技术的研究。4.4 智能网联汽车的关键技术（8）人机界面技术
49、尤其是语音控制、手势识别和触摸屏技术，在全球未来汽车市场上将被大量采用。全球领先的汽车制造商，如奥迪、宝马、奔驰、福特以及菲亚特等都在研究人机界面技术。智能网联汽车人机界面的设计，其最终目的在于提供好的用户体验，增强用户的驾驶乐趣或驾驶过程中的操作体验。它更加注重驾驶的安全性，这样使得人机界面的设计必须在好的用户体验和安全之间做平衡，很大程度上安全始终是第一位的。智能网联汽车人机界面应集成车辆控制、功能设定、信息娱乐、导航系统、车载电话等多项功能，方便驾驶员快捷地从中查询、设置、切换车辆系统的各种信息，从而使车辆达到理想的运行和操纵状态。未来车载信息显示系统和智能手机将无缝连接，人机界面提供的
50、输人方式将会有多种选择，通过使用不同的技术允许消费者能够根据不同的操作、不同的功能进行自由切换。4.5 智能网联汽车的应用和发展1智能网联汽车的应用智能网联汽车在安全行驶、节能环保、商务办公、信息娱乐等方面有着广泛的应用前景。（1）在安全行驶方面的应用安全行驶是智能网联汽车最主要的功能。它是通过环境感知技术、无线通信技术和网络技术等对诸如交叉路口协助驾驶、车辆行车预警、道路危险预警、碰撞预警、交通信息提示等技术的综合采用来减少道路交通事故，保障安全行驶。（2）在节能环保方面的应用智能网联汽车是通过雷达、机器视觉等，提前预知交通控制信号、前向交通流、限速标识、道路坡度等，从而可提前通过车辆控制器
