智能网联汽车技术(含实验指导)
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1.1 智能网联汽车的相关概念及系统构成

近年来,国内外企业和研究机构从不同侧重点提出了智能汽车、车联网、智能交通系统等与智能网联汽车相关的多种概念。这些具体都是什么含义呢?

1.1.1 智能网联汽车的相关概念

1.智能汽车

按照Azim Eskandarian在《智能汽车手册》中的定义,智能汽车是指能够自主完成部分驾驶任务或辅助驾驶人更有效地完成驾驶任务,实现更安全、更高效和更环保行驶的车辆。

智能汽车作为智能交通系统的重要组成部分,是一个集环境感知、规划决策和控制执行于一体的高新技术综合体。智能汽车利用传感器技术、信号处理技术、通信技术、计算机技术等,根据各传感器所得到的信息做出分析和判断,辨别车辆所处的环境和状态,或者给驾驶人发出提示和警告信息,提醒驾驶人注意规避危险,或者在紧急情况下帮助驾驶人操作车辆(即辅助驾驶系统),防止事故的发生,使车辆回到正常驾驶状态;或者代替驾驶人的操作,实现车辆运行的自动化。

智能汽车主要侧重于汽车的智能化发展层次,即汽车是否具有先进的环境感知、决策规划和一定层级的自动驾驶能力,并将联网与信息交互功能作为考虑的重点。

2.车联网

车联网(Internet of Vehicle, IOV)是以车内网、车际网和车载移动互联网为基础,按照约定的体系架构及其通信协议和数据交互标准,在V2X(V代表汽车,X代表车、路、行人及应用平台等)之间进行无线通信和信息交换的大系统网络,是能够实现智能化交通管理、智能动态信息服务和车辆智能化控制的一体化网络,是物联网技术在智能交通系统领域的延伸。车内网是指通过应用成熟的总线技术建立一个标准化的整车网络;车际网是指基于特定无线局域网络的动态网络;车载移动互联网是指车载单元通过4G/5G等通信技术与互联网进行无线连接。以上三网的融合是车联网的发展趋势。

车联网技术主要面向道路交通,为交通管理者提供决策支持,为车辆与车辆、车辆与道路提供协同控制,为交通参与者提供信息服务。车联网是智能交通系统与互联网技术发展的融合产物,是智能交通系统的重要组成部分,更多表现在汽车基于现实中的场景应用。车联网带来的绿色智能技术的发展和应用,将会进一步降低碳排放,实现零交通事故,远离交通堵塞,构筑新型交通生态系统。

3.智能交通系统

智能交通系统是将先进的数据传输技术、电子控制技术、计算机技术及智能车辆技术等综合运用于整个交通运输管理体系,通过对交通信息的实时采集、传输和处理,借助各种科技手段和设备,对各种交通情况进行协调和处理,建立起一种实时、准确、高效的综合运输管理体系,从而使交通设施得以充分利用,提高交通效率和安全水平,最终使交通运输服务和管理智能化,实现交通运输的集约式发展。

智能交通系统强调的是交通运输系统的整体构建,包含了路网和通信基站等基础设施建设、道路交通管理,以及相关信息服务等。汽车被看作庞大交通系统中的一个网络节点,其自身产品形态和功能的变化在此被弱化。

4.智能网联汽车

智能网联汽车是一个跨技术、跨产业领域的新兴体系,从不同角度、不同背景出发,各国对智能网联汽车的定义也不尽相同,但终极目标都是为了实现在各种道路环境中安全行驶的无人驾驶汽车。

根据我国工业和信息化部在《国家车联网产业标准体系建设指南(智能网联汽车)》中的定义,智能网联汽车(Intelligent and Connected Vehicle, ICV)是指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,实现车与X(车、路、人、云等)智能信息交换、共享,具备复杂环境感知、智能决策、协同控制等功能,可实现安全、舒适、节能、高效行驶,并最终实现替代人来操作的新一代汽车。

“智能”指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置和车载系统模块,具备复杂的环境感知、智能决策和控制等功能。

“网联”主要指信息互联共享功能,即通过多种形式的通信与网络技术,实现车内、车与车、车与路侧设备、车与云之间的信息交互。

“汽车”指智能网联汽车的终端载体,可以是传统的燃油汽车,也可以是多种形式的新能源汽车,未来的智能网联汽车主要以新能源汽车为主。

我国政府长期坚持智能化与网联化协同发展路径,充分发挥我国信息通信产业优势,带动汽车、交通传统产业转型升级,推进智能网联汽车产业发展,并促进形成新的产业集聚,已积极影响到国际社会的技术路径选择。

1.1.2 智能网联汽车相关概念间的关系

智能网联汽车相关概念间的关系

智能网联汽车、车联网、智能交通系统有密切相关性,但没有明显分界线,它们的关系可用图1-1表示。

图1-1 智能网联汽车相关概念关系

智能网联汽车是智能交通系统中智能汽车与车联网的交集产品,目标是解决安全、节能、环保等制约产业发展的核心问题。车联网聚焦点是建立一个交通体系,通过车载信息终端实现与车、路、行人、业务平台等之间的无线通信和信息交换,发展重点是给汽车提供信息服务。而智能汽车的聚焦点是在车上,其本身具备自主的环境感知能力,发展重点是提高汽车安全性。智能网联汽车是汽车智能化与车联网的完美结合,其终极目标是无人驾驶汽车。

智能网联汽车与车联网应该并行推进,协同发展。智能网联汽车的技术进步和产业发展有利于支撑车联网的发展。与此同时,智能网联汽车依托车联网,车联网系统是智能网联汽车、智能汽车的最重要载体,只有充分利用互联技术才能保障智能网联汽车真正拥有充分的智能和互联。

1.1.3 智能网联汽车系统构成

智能网联汽车系统由环境感知层、智能决策层以及控制和执行层组成,如图1-2所示。

图1-2 智能网联汽车系统结构层次

(1)环境感知层

环境感知层的主要功能是通过车载环境感知传感技术、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融合,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。

知识链接

智能交通系统的子系统

小贴士

1.为什么要发展智能网联汽车?

目前,我国是世界第一汽车生产大国和第一新车销售市场,汽车保有量快速增长。到2025年,预计总保有量达到3亿辆,千人保有量达到210辆,如图1-3所示。

图1-3 我国汽车保有量

随着汽车保有量的增加,带来了能源短缺、环境污染、交通拥堵和事故频发等社会问题。智能网联汽车是解决这些社会问题的有效方案,代表着汽车行业未来的发展方向。智能网联汽车是新一轮科技革命背景下的新兴产品,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、社会管理等行业协同发展,对促进汽车产业转型升级具有重大战略意义。因此,我国要发展智能网联汽车。

2.无人驾驶汽车具有哪些价值?

无人驾驶汽车具有改善交通安全、实现节能减排、消除交通拥堵、移动能力更强、促进产业转型等价值。

1)改善交通安全。驾驶人的过失是造成交通事故的主要因素,无人驾驶汽车不受人的心理和情绪干扰,不会产生驾驶疲劳,保证遵守交通法规,按照规划路线行驶,可以有效地减少人为疏忽所造成的交通事故。

2)实现节能减排。无人驾驶汽车以电动汽车为主,实现节能减排;另外,通过合理调度实现共享出行,可减少汽车数量,使温室气体排放量大幅降低。

3)消除交通拥堵。无人驾驶汽车可以通过提高车速、缩小车距以及选择更有效路线来减少通行所消耗时间,提升社会出行效率。

4)移动能力更强。个人移动能力更加便利,不再需要找停车场。

5)促进产业转型。从政策层面看,我国已将发展车联网作为“互联网+”和人工智能在实体经济中应用的重要方面,并将智能网联汽车作为汽车产业重点转型方向之一,拉动汽车、电子、通信、服务、社会管理等协调发展。

小贴士

2016年,我国发布的《智能网联汽车技术路线图》是《节能与新能源汽车技术路线图》研究专题之一,支撑构建了中国智能网联汽车产业技术发展体系,并为中国智能网联汽车产业技术发展指明了方向。近年来,智能网联汽车产业发展较快,智能化网联化相融合的发展路径已得到国际广泛认可,涌现出诸多技术新特征、新趋势。2019年5月,《节能与新能源汽车路线图》编制组在充分研判上述变化的基础上,启动《智能网联汽车技术路线图2.0》修订工作,制定我国面向2035年的智能网联汽车技术发展的总体目标、愿景、里程碑与发展路径,提出创新发展需求,并于2020年底正式发布。

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。例如:前向碰撞预警系统、车道偏离预警系统、盲区监测系统、驾驶人疲劳预警系统、车道保持辅助系统、自动制动系统、自适应巡航系统等。ADAS在汽车上的配置越多,其智能化程度越高,其终极目标是无人驾驶汽车。

汽车的发展方向是自动化、网联化、智能化和共享化。智能汽车的自动化程度越高越接近自动化汽车,网联化程度越高越接近网联汽车,最终发展成为无人驾驶的智能网联汽车。