任务一 了解智能网联汽车的基本知识
学习目标
•能熟知智能网联汽车的定义。
•能熟知智能网联汽车相关术语及其关系。
•能对智能网联汽车进行分级。
•能灵活辨认智能网联汽车的组成。
•能熟知智能网联汽车的功能。
•具备从多途径的信息源中检索专业知识的能力。
•获得分析问题和解决问题的一些基本方法。
•尝试通过多元化思考解决问题的方法，形成创新意识。
•积极主动地与小组成员交流、讨论学习成果，取长补短，完成自我提升。
•养成定期反思与总结的习惯，改进不足，精益求精。
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引导问题1
近年来，各国都在大力发展智能网联汽车，而作为一个新兴的技术体系，智能网联汽车具有跨技术、跨产业、跨学科以及跨时代的特征，不可避免地会出现一些说法上的差异。那么，你知道我国是怎样定义智能网联汽车的吗？我国智能网联汽车信息通信标准体系都由哪些组成？请查阅资料回答以下问题。
智能网联汽车的定义：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
信息通信标准体系的组成：
智能网联汽车的基本概念
根据中国汽车工程学会于2016年发布的《节能与新能源汽车技术路线图》的解释，智能网联汽车可分为智能化和网联化两个技术层面。
在智能化层面，车辆配备了多种传感器（摄像头、超声波传感器、毫米波雷达、激光雷达），可实现对周围环境的自主感知，通过一系列的传感器信息识别和决策操作，汽车可按照预设定控制算法的速度与预设定交通路线规划的寻径轨迹行驶，如图1-1-1所示。
图1-1-1 智能网联汽车
在网联化层面，车辆采用了LTE-V[1]、5G等新一代移动通信技术，实现了车辆位置信息、车速信息、外部信息等车辆信息的交互。决策模块在接收相应的信息后向控制和执行层输出指令，控制和执行层操纵车辆按照预先设定的指令行驶，进一步增强车辆的智能化程度和自动驾驶能力。
我国智能网联汽车信息通信标准体系明确了汽车网联化过程中涉及的软硬件技术、体系结构、应用领域和应用中需要关注的信息安全等技术内容，该体系框架主要包含以下四个方面的内容。
1. 基础
术语和定义、移动互联人车交互、通信设备电磁环境兼容、无线技术、无线携能通信。
2. 通信协议和设备
LTE-V2X[2]技术、5G-V2X技术、卫星通信、导航与定位、车载无线通信系统。
3. 通信业务与应用技术
效率出行类、主动安全类、信息通信平台类、车载紧急救援、信息共享和使用、基础数据和云服务。
4. 网络与数据安全
安全体系架构、通信安全、数据安全、网络安全防护、安全监测、应急管理、重要通信、网络信息安全。
2017年12月27日，由工业和信息化部颁布的《国家车联网产业标准体系建设指南（智能网联汽车）》文件中明确规定了智能网联汽车的定义：智能网联汽车（Intelligent & 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（人、车、路、云端等）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、高效、舒适、节能”行驶，并最终可实现替代人来操作的新一代汽车。
引导问题2
智能网联汽车与智能汽车、网联汽车、自动驾驶汽车、无人驾驶汽车、车联网以及智能交通系统密切相关。你知道以上这些相关术语的含义吗？请查阅资料，完成以下内容填写。
智能网联汽车的基本概念
（一）智能网联汽车相关术语
1. 智能汽车
智能汽车是在一般的汽车上增加雷达、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。因此，智能汽车也被称为智能网联汽车、自动驾驶汽车等。
智能汽车作为智能交通系统的重要组成部分，已经不单纯是一种交通运输工具，而是智能移动终端，其发展方向可以分为自动化和网联化两个方向，如图1-1-2所示。智能汽车的自动化程度越高，越接近于自动驾驶汽车；智能汽车的网联化程度越高，越接近于网联汽车；智能汽车的自动化、网联化程度越高，越接近于智能网联汽车。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。
图1-1-2 智能汽车的发展方向
2. 网联汽车
网联汽车是指基于通信互联建立车与车之间的连接，车与网络中心和智能交通系统等服务中心之间的连接，甚至是车与住宅、办公室以及一些公共基础设施的连接的一种汽车，网联汽车实现了车内网络与车外网络之间、人-车-路-环境之间的信息交互。
网联汽车的初级阶段是以车载信息技术（Telematics）为代表。所谓Telematics是远距离通信技术（Telecommunications）与信息科学技术（Informatics）的合成词，意指通过内置在汽车上的计算机网络技术，借助无线通信技术、卫星导航技术，实现文字、图像、语音信息交换的综合信息服务系统。
现阶段网联汽车的核心Telematics基于全球定位系统（Global Positioning System，GPS）技术、地理信息系统（Geographic Information System，GIS）技术、智能交通系统（Intelligent Transport System，ITS）技术和无线通信技术，主要应用于卫星定位导航、交通信息预报、娱乐信息播放、道路救援、车辆应急预警、车辆自检测与维护等，如图1-1-3所示。
图1-1-3 网联汽车
3. 自动驾驶汽车
自动驾驶汽车是指汽车至少在某些具有关键安全性的控制功能方面（如转向、加速或制动）无须驾驶员直接操作即可自动完成控制动作的车辆。自动驾驶汽车一般使用车载传感器、GPS和其他通信设备获得信息，针对安全状况进行决策规划，在某种程度上恰当地实时控制。
自动驾驶汽车至少包括自动制动辅助系统、自适应巡航控制系统、自动泊车辅助系统、车道保持辅助系统，比较高级的车型还应该配备交通拥堵辅助系统。
4. 无人驾驶汽车
无人驾驶汽车是汽车智能化、网联化的终极发展目标。无人驾驶汽车是通过车载环境感知系统感知道路环境，自动规划和识别行车路线并控制车辆到达预定目标的智能汽车。它根据环境感知系统所获得的道路状况、车辆位置和障碍物信息等，控制车辆的行驶方向和速度，从而使车辆能够安全、可靠地行驶在道路上。无人驾驶汽车是传感器、计算机、人工智能、无线通信、导航定位、模式识别、机器视觉、智能控制等多种先进技术融合的综合体。
5. 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，实现V2X（V代表汽车，X代表车、路、行人及应用平台等）无线通信和信息交换，以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，如图1-1-4所示。
图1-1-4 车联网
6. 智能交通系统
智能交通系统是将先进的信息技术、计算机处理技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、运筹学、人工智能等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。
智能交通系统是未来交通系统的发展方向，如图1-1-5所示。
图1-1-5 智能交通系统
引导问题3
你了解智能网联汽车、智能交通系统、智能汽车与车联网之间的关系吗？下面集合关系图中代表各术语的关系，请查阅资料，将术语与字母进行匹配。
智能交通_______________________________________
智能网联汽车_______________________________________
车联网_______________________________________
智能汽车_______________________________________
（二）智能网联汽车相关术语的关系
如图1-1-6所示，智能网联汽车各相关术语之间的关系如下。
1）智能网联汽车是智能交通系统中智能汽车与车联网交集的产品。
2）智能网联汽车是车联网的重要组成部分，也是智能交通系统的核心组成部分。
图1-1-6 智能网联汽车相关术语关系
3）车联网系统是智能网联汽车、智能汽车最重要的载体，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。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。
引导问题4
根据智能驾驶可实现的自动化功能，可以对智能网联汽车进行自动化分级，请查阅相关资料，了解美国对智能网联汽车驾驶自动化如何分级，并填写下表。
引导问题5
根据智能网联汽车可实现的自动化功能，自动驾驶的分级存在包含关系，请自主完成资料查阅，按照图中的包含关系将字母与术语匹配。
智能驾驶_______________________________________
无人驾驶_______________________________________
自动驾驶_______________________________________
自动驾驶等级
（一）美国汽车工程师学会对自动驾驶的分级
1. 等级
自动驾驶汽车行业内普遍接受的是2018年美国汽车工程师学会（Society of Automotive Engineers，SAE）在J3016—2021《道路机动车辆自动驾驶系统相关术语的分类和定义》文件提出的自动驾驶分级定义，按照自动化程度分为六个等级，其中，Level 0为没有任何智能辅助系统的级别。
（1）Level 0（L0）：无自动驾驶
该层次汽车的驾控主体为驾驶员，机器不介入车辆操控，在任何道路、环境条件下，均由驾驶员进行感知、操纵、监控。
（2）Level 1（L1）：驾驶辅助
该层次汽车的驾控主体为驾驶员和机器，在限定道路和环境条件下，机器具有一个或多个特殊自动控制功能，例如自适应巡航控制系统、车道保持辅助系统等，但感知接管、监控干预仍需驾驶员完成。
（3）Level 2（L2）：部分自动驾驶
该层次汽车的驾控主体为机器，在限定道路和环境条件下，机器具有至少两个控制功能融合在一起实现的系统，不需要驾驶员对其进行控制，但驾驶员仍需要一直对周围环境进行感知，并监视系统情况，准备在紧急情况下进行人工干预。
（4）Level 3（L3）：有条件的自动驾驶
该层次汽车的驾控主体为机器，在限定道路和环境条件下，机器能够让驾驶员完全不用控制汽车，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，驾驶员无须一直对系统进行监视，但仍需在紧急情况下进行人工干预。
（5）Level 4（L4）：高度自动驾驶
该层次汽车的驾控主体为机器，在限定道路和环境条件下，机器能够自动执行完整的动态驾驶任务和动态驾驶任务支援，特定环境下系统会向驾驶员提出响应请求，驾驶员无须对系统请求作出回应。
（6）Level 5（L5）：完全自动驾驶
该层次汽车的驾控主体为机器，在任何道路和环境条件下，机器完全自动控制车辆，乘坐人员只需输入目的地，机器自动规划路线，检测道路环境，最终到达目的地。
2. 等级之间的关系
美国自动驾驶等级之间的关系如图1-1-7所示。从L1到L5技术层次递进，内涵层次缩小。对应SAE分级标准，无人驾驶专指L4级和L5级，汽车能够在限定环境乃至全部环境下完成全部的驾驶任务。
图1-1-7 美国自动驾驶等级之间的关系
自动驾驶则覆盖L1级到L5级整个阶段，在L1级、L2级阶段，汽车的自动驾驶系统只作为驾驶员的辅助，但能够持续地承担汽车横向或纵向某一方面的自主控制，完成感知、认知、决策、控制、执行这一完整过程，其他如预警提示、短暂干预的驾驶技术不能完成这一完整的流程，不在自动驾驶技术范围之内。
智能驾驶则包括自动驾驶以及其他辅助驾驶技术，它们能够在某一环节为驾驶员提供辅助甚至能够代替驾驶员，优化驾驶体验，图1-1-7为无人驾驶、自动驾驶和智能驾驶之间的关系。
引导问题6
请查阅相关资料，了解我国对自动驾驶的分级标准，按照示例用连线的方式匹配等级与名称。
引导问题7
请查阅相关资料，了解我国自动驾驶的分级内容并填写下表。
（二）中国汽车工程学会对自动驾驶的分级
2020年3月9日，工业和信息化部发布GB/T 40429—2021《汽车驾驶自动化分级》推荐性国家标准报批公示，对汽车驾驶自动化功能分为0～5级，标准于2021年1月1日正式实施。等级划分如图1-1-8所示。
图1-1-8 中国汽车驾驶自动化分级
1. 0级驾驶自动化：应急辅助
驾驶自动化系统不能持续执行动态驾驶任务中的车辆横向或纵向运动控制，但具备持续执行动态驾驶任务中的部分目标和事件探测与响应的能力。该等级与划分要素的关系如图1-1-9所示。
2. 1级驾驶自动化：部分驾驶辅助
图1-1-9 应急辅助与划分要素的关系
要求驾驶自动化系统在其设计运行条件内持续地执行动态驾驶任务中的车辆横向或纵向运动控制，且具备与所执行的车辆横向或纵向运动控制相适应的部分目标和事件探测与响应的能力。该等级与划分要素的关系如图1-1-10所示。
3. 2级驾驶自动化：组合驾驶辅助
要求驾驶自动化系统在其设计运行条件内持续地执行动态驾驶任务中的车辆横向和纵向运动控制，且具备与所执行的车辆横向和纵向运动控制相适应的部分目标和事件探测与响应的能力。该等级与划分要素的关系如图1-1-11所示。
图1-1-10 部分驾驶辅助与划分要素的关系
图1-1-11 组合驾驶辅助与划分要素的关系
4. 3级驾驶自动化：有条件自动驾驶
要求驾驶自动化系统在其设计运行条件内持续地执行全部动态驾驶任务。该等级与划分要素的关系如图1-1-12所示。
图1-1-12 有条件自动驾驶与划分要素的关系
5. 4级驾驶自动化：高度自动驾驶
要求驾驶自动化系统在其设计运行条件内持续地执行全部动态驾驶任务和执行动态驾驶任务接管。该等级与划分要素的关系如图1-1-13所示。
6. 5级驾驶自动化：完全自动驾驶
要求驾驶自动化系统在任何可行驶条件下持续地执行全部动态驾驶任务和执行动态驾驶任务接管。该等级与划分要素的关系如图1-1-14所示。
图1-1-13 高度自动驾驶与划分要素的关系
图1-1-14 完全自动驾驶与划分要素的关系
引导问题8
根据以上学习的内容，请再查阅相关资料，罗列几条我国和美国对于智能网联汽车分级标准的差异。（至少列出两个）
差异一：________________________________________________________________________________
差异二：________________________________________________________________________________
差异三：________________________________________________________________________________
差异四：________________________________________________________________________________
差异五：________________________________________________________________________________
（三）我国分级标准与美国分级标准的差异
我国划分的这6个等级和美国SAE划分的L0～L5级是基本对应的，但也有差异，主要体现在L2级。我国的2级部分自动驾驶的控制主体是驾驶人与系统；SAE的L2级部分自动化的驾驶操作主体是系统，因此SAE的L2级要比我国的2级要求高。
总体上，GB/T 40429—2021《汽车驾驶自动化分级》与现有SAE的分级相似度非常高，同样将自动驾驶分为L0～L5共6个等级，两者区别仅在命名和部分细节上存在微小差异。
SAE标准将自动紧急制动（Automatic Emergency Braking，AEB）等安全辅助功能和非驾驶自动化功能都放在0级，称为无驾驶自动化。而我国标准则叫作应急辅助；我国标准针对0～2级自动驾驶的规定是“目标和事件探测与响应”由驾驶员及系统协作完成，而在SAE标准下，L0～L2级自动驾驶汽车的目标和事件探测与响应全部由人类驾驶员完成；我国标准在3级中明确增加对驾驶员接管能力监测和风险减缓策略的要求，明确最低安全要求，减少实际应用时的安全风险。
引导问题9
请查阅相关资料，整理智能网联汽车的组成，并完成下面内容的填写。
智能网联汽车的组成
如图1-1-15所示，智能网联汽车由环境感知层、智能决策层、控制和执行层三部分组成。
图1-1-15 智能网联汽车的组成
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）的静、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，并为智能网联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、网上消费信息等，保障汽车安全行驶和舒适驾驶。
引导问题10
智能网联汽车可以实现多种功能，请查阅相关资料，简述智能网联汽车各系统的功能。
智能网联汽车系统的功能：________________________________________________________________________________
智能网联汽车的功能
1. 环境感知与定位
环境感知与定位系统的主要功能是通过各种传感技术和定位技术感知车辆本身状况和车辆周围状况。
2. 无线通信
无线通信系统主要的功能是实现各种数据和信息的传输，分为短距离无线通信技术和远距离无线通信技术。
3. 车载自组织网络
车载自组织网络系统依靠短距离无线通信技术实现V2X通信，它在一定通信范围内可以实现车与车（Vehicle to Vehicle，V2V）、车与基础设施（Vehicle to Infrastructure，V2I）、车与人（Vehicle to Pedestrian，V2P）之间相互交换各自的信息，并自动连接建立起一个移动的网络。典型应用包括车辆行驶安全预警、辅助驾驶、分布式交通信息发布以及基于通信的纵向车辆行驶控制等。
4. 先进驾驶辅助
先进驾驶辅助系统的主要功能是提前感知车辆状态及其周围环境，发现危险及时预警，保障车辆安全行驶，是防止交通事故的新一代前沿技术。先进驾驶辅助系统是智能网联汽车的重要组成部分，是无人驾驶汽车的关键技术。