本書對目前自動駕駛的構成及工作原理進行了闡述,主要內容包括自動駕駛概論、自動駕駛基本結構 與組成、自動駕駛感知與定位系統(tǒng)、自動駕駛決策與規(guī)劃、自動駕駛控制系統(tǒng)、自動駕駛線控系統(tǒng)與動力電 池系統(tǒng)、自動駕駛發(fā)展環(huán)境等。 本書內容深入淺出、圖文并茂、結合實際、專業(yè)性強,適合自動駕駛行業(yè)研究人員、從業(yè)人員和有意向 從事自動駕駛領域工作的讀者閱讀,同時也可供高等院校對自動駕駛感興趣的理工科學生學習參考。
自動駕駛技術是人工智能技術在汽車行業(yè)、交通領域的延伸與應用,是汽車產業(yè)升級的必然選擇。隨著國家宏觀政策的不斷明確和落地,以及相關信息技術的飛速發(fā)展和支撐,自動駕駛技術已經成為業(yè)界焦點。各大互聯(lián)網科技巨頭、大型傳統(tǒng)車企、技術型創(chuàng)業(yè)公司各自依托其資金、科技、渠道資源等優(yōu)勢,紛紛抓住產業(yè)升級機會,切入自動駕駛領域,自動駕駛技術已經開始進入高速發(fā)展時期。為進一步促進自動駕駛行業(yè)發(fā)展,滿足廣大自動駕駛技術愛好者研究和學習的需要,作者撰寫此書。本書重點介紹了自動駕駛技術當前的發(fā)展情況和關鍵技術環(huán)節(jié),希望能夠為自動駕駛行業(yè)的人才培養(yǎng)、自動駕駛領域的研究平臺建設、我國人工智能科技發(fā)展大潮起到一定的促進作用。本書主要論述以下內容:
? 自動駕駛基本概念;
? 自動駕駛基本結構與組成;
? 自動駕駛感知與定位系統(tǒng);
? 自動駕駛決策與規(guī)劃;
? 自動駕駛控制系統(tǒng);
? 自動駕駛線控底盤與動力系統(tǒng);
? 自動駕駛發(fā)展環(huán)境。
自動駕駛帶著無窮魅力闖入了人們的生活。近幾年,自動駕駛車輛已經逐步發(fā)展成熟,以潤物細無聲的方式進入了人們的生活中。例如: 谷歌、優(yōu)步、百度、宇通等公司的自動駕駛汽車已經在多個國家的公共道路上行駛運營; 、順豐公司的物流倉庫大量的自動分揀車在繁忙有序地分揀貨物; 國家圖書館、鳥巢等公共場所自動清潔小車不辭辛勞地全天候盡職工作; 各種封閉園區(qū)自動駕駛售貨車、自動駕駛擺渡車正在為人們提供便捷的服務; 礦山、隧道里開始運行自動駕駛運輸車; 公安系統(tǒng)使用自動駕駛警務車為社會提供更加安全、高效的治安管理服務; 2020年疫情下的武漢,自動駕駛無人車積極承擔了大量醫(yī)療物資運輸、醫(yī)療垃圾傾倒的工作,為抗擊疫情的勝利貢獻了一份力量……自動駕駛已經走入人們生產和生活的方方面面,與人們一起共同開創(chuàng)著更加便捷、安全、自由、美好的生活。
自動駕駛車輛實質上就是一種輪式自主運動智能機器人。自動駕駛是融合了傳統(tǒng)車輛工程、人工智能和物聯(lián)網等新興學科的交叉學科,近年來自動駕駛領域取得了巨大的進步。自動駕駛技術經過十多年的研發(fā)與實驗已日趨成熟,自動駕駛相關的政策法規(guī)、行業(yè)規(guī)范都在不斷出臺,自動駕駛產業(yè)上下游的企業(yè)經過多年的積淀和發(fā)展,在市場中逐步找到了自身的定位,并不斷降低自動駕駛的進入門檻,開創(chuàng)多樣的自動駕駛應用模式。自動駕駛在未來的一段時間內,必將顛覆性地改變人們的出行方式,并會進一步改變人們的生產、生活方式,甚至在更多領域掀起革命性的變革。
在自動駕駛成為行業(yè)風口的宏觀背景下,先進的自動駕駛技術吸引了很多優(yōu)秀的科學家、工程師、教師、學生、企業(yè)家和創(chuàng)業(yè)者參與其中。當前自動駕駛行業(yè)的困境之一仍然是面對即將到來的爆炸式增長的市場空間,缺乏足夠多的技術人員和運行維護人員支撐自動駕駛行業(yè)的順利運轉。基于這個原因,部分龍頭企業(yè)已經開始和國內大、中專院校進行深入合作,開展自動駕駛學科建設和科研平臺建設,創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式,布局自動駕駛的教育產業(yè)市場。目前鄭州航空工業(yè)管理學院與新石器慧通(北京)科技有限公司簽約部署了中部地區(qū)家全方位校企合作產學研用基地,創(chuàng)設了自動駕駛校企合作聯(lián)合實驗室。
本書是鄭州航空工業(yè)管理學院自動駕駛實驗室?guī)孜唤處熢谧詣玉{駛浪潮下敏銳而積極的一次嘗試。編寫本書的目的是希望能夠為自動駕駛領域的研究平臺建設、自動駕駛行業(yè)的人才儲備、國家人工智能科技的發(fā)展起到一定的促進作用。作者結合自身和新石器慧通(北京)科技有限公司在自動駕駛領域的技術積累,對全書進行了深入梳理和細致總結,闡述了自動駕駛的當前發(fā)展情況和關鍵技術環(huán)節(jié),以及自動駕駛的宏觀發(fā)展環(huán)境等內容。本書理論結合實踐,適合自動駕駛行業(yè)研究人員、從業(yè)人員和各類高等院校學習自動駕駛的學生參考。
由于自動駕駛是一門很新的交叉學科,涉及大量新概念、專業(yè)知識和專業(yè)術語,而作者水平所限,書中不足之處在所難免,懇請讀者給予批評和指正,以使本書再版時能夠不斷改進,精益求精,在此致以誠摯的感謝!
作者
2021年7月
張宏亮 鄭州航空工業(yè)管理學院副教授,智能工程學院黨政辦公室主任,新石器慧通(北京)科技有限公司與鄭州航空工業(yè)學院共建的自動駕駛人工智能實驗室主要負責人。目前主要從事自動駕駛、智能車聯(lián)網相關領域的研究與教學工作。主持和參與各類科研項目25項、獲省級以上成果獎3項,獲專利11項,出版圖書3部,發(fā)表論文10篇。
徐利民 鄭州航空工業(yè)管理學院講師,博士,畢業(yè)于清華大學自動化系,新石器慧通(北京)科技有限公司與鄭州航空工業(yè)學院共建自動駕駛人工智能實驗室主要負責人。目前主要從事無人機、機器人、自動駕駛相關領域的研究與教學工作。出版圖書1部、發(fā)表論文15篇。
曾文達 新石器慧通(北京)科技有限公司自動駕駛系統(tǒng)總架構師,畢業(yè)于清華大學車輛工程學院,曾在百度負責阿波羅自動駕駛相關系統(tǒng)構建及研發(fā)工作。從事L4級自動駕駛研究八年,具有豐富的無人車總體軟硬件系統(tǒng)架構研發(fā)設計及產品落地運營經驗。
第1章自動駕駛概論
1.1自動駕駛基本概念
1.1.1自動駕駛的定義
1.1.2自動駕駛的優(yōu)勢
1.1.3自動駕駛的分級
1.2自動駕駛關鍵技術
1.2.1環(huán)境感知與定位
1.2.2路徑規(guī)劃與決策
1.2.3控制執(zhí)行
1.3自動駕駛發(fā)展歷程
1.3.1國外自動駕駛發(fā)展歷程
1.3.2我國自動駕駛發(fā)展歷程
1.4自動駕駛應用場景
1.4.1中高速場景
1.4.2低速場景
1.4.3特殊場景
1.5自動駕駛路測牌照發(fā)放情況
本章小結
第2章自動駕駛基本結構與組成
2.1總體結構概述
2.2自動駕駛系統(tǒng)結構
2.3無人車硬件結構
2.3.1線控系統(tǒng)
2.3.2傳感器系統(tǒng)
2.3.3計算單元
2.4無人車軟件結構
2.5車聯(lián)網系統(tǒng)介紹
2.5.1車聯(lián)網系統(tǒng)硬件組成
2.5.2車聯(lián)網系統(tǒng)架構
2.5.3無人車應用實例
本章小結
第3章自動駕駛感知與定位系統(tǒng)
3.1自動駕駛感知與定位系統(tǒng)概述
3.2自動駕駛感知傳感系統(tǒng)
3.2.1視覺傳感器
3.2.2激光雷達
3.2.3毫米波雷達
3.2.4超聲波雷達
3.3傳感器的標定
3.3.1IMU的標定
3.3.2相機的標定
3.3.3激光雷達和組合慣導標定
3.3.4相機和激光雷達標定
3.4傳感器數(shù)據融合
3.4.1傳感器數(shù)據融合介紹
3.4.2自動駕駛傳感器數(shù)據融合
3.4.3自動駕駛傳感器數(shù)據融合示例
3.4.4多傳感器融合數(shù)據處理
3.4.5傳感器數(shù)據融合算法
3.5環(huán)境感知與預測
3.5.1環(huán)境感知理論概述
3.5.2環(huán)境感知算法與應用實例
3.6定位系統(tǒng)
3.6.1定位理論概述
3.6.2定位傳感器
3.6.3定位技術
本章小結
第4章自動駕駛決策與規(guī)劃
4.1自動駕駛決策與規(guī)劃概述
4.2決策與規(guī)劃體系結構
4.2.1分層遞階式體系結構
4.2.2反應式體系結構
4.2.3混合式體系結構
4.3決策與規(guī)劃系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)
4.4自動駕駛的路徑規(guī)劃技術
4.4.1基于圖搜索的路徑規(guī)劃算法
4.4.2基于化的路徑規(guī)劃算法
4.4.3基于隨機采樣的路徑規(guī)劃算法
4.4.4基于曲線擬合的路徑規(guī)劃算法
4.5自動駕駛的行為決策方法
4.5.1基于規(guī)則的行為決策方法
4.5.2基于強化學習的行為決策方法
4.5.3基于強化學習的行為決策在無人駕駛中的優(yōu)勢
4.6自動駕駛的運動規(guī)劃
4.6.1局部路徑規(guī)劃方法
4.6.2動態(tài)窗口局部運動規(guī)劃算法(DWA)
本章小結
第5章自動駕駛控制系統(tǒng)
5.1控制系統(tǒng)概述
5.2無人車控制架構設計
5.3自動駕駛控制核心技術
5.3.1車輛縱向控制
5.3.2車輛橫向控制
5.4自動駕駛控制方法
5.4.1傳統(tǒng)控制方法
5.4.2智能控制方法
5.5自動駕駛控制技術方案
5.5.1基于規(guī)劃跟蹤的間接控制方案
5.5.2基于人工智能的直接控制方案
5.6人機交互系統(tǒng)
5.6.1人機交互系統(tǒng)的作用和意義
5.6.2智能汽車人機交互系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
5.6.3人機交互系統(tǒng)的核心技術
5.6.4人機交互系統(tǒng)的發(fā)展趨勢
本章小結
第6章自動駕駛線控系統(tǒng)與動力電池系統(tǒng)
6.1線控系統(tǒng)概述
6.2線控轉向系統(tǒng)
6.2.1線控轉向系統(tǒng)的結構
6.2.2線控轉向系統(tǒng)的工作原理
6.2.3線控轉向系統(tǒng)的優(yōu)點
6.2.4線控轉向系統(tǒng)的控制邏輯
6.2.5線控轉向系統(tǒng)的發(fā)展方向
6.3線控制動系統(tǒng)
6.3.1線控制動系統(tǒng)的分類
6.3.2線控制動系統(tǒng)的結構
6.3.3線控制動系統(tǒng)的基本工作原理
6.3.4CBS系統(tǒng)控制策略
6.3.5液壓式線控制動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
6.3.6線控制動系統(tǒng)的優(yōu)點
6.4電子駐車制動系統(tǒng)
6.4.1電子駐車制動系統(tǒng)的特點
6.4.2電子駐車制動系統(tǒng)的結構
6.4.3電子駐車制動系統(tǒng)的功能及控制邏輯
6.4.4電子駐車制動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
6.5線控油門系統(tǒng)
6.5.1線控油門系統(tǒng)的基本工作原理
6.5.2線控油門系統(tǒng)的優(yōu)勢
6.6線控換擋系統(tǒng)
6.6.1線控換擋系統(tǒng)概述
6.6.2線控換擋系統(tǒng)的基本原理
6.6.3線控換擋系統(tǒng)的優(yōu)勢
6.7電驅動系統(tǒng)
6.7.1電驅動系統(tǒng)的結構與功能
6.7.2電驅動系統(tǒng)的工作原理
6.7.3電驅動系統(tǒng)的特點
6.7.4電驅動技術的發(fā)展方向
6.8動力電池系統(tǒng)
6.8.1動力電池系統(tǒng)概述
6.8.2電池系統(tǒng)的基本結構
6.8.3動力電池系統(tǒng)技術的發(fā)展方向
6.9整車控制器系統(tǒng)
6.9.1整車控制器基本功能
6.9.2上下電控制
6.9.3接管控制
6.9.4轉向控制
6.9.5制動控制
6.9.6駐車控制
6.9.7擋位控制
6.9.8驅動控制
6.9.9燈光控制
6.9.10故障安全控制
本章小結
第7章自動駕駛發(fā)展環(huán)境
7.1自動駕駛發(fā)展環(huán)境概述
7.2國外自動駕駛發(fā)展
7.2.1美國自動駕駛發(fā)展
7.2.2歐洲各國自動駕駛發(fā)展
7.2.3日本自動駕駛發(fā)展
7.2.4新加坡自動駕駛發(fā)展
7.3國內自動駕駛政策環(huán)境與發(fā)展規(guī)劃
7.4自動駕駛關鍵技術發(fā)展趨勢
7.4.1傳感感知
7.4.2決策與控制
7.4.3輔助平臺與技術
7.5自動駕駛產業(yè)鏈市場發(fā)展分析
7.5.1自動駕駛要素市場發(fā)展情況
7.5.2中國高等級自動駕駛產業(yè)發(fā)展趨勢
7.6自動駕駛行業(yè)發(fā)展主要限制因素和風險
7.6.1發(fā)展限制
7.6.2風險提示
本章小結
參考文獻