从车联网到自动驾驶：汽车交通网联化、智能化之路

第 一章 汽车与交通的网联化和智能化 ................................................................................. 1 

1.1 工业革命的发展历程 ............................................................................................... 1 

1.2 汽车的起源和发展的驱动力 ................................................................................... 2 

1.2.1 汽车的发明 .................................................................................................... 2 

1.2.2 汽车的电子化 ................................................................................................ 3 

1.2.3 车联网——汽车的网联化 ........................................................................... 5 

1.2.4 汽车的智能化与自动化 ................................................................................ 7 

1.2.5 车辆和交通数据信息的共享化 .................................................................... 9 

1.3 智能汽车与自动驾驶未来的发展 ......................................................................... 11 

D二章 汽车电子控制技术和诊断系统 ............................................................................... 13 

2.1 汽车电子控制系统 ................................................................................................. 13 

2.1.1汽车电子控制系统工作原理 ....................................................................... 13 

2.1.2汽车电子控制系统软件的标准化 —— AutoSAR .................................. 16 

2.1.3汽车微控制器及典型芯片产品 ................................................................... 18 

2.1.4汽车电子控制系统的应用 ........................................................................... 20 

2.1.4.1发动机管理系统 ................................................................................ 20 

2.1.4.2电子控制的自动变速器 .................................................................... 21 

2.1.4.3制动防抱死系统 ................................................................................ 22 

2.1.4.4电子控制悬架系统 ............................................................................ 22 

5 

2.1.4.5电动助力转向系统 ............................................................................ 22 

2.1.4.6 纯电动汽车的电子控制系统 ........................................................... 23 

2.2 汽车控制总线 ......................................................................................................... 24 

2.2.1控制局域网 —— CAN总线 ..................................................................... 25 

2.2.2 局部连接网络 —— LIN总线 ................................................................... 27 

2.2.3 汽车总线的发展趋势—— 车载以太网 ................................................... 28 

2.2.3.1 车载以太网标准 ............................................................................... 28 

2.2.3.2 时间敏感网络的基本原理和关键技术 ........................................... 29 

2.2.3.3 车载以太网的发展趋势 ................................................................... 30 

2.3 汽车诊断系统 ......................................................................................................... 32 

2.3.1汽车诊断系统的工作原理 ........................................................................... 33 

2.3.2汽车诊断通信协议 ....................................................................................... 34 

2.3.3车辆数据与车辆数据信息服务 ................................................................... 36 

2.3.3.1车辆数据............................................................................................ 36 

2.3.3.2 网联车载诊断终端 ........................................................................... 37 

2.3.3.3 车辆数据信息服务与产业生态 ....................................................... 39 

2.3.3.4 网联车载诊断终端的发展 ............................................................... 40 

汽车网联化..................................................................................................................................... 43 

第三章 车联网技术与定位导航 ........................................................................................... 44 

3.1 车联网体系架构及数据信息共享 ......................................................................... 44 

3.1.1车联网体系架构 ........................................................................................... 44 

3.1.2 车辆与交通数据信息的共享 ...................................................................... 46 

6 

3.2 基于专yong短距离通信的V2X协同通信 ................................................................ 47 

3.2.1 专yong短距离通信(DSRC)技术 ..................................................................... 48 

3.2.2 IEEE 802.11p协议 ..................................................................................... 49 

3.2.3 IEEE 1609.X协议 ........................................................................................ 51 

3.2.4 DSRC的应用和发展 ................................................................................... 52 

3.3 蜂窝移动通信 ......................................................................................................... 53 

3.3.1 2G/3G蜂窝移动通信 ................................................................................. 54 

3.3.2 4G蜂窝移动通信 ........................................................................................ 55 

3.3.3 5G蜂窝移动通信 ........................................................................................ 55 

3.3.4蜂窝-V2X（C-V2X）协同通信.................................................................. 57 

3.3.4.1 C-V2X协同通信标准的发展 .......................................................... 57 

3.3.4.2 C-V2X协同通信网络架构 .............................................................. 59 

3.3.4.3 C-V2X协同通信产业发展现状 ...................................................... 60 

3.4 卫星定位系统和惯性导航系统 ............................................................................. 62 

3.4.1 卫星定位系统 .............................................................................................. 62 

3.4.1.1卫星定位的原理 ................................................................................ 63 

3.4.1.2 卫星定位系统的发展情况 ................................................................ 64 

3.4.1.3 地基增强系统及高精度卫星定位 ................................................... 65 

3.4.2 惯性导航系统 .............................................................................................. 66 

3.4.2.1 惯性导航系统的工作原理 ............................................................... 66 

3.4.2.2 惯性导航系统与卫星的融合定位 ................................................... 67 

第四章 车载终端与车载信息服务 ....................................................................................... 71 

7 

4.1 车载信息服务终端的演进与发展 ......................................................................... 71 

4.1.1车载信息娱乐系统 ....................................................................................... 71 

4.1.2 车载信息服务终端与应用 .......................................................................... 73 

4.2 车载信息服务终端操作系统 ................................................................................. 75 

4.2.1 车载信息服务终端的软件体系结构 .......................................................... 75 

4.2.2 WinCE车载操作系统 ................................................................................. 76 

4.2.3 QNX的车载操作系统 ................................................................................. 78 

4.2.4 阿里YunOS车载操作系统 ....................................................................... 81 

4.2.5车载信息娱乐产业联盟(GENIVI)的操作系统 ........................................... 82 

4.3整车厂主导的车载信息服务模式 .......................................................................... 87 

4.3.1 汽车导航服务 .............................................................................................. 88 

4.3.2 信息娱乐服务 .............................................................................................. 89 

4.3.3 通信服务 ...................................................................................................... 90 

4.3.4 上网服务 ...................................................................................................... 91 

4.3.5 道路救援与紧急救援服务 .......................................................................... 93 

4.4 服务提供商主导的车载信息服务模式 ................................................................. 95 

4.5 基于智能手机的车载信息服务投影模式 ............................................................. 98 

4.5.1 Mirrorlink .................................................................................................... 99 

4.5.2 苹果的CarPlay ......................................................................................... 100 

4.5.3 谷歌的Android Auto ............................................................................. 101 

4.5.4 投影模式的比较 ........................................................................................ 103 

4.6 商业运输管理服务 ............................................................................................... 104 

8 

第五章 网联驾驶与协作式智能交通 ................................................................................. 109 

5.1 网联驾驶生态环境 ............................................................................................... 109 

5.2 网联驾驶体系架构 ............................................................................................... 111 

5.2.1 交通运行数据 ............................................................................................ 112 

5.2.2运输出行数据 ............................................................................................. 114 

5.2.3数据交换 ..................................................................................................... 115 

5.3 网联驾驶应用 ....................................................................................................... 117 

5.3.1 交通安全应用 ............................................................................................ 117 

5.3.1.1 V2V交通安全应用 ......................................................................... 118 

5.3.1.2 V2I交通安全应用 .......................................................................... 121 

5.3.2 交通管理应用 ............................................................................................ 123 

5.3.3 节能环保应用 ............................................................................................ 126 

5.3.4 道路管理应用 ............................................................................................ 129 

5.3.5 公交运输管理应用 .................................................................................... 130 

5.3.6 商业运输管理应用 .................................................................................... 132 

5.3.7 个人与车辆出行应用 ................................................................................ 134 

5.4 各国网联驾驶和协作式智能交通应用与示范 ................................................... 136 

5.4.1美国网联汽车应用与示范 ......................................................................... 136 

5.4.1.1美国网联汽车参考实现体系架构 .................................................. 136 

5.4.1.2安娜堡V2X网联汽车应用示范 .................................................... 137 

5.4.2欧洲协作式智能交通应用与示范 ............................................................. 139 

5.4.2.1协作式智能交通C-ITS协议架构 .................................................. 139 

9 

5.4.2.2协作式智能交通应用与示范 .......................................................... 140 

5.4.3 日本智能交通和网联驾驶应用与示范 .................................................... 141 

5.4.4智能交通和网联驾驶应用的发展趋势 ..................................................... 142 

汽车智能化................................................................................................................................... 144 

第六章 智能汽车与自动驾驶 ............................................................................................. 145 

6.1 自动驾驶的分级与发展趋势 ............................................................................... 145 

6.1.1自动驾驶的分级 ......................................................................................... 145 

6.1.2 自主式自动驾驶发展路线图 .................................................................... 148 

6.2 驾驶辅助及其功能 ............................................................................................... 149 

6.3 自动驾驶的演进路径与功能体系架构 ............................................................... 151 

6.3.1 自动驾驶的演进路径 ................................................................................ 151 

6.3.2 汽车智能化技术对人类驾驶的替代 ........................................................ 152 

6.3.3 自动驾驶功能体系架构 ............................................................................ 153 

6.3.4 自动驾驶决策子系统的功能 .................................................................... 155 

6.3.4.1路径规划.......................................................................................... 156 

6.3.4.2 行为决策......................................................................................... 156 

6.3.4.3 运动规划......................................................................................... 158 

6.3.4.4 操作指令......................................................................................... 160 

6.3.4.5控制执行.......................................................................................... 160 

6.3.5 自动驾驶闭环控制系统 ............................................................................ 160 

6.4 自动驾驶中的关键技术 ....................................................................................... 162 

第七章 视觉传感设备 ......................................................................................................... 166 

10 

7.1 车载传感设备的作用 ........................................................................................... 166 

7.2 摄像头传感器 ....................................................................................................... 169 

7.2.1 车载摄像头的位置及功能 ........................................................................ 170 

7.2.2 摄像头传感器典型产品 ............................................................................ 171 

7.3 红外夜视摄像头传感器 ....................................................................................... 173 

7.3.1 被动红外热成像技术 ................................................................................ 174 

7.3.2 主动红外成像技术 .................................................................................... 174 

7.3.3 红外夜视摄像头的典型产品 .................................................................... 175 

7.4 视觉识别技术 ....................................................................................................... 176 

7.4.1 Mobileye的单目视觉识别 ...................................................................... 176 

7.4.1.1 Mobileye的视觉处理芯片及研发历程 ....................................... 177 

7.4.1.2 Mobileye的驾驶辅助 ................................................................... 178 

7.4.2 图森科技基于深度学习的视觉识别 ........................................................ 178 

7.4.3 中科慧眼的双目视觉检测 ........................................................................ 179 

7.4.4 总结 ............................................................................................................ 181 

第八章 车载雷达 ................................................................................................................. 184 

8.1 车载毫米波雷达 ................................................................................................... 185 

8.1.1车载毫米波雷达工作原理 ......................................................................... 186 

8.1.2车载毫米波雷达的位置及功能 ................................................................. 187 

8.1.3 毫米波雷达典型器件 ................................................................................ 189 

8.1.3.1 基于PCB板的毫米波天线 ........................................................... 189 

8.1.3.2 毫米波收发模块微波集成电路 ..................................................... 190 

11 

8.1.4 车载毫米波雷达系统典型产品 ................................................................ 191 

8.1.5 防碰撞测试评价标准 ................................................................................ 193 

8.1.6 车载毫米波雷达的技术发展趋势 ............................................................ 194 

8.2 车载超声波雷达 ................................................................................................... 195 

8.2.1 车载超声波雷达工作原理 ........................................................................ 196 

8.2.2 车载超声波雷达的位置及功能 ................................................................ 197 

8.2.3 车载超声波雷达典型产品 ........................................................................ 198 

8.3 车载激光雷达 ....................................................................................................... 201 

8.3.1 车载激光雷达工作原理及分类 ................................................................ 201 

8.3.2 3D扇形扫描激光雷达典型产品 .............................................................. 202 

8.3.2.1 3D扇形扫描激光雷达的位置及功能 ........................................... 202 

8.3.2.2 Ibeo 3D扇形扫描激光雷达 ......................................................... 202 

8.3.2.3 Quanergy固态激光雷达 .............................................................. 206 

8.3.3 3D旋转式扫描激光雷达典型产品 .......................................................... 208 

8.3.3.1 3D旋转式扫描激光雷达的功能 ................................................... 208 

8.3.3.2 Velodyne 3D旋转式扫描激光雷达 ............................................ 209 

8.3.4 车载激光雷达产业现状与技术发展趋势 ................................................ 215 

第九章 高精度地图及创建、制作和共享 ......................................................................... 218 

9.1 高精度地图的作用与架构 ................................................................................... 219 

9.1.1 高精度地图的作用 .................................................................................... 219 

９.1.2 高精度地图的分层体系架构 .................................................................. 220 

９.1.3 类型1-永jiu静态数据 ............................................................................. 222 

12 

９.1.4 类型2-准静态数据 ................................................................................. 223 

９.1.5 类型3-准动态数据 ................................................................................. 223 

９.1.6 类型4-高度动态数据 ............................................................................. 224 

9.2 同步定位与地图创建(SLAM) ............................................................................. 224 

9.2.1 基于SLAM技术的车辆环境感知地图创建 ........................................... 225 

9.2.2 基于SLAM技术的高精度车辆定位 ....................................................... 227 

９.3 高精度静态地图的制作 ..................................................................................... 227 

９.3.１ 静态地图数据采集生态环境 ................................................................. 228 

９.3.２ 高精度地图数据更新 ............................................................................. 229 

９.3.３ 英伟达端到端高精度地图制作方案 ..................................................... 230 

９.3.４ Civil Maps实时高精度地图制作方案 ................................................ 231 

９.4 高精度地图典型产品 ......................................................................................... 232 

９.4.１ 谷歌街景地图......................................................................................... 232 

９.4.２ HERE 3D高精度地图 ........................................................................... 234 

９.4.３ 我国自动驾驶地图典型产品 ................................................................. 235 

９.4.３.１ 百度地图 .................................................................................... 235 

９.4.３.２ 高德地图 .................................................................................... 236 

９.4.３.３ 四维图新 .................................................................................... 237 

9.5 动态地图数据更新与共享 ................................................................................... 238 

9.5.1 准动态地图数据的采集与发布 ................................................................ 238 

9.5.2 高度动态数据的采集与发布 .................................................................... 241 

9.5.3 Mobileye道路经验管理系统的地图数据采集与发布 .......................... 242 

13 

9.5.4 博世道路特征的采集与发布 .................................................................... 243 

9.5.5 大陆集团准动态地图数据的采集与发布 ................................................ 245 

9.5.6 HERE准动态地图数据的采集与发布 ...................................................... 246 

第十章 人工智能与自动驾驶 ............................................................................................. 249 

10.1 人工智能的发展 ................................................................................................. 249 

10.1.1 人工智能的基本概念.............................................................................. 249 

10.1.2 人工智能的发展历史.............................................................................. 251 

10.1.2.1 专家系统 ...................................................................................... 251 

10.1.2.2 机器学习系统 .............................................................................. 251 

10.1.3 人工智能在自动驾驶中的应用 .............................................................. 252 

10.2 人工神经网络与自动驾驶 ................................................................................. 253 

10.2.1 人工神经网络的原理与发展 .................................................................. 253 

10.2.1.1 监督学习的神经网络 .................................................................. 254 

10.2.1.2非监督学习与深度神经网络 ....................................................... 255 

10.2.2人工神经网络在自动驾驶中的应用 ....................................................... 257 

10.2.2.1 环境识别和地图创建 .................................................................. 257 

10.2.2.2深度学习与轨迹规划 ................................................................... 257 

10.2.3 英伟达端到端的自动驾驶深度神经网络训练 ...................................... 258 

10.2.3.1 路情数据采集 .............................................................................. 258 

10.2.3.2 深度神经网络训练 ...................................................................... 259 

10.2.3.3 驾驶场景仿真器 .......................................................................... 260 

10.2.3.4 英伟达人工智能汽车BB8 .......................................................... 261 

14 

10.2.3.5 打开神经网络黑箱 ...................................................................... 262 

10.2.4深度神经网络路情数据共享 ................................................................... 263 

10.3 增强学习与自动驾驶 ......................................................................................... 266 

10.3.1 增强学习的原理及应用 .......................................................................... 266 

10.3.2 深度增强学习的自动驾驶决策应用 ...................................................... 267 

10.4贝叶斯网络与自动驾驶 ...................................................................................... 269 

10.4.1 贝叶斯网络的原理及应用 ...................................................................... 269 

10.4.2贝叶斯网络的自动驾驶应用 ................................................................... 270 

10.5基于云端决策的联网自动驾驶和智能交通 ...................................................... 272 

产业发展与政策 ........................................................................................................................... 276 

第十一章 自动驾驶产业生态与产业发展 ......................................................................... 277 

11.1 自动驾驶出行服务与产业生态 ......................................................................... 277 

11.1.1 新兴的自动驾驶出行服务 ...................................................................... 277 

11.1.2 新兴的自动驾驶产业链 .......................................................................... 278 

11.1.3 自动驾驶的发展路径.............................................................................. 280 

11.2 车载计算平台与自动驾驶产业生态 ................................................................. 281 

11.2.1 人工智能超算芯片.................................................................................. 281 

11.2.1.1 图形处理单元（GPU）及典型产品 .......................................... 282 

11.2.1.2 可编程门阵列（FPGA） ............................................................ 284 

11.2.1.3 专yong集成电路（ASIC） ............................................................. 285 

11.2.2 英伟达的车载计算平台与自动驾驶产业生态 ...................................... 285 

11.2.2.1 英伟达的车载计算平台Drive PX ............................................. 285 

15 

11.2.2.2 人工智能汽车软件平台 (AI CAR PLATFORM) ...................... 287 

11.2.2.3 英伟达的自动驾驶产业生态 ...................................................... 288 

11.2.3 英特尔的车载计算平台与自动驾驶产业生态 ...................................... 289 

11.2.3.1 英特尔的车载计算平台Intel Go .............................................. 289 

11.2.3.2 Mobileye的自动驾驶软件能力 ................................................ 290 

11.2.3.3 英特尔的自动驾驶产业生态 ...................................................... 291 

11.3 人工智能软件开发商的自动驾驶系统 ............................................................. 291 

11.3.1 谷歌 L4 级别的无人驾驶汽车 ............................................................... 291 

11.3.1.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 291 

11.3.1.2 解决方案与发展历程 .................................................................. 292 

11.3.2 百度 L4 与L3级别的自动驾驶系统 ..................................................... 294 

11.3.2.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 294 

11.3.2.2 L4级别的自动驾驶系统与发展历程 .......................................... 295 

11.3.2.3 L3级别的自动驾驶系统与发展历程 .......................................... 297 

11.4 汽车集成商的自动驾驶系统 ............................................................................. 298 

11.4.1 德尔福的L4 级别的自动驾驶系统 ....................................................... 298 

11.4.1.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 298 

11.4.1.2 解决方案与发展历程 .................................................................. 299 

11.4.2 博世的自动驾驶解决方案 ...................................................................... 303 

11.4.2.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 303 

11.4.2.2 解决方案与发展历程 .................................................................. 303 

11.5 汽车制造商的自动驾驶系统 ............................................................................. 305 

16 

11.5.1 奥迪 L3 级别的自动驾驶系统 ............................................................... 305 

11.5.1.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 305 

11.5.1.2 奥迪的车载计算平台zFAS ........................................................ 306 

11.5.1.3 解决方案与发展历程 .................................................................. 310 

11.5.2 特斯拉L2/L3级别的自动驾驶系统 ..................................................... 312 

11.5.2.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 312 

11.5.2.2 发展历程与自动驾驶交通事故 .................................................. 313 

11.5.3福特 L4 级别的无人驾驶汽车 ................................................................ 316 

11.5.3.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 316 

11.5.3.2 解决方案与发展历程 .................................................................. 316 

11.5.4 通用的L2与L4 级别的自动驾驶系统 ................................................. 319 

11.5.4.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 319 

11.5.4.2 L2自动驾驶系统与发展历程 ...................................................... 319 

11.5.4.3 L4自动驾驶系统与发展历程 .........................................