智能網(wǎng)聯(lián)汽車決策與控制技術

《智能網(wǎng)聯(lián)汽車決策與控制技術》是“智能網(wǎng)聯(lián)汽車核心技術叢書”中的一冊，本書內容依托“杭州職業(yè)技術學院文庫”， 概述了智能網(wǎng)聯(lián)汽車中至關重要的決策與控制技術。書中首先介紹了自動駕駛的基礎知識，并強調了決策與控制技術在實現(xiàn)智能化、自動化駕駛中的核心地位。隨后，深入探討了決策規(guī)劃、路徑規(guī)劃、執(zhí)行控制等關鍵技術，包括各種典型算法原理與實現(xiàn)、決策模型及控制方法的選擇與應用等。此外，本書還關注了電子電氣架構技術、智能座艙技術及信息安全防御技術，以實現(xiàn)更高效、安全的交通環(huán)境。
本書適合智能網(wǎng)聯(lián)汽車決策與控制方向的技術人員閱讀參考，也可供智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)的政策制定者、企業(yè)管理者、科研工作者以及汽車第三方檢測機構人員閱讀，同時也可以作為國內高等院校汽車相關專業(yè)的參考教材。

作為國民經濟的支柱性產業(yè)，汽車產業(yè)的智能化、網(wǎng)聯(lián)化、綠色化發(fā)展是大勢所趨。而人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術的不斷進步為這一趨勢的實現(xiàn)提供了可能，新興技術與汽車領域的深入融合，使得汽車從單純的交通工具升級為一種智能化移動空間?？梢哉f，智能網(wǎng)聯(lián)汽車不僅可以極大提升用戶的體驗，更能夠催生新模式、孕育新業(yè)態(tài)、帶來新機遇。
近幾年，各國均十分重視智能網(wǎng)聯(lián)汽車產業(yè)的發(fā)展，力圖通過研發(fā)新技術、更新相關法規(guī)、出臺支持性政策等方式為智能網(wǎng)聯(lián)汽車產業(yè)的發(fā)展提供助力。對我國而言，發(fā)展智能網(wǎng)聯(lián)汽車無疑是我國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路。智能網(wǎng)聯(lián)汽車產業(yè)不僅是我國的戰(zhàn)略性新興產業(yè)，也是我國現(xiàn)代化產業(yè)體系的新引擎。除能夠帶動經濟發(fā)展、提升人民生活質量、提高用戶出行體驗外，智能網(wǎng)聯(lián)汽車產業(yè)的發(fā)展還有助于實現(xiàn)“雙碳”目標，推動“雙碳”目標的實現(xiàn)。因此，為加快我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產業(yè)的變革與發(fā)展，國家各部門陸續(xù)出臺了一系列相關政策，鼓勵支持智能網(wǎng)聯(lián)汽車產業(yè)的創(chuàng)新。比如，在相關規(guī)范的制定以及落地應用的推進等方面，均指出了明確的發(fā)展方向?？偟膩砜矗覈悄芫W(wǎng)聯(lián)汽車產業(yè)的技術研發(fā)和測試驗證已經逐步進入示范應用、規(guī)模推廣、商業(yè)探索的階段。
智能網(wǎng)聯(lián)汽車借助物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術，能夠實現(xiàn)車與車、車與路、車與人的智能互聯(lián)。與傳統(tǒng)汽車相比，首先，智能網(wǎng)聯(lián)汽車具備極強的信息采集、整理、分析能力。依賴于車載傳感器等設備，智能網(wǎng)聯(lián)汽車能夠實時收集與車輛運行相關的狀態(tài)信息以及周圍環(huán)境信息，并將這些信息上傳到云端進行處理，從而準確把握車輛行駛狀況，并作出智能化的行駛決策。其次，智能網(wǎng)聯(lián)汽車具備高效的通信能力，基于車載通信模塊以及關聯(lián)的通信設施，智能網(wǎng)聯(lián)汽車能夠與路端、云端等進行信息傳輸，從而便于車輛運行后臺以及相關的交通管理部門等更為準確全面地把握實時交通狀況，提高道路通行效率。再次，智能網(wǎng)聯(lián)汽車具備強大的數(shù)據(jù)處理能力。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的數(shù)據(jù)處理引擎能夠對實時采集到的運行數(shù)據(jù)等進行處理和分析，進而提升車輛的安全性、舒適性等。最后，智能網(wǎng)聯(lián)汽車具備可靠的協(xié)同決策能力。作為一個智能化移動空間，智能網(wǎng)聯(lián)汽車不僅可以基于協(xié)同決策系統(tǒng)保障車輛的高效行駛，也可以與其他車輛、行人等進行智能協(xié)同?？梢哉f，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的決策與控制更加智能。自主決策與運動控制相當于智能網(wǎng)聯(lián)汽車的大腦，其決策水平的高低也體現(xiàn)了汽車智能化程度的高低。
決策與控制技術是智能網(wǎng)聯(lián)汽車領域的關鍵共性技術之一，它能夠將路徑規(guī)劃和環(huán)境感知結果轉化為車輛的具體控制指令。在自動駕駛系統(tǒng)中，決策與控制算法需要滿足高精度、高可靠性和高效率的要求?！吨悄芫W(wǎng)聯(lián)汽車決策與控制技術》一書對自動駕駛車輛行為決策、運動規(guī)劃和控制執(zhí)行等技術與方法進行了全面講解和深度解析，以滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車產業(yè)發(fā)展的需求。
本書研究內容依托于教育部高等學?？茖W研究發(fā)展中心中國高校產學研創(chuàng)新基金課題（課題編號：2022IT221）；2022年度浙江省教育廳高校國內訪問工程師校企合作項目（課題編號：FG2022072）；杭州職業(yè)技術學院高層次人才科研啟動項目（編號：HZYGCC202109，HZYGCC202230）；浙江省首批職業(yè)院校技能大師工作室“楊愛喜技能大師工作室”（立項號：浙教辦函（2023）119號），分別從自動駕駛概論、決策規(guī)劃技術、路徑控制技術、執(zhí)行控制技術、電子電氣架構、智能座艙技術、信息安全防御技術7個維度出發(fā)，針對自動駕駛車輛的軌跡規(guī)劃、控制方法、算法原理、決策模型等技術方案進行了細致分析，并包含大量的結構圖、框圖和表格，試圖讓讀者全面掌握智能網(wǎng)聯(lián)汽車決策與控制技術的應用與實踐。
本書對從事智能網(wǎng)聯(lián)汽車設計研發(fā)、產品測試、質量論證等相關專業(yè)人員具有較高的參考價值，可供智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)的政策制定者、企業(yè)管理者、科研工作者以及汽車第三方檢測機構人員閱讀參考，也可作為國內高校相關專業(yè)的本科生、研究生參考教材。此外，由于本書是“智能網(wǎng)聯(lián)汽車核心技術叢書”中的一冊，因此推薦讀者結合叢書中的其他書籍對照閱讀，以便對智能網(wǎng)聯(lián)汽車產業(yè)的發(fā)展有更加全面系統(tǒng)的了解和更為深入準確的把握。

著者

第1章　自動駕駛概論	001
1.1　自動駕駛的概念、功能與模式	002
1.1.1　自動駕駛的基本概念	002
1.1.2　自動駕駛的系統(tǒng)功能	004
1.1.3　自動駕駛的五大域控制器	007
1.1.4　自動駕駛“新四化”發(fā)展模式	009
1.2　自動駕駛系統(tǒng)架構與關鍵技術	011
1.2.1　環(huán)境感知系統(tǒng)及關鍵技術	012
1.2.2　決策規(guī)劃系統(tǒng)及關鍵技術	014
1.2.3　執(zhí)行控制系統(tǒng)及關鍵技術	016
1.2.4　自動駕駛技術的發(fā)展趨勢	017
1.3　邊緣計算在自動駕駛中的應用	020
1.3.1　自動駕駛對網(wǎng)絡能力的需求	020
1.3.2　MEC的概念、功能與分類	022
1.3.3　基于MEC的自動駕駛應用	023
1.3.4　自動駕駛中的MEC商業(yè)模式	024

第2章　決策規(guī)劃技術	027
2.1　自動駕駛決策規(guī)劃體系與方法	028
2.1.1　決策規(guī)劃系統(tǒng)的結構體系	028
2.1.2　決策規(guī)劃系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)	031
2.1.3　全局路徑規(guī)劃方法	033
2.1.4　局部路徑規(guī)劃方法	035
2.2　全局路徑規(guī)劃的典型算法及原理	037
2.2.1　Dijkstra算法及原理	037
2.2.2　A*算法及原理	040
2.2.3　Floyd算法及原理	042
2.2.4　RRT算法及原理	043
2.3　自動駕駛行為決策模型及算法	045
2.3.1　基于有限狀態(tài)機的決策模型	045
2.3.2　基于深度學習的行為決策模型	048
2.3.3　基于決策樹的行為決策模型	051
2.3.4　基于貝葉斯網(wǎng)絡的決策模型	053

第3章　路徑控制技術	057
3.1　智能車輛路徑控制的系統(tǒng)設計	058
3.1.1　智能車輛的控制架構設計	058
3.1.2　智能車輛控制的核心技術	060
3.1.3　智能車輛的橫向控制設計	062
3.1.4　智能車輛的縱向控制設計	064
3.1.5　智能車輛控制的技術方案	066
3.2　自動駕駛路徑跟蹤的控制方法	068
3.2.1　經典控制方法	068
3.2.2　最優(yōu)控制方法	070
3.2.3　魯棒控制方法	072
3.2.4　模糊控制方法	073
3.2.5　自適應控制方法	075
3.2.6　模型預測控制方法	077

第4章　執(zhí)行控制技術	081
4.1　智能網(wǎng)聯(lián)汽車的線控底盤技術	082
4.1.1　線控轉向系統(tǒng)	082
4.1.2　線控驅動系統(tǒng)	083
4.1.3　線控制動系統(tǒng)	086
4.1.4　線控懸架系統(tǒng)	089
4.2　智能網(wǎng)聯(lián)汽車的車路協(xié)同技術	093
4.2.1　單車智能VS車路協(xié)同	093
4.2.2　車路協(xié)同的問題與挑戰(zhàn)	095
4.2.3　基于5G車路協(xié)同的自動駕駛	097
4.2.4　5G車路協(xié)同自動駕駛方案設計	098
4.3　智能汽車云控系統(tǒng)的原理與應用	101
4.3.1　智能汽車云控系統(tǒng)基本架構	101
4.3.2　智能汽車云控系統(tǒng)的關鍵技術	103
4.3.3　云控汽車節(jié)能駕駛系統(tǒng)的應用	105
4.3.4　云控交通信號管控系統(tǒng)的應用	106

第5章　電子電氣架構	109
5.1　汽車電子電氣架構的演進路徑	110
5.1.1　E/E架構的概念與支撐技術	110
5.1.2　分布式電子電氣架構	111
5.1.3　域集中式電子電氣架構	112
5.1.4　中央集中式電子電氣架構	114
5.1.5　汽車E/E架構設計的實踐對策	116
5.2　智能汽車多域電子電氣架構設計	118
5.2.1　多域電子電氣架構的總體設計	118
5.2.2　多域電子電氣架構的硬件系統(tǒng)	120
5.2.3　多域電子電氣架構的通信系統(tǒng)	123
5.2.4　多域電子電氣架構的軟件系統(tǒng)	126
5.3　智能網(wǎng)聯(lián)汽車的主要操作系統(tǒng)	129
5.3.1　安全車載操作系統(tǒng)	129
5.3.2　智能駕駛操作系統(tǒng)	131
5.3.3　智能座艙操作系統(tǒng)	134
5.4　全球典型的汽車電子電氣架構	136
5.4.1　特斯拉：Autopilot智能駕駛系統(tǒng)	136
5.4.2　大眾：中央集中式電子電氣架構	137
5.4.3　華為：MDC智能駕駛計算平臺	138
5.4.4　英偉達：基于芯片的軟硬件平臺	141
5.4.5　百度：Apollo自動駕駛開放平臺	143

第6章　智能座艙技術	147
6.1　智能座艙產業(yè)發(fā)展與競爭格局	148
6.1.1　智能座艙技術的演變路徑	148
6.1.2　智能座艙產業(yè)鏈全景圖譜	150
6.1.3　國外典型的智能座艙企業(yè)	153
6.1.4　國內典型的智能座艙企業(yè)	156
6.2　智能座艙架構與功能開發(fā)流程	160
6.2.1　智能座艙系統(tǒng)的基礎架構	160
6.2.2　智能座艙平臺的算法類型	164
6.2.3　智能座艙平臺的開發(fā)流程	166
6.2.4　智能座艙系統(tǒng)的功能測試	169
6.3　車載信息系統(tǒng)平臺架構與功能	170
6.3.1　車載信息系統(tǒng)的平臺功能	170
6.3.2　車載信息平臺的關鍵技術	172
6.3.3　車載信息平臺的顯示系統(tǒng)	175
6.3.4　車載導航信息系統(tǒng)的構成	176
6.3.5　車載多媒體信息娛樂系統(tǒng)	177
6.3.6　車載遠程故障診斷系統(tǒng)	178

第7章　信息安全防御技術	181
7.1　智能汽車信息安全的整體架構	182
7.1.1　汽車網(wǎng)絡安全攻擊	182
7.1.2　車載智能終端安全	185
7.1.3　車聯(lián)網(wǎng)通信安全	187
7.1.4　車聯(lián)網(wǎng)服務平臺安全	188
7.2　汽車信息安全威脅識別和防御	189
7.2.1　汽車信息安全威脅評估系統(tǒng)	189
7.2.2　STRIDE威脅分析與風險評估	191
7.2.3　基于汽車網(wǎng)絡架構的安全防護	194
7.2.4　構建智能網(wǎng)聯(lián)汽車安全保障體系	195
7.3　汽車信息安全測試技術研究	197
7.3.1　汽車信息安全測評的意義	197
7.3.2　汽車信息安全測評的內容	198
7.3.3　汽車信息安全測評的實施	201

參考文獻	203