智能網(wǎng)聯(lián)汽車決策與控制技術(shù)

《智能網(wǎng)聯(lián)汽車決策與控制技術(shù)》是“智能網(wǎng)聯(lián)汽車核心技術(shù)叢書”中的一冊(cè)，本書內(nèi)容依托“杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院文庫”， 概述了智能網(wǎng)聯(lián)汽車中至關(guān)重要的決策與控制技術(shù)。書中首先介紹了自動(dòng)駕駛的基礎(chǔ)知識(shí)，并強(qiáng)調(diào)了決策與控制技術(shù)在實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)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(guān)鍵技術(shù)，包括各種典型算法原理與實(shí)現(xiàn)、決策模型及控制方法的選擇與應(yīng)用等。此外，本書還關(guān)注了電子電氣架構(gòu)技術(shù)、智能座艙技術(shù)及信息安全防御技術(shù)，以實(shí)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(shù)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(cè)機(jī)構(gòu)人員閱讀，同時(shí)也可以作為國內(nèi)高等院校汽車相關(guān)專業(yè)的參考教材。

1.本書為“智能網(wǎng)聯(lián)汽車核心技術(shù)叢書”中的一本，技術(shù)體系完整。 2.本書內(nèi)容豐富，深淺適中，適合絕大對(duì)數(shù)行業(yè)內(nèi)的讀者學(xué)習(xí)。 3.叢書作者隊(duì)伍龐大且專業(yè)，內(nèi)容質(zhì)量有所保障。

作為國民經(jīng)濟(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè)，汽車產(chǎn)業(yè)的智能化、網(wǎng)聯(lián)化、綠色化發(fā)展是大勢(shì)所趨。而人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷進(jìn)步為這一趨勢(shì)的實(shí)現(xiàn)提供了可能，新興技術(shù)與汽車領(lǐng)域的深入融合，使得汽車從單純的交通工具升級(jí)為一種智能化移動(dòng)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(yàn)，更能夠催生新模式、孕育新業(yè)態(tài)、帶來新機(jī)遇。
近幾年，各國均十分重視智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，力圖通過研發(fā)新技術(shù)、更新相關(guān)法規(guī)、出臺(tái)支持性政策等方式為智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供助力。對(duì)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(qiáng)國的必由之路。智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)不僅是我國的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，也是我國現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系的新引擎。除能夠帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提升人民生活質(zhì)量、提高用戶出行體驗(yàn)外，智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還有助于實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此，為加快我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的變革與發(fā)展，國家各部門陸續(xù)出臺(tái)了一系列相關(guān)政策，鼓勵(lì)支持智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新。比如，在相關(guān)規(guī)范的制定以及落地應(yīng)用的推進(jìn)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(chǎn)業(yè)的技術(shù)研發(fā)和測(cè)試驗(yàn)證已經(jīng)逐步進(jìn)入示范應(yīng)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(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，能夠?qū)崿F(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(qiáng)的信息采集、整理、分析能力。依賴于車載傳感器等設(shè)備，智能網(wǎng)聯(lián)汽車能夠?qū)崟r(shí)收集與車輛運(yùn)行相關(guān)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(jìn)行處理，從而準(zhǔn)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(guān)聯(lián)的通信設(shè)施，智能網(wǎng)聯(lián)汽車能夠與路端、云端等進(jìn)行信息傳輸，從而便于車輛運(yùn)行后臺(tái)以及相關(guān)的交通管理部門等更為準(zhǔn)確全面地把握實(shí)時(shí)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(qiáng)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?qū)?shí)時(shí)采集到的運(yùn)行數(shù)據(jù)等進(jìn)行處理和分析，進(jìn)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(gè)智能化移動(dòng)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(jìn)行智能協(xié)同。可以說，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的決策與控制更加智能。自主決策與運(yùn)動(dòng)控制相當(dāng)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(shù)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域的關(guān)鍵共性技術(shù)之一，它能夠?qū)⒙窂揭?guī)劃和環(huán)境感知結(jié)果轉(zhuǎn)化為車輛的具體控制指令。在自動(dòng)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(shù)》一書對(duì)自動(dòng)駕駛車輛行為決策、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和控制執(zhí)行等技術(shù)與方法進(jìn)行了全面講解和深度解析，以滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。
本書研究內(nèi)容依托于教育部高等學(xué)?？茖W(xué)研究發(fā)展中心中國高校產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新基金課題（課題編號(hào)：2022IT221）；2022年度浙江省教育廳高校國內(nèi)訪問工程師校企合作項(xiàng)目（課題編號(hào)：FG2022072）；杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院高層次人才科研啟動(dòng)項(xiàng)目（編號(hào)：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(xiàng)號(hào)：浙教辦函（2023）119號(hào)），分別從自動(dòng)駕駛概論、決策規(guī)劃技術(shù)、路徑控制技術(shù)、執(zhí)行控制技術(shù)、電子電氣架構(gòu)、智能座艙技術(shù)、信息安全防御技術(shù)7個(gè)維度出發(fā)，針對(duì)自動(dòng)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(shù)方案進(jìn)行了細(xì)致分析，并包含大量的結(jié)構(gòu)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(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐。
本書對(duì)從事智能網(wǎng)聯(lián)汽車設(shè)計(jì)研發(fā)、產(chǎn)品測(cè)試、質(zhì)量論證等相關(guān)專業(yè)人員具有較高的參考價(jià)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(cè)機(jī)構(gòu)人員閱讀參考，也可作為國內(nèi)高校相關(guān)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(shù)叢書”中的一冊(cè)，因此推薦讀者結(jié)合叢書中的其他書籍對(duì)照閱讀，以便對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有更加全面系統(tǒng)的了解和更為深入準(zhǔn)確的把握。

著者

第1章　自動(dòng)駕駛概論	001
1.1　自動(dòng)駕駛的概念、功能與模式	002
1.1.1　自動(dòng)駕駛的基本概念	002
1.1.2　自動(dòng)駕駛的系統(tǒng)功能	004
1.1.3　自動(dòng)駕駛的五大域控制器	007
1.1.4　自動(dòng)駕駛“新四化”發(fā)展模式	009
1.2　自動(dòng)駕駛系統(tǒng)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)	011
1.2.1　環(huán)境感知系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)	012
1.2.2　決策規(guī)劃系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)	014
1.2.3　執(zhí)行控制系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)	016
1.2.4　自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)	017
1.3　邊緣計(jì)算在自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用	020
1.3.1　自動(dòng)駕駛對(duì)網(wǎng)絡(luò)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(dòng)駕駛應(yīng)用	023
1.3.4　自動(dòng)駕駛中的MEC商業(yè)模式	024

第2章　決策規(guī)劃技術(shù)	027
2.1　自動(dòng)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(jié)構(gòu)體系	028
2.1.2　決策規(guī)劃系統(tǒng)的關(guān)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(dòng)駕駛行為決策模型及算法	045
2.3.1　基于有限狀態(tài)機(jī)的決策模型	045
2.3.2　基于深度學(xué)習(xí)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(luò)的決策模型	053

第3章　路徑控制技術(shù)	057
3.1　智能車輛路徑控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)	058
3.1.1　智能車輛的控制架構(gòu)設(shè)計(jì)	058
3.1.2　智能車輛控制的核心技術(shù)	060
3.1.3　智能車輛的橫向控制設(shè)計(jì)	062
3.1.4　智能車輛的縱向控制設(shè)計(jì)	064
3.1.5　智能車輛控制的技術(shù)方案	066
3.2　自動(dòng)駕駛路徑跟蹤的控制方法	068
3.2.1　經(jīng)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(yīng)控制方法	075
3.2.6　模型預(yù)測(cè)控制方法	077

第4章　執(zhí)行控制技術(shù)	081
4.1　智能網(wǎng)聯(lián)汽車的線控底盤技術(shù)	082
4.1.1　線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)	082
4.1.2　線控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)	083
4.1.3　線控制動(dòng)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(shù)	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(dòng)駕駛	097
4.2.4　5G車路協(xié)同自動(dòng)駕駛方案設(shè)計(jì)	098
4.3　智能汽車云控系統(tǒng)的原理與應(yīng)用	101
4.3.1　智能汽車云控系統(tǒng)基本架構(gòu)	101
4.3.2　智能汽車云控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)	103
4.3.3　云控汽車節(jié)能駕駛系統(tǒng)的應(yīng)用	105
4.3.4　云控交通信號(hào)管控系統(tǒng)的應(yīng)用	106

第5章　電子電氣架構(gòu)	109
5.1　汽車電子電氣架構(gòu)的演進(jìn)路徑	110
5.1.1　E/E架構(gòu)的概念與支撐技術(shù)	110
5.1.2　分布式電子電氣架構(gòu)	111
5.1.3　域集中式電子電氣架構(gòu)	112
5.1.4　中央集中式電子電氣架構(gòu)	114
5.1.5　汽車E/E架構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)踐對(duì)策	116
5.2　智能汽車多域電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)	118
5.2.1　多域電子電氣架構(gòu)的總體設(shè)計(jì)	118
5.2.2　多域電子電氣架構(gòu)的硬件系統(tǒng)	120
5.2.3　多域電子電氣架構(gòu)的通信系統(tǒng)	123
5.2.4　多域電子電氣架構(gòu)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(gòu)	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(gòu)	137
5.4.3　華為：MDC智能駕駛計(jì)算平臺(tái)	138
5.4.4　英偉達(dá)：基于芯片的軟硬件平臺(tái)	141
5.4.5　百度：Apollo自動(dòng)駕駛開放平臺(tái)	143

第6章　智能座艙技術(shù)	147
6.1　智能座艙產(chǎn)業(yè)發(fā)展與競爭格局	148
6.1.1　智能座艙技術(shù)的演變路徑	148
6.1.2　智能座艙產(chǎn)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(nèi)典型的智能座艙企業(yè)	156
6.2　智能座艙架構(gòu)與功能開發(fā)流程	160
6.2.1　智能座艙系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)	160
6.2.2　智能座艙平臺(tái)的算法類型	164
6.2.3　智能座艙平臺(tái)的開發(fā)流程	166
6.2.4　智能座艙系統(tǒng)的功能測(cè)試	169
6.3　車載信息系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)與功能	170
6.3.1　車載信息系統(tǒng)的平臺(tái)功能	170
6.3.2　車載信息平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)	172
6.3.3　車載信息平臺(tái)的顯示系統(tǒng)	175
6.3.4　車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)的構(gòu)成	176
6.3.5　車載多媒體信息娛樂系統(tǒng)	177
6.3.6　車載遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)	178

第7章　信息安全防御技術(shù)	181
7.1　智能汽車信息安全的整體架構(gòu)	182
7.1.1　汽車網(wǎng)絡(luò)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(wù)平臺(tái)安全	188
7.2　汽車信息安全威脅識(shí)別和防御	189
7.2.1　汽車信息安全威脅評(píng)估系統(tǒng)	189
7.2.2　STRIDE威脅分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估	191
7.2.3　基于汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的安全防護(hù)	194
7.2.4　構(gòu)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(cè)試技術(shù)研究	197
7.3.1　汽車信息安全測(cè)評(píng)的意義	197
7.3.2　汽車信息安全測(cè)評(píng)的內(nèi)容	198
7.3.3　汽車信息安全測(cè)評(píng)的實(shí)施	201

參考文獻(xiàn)	203