智能汽车关键技术及发展

河北工业大学
汽车电子技术
（课程论文)
作者：刘鸿伟学号:201531206009
题目：智能汽车关键技术及发展趋势
学院:机械工程学院
专业班级：车辆工程S1547班
指导教师：张小俊
2016年 06月
智能汽车关键技术及发展趋势
摘要:随着科学技术的发展,特别是计算机信息技术、人工智能技术的突飞猛进,智能车辆技术有了实现的技术基础。

车辆智能化是汽车工业今后的发展趋势,也是人们对安全性要求越来越高未来汽车的发展方向。

本论文将对智能汽车的概念、基本结构和特点进行综述，并对其关键技术及未来的发展趋势等问题作进一步的介绍。

关键词：智能汽车；发展；关键技术
一.智能汽车概述
所谓“智能车辆”，就是在普通车辆的基础上增加了先进的传感器（雷达、摄像）、控制器、执行器等装置，通过车载传感系统和信息终端实现与人、车、路等的智能信息交换，使车辆具备智能的环境感知能力，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。

智能汽车与一般所说的自动驾驶有所不同,它指的是利用多种传感器和智能公路技术实现的汽车自动驾驶。

智能汽车首先有一套导航信息资料库，存有全国高速公路、普通公路、城市道路以及各种服务设施(餐饮、旅馆、加油站、景点、停车场)的信息资料；其次是GPS定位系统,利用这个系统精确定位车辆所在的位置，与道路资料库中的数据相比较，确定以后的行驶方向；道路状况信息系统，由交通管理中心提供实时的前方道路状况信息，如堵车、事故等,必要时及时改变行驶路线;车辆防碰系统，包括探测雷达、信息处理系统、驾驶控制系统，控制与其他车辆的距离,在探测到障碍物时及时减速或刹车,并把信息传给指挥中心和其他车辆；紧急报警系统，如果出了事故,自动报告指挥中心进行救援；无线通信系统，用于汽车与指挥中心的联络；自动驾驶系统，用于控制汽车的点火、改变速度和转向等.
通常对车辆的操作实质上可视为对一个多输入、多输出、输入输出关系复杂多变、不确定多干扰源的复杂非线性系统的控制过程。

驾驶员既要接受环境如道路、拥挤、方向、行人等的信息，还要感受汽车如车速、侧向偏移、横摆角速度等的信息，然后
经过判断、分析和决策，并与自己的驾驶经验相比较，确定出应该做的操纵动作，最后由身体、手、脚等来完成操纵车辆的动作。

因此在整个驾驶过程中，驾驶员的人为因素占了很大的比重。

一旦出现驾驶员长时间驾车、疲劳驾车、判断失误的情况，很容易造成交通事故.
通过对车辆智能化技术的研究和开发，可以提高车辆的控制与驾驶水平，保障车辆行驶的安全畅通、高效。

对智能化的车辆控制系统的不断研究完善，相当于延伸扩展了驾驶员的控制、视觉和感官功能,能极大地促进道路交通的安全性。

智能车辆的主要特点是以技术弥补人为因素的缺陷,使得即便在很复杂的道路情况下，也能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物，沿着预定的道路轨迹行驶。

1。

1 基本结构
从具体和现实的方面来看，智能汽车较为成熟的和可预期的功能和系统主要是包括智能驾驶系统、生活服务系统、安全防护系统、位置服务系统及用车服务系统等，各个参与企业也主要是围绕上述这些功能系统进行发展的。

这其中，各个系统实际上又包括一些细分的系统和功能，比如智能驾驶系统就是一个大的概念，也是一个最复杂的系统，它包括了：智能传感系统、智能计算机系统、辅助驾驶系统、智能公交系统等；生活服务系统包括了影音娱乐，信息查询以及各类生物服务等功能；而像位置服务系统，除了要能提供准确的车辆定位功能外，还要让汽车能与另外的汽车实现自动位置互通，从而实现约定目标的行驶目的.
1.2 特点
(1）高科技
智能汽车是一种正在研制的新型高科技汽车，这种汽车不需要人去驾驶，人只舒服地坐在车上享受这高科技的成果就行了。

因为这种汽车上装有相当于汽车的“眼睛”、“大脑"和“脚”的电视摄像机、电子计算机和自动操纵系统之类的装置，这些装置都装有非常复杂的电脑程序,所以这种汽车能和人一样会“思考"、“判断”、“行走”，可以自动启动、加速、刹车，可以自动绕过地面障碍物。

在复杂多变的情况下，它的“大脑"能随机应变，自动选择最佳方案，指挥汽车正
常、顺利地行驶.
智能汽车的“眼睛"是装在汽车右前方、上下相隔50厘米处的两台电视摄像机，摄像机内有一个发光装置，可同时发出一条光束,交汇于一定距离，物体的图像只有在这个距离才能被摄取而重叠。

“眼睛"能识别车前5——20米之间的台形平面、高度为10厘米以上的障碍物。

如果前方有障碍物,“眼睛”就会向“大脑”发出信号,“大脑”根据信号和当时当地的实际情况，判断是否通过、绕道、减速或紧急制动和停车，并选择最佳方案，然后以电信号的方式,指令汽车的“脚”
进行停车、后退或减速。

智能汽车的“脚”就是控制汽车行驶的转向器、制动器。

（2）重要标志
无人驾驶的智能汽车将是新世纪汽车技术飞跃发展的重要标志。

可喜的是，智能汽车已从设想走向实践。

随着科技的飞速发展，相信不久的将来，我们都可以领略到智能汽车的风采。

所以,智能汽车实际上是智能汽车和智能公路组成的系统，主要是智能公路的条件还不具备，而在技术上已经可以解决。

在智能汽车的目标实现之前，实际上已经出现许多辅助驾驶系统,已经广泛应用在汽车上,如智能雨刷，可以自动感应雨水及雨量，自动开启和停止；自动前照灯，在黄昏光线不足时可以自动打开；
智能空调，通过检测人皮肤的温度来控制空调风量和温度；智能悬架,自动根据路面情况来控制悬架行程，减少颠簸；防打瞌睡系统，用监测驾驶员的眨眼情况，来确定是否很疲劳，必要时停车报警，计算机技术的广泛应用，为汽车智能化提供了广阔的前景。

二.国内外进展及发展现状
2。

1国内进展
我国从上世纪80年代开始着手无人驾驶汽车的研制开发，虽与国外相比还有一些距离，但也取得了阶段性成果。

国内中国科学院合肥研究院、清华大学、国防科技大学、上海交通大学、西安交通大学、吉林大学、同济大学、天津军交学院等都有过无人驾驶汽车的研究项目。

特别是北京理工大学和中国科学院合肥研究院,在无人车技术上已取得全国领先的水平,在国内的多个无人车比赛中经常受邀以表演队的身份参加。

1992年，国防科技大学研制成功了我国第一辆真正
意义上的无人驾驶汽车。

由计算机及其配套的检测传感器和液压控制系统组成的汽车计算机自动驾驶系统，被安装在一辆国产的中型面包车上，使该车既保持了原有的人工驾驶性能，又能够用计算机控制进行自动驾驶行车。

2000年6月，国防科技大学研制的第4代无人驾驶汽车试验成功，最高时速达76km，创下国内最高纪录。

2003年7月，国防科技大学和中国一汽联合研发的红旗无人驾驶轿车高速公路试验成功，自主驾驶最高稳定时速13Okm，其总体技术性能和指标已经达到世界先进水平。

THMR—V（TsingHua Mobile Robot V）清华V型智能车是清华大学计算机系智能技术与系统国家重点实验室在中国科学院院士张钹主持下研制的新一代智能移动机器人，兼有面向高速公路和一般道路的功能.车体采用道奇7座厢式车改装，装备有彩色摄像机和激光测距仪组成的道路与障碍物检测系统;由差分GPS、磁罗盘和光码盘组成的组合定位导航系统等.两套计算机系统分别进行视觉住处处理,完成信息融合、路径规划、行为与决策控制等功能。

四台IPC工控机分别完成激光测距信息处理、定位信息处理、通讯管理、驾驶控制等功能。

设计车速高速公路为80km/h，一般道路为20 km/h。

已能够在校园的非结构化道路环境下，进行道路跟踪和避障自主行驶.汽车的智能化可以减轻驾驶员的疲劳，
适应复杂的天气条件，减少交通事故的发生。

2。

2国外进展
从20世纪70年代，美欧等发达国家开始进行无人驾驶汽车的研究，大致可以分为二个阶段:军事用途、高速公路环境和城市环境.在军事用途方面,早在80年代初期,美国国防部就大规模资助自主陆地车辆ALV (Autonomous LandVehicle)的研究。

进入21世纪，为促进无人驾驶车辆的研发，从2004年起，美国国防部高级研究项目局(DARPA)开始举办机器车挑战大赛（Grand Challenge)。

该大赛对促进智能车辆技术交流与创新起到很大激励作用。

2006年德国举办了欧洲陆地机器人竞赛(European Land Robot Trial,简称（ELROB)),德国的参赛车“途锐”取得了冠军。

该车通过影像处理寻找道路，周围景物被处理成3D影像。

该车由光学定向与测距系统对收集的信息进行导航决策，分析哪里是行人哪里是树木。

“途锐"自主行驶了90%的赛程，不过在通过关键十字路口时还是靠手动驾驶。

2.3发展现状
(1) IT巨头与汽车企业采用完全不同的技术路线
2012年8月，谷歌宣布其研发的无人驾驶汽车已经在电脑的控制下安全行驶了30万英里。

谷歌无人驾驶汽车依靠激光测距仪、视频摄像头、车载雷达、传感器等获得环境感知和识别能力，确保行驶路径遵循谷歌街景地图预先设定的路线。

其装置价格昂贵，大约需30万美元，难以大规模推广应用，其本质符合军用智能车的技术特点。

与IT企业不同，沃尔沃、奥迪、奔驰、宝马、丰田、日产、福特等汽车巨头均选择了更具实用性的民用智能车技术路线。

在技术装置方面主要采用常规的雷达（厘米波、毫米波、超声波）、相机(立体、彩色、红外）、传感器（雷达、激光、超声波）、摄像机等进行环境感知和识别，通过基于车联网的协同式辅助驾驶技术进行智能信息交互,结合GPS导航实现路径规划，并且更加注重机电一体化系统动力学及控制技术的研发，成本低廉，便于大规模推广应用。

汽车厂商和IT 企业们是智能汽车市场上主要的参与者。

但它们思路迥异，决定了它们将采取不同的发展路径。

车厂更懂汽车，关注的是车辆自身的安全性适用性,图谋智能汽车技术能最
大程度为汽车上添花。

很多车厂早就涉足并研发了针对智能汽车的产品，主要以智能系统为主，目的在于确立产业标准特别是技术标准，从而占据产业链主导权.例如，丰田公司推出了G—BOOK 车载智能通信系统，功能与安吉星类似，但亮点在于“数据通讯模块DCM”及最新网络服务的安全数字卡的运用,传统式的通讯、导航、车上信息须要利用手机来联机，而DCM 只要轻轻一按即可提供互助信息服务,并且能连接各种兼容于G-BOOK 功能的设备，令用户享受高速通讯;还有系统最核心的功能“话务员服务”，可与丰田专属客服中心进行通话。

G-BOOK 使用免费,但仅在丰田的高端品牌如雷克萨斯中搭载较多。

智能汽车需要高度智能化的数据分析和判断能力,这些都是IT 企业的长处，它们将目光聚焦在智能车载系统的关键和核心技术的研发以及整体解决方案上.甚至在代表了未来的无人驾驶汽车层面，IT 企业也走得更远.像苹果、谷歌、微软、思科和IBM 等大型科技企业凭借各自优势，早已踏入智能汽车核心领域。

由于所有的技术都必须在汽车上体现，所以IT 企业与车企通力合作、相互融合的局面也十分普遍.
（2) “全工况无人驾驶”前路漫漫
由于车联网V2X技术涵盖汽车、IT、交通、通讯等多个行业，相关技术标准法规仍不健全，协调式辅助驾驶技术目前尚未得到大规模推广应用。

谷歌无人驾驶汽车还离不开人的操控，只能按预定程序行进，在雾雪天气还会受到干扰,并且在加速、减速及转向时衔接不太好。

总之，全工况的无人驾驶技术仍处于研
发阶段,最终的实用性测试和验证还需要很长时间。

随着V2X技术最终实用性测试和无人驾驶实用化技术开发的进行，需要进一步建立和完善车联网V2X技术标准法规、无人驾驶技术标准法规,并据此逐步建设相应的通信、道路基础设施，构建起完整的智能化的人、车、路系统，为协调式辅助驾驶技术和无人驾驶技术的大规模推广应用奠定基础。

无人驾驶汽车要真正上路，还将面临法律和道德方面的困难。

一方面，无人驾驶汽车与有人驾驶汽车发生交通事故时，其责任归属以及保险赔付等问题待商议解决；另一方面,无人驾驶技术永远是将保护车辆和车内人员作为第一要务,这会涉及交通道德问题。

（3）世界汽车巨头正致力于“高度自动驾驶技术”的研发和产业化智能汽车前两个层次的“辅助驾驶技术”和“半自动驾驶技术”已经得到广泛应用，并成为提升产品档次和市场竞争力的重要手段。

智能汽车第一层级的辅助驾驶技术包括自主式辅助驾驶技术和协同式辅助驾驶技术两种，通过警告让司机防患车祸于未然.其中,包括前碰撞预警（FCW）、车道偏离预警（LDW)、车道保持系统（LKS）、自动泊车辅助(APA）等在内的自主式辅助驾驶技术已经得到广泛应用，处于普及推广阶段，并由豪华车下沉至B级车。

汽车辅助驾驶技术成为获取E-NCAP四星和五星的必要条件。

在美国、欧洲、日本等汽车发达国家和地区，基于车联网V2I/V2V技术的协调式辅助驾驶技术正在进行实用性技术开发和大规模试验场测试。

半自动驾驶技术在高端车上逐渐获得应用,比如已经获得广泛应用的自适应巡航控制系统（ACC)。

世界汽车巨头们正致力于第三个层次“高度自动驾驶技术”的实用化研发和产业化，即将实现量产上市.沃尔沃将率先量产全球第一个自动驾驶技术-—堵车辅助系统。

该系统是自适应巡航控制和车道保持辅助系统的集成与延伸，它可以使汽车在车流行驶速度低于50公里/小时的情况下,自动跟随前方车辆行进。

此外，奥迪、凯迪拉克、日产、丰田等都计划推出诸如自动转向、加减速、车道引导、自动停车、自适应巡航控制等技术的汽车，它们大多属于第三层次的智能驾驶技术。

(4）智能汽车将对交通运输业产生深远而革命性的影响智能汽车将提高车辆利用率，降低汽车总销量，减轻汽车对环境的污染。

根据谷歌无人驾驶汽车团队的统计,传统汽车在大部分时间内(96％）处于空闲状态，利用率较低.无人驾驶汽车可以按照时间顺序依次供需要的人使用，因此可以更好地统筹安排家庭内车辆使用，提高车辆的使用效率，减少车辆消费总量,有效减少碳排放。

另一方面,智能汽车可以根据实时路况自动选择到达目的地的最优路径，能源消耗更少。

智能汽车将改变当前汽车交通基础设施状况，影响汽车运输相关产业的发展。

智能汽车的运行需要配套的交通基础设施，当前的基础设施建设情况将不再适用.例如由于无人驾驶汽车靠传感器感知路面障碍，或者通过4G/DSRC 与道路设施通信，因此需要在交叉路口、路侧、弯道等布置引导电缆、磁气标志列、雷达反射性标识、传感器、通信设施等.队列行驶也是智能汽车的另一种形式,即有人驾驶领头车辆，后面跟随着无人驾驶车辆编队，这一技术将提高汽车运输的自动化程度。

2。

4发展趋势
2016年被视为中国汽车智能互联发展的新元年，包括产品形态、商业模式、产业趋势在内的诸多方面，都将进入实质发展阶段，由概念走向落地。

对于过去相对保守的汽车厂家来说，加速与互联网应用、金融、保险、二手车、各类比价服务商、甚至认证后的线下服务商合作,已可以实际帮助其利益共赢.
1、数据开放性增强
数据开放是车联网衍生出有价值商业模式的基础，目前来看，互联网公司和创业公司对数据的一向持开放态度，而原本被认为对数据开放保守的车企，在不泄密、不危害车辆安全的大前提下，如果能找到挖掘数据的良性模式,对数据的态度也将走向开放。

2、新商业模式涌现
随着应用增加、用户累积，智能互联产品的商业模式均会有所变革，甚至
会出现免费模式。

具体来说，前装领域硬件、软件、服务供应商免费将产
品提供给车企，车企用开放数据回报；后装领域硬件低于成本销售,以求更
多规模的获得用户、产生数据将是大概率事件。

3、第二代车联网开启
如果将导航,呼叫中心等产品称为第一代车联网，那么基于主动安全，摄像头，雷达，控制,感应等紧耦合的第二代车联网产品将加速发展。

值得注意的
是，在车联网产品的过度过程中,过去一些不符合用户车内使用习惯的鸡肋功
能将被逐渐淘汰。

4、本土化发展与合作
合资品牌，豪华品牌更加趋向与本土车联网企业紧密合作，并开始单独考虑中国市场的产品导向。

例如，国外车厂在寻求TSP供应商时,会更倾向于国
内符合标准的相关供应商，以便整体产品应用及服务更适应中国用户使用习惯。

5、TSP基础架构重建
车厂车联网服务从原来单一的自建方式逐步转变为车厂自有平台+私有云+公有云的混合云架构。

某种角度理解，TSP基础架构的改变，是用户对产品的
需求改变、数据的开放性增强、商业模式价值衍生后，技术需求上的必然结果。

6、智能硬件逐步成熟
随着BAT等大金主的加入，智能硬件的用户购买成本将被进一步分摊,产品体验将得到优化，越来越多的智能硬件品类会进入主机厂体系。

另一方面，后装智能硬件有前装产品所没有的覆盖率优势，因此各方均会逐步将产品做精，以求更广的覆盖用户,获得数据。

7、用户需求进一步唤醒
一方面，随着前期市场教育工作的普及和产品力的提升,越来越多的用户将对智能互联产品产生兴趣；另一方面，随着前装与后装的智能互联产品逐渐由青涩走向成熟，用户需求将和产品力的增强呈现正相关的关系。

8、互联网造车面临洗牌
首批互联网造车团队将走完第一个生命周期，过则生，不过则死，只有拥有更多资金和资源的团队才能获得生存。

目前来看，资金和人才、研发、制造均强相关，而在企业发展前期订单量低的情况下,资源则直接决定供应链各方的合作态度。

9、国家政策及战略支持
政策支持将包括相关技术标准制定和基础设施建设两个方面.目前，除了车载信息服务产业联盟（TIAA)在积极推进车联网相关标准出台外，从国家的层
面看，交通运输部正在着手制定相关的标准，工信部也计划要推出车联网的发展规划.
三．智能互联汽车未来面对的挑战
就美国而言，去年智能互联汽车市场出现了一个全新服务，而且越来越受车主欢迎，那就是互联网提供商允许司机将搭载LTE网络的汽车数据流量纳入到自己的移动分享套餐里面。

这样的话，车里的乘客可以浏览网页，登录社交网站，轻松自由上网.而且很多音乐流媒体服务商也将自己的应用整合进了汽车中控系统里面,比如Pandora和Slacker Radio。

此外，美国的汽车制造商还宣布通用汽车将通过安吉星系统提供4GLTE网络。

特斯拉和AT&T已经达成了相关协议。

汽车制造商发现很多车主对于4GLTE网络的需求很大，使用量也很大。

有了网络支持,车主可以随时随地更新汽车内的相关软件。

很快，韩国现代汽车将会和Verizon Wireless合作,还有许多人预测，以后的无人驾驶汽车也肯定都是由互联网汽车组成.但是,普及智能互联网汽车依然存在一定难度，在此不妨就来看看以下几方面智能互联汽车需要面对的挑战吧。

1．互联网汽车的开发时间较长
互联网汽车需要很长的开发时间,通常情况下,汽车的生命周期是5年，因此问题来了，新的操作系统和应用程序变化的速度太快。

即使可以通过升级，但想要让汽车上部署最新的软件和应用程序依然具有一定的挑战性。

而且汽车行业的竞争环境也不容乐观，因此如果想要让车主享受到最新的软件服务需要花费极高的成本。

解决方法就是要不断专注于汽车市场的软件开发，同时,开发适应未来软件的硬件汽车产品也是非常重要的。

2．法律法规可能会对互联网汽车有一定影响
新的法律法规可能会对互联网汽车有一定影响。

举个例子，在欧洲，所有汽车必须装备eCall紧急通知系统.而在美国和其他国家，很可能也会跟进效仿.不过，如果汽车制造商能够及时了解这些资讯，并且在法律法规出台之前就做好系统准备，那么将可以节省大量时间和成本。

3．厂商合作难度较大
为了提供覆盖面更广，速度更快的互联网连接服务,绝大多数移动网络服务提供商都会彼此合作。

洽谈长期合作关系，并且开发一款性能卓越,且值得信任的软件或App 应用通常需要花费大量时间,当然也会存在一定障碍。

升级维护最新的互连功能也会一直存在难度，因为创新技术更新换代的速度实在是太快.不过这个挑战并不是无法解决，答案就是每个合作伙伴之间都要进行有效沟通，并且约定某些规则，至少在底层能确保较广泛的覆盖面.
4．汽车经销商培训成本上升
对于汽车经销商而言，他们也需要变得更精通技术，因为他们需要花更多时间与客户交流，告诉他们如何在自己的汽车里面使用各种高级技术。

汽车经销商模式必须要紧随行业和技术变化,换句话说,他们对员工的培训成本也会增加.这个改变是不可避免的，但是，如果汽车制造商可以帮助培训汽车经销商，让他们更好地理解技术操作手册，这个挑战也可以得到有效的解决。

5．难以找到最佳操控方式
人们喜欢互联网汽车，是因为他们可以有一种全盘操控的感觉，人们不喜欢只操控一部分功能，他们希望能够控制个人联系名录，播放列表，等等。

汽车制造商很难找到一种最好的方式，让汽车能够连接到互联网上，比如,是通过内置的方式?还是外置方式?
那么解决方案是什么呢？实际上，汽车制造商应该将内置和外置两种方式都尝试一下，一开始，汽车制造商应该会更多地尝试内置方式，这样可以让用户更熟悉新系统，然后如果汽车制造商通过了相关测试，那么在未来的升级过程中，可以尝试引入外置方式.
6．互联网汽车的能耗和数据流量消耗较大
互联网汽车将会消耗更多动力和电池,但当我们提到能耗这个问题时，汽车制造商所面对的障碍不仅仅是动力和电池，带宽消耗也是他们需要解决的另一个主要问题。

在一个低成本“数据信息"后端支持的条件下生产互联网汽车，汽车制造商可以有效管理socket连接,并且支持开放数量有限的带宽使用。

使用开放socket连接允许数据双向流动，无需强迫服务器在每秒都做出数次相应。