E35-合集-智能网联汽车技术概论-4
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• 4)丰富的功能软件包。目前ROS已 经可以支持使用的第三方软件包数量 达到数千个,从而大大提高了开发与 测试的工作效率。
• 5)免费且开源性。ROS是一款免费 且开源的操作系统。ROS中的所有源 代码都是公开发布的,因此有利于人 们对ROS进一步的学习、研究与完善。
智能网联汽车的开发平台——ROS
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 5.服务(Service) • 服务建立通信的方式基于客户端-服务器的模式,一方面需要客户端发
送服务请求到服务器,另一方面需要服务器接收到请求后,对客户端进 行服务的响应。当节点之间需要进行直接通信时,只能采用服务的方式 进行通信,而不能通过话题的方式进行。例如,智能网联汽车在行驶过 程中想要提高车速,于是电子油门节点向毫米波雷达节点发出服务请求, 请求消息类型是方向为正前方,测量范围为200米。毫米波雷达节点接 收到服务请求后,进行正前方200米以内的探测后,将探测结果的响应 给电子油门节点,响应消息类型是无任何障碍物。
◣ 第二章 视觉传感器在智能网联汽 车中的应用
学习目标
1 熟悉视觉传感器的种类
2
了解单目视觉传感器的原理和特 点
3
了解双目视觉传感器的原理和特 点
4
了解红外夜视视觉传感器的原理 和特点
5
了解智能网联汽车领域中的图像 处理方法及应用
6
熟悉视觉传感器在智能网联汽车 中的应用
0
1
• 视觉传感器种类与原理
智能网联汽车的开发平台——ROS
• ROS从严格意义上来讲并不是一个真正 的操作系统,而是一款用于机器人或人 工智能的应用软件开发平台。要保证一 个复杂的系统稳定、高效地运行,每个 模块都能发挥出最大的潜能,ROS提供 了一个成熟有效的管理机制,使得系统 中的每个软硬件模块都能有效地进行互 动。它提供了大量的程序库和工具,从 而使得开发人员能够更好地在机器人或 人工智能领域中进行学习与研究。而且 ROS本身还具有许多功能,如硬件设备 驱动、可视化工具、消息传递等。
• 装软更件加库容(R易e,po而si且to能ry够)通:过RO一S个依软赖件于集共合维持一致的版本。 享开源代码与软件库的网站或主机服务, 在这里不同的机构能够发布和分享各自 的机器人软件与程序。
• ROS维基(ROS Wiki):ROS Wiki是 用于记录有关ROS系统信息的主要论坛。 任何人都可以注册账户、贡献自己的文 件、提供更正或更新、编写教程以及其 他行为。
智能网联汽车的开发平台——ROS
• ROS的特性,包括以下几点:
• 1)点对点设计。ROS在处理进程之 间的通信时,采用了耦合度相对较低 的点对点设计。
• 2)分布式设计。ROS是一个分布式 设计的框架,不仅可以实现ROS工程 之间的集成和发布,还能够移植到其 它机器人软件平台上使用。
• 3)支持多种语言。ROS可支持多种 编程语言,如C++、Java、Python、 Lisp、Lua、Ruby等。
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 3.开源社区级
• ROS开源社区级的概念主要是ROS资源,其能够通过独立的网络社区分享软件 和知识。这些资源包括:
• 发行版(Distribution):ROS发行版是可以独立安装、带有版本号的一系列综 合功能包。ROS发行版像Linux发行版一样发挥类似的作用。这使得ROS软件安
再将它们重新组织在一起。
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 2.计算图级 • ROS操作系统提供了大量的程序库和工
具,从而使得开发人员能够更好地在机 器人或人工智能领域中进行学习与研究。 而且ROS本身还具有许多功能,如硬件 设备驱动、可视化工具、消息传递等。 计算图级是ROS为了处理各节点间的数 据而建立的一种点对点的拓扑结构图。 主要包括:节点、节点管理器、话题、 消息、服务、参数服务器和消息记录包。
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 6.消息记录包(Bag) • 消息记录包是一种文件格式,主要用于在ROS中对消息数据、话题数
据、服务数据以及其他信息数据进行保存。通过记录包可实现情景再 现功能,主要应用于智能网联汽车相关功能的测试。
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 常见几类传感器通过各自驱动 的节点来提供感知信息,包括 image_raw 相机图像信息、 激光雷达形成的 Scan 信息、 Velodyne 激光雷达提供的点 云信息以及 GPS 系统提供的 定位信息等。通过订阅该信息 的各自处理节点,形成了扫描 图像、点云图像等进一步信息 列表。
• Ros系统应用视频演示
0
3
• 智能网联汽车的学习平台— —Gazebo
智能网联汽车的学习平台——Gazebo
• 在外部真实场景下进行对智能网联汽车 的操作、测试与研究是最有效的学习方 法,但在不具备实际操作设备的情况下, 可在虚拟仿真环境下学习智能网联汽车 技术,从而加深对智能网联相关技术的 认知与理解。
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 1.节点(Node)
• 一个节点即为一个可执行文件, 它通过ROS与其它节点进行通信。 在智能网联汽车中,我们可以把 激光雷达、毫米波雷达、摄像头、 GPS等传感器设备都分别定义成 为一个个单一的节点。在此举例 说明,首先把智能网联汽车本身 的制动系统定义为一个节点,然 后再把激光雷达定义为另一个节 点。当激光雷达探测到前方有障 碍时,激光雷达所在的这个节点 就会发出通知告诉制动系统。制 动系统接收到通知后,可根据探 测情况,开始进行下一步操作的 判断是采取减速、刹车还是继续 正常行驶。
• 1)可以帮助智能网联汽车进 行传感器设备的模拟调试与选 择;
• 2)利用Gazebo提供的仿真 环境,可以进行路径规划、实 时避障以及相关导航算法的模 拟试验。
• 3)配合ROS中的3D数据可视 化工具,进行快速地算法测试 和人工智能源自文库学习
参考视频:
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX学校 /学院
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 4.消息(Message) • 消息是节点之间进行通信传输的一种数
据类型。消息类型包括了ROS提供的标 准类型和用户自定义的类型。定义消息 类型必须包含消息的字段和消息的取值 两个部分。例如,定义一个名为障碍物 的消息类型,消息类型中包含三个字段 分别是障碍物的长度、宽度、高度。
• Gazebo是一款功能非常强大的虚拟仿 真工具,拥有强大的物理引擎和高质量 的图形界面
智能网联汽车的学习平台——Gazebo
• Gazebo具有以下特点如下:
• 1)模拟动力学,可访问多个高性能物理引擎; • 2)提供了逼真的环境渲染,包括高质量的照明、阴影和纹理; • 3)可生成带有噪音的仿真传感器,包括:激光测距仪、2D/3D摄
运行; • ④应用领域较为广泛,Linux不仅可在
计算机设备中使用、还可以在路由器、 机顶盒、手机、平板以及嵌入式设备中 进行安装并使用; • ⑤Linux系统本身消耗的内存相对较少; • 也正是因为Linux具有以上特点,所以 人们都将Linux作为基础系统,从而开 展对汽车自主驾驶或智能网联汽车领域 的学习和探索。
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 2.节点管理器(Master) • 节点管理器的作用主要有4个方面:为
ROS节点提供命名和注册服务;方便 ROS节点之间进行相互的查找;有助于 ROS节点之间建立相互的通信连接;提 供参数服务器,帮助ROS管理全局参数。
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 3.话题(Topic)
像机、Kinect风格的传感器、触点传感器、力-力矩传感器等; • 4)有很多基于传感器和环境控制的插件。 • 5)提供了许多仿真模型; • 6)可以在远程服务器上运行模拟操作并能使用protobufs结构化
数据存储格式进行TCP/IP的消息传输。
智能网联汽车的学习平台——Gazebo
• Gazebo在智能网联汽车中的应用,可以实现以下功能:
智能网联汽车的操作系统——Linux
• 汽车的网络信息互联不限于汽车中的电 子控制单元,还包括汽车与外部世界的 通信方式。汽车可能需要接入蜂窝无线 网络,信息娱乐系统将受益于连接到车 载移动设备,不仅可以访问设备上的多 媒体、应用程序和数据,还可以提供访 问互联网的新选项。
智能网联汽车的操作系统——Linux
• ROS是Robot(机器人)+ Operating (操作)+ System(系统)的简称, 即为机器人操作系统。ROS主要组件包 括ROS Master、ROS Node和ROS Service三种。
• 现代智能网联汽车的自主驾驶系统整合 了路径规划、避障、导航、交通信号监 测等多个软件模块和计算、控制、传感 器模块等多个硬件模块,如何有效调配 软硬件资源也是一个挑战。简单的嵌入 式系统并不能满足无人驾驶系统的上述 需求,我们需要一个成熟、稳定、高性 能的操作系统去管理各个模块。
• V2X能够实现 汽车与人之间、 汽车与汽车之 间、汽车与路 边基础设施之 间、甚至汽车 与云之间的自 动通信,能大 大提高汽车的 行驶安全性, 具有广阔的应 用前景。利用 Linux运行智能 网联汽车功能 是一种趋势。
视频参考
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2
• 智能网联汽车的开发平 台——ROS
智能网联汽车的开发平台——ROS
视觉传感器的基本认识
• 1.车载摄像头的功能
• 请说说智能网联汽车上的摄像头各有什 么功能?
• Bug提交系统(Bug Ticket System): 如果你发现问题或者想提出一个新功能, ROS提供这个资源去做这些。
• 邮件列表(Mailing list):ROS用户邮 件列表是关于ROS的主要交流渠道,能 够像论坛一样交流从ROS软件更新到 ROS软件使用中的各种疑问或信息。
智能网联汽车的开发平台——ROS
智能网联汽车的开发平台——ROS
• ROS的主要设计 目标是为了尽可 能地避免或减少 重复造车轮的现 象出现。共享大 量可复用的程序 及源代码,便于 更多的相关领域 人才参与到机器 人和人工智能两 大领域的学习和 研究中。
• 目前,ROS的应 用领域除了无人 驾驶和智能网联 汽车领域外,还 包括物流仓储领 域、工业生产领 域和交通管理领 域等。
• ROS的架构分为三个层次,分别是文件系统级、计算图级、开源 社区级。
• 1.ROS文件系统级 • 文件系统级主要是指在完成ROS的安装后,在硬盘中所生成的一系列关于ROS的
内部文件 • bin文件夹下存放的是二进制文件。这类文件只有在相关应用软件中才能够正确显
示出来,比如图像文件、音频文件、视频文件等。 • etc文件夹下存放的是相关的配置文件。 • include文件夹下存放的是c++头文件。 • lib文件夹下存放的是静态库文件。 • share文件夹下存放的是功能包相关的文件。 • *.sh文件是Linux系统的命令脚本文件。 • *.py文件是Python语言编写的脚本文件。 • ROS把不同功能组件分别放在不同的文件夹中。运行期间会分别根据实际的需要
智能网联汽车的操作系统——Linux
• 4.应用程序
• 安装完Linux后,系统一般都会为用户 提供文本编辑器、数据过滤器等程序集 合。
智能网联汽车的操作系统——Linux
• Linux系统的特点,具体如下: • ①系统源码对外开发,便于进一步研究
学习和完善Linux系统; • ②免费使用; • ③具有较高的稳定性能,可长时间连续
• 话题是节点之间进行通信的最基本方式。节点 之间的通信时,可以不需要进行直接的连接, 而是以发布和订阅的形式通过话题进行消息的 传输。一个节点可以发布多个话题,同样一个 话题也可以被多个节点订阅。例如,可分别把 智能网联汽车中的摄像头、转向系统、油门系 统、制动系统定义成4个节点。由摄像头节点发 布一个检测路面是否出现行人的话题,频率为 20Hz,这样就使摄像头节点成为一个话题的发 布者。再令转向系统、油门系统、制动系统分 别去订阅这个检测路面行人的话题,使其成为 话题的订阅者。如果前方没有出现行人的话, 转向系统和油门系统将继续正常工作;如果前 方出现行人的话,转向系统和油门系统在停止 工作的同时会开启制动系统。
• 5)免费且开源性。ROS是一款免费 且开源的操作系统。ROS中的所有源 代码都是公开发布的,因此有利于人 们对ROS进一步的学习、研究与完善。
智能网联汽车的开发平台——ROS
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 5.服务(Service) • 服务建立通信的方式基于客户端-服务器的模式,一方面需要客户端发
送服务请求到服务器,另一方面需要服务器接收到请求后,对客户端进 行服务的响应。当节点之间需要进行直接通信时,只能采用服务的方式 进行通信,而不能通过话题的方式进行。例如,智能网联汽车在行驶过 程中想要提高车速,于是电子油门节点向毫米波雷达节点发出服务请求, 请求消息类型是方向为正前方,测量范围为200米。毫米波雷达节点接 收到服务请求后,进行正前方200米以内的探测后,将探测结果的响应 给电子油门节点,响应消息类型是无任何障碍物。
◣ 第二章 视觉传感器在智能网联汽 车中的应用
学习目标
1 熟悉视觉传感器的种类
2
了解单目视觉传感器的原理和特 点
3
了解双目视觉传感器的原理和特 点
4
了解红外夜视视觉传感器的原理 和特点
5
了解智能网联汽车领域中的图像 处理方法及应用
6
熟悉视觉传感器在智能网联汽车 中的应用
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• 视觉传感器种类与原理
智能网联汽车的开发平台——ROS
• ROS从严格意义上来讲并不是一个真正 的操作系统,而是一款用于机器人或人 工智能的应用软件开发平台。要保证一 个复杂的系统稳定、高效地运行,每个 模块都能发挥出最大的潜能,ROS提供 了一个成熟有效的管理机制,使得系统 中的每个软硬件模块都能有效地进行互 动。它提供了大量的程序库和工具,从 而使得开发人员能够更好地在机器人或 人工智能领域中进行学习与研究。而且 ROS本身还具有许多功能,如硬件设备 驱动、可视化工具、消息传递等。
• 装软更件加库容(R易e,po而si且to能ry够)通:过RO一S个依软赖件于集共合维持一致的版本。 享开源代码与软件库的网站或主机服务, 在这里不同的机构能够发布和分享各自 的机器人软件与程序。
• ROS维基(ROS Wiki):ROS Wiki是 用于记录有关ROS系统信息的主要论坛。 任何人都可以注册账户、贡献自己的文 件、提供更正或更新、编写教程以及其 他行为。
智能网联汽车的开发平台——ROS
• ROS的特性,包括以下几点:
• 1)点对点设计。ROS在处理进程之 间的通信时,采用了耦合度相对较低 的点对点设计。
• 2)分布式设计。ROS是一个分布式 设计的框架,不仅可以实现ROS工程 之间的集成和发布,还能够移植到其 它机器人软件平台上使用。
• 3)支持多种语言。ROS可支持多种 编程语言,如C++、Java、Python、 Lisp、Lua、Ruby等。
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 3.开源社区级
• ROS开源社区级的概念主要是ROS资源,其能够通过独立的网络社区分享软件 和知识。这些资源包括:
• 发行版(Distribution):ROS发行版是可以独立安装、带有版本号的一系列综 合功能包。ROS发行版像Linux发行版一样发挥类似的作用。这使得ROS软件安
再将它们重新组织在一起。
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 2.计算图级 • ROS操作系统提供了大量的程序库和工
具,从而使得开发人员能够更好地在机 器人或人工智能领域中进行学习与研究。 而且ROS本身还具有许多功能,如硬件 设备驱动、可视化工具、消息传递等。 计算图级是ROS为了处理各节点间的数 据而建立的一种点对点的拓扑结构图。 主要包括:节点、节点管理器、话题、 消息、服务、参数服务器和消息记录包。
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 6.消息记录包(Bag) • 消息记录包是一种文件格式,主要用于在ROS中对消息数据、话题数
据、服务数据以及其他信息数据进行保存。通过记录包可实现情景再 现功能,主要应用于智能网联汽车相关功能的测试。
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 常见几类传感器通过各自驱动 的节点来提供感知信息,包括 image_raw 相机图像信息、 激光雷达形成的 Scan 信息、 Velodyne 激光雷达提供的点 云信息以及 GPS 系统提供的 定位信息等。通过订阅该信息 的各自处理节点,形成了扫描 图像、点云图像等进一步信息 列表。
• Ros系统应用视频演示
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3
• 智能网联汽车的学习平台— —Gazebo
智能网联汽车的学习平台——Gazebo
• 在外部真实场景下进行对智能网联汽车 的操作、测试与研究是最有效的学习方 法,但在不具备实际操作设备的情况下, 可在虚拟仿真环境下学习智能网联汽车 技术,从而加深对智能网联相关技术的 认知与理解。
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 1.节点(Node)
• 一个节点即为一个可执行文件, 它通过ROS与其它节点进行通信。 在智能网联汽车中,我们可以把 激光雷达、毫米波雷达、摄像头、 GPS等传感器设备都分别定义成 为一个个单一的节点。在此举例 说明,首先把智能网联汽车本身 的制动系统定义为一个节点,然 后再把激光雷达定义为另一个节 点。当激光雷达探测到前方有障 碍时,激光雷达所在的这个节点 就会发出通知告诉制动系统。制 动系统接收到通知后,可根据探 测情况,开始进行下一步操作的 判断是采取减速、刹车还是继续 正常行驶。
• 1)可以帮助智能网联汽车进 行传感器设备的模拟调试与选 择;
• 2)利用Gazebo提供的仿真 环境,可以进行路径规划、实 时避障以及相关导航算法的模 拟试验。
• 3)配合ROS中的3D数据可视 化工具,进行快速地算法测试 和人工智能源自文库学习
参考视频:
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX学校 /学院
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 4.消息(Message) • 消息是节点之间进行通信传输的一种数
据类型。消息类型包括了ROS提供的标 准类型和用户自定义的类型。定义消息 类型必须包含消息的字段和消息的取值 两个部分。例如,定义一个名为障碍物 的消息类型,消息类型中包含三个字段 分别是障碍物的长度、宽度、高度。
• Gazebo是一款功能非常强大的虚拟仿 真工具,拥有强大的物理引擎和高质量 的图形界面
智能网联汽车的学习平台——Gazebo
• Gazebo具有以下特点如下:
• 1)模拟动力学,可访问多个高性能物理引擎; • 2)提供了逼真的环境渲染,包括高质量的照明、阴影和纹理; • 3)可生成带有噪音的仿真传感器,包括:激光测距仪、2D/3D摄
运行; • ④应用领域较为广泛,Linux不仅可在
计算机设备中使用、还可以在路由器、 机顶盒、手机、平板以及嵌入式设备中 进行安装并使用; • ⑤Linux系统本身消耗的内存相对较少; • 也正是因为Linux具有以上特点,所以 人们都将Linux作为基础系统,从而开 展对汽车自主驾驶或智能网联汽车领域 的学习和探索。
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 2.节点管理器(Master) • 节点管理器的作用主要有4个方面:为
ROS节点提供命名和注册服务;方便 ROS节点之间进行相互的查找;有助于 ROS节点之间建立相互的通信连接;提 供参数服务器,帮助ROS管理全局参数。
智能网联汽车的开发平台——ROS
• 3.话题(Topic)
像机、Kinect风格的传感器、触点传感器、力-力矩传感器等; • 4)有很多基于传感器和环境控制的插件。 • 5)提供了许多仿真模型; • 6)可以在远程服务器上运行模拟操作并能使用protobufs结构化
数据存储格式进行TCP/IP的消息传输。
智能网联汽车的学习平台——Gazebo
• Gazebo在智能网联汽车中的应用,可以实现以下功能:
智能网联汽车的操作系统——Linux
• 汽车的网络信息互联不限于汽车中的电 子控制单元,还包括汽车与外部世界的 通信方式。汽车可能需要接入蜂窝无线 网络,信息娱乐系统将受益于连接到车 载移动设备,不仅可以访问设备上的多 媒体、应用程序和数据,还可以提供访 问互联网的新选项。
智能网联汽车的操作系统——Linux
• ROS是Robot(机器人)+ Operating (操作)+ System(系统)的简称, 即为机器人操作系统。ROS主要组件包 括ROS Master、ROS Node和ROS Service三种。
• 现代智能网联汽车的自主驾驶系统整合 了路径规划、避障、导航、交通信号监 测等多个软件模块和计算、控制、传感 器模块等多个硬件模块,如何有效调配 软硬件资源也是一个挑战。简单的嵌入 式系统并不能满足无人驾驶系统的上述 需求,我们需要一个成熟、稳定、高性 能的操作系统去管理各个模块。
• V2X能够实现 汽车与人之间、 汽车与汽车之 间、汽车与路 边基础设施之 间、甚至汽车 与云之间的自 动通信,能大 大提高汽车的 行驶安全性, 具有广阔的应 用前景。利用 Linux运行智能 网联汽车功能 是一种趋势。
视频参考
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• 智能网联汽车的开发平 台——ROS
智能网联汽车的开发平台——ROS
视觉传感器的基本认识
• 1.车载摄像头的功能
• 请说说智能网联汽车上的摄像头各有什 么功能?
• Bug提交系统(Bug Ticket System): 如果你发现问题或者想提出一个新功能, ROS提供这个资源去做这些。
• 邮件列表(Mailing list):ROS用户邮 件列表是关于ROS的主要交流渠道,能 够像论坛一样交流从ROS软件更新到 ROS软件使用中的各种疑问或信息。
智能网联汽车的开发平台——ROS
智能网联汽车的开发平台——ROS
• ROS的主要设计 目标是为了尽可 能地避免或减少 重复造车轮的现 象出现。共享大 量可复用的程序 及源代码,便于 更多的相关领域 人才参与到机器 人和人工智能两 大领域的学习和 研究中。
• 目前,ROS的应 用领域除了无人 驾驶和智能网联 汽车领域外,还 包括物流仓储领 域、工业生产领 域和交通管理领 域等。
• ROS的架构分为三个层次,分别是文件系统级、计算图级、开源 社区级。
• 1.ROS文件系统级 • 文件系统级主要是指在完成ROS的安装后,在硬盘中所生成的一系列关于ROS的
内部文件 • bin文件夹下存放的是二进制文件。这类文件只有在相关应用软件中才能够正确显
示出来,比如图像文件、音频文件、视频文件等。 • etc文件夹下存放的是相关的配置文件。 • include文件夹下存放的是c++头文件。 • lib文件夹下存放的是静态库文件。 • share文件夹下存放的是功能包相关的文件。 • *.sh文件是Linux系统的命令脚本文件。 • *.py文件是Python语言编写的脚本文件。 • ROS把不同功能组件分别放在不同的文件夹中。运行期间会分别根据实际的需要
智能网联汽车的操作系统——Linux
• 4.应用程序
• 安装完Linux后,系统一般都会为用户 提供文本编辑器、数据过滤器等程序集 合。
智能网联汽车的操作系统——Linux
• Linux系统的特点,具体如下: • ①系统源码对外开发,便于进一步研究
学习和完善Linux系统; • ②免费使用; • ③具有较高的稳定性能,可长时间连续
• 话题是节点之间进行通信的最基本方式。节点 之间的通信时,可以不需要进行直接的连接, 而是以发布和订阅的形式通过话题进行消息的 传输。一个节点可以发布多个话题,同样一个 话题也可以被多个节点订阅。例如,可分别把 智能网联汽车中的摄像头、转向系统、油门系 统、制动系统定义成4个节点。由摄像头节点发 布一个检测路面是否出现行人的话题,频率为 20Hz,这样就使摄像头节点成为一个话题的发 布者。再令转向系统、油门系统、制动系统分 别去订阅这个检测路面行人的话题,使其成为 话题的订阅者。如果前方没有出现行人的话, 转向系统和油门系统将继续正常工作;如果前 方出现行人的话,转向系统和油门系统在停止 工作的同时会开启制动系统。