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本書全面介紹車聯網、網聯自動駕駛和智能交通相關領域的產業、技術和政策的發展現狀與發展趨勢，並分析和研究車聯網、網了自動駕駛和智能交通的應用、業務需求、數據交換、體系架構和技術發展路徑，分析我國在車聯網與網聯自動駕駛和智能交通相關領域現狀與存在的問題，提出應對方略。
作者簡介
中國移動研究院zi深研究員，現在研究方向包括：物聯網、車聯網、智能汽車、工業互聯網、智能製造等領域的產業研究，和國際運營商轉型戰略研究。1985年，東南大學無線電工程系碩士，1994年，北京郵電大學信息工程系博士，2005年，復旦大學/挪威管理學院工商管理碩士。曾任UT斯達康（中國）有限公司技術與標準戰略總監。
目次
目 錄
第 一章 汽車與交通的網聯化和智能化 ................................................................................. 1
1.1 工業革命的發展歷程 ............................................................................................... 1
1.2 汽車的起源和發展的驅動力 ................................................................................... 2
1.2.1 汽車的發明 .................................................................................................... 2
1.2.2 汽車的電子化 ................................................................................................ 3
1.2.3 車聯網――汽車的網聯化 ........................................................................... 5
1.2.4 汽車的智能化與自動化 ................................................................................ 7
1.2.5 車輛和交通數據信息的共享化 .................................................................... 9
1.3 智能汽車與自動駕駛未來的發展 ......................................................................... 11
D二章 汽車電子控制技術和診斷系統 ............................................................................... 13
2.1 汽車電子控制系統 ................................................................................................. 13
2.1.1汽車電子控制系統工作原理 ....................................................................... 13
2.1.2汽車電子控制系統軟件的標準化 ―― AutoSAR .................................. 16
2.1.3汽車微控制器及典型芯片產品 ................................................................... 18
2.1.4汽車電子控制系統的應用 ........................................................................... 20
2.1.4.1發動機管理系統 ................................................................................ 20
2.1.4.2電子控制的自動變速器 .................................................................... 21
2.1.4.3制動防抱死系統 ................................................................................ 22
2.1.4.4電子控制懸架系統 ............................................................................ 22
5
2.1.4.5電動助力轉向系統 ............................................................................ 22
2.1.4.6 純電動汽車的電子控制系統 ........................................................... 23
2.2 汽車控制總線 ......................................................................................................... 24
2.2.1控制局域網 ―― CAN總線 ..................................................................... 25
2.2.2 局部連接網絡 ―― LIN總線 ................................................................... 27
2.2.3 汽車總線的發展趨勢―― 車載以太網 ................................................... 28
2.2.3.1 車載以太網標準 ............................................................................... 28
2.2.3.2 時間敏感網絡的基本原理和關鍵技術 ........................................... 29
2.2.3.3 車載以太網的發展趨勢 ................................................................... 30
2.3 汽車診斷系統 ......................................................................................................... 32
2.3.1汽車診斷系統的工作原理 ........................................................................... 33
2.3.2汽車診斷通信協議 ....................................................................................... 34
2.3.3車輛數據與車輛數據信息服務 ................................................................... 36
2.3.3.1車輛數據............................................................................................ 36
2.3.3.2 網聯車載診斷終端 ........................................................................... 37
2.3.3.3 車輛數據信息服務與產業生態 ....................................................... 39
2.3.3.4 網聯車載診斷終端的發展 ............................................................... 40
汽車網聯化..................................................................................................................................... 43
第三章 車聯網技術與定位導航 ........................................................................................... 44
3.1 車聯網體系架構及數據信息共享 ......................................................................... 44
3.1.1車聯網體系架構 ........................................................................................... 44
3.1.2 車輛與交通數據信息的共享 ...................................................................... 46
6
3.2 基於專yong短距離通信的V2X協同通信 ................................................................ 47
3.2.1 專yong短距離通信(DSRC)技術 ..................................................................... 48
3.2.2 IEEE 802.11p協議 ..................................................................................... 49
3.2.3 IEEE 1609.X協議 ........................................................................................ 51
3.2.4 DSRC的應用和發展 ................................................................................... 52
3.3 蜂窩移動通信 ......................................................................................................... 53
3.3.1 2G/3G蜂窩移動通信 ................................................................................. 54
3.3.2 4G蜂窩移動通信 ........................................................................................ 55
3.3.3 5G蜂窩移動通信 ........................................................................................ 55
3.3.4蜂窩-V2X（C-V2X）協同通信.................................................................. 57
3.3.4.1 C-V2X協同通信標準的發展 .......................................................... 57
3.3.4.2 C-V2X協同通信網絡架構 .............................................................. 59
3.3.4.3 C-V2X協同通信產業發展現狀 ...................................................... 60
3.4 衛星定位系統和慣性導航系統 ............................................................................. 62
3.4.1 衛星定位系統 .............................................................................................. 62
3.4.1.1衛星定位的原理 ................................................................................ 63
3.4.1.2 衛星定位系統的發展情況 ................................................................ 64
3.4.1.3 地基增強系統及高精度衛星定位 ................................................... 65
3.4.2 慣性導航系統 .............................................................................................. 66
3.4.2.1 慣性導航系統的工作原理 ............................................................... 66
3.4.2.2 慣性導航系統與衛星的融合定位 ................................................... 67
第四章 車載終端與車載信息服務 ....................................................................................... 71
7
4.1 車載信息服務終端的演進與發展 ......................................................................... 71
4.1.1車載信息娛樂系統 ....................................................................................... 71
4.1.2 車載信息服務終端與應用 .......................................................................... 73
4.2 車載信息服務終端操作系統 ................................................................................. 75
4.2.1 車載信息服務終端的軟件體系結構 .......................................................... 75
4.2.2 WinCE車載操作系統 ................................................................................. 76
4.2.3 QNX的車載操作系統 ................................................................................. 78
4.2.4 阿裡YunOS車載操作系統 ....................................................................... 81
4.2.5車載信息娛樂產業聯盟(GENIVI)的操作系統 ........................................... 82
4.3整車廠主導的車載信息服務模式 .......................................................................... 87
4.3.1 汽車導航服務 .............................................................................................. 88
4.3.2 信息娛樂服務 .............................................................................................. 89
4.3.3 通信服務 ...................................................................................................... 90
4.3.4 上網服務 ...................................................................................................... 91
4.3.5 道路救援與緊急救援服務 .......................................................................... 93
4.4 服務提供商主導的車載信息服務模式 ................................................................. 95
4.5 基於智能手機的車載信息服務投影模式 ............................................................. 98
4.5.1 Mirrorlink .................................................................................................... 99
4.5.2 蘋果的CarPlay ......................................................................................... 100
4.5.3 穀歌的Android Auto ............................................................................. 101
4.5.4 投影模式的比較 ........................................................................................ 103
4.6 商業運輸管理服務 ............................................................................................... 104
8
第五章 網聯駕駛與協作式智能交通 ................................................................................. 109
5.1 網聯駕駛生態環境 ............................................................................................... 109
5.2 網聯駕駛體系架構 ............................................................................................... 111
5.2.1 交通運行數據 ............................................................................................ 112
5.2.2運輸出行數據 ............................................................................................. 114
5.2.3數據交換 ..................................................................................................... 115
5.3 網聯駕駛應用 ....................................................................................................... 117
5.3.1 交通安全應用 ............................................................................................ 117
5.3.1.1 V2V交通安全應用 ......................................................................... 118
5.3.1.2 V2I交通安全應用 .......................................................................... 121
5.3.2 交通管理應用 ............................................................................................ 123
5.3.3 節能環保應用 ............................................................................................ 126
5.3.4 道路管理應用 ............................................................................................ 129
5.3.5 公交運輸管理應用 .................................................................................... 130
5.3.6 商業運輸管理應用 .................................................................................... 132
5.3.7 個人與車輛出行應用 ................................................................................ 134
5.4 各國網聯駕駛和協作式智能交通應用與示範 ................................................... 136
5.4.1美國網聯汽車應用與示範 ......................................................................... 136
5.4.1.1美國網聯汽車參考實現體系架構 .................................................. 136
5.4.1.2安娜堡V2X網聯汽車應用示範 .................................................... 137
5.4.2歐洲協作式智能交通應用與示範 ............................................................. 139
5.4.2.1協作式智能交通C-ITS協議架構 .................................................. 139
9
5.4.2.2協作式智能交通應用與示範 .......................................................... 140
5.4.3 日本智能交通和網聯駕駛應用與示範 .................................................... 141
5.4.4智能交通和網聯駕駛應用的發展趨勢 ..................................................... 142
汽車智能化................................................................................................................................... 144
第六章 智能汽車與自動駕駛 ............................................................................................. 145
6.1 自動駕駛的分級與發展趨勢 ............................................................................... 145
6.1.1自動駕駛的分級 ......................................................................................... 145
6.1.2 自主式自動駕駛發展路線圖 .................................................................... 148
6.2 駕駛輔助及其功能 ............................................................................................... 149
6.3 自動駕駛的演進路徑與功能體系架構 ............................................................... 151
6.3.1 自動駕駛的演進路徑 ................................................................................ 151
6.3.2 汽車智能化技術對人類駕駛的替代 ........................................................ 152
6.3.3 自動駕駛功能體系架構 ............................................................................ 153
6.3.4 自動駕駛決策子系統的功能 .................................................................... 155
6.3.4.1路徑規劃.......................................................................................... 156
6.3.4.2 行為決策......................................................................................... 156
6.3.4.3 運動規劃......................................................................................... 158
6.3.4.4 操作指令......................................................................................... 160
6.3.4.5控制執行.......................................................................................... 160
6.3.5 自動駕駛閉環控制系統 ............................................................................ 160
6.4 自動駕駛中的關鍵技術 ....................................................................................... 162
第七章 視覺傳感設備 ......................................................................................................... 166
10
7.1 車載傳感設備的作用 ........................................................................................... 166
7.2 攝像頭傳感器 ....................................................................................................... 169
7.2.1 車載攝像頭的位置及功能 ........................................................................ 170
7.2.2 攝像頭傳感器典型產品 ............................................................................ 171
7.3 紅外夜視攝像頭傳感器 ....................................................................................... 173
7.3.1 被動紅外熱成像技術 ................................................................................ 174
7.3.2 主動紅外成像技術 .................................................................................... 174
7.3.3 紅外夜視攝像頭的典型產品 .................................................................... 175
7.4 視覺識別技術 ....................................................................................................... 176
7.4.1 Mobileye的單目視覺識別 ...................................................................... 176
7.4.1.1 Mobileye的視覺處理芯片及研發歷程 ....................................... 177
7.4.1.2 Mobileye的駕駛輔助 ................................................................... 178
7.4.2 圖森科技基於深度學習的視覺識別 ........................................................ 178
7.4.3 中科慧眼的雙目視覺檢測 ........................................................................ 179
7.4.4 總結 ............................................................................................................ 181
第八章 車載雷達 ................................................................................................................. 184
8.1 車載毫米波雷達 ................................................................................................... 185
8.1.1車載毫米波雷達工作原理 ......................................................................... 186
8.1.2車載毫米波雷達的位置及功能 ................................................................. 187
8.1.3 毫米波雷達典型器件 ................................................................................ 189
8.1.3.1 基於PCB板的毫米波天線 ........................................................... 189
8.1.3.2 毫米波收發模塊微波集成電路 ..................................................... 190
11
8.1.4 車載毫米波雷達系統典型產品 ................................................................ 191
8.1.5 防碰撞測試評價標準 ................................................................................ 193
8.1.6 車載毫米波雷達的技術發展趨勢 ............................................................ 194
8.2 車載超聲波雷達 ................................................................................................... 195
8.2.1 車載超聲波雷達工作原理 ........................................................................ 196
8.2.2 車載超聲波雷達的位置及功能 ................................................................ 197
8.2.3 車載超聲波雷達典型產品 ........................................................................ 198
8.3 車載激光雷達 ....................................................................................................... 201
8.3.1 車載激光雷達工作原理及分類 ................................................................ 201
8.3.2 3D扇形掃描激光雷達典型產品 .............................................................. 202
8.3.2.1 3D扇形掃描激光雷達的位置及功能 ........................................... 202
8.3.2.2 Ibeo 3D扇形掃描激光雷達 ......................................................... 202
8.3.2.3 Quanergy固態激光雷達 .............................................................. 206
8.3.3 3D旋轉式掃描激光雷達典型產品 .......................................................... 208
8.3.3.1 3D旋轉式掃描激光雷達的功能 ................................................... 208
8.3.3.2 Velodyne 3D旋轉式掃描激光雷達 ............................................ 209
8.3.4 車載激光雷達產業現狀與技術發展趨勢 ................................................ 215
第九章 高精度地圖及創建、製作和共享 ......................................................................... 218
9.1 高精度地圖的作用與架構 ................................................................................... 219
9.1.1 高精度地圖的作用 .................................................................................... 219
９.1.2 高精度地圖的分層體系架構 .................................................................. 220
９.1.3 類型1-永jiu靜態數據 ............................................................................. 222
12
９.1.4 類型2-准靜態數據 ................................................................................. 223
９.1.5 類型3-准動態數據 ................................................................................. 223
９.1.6 類型4-高度動態數據 ............................................................................. 224
9.2 同步定位與地圖創建(SLAM) ............................................................................. 224
9.2.1 基於SLAM技術的車輛環境感知地圖創建 ........................................... 225
9.2.2 基於SLAM技術的高精度車輛定位 ....................................................... 227
９.3 高精度靜態地圖的製作 ..................................................................................... 227
９.3.１ 靜態地圖數據采集生態環境 ................................................................. 228
９.3.２ 高精度地圖數據更新 ............................................................................. 229
９.3.３ 英偉達端到端高精度地圖製作方案 ..................................................... 230
９.3.４ Civil Maps實時高精度地圖製作方案 ................................................ 231
９.4 高精度地圖典型產品 ......................................................................................... 232
９.4.１ 谷歌街景地圖......................................................................................... 232
９.4.２ HERE 3D高精度地圖 ........................................................................... 234
９.4.３ 我國自動駕駛地圖典型產品 ................................................................. 235
９.4.３.１ 百度地圖 .................................................................................... 235
９.4.３.２ 高德地圖 .................................................................................... 236
９.4.３.３ 四維圖新 .................................................................................... 237
9.5 動態地圖數據更新與共享 ................................................................................... 238
9.5.1 准動態地圖數據的採集與發佈 ................................................................ 238
9.5.2 高度動態數據的採集與發佈 .................................................................... 241
9.5.3 Mobileye道路經驗管理系統的地圖數據采集與發佈 .......................... 242
13
9.5.4 博世道路特徵的採集與發佈 .................................................................... 243
9.5.5 大陸集團准動態地圖數據的採集與發佈 ................................................ 245
9.5.6 HERE准動態地圖數據的採集與發佈 ...................................................... 246
第十章 人工智能與自動駕駛 ............................................................................................. 249
10.1 人工智能的發展 ................................................................................................. 249
10.1.1 人工智能的基本概念.............................................................................. 249
10.1.2 人工智能的發展歷史.............................................................................. 251
10.1.2.1 專家系統 ...................................................................................... 251
10.1.2.2 機器學習系統 .............................................................................. 251
10.1.3 人工智能在自動駕駛中的應用 .............................................................. 252
10.2 人工神經網絡與自動駕駛 ................................................................................. 253
10.2.1 人工神經網絡的原理與發展 .................................................................. 253
10.2.1.1 監督學習的神經網絡 .................................................................. 254
10.2.1.2非監督學習與深度神經網絡 ....................................................... 255
10.2.2人工神經網絡在自動駕駛中的應用 ....................................................... 257
10.2.2.1 環境識別和地圖創建 .................................................................. 257
10.2.2.2深度學習與軌跡規劃 ................................................................... 257
10.2.3 英偉達端到端的自動駕駛深度神經網絡訓練 ...................................... 258
10.2.3.1 路情數據采集 .............................................................................. 258
10.2.3.2 深度神經網絡訓練 ...................................................................... 259
10.2.3.3 駕駛場景仿真器 .......................................................................... 260
10.2.3.4 英偉達人工智能汽車BB8 .......................................................... 261
14
10.2.3.5 打開神經網絡黑箱 ...................................................................... 262
10.2.4深度神經網絡路情數據共享 ................................................................... 263
10.3 增強學習與自動駕駛 ......................................................................................... 266
10.3.1 增強學習的原理及應用 .......................................................................... 266
10.3.2 深度增強學習的自動駕駛決策應用 ...................................................... 267
10.4貝葉斯網絡與自動駕駛 ...................................................................................... 269
10.4.1 貝葉斯網絡的原理及應用 ...................................................................... 269
10.4.2貝葉斯網絡的自動駕駛應用 ................................................................... 270
10.5基於雲端決策的聯網自動駕駛和智能交通 ...................................................... 272
產業發展與政策 ........................................................................................................................... 276
第十一章 自動駕駛產業生態與產業發展 ......................................................................... 277
11.1 自動駕駛出行服務與產業生態 ......................................................................... 277
11.1.1 新興的自動駕駛出行服務 ...................................................................... 277
11.1.2 新興的自動駕駛產業鏈 .......................................................................... 278
11.1.3 自動駕駛的發展路徑.............................................................................. 280
11.2 車載計算平臺與自動駕駛產業生態 ................................................................. 281
11.2.1 人工智能超算芯片.................................................................................. 281
11.2.1.1 圖形處理單元（GPU）及典型產品 .......................................... 282
11.2.1.2 可編程門陣列（FPGA） ............................................................ 284
11.2.1.3 專yong集成電路（ASIC） ............................................................. 285
11.2.2 英偉達的車載計算平臺與自動駕駛產業生態 ...................................... 285
11.2.2.1 英偉達的車載計算平臺Drive PX ............................................. 285
15
11.2.2.2 人工智能汽車軟件平臺 (AI CAR PLATFORM) ...................... 287
11.2.2.3 英偉達的自動駕駛產業生態 ...................................................... 288
11.2.3 英特爾的車載計算平臺與自動駕駛產業生態 ...................................... 289
11.2.3.1 英特爾的車載計算平臺Intel Go .............................................. 289
11.2.3.2 Mobileye的自動駕駛軟件能力 ................................................ 290
11.2.3.3 英特爾的自動駕駛產業生態 ...................................................... 291
11.3 人工智能軟件開發商的自動駕駛系統 ............................................................. 291
11.3.1 穀歌 L4 級別的無人駕駛汽車 ............................................................... 291
11.3.1.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 291
11.3.1.2 解決方案與發展歷程 .................................................................. 292
11.3.2 百度 L4 與L3級別的自動駕駛系統 ..................................................... 294
11.3.2.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 294
11.3.2.2 L4級別的自動駕駛系統與發展歷程 .......................................... 295
11.3.2.3 L3級別的自動駕駛系統與發展歷程 .......................................... 297
11.4 汽車集成商的自動駕駛系統 ............................................................................. 298
11.4.1 德爾福的L4 級別的自動駕駛系統 ....................................................... 298
11.4.1.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 298
11.4.1.2 解決方案與發展歷程 .................................................................. 299
11.4.2 博世的自動駕駛解決方案 ...................................................................... 303
11.4.2.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 303
11.4.2.2 解決方案與發展歷程 .................................................................. 303
11.5 汽車製造商的自動駕駛系統 ............................................................................. 305
16
11.5.1 奧迪 L3 級別的自動駕駛系統 ............................................................... 305
11.5.1.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 305
11.5.1.2 奧迪的車載計算平臺zFAS ........................................................ 306
11.5.1.3 解決方案與發展歷程 .................................................................. 310
11.5.2 特斯拉L2/L3級別的自動駕駛系統 ..................................................... 312
11.5.2.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 312
11.5.2.2 發展歷程與自動駕駛交通事故 .................................................. 313
11.5.3福特 L4 級別的無人駕駛汽車 ................................................................ 316
11.5.3.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 316
11.5.3.2 解決方案與發展歷程 .................................................................. 316
11.5.4 通用的L2與L4 級別的自動駕駛系統 ................................................. 319
11.5.4.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 319
11.5.4.2 L2自動駕駛系統與發展歷程 ...................................................... 319
11.5.4.3 L4自動駕駛系統與發展歷程 ...................................................... 320
11.5.5 豐田 L2 /L3與L4級別的自動駕駛系統 .............................................. 321
11.5.5.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 321
11.5.5.2 解決方案與發展歷程 .................................................................. 322
第十二章 國外產業發展政策 ............................................................................................. 328
12.1 美國產業發展政策 ............................................................................................. 329
12.1.1美國網聯駕駛與智能交通產業發展政策 ............................................... 329
12.1.1.1美國交通部與V2X網聯汽車應用項目 ...................................... 329
12.1.1.2 V2V 安全應用與V2V終端強制安裝法規 ................................. 330
17
12.1.2 美國自動駕駛產業發展政策 .................................................................. 331
12.1.2.1 《自動駕駛汽車政策指南》 ...................................................... 332
12.1.2.2 《自動駕駛系統指南：安全願景2.0》 .................................... 333
12.1.2.3 美國十大自動駕駛測試場 .......................................................... 335
12.2 歐洲產業發展政策 ............................................................................................. 336
12.2.1歐盟協作式智能交通產業發展政策 ....................................................... 336
12.2.2 歐洲相關國家自動駕駛產業發展政策 .................................................. 337
12.2.2.1 德國 .............................................................................................. 337
12.2.2.2英國 ............................................................................................... 338
12.2.2.3 法國 .............................................................................................. 338
12.2.2.4 瑞典 .............................................................................................. 338
12.3 日本產業發展政策 ............................................................................................. 339
12.3.1日本網聯駕駛與智能交通產業發展政策 ............................................... 339
12.3.2 日本自動駕駛產業發展政策 .................................................................. 341
12.4 亞洲相關國家產業發展政策 ............................................................................. 343
12.4.1韓國自動駕駛產業發展政策 ................................................................... 343
12.4.2新加坡自動駕駛產業發展政策 ............................................................... 343
第十三章 我國智能交通/汽車產業發展現狀與未來 ....................................................... 346
13.1我國相關產業發展政策 ...................................................................................... 346
13.1.1《智能汽車創新發展戰略》 .................................................................... 346
13.1.2《汽車產業中長期發展規劃》 ................................................................ 346
13.1.3《推進“互聯網+”便捷交通 促進智能交通發展的實施方案》 ....... 347
18
13.1.4《新一代人工智能發展規劃》 ................................................................ 348
13.1.5《國家集成電路產業發展推進綱要》 .................................................... 348
13.2 我國相關標準化組織與標準化工作 ................................................................. 349
13.2.1 全國汽車標準化技術委員會智能網聯汽車分技術委員會 .................. 349
13.2.2 中國智能網聯汽車產業技術創新聯盟 .................................................. 350
13.2.2.1 智能網聯汽車技術路線圖 .......................................................... 351
13.2.2.2 技術研究和標準制定 .................................................................. 353
13.2.3 中國通信標準化協會.............................................................................. 354
13.2.4 IMT-2020(5G)推進組 ............................................................................ 354
13.2.5 車載信息服務產業應用聯盟 .................................................................. 355
13.2.6 公an部道路交通管理標準化技術委員會 .............................................. 356
13.2.7 《國家車聯網產業標準體系建設指南》 .............................................. 356
13.2.7.1 車聯網產業標準體系總體架構 .................................................. 357
13.2.7.2 智能網聯汽車標準體系 .............................................................. 357
13.2.7.3 信息通信標準體系 ...................................................................... 358
13.2.7.4 電子產品與服務標準體系 .......................................................... 360
13.2.7.5 智能交通相關標準體系 .............................................................. 362
13.2.7.6 車輛智能管理標準體系 .............................................................. 363
13.3 我國網聯智能汽車和智能交通的應用示範 ..................................................... 364
13.3.1 新一代國家交通控制網示範工程 .......................................................... 365
13.3.2 上海智能網聯汽車試點示範 .................................................................. 365
13.3.3 重慶智能汽車集成系統試驗區（i-VISTA） ........................................ 367
19
13.3.4 北京/河北智能汽車與智慧交通應用示範 ............................................ 370
13.4 智能交通與自動駕駛面臨的主要挑戰 ............................................................. 370
13.4.1車聯網產業標準體系的挑戰 ................................................................... 370
13.4.2 我國汽車行業研發投入不足 .................................................................. 371
13.5 我國的產業發展機遇與應對方略 ..................................................................... 373
13.5.1 從國家戰略的高度規劃車聯網與網聯自動駕駛和智能交通 .............. 373
13.5.2 加強跨行業跨領域的總體架構設計與標準化工作 .............................. 374
13.5.3 加大車聯網與網聯自動駕駛和智能交通的研發投入 .......................... 374
13.5.4 建立跨部門跨行業的政策協同和項目運作機制 .................................. 375
第 一章 汽車與交通的網聯化和智能化 ................................................................................. 1
1.1 工業革命的發展歷程 ............................................................................................... 1
1.2 汽車的起源和發展的驅動力 ................................................................................... 2
1.2.1 汽車的發明 .................................................................................................... 2
1.2.2 汽車的電子化 ................................................................................................ 3
1.2.3 車聯網――汽車的網聯化 ........................................................................... 5
1.2.4 汽車的智能化與自動化 ................................................................................ 7
1.2.5 車輛和交通數據信息的共享化 .................................................................... 9
1.3 智能汽車與自動駕駛未來的發展 ......................................................................... 11
D二章 汽車電子控制技術和診斷系統 ............................................................................... 13
2.1 汽車電子控制系統 ................................................................................................. 13
2.1.1汽車電子控制系統工作原理 ....................................................................... 13
2.1.2汽車電子控制系統軟件的標準化 ―― AutoSAR .................................. 16
2.1.3汽車微控制器及典型芯片產品 ................................................................... 18
2.1.4汽車電子控制系統的應用 ........................................................................... 20
2.1.4.1發動機管理系統 ................................................................................ 20
2.1.4.2電子控制的自動變速器 .................................................................... 21
2.1.4.3制動防抱死系統 ................................................................................ 22
2.1.4.4電子控制懸架系統 ............................................................................ 22
5
2.1.4.5電動助力轉向系統 ............................................................................ 22
2.1.4.6 純電動汽車的電子控制系統 ........................................................... 23
2.2 汽車控制總線 ......................................................................................................... 24
2.2.1控制局域網 ―― CAN總線 ..................................................................... 25
2.2.2 局部連接網絡 ―― LIN總線 ................................................................... 27
2.2.3 汽車總線的發展趨勢―― 車載以太網 ................................................... 28
2.2.3.1 車載以太網標準 ............................................................................... 28
2.2.3.2 時間敏感網絡的基本原理和關鍵技術 ........................................... 29
2.2.3.3 車載以太網的發展趨勢 ................................................................... 30
2.3 汽車診斷系統 ......................................................................................................... 32
2.3.1汽車診斷系統的工作原理 ........................................................................... 33
2.3.2汽車診斷通信協議 ....................................................................................... 34
2.3.3車輛數據與車輛數據信息服務 ................................................................... 36
2.3.3.1車輛數據............................................................................................ 36
2.3.3.2 網聯車載診斷終端 ........................................................................... 37
2.3.3.3 車輛數據信息服務與產業生態 ....................................................... 39
2.3.3.4 網聯車載診斷終端的發展 ............................................................... 40
汽車網聯化..................................................................................................................................... 43
第三章 車聯網技術與定位導航 ........................................................................................... 44
3.1 車聯網體系架構及數據信息共享 ......................................................................... 44
3.1.1車聯網體系架構 ........................................................................................... 44
3.1.2 車輛與交通數據信息的共享 ...................................................................... 46
6
3.2 基於專yong短距離通信的V2X協同通信 ................................................................ 47
3.2.1 專yong短距離通信(DSRC)技術 ..................................................................... 48
3.2.2 IEEE 802.11p協議 ..................................................................................... 49
3.2.3 IEEE 1609.X協議 ........................................................................................ 51
3.2.4 DSRC的應用和發展 ................................................................................... 52
3.3 蜂窩移動通信 ......................................................................................................... 53
3.3.1 2G/3G蜂窩移動通信 ................................................................................. 54
3.3.2 4G蜂窩移動通信 ........................................................................................ 55
3.3.3 5G蜂窩移動通信 ........................................................................................ 55
3.3.4蜂窩-V2X（C-V2X）協同通信.................................................................. 57
3.3.4.1 C-V2X協同通信標準的發展 .......................................................... 57
3.3.4.2 C-V2X協同通信網絡架構 .............................................................. 59
3.3.4.3 C-V2X協同通信產業發展現狀 ...................................................... 60
3.4 衛星定位系統和慣性導航系統 ............................................................................. 62
3.4.1 衛星定位系統 .............................................................................................. 62
3.4.1.1衛星定位的原理 ................................................................................ 63
3.4.1.2 衛星定位系統的發展情況 ................................................................ 64
3.4.1.3 地基增強系統及高精度衛星定位 ................................................... 65
3.4.2 慣性導航系統 .............................................................................................. 66
3.4.2.1 慣性導航系統的工作原理 ............................................................... 66
3.4.2.2 慣性導航系統與衛星的融合定位 ................................................... 67
第四章 車載終端與車載信息服務 ....................................................................................... 71
7
4.1 車載信息服務終端的演進與發展 ......................................................................... 71
4.1.1車載信息娛樂系統 ....................................................................................... 71
4.1.2 車載信息服務終端與應用 .......................................................................... 73
4.2 車載信息服務終端操作系統 ................................................................................. 75
4.2.1 車載信息服務終端的軟件體系結構 .......................................................... 75
4.2.2 WinCE車載操作系統 ................................................................................. 76
4.2.3 QNX的車載操作系統 ................................................................................. 78
4.2.4 阿裡YunOS車載操作系統 ....................................................................... 81
4.2.5車載信息娛樂產業聯盟(GENIVI)的操作系統 ........................................... 82
4.3整車廠主導的車載信息服務模式 .......................................................................... 87
4.3.1 汽車導航服務 .............................................................................................. 88
4.3.2 信息娛樂服務 .............................................................................................. 89
4.3.3 通信服務 ...................................................................................................... 90
4.3.4 上網服務 ...................................................................................................... 91
4.3.5 道路救援與緊急救援服務 .......................................................................... 93
4.4 服務提供商主導的車載信息服務模式 ................................................................. 95
4.5 基於智能手機的車載信息服務投影模式 ............................................................. 98
4.5.1 Mirrorlink .................................................................................................... 99
4.5.2 蘋果的CarPlay ......................................................................................... 100
4.5.3 穀歌的Android Auto ............................................................................. 101
4.5.4 投影模式的比較 ........................................................................................ 103
4.6 商業運輸管理服務 ............................................................................................... 104
8
第五章 網聯駕駛與協作式智能交通 ................................................................................. 109
5.1 網聯駕駛生態環境 ............................................................................................... 109
5.2 網聯駕駛體系架構 ............................................................................................... 111
5.2.1 交通運行數據 ............................................................................................ 112
5.2.2運輸出行數據 ............................................................................................. 114
5.2.3數據交換 ..................................................................................................... 115
5.3 網聯駕駛應用 ....................................................................................................... 117
5.3.1 交通安全應用 ............................................................................................ 117
5.3.1.1 V2V交通安全應用 ......................................................................... 118
5.3.1.2 V2I交通安全應用 .......................................................................... 121
5.3.2 交通管理應用 ............................................................................................ 123
5.3.3 節能環保應用 ............................................................................................ 126
5.3.4 道路管理應用 ............................................................................................ 129
5.3.5 公交運輸管理應用 .................................................................................... 130
5.3.6 商業運輸管理應用 .................................................................................... 132
5.3.7 個人與車輛出行應用 ................................................................................ 134
5.4 各國網聯駕駛和協作式智能交通應用與示範 ................................................... 136
5.4.1美國網聯汽車應用與示範 ......................................................................... 136
5.4.1.1美國網聯汽車參考實現體系架構 .................................................. 136
5.4.1.2安娜堡V2X網聯汽車應用示範 .................................................... 137
5.4.2歐洲協作式智能交通應用與示範 ............................................................. 139
5.4.2.1協作式智能交通C-ITS協議架構 .................................................. 139
9
5.4.2.2協作式智能交通應用與示範 .......................................................... 140
5.4.3 日本智能交通和網聯駕駛應用與示範 .................................................... 141
5.4.4智能交通和網聯駕駛應用的發展趨勢 ..................................................... 142
汽車智能化................................................................................................................................... 144
第六章 智能汽車與自動駕駛 ............................................................................................. 145
6.1 自動駕駛的分級與發展趨勢 ............................................................................... 145
6.1.1自動駕駛的分級 ......................................................................................... 145
6.1.2 自主式自動駕駛發展路線圖 .................................................................... 148
6.2 駕駛輔助及其功能 ............................................................................................... 149
6.3 自動駕駛的演進路徑與功能體系架構 ............................................................... 151
6.3.1 自動駕駛的演進路徑 ................................................................................ 151
6.3.2 汽車智能化技術對人類駕駛的替代 ........................................................ 152
6.3.3 自動駕駛功能體系架構 ............................................................................ 153
6.3.4 自動駕駛決策子系統的功能 .................................................................... 155
6.3.4.1路徑規劃.......................................................................................... 156
6.3.4.2 行為決策......................................................................................... 156
6.3.4.3 運動規劃......................................................................................... 158
6.3.4.4 操作指令......................................................................................... 160
6.3.4.5控制執行.......................................................................................... 160
6.3.5 自動駕駛閉環控制系統 ............................................................................ 160
6.4 自動駕駛中的關鍵技術 ....................................................................................... 162
第七章 視覺傳感設備 ......................................................................................................... 166
10
7.1 車載傳感設備的作用 ........................................................................................... 166
7.2 攝像頭傳感器 ....................................................................................................... 169
7.2.1 車載攝像頭的位置及功能 ........................................................................ 170
7.2.2 攝像頭傳感器典型產品 ............................................................................ 171
7.3 紅外夜視攝像頭傳感器 ....................................................................................... 173
7.3.1 被動紅外熱成像技術 ................................................................................ 174
7.3.2 主動紅外成像技術 .................................................................................... 174
7.3.3 紅外夜視攝像頭的典型產品 .................................................................... 175
7.4 視覺識別技術 ....................................................................................................... 176
7.4.1 Mobileye的單目視覺識別 ...................................................................... 176
7.4.1.1 Mobileye的視覺處理芯片及研發歷程 ....................................... 177
7.4.1.2 Mobileye的駕駛輔助 ................................................................... 178
7.4.2 圖森科技基於深度學習的視覺識別 ........................................................ 178
7.4.3 中科慧眼的雙目視覺檢測 ........................................................................ 179
7.4.4 總結 ............................................................................................................ 181
第八章 車載雷達 ................................................................................................................. 184
8.1 車載毫米波雷達 ................................................................................................... 185
8.1.1車載毫米波雷達工作原理 ......................................................................... 186
8.1.2車載毫米波雷達的位置及功能 ................................................................. 187
8.1.3 毫米波雷達典型器件 ................................................................................ 189
8.1.3.1 基於PCB板的毫米波天線 ........................................................... 189
8.1.3.2 毫米波收發模塊微波集成電路 ..................................................... 190
11
8.1.4 車載毫米波雷達系統典型產品 ................................................................ 191
8.1.5 防碰撞測試評價標準 ................................................................................ 193
8.1.6 車載毫米波雷達的技術發展趨勢 ............................................................ 194
8.2 車載超聲波雷達 ................................................................................................... 195
8.2.1 車載超聲波雷達工作原理 ........................................................................ 196
8.2.2 車載超聲波雷達的位置及功能 ................................................................ 197
8.2.3 車載超聲波雷達典型產品 ........................................................................ 198
8.3 車載激光雷達 ....................................................................................................... 201
8.3.1 車載激光雷達工作原理及分類 ................................................................ 201
8.3.2 3D扇形掃描激光雷達典型產品 .............................................................. 202
8.3.2.1 3D扇形掃描激光雷達的位置及功能 ........................................... 202
8.3.2.2 Ibeo 3D扇形掃描激光雷達 ......................................................... 202
8.3.2.3 Quanergy固態激光雷達 .............................................................. 206
8.3.3 3D旋轉式掃描激光雷達典型產品 .......................................................... 208
8.3.3.1 3D旋轉式掃描激光雷達的功能 ................................................... 208
8.3.3.2 Velodyne 3D旋轉式掃描激光雷達 ............................................ 209
8.3.4 車載激光雷達產業現狀與技術發展趨勢 ................................................ 215
第九章 高精度地圖及創建、製作和共享 ......................................................................... 218
9.1 高精度地圖的作用與架構 ................................................................................... 219
9.1.1 高精度地圖的作用 .................................................................................... 219
９.1.2 高精度地圖的分層體系架構 .................................................................. 220
９.1.3 類型1-永jiu靜態數據 ............................................................................. 222
12
９.1.4 類型2-准靜態數據 ................................................................................. 223
９.1.5 類型3-准動態數據 ................................................................................. 223
９.1.6 類型4-高度動態數據 ............................................................................. 224
9.2 同步定位與地圖創建(SLAM) ............................................................................. 224
9.2.1 基於SLAM技術的車輛環境感知地圖創建 ........................................... 225
9.2.2 基於SLAM技術的高精度車輛定位 ....................................................... 227
９.3 高精度靜態地圖的製作 ..................................................................................... 227
９.3.１ 靜態地圖數據采集生態環境 ................................................................. 228
９.3.２ 高精度地圖數據更新 ............................................................................. 229
９.3.３ 英偉達端到端高精度地圖製作方案 ..................................................... 230
９.3.４ Civil Maps實時高精度地圖製作方案 ................................................ 231
９.4 高精度地圖典型產品 ......................................................................................... 232
９.4.１ 谷歌街景地圖......................................................................................... 232
９.4.２ HERE 3D高精度地圖 ........................................................................... 234
９.4.３ 我國自動駕駛地圖典型產品 ................................................................. 235
９.4.３.１ 百度地圖 .................................................................................... 235
９.4.３.２ 高德地圖 .................................................................................... 236
９.4.３.３ 四維圖新 .................................................................................... 237
9.5 動態地圖數據更新與共享 ................................................................................... 238
9.5.1 准動態地圖數據的採集與發佈 ................................................................ 238
9.5.2 高度動態數據的採集與發佈 .................................................................... 241
9.5.3 Mobileye道路經驗管理系統的地圖數據采集與發佈 .......................... 242
13
9.5.4 博世道路特徵的採集與發佈 .................................................................... 243
9.5.5 大陸集團准動態地圖數據的採集與發佈 ................................................ 245
9.5.6 HERE准動態地圖數據的採集與發佈 ...................................................... 246
第十章 人工智能與自動駕駛 ............................................................................................. 249
10.1 人工智能的發展 ................................................................................................. 249
10.1.1 人工智能的基本概念.............................................................................. 249
10.1.2 人工智能的發展歷史.............................................................................. 251
10.1.2.1 專家系統 ...................................................................................... 251
10.1.2.2 機器學習系統 .............................................................................. 251
10.1.3 人工智能在自動駕駛中的應用 .............................................................. 252
10.2 人工神經網絡與自動駕駛 ................................................................................. 253
10.2.1 人工神經網絡的原理與發展 .................................................................. 253
10.2.1.1 監督學習的神經網絡 .................................................................. 254
10.2.1.2非監督學習與深度神經網絡 ....................................................... 255
10.2.2人工神經網絡在自動駕駛中的應用 ....................................................... 257
10.2.2.1 環境識別和地圖創建 .................................................................. 257
10.2.2.2深度學習與軌跡規劃 ................................................................... 257
10.2.3 英偉達端到端的自動駕駛深度神經網絡訓練 ...................................... 258
10.2.3.1 路情數據采集 .............................................................................. 258
10.2.3.2 深度神經網絡訓練 ...................................................................... 259
10.2.3.3 駕駛場景仿真器 .......................................................................... 260
10.2.3.4 英偉達人工智能汽車BB8 .......................................................... 261
14
10.2.3.5 打開神經網絡黑箱 ...................................................................... 262
10.2.4深度神經網絡路情數據共享 ................................................................... 263
10.3 增強學習與自動駕駛 ......................................................................................... 266
10.3.1 增強學習的原理及應用 .......................................................................... 266
10.3.2 深度增強學習的自動駕駛決策應用 ...................................................... 267
10.4貝葉斯網絡與自動駕駛 ...................................................................................... 269
10.4.1 貝葉斯網絡的原理及應用 ...................................................................... 269
10.4.2貝葉斯網絡的自動駕駛應用 ................................................................... 270
10.5基於雲端決策的聯網自動駕駛和智能交通 ...................................................... 272
產業發展與政策 ........................................................................................................................... 276
第十一章 自動駕駛產業生態與產業發展 ......................................................................... 277
11.1 自動駕駛出行服務與產業生態 ......................................................................... 277
11.1.1 新興的自動駕駛出行服務 ...................................................................... 277
11.1.2 新興的自動駕駛產業鏈 .......................................................................... 278
11.1.3 自動駕駛的發展路徑.............................................................................. 280
11.2 車載計算平臺與自動駕駛產業生態 ................................................................. 281
11.2.1 人工智能超算芯片.................................................................................. 281
11.2.1.1 圖形處理單元（GPU）及典型產品 .......................................... 282
11.2.1.2 可編程門陣列（FPGA） ............................................................ 284
11.2.1.3 專yong集成電路（ASIC） ............................................................. 285
11.2.2 英偉達的車載計算平臺與自動駕駛產業生態 ...................................... 285
11.2.2.1 英偉達的車載計算平臺Drive PX ............................................. 285
15
11.2.2.2 人工智能汽車軟件平臺 (AI CAR PLATFORM) ...................... 287
11.2.2.3 英偉達的自動駕駛產業生態 ...................................................... 288
11.2.3 英特爾的車載計算平臺與自動駕駛產業生態 ...................................... 289
11.2.3.1 英特爾的車載計算平臺Intel Go .............................................. 289
11.2.3.2 Mobileye的自動駕駛軟件能力 ................................................ 290
11.2.3.3 英特爾的自動駕駛產業生態 ...................................................... 291
11.3 人工智能軟件開發商的自動駕駛系統 ............................................................. 291
11.3.1 穀歌 L4 級別的無人駕駛汽車 ............................................................... 291
11.3.1.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 291
11.3.1.2 解決方案與發展歷程 .................................................................. 292
11.3.2 百度 L4 與L3級別的自動駕駛系統 ..................................................... 294
11.3.2.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 294
11.3.2.2 L4級別的自動駕駛系統與發展歷程 .......................................... 295
11.3.2.3 L3級別的自動駕駛系統與發展歷程 .......................................... 297
11.4 汽車集成商的自動駕駛系統 ............................................................................. 298
11.4.1 德爾福的L4 級別的自動駕駛系統 ....................................................... 298
11.4.1.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 298
11.4.1.2 解決方案與發展歷程 .................................................................. 299
11.4.2 博世的自動駕駛解決方案 ...................................................................... 303
11.4.2.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 303
11.4.2.2 解決方案與發展歷程 .................................................................. 303
11.5 汽車製造商的自動駕駛系統 ............................................................................. 305
16
11.5.1 奧迪 L3 級別的自動駕駛系統 ............................................................... 305
11.5.1.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 305
11.5.1.2 奧迪的車載計算平臺zFAS ........................................................ 306
11.5.1.3 解決方案與發展歷程 .................................................................. 310
11.5.2 特斯拉L2/L3級別的自動駕駛系統 ..................................................... 312
11.5.2.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 312
11.5.2.2 發展歷程與自動駕駛交通事故 .................................................. 313
11.5.3福特 L4 級別的無人駕駛汽車 ................................................................ 316
11.5.3.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 316
11.5.3.2 解決方案與發展歷程 .................................................................. 316
11.5.4 通用的L2與L4 級別的自動駕駛系統 ................................................. 319
11.5.4.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 319
11.5.4.2 L2自動駕駛系統與發展歷程 ...................................................... 319
11.5.4.3 L4自動駕駛系統與發展歷程 ...................................................... 320
11.5.5 豐田 L2 /L3與L4級別的自動駕駛系統 .............................................. 321
11.5.5.1 市場定位和技術路徑 .................................................................. 321
11.5.5.2 解決方案與發展歷程 .................................................................. 322
第十二章 國外產業發展政策 ............................................................................................. 328
12.1 美國產業發展政策 ............................................................................................. 329
12.1.1美國網聯駕駛與智能交通產業發展政策 ............................................... 329
12.1.1.1美國交通部與V2X網聯汽車應用項目 ...................................... 329
12.1.1.2 V2V 安全應用與V2V終端強制安裝法規 ................................. 330
17
12.1.2 美國自動駕駛產業發展政策 .................................................................. 331
12.1.2.1 《自動駕駛汽車政策指南》 ...................................................... 332
12.1.2.2 《自動駕駛系統指南：安全願景2.0》 .................................... 333
12.1.2.3 美國十大自動駕駛測試場 .......................................................... 335
12.2 歐洲產業發展政策 ............................................................................................. 336
12.2.1歐盟協作式智能交通產業發展政策 ....................................................... 336
12.2.2 歐洲相關國家自動駕駛產業發展政策 .................................................. 337
12.2.2.1 德國 .............................................................................................. 337
12.2.2.2英國 ............................................................................................... 338
12.2.2.3 法國 .............................................................................................. 338
12.2.2.4 瑞典 .............................................................................................. 338
12.3 日本產業發展政策 ............................................................................................. 339
12.3.1日本網聯駕駛與智能交通產業發展政策 ............................................... 339
12.3.2 日本自動駕駛產業發展政策 .................................................................. 341
12.4 亞洲相關國家產業發展政策 ............................................................................. 343
12.4.1韓國自動駕駛產業發展政策 ................................................................... 343
12.4.2新加坡自動駕駛產業發展政策 ............................................................... 343
第十三章 我國智能交通/汽車產業發展現狀與未來 ....................................................... 346
13.1我國相關產業發展政策 ...................................................................................... 346
13.1.1《智能汽車創新發展戰略》 .................................................................... 346
13.1.2《汽車產業中長期發展規劃》 ................................................................ 346
13.1.3《推進“互聯網+”便捷交通 促進智能交通發展的實施方案》 ....... 347
18
13.1.4《新一代人工智能發展規劃》 ................................................................ 348
13.1.5《國家集成電路產業發展推進綱要》 .................................................... 348
13.2 我國相關標準化組織與標準化工作 ................................................................. 349
13.2.1 全國汽車標準化技術委員會智能網聯汽車分技術委員會 .................. 349
13.2.2 中國智能網聯汽車產業技術創新聯盟 .................................................. 350
13.2.2.1 智能網聯汽車技術路線圖 .......................................................... 351
13.2.2.2 技術研究和標準制定 .................................................................. 353
13.2.3 中國通信標準化協會.............................................................................. 354
13.2.4 IMT-2020(5G)推進組 ............................................................................ 354
13.2.5 車載信息服務產業應用聯盟 .................................................................. 355
13.2.6 公an部道路交通管理標準化技術委員會 .............................................. 356
13.2.7 《國家車聯網產業標準體系建設指南》 .............................................. 356
13.2.7.1 車聯網產業標準體系總體架構 .................................................. 357
13.2.7.2 智能網聯汽車標準體系 .............................................................. 357
13.2.7.3 信息通信標準體系 ...................................................................... 358
13.2.7.4 電子產品與服務標準體系 .......................................................... 360
13.2.7.5 智能交通相關標準體系 .............................................................. 362
13.2.7.6 車輛智能管理標準體系 .............................................................. 363
13.3 我國網聯智能汽車和智能交通的應用示範 ..................................................... 364
13.3.1 新一代國家交通控制網示範工程 .......................................................... 365
13.3.2 上海智能網聯汽車試點示範 .................................................................. 365
13.3.3 重慶智能汽車集成系統試驗區（i-VISTA） ........................................ 367
19
13.3.4 北京/河北智能汽車與智慧交通應用示範 ............................................ 370
13.4 智能交通與自動駕駛面臨的主要挑戰 ............................................................. 370
13.4.1車聯網產業標準體系的挑戰 ................................................................... 370
13.4.2 我國汽車行業研發投入不足 .................................................................. 371
13.5 我國的產業發展機遇與應對方略 ..................................................................... 373
13.5.1 從國家戰略的高度規劃車聯網與網聯自動駕駛和智能交通 .............. 373
13.5.2 加強跨行業跨領域的總體架構設計與標準化工作 .............................. 374
13.5.3 加大車聯網與網聯自動駕駛和智能交通的研發投入 .......................... 374
13.5.4 建立跨部門跨行業的政策協同和項目運作機制 .................................. 375
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