清华大学-自动驾驶系统设计及应用第五章
清华大学-自动驾驶技术概论第四章
图 4.6 NVIDIA PX
硬件参考平台
计算平台
基于DSP的自动驾驶计算平台
德州仪器的TDA2x SoC是基于 DSP的自动驾驶计算平台。该 计算平台有两个浮点DSP内核 C66x和四个专为视觉处理设计 的完全可编程的视觉加速器， 可实现各摄像头应用同步运行 ，用于车道保持、自适应巡航 、目标检测等驾驶功能。同时 ，该计算平台也可用于摄像头 、雷达等感知传感器的数据融 合处理。图4.7为TDA2x SoC计 算平台。
图 4.4 摄像头
硬件参考平台
传感器平台：
雷达传感器在自动驾驶中应用最为广泛，类别最多，包括激 光雷达、毫米波雷达、超声波雷达等。
➢ GNSS/IMU组合导航系统：GNSS通常辅助以惯性传感器（IMU ）用来增强定位的精度。这两种传感器的数据通过卡尔曼滤 波技术实时融合，可以实现导航设备的优势互补，提高定位 精度和适用范围。图4.5为GNSS/IMU组合导航系统。
智能驾驶丛书（第一册）
智能驾驶技术丛书（第一册）
自动驾驶技术概论
本书思维导图
本章思维导图
Chapter 4 自动驾驶汽车开发平台
Outline
开发平台概述 硬件参考平台 软件开源平台 整体开放平台 安全解决方案
开发平台概述
自动驾驶汽车是一个集环境感知、规划决策、智能控制 等众多自动驾驶功能模块为一体的综合系统，涉及传感 、通讯、计算机、电子、自动控制、车辆动力学等众多 技术领域。跨学科、多交叉的自动驾驶汽车开发需要相 关技术人员可以模块化并行开发各个子系统。
自动驾驶系统涵盖多个软件模块，如感知、规划、控制等， 同时整合了各硬件模块，如传感器模块、计算平台、线控车 辆等。软硬件资源的有效调配十分关键，需要一个稳定、可 靠的操作系统平台搭建自动驾驶软件模块。
智能驾驶决策规划与控制阅读随笔
《智能驾驶决策规划与控制》阅读随笔目录一、智能驾驶综述 (2)1. 智能驾驶定义与分类 (3)2. 智能驾驶发展历程 (4)3. 智能驾驶应用场景 (5)二、智能驾驶决策规划 (7)1. 决策规划基本概念 (8)2. 决策规划流程 (10)3. 决策算法与应用 (11)4. 决策规划的挑战与未来发展趋势 (13)三、智能驾驶控制 (14)1. 控制系统基本原理 (15)2. 控制系统设计方法 (17)3. 控制系统性能评估 (18)4. 控制系统的实际应用与挑战 (19)四、智能驾驶中的感知与交互 (20)1. 感知技术发展与应用 (21)2. 人机交互技术与实现 (22)3. 跨模态感知与交互 (23)4. 感知与交互的挑战与未来趋势 (24)五、智能驾驶的安全与法规 (26)1. 安全性问题与挑战 (27)2. 法规政策环境分析 (28)3. 安全与法规的协同发展 (29)4. 国际合作与标准制定 (31)六、智能驾驶的未来展望 (32)1. 技术创新与发展趋势 (33)2. 商业模式与市场前景 (34)3. 社会影响与伦理讨论 (36)4. 未来出行方式变革与挑战 (38)一、智能驾驶综述随着科技的飞速发展，智能驾驶已经从科幻电影中的概念逐渐走进现实生活。
即自动驾驶汽车，是指通过计算机系统对汽车进行控制，实现无人驾驶的技术。
它利用传感器、摄像头、雷达等设备获取周围环境信息，并通过先进的算法进行处理，实现对汽车的自动驾驶。
智能驾驶技术的发展可以分为几个阶段，初级阶段主要是辅助驾驶技术，如自动泊车、自适应巡航等。
中级阶段则是部分自动驾驶技术，如车道保持辅助、自动变道等。
而高级阶段则是完全自动驾驶技术，汽车可以在无需人工干预的情况下独立行驶。
智能驾驶技术的出现，无疑将极大地改善道路交通安全和效率。
全球每年约有130万人死于交通事故，其中大部分是由人为因素造成的。
智能驾驶技术可以通过精确的感知和判断，避免许多由人为失误引发的事故。
1.3 计算机软件1-操作系统 课件(27张PPT)清华大学版(2024)初中信息技术七年级上册
1.下列软件中，属于系统软件的是（ A ）
A. Harmony OS、Windows、Android B. Linux、Mac OS、Flash C. Unix、Word、PPT D. 微信、腾讯QQ、Excel
2.下列关于软件的叙述,正确的是( A )
A.计算机软件分为系统软件和应用软件两大类 B.Android就是广泛使用的应用软件之一 C.所谓软件就是程序 D.系统软件是为了解决某一应用领域的某个实际问题而开发的软件
1、只有硬件的计算机必须配上软件才能正常使 用。（身体+思想） 2、用户通过软件与计算机交流
“裸机” 满足用户需求
软件的与概硬念件的关系
1、相互依存 2、相互促成
软件的概分念类
计算机软 件
系统 软件
应用 软件
操作 系统
Windows， unix，Linux等
数据库管 理系统等
MySQL， access
安全性不高。开源系统更容易遭到恶意攻击。 开源并不代表所有东西都是免费的、自主的、可控的
（2）重启电脑的操作在哪里？
①点击左下角【开始】按钮，在弹出 的菜单中找到【电源】选项； ②点击【电源】，弹出下拉菜单后， 选择【重新启动】； ③等待电脑重新启动即可。
Window10的外观和主题
（3）如何更改计算机的主题？
桌面操作系统
Mac OS操作系统仅限于Mac系列 计算机，是一款相对封闭的操作系统，它 对应用软件的安装有较为严格的限定，但 运行流畅感反映普遍较好。
桌面操作系统
Linux 则是一款免费、开源的 操作系统，并且有非常多的衍生版 本，它除了桌面操作系统之外，还 有服务器及其他类型的发行版本。
移动（手机）操作系统
2017年清华大学《自动控制原理》ppt课件合集.pdf
1-1 自动控制的任务
下面通过具体例子来说明自动控制和自动控制系统的概念
控制器
气动阀门
流入
Q1浮子
水箱
H
流出Q2
水位自动控制系统
自动控制即没有人直接参与的控制，其基本任务是：在无人直接参与的情况下，只利用控制装置操纵被控对象，使被控制量等于给定值。
自动控制系统：指能够完成自动控制任务的设备，一般由控制装置和被控对象组成。
1-２自动控制的基本方式
炉温控制系统
飞机自动驾驶系统原理图
1-３对控制系统的性能要求
控制系统动态过程曲线
稳和快反映了系统动态过程性能的好坏。
既快又稳，表明系统的动态精度高。
总结：解析方法适用于简单、典型、常见的系统，而实验方法适用于复杂、非常见的系统。
实际上常常是把这两种方法结合起来建立数学模型更为有效。
北京航空航天大学
2-1控制系统微分方程的建立
2－2 非线性微分方程的线性化
2－3 传递函数(transfer function
⏹传递函数仅适用于线性定常系统，否则无法用
三、传递函数举例说明
四、典型环节。
清华大学-自动驾驶系统设计及应用第二章
汽车安全概述
预期功能安全（Safety Of The Intended Function, SOTIF）：处理系统正常工作 状态下因有限的性能所带来的安全问题 （如车体物理属性，雷达等传感器有限 的分辨率等）。
内部安全需要最大限度地减少交通事故 对车辆内人员的伤害。
外部安全需要最大限度地减少道路交通 碰撞和车辆以外的人员（行人，骑自行 车人）的伤害。
汽车安全概述
汽车整体系统的安全性需要通过多种安 全措施实现。
这些措施以各种技术（例如机械、液压 、气动、电气、电子、可编程电子等等 ）实施，并应用于开发过程的各个层面 。
智能驾驶的功能安全设计
系统工程开发流程 V 模型
智能驾驶的功能ห้องสมุดไป่ตู้全设计
ISO26262 章节分布结构
智能驾驶的功能安全设计
ISO26262汽车功能安全生命周期
智能驾驶的功能安全设计
功能安全与产品开发 在 V模型中的相互影响
智能驾驶的功能安全设计
ASIL（汽车安全完整性等级） : ISO26262中 使用汽车安全完整性等级对危害进行评级 分 类 ， 并 按 程 度 高 低 分 为 五 个 级 别 （ QM 以及ASIL A, B, C, D）—危害越大则对应的 ASIL 级别也越高。ASIL A 为最低安全完整 性级别。
硬件随机失效则是由于硬件材料老化引 起的物理性硬件失灵。
ASIL分解与冗余功能安全
ISO26262提供了一系列的过程管理建议 与系统设计与检测建议，以规范系统设 计并加强对开发活动的约束，从而达到 提高系统设计质量与可靠性的目的。
智能驾驶技术与自动驾驶系统的创新与应用培训ppt
智能驾驶和自动驾驶系统的研究始于20世纪80年代，随着计算机视觉、传感器 技术和人工智能等技术的不断发展，智能驾驶和自动驾驶系统的技术逐渐成熟 。
发展
目前，智能驾驶和自动驾驶系统已经进入商业化应用阶段，未来将进一步普及 和完善，实现更高级别的自动驾驶。
智能驾驶与自动驾驶系统的应用场景
城市交通
高速公路
智能驾驶和自动驾驶系统面临的主要 挑战之一是安全问题，包括道路安全 、网络安全和系统可靠性等方面。
解决方案
为解决安全问题，需要加强技术研发 和测试，提高系统的稳定性和可靠性 ；同时，建立完善的安全监管机制， 加强网络安全防护和数据安全管理。
技术挑战与解决方案
技术挑战
智能驾驶和自动驾驶系统的技术挑战 包括感知与决策、控制与执行、高精 度地图与定位等方面的问题。
5G技术在智能驾驶与自动驾驶系统中的应用
5G技术为智能驾驶与自动驾驶系统提供了更快速、可靠和低 延迟的数据传输，支持车辆与基础设施、其他车辆和云端进 行实时通信，实现信息共享和协同决策。
5G技术还为高清地图的实时更新和车辆远程控制提供了可能 ，有助于提高自动驾驶系统的安全性和可靠性。
人工智能在智能驾驶与自动驾驶系统中的应用
01
人工智能技术是实现智能驾驶与 自动驾驶系统的关键，通过模拟 人类的感知、认知和决策过程， 使车辆具备自主驾驶的能力。
02
人工智能技术还可以用于优化车 辆的能源消耗和排放，提高交通 效率，减少交通拥堵和事故风险 。
04 智能驾驶与自动驾驶系统的挑战与解决方案
CHAPTER
安全挑战与解决方案
安全挑战
系统的可靠性和安全性。
V2X通信技术
总结词
V2X通信技术实现车辆与周围环境、其他 车辆及交通基础设施之间的信息交互， 是智能驾驶与自动驾驶系统的重要通信 手段。
智能车辆自动驾驶控制系统方案设计
智能车辆自动驾驶控制系统方案设计
王智峰;张朋飞;何克忠
【期刊名称】《车辆与动力技术》
【年(卷),期】2011(000)001
【摘要】设计了一种全新的智能车辆自动驾驶控制系统的设计方案,该方案是通过将有人车辆的转向、油门、制动以及挡位4个系统进行适当的机械结构改造后,加装相关自动控制装置,并将各系统通过CAN总线与上位智能控制机进行分布式连接而建立的.测试试验以及整车集成试验表明,该设计方案可实现上位控制机精确控制底层各子系统的目的,为车辆无人化与智能化控制的进一步研究奠定基础.
【总页数】6页(P26-30,55)
【作者】王智峰;张朋飞;何克忠
【作者单位】中国北方车辆研究所,北京,100072;中国北方车辆研究所,北
京,100072;清华大学,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】U469.3;TP242.6
【相关文献】
1.全自动驾驶车辆段总体布局方案设计 [J], 郭泽阔
2.园区自动驾驶车辆测试方案设计与应用 [J], 王平; 李秋霞; 王志刚; 李秋晨; 王海波; 李旭东
3.考虑回望距离的智能网联自动驾驶车辆智能驾驶模型及其稳定性 [J], 易紫薇;陆文琦;徐凌慧;曲栩;冉斌
4.考虑回望距离的智能网联自动驾驶车辆智能驾驶模型及其稳定性 [J], 易紫薇;陆文琦;徐凌慧;曲栩;冉斌
5.全自动驾驶车辆车门系统的方案设计 [J], 杜岩琰
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自动驾驶教学实践报告(3篇)
第1篇一、前言随着科技的飞速发展，自动驾驶技术逐渐成为汽车行业的研究热点。
我国政府高度重视自动驾驶技术的发展，将其列为国家战略新兴产业。
为培养自动驾驶领域的人才，提升我国在自动驾驶领域的竞争力，我国多所高校和研究机构纷纷开设自动驾驶相关课程。
本报告以某高校自动驾驶教学实践为例，总结教学经验，分析存在的问题，并提出改进措施。
二、教学实践概述1. 课程设置本课程旨在培养学生掌握自动驾驶相关理论知识，提高实践操作能力。
课程设置包括以下几个方面：（1）自动驾驶概述：介绍自动驾驶技术的发展历程、技术原理、应用场景等。
（2）传感器技术：讲解激光雷达、摄像头、毫米波雷达等传感器的工作原理及在自动驾驶中的应用。
（3）感知与定位：分析目标检测、场景理解、定位与地图构建等关键技术。
（4）决策与规划：探讨决策算法、路径规划、行为规划等核心问题。
（5）控制与执行：介绍车辆控制、动力系统控制、执行机构控制等关键技术。
（6）系统集成与测试：讲解自动驾驶系统的集成、测试与验证方法。
2. 教学方法（1）理论教学：采用课堂讲授、案例分析、小组讨论等形式，使学生掌握自动驾驶相关理论知识。
（2）实践教学：通过实验、实习、项目实践等方式，提高学生的实践操作能力。
（3）课程设计：要求学生独立完成自动驾驶系统的设计与实现，培养学生的创新能力和团队协作能力。
三、教学实践成果1. 学生掌握自动驾驶相关理论知识，了解自动驾驶技术的发展趋势。
2. 学生具备自动驾驶系统的感知、决策、控制等关键技术能力。
3. 学生能够独立完成自动驾驶系统的设计与实现，具备一定的创新能力。
4. 学生在国内外各类自动驾驶竞赛中取得优异成绩，提升了学校的知名度和影响力。
四、存在的问题及改进措施1. 存在问题（1）师资力量不足：自动驾驶技术发展迅速，部分教师缺乏实践经验。
（2）实验设备不足：实验设备更新换代快，部分实验设备难以满足教学需求。
（3）课程体系不完善：课程设置不够系统，部分课程内容与实际应用脱节。
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编码器电路图
编码器示意图
5.2.6 速度采集模块
加速度计测量值随时间变化小但易受干扰；陀螺 仪受外部干扰小但测量值随时间变化大；结合加 速度计与陀螺仪使用会产生更好效果。
速度采集模块展示：
加速度计、陀螺仪示意图
5.2.7 电机驱动模块
电机模块能使单片机控制驱动电机的输出电流， 实现驱动电机正转、反转、能耗制动等功能。
自动驾驶小车核心板
自动驾驶小车核心板元件布置图
5.2.3 自动驾驶小车核心控制模块
K60系列微处理器配有IEEE 1558以太网、USB 2.0高速充电探测模块，支持硬件加密，并配有 模拟通道、定时/计数器、串行通信模块等丰富 的片内外设，具有多种封装形式和各种容量的 闪存选择。
MK60N512VMD100原理图
（2）信息采集模块
模 块
3路线性 CCD
（3）主控制系统 （4）扩展接口
辅
陀螺仪传感器
助
检
加速度传感器
测 2路测速接口
（5）运动执行模块
扩 展
预留IO接口
接
预留AD接口
（6）通讯模块
口
（7）交互接口
稳压电源
主控制器系统
PWM
ADC
SCI I/O
SPI
ADC
自动驾驶小车的 整体系统架构
7.2V电池
运
双电机驱动模块 动 执
②通过智能道路系统与云计算等大幅提升小车的系统性 能。
5.2 自动驾驶小车软硬件
5.2.1自动驾驶小车结构简介 5.2.2自动驾驶小车硬件结构 5.2.3自动驾驶小车核心控制模块 5.2.4时钟电路模块 5.2.5电源管理模块 5.2.6速度采集模块 5.2.7电机驱动模块 5.2.8自动驾驶小车通信模块
5.1 自动驾驶小车概述
智能小车的发展经历了三个阶段：
（1）1954年，美国研究出第一台固定线路的自主引导车。 （2）20世纪80年代，多数国家开始了智能车辆的研制工作。美国于 1995年成立了NAHSC（国家高速公路系统联盟），规划发展智能车辆技 术；国内国防科技大学、中科院自动化研究所开始相关研究。 （3）21世纪以来，国内外各种研究性和教学性的智能小车蓬勃发展。
5.2.1 自动驾驶小车结构简介
汽车底盘组成：
（1）转向系统 （2）传动系统 （3）制动系统 （4）行驶系统
自动驾驶小车系统架构
5.2.1 自动驾驶小车结构简介
结构展示
模型车系统架构
模型车示意图
5.2.1 自动驾驶小车结构简介
自动驾驶小车的构成：
（1）滚轮式小车
信
息
电磁传感器
采
集
1路摄像头
智能车辆的体系结构：
（2）反馈结构
感知
执行
优点： 通过关联感知模块与执行模块，可以减少算法的复杂 度，大大提高了智能小车的反应时间。 缺点： 缺少规划环节，无法达到最优政策。
5.1.1 小车结构介绍
智能车辆的体系结构：
（3）决策执行结构
规划
感知
执行
优点： ①采用异步处理技术，小车可反复自主执行。
5.1.1 小车结构介绍
小车平台研究的目的：
仿照驾驶员驾驶车辆行驶的过程。
小车平台主要组成部分：
（1）感知系统； （2）规划决策系统； （3）执行系统。
5.1.1 小车结构介绍
智能车辆的体系结构：
（1）分级结构（最原始结构）
感知
规划
执行
缺点： 冗余结构过多，易出现工作停滞延迟，选用+7.2V的镍氢电池作为小车
电源。
小车各功能模块电压
功能模块
电压值
系统板
+3.3V
舵机
+6.2V
摄像头
+5V
蓝牙串口
+3.3V
5.2.5 电源模块
电源模块展示
电源管理模块原理图
自动 驾驶 小车 电源 模块
5.2.6 速度采集模块
光电编码器与差速器连接后，可以计算获得智能 车的实时车速，从而更好地控制智能小车驾驶。
视觉传感器（摄像头）通过计算机视觉识别道路 的车道线并进行实时的路径跟踪，从而实现车辆 巡航。
5.3.1 超声波 5.3.2 视觉传感器 5.3.3 电磁感应
5.3.1 超声波
超声波通过镜片发送声波，遇到障碍物会返回声 波。感知系统可以根据返回的信息获得障碍物的 各个信息。
优点：
（1）感知精度高； （2）测量范围广； （3）鲁棒性强； （4）测距速度快。
超声波检测
5.3.2 视觉传感器
自动驾驶系统设计及应用 （第六册）
自动驾驶技术丛书（第六册）
自动驾驶系统设计及应用
本书思维导图
主要呈现了设计自动驾驶系统需要的5个关键点：概述、 安全、通信、测试以及应用
Chapter 5 应用——自动驾驶小车
Outline
5.1 自动驾驶小车概述 5.2 自动驾驶小车软硬件 5.3 自动驾驶小车感知配置 5.4 自动驾驶小车控制算法 5.5 自动驾驶小车实验与测试
智能小车控制器串行通信接口电路采用MAX232 驱动芯片进行串行通信。其中MAX232芯片功耗 低、集成度高、+5V 供电，具有两个接收和发射 通道。
串行接口有两种工作模式：
（1）标准模式：接口与标准RS232外设通信；
（2）非标准模式：接口电压为±5V。
串行接口电路图
5.3 自动驾驶小车感知配置
电机驱动模块展示：
双电机驱动模块
电机驱动电路原理图
5.2.7 电机驱动模块
电机的动力输出通过半轴传递给车轮，可控制车辆的 纵向位移：
（1）当车辆爬坡时，电机增加油门输出值，保证车辆稳定上行； （2）当车辆下坡时，电机减小电机转速输出值，保证车辆稳定下 行。
自动驾驶小车后桥结构图
5.2.8 自动驾驶小车通信模块
行
2路舵机
模
块
通
讯
蓝牙模块
模
块
交 OLED液晶屏 互
接
5路按键
口
5.2.2 自动驾驶小车硬件结构
自动驾驶小车的硬件系统主要由感知模块、车速 检测模块、电源管理模块、核心控制板、电机控 制模块、舵机控制模块组成。
自动驾驶小车构造图
自动驾驶小车模块连接图
5.2.3 自动驾驶小车核心控制模块
核心控制模块（MCU）是自动驾驶小车核心的最 小系统，通过接收信息来控制小车，并对其他模 块发送指令。
5.2.4 时钟电路模块
智能小车的时钟电路模块主要由芯片主晶振和实 时时钟两个部分组成。
其中时钟电路功能是为系统上电或关闭提供时钟源。复位 电路是上电复位。JTAG接口电路是给MK60程序下载与调 试。
时钟电路
复位电路
JTAG接口电路
5.2.5 电源模块
镍氢电池具有选择重量轻、容量大的优点，适用 于对速度性能要求高的小车。