項目三汽車決策控制系統任務9協同控制系統智能網聯汽車技術安全預警系統-前向碰撞預警（FCW）課程導入作為一名初級汽車工程師，我當前正在和資深工程師一起設計汽車的大腦——決策控制系統，這就像一個幼兒園小朋友被分到高中部做作業一樣困難。所以為了避免因為設計失誤而被老司機們吐槽，我必須先把汽車安全技術系統學個通透!學習目標說出FCW的工作原理、組成部分和使用場景01激活舊知汽車的主動安全系統主要包括哪些技術?

通過什么方式來提高駕駛安全性?激活舊知汽車的主動安全系統主要包括哪些技術?通過什么方式來提高駕駛安全性?主動安全系統主動制動輔助系統ESC電子穩定控制系統ABS防抱死系統

這些系統通過車載傳感器實時檢測車輛狀態，在緊急情況下自動采取制動或轉向等操作，幫助駕駛員避免事故。探索新知FCW（ForwardCollisionWarningSystem）01020304如有潛在的碰撞危險，立即發出警示，給駕駛員更多的反應時間。計算車輛在行駛過程中與前車的距離測算出發生碰撞的可能性通過自動感應探測前方障礙物探索新知FCW還具有準備啟動自動干預制動功能，通過警告信號和制動干預協助駕駛員避免追尾事故。一般FCW功能從5Km/h速度開始啟動。前向碰撞預警示意圖探索新知前向碰撞預警系統通過分析傳感器獲取的前方道路信息對前方車輛進行識別和跟蹤，如果有車輛被識別出來，則對前方車距進行測量；探索新知同時利用車速估計，根據安全車距預警模型判斷追尾可能，一旦存在追尾危險，便根據預警規則及時給予駕駛員主動預警。探索新知系統組成FCW系統由信息采集單元、電子控制單元和人機交互單元三個部分組成，就像一個工廠，第一個車間采集原料，第二個車間加工生產,第三個車間對外銷售。前向碰撞預警組成探索新知系統組成信息采集單元通過各種傳感器收集前方道路信息，像農夫收割莊稼一樣電子控制單元對信息進行處理，像工廠中的加工車間人機交互單元如果判斷有碰撞風險，人機交互單元就會警告司機，像工廠的銷售部門探索新知前向碰撞預警系統的特點判斷本車與前車之間的距離相對速度及方位實時監測前方車輛前向碰撞預警系統主要是利用車載傳感器（如視覺傳感器、毫米波雷達等）探索新知前向碰撞預警系統的特點對駕駛人進行警告提醒駕駛人進行制動保障行車安全當系統判斷存在潛在危險時探索新知前向碰撞預警系統的特點優點作為一種主動安全技術，是基于車輛檢測的精確度、需要的時間和適用場景來共同決定性能指標的預警系統。實時安全性檢測目標單向性檢測目標多元化探索新知前向碰撞預警系統的特點缺點只能對前向的目標車輛或者障礙物采取動作對于側向車輛和障礙物并沒有直接探測需要結合其他安全駕駛輔助系統，才能滿足完全安全駕駛的要求。探索新知工作原理圖9-3前向碰撞預警的工作過程探索新知工作原理1.前方車輛識別攝像頭會捕捉到前方車輛的圖像信息根據反射回來的信號判斷前面是否有障礙物雷達會發出電磁波探測前方主要使用攝像頭和毫米波雷達等傳感器來實現道路圖像基于陰影的感興趣區域獲取紋理特征分析邊緣特征分析對稱性特征分析特征融合非車輛是否滿足判決條件車輛序列圖像NMI特征驗證否是探索新知工作原理2.前方車距檢測當FCW系統識別到前面有車后，它會進一步測量與前車的距離，就像我們drivingtest的時候考官要求保持與前車2秒距離一樣。這里可以使用毫米波雷達直接測距，或者通過攝像頭捕捉圖像，然后計算出大概的車距。雷達車距檢測探索新知工作原理3.安全車距預警模型

FCW系統會綜合前兩步獲取的車輛信息，并結合當前速度等數據，判斷是否存在追尾的風險。探索新知工作原理3.安全車距預警模型就像我們開車時也會大致估計下以當前速度，如果突然剎車是否能及時停下來一樣。如果風險很高，FCW就會向司機發出提示，我們就要及時注意剎車了。安全車距預警模型自車自車自車前車前車自車制動距離

制動后輛車的距離

采取措施前駛過距離

駕駛人感覺到危險距離S前車經過距離

小測試即時檢測請你用通俗的語言概括一下FCW的工作原理。小測試即時檢測FCW像一個工廠，通過各種傳感器收集前方信息如原料，電子控制單元計算風險如加工生產，如果有風險就警告司機。它主要防止高速公路追尾事故。謝謝觀看THANKS智能網聯汽車技術項目三汽車決策控制系統任務9協同控制系統主講人：周磊智能網聯汽車技術安全預警系統-車道偏離預警（LDW）課程導入智能汽車有什么技術能夠防止車道偏離的發生？某飛車黨在高速公路上肆意飆車,不留神偏離了車道,造成了嚴重的交通事故。課程導入車道偏離“駕駛副駕”——車道偏離預警系統學習目標說出車道偏離預警系統的概念、組成和工作原理01學習任務一起完成車道偏離預警系統的功能介紹01激活舊知車道偏離被看成車輛側翻事故的主要原因是什么嗎？注意力不集中駕駛疲勞心神煩亂嚴重影響駕駛員在駕駛車輛時的安全性。探索新知車道偏離預警系統的組成01信息采集單元02電子控制單元03人機交互單元探索新知車道偏離預警系統的組成1.信息采集單元信息采集單元對車道線信息和汽車自身行駛狀態信息進行采集，針對不同的道路條件和傳感器類型，可采用不同的車道線檢測方式。高精度地圖定位傳感器定位視覺傳感器定位探索新知車道偏離預警系統的組成1.信息采集單元采用視覺傳感器定位的方式應用較為廣泛，汽車自身行駛狀態采集的信息主要包括:在完成所有信息數據的采集后，信息采集單元需對數據進行模/數轉換，并傳輸給電子控制單元。車速加速度轉向角探索新知車道偏離預警系統的組成2.電子控制單元電子控制單元對所有的數據進行集中處理，在處理車道線信息時，由于傳感器存在測量誤差，因此需要對其進行誤差修正，最后綜合判斷汽車是否存在非正常偏離車道的現象，如果車輛發生非正常偏離，就向人機交互單元發出指令。探索新知車道偏離預警系統的組成3.人機交互單元儀表顯示界面語音提示座椅或轉向盤振動當車輛偏離車道時，系統會提醒駕駛人及時修正行駛方向，并可以根據偏移量的大小實現不同程度的預警效果。探索新知車道偏離預警系統的組成3.人機交互單元車道偏離預警系統組成三者合作無間，就像樂隊里的各部分樂器配合默契，組成美妙的樂章。也像人的眼睛、大腦和手臂，共同協作完成車道偏離預測和警示。探索新知車道偏離預警系統的工作原理當車道偏離系統開啟時，攝像頭（一般安置在車身側面或后視鏡位置）會時刻采集行駛車道的標識線，通過圖像處理獲得汽車在當前車道中的位置參數。探索新知車道偏離預警系統的工作原理當檢測到汽車偏離車道時，傳感器會及時收集車輛數據和駕駛員的操作狀態，之后由控制器發出警報信號，整個過程大約在0.5秒完成，為駕駛者提供更多的反應時間。探索新知車道偏離預警系統的工作原理如果駕駛者打開轉向燈，正常進行變線行駛，那么車道偏離預警系統不會做出任何提示。車道偏離預警系統工作示意圖橫向車道偏離警告系統主要用于預防由于駕駛人注意力不集中以及駕駛人放棄轉向操作而引起的車道偏離碰撞。橫向縱向車道偏離警告系統主要用于預防由于車速太快或方向失控引起的車道偏離碰撞。縱向探索新知車道偏離預警系統的工作原理車輛偏離預警系統按偏離方向可以分為“縱向”和“橫向”側視系統——攝像頭安裝在車輛側面，斜指向車道。側視系統前視系統——攝像頭安裝在車輛前部，斜指向前方的車道。前視系統探索新知車道偏離預警系統的工作原理車道偏離預警系統已經商業化使用的產品都是基于視覺的系統，根據攝像頭安裝位置不同，可以將系統分為：探索新知車道偏離預警系統的工作原理由于車道偏移預警系統主要是依托于視覺系統，因此車載攝像頭的很多弊端在車道偏移預警系統上也得到了很好的體現。大霧天氣車道上有積水導致反光雨雪天氣車載攝像頭采集車道線的精準度就會降低，導致車道偏移預警系統準確度下降。探索新知車道偏離預警系統的工作原理一般安置在前保險杠兩側，并通過紅外線收集信號來分析路面狀況，即使在惡略環境的路面，也能識別車道標志線，便于在任何環境的路況下均能及時提醒駕駛員汽車道路偏離狀態。紅外線傳感器的采集方式小測試即時檢測系統通過什么方式判斷汽車是否偏離車道?收集到警示信息后會有哪些反饋給駕駛員?小結當檢測到車輛偏離正常車道時,及時向駕駛員發出語音、震動等警示車道偏離預警系統是通過信息采集、電子控制和人機交互等部分謝謝觀看THANKS智能網聯汽車技術安全預警系統-盲區預警（BSD）項目三汽車決策控制系統任務9協同控制系統主講人：周磊智能網聯汽車技術課程導入視角盲區導致對周邊環境判斷不準確在高速公路上駕車時，想要變道卻發現車身一側或后方突然冒出一輛車，這種情況下我們很容易發生剮蹭或追尾事故。解決這個問題,我們需要什么樣的系統?課程導入當我們遇到這樣的情況，往往非常害怕。我們需要一個可以檢測車身周圍盲區的系統，時刻提醒我們盲區里是否有車輛，這樣就可以避免事故的發生。“盲區預警系統”，英文名稱是BlindSpotDetection，簡稱BSD。學習目標理解BSD系統的工作原理，并列舉它的優勢所在01激活舊知普通汽車后視鏡存在哪些視野盲區?車輛后方左右兩側，存在一定的盲區區域。車身兩側，尤其是靠近后輪的地方，后視鏡基本看不到;探索新知盲區監測的定義盲區監測（BSD）系統也稱為汽車并線輔助（LCA）系統，是車輛上的一個高級輔助駕駛功能，主要功能就是掃除后視鏡盲區。探索新知盲區監測的定義通過微波雷達探測車輛兩側的后視鏡盲區中的超車車輛。當在盲區內出現有其他車輛時，盲區監測系統就會通過聲音、燈光等強提醒的方式給駕駛員進行提醒。探索新知盲區監測的定義因此盲點監測系統可以有效保障車輛在變道或轉彎過程中的安全，避免剮蹭事故的發生。如圖所示。車輛盲區檢測系統探索新知盲點監測系統的組成盲區預警系統是通過什么方式來實現“無盲區駕駛”的呢?發出聲光警報提醒駕駛員.03.執行單元通過攝像頭、雷達等設備來掃描盲區01.感知單元分析探測信息,判斷盲區狀況02.控制單元盲區檢測系統結構示意圖探索新知盲點監測系統的分類一、攝像頭-通過影像分析判斷盲區情況影像顧名思義就是通過在車輛上加裝攝像頭的方式，對車輛盲區進行監測。攝像頭主要加裝在兩側后視鏡和車尾，以影像方式監控車輛后方是否有來車。探索新知盲區監測的定義一、攝像頭-通過影像分析判斷盲區情況表現不佳，極易產生誤判大雨天氣大霧天氣探索新知盲區監測的定義雷達盲點監測系統使用的是一種特殊的短波雷達，工作頻率在24到77吉赫。我們可以把這種雷達安裝在車輛兩側或后保險杠的位置。二、雷達-利用電磁波探測探索新知盲區監測的定義雷達會不斷發出微波進行掃描，它的掃描范圍可以覆蓋車輛兩側3米遠、后方8米遠的區域。當汽車的時速超過10公里每小時,雷達系統就會自動啟動。它會發出探測信號，然后分析接收到的反射信號，從而判斷周圍是否有其他車輛正在接近。二、雷達-利用電磁波探測探索新知盲區監測的定義雷達系統具有非常敏銳的“洞察力”，它可以分辨出不同的物體，比如區分移動中的車輛和靜止的障礙物。當它檢測到盲區內有車輛時，就會立即提醒駕駛員，通常是亮燈閃爍或發出“嗶嗶”警報聲。探索新知盲區監測的定義在整個行車過程中，雷達都在持續不斷地監測盲區情況，確保駕駛員隨時知曉周圍的動態。它不受外界環境的影響，比如大雨、大霧等惡劣天氣也不會打擾到雷達的工作。探索新知盲區監測的定義

相比使用攝像頭，雷達技術更加可靠，能夠有效防止因視線受阻導致的潛在事故，保障行車安全。這兩種方案各有優劣,但雷達整體上更為可靠,尤其是在惡劣天氣下。小測試即時檢測

BSD的哪些功能還需要進一步優化?小結后視鏡存在視角盲區,BSD系統實現“無盲區”駕駛。020301盲區預警系統（BSD）感知執行控制謝謝觀看THANKS智能網聯汽車技術項目三汽車決策控制系統任務9協同控制系統 主講人：周磊智能網聯汽車技術安全預警系統-駕駛員疲勞預警（DWS）課程導入為了避免這種危險，我們汽車都需要裝配駕駛員疲勞預警系統，就像每臺電腦都裝備殺毒軟件一樣必要。學習目標能夠熟記這個系統的定義、工作原理、圖像處理和控制邏輯01學習任務小智要在汽車控制系統設計中，和大家一起完成功能強大的駕駛員疲勞預警系統。01激活舊知駕駛員疲勞可能導致什么后果?它主要通過哪些方式來監測和預警?會導致車禍事故通過生理信號、眼睛特征等來監測預警。探索新知駕駛員疲勞預警系統定義車內駕駛人疲勞監測技術，本質上是在行駛過程中捕捉并分析駕駛人的生物行為信息，比如眼睛、臉部、心臟和腦電活動等。車輛疲勞檢測預警系統探索新知駕駛員疲勞預警系統定義心跳活動和腦電監測由于受條件的限制，目前沒有在車內批量應用。1通過記錄和解析駕駛人轉動轉向盤、踩制動踏板等行為特征，判別駕駛人是否疲勞。2通過圖像分析手段對駕駛人臉部與眼睛特征進行疲勞評估。這一方法正漸漸被整車廠商接受并采用。3心跳活動和腦電監測駕車行為分析圖像分析探索新知駕駛員疲勞預警系統定義駕駛人疲勞檢測方法基于駕駛人生理信號的檢測方法腦電、心電、肌電、脈搏、呼吸信號等來判斷駕駛人疲勞狀態。基于駕駛人生理反應特征的檢測方法眼睛特征、視線方向、嘴部狀態、頭部位置等來判斷駕駛人疲勞狀態。基于多特征信息融合的檢測方法

依據信息融合技術，將多種方法相結合是理想的檢測方法。基于汽車行駛狀態的檢測方法轉向盤、行駛速度和車道偏離等來判斷駕駛人疲勞狀態。探索新知駕駛員疲勞預警系統的工作原理信息采集單元01電子大腦02人機交互單元03探索新知駕駛員疲勞預警系統的工作原理信息采集單元包含攝像頭和傳感器。攝像頭捕捉駕駛員面部和眼睛區域的圖像；傳感器檢測駕駛員的心跳、腦電波等生理信號。這些數據就像給駕駛員做身體檢查時采集的檢測數據。01探索新知駕駛員疲勞預警系統的工作原理電子控制單元包含強大的汽車電子計算平臺,帶有專門的駕駛員疲勞分析軟件。它會分析駕駛員的眼睛和頭部動作，是否有頻繁打瞌睡、長時間閉眼等情況；同時分析心跳、腦電波等生理數據,判斷駕駛員的疲勞程度。02探索新知駕駛員疲勞預警系統的工作原理人機交互單元包含語音提示系統、座椅振動裝置等。語音系統會提醒駕駛員注意休息；座椅振動裝置會通過震動提醒駕駛員集中注意力。03探索新知如何獲取與處理駕駛人面部表情信息圖像處理對視頻圖像進行推敲，像對病人做身體檢查一樣，提取出人臉區域這片關鍵器官01進行幾何規范化，確定眼睛、嘴部的位置，就像確定地圖上的各個城市位置02提取特征，判斷疲勞狀態，就像根據城市光污染等特征判斷該城市夜生活蕭條與否。03探索新知如何獲取與處理駕駛人面部表情信息圖像處理探索新知駕駛人疲勞預警的控制邏輯針對不同的疲勞級別發出不同的警報信號。02對駕駛人的疲勞狀況進行檢測和判斷，得到疲勞級別。01探索新知駕駛人疲勞預警的控制邏輯當聲光報警和物理刺激失效時啟動緊急自動駕駛系統1基于車載路況識別系統，切斷疲勞駕駛人對車的控制2轉人自動地形匹配駕駛和緊急靠邊停止運行模式3采取斷油和自動制動措施，以實現對疲勞駕駛的安全控制5強制車輛選擇合理時機和路線從行車道轉到路邊（備用車道）4探索新知駕駛人疲勞預警的控制邏輯為了實現這個目標，首先必須對疲勞的程度進行分級，依照疲勞程度逐級采取聲光報警、物理刺激和自動緊急智能停車響應措施，系統基本原理如圖所示。小測試即時檢測駕駛員疲勞預警系統的主要構成部分是什么?它們各自的作用是什么?小結駕駛員疲勞預警系統的專業知識定義工作原理圖像處理控制邏輯謝謝觀看THANKS智能網聯汽車技術項目三汽車決策控制系統任務9協同控制系統主講人：周磊智能網聯汽車技術車輛控制-縱向運動控制認知課程導入速度上下波動車距控制不穩定縱向運動控制學習目標學會解釋縱向運動控制的概念、原理和實現方式01能夠使用通俗易懂的語言向導師講解縱向運動控制的基本原理02激活舊知開啟巡航系統后，縱向運動控制確實是通過協調油門和剎車來精確控制車速的，使車輛能夠平穩地保持設定車速。巡航系統激活舊知防碰撞系統在車輛需要迅速減速甚至急剎車時，也需要縱向運動控制來協調剎車力度。防碰撞系統探索新知縱向運動控制是對汽車速度方向上的控制，它通過協調控制油門和剎車，使汽車能夠精準跟隨預定的速度。探索新知舉個簡單的例子，當汽車開啟了自適應巡航系統，就需要縱向運動控制來保持預設的定速巡航。探索新知基本原理01如果速度偏差很小，則保持當前油門開度02如果實際速度過大，則增加剎車力度03如果實際速度過小，則增加油門開度縱向運動控制的基本原理就是根據當前速度和預定速度的偏差值，分別計算出油門控制量和剎車控制量。通過協調控制油門和剎車，能夠精確跟蹤預定的車速。探索新知實現方式01直接式運動控制02分層式運動控制探索新知實現方式直接式是通過縱向控制器直接輸出控制油門開度和剎車壓力的控制量，從而對速度實現直接閉環控制。這種方法響應速度很快，能迅速調整到目標速度。直接式運動控制探索新知實現方式分層式運動控制則是設計上下兩個控制器，上層計算目標速度和加速度，下層根據上層輸出計算油門開度和剎車壓力，實現對速度和剎車的分層控制。分層式運動控制期望距離或速度期望制動壓力和節氣門開度智能車輛期望距離或速度上位控制器縱向控制器期望速度或加速度下位控制器探索新知不同的應用場景中,實現方式的應用實現方式直接式控制響應更快,而分層式控制更加周全。響應速度的需求更高直接式運動控制高速公路更全面地考慮不同的控制目標，實現更優化、更安全的控制效果。分層式控制城市復雜道路探索新知具體應用場景實現定速巡航車距跟隨自動緊急制動探索新知具體應用場景它通過協調控制油門和剎車，可以平穩地調節車速，控制車距，避免碰撞事故的發生。在交通擁堵的城市道路上，縱向運動控制也可以配合車聯網技術，獲取前方車輛信息，實現更加精細和高效的車流控制。小測試即時檢測假設你們研發的自動駕駛汽車需要在高速公路上保持穩定的巡航速度，路況相對簡單，但需要快速響應車速變化。請提出一個控制方案，并說明理由。小結油門剎車雙手精調速，目標偏差控制量求。直接分層場景各適用，縱向控制汽車穩行無憂。它通過協調油門和剎車控制車速；根據目標速度和實際速度的偏差計算控制量；實現方式有直接控制和分層控制；可應用于不同場景,使汽車平穩行駛。縱向運動控制的關鍵點謝謝觀看THANKS智能網聯汽車技術項目三汽車決策控制系統任務9協同控制系統主講人：周磊智能網聯汽車技術車輛控制-橫向運動控制認知課程導入轉向控制對于汽車駕駛的重要性。學習目標說出橫向運動控制的概念01辨別不同的橫向運動控制實現方式02激活舊知在自動駕駛汽車測試過程中，當車輛進入一個急彎時，應該控制汽車的哪個方向的運動？控制汽車的轉向運動探索新知橫向運動控制主要指車輛轉向控制，目標是使車輛自動保持期望的行車路線，同時提供良好的乘坐舒適性和穩定性。在進行橫向運動控制時，我們可以使用基于駕駛員模擬的方法或者基于車輛動力學模型的方法。橫向運動控制的基本情況探索新知使用較簡單的運動力學模型和駕駛員操縱規則設計控制器。01是用駕駛員操縱過程的數據訓練控制器獲取控制算法。02基于駕駛員模擬的方法探索新知基于運動力學模型的方法要建立較精確的汽車橫向運動模型。01典型模型是所謂單軌模型，或稱為自行車模型，也就是認為汽車左右兩側特性相同。02基于運動力學模型的方法探索新知典型的橫向控制系統結構如圖所示。控制目標一般是車中心與路中心線間的偏移量，同時受舒適性等指標約束。基于運動力學模型的方法探索新知基本原理01橫向運動控制通過車載傳感器感知環境。02利用全球定位系統(GPS)提取車輛相對于期望行駛路徑的位置信息。03根據設定的控制邏輯，計算車輛轉向盤的轉角控制量，以便讓車輛沿著期望路徑自主行駛。探索新知基本原理根據環境感知傳感系統的不同，智能汽車橫向運動控制系統可分為非前瞻式參考系統和前瞻式參考系統。非前瞻式參考系統是通過計算車輛附近的期望道路與車輛之間的橫向位置偏差來控制車輛實現道路跟蹤；非前瞻式參考系統探索新知基本原理前瞻式參考系統則是通過測量車輛前方的期望道路與車輛之間的橫向位置偏差來控制車輛實現自動轉向，類似于駕駛員的開車行為。前瞻式參考系統探索新知基本原理按照智能網聯汽車橫向運動控制的設計方法不同，可分為基于模型的系統控制方法和無模型的系統控制方法。該方法的基礎是利用物理定律或系統辨識，建立車輛系統的數學模型。然后根據車輛當前狀態和規劃的期望行駛路徑或運動參數（如速度、加速度、角度等）之間的偏差，求解出與其相對應的控制輸入參數（如轉向角），進而實現實時控制。模型的系統控制方法探索新知基本原理該方法依賴于精確的數學模型，當所建模型與車輛的實際行駛特性存在差異時，往往難以獲得令人滿意的跟蹤控制效果。模型的系統控制方法無模型的系統控制方法該方法的基本思想是將車輛系統作為一個“黑匣子”，只利用系統的輸入輸出信息設計控制器，其控制器結構不依賴于受控對象動力學特性的結構，適用于復雜的非線性系統。探索新知基本原理無模型的系統控制方法該方法不需要車輛動力學的精確模型，利用駕駛人操縱輸入與車輛響應輸出的直接關系設計控制器，進而實現車輛狀態的跟蹤控制。但是，基于該方法在控制穩定性和可優化性方面還需進一步提升。探索新知實現方式01感知系統感知外部環境信息，并利用軌跡規劃算法設計合理的行駛路徑。.02結合車輛動力學參數和車身狀態信息，計算當前車輛行駛狀況，作為轉向控制系統的輸入。輸入處理控制輸出探索新知實現方式03轉向控制系統根據預期軌跡和車輛本身的狀態信息，計算相應的轉向盤轉角控制量。04主動轉向執行系統控制車輛做轉向運動，實現自動轉向功能。實現方式如圖所示小測試即時檢測1.橫向運動控制的目標是控制汽車的轉向運動。2.橫向運動控制只能通過建立運動學模型實現。3.GPS是橫向運動控制的輸出。4.前瞻參考系統利用車道電纜作為參考。(正確)(錯誤)(錯誤)(錯誤)小結橫向控制保持路線駕駛或模型非前瞻和前瞻謝謝觀看THANKS智能網聯汽車技術車輛控制-控制技術方案項目三汽車決策控制系統任務9協同控制系統主講人：周磊智能網聯汽車技術課程導入讓車自動駕駛，主要的技術難點在哪里呢?課程導入01感知環境02規劃行駛路徑03控制車輛精確執行如何讓車輛能夠根據環境自主控制速度、轉向等。學習目標說出智能網聯汽車的兩種控制技術方案01簡要解釋它們之間的區別02激活舊知智能網聯汽車的兩種控制技術方案，是哪兩種？技術方案基于規劃——跟蹤的間接控制基于人工智能的直接控制探索新知基于規劃-跟蹤的間接控制01根據當前行駛需求,在滿足車輛約束條件下，先規劃出一條無碰撞的安全軌跡。02設計控制方法讓汽車精確跟蹤這條軌跡。這種方法先規劃出軌跡,再讓汽車跟蹤執行。探索新知基于規劃-跟蹤的間接控制例子車輛要在路口左轉，間接控制系統會先規劃出一個左轉的最佳軌跡，考慮到行人、其他車輛的位置。控制汽車的轉向、車速等按照這個軌跡行駛。如果軌跡設置得當，汽車就可以平穩左轉。間接控制的優點是規劃過程可解釋，但是需要建立精確的車輛數學模型。探索新知基于人工智能的直接控制直接控制試圖模擬人腦的駕駛思維,通過深度學習等人工智能技術,直接從感知到的環境,學習出控制汽車的策略,無需人為規劃軌跡。從環境直接映射到控制,不需要軌跡規劃這一中間過程。探索新知基于人工智能的直接控制例子直接控制會通過深度學習網絡分析路口的環境。直接輸出車輛的轉向角或車速來實現左轉,不需要顯式規劃左轉的軌跡。學習過程會讓它逐步適應各種復雜環境。相比間接控制,直接控制的優勢在于可以端到端學習,適應復雜環境。即時檢測小測試智能網聯汽車控制技術有哪兩種基本方案？它們的區別是什么？小結控制技術方案02基于人工智能的直接控制01基于規劃-跟蹤的間接控制前者強調先規劃軌跡，再跟蹤；后者通過深度學習端到端映射環境到控制，無需軌跡規劃。謝謝觀看THANKS智能網聯汽車技術路徑跟蹤項目三汽車決策控制系統任務9協同控制系統主講人：周磊智能網聯汽車技術課程導入智能網聯汽車是怎么逐步發展起來的？課程導入路徑跟蹤系統!學習目標說出路徑跟蹤系統的主要功能和工作原理01分析路徑跟蹤系統的兩種主要方法02解釋純跟蹤算法的基本原理和應用優勢03激活舊知路徑跟蹤系統要完成的任務是什么呢？讓汽車在高速公路上，既要保持設定的速度，又要與前車保持安全距離。它需要控制汽車的縱向速度和橫向位置，完成這兩方面的協調控制。探索新知縱向控制橫向控制它需要控制汽車的速度，與前車保持安全距離；也需要控制汽車的橫向位置，使其沿著車道行駛。探索新知工作原理它主要是通過控制汽車的轉向角度，使汽車的實際軌跡緊跟參考路徑行駛。參考路徑就是我們規劃好讓汽車按照的路徑。幾何跟蹤法比較簡單直觀，模型跟蹤法考慮了更多汽車的動力學特性，更精確。幾何跟蹤法根據汽車的運動學原理，計算出讓汽車轉向的控制量。模型跟蹤法建立汽車運動的數學模型，求解控制汽車轉向的最優解。探索新知典型算法基本原理是基于當前車輛的后輪中心位置（車輛質心），在參考路徑上向ld（稱為前視距離）的距離匹配一個預瞄點，假設車輛后輪中心可以按照一定的轉彎半徑??行駛至該預瞄點，然后根據前視距離ld、轉彎半徑??、車輛坐標系下預瞄點的朝向角??之間的幾何關系來計算前輪轉角。幾何跟蹤法中的典型算法——PurePursuit,也稱為純跟蹤算法。探索新知典型算法如圖所示，在三角形OAC中，根據正弦定理可得：根據車輛的運動學方程，有：探索新知典型算法所以，根據阿克曼轉向模型得到前輪轉角為：純跟蹤算法的特點是簡單實用，對道路曲率變化魯棒，但需要精確調節預瞄距離，不易找到最優值,轉向控制效果難以保證。探索新知Stanley算法Stanley算法是斯坦福大學在比賽中使用的算法，它的名稱來源于斯坦福的校名。它是一種基于橫向跟蹤誤差（cross-trackerror：e）為前軸中心到最近路徑點(px，py)的距離）的非線性反饋函數，能實現橫向跟蹤誤差指數收斂于0。探索新知Stanley算法根據車輛位姿與給定路徑的相對幾何關系可以直觀的獲得控制車輛方向盤轉角的控制變量，其中包含橫向偏差e和航向偏差θe。探索新知Stanley算法假設車輛預期軌跡在距離前輪d(t)處與給定路徑上最近點切線相交，根據幾何關系得出如下非線性比例函數：在不考慮航向跟蹤偏差的情況下，橫向跟蹤誤差越大，前輪轉向角越大探索新知Stanley算法假設車輛預期軌跡在距離前輪d(t)處與給定路徑上最近點切線相交，根據幾何關系得出如下非線性比例函數：在不考慮航向跟蹤偏差的情況下，橫向跟蹤誤差越大，前輪轉向角越大探索新知Stanley算法隨著橫向誤差的增加，arctan函數產生一個直接指向期望路徑的前輪偏角，并且收斂受車速v(t)限制。綜合兩方面控制因素，基本轉向角控制率如下:其中d(t)與車速相關，最后用車速v(t)，增益參數k表示。探索新知Stanley算法Stanley算法相比于純追蹤控制算法更適用于相對更高車速的行駛工況，但是對期望路徑的平滑程度要求較高，在道路曲率光滑性不理想的情況下容易出現車輛響應超調過大的問題。由于忽略了車輛動力學特性和轉向執行器動態特性，在當車輛側向加速度較大時跟蹤性能較差。小測試即時檢測1.路徑跟蹤系統的主要功能是什么？2.幾何跟蹤法與模型跟蹤法的區別是什么？3.簡述純跟蹤算法的工作原理。小結路徑跟蹤系統的工作原理和幾種典型算法路徑跟蹤系統通過控制汽車的轉向角度，使其沿預定路徑行駛，是實現自動駕駛的關鍵技術之一。簡單直觀的幾何跟蹤法主要方法建模精細的模型跟蹤法謝謝觀看THANKS智能網聯汽車技術項目三汽車決策控制系統任務9協同控制系統主講人：周磊智能網聯汽車技術軌跡跟蹤-PID控制與滑模控制課程導入汽車需要具備軌跡跟蹤的能力，像我們人類駕駛員一樣敏捷地控制方向和速度。課程導入汽車軌跡跟蹤中兩個重要的“大腦中樞”兩位“中樞”各有所長，能讓汽車靈活應對各種道路情況，就像我們人體中樞神經系統協調全身活動一樣。PID控制滑模控制學習目標要能記住PID控制和滑模控制的工作原理01分析兩種控制方法的優缺點02比較PID控制和滑模控制在軌跡跟蹤中的應用03激活舊知無人駕駛汽車軌跡跟蹤系統的主要作用是什么?它需要控制汽車的哪些方面?軌跡跟蹤系統可以讓汽車按照預定的路線和速度運行。它同時需要控制汽車的轉向和速度。軌跡跟蹤需要同時考慮車輛的橫向和縱向控制，才能實現精確的路徑跟蹤。探索新知PID控制PID控制簡稱比例、積分和微分控制。PID控制器結構簡單、容易實現且能達到較好的控制效果，因此廣泛應用于控制領域。當被控對象的模型結構和參數不全，可以采用PID控制，其參數通過經驗和現場調試來確定。探索新知PID控制PID控制由比例P、積分I和微分D三個部分組成，分別產生不同的控制作用。探索新知PID控制P部件產生與系統偏差成比例的控制作用，這樣可以減小偏差，快速響應。比例越大，響應越快，但可能影響系統穩定性。I部件產生積分作用，可以消除系統穩態誤差，提高控制精度。積分時間越短，積分作用越強。但容易降低系統穩定性。D部件產生微分作用，提高系統動態響應，可以提前預防偏差繼續增大。但對噪聲比較敏感。PID控制把三者結合，可以獲得無穩態誤差、快速響應的控制效果。探索新知PID控制PID控制是一個傳統控制方法它適用于溫度、壓力、流量、液位等幾乎所有工程應用場景不同的應用場景，僅僅是PID參數應設置不同只要參數設置得當均可以達到很好的效果，甚至更高的控制要求。探索新知應用實例“速度-加速度”回路“位移-速度”回路Apollo自動駕駛系統的縱向速度控制。探索新知應用實例這兩個回路分別計算縱向的位置誤差和速度誤差。綜合確定對車輛的控制量，從而精確控制車輛的速度，使其能夠準確跟隨規劃好的軌跡。探索新知滑模控制01滑模控制(SlidingModeControl，SMC)也叫做變結構控制02本質上是一類特殊的、不連續的非線性控制03這種控制策略與其他控制的不同之處在于系統的“結構”并不固定04是可以在動態過程中根據系統當前的狀態有目的地不斷變化05迫使系統按照預定“滑動模態”的狀態軌跡運動探索新知滑模控制滑模變結構控制的原理，是根據系統所期望的動態特性來設計系統的切換超平面，通過滑動模態控制器使系統狀態從超平面之外向切換超平面收束。探索新知滑模控制系統一旦到達切換超平面，控制作用將保證系統沿切換超平面到達系統原點，這一沿切換超平面向原點滑動的過程稱為滑模控制。探索新知滑模控制由于系統的特性和參數只取決于設計的切換超平面而與外界干擾沒有關系，所以滑模變結構控制具有很強的魯棒性，能夠快速響應，并且物理實現簡單，經常應用在智能網聯汽車控制系統中。探索新知滑模控制但是在控制中，當狀態軌跡到達滑動模態面后，難以嚴格沿著滑動模態面向平衡點滑動，而是在其兩側來回穿越地趨近平衡點，從而產生抖振。探索新知滑模控制滑模控制SMC對非線性系統以及未知干擾具有較強的魯棒性，然而單一的SMC往往不能