智能網(wǎng)聯(lián)汽車ADAS系統(tǒng)原理與關(guān)鍵技術(shù)

《智能網(wǎng)聯(lián)汽車ADAS系統(tǒng)原理與關(guān)鍵技術(shù)》是“智能網(wǎng)聯(lián)汽車核心技術(shù)叢書”中的一冊，本書旨在深入探討智能網(wǎng)聯(lián)汽車的核心系統(tǒng)——高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的工作原理和關(guān)鍵技術(shù)。本書通過系統(tǒng)地闡述ADAS系統(tǒng)的各個(gè)組成部分、技術(shù)原理及其在實(shí)際應(yīng)用中的關(guān)鍵作用，包括車道偏離報(bào)警系統(tǒng)、前向碰撞預(yù)警、自動(dòng)緊急制動(dòng)、自動(dòng)泊車輔助、車道保持輔助、自適應(yīng)巡航控制、車輛盲區(qū)監(jiān)測、疲勞駕駛預(yù)警、夜視輔助等系統(tǒng)，為讀者提供了一個(gè)全面而深入的了解智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的視角。
本書可供智能網(wǎng)聯(lián)汽車ADAS方向的技術(shù)人員閱讀參考，也可供智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)的政策制定者、企業(yè)管理者、科研工作者以及汽車第三方檢測機(jī)構(gòu)人員閱讀，同時(shí)也可以作為國內(nèi)高校相關(guān)專業(yè)的本科生、研究生的參考教材。

1.本書對(duì)先進(jìn)輔助駕駛系統(tǒng)進(jìn)行了全面的介紹，內(nèi)容邏輯清晰、體系完整，文字通俗易懂，盡量避免煩瑣公式； 2.本書包括車道偏離報(bào)統(tǒng)、前向碰撞預(yù)警、自動(dòng)緊急制動(dòng)、自動(dòng)泊車輔助、車道保持輔助、自適應(yīng)巡航控制、車輛盲區(qū)監(jiān)測、疲勞駕駛預(yù)警、夜視輔助等系統(tǒng)，讀者閱讀完后將對(duì)ADAS有全新的認(rèn)識(shí)； 3.本書以較多圖表呈現(xiàn)相關(guān)內(nèi)容，以便讀者輕松理解。

隨著國家經(jīng)濟(jì)的逐步發(fā)展和新興技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國汽車產(chǎn)業(yè)近些年得到了飛速發(fā)展，已然成為工業(yè)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)增長的“壓艙石”。尤其是近幾年，我國汽車工業(yè)緊抓電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化轉(zhuǎn)型機(jī)遇，強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，著力推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新和市場創(chuàng)新。智能網(wǎng)聯(lián)汽車作為智能交通系統(tǒng)中汽車與車聯(lián)網(wǎng)交集的產(chǎn)品，已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的新風(fēng)口，為我國汽車產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和新型工業(yè)化的推進(jìn)帶來了歷史性機(jī)遇。
與傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展模式不同，智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)作為具有巨大潛力的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，具備天然跨界融合的特質(zhì)，而且其發(fā)展不僅能夠推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，也會(huì)給居民出行方式、交通管理模式、市政設(shè)施規(guī)劃等領(lǐng)域帶來變革。一直以來，道路交通安全和交通運(yùn)行效率問題都是交通組織和管理的痛點(diǎn)，如何提高車輛運(yùn)行的安全性和智能化程度是相關(guān)企業(yè)關(guān)注和研究的熱點(diǎn)，而高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的研發(fā)和應(yīng)用，能夠預(yù)先讓駕駛者察覺到可能發(fā)生的危險(xiǎn)，有效增加汽車駕駛的舒適性和安全性。
ADAS并不等同于自動(dòng)駕駛或無人駕駛，其是自動(dòng)駕駛、無人駕駛實(shí)現(xiàn)的重要基礎(chǔ)。由于ADAS能夠極大提升車輛和道路的安全性，因此，其不僅成了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的重要組成部分，也演化為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快的應(yīng)用領(lǐng)域之一。
從實(shí)現(xiàn)原理來看，ADAS是借助于安裝在車輛上的各種傳感器（如毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、單/雙目攝像頭以及衛(wèi)星導(dǎo)航等）采集行駛過程中車輛以及周邊環(huán)境的信息，再通過系統(tǒng)的運(yùn)算和分析，識(shí)別可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)，給出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案，并依托控制系統(tǒng)完成對(duì)車輛的操控。隨著汽車安全標(biāo)準(zhǔn)以及電子化水平的不斷提升，人們對(duì)車輛行駛的安全需求也將越來越高，這無疑使得ADAS擁有廣闊的市場前景。
從全球范圍來看，目前ADAS市場的集中度較高，主要被博世、采埃孚等具有技術(shù)和設(shè)備優(yōu)勢的傳統(tǒng)零部件巨頭所壟斷。受益于各國監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)于車輛主動(dòng)安全技術(shù)的要求和推動(dòng)，ADAS市場的發(fā)展勢頭仍十分迅猛。
為了進(jìn)一步推動(dòng)我國汽車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)高效發(fā)展，提高產(chǎn)業(yè)生態(tài)的豐富程度，我國相關(guān)部門陸續(xù)出臺(tái)了多項(xiàng)關(guān)于智能網(wǎng)聯(lián)汽車的政策和文件，從政策層面為智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供支持。其中，ADAS作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的重要組成部分，也是我國政府關(guān)注的重點(diǎn)。 2022年3月1日，《汽車駕駛自動(dòng)化分級(jí)》作為我國的國家標(biāo)準(zhǔn)正式開始實(shí)施，北京、上海、廣州、深圳等城市也先后制定了一系列鼓勵(lì)A(yù)DAS技術(shù)研發(fā)的政策和管理細(xì)則，為全國的智能駕駛測試和商業(yè)化運(yùn)營試點(diǎn)起到了引領(lǐng)示范作用。
本書立足于當(dāng)前全球智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)以及ADAS系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，采用總分式結(jié)構(gòu)，全面闡述智能網(wǎng)聯(lián)汽車ADAS系統(tǒng)的構(gòu)成、原理、測試與評(píng)價(jià)方法等，試圖為讀者提供一些有益的借鑒與思考，對(duì)從事智能網(wǎng)聯(lián)汽車設(shè)計(jì)研發(fā)、產(chǎn)品測試、質(zhì)量論證等相關(guān)方向的人員具有較高的參考價(jià)值。
本書注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，核心內(nèi)容包括車道偏離報(bào)警系統(tǒng)（LDWS）、前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)（FCW）、自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)（AEB）、自動(dòng)泊車輔助系統(tǒng)（APA）、車道保持輔助系統(tǒng)（LKA）、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（ACC）、車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)（BSD）、疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)（DMS）、夜視輔助系統(tǒng)（NVS）等九大方向，全面闡述智能網(wǎng)聯(lián)汽車ADAS系統(tǒng)的原理和關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)輔之以大量的結(jié)構(gòu)圖、框圖和表格，讓讀者精準(zhǔn)把握ADAS系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。
此外，由于本書是“智能網(wǎng)聯(lián)汽車核心技術(shù)叢書”中的一冊，因此推薦讀者結(jié)合叢書中的其他書籍對(duì)照閱讀，以便對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有更加全面系統(tǒng)的了解和更為深入準(zhǔn)確的把握。
由于作者水平所限，書中不足之處請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

著者

第1章　智能網(wǎng)聯(lián)汽車ADAS系統(tǒng)	001
1.1　汽車高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)概述	002
1.1.1　ADAS系統(tǒng)定義與類型	002
1.1.2　ADAS系統(tǒng)構(gòu)成與原理	004
1.1.3　ADAS系統(tǒng)常用傳感器	005
1.2 ADAS系統(tǒng)構(gòu)成與主要功能	011
1.2.1　車道偏離報(bào)警系統(tǒng)	011
1.2.2　車道保持輔助系統(tǒng)	012
1.2.3　自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)	013
1.2.4　前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)	014
1.2.5　自動(dòng)泊車系統(tǒng)	015
1.2.6　盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)	015
1.2.7　駕駛員疲勞預(yù)警系統(tǒng)	016
1.2.8　自適應(yīng)燈光控制系統(tǒng)	017
1.3　ADAS系統(tǒng)實(shí)車道路測試方法	018
1.3.1　ADAS環(huán)境感知技術(shù)	018
1.3.2　道路環(huán)境影響因素	021
1.3.3　道路測試路線方案	022

第2章　車道偏離報(bào)警系統(tǒng)（LDWS）	026
2.1　車道偏離報(bào)警系統(tǒng)概述	027
2.1.1　LDWS的基本概念	027
2.1.2　LDWS的安全功能	028
2.1.3　LDWS的模塊構(gòu)成	029
2.1.4　全球主流的LDWS	031
2.2　車道線檢測與識(shí)別方法	033
2.2.1　LDWS的工作原理	033
2.2.2　基于特征的識(shí)別方法	035
2.2.3　基于模型的識(shí)別方法	035
2.2.4　基于深度學(xué)習(xí)的識(shí)別方法	036
2.3　車道偏離報(bào)警決策算法	038
2.3.1　車道偏離報(bào)警決策算法概述	038
2.3.2　基于TLC的報(bào)警決策算法	039
2.3.3 基于CCP的報(bào)警決策算法	041
2.3.4　基于預(yù)測軌跡偏離的算法	041
2.3.5　基于EDF的報(bào)警決策算法	042
2.3.6　基于TTD的報(bào)警決策算法	044
2.3.7　基于FOD的報(bào)警決策算法	045

第3章　前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)（FCW）	046
3.1　前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)概述	047
3.1.1　FCW系統(tǒng)的基本構(gòu)成	047
3.1.2　FCW系統(tǒng)原理與應(yīng)用	049
3.1.3　FCW系統(tǒng)的類型劃分	050
3.1.4　FCW系統(tǒng)的應(yīng)用場景	051
3.1.5　FCW系統(tǒng)的測試標(biāo)準(zhǔn)	052
3.2　FCW系統(tǒng)的算法原理	054
3.2.1　前方車輛識(shí)別算法	054
3.2.2　車輛跟蹤與車距檢測	056
3.2.3　安全車距預(yù)警模型	057
3.3　FCW系統(tǒng)的報(bào)警策略	059
3.3.1　FCW感知傳感器選擇	059
3.3.2　FCW系統(tǒng)的報(bào)警時(shí)機(jī)	059
3.3.3　HMI預(yù)警方式的設(shè)計(jì)	062

第4章　自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)（AEB）	064
4.1　自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)概述	065
4.1.1　AEB系統(tǒng)的基本概念	065
4.1.2　AEB系統(tǒng)的模塊構(gòu)成	066
4.1.3　AEB系統(tǒng)的工作原理	069
4.1.4　AEB的工作范圍及優(yōu)劣	073
4.2　AEB系統(tǒng)的作用與類型劃分	074
4.2.1　AEB系統(tǒng)的主要作用	074
4.2.2　根據(jù)功能名稱劃分	075
4.2.3　根據(jù)行駛速度劃分	078
4.2.4　根據(jù)技術(shù)路徑劃分	080
4.2.5　根據(jù)不同路況劃分	080
4.2.6　根據(jù)輔助方式劃分	081
4.3 自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)避撞策略	081
4.3.1　基于安全距離的避撞策略	081
4.3.2　基于碰撞發(fā)生時(shí)間的避撞策略	084
4.3.3　制動(dòng)轉(zhuǎn)向協(xié)同的避撞策略	085

第5章　自動(dòng)泊車輔助系統(tǒng)（APA）	087
5.1　自動(dòng)泊車技術(shù)的演進(jìn)路線	088
5.1.1　自動(dòng)泊車輔助（APA）	088
5.1.2　遠(yuǎn)程遙控泊車（RPA）	090
5.1.3　自主學(xué)習(xí)泊車（HAVP）	091
5.1.4　自動(dòng)代客泊車（AVP）	094
5.2　自動(dòng)泊車系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)	097
5.2.1　自動(dòng)泊車類型與方案原理	097
5.2.2　自動(dòng)泊車系統(tǒng)的硬件組件	100
5.2.3　自動(dòng)泊車系統(tǒng)的軟件功能	102
5.2.4　自動(dòng)泊車系統(tǒng)HMI案例分析	108
5.3　基于計(jì)算機(jī)視覺的APA系統(tǒng)	114
5.3.1　計(jì)算機(jī)視覺深度估計(jì)	114
5.3.2　停車位的標(biāo)記與識(shí)別	115
5.3.3　車輛和行人檢測/跟蹤	116
5.3.4　可行駛空間障礙檢測	117

第6章　車道保持輔助系統(tǒng)（LKA）	119
6.1　車道保持輔助系統(tǒng)概述	120
6.1.1　LKA系統(tǒng)架構(gòu)與功能	120
6.1.2　LKA系統(tǒng)的工作原理	121
6.1.3　LKA系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)	124
6.1.4　控制策略及仿真分析	127
6.2　LKA系統(tǒng)的主觀評(píng)價(jià)體系	128
6.2.1　主觀評(píng)價(jià)指標(biāo)體系	128
6.2.2　HMI維度的評(píng)價(jià)方法	130
6.2.3　LDW維度的評(píng)價(jià)方法	131
6.2.4　LKA維度的評(píng)價(jià)方法	132

第7章　自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（ACC）	135
7.1　自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)概述	136
7.1.1　ACC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與作用	136
7.1.2　ACC系統(tǒng)原理與模式	138
7.1.3　ACC系統(tǒng)要求與設(shè)置	139
7.1.4　ACC系統(tǒng)標(biāo)定的方法	142
7.2　ACC系統(tǒng)仿真測試與評(píng)價(jià)	143
7.2.1　仿真測試整體方案	143
7.2.2　仿真測試軟件選型	146
7.2.3　仿真測試場景設(shè)計(jì)	149
7.2.4　車輛動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)	152
7.2.5　傳感器模型設(shè)計(jì)	154

第8章　車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)（BSD）	156
8.1　車輛盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)概述	157
8.1.1　車輛盲區(qū)的主要類型	157
8.1.2　BSD系統(tǒng)原理與構(gòu)成	159
8.1.3　BSD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理	160
8.1.4　BSD系統(tǒng)的應(yīng)用場景	163
8.1.5　BSD系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀	168
8.2　BSD系統(tǒng)測試與評(píng)價(jià)方法	169
8.2.1　測試系統(tǒng)的搭建方法	169
8.2.2　測試數(shù)據(jù)保存與分析	172
8.2.3　BSD系統(tǒng)的測試方法	174
8.2.4　實(shí)車測試的效果驗(yàn)證	177

第9章　疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)（DMS）	179
9.1　疲勞駕駛預(yù)警系統(tǒng)概述	180
9.1.1　DMS系統(tǒng)原理與構(gòu)成	180
9.1.2　DMS系統(tǒng)的技術(shù)支撐	181
9.1.3　DMS系統(tǒng)的監(jiān)測算法	182
9.1.4　國外DMS系統(tǒng)的應(yīng)用	183
9.1.5　國內(nèi)DMS系統(tǒng)的應(yīng)用	186
9.2　駕駛員疲勞檢測原理與方法	188
9.2.1　基于生理指標(biāo)檢測	188
9.2.2　基于生理反應(yīng)檢測	189
9.2.3　基于車輛行駛狀態(tài)檢測	191
9.2.4　基于多特征信息融合檢測	192
9.2.5　基于圖像處理的疲勞駕駛檢測	192

第10章　夜視輔助系統(tǒng)（NVS）	194
10.1　車載夜視輔助系統(tǒng)概述	195
10.1.1　夜視輔助系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理	195
10.1.2　夜視輔助技術(shù)的工作原理	196
10.1.3　主動(dòng)式NVS與被動(dòng)式VNVS	198
10.1.4　BMW夜視系統(tǒng)技術(shù)解析	199
10.2　紅外熱成像技術(shù)原理與應(yīng)用	201
10.2.1　紅外熱成像的技術(shù)原理與特點(diǎn)	201
10.2.2　紅外熱成像在自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用	204
10.2.3　紅外熱成像在車輛檢修中的應(yīng)用	206
10.2.4　全球紅外熱成像領(lǐng)域的典型玩家	208

參考文獻(xiàn)	211