智能网联汽车决策与控制技术

《智能网联汽车决策与控制技术》是“智能网联汽车核心技术丛书”中的一册，本书内容依托“杭州职业技术学院文库”， 概述了智能网联汽车中至关重要的决策与控制技术。书中首先介绍了自动驾驶的基础知识，并强调了决策与控制技术在实现智能化、自动化驾驶中的核心地位。随后，深入探讨了决策规划、路径规划、执行控制等关键技术，包括各种典型算法原理与实现、决策模型及控制方法的选择与应用等。此外，本书还关注了电子电气架构技术、智能座舱技术及信息安全防御技术，以实现更高效、安全的交通环境。
本书适合智能网联汽车决策与控制方向的技术人员阅读参考，也可供智能网联汽车行业的政策制定者、企业管理者、科研工作者以及汽车第三方检测机构人员阅读，同时也可以作为国内高等院校汽车相关专业的参考教材。

作为国民经济的支柱性产业，汽车产业的智能化、网联化、绿色化发展是大势所趋。而人工智能、物联网、大数据等技术的不断进步为这一趋势的实现提供了可能，新兴技术与汽车领域的深入融合，使得汽车从单纯的交通工具升级为一种智能化移动空间。可以说，智能网联汽车不仅可以极大提升用户的体验，更能够催生新模式、孕育新业态、带来新机遇。
近几年，各国均十分重视智能网联汽车产业的发展，力图通过研发新技术、更新相关法规、出台支持性政策等方式为智能网联汽车产业的发展提供助力。对我国而言，发展智能网联汽车无疑是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。智能网联汽车产业不仅是我国的战略性新兴产业，也是我国现代化产业体系的新引擎。除能够带动经济发展、提升人民生活质量、提高用户出行体验外，智能网联汽车产业的发展还有助于实现“双碳”目标，推动“双碳”目标的实现。因此，为加快我国智能网联汽车产业的变革与发展，国家各部门陆续出台了一系列相关政策，鼓励支持智能网联汽车产业的创新。比如，在相关规范的制定以及落地应用的推进等方面，均指出了明确的发展方向。总的来看，我国智能网联汽车产业的技术研发和测试验证已经逐步进入示范应用、规模推广、商业探索的阶段。
智能网联汽车借助物联网、人工智能、移动互联网等技术，能够实现车与车、车与路、车与人的智能互联。与传统汽车相比，首先，智能网联汽车具备极强的信息采集、整理、分析能力。依赖于车载传感器等设备，智能网联汽车能够实时收集与车辆运行相关的状态信息以及周围环境信息，并将这些信息上传到云端进行处理，从而准确把握车辆行驶状况，并作出智能化的行驶决策。其次，智能网联汽车具备高效的通信能力，基于车载通信模块以及关联的通信设施，智能网联汽车能够与路端、云端等进行信息传输，从而便于车辆运行后台以及相关的交通管理部门等更为准确全面地把握实时交通状况，提高道路通行效率。再次，智能网联汽车具备强大的数据处理能力。智能网联汽车的数据处理引擎能够对实时采集到的运行数据等进行处理和分析，进而提升车辆的安全性、舒适性等。最后，智能网联汽车具备可靠的协同决策能力。作为一个智能化移动空间，智能网联汽车不仅可以基于协同决策系统保障车辆的高效行驶，也可以与其他车辆、行人等进行智能协同。可以说，智能网联汽车的决策与控制更加智能。自主决策与运动控制相当于智能网联汽车的大脑，其决策水平的高低也体现了汽车智能化程度的高低。
决策与控制技术是智能网联汽车领域的关键共性技术之一，它能够将路径规划和环境感知结果转化为车辆的具体控制指令。在自动驾驶系统中，决策与控制算法需要满足高精度、高可靠性和高效率的要求。《智能网联汽车决策与控制技术》一书对自动驾驶车辆行为决策、运动规划和控制执行等技术与方法进行了全面讲解和深度解析，以满足智能网联汽车产业发展的需求。
本书研究内容依托于教育部高等学校科学研究发展中心中国高校产学研创新基金课题（课题编号：2022IT221）；2022年度浙江省教育厅高校国内访问工程师校企合作项目（课题编号：FG2022072）；杭州职业技术学院高层次人才科研启动项目（编号：HZYGCC202109，HZYGCC202230）；浙江省首批职业院校技能大师工作室“杨爱喜技能大师工作室”（立项号：浙教办函（2023）119号），分别从自动驾驶概论、决策规划技术、路径控制技术、执行控制技术、电子电气架构、智能座舱技术、信息安全防御技术7个维度出发，针对自动驾驶车辆的轨迹规划、控制方法、算法原理、决策模型等技术方案进行了细致分析，并包含大量的结构图、框图和表格，试图让读者全面掌握智能网联汽车决策与控制技术的应用与实践。
本书对从事智能网联汽车设计研发、产品测试、质量论证等相关专业人员具有较高的参考价值，可供智能网联汽车行业的政策制定者、企业管理者、科研工作者以及汽车第三方检测机构人员阅读参考，也可作为国内高校相关专业的本科生、研究生参考教材。此外，由于本书是“智能网联汽车核心技术丛书”中的一册，因此推荐读者结合丛书中的其他书籍对照阅读，以便对智能网联汽车产业的发展有更加全面系统的了解和更为深入准确的把握。

著者

第1章　自动驾驶概论	001
1.1　自动驾驶的概念、功能与模式	002
1.1.1　自动驾驶的基本概念	002
1.1.2　自动驾驶的系统功能	004
1.1.3　自动驾驶的五大域控制器	007
1.1.4　自动驾驶“新四化”发展模式	009
1.2　自动驾驶系统架构与关键技术	011
1.2.1　环境感知系统及关键技术	012
1.2.2　决策规划系统及关键技术	014
1.2.3　执行控制系统及关键技术	016
1.2.4　自动驾驶技术的发展趋势	017
1.3　边缘计算在自动驾驶中的应用	020
1.3.1　自动驾驶对网络能力的需求	020
1.3.2　MEC的概念、功能与分类	022
1.3.3　基于MEC的自动驾驶应用	023
1.3.4　自动驾驶中的MEC商业模式	024

第2章　决策规划技术	027
2.1　自动驾驶决策规划体系与方法	028
2.1.1　决策规划系统的结构体系	028
2.1.2　决策规划系统的关键环节	031
2.1.3　全局路径规划方法	033
2.1.4　局部路径规划方法	035
2.2　全局路径规划的典型算法及原理	037
2.2.1　Dijkstra算法及原理	037
2.2.2　A*算法及原理	040
2.2.3　Floyd算法及原理	042
2.2.4　RRT算法及原理	043
2.3　自动驾驶行为决策模型及算法	045
2.3.1　基于有限状态机的决策模型	045
2.3.2　基于深度学习的行为决策模型	048
2.3.3　基于决策树的行为决策模型	051
2.3.4　基于贝叶斯网络的决策模型	053

第3章　路径控制技术	057
3.1　智能车辆路径控制的系统设计	058
3.1.1　智能车辆的控制架构设计	058
3.1.2　智能车辆控制的核心技术	060
3.1.3　智能车辆的横向控制设计	062
3.1.4　智能车辆的纵向控制设计	064
3.1.5　智能车辆控制的技术方案	066
3.2　自动驾驶路径跟踪的控制方法	068
3.2.1　经典控制方法	068
3.2.2　最优控制方法	070
3.2.3　鲁棒控制方法	072
3.2.4　模糊控制方法	073
3.2.5　自适应控制方法	075
3.2.6　模型预测控制方法	077

第4章　执行控制技术	081
4.1　智能网联汽车的线控底盘技术	082
4.1.1　线控转向系统	082
4.1.2　线控驱动系统	083
4.1.3　线控制动系统	086
4.1.4　线控悬架系统	089
4.2　智能网联汽车的车路协同技术	093
4.2.1　单车智能VS车路协同	093
4.2.2　车路协同的问题与挑战	095
4.2.3　基于5G车路协同的自动驾驶	097
4.2.4　5G车路协同自动驾驶方案设计	098
4.3　智能汽车云控系统的原理与应用	101
4.3.1　智能汽车云控系统基本架构	101
4.3.2　智能汽车云控系统的关键技术	103
4.3.3　云控汽车节能驾驶系统的应用	105
4.3.4　云控交通信号管控系统的应用	106

第5章　电子电气架构	109
5.1　汽车电子电气架构的演进路径	110
5.1.1　E/E架构的概念与支撑技术	110
5.1.2　分布式电子电气架构	111
5.1.3　域集中式电子电气架构	112
5.1.4　中央集中式电子电气架构	114
5.1.5　汽车E/E架构设计的实践对策	116
5.2　智能汽车多域电子电气架构设计	118
5.2.1　多域电子电气架构的总体设计	118
5.2.2　多域电子电气架构的硬件系统	120
5.2.3　多域电子电气架构的通信系统	123
5.2.4　多域电子电气架构的软件系统	126
5.3　智能网联汽车的主要操作系统	129
5.3.1　安全车载操作系统	129
5.3.2　智能驾驶操作系统	131
5.3.3　智能座舱操作系统	134
5.4　全球典型的汽车电子电气架构	136
5.4.1　特斯拉：Autopilot智能驾驶系统	136
5.4.2　大众：中央集中式电子电气架构	137
5.4.3　华为：MDC智能驾驶计算平台	138
5.4.4　英伟达：基于芯片的软硬件平台	141
5.4.5　百度：Apollo自动驾驶开放平台	143

第6章　智能座舱技术	147
6.1　智能座舱产业发展与竞争格局	148
6.1.1　智能座舱技术的演变路径	148
6.1.2　智能座舱产业链全景图谱	150
6.1.3　国外典型的智能座舱企业	153
6.1.4　国内典型的智能座舱企业	156
6.2　智能座舱架构与功能开发流程	160
6.2.1　智能座舱系统的基础架构	160
6.2.2　智能座舱平台的算法类型	164
6.2.3　智能座舱平台的开发流程	166
6.2.4　智能座舱系统的功能测试	169
6.3　车载信息系统平台架构与功能	170
6.3.1　车载信息系统的平台功能	170
6.3.2　车载信息平台的关键技术	172
6.3.3　车载信息平台的显示系统	175
6.3.4　车载导航信息系统的构成	176
6.3.5　车载多媒体信息娱乐系统	177
6.3.6　车载远程故障诊断系统	178

第7章　信息安全防御技术	181
7.1　智能汽车信息安全的整体架构	182
7.1.1　汽车网络安全攻击	182
7.1.2　车载智能终端安全	185
7.1.3　车联网通信安全	187
7.1.4　车联网服务平台安全	188
7.2　汽车信息安全威胁识别和防御	189
7.2.1　汽车信息安全威胁评估系统	189
7.2.2　STRIDE威胁分析与风险评估	191
7.2.3　基于汽车网络架构的安全防护	194
7.2.4　构建智能网联汽车安全保障体系	195
7.3　汽车信息安全测试技术研究	197
7.3.1　汽车信息安全测评的意义	197
7.3.2　汽车信息安全测评的内容	198
7.3.3　汽车信息安全测评的实施	201

参考文献	203