第一章 汽车与交通的网联化和智能化 ................................................................................. 1
1.1 工业革命的发展历程 ............................................................................................... 1
1.2 汽车的起源和发展的驱动力 ................................................................................... 2
1.2.1 汽车的发明 .................................................................................................... 2
1.2.2 汽车的电子化 ................................................................................................ 3
1.2.3 车联网——汽车的网联化 ........................................................................... 5
1.2.4 汽车的智能化与自动化 ................................................................................ 7
1.2.5 车辆和交通数据信息的共享化 .................................................................... 9
1.3 智能汽车与自动驾驶未来的发展 ......................................................................... 11
第二章 汽车电子控制技术和诊断系统 ............................................................................... 13
2.1 汽车电子控制系统 ................................................................................................. 13
2.1.1汽车电子控制系统工作原理 ....................................................................... 13
2.1.2汽车电子控制系统软件的标准化 —— AutoSAR .................................. 16
2.1.3汽车微控制器及典型芯片产品 ................................................................... 18
2.1.4汽车电子控制系统的应用 ........................................................................... 20
2.1.4.1发动机管理系统 ................................................................................ 20
2.1.4.2电子控制的自动变速器 .................................................................... 21
2.1.4.3制动防抱死系统 ................................................................................ 22
2.1.4.4电子控制悬架系统 ............................................................................ 22
2.1.4.5电动助力转向系统 ............................................................................ 22
2.1.4.6 纯电动汽车的电子控制系统 ........................................................... 23
2.2 汽车控制总线 ......................................................................................................... 24
2.2.1控制局域网 —— CAN总线 ..................................................................... 25
2.2.2 局部连接网络 —— LIN总线 ................................................................... 27
2.2.3 汽车总线的发展趋势—— 车载以太网 ................................................... 28
2.2.3.1 车载以太网标准 ............................................................................... 28
2.2.3.2 时间敏感网络的基本原理和关键技术 ........................................... 29
2.2.3.3 车载以太网的发展趋势 ................................................................... 30
2.3 汽车诊断系统 ......................................................................................................... 32
2.3.1汽车诊断系统的工作原理 ........................................................................... 33
2.3.2汽车诊断通信协议 ....................................................................................... 34
2.3.3车辆数据与车辆数据信息服务 ................................................................... 36
2.3.3.1车辆数据............................................................................................ 36
2.3.3.2 网联车载诊断终端 ........................................................................... 37
2.3.3.3 车辆数据信息服务与产业生态 ....................................................... 39
2.3.3.4 网联车载诊断终端的发展 ............................................................... 40
汽车网联化................................................................................................................................43
第三章 车联网技术与定位导航 ........................................................................................... 44
3.1 车联网体系架构及数据信息共享 ......................................................................... 44
3.1.1车联网体系架构 ........................................................................................... 44
3.1.2 车辆与交通数据信息的共享 ...................................................................... 46
3.2 基于专用短距离通信的V2X协同通信 ................................................................ 47
3.2.1 专用短距离通信(DSRC)技术 ..................................................................... 48
3.2.2 IEEE 802.11p协议 ..................................................................................... 49
3.2.3 IEEE 1609.X协议 ........................................................................................ 51
3.2.4 DSRC的应用和发展 ................................................................................... 52
3.3 蜂窝移动通信 ......................................................................................................... 53
3.3.1 2G/3G蜂窝移动通信 ................................................................................. 54
3.3.2 4G蜂窝移动通信 ........................................................................................ 55
3.3.3 5G蜂窝移动通信 ........................................................................................ 55
3.3.4蜂窝-V2X（C-V2X）协同通信.................................................................. 57
3.3.4.1 C-V2X协同通信标准的发展 .......................................................... 57
3.3.4.2 C-V2X协同通信网络架构 .............................................................. 59
3.3.4.3 C-V2X协同通信产业发展现状 ...................................................... 60
3.4 卫星定位系统和惯性导航系统 ............................................................................. 62
3.4.1 卫星定位系统 .............................................................................................. 62
3.4.1.1卫星定位的原理 ................................................................................ 63
3.4.1.2 卫星定位系统的发展情况 ................................................................ 64
3.4.1.3 地基增强系统及高精度卫星定位 ................................................... 65
3.4.2 惯性导航系统 .............................................................................................. 66
3.4.2.1 惯性导航系统的工作原理 ............................................................... 66
3.4.2.2 惯性导航系统与卫星的融合定位 ................................................... 67
第四章 车载终端与车载信息服务 ....................................................................................... 71
4.1 车载信息服务终端的演进与发展 ......................................................................... 71
4.1.1车载信息娱乐系统 ....................................................................................... 71
4.1.2 车载信息服务终端与应用 .......................................................................... 73
4.2 车载信息服务终端操作系统 ................................................................................. 75
4.2.1 车载信息服务终端的软件体系结构 .......................................................... 75
4.2.2 WinCE车载操作系统 ................................................................................. 76
4.2.3 QNX的车载操作系统 ................................................................................. 78
4.2.4 阿里YunOS车载操作系统 ....................................................................... 81
4.2.5车载信息娱乐产业联盟(GENIVI)的操作系统 ........................................... 82
4.3整车厂主导的车载信息服务模式 .......................................................................... 87
4.3.1 汽车导航服务 .............................................................................................. 88
4.3.2 信息娱乐服务 .............................................................................................. 89
4.3.3 通信服务 ...................................................................................................... 90
4.3.4 上网服务 ...................................................................................................... 91
4.3.5 道路救援与紧急救援服务 .......................................................................... 93
4.4 服务提供商主导的车载信息服务模式 ................................................................. 95
4.5 基于智能手机的车载信息服务投影模式 ............................................................. 98
4.5.1 Mirrorlink .................................................................................................... 99
4.5.2 苹果的CarPlay ......................................................................................... 100
4.5.3 谷歌的Android Auto ............................................................................. 101
4.5.4 投影模式的比较 ........................................................................................ 103
4.6 商业运输管理服务 ............................................................................................... 104
第五章 网联驾驶与协作式智能交通 ................................................................................. 109
5.1 网联驾驶生态环境 ............................................................................................... 109
5.2 网联驾驶体系架构 ............................................................................................... 111
5.2.1 交通运行数据 ............................................................................................ 112
5.2.2运输出行数据 ............................................................................................. 114
5.2.3数据交换 ..................................................................................................... 115
5.3 网联驾驶应用 ....................................................................................................... 117
5.3.1 交通安全应用 ............................................................................................ 117
5.3.1.1 V2V交通安全应用 ......................................................................... 118
5.3.1.2 V2I交通安全应用 .......................................................................... 121
5.3.2 交通管理应用 ............................................................................................ 123
5.3.3 节能环保应用 ............................................................................................ 126
5.3.4 道路管理应用 ............................................................................................ 129
5.3.5 公交运输管理应用 .................................................................................... 130
5.3.6 商业运输管理应用 .................................................................................... 132
5.3.7 个人与车辆出行应用 ................................................................................ 134
5.4 各国网联驾驶和协作式智能交通应用与示范 ................................................... 136
5.4.1美国网联汽车应用与示范 ......................................................................... 136
5.4.1.1美国网联汽车参考实现体系架构 .................................................. 136
5.4.1.2安娜堡V2X网联汽车应用示范 .................................................... 137
5.4.2欧洲协作式智能交通应用与示范 ............................................................. 139
5.4.2.1协作式智能交通C-ITS协议架构 .................................................. 139
5.4.2.2协作式智能交通应用与示范 .......................................................... 140
5.4.3 日本智能交通和网联驾驶应用与示范 .................................................... 141
5.4.4智能交通和网联驾驶应用的发展趋势 ..................................................... 142
汽车智能化................................................................................................................................... 144
第六章 智能汽车与自动驾驶 ............................................................................................. 145
6.1 自动驾驶的分级与发展趋势 ............................................................................... 145
6.1.1自动驾驶的分级 ......................................................................................... 145
6.1.2 自主式自动驾驶发展路线图 .................................................................... 148
6.2 驾驶辅助及其功能 ............................................................................................... 149
6.3 自动驾驶的演进路径与功能体系架构 ............................................................... 151
6.3.1 自动驾驶的演进路径 ................................................................................ 151
6.3.2 汽车智能化技术对人类驾驶的替代 ........................................................ 152
6.3.3 自动驾驶功能体系架构 ............................................................................ 153
6.3.4 自动驾驶决策子系统的功能 .................................................................... 155
6.3.4.1路径规划.......................................................................................... 156
6.3.4.2 行为决策......................................................................................... 156
6.3.4.3 运动规划......................................................................................... 158
6.3.4.4 操作指令......................................................................................... 160
6.3.4.5控制执行.......................................................................................... 160
6.3.5 自动驾驶闭环控制系统 ............................................................................ 160
6.4 自动驾驶中的关键技术 ....................................................................................... 162
第七章 视觉传感设备 ......................................................................................................... 166
7.1 车载传感设备的作用 ........................................................................................... 166
7.2 摄像头传感器 ....................................................................................................... 169
7.2.1 车载摄像头的位置及功能 ........................................................................ 170
7.2.2 摄像头传感器典型产品 ............................................................................ 171
7.3 红外夜视摄像头传感器 ....................................................................................... 173
7.3.1 被动红外热成像技术 ................................................................................ 174
7.3.2 主动红外成像技术 .................................................................................... 174
7.3.3 红外夜视摄像头的典型产品 .................................................................... 175
7.4 视觉识别技术 ....................................................................................................... 176
7.4.1 Mobileye的单目视觉识别 ...................................................................... 176
7.4.1.1 Mobileye的视觉处理芯片及研发历程 ....................................... 177
7.4.1.2 Mobileye的驾驶辅助 ................................................................... 178
7.4.2 图森科技基于深度学习的视觉识别 ........................................................ 178
7.4.3 中科慧眼的双目视觉检测 ........................................................................ 179
7.4.4 总结 ............................................................................................................ 181
第八章 车载雷达 ................................................................................................................. 184
8.1 车载毫米波雷达 ................................................................................................... 185
8.1.1车载毫米波雷达工作原理 ......................................................................... 186
8.1.2车载毫米波雷达的位置及功能 ................................................................. 187
8.1.3 毫米波雷达典型器件 ................................................................................ 189
8.1.3.1 基于PCB板的毫米波天线 ........................................................... 189
8.1.3.2 毫米波收发模块微波集成电路 ..................................................... 190
8.1.4 车载毫米波雷达系统典型产品 ................................................................ 191
8.1.5 防碰撞测试评价标准 ................................................................................ 193
8.1.6 车载毫米波雷达的技术发展趋势 ............................................................ 194
8.2 车载超声波雷达 ................................................................................................... 195
8.2.1 车载超声波雷达工作原理 ........................................................................ 196
8.2.2 车载超声波雷达的位置及功能 ................................................................ 197
8.2.3 车载超声波雷达典型产品 ........................................................................ 198
8.3 车载激光雷达 ....................................................................................................... 201
8.3.1 车载激光雷达工作原理及分类 ................................................................ 201
8.3.2 3D扇形扫描激光雷达典型产品 .............................................................. 202
8.3.2.1 3D扇形扫描激光雷达的位置及功能 ........................................... 202
8.3.2.2 Ibeo 3D扇形扫描激光雷达 ......................................................... 202
8.3.2.3 Quanergy固态激光雷达 .............................................................. 206
8.3.3 3D旋转式扫描激光雷达典型产品 .......................................................... 208
8.3.3.1 3D旋转式扫描激光雷达的功能 ................................................... 208
8.3.3.2 Velodyne 3D旋转式扫描激光雷达 ............................................ 209
8.3.4 车载激光雷达产业现状与技术发展趋势 ................................................ 215
第九章 高精度地图及创建、制作和共享 ......................................................................... 218
9.1 高精度地图的作用与架构 ................................................................................... 219
9.1.1 高精度地图的作用 .................................................................................... 219
９.1.2 高精度地图的分层体系架构 .................................................................. 220
９.1.3 类型1-永久静态数据 ............................................................................. 222
９.1.4 类型2-准静态数据 ................................................................................. 223
９.1.5 类型3-准动态数据 ................................................................................. 223
９.1.6 类型4-高度动态数据 ............................................................................. 224
9.2 同步定位与地图创建(SLAM) ............................................................................. 224
9.2.1 基于SLAM技术的车辆环境感知地图创建 ........................................... 225
9.2.2 基于SLAM技术的高精度车辆定位 ....................................................... 227
９.3 高精度静态地图的制作 ..................................................................................... 227
９.3.１ 静态地图数据采集生态环境 ................................................................. 228
９.3.２ 高精度地图数据更新 ............................................................................. 229
９.3.３ 英伟达端到端高精度地图制作方案 ..................................................... 230
９.3.４ Civil Maps实时高精度地图制作方案 ................................................ 231
９.4 高精度地图典型产品 ......................................................................................... 232
９.4.１ 谷歌街景地图......................................................................................... 232
９.4.２ HERE 3D高精度地图 ........................................................................... 234
９.4.３ 我国自动驾驶地图典型产品 ................................................................. 235
９.4.３.１ 百度地图 .................................................................................... 235
９.4.３.２ 高德地图 .................................................................................... 236
９.4.３.３ 四维图新 .................................................................................... 237
9.5 动态地图数据更新与共享 ................................................................................... 238
9.5.1 准动态地图数据的采集与发布 ................................................................ 238
9.5.2 高度动态数据的采集与发布 .................................................................... 241
9.5.3 Mobileye道路经验管理系统的地图数据采集与发布 .......................... 242
9.5.4 博世道路特征的采集与发布 .................................................................... 243
9.5.5 大陆集团准动态地图数据的采集与发布 ................................................ 245
9.5.6 HERE准动态地图数据的采集与发布 ...................................................... 246
第十章 人工智能与自动驾驶 ............................................................................................. 249
10.1 人工智能的发展 ................................................................................................. 249
10.1.1 人工智能的基本概念.............................................................................. 249
10.1.2 人工智能的发展历史.............................................................................. 251
10.1.2.1 专家系统 ...................................................................................... 251
10.1.2.2 机器学习系统 .............................................................................. 251
10.1.3 人工智能在自动驾驶中的应用 .............................................................. 252
10.2 人工神经网络与自动驾驶 ................................................................................. 253
10.2.1 人工神经网络的原理与发展 .................................................................. 253
10.2.1.1 监督学习的神经网络 .................................................................. 254
10.2.1.2非监督学习与深度神经网络 ....................................................... 255
10.2.2人工神经网络在自动驾驶中的应用 ....................................................... 257
10.2.2.1 环境识别和地图创建 .................................................................. 257
10.2.2.2深度学习与轨迹规划 ................................................................... 257
10.2.3 英伟达端到端的自动驾驶深度神经网络训练 ...................................... 258
10.2.3.1 路情数据采集 .............................................................................. 258
10.2.3.2 深度神经网络训练 ...................................................................... 259
10.2.3.3 驾驶场景仿真器 .......................................................................... 260
10.2.3.4 英伟达人工智能汽车BB8 .......................................................... 261
10.2.3.5 打开神经网络黑箱 ...................................................................... 262
10.2.4深度神经网络路情数据共享 ................................................................... 263
10.3 增强学习与自动驾驶 ......................................................................................... 266
10.3.1 增强学习的原理及应用 .......................................................................... 266
10.3.2 深度增强学习的自动驾驶决策应用 ...................................................... 267
10.4贝叶斯网络与自动驾驶 ...................................................................................... 269
10.4.1 贝叶斯网络的原理及应用 ...................................................................... 269
10.4.2贝叶斯网络的自动驾驶应用 ................................................................... 270
10.5基于云端决策的联网自动驾驶和智能交通 ...................................................... 272
产业发展与政策 ..............................................................................................................276
第十一章 自动驾驶产业生态与产业发展 ......................................................................... 277
11.1 自动驾驶出行服务与产业生态 ......................................................................... 277
11.1.1 新兴的自动驾驶出行服务 ...................................................................... 277
11.1.2 新兴的自动驾驶产业链 .......................................................................... 278
11.1.3 自动驾驶的发展路径.............................................................................. 280
11.2 车载计算平台与自动驾驶产业生态 ................................................................. 281
11.2.1 人工智能超算芯片.................................................................................. 281
11.2.1.1 图形处理单元（GPU）及典型产品 .......................................... 282
11.2.1.2 可编程门阵列（FPGA） ............................................................ 284
11.2.1.3 专用集成电路（ASIC） ............................................................. 285
11.2.2 英伟达的车载计算平台与自动驾驶产业生态 ...................................... 285
11.2.2.1 英伟达的车载计算平台Drive PX ............................................. 285
11.2.2.2 人工智能汽车软件平台 (AI CAR PLATFORM) ...................... 287
11.2.2.3 英伟达的自动驾驶产业生态 ...................................................... 288
11.2.3 英特尔的车载计算平台与自动驾驶产业生态 ...................................... 289
11.2.3.1 英特尔的车载计算平台Intel Go .............................................. 289
11.2.3.2 Mobileye的自动驾驶软件能力 ................................................ 290
11.2.3.3 英特尔的自动驾驶产业生态 ...................................................... 291
11.3 人工智能软件开发商的自动驾驶系统 ............................................................. 291
11.3.1 谷歌 L4 级别的无人驾驶汽车 ............................................................... 291
11.3.1.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 291
11.3.1.2 解决方案与发展历程 .................................................................. 292
11.3.2 百度 L4 与L3级别的自动驾驶系统 ..................................................... 294
11.3.2.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 294
11.3.2.2 L4级别的自动驾驶系统与发展历程 .......................................... 295
11.3.2.3 L3级别的自动驾驶系统与发展历程 .......................................... 297
11.4 汽车集成商的自动驾驶系统 ............................................................................. 298
11.4.1 德尔福的L4 级别的自动驾驶系统 ....................................................... 298
11.4.1.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 298
11.4.1.2 解决方案与发展历程 .................................................................. 299
11.4.2 博世的自动驾驶解决方案 ...................................................................... 303
11.4.2.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 303
11.4.2.2 解决方案与发展历程 .................................................................. 303
11.5 汽车制造商的自动驾驶系统 ............................................................................. 305
11.5.1 奥迪 L3 级别的自动驾驶系统 ............................................................... 305
11.5.1.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 305
11.5.1.2 奥迪的车载计算平台zFAS ........................................................ 306
11.5.1.3 解决方案与发展历程 .................................................................. 310
11.5.2 特斯拉L2/L3级别的自动驾驶系统 ..................................................... 312
11.5.2.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 312
11.5.2.2 发展历程与自动驾驶交通事故 .................................................. 313
11.5.3福特 L4 级别的无人驾驶汽车 ................................................................ 316
11.5.3.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 316
11.5.3.2 解决方案与发展历程 .................................................................. 316
11.5.4 通用的L2与L4 级别的自动驾驶系统 ................................................. 319
11.5.4.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 319
11.5.4.2 L2自动驾驶系统与发展历程 ...................................................... 319
11.5.4.3 L4自动驾驶系统与发展历程 ...................................................... 320
11.5.5 丰田 L2 /L3与L4级别的自动驾驶系统 .............................................. 321
11.5.5.1 市场定位和技术路径 .................................................................. 321
11.5.5.2 解决方案与发展历程 .................................................................. 322
第十二章 国外产业发展政策 ............................................................................................. 328
12.1 美国产业发展政策 ............................................................................................. 329
12.1.1美国网联驾驶与智能交通产业发展政策 ............................................... 329
12.1.1.1美国交通部与V2X网联汽车应用项目 ...................................... 329
12.1.1.2 V2V 安全应用与V2V终端强制安装法规 ................................. 330
12.1.2 美国自动驾驶产业发展政策 .................................................................. 331
12.1.2.1 《自动驾驶汽车政策指南》 ...................................................... 332
12.1.2.2 《自动驾驶系统指南：安全愿景2.0》 .................................... 333
12.1.2.3 美国十大自动驾驶测试场 .......................................................... 335
12.2 欧洲产业发展政策 ............................................................................................. 336
12.2.1欧盟协作式智能交通产业发展政策 ....................................................... 336
12.2.2 欧洲相关国家自动驾驶产业发展政策 .................................................. 337
12.2.2.1 德国 .............................................................................................. 337
12.2.2.2英国 ............................................................................................... 338
12.2.2.3 法国 .............................................................................................. 338
12.2.2.4 瑞典 .............................................................................................. 338
12.3 日本产业发展政策 ............................................................................................. 339
12.3.1日本网联驾驶与智能交通产业发展政策 ............................................... 339
12.3.2 日本自动驾驶产业发展政策 .................................................................. 341
12.4 亚洲相关国家产业发展政策 ............................................................................. 343
12.4.1韩国自动驾驶产业发展政策 ................................................................... 343
12.4.2新加坡自动驾驶产业发展政策 ............................................................... 343
第十三章 我国智能交通/汽车产业发展现状与未来 ....................................................... 346
13.1我国相关产业发展政策 ...................................................................................... 346
13.1.1《智能汽车创新发展战略》 .................................................................... 346
13.1.2《汽车产业中长期发展规划》 ................................................................ 346
13.1.3《推进“互联网+”便捷交通 促进智能交通发展的实施方案》 ....... 347
13.1.4《新一代人工智能发展规划》 ................................................................ 348
13.1.5《国家集成电路产业发展推进纲要》 .................................................... 348
13.2 我国相关标准化组织与标准化工作 ................................................................. 349
13.2.1 全国汽车标准化技术委员会智能网联汽车分技术委员会 .................. 349
13.2.2 中国智能网联汽车产业技术创新联盟 .................................................. 350
13.2.2.1 智能网联汽车技术路线图 .......................................................... 351
13.2.2.2 技术研究和标准制定 .................................................................. 353
13.2.3 中国通信标准化协会.............................................................................. 354
13.2.4 IMT-2020(5G)推进组 ............................................................................ 354
13.2.5 车载信息服务产业应用联盟 .................................................................. 355
13.2.6 公安部道路交通管理标准化技术委员会 .............................................. 356
13.2.7 《国家车联网产业标准体系建设指南》 .............................................. 356
13.2.7.1 车联网产业标准体系总体架构 .................................................. 357
13.2.7.2 智能网联汽车标准体系 .............................................................. 357
13.2.7.3 信息通信标准体系 ...................................................................... 358
13.2.7.4 电子产品与服务标准体系 .......................................................... 360
13.2.7.5 智能交通相关标准体系 .............................................................. 362
13.2.7.6 车辆智能管理标准体系 .............................................................. 363
13.3 我国网联智能汽车和智能交通的应用示范 ..................................................... 364
13.3.1 新一代国家交通控制网示范工程 .......................................................... 365
13.3.2 上海智能网联汽车试点示范 .................................................................. 365
13.3.3 重庆智能汽车集成系统试验区（i-VISTA） ........................................ 367
13.3.4 北京/河北智能汽车与智慧交通应用示范 ............................................ 370
13.4 智能交通与自动驾驶面临的主要挑战 ............................................................. 370
13.4.1车联网产业标准体系的挑战 ................................................................... 370
13.4.2 我国汽车行业研发投入不足 .................................................................. 371
13.5 我国的产业发展机遇与应对方略 ..................................................................... 373
13.5.1 从国家战略的高度规划车联网与网联自动驾驶和智能交通 .............. 373
13.5.2 加强跨行业跨领域的总体架构设计与标准化工作 .............................. 374
13.5.3 加大车联网与网联自动驾驶和智能交通的研发投入 .......................... 374
13.5.4 建立跨部门跨行业的政策协同和项目运作机制 .................................. 375