智能网联汽车结构与标准体系

文章来源:化学工业出版社汽车分社 发布时间:2019-05-22
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智能网联汽车是以汽车为主体,利用环境感知技术实现多车辆有序安全行驶,通过无线通信网络等手段为用户提供多样化信息服务。智能网联汽车由环境感知层、智能决策层以及控制和执行层组成。

智能网联汽车结构

智能网联汽车可以从不同的角度分析其结构。

智能网联汽车结构层次

智能网联汽车是以汽车为主体,利用环境感知技术实现多车辆有序安全行驶,通过无线通信网络等手段为用户提供多样化信息服务。智能网联汽车由环境感知层、智能决策层以及控制和执行层组成。

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智能网联汽车结构层次

1 环境感知层

环境感知层的主要功能是通过车载环境感知技术、卫星定位技术、4G/5G及V2X无线通信技术等,实现对车辆自身属性和车辆外在属性(如道路、车辆和行人等)静、动态信息的提取和收集,并向智能决策层输送信息。

2 智能决策层

智能决策层的主要功能是接收环境感知层的信息并进行融合,对道路、车辆、行人、交通标志和交通信号等进行识别,决策分析和判断车辆驾驶模式及将要执行的操作,并向控制和执行层输送指令。

3 控制和执行层

控制和执行层的主要功能是按照智能决策层的指令,对车辆进行操作和协同控制,并为联网汽车提供道路交通信息、安全信息、娱乐信息、救援信息以及商务办公、网上消费等,保障汽车安全行驶和舒适驾驶。

智能网联汽车逻辑结构

智能网联汽车逻辑结构有“信息感知”和“决策控制”两条主线,其发展的核心是由系统进行信息感知、决策预警和智能控制,逐渐替代驾驶员的驾驶任务,并最终完全自主执行全部驾驶任务。智能网联汽车通过智能化与网联化两条技术路径协同实现“信息感知”和“决策控制”功能。

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智能网联汽车逻辑结构

1 信息感知

在信息感知方面,根据信息对驾驶行为的影响和相互关系分为“驾驶相关类信息”和“非驾驶相关类信息”。其中,“驾驶相关类信息”包括传感探测类和决策预警类;“非驾驶相关类信息”主要包括车载娱乐服务和车载互联网信息服务。传感探测类又可根据信息获取方式进一步细分为依靠车辆自身传感器直接探测所获取的信息(自身探测)和车辆通过车载通信装置从外部其他节点所接收的信息(信息交互)。“智能化+网联化”相融合可以使车辆在自身传感器直接探测的基础上,通过与外部节点的信息交互,实现更加全面的环境感知,从而更好地支持车辆进行决策和控制。

2 决策控制

在决策控制方面,根据车辆和驾驶员在车辆控制方面的作用及职责,区分为“辅助控制类”和“自动控制类”,分别对应不同等级的决策控制。其中,辅助控制类主要指车辆利用各类电子技术辅助驾驶员进行车辆控制,如横向控制和纵向控制及其组合,可分为驾驶辅助(DA)和部分自动驾驶(PA);自动控制类则根据车辆自主控制以及替代驾驶员进行驾驶的场景和条件进一步细分为有条件自动驾驶(CA)、高度自动驾驶(HA)和完全自动驾驶(FA)。

 

智能网联汽车技术结构

智能网联汽车涉及汽车、信息通信、交通等多领域技术,其技术结构较为复杂,可划分为“三横两纵”式技术结构。

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智能网联汽车“三横两纵”技术结构

“三横”是指智能网联汽车主要涉及的车辆、信息交互与基础支撑三大领域技术,它可再细分为第二层与第三层技术。

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智能网联汽车“三横”技术体系

“两纵”是指智能网联汽车涉及的车载平台和基础设施,其中基础设施是指除了车载平台外,支撑智能网联汽车发展的所有外部环境条件,如道路、交通、通信网络等。

智能网联汽车需要车路协同、车路一体化,在智能网联汽车的推动下,道路等基础设施将逐渐向电子化、信息化、智能化方向发展。

 

智能网联汽车产品物理结构

智能网联汽车产品物理结构是把逻辑结构所涉及的各种“信息感知”与“决策控制”功能落实到物理载体上。车辆控制系统、车载终端、交通设施、外接设备等按照不同的用途,通过不同的网络通道、软件或平台对采集或接收到的信息进行传输、处理和执行,从而实现不同的功能或应用。

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智能网联汽车产品物理结构

1 功能/应用层

功能/应用层根据产品形态、功能类型和应用场景,分为车载信息类、先进驾驶辅助类、自动驾驶类以及协同控制类等,涵盖与智能网联汽车相关各类产品所应具备的基本功能。

2 软件/平台层

软件/平台层主要涵盖大数据平台、操作系统和云计算平台等基础平台产品,以及资讯、娱乐、导航和诊断等应用软件产品,共同为智能网联汽车相关功能的实现提供平台级、系统级和应用级的服务。

3 网络/传输层

网络/传输层根据通信的不同应用范围,分为车内总线通信、车内局域通信、中短程通信和广域通信,是信息传递的“管道”。

4 设备/终端层

设备/终端层按照不同的功能或用途,分为车辆控制系统、车载终端、交通设施终端、外接终端等,各类设备和终端是车辆与外界进行信息交互的载体,同时也作为人机交互界面,成为连接“人”和“系统”的载体。

5 基础/通用层

基础/通用层涵盖电气/电磁环境以及行为协调规则。安装在智能网联汽车上的设备、终端或系统需要利用汽车电源,在满足汽车特有的电气、电磁环境要求下实现其功能;设备、终端或系统间的信息交互和行为协调也应在统一的规则下进行。此外,产品物理结构中还包括功能安全和信息安全两个重要组成部分,两者作为智能网联汽车各类产品和应用需要普遍满足的基本条件,贯穿于整个产品的物理结构之中,是智能网联汽车各类产品和应用实现安全、稳定、有序运行的可靠保障。

 

智能网联汽车标准体系

智能网联汽车标准体系建设目标

根据智能网联汽车技术现状、产业应用需要及未来发展趋势,分阶段建立适应我国国情并与国际接轨的智能网联汽车标准体系。

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智能网联汽车标准建设目标

到2020年,初步建立能够支撑驾驶辅助及低级别自动驾驶的智能网联汽车标准体系。制定30项以上智能网联汽车重点标准,涵盖功能安全、信息安全、人机界面等通用技术以及信息感知与交互、决策预警、辅助控制等核心功能相关的技术要求和试验方法,促进智能化产品的全面普及与网联化技术的逐步应用。

到2025年,系统形成能够支撑高级别自动驾驶的智能网联汽车标准体系。制定100项以上智能网联汽车标准,涵盖智能化自动控制、网联化协同决策技术以及典型场景下自动驾驶功能与性能相关的技术要求和评价方法,促进智能网联汽车“智能化+网联化”融合发展,以及技术和产品的全面推广普及。

通过建立完善的智能网联汽车标准体系,引导和推动我国智能网联汽车技术发展和产品应用,培育我国智能网联汽车技术自主创新环境,提升整体技术水平和国际竞争力,构建安全、高效、健康、智慧运行的未来汽车社会。

智能网联汽车标准体系框架和内容

智能网联汽车标准体系框架定义为“基础”“通用规范”“产品与技术应用”“相关标准”四个部分,同时根据各具体标准在内容范围、技术等级上的共性和区别,对四部分做进一步细分,形成内容完整、结构合理、界限清晰的14个子类。

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智能网联汽车标准体系框架

基础

基础主要包括智能网联汽车术语和定义、分类和编码、标识和符号三类基础标准。

1 术语和定义

术语和定义标准用于统一智能网联汽车相关的基本概念,为各相关行业协调兼容奠定基础,同时为其他各部分标准的制定提供支撑。

2 分类和编码

分类和编码标准用于帮助各方统一认识和理解智能网联标准化的对象、边界以及各部分的层级关系和内在联系。

3 标识和符号

标识和符号标准用于对智能网联汽车中各类产品、技术和功能对象进行标识与解析,为人机界面的统一和简化奠定基础。

通用规范

通用规范类标准从整车层面提出全局性的要求和规范,主要包括功能评价、人机界面、功能安全和信息安全四个方面。

1 功能评价

功能评价标准主要从整车及系统层面提出智能化、网联化功能评价规范以及相应的测试评价应用场景,在一定程度上反映对产品和技术应用前景的判断。

2 人机界面

人机界面标准主要考虑智能网联汽车产品形态较传统汽车在人机工程、功能信息传递上的差异,同时着重考虑驾驶模式切换等问题,人机界面的优劣与驾驶安全密切相关,同时也会影响驾乘体验和对产品的接受度。

3 功能安全

功能安全标准侧重于规范智能网联汽车各主要功能节点及其下属系统在安全性保障能力方面的要求,其主要目的是确保智能网联汽车整体及子系统功能运行的可靠性,并在系统部分或全部发生失效后仍能最大限度地保证车辆安全运行。

4 信息安全

信息安全标准在遵从信息安全通用要求的基础上,以保障车辆安全、稳定、可靠运行为核心,主要针对车辆及车载系统通信、数据、软硬件安全,从整车、系统、关键节点以及车辆与外界接口等方面提出风险评估、安全防护与测试评价要求,防范对车辆的攻击、侵入、干扰、破坏和非法使用以及意外事故。

产品与技术应用

产品与技术应用类标准主要涵盖信息感知、决策预警、辅助控制、自动控制和信息交互等智能网联汽车核心技术和应用的功能、性能要求及试验方法,但不限定具体的技术方案,以避免对未来技术创新发展和应用产生制约或障碍。

1 信息感知

信息感知是指车辆利用自身搭载的传感器,探测和监控车辆驾乘人员、车辆自身运行情况及周围环境(包括道路、交通设施、其他车辆、行人等交通参与者)等与驾驶相关的信息,覆盖人员状态监测系统、车身传感探测系统、驾驶员视野拓展系统以及传感器、雷达、摄像头等关键部件的功能、性能要求和试验方法。

2 决策预警

决策预警是指车辆按照某种逻辑规则对探测和监控的车辆运行情况、周围环境信息等进行处理、分析和决策,判定车辆在发生危险倾向、处于危险状态或达到其他(例如可能危及其他交通参与者)需要提醒驾驶员注意或采取措施时,通过光学、声学及其他易于识别的方式发出报警信号,覆盖车辆前后向行驶、转向等不同行驶工况下的提醒和报警系统及其关键部件的功能、性能要求和试验方法。

3 辅助控制

辅助控制类标准覆盖车辆静止状态下的动力传动系统控制、车辆行驶状态下的横向(方向)控制和纵向(速度)控制,以及整车和系统层面的功能、性能要求和试验方法。

4 自动控制

自动控制类标准则以城市道路、公路等不同道路条件以及交通拥堵、事故避让、倒车等不同工况下的应用场景为基础,提出车辆功能要求以及相应的评价方法和指标。

5 信息交互

信息交互主要指具备网联功能的车辆可在车辆自身传感器探测的基础上,通过车载通信装置与外部节点进行信息交换,为车辆提供更加全面的环境信息,可视作一种特殊的环境感知传感器;未来能够在信息交互的基础上进行网联化协同决策与控制,实现车辆安全、有序、高效、节能运行。该类标准不局限于车辆自身范畴,还涉及交叉口通行支持、违规警告、事故救援等功能和服务,也包括车载通信装置、通信协议及对应的界面接口。

相关标准

相关标准主要包括车辆信息通信的基础——通信协议,主要涵盖实现V2X(车、路、行人及云端等)智能信息交互的中短程通信、广域通信等方面的协议规范;在各种物理层和不同的应用层之间,还包含软、硬件界面接口的标准规范。

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