《电动汽车工程手册 第六卷 智能网联》沿智能化汽车和车联网应用两大技术主线展开，分为基础知识、智能技术、网联技术三篇，围绕智能网联汽车所覆盖的车辆关键技术、网联与通信技术、基础支撑技术三大领域，重点介绍智能汽车相关领域的技术体系、电子电气架构、车辆状态及环境感知技术、高精度导航与定位技术、智能车辆决策规划技术、控制执行技术、测试与评价技术，车联网相关领域的车载网络与通信技术、车际网络与通信技术、车载移动互联网技术、车联网信息安全技术，智能网联汽车相关的基础学科知识、技术标准与法规，以及智能网联技术在电动汽车方面的典型应用等支撑性内容。
本手册旨在梳理电动汽车现有技术成果、推进电动汽车产业链全面发展，不仅可以为高等院校、汽车研究机构和企业工程技术人才培养提供非常有价值的教材和参考资料，而且可以直接服务于电动汽车产业的自主创新，希望能够对深入推进供给侧结构性改革、提高我国电动汽车产业研发自主创新能力、提升自主品牌零部件和整车企业的竞争力、培育新动能做出贡献。
第 1 篇 基 础 知 识
第1章概述
1.1 智能网联汽车概述 …………………………………………………3
1.1.1 定义及内涵 …………………………………………………3
1.1.2 “端 - 网 - 云”架构 …………………………………………5
1.2 智能网联汽车技术分级 ……………………………………………6
1.2.1 智能化分级 …………………………………………………6
1.2.2 网联化分级 …………………………………………………7
1.3 智能网联汽车技术体系架构 ………………………………………7
1.3.1 “三横两纵”式技术架构 …………………………………7
1.3.2 车辆 / 设施关键技术 ………………………………………7
1.3.3 信息交互关键技术 …………………………………………8
1.3.4 基础支撑技术 ………………………………………………9
1.4 电子电气系统 ………………………………………………………9
1.4.1 汽车电子系统 ………………………………………………9
1.4.2 汽车电气系统 …………………………………………… 11
1.5 智能网联汽车专业术语及缩略语 ……………………………… 11
1.5.1 术语 ……………………………………………………… 11
1.5.2 缩略语 …………………………………………………… 14
1.6 常用数学、物理学等公式和定理 ……………………………… 15
1.6.1 公式 ……………………………………………………… 15
1.6.2 定理 ……………………………………………………… 17
第 2 篇 智 能 技 术
第2章电子电气架构与计算平台
2.1 汽车电子电气架构 ……………………………………………… 21
2.1.1 汽车电子技术发展历史 ………………………………… 21
2.1.2 汽车电子电气架构相关知识 …………………………… 22
2.1.3 汽车电子电气架构发展趋势 …………………………… 25
2.2 计算平台硬件系统 ……………………………………………… 30
2.2.1 智能网联汽车计算平台概述 …………………………… 30
2.2.2 计算平台硬件简介 ……………………………………… 31
2.2.3 计算平台硬件架构 ……………………………………… 32
2.2.4 计算平台硬件系统主流解决方案 ……………………… 38
2.3 计算平台软件系统 ……………………………………………… 42
2.3.1 概述 ……………………………………………………… 42
2.3.2 汽车开放系统架构（AUTOSAR）……………………… 42
2.3.3 操作系统层 ……………………………………………… 45
2.3.4 主流解决方案 ………………………………………………… 50
第3章车辆状态及环境感知技术
3.1 车辆行驶状态传感器 …………………………………………… 57
3.1.1 传感器基本理论 ………………………………………… 57
3.1.2 加速度传感器 …………………………………………… 62
3.1.3 横摆角速度传感器 ……………………………………… 64
3.1.4 车轮转速传感器 ………………………………………… 65
3.1.5 转向盘转角传感器 ……………………………………… 68
3.2 环境感知技术与传感器 ………………………………………… 69
3.2.1 视觉传感器 ……………………………………………… 69
3.2.2 毫米波雷达 ……………………………………………… 93
3.2.3 激光雷达 …………………………………………………111
3.2.4 超声波雷达 …………………………………………… 126
3.2.5 V2X …………………………………………………… 128
3.3 多源信息融合技术 …………………………………………… 135
3.3.1 多传感器信息融合原理 ……………………………… 135
3.3.2 多传感器信息融合的方法 …………………………… 138
参考文献 …………………………………………………………… 142
第4章 位技术 导航与定
4.1 电子地图技术 ………………………………………………… 145
4.1.1 导航电子地图 ………………………………………… 145
4.1.2 辅助驾驶地图 ………………………………………… 149
4.1.3 高精度电子地图 ……………………………………… 150
4.1.4 动态高精度地图 ……………………………………… 154
4.1.5 高精度特征地图 ……………………………………… 156
4.2 即时定位与地图创建（SLAM）技术 ……………………… 157
4.2.1 SLAM 系统原理 ……………………………………… 158
4.2.2 SLAM 系统构成 ……………………………………… 158
4.2.3 SLAM 前端技术 ……………………………………… 159
4.2.4 SLAM 后端技术 …………………………………………161
4.2.5 SLAM 制图技术 ……………………………………… 162
4.2.6 SLAM 回环检测技术 ………………………………… 163
4.3 高精度导航技术 ……………………………………………… 163
4.3.1 车道级地图匹配 ……………………………………… 163
4.3.2 高精度路径规划 ……………………………………… 165
4.3.3 高精度导航 …………………………………………… 169
4.4 高精度定位技术 …………………………………………………171
4.4.1 全球卫星定位系统 ………………………………………171
4.4.2 北斗卫星导航系统…………………………………… 172
4.4.3 惯性导航与航迹推算技术 …………………………… 175
4.4.4 蜂窝无线电定位技术 ………………………………… 176
4.4.5 其他定位技术 ………………………………………… 177
4.4.6 协作定位技术 ………………………………………… 179
4.4.7 高精度特征地图定位技术 …………………………… 180
4.4.8 车载导航定位系统 ………………………………………181
参考文献 …………………………………………………………… 183
第5章智能车辆决策规划技术
5.1 智能车辆决策规划技术概述 ………………………………… 185
5.1.1 智能车辆决策规划技术的主要内容 ………………… 185
5.1.2 通用型决策框架 ……………………………………… 186
5.2 驾驶行为识别技术 …………………………………………… 188
5.2.1 纵向驾驶行为识别 …………………………………… 188
5.2.2 横向驾驶行为识别 …………………………………… 189
5.3 行为决策技术 ………………………………………………… 190
5.3.1 基于规则的决策技术 ………………………………… 190
5.3.2 基于概率统计的决策技术 …………………………… 195
5.3.3 基于机器学习的类人决策技术 ……………………… 196
5.4 智能车辆多目标决策评价模型制定 ………………………… 200
5.4.1 智能驾驶决策评价模型 ……………………………… 201
5.4.2 评价函数制定 ………………………………………… 201
5.4.3 基于学习的多目标优化方法 ………………………… 203
5.5 路径规划技术概述 …………………………………………… 204
5.5.1 环境地图表示法 ……………………………………… 204
5.5.2 路径搜索算法 ………………………………………… 206
5.5.3 轨迹优化 ……………………………………………… 209
参考文献 …………………………………………………………… 210
第6章控制执行技术
6.1 关键执行机构 ……………………………………………………211
6.1.1 电控驱动系统 ……………………………………………211
6.1.2 电控制动系统 ………………………………………… 224
6.1.3 电控转向系统 ………………………………………… 226
6.1.4 电控悬架系统 ………………………………………… 228
6.1.5 线控系统 ……………………………………………… 235
6.2 车辆纵向控制技术 …………………………………………… 237
6.2.1 车辆纵向动力学 ……………………………………… 237
6.2.2 驱动系统 ……………………………………………… 239
6.2.3 制动系统 ……………………………………………… 239
6.2.4 车辆跟随系统 ………………………………………… 240
6.2.5 纵向控制原理 ………………………………………… 240
6.2.6 上层控制器设计 ……………………………………… 241
6.2.7 下层控制器设计 ……………………………………… 242
6.3 车辆横向控制技术 …………………………………………… 242
6.3.1 稳态转向 ……………………………………………… 243
6.3.2 车辆横向动力学 ……………………………………… 244
6.3.3 车辆预瞄运动学 ……………………………………… 245
6.3.4 车辆横向控制状态方程 ……………………………… 245
6.3.5 预瞄距离选取原理 …………………………………… 246
6.3.6 横向控制器设计 ……………………………………… 248
6.4 车辆纵横向综合控制技术 …………………………………… 249
6.4.1 纵横向耦合机理 ……………………………………… 249
6.4.2 车辆纵横向耦合动力学 ……………………………… 253
6.4.3 车辆耦合运动学模型 ………………………………… 255
6.4.4 智能电动汽车纵横向综合控制系统设计 …………… 256
6.5 多车协同控制技术 …………………………………………… 259
6.5.1 多车协同换道控制 …………………………………… 259
6.5.2 多车协同编队控制 …………………………………… 263
6.6 人机协同驾驶技术 …………………………………………… 264
6.6.1 人机交互界面（HMI）技术 ………………………… 264
6.6.2 人机共驾技术 ………………………………………… 268
6.6.3 遥控驾驶技术 ………………………………………… 275
6.7 车路协同控制技术 …………………………………………… 280
6.7.1 车路协同系统关键技术 ……………………………… 281
6.7.2 车路协同控制的典型应用 …………………………… 284
6.7.3 基于车路协同的车辆通过信号交叉口控制技术 …… 286
参考文献 …………………………………………………………… 288
第7章测试与评价技术
7.1 测试与评价方法 ……………………………………………… 293
7.1.1 智能网联汽车测试与评价内容及目的 ……………… 293
7.1.2 基于功能的智能网联汽车测试与评价方法 ………… 294
7.1.3 基于场景的智能网联汽车测试与评价方法 ………… 295
7.1.4 智能网联汽车加速测试方法 ………………………… 301
7.2 测试技术 ……………………………………………………… 302
7.2.1 智能网联汽车测试体系架构 ………………………… 302
7.2.2 智能网联汽车模型在环测试技术 …………………… 302
7.2.3 智能网联汽车软件在环测试技术 …………………… 303
7.2.4 智能网联汽车硬件在环测试技术 …………………… 304
7.2.5 智能网联汽车驾驶模拟器测试技术 ………………… 306
7.2.6 智能网联汽车车辆在环测试技术 …………………… 306
7.2.7 智能网联汽车封闭试验场测试技术 ………………… 307
7.2.8 智能网联汽车开放道路测试技术 …………………… 307
7.3 评价体系与能力评估 ………………………………………… 308
7.3.1 智能网联汽车评价体系 ……………………………… 308
7.3.2 智能网联汽车能力评估内容与方法 ………………… 315
7.4 测试场地 ……………………………………………………… 332
7.4.1 智能网联汽车封闭测试场地技术要求 ……………… 332
7.4.2 智能网联汽车测试示范区规划与建设 ……………… 342
参考文献 …………………………………………………………… 354
第8章标准法规
8.1 智能网联汽车标准 …………………………………………… 357
8.1.1 国际智能网联汽车标准概况 ………………………… 357
8.1.2 中国智能网联汽车标准体系建设 …………………… 362
8.1.3 中国智能网联汽车相关标准现状及标准化组织 …… 378
8.2 智能网联汽车法规 …………………………………………… 383
8.2.1 国际法规现状 ………………………………………… 383
8.2.2 我国智能网联汽车相关法律法规 …………………… 387
参考文献 …………………………………………………………… 392
第 3 篇 网 联 技 术
第9章标准法规信技术 络及通 车载网
9.1 基础知识 ……………………………………………………… 395
9.1.1 OSI 模型 ……………………………………………… 395
9.1.2 车载网络基本指标和术语 …………………………… 396
9.1.3 车载网络分类 ………………………………………… 400
9.2 CAN（控制器局域网） ……………………………………… 400
9.2.1 概述 …………………………………………………… 400
9.2.2 CAN 通信中的基本概念以及组成部分……………… 403
9.2.3 CAN 协议中的帧……………………………………… 405
9.2.4 CAN 总线的访问……………………………………… 407
9.2.5 CAN 总线的数据保护………………………………… 408
9.2.6 CAN FD ……………………………………………… 410
9.3 LIN（局部连接网络） ……………………………………………411
9.3.1 简介 ………………………………………………………411
9.3.2 网络架构 ……………………………………………… 412
9.3.3 通信 …………………………………………………… 414
9.3.4 报文结构 ……………………………………………… 415
9.3.5 报文类型 ……………………………………………… 417
9.3.6 数据保护 ……………………………………………… 418
9.3.7 网络诊断 ……………………………………………… 418
9.3.8 网络管理 ……………………………………………… 419
9.4 FlexRay ……………………………………………………… 419
9.4.1 简介 …………………………………………………… 419
9.4.2 通信 …………………………………………………… 420
9.4.3 总线访问 ……………………………………………… 424
9.4.4 帧 ……………………………………………………… 427
9.4.5 同步 …………………………………………………… 430
9.5 MOST（多媒体定向系统传输） …………………………… 431
9.5.1 简介 …………………………………………………… 431
9.5.2 数据类型 ……………………………………………… 432
9.5.3 结构和控制原理 ……………………………………… 432
9.6 车载以太网（Automotive Ethernet） …………………… 435
9.6.1 概述 …………………………………………………… 435
9.6.2 物理层 ………………………………………………… 436
9.6.3 以太网 MAC 和 VLAN ……………………………… 438
9.6.4 互联网协议（Internet Protocol）— IPv4/IPv6 …… 440
9.6.5 TCP 和 UDP…………………………………………… 442
9.6.6 与应用有关的以太网高层协议 ……………………… 445
第 10 章 通信技术 车际网络及通信技术
10.1 基本概念 …………………………………………………… 449
10.1.1 WAVE …………………………………………………… 449
10.1.2 DSRC ………………………………………………… 450
10.1.3 802.11p ……………………………………………… 451
10.1.4 ITS-G5 ……………………………………………… 451
10.1.5 C-V2X ……………………………………………… 452
10.2 协议架构 …………………………………………………… 452
10.2.1 总体架构 …………………………………………… 452
10.2.2 应用层 ……………………………………………… 453
10.2.3 网络层与传输层 …………………………………… 454
10.2.4 接入层 ……………………………………………… 454
10.3 关键技术 …………………………………………………… 459
10.3.1 LTE-V2X 关键技术 ………………………………… 459
10.3.2 802.11p 关键技术 …………………………………… 474
10.4 应用场景 …………………………………………………… 479
10.4.1 V2V 典型场景 ……………………………………… 479
10.4.2 V2I 典型场景………………………………………… 484
10.4.3 V2P 典型场景 ……………………………………… 485
10.4.4 其他应用 …………………………………………… 486
10.5 性能指标 …………………………………………………… 490
10.5.1 数据包接收率 ……………………………………… 490
10.5.2 数据发送频率 ……………………………………… 490
10.5.3 传输时延 …………………………………………… 491
10.5.4 数据包大小 ………………………………………… 491
10.5.5 传输距离 …………………………………………… 491
10.6 信息安全 …………………………………………………… 492
10.6.1 安全威胁 …………………………………………… 492
10.6.2 安全机制 …………………………………………… 493
10.6.3 安全功能 …………………………………………… 497
10.7 自组网协议 ………………………………………………… 498
10.7.1 自组网协议面临的挑战 …………………………… 498
10.7.2 自组网单播路由协议 ……………………………… 499
10.7.3 自组网组播路由协议 …………………………………… 503
参考文献 …………………………………………………………… 505
第 11 章车载移动互联网络架构及关键技术
11.1 规范及关键技术 ……………………………………………… 507
11.1.1 基本概念 …………………………………………… 507
11.1.2 电动汽车远程服务与管理系统技术架构 ………… 508
11.1.3 车载终端 …………………………………………… 508
11.1.4 通信协议及数据格式 ……………………………… 509
11.2 车云远程数据交互网络技术架构 ………………………… 514
11.2.1 系统要求 …………………………………………… 514
11.2.2 系统架构 …………………………………………… 515
11.2.3 车载终端与云平台通信协议 ……………………… 519
11.2.4 数据中心 …………………………………………… 522
11.2.5 关键技术和选型 …………………………………… 525
11.3 新能源汽车智能车载终端 ………………………………… 526
11.3.1 典型外形 …………………………………………… 526
11.3.2 硬件设计典型方案 ………………………………… 527
11.3.3 软件设计典型方案 ………………………………… 531
11.3.4 关键技术 …………………………………………… 533
11.4 信息服务云平台 …………………………………………… 536
11.4.1 数据平台 …………………………………………… 536
11.4.2 应用服务平台 ……………………………………… 542
11.5 整车固件远程升级（FOTA）应用 ………………………… 549
11.5.1 基本原理 …………………………………………… 550
11.5.2 系统架构 …………………………………………… 551
11.5.3 车辆端的典型方案 ………………………………… 552
11.5.4 云端的典型方案 …………………………………… 556
11.5.5 关键技术 …………………………………………… 559
11.6 大数据分析及应用 ………………………………………… 560
11.6.1 大数据分析的数据来源 …………………………… 561
11.6.2 大数据分析的价值 ………………………………… 561
11.6.3 系统架构 …………………………………………… 561
11.6.4 关键技术 …………………………………………… 562
11.6.5 常见功能 …………………………………………… 562
11.6.6 典型的分析应用 …………………………………… 563
11.7 车载移动互联网通信技术 ………………………………… 566
11.7.1 移动通信运营商 …………………………………… 566
11.7.2 通信卡的选择 ……………………………………… 566
11.7.3 通信网络制式 ……………………………………… 567
11.7.4 通信业务 …………………………………………… 567
第 12 章车联网信息安全与隐私保护
12.1 信息安全的基本要素 ……………………………………… 569
12.1.1 可用性（Availability） ……………………………… 569
12.1.2 可靠性（Reliability）………………………………… 569
12.1.3 完整性（Integrity）…………………………………… 570
12.1.4 保密性（Confidentiality）…………………………… 570
12.1.5 不可抵赖性（Non-Repudiation） …………………… 570
12.2 车联网系统攻击点分析 …………………………………… 570
12.2.1 Wi-Fi ………………………………………………… 570
12.2.2 USB ………………………………………………… 570
12.2.3 Bluetooth …………………………………………… 571
12.2.4 车机 APP …………………………………………… 571
12.2.5 T-BOX ……………………………………………… 571
12.2.6 通信及云平台 ……………………………………… 571
12.2.7 人工服务 …………………………………………… 572
12.2.8 手机 APP …………………………………………… 573
12.2.9 Web 访问 …………………………………………… 573
12.3 信息交互安全保护技术 …………………………………… 573
12.3.1 加密算法 …………………………………………… 573
12.3.2 安全传输层（TLS）协议 …………………………… 575
12.3.3 公钥基础设施（PKI）………………………………… 576
12.3.4 典型的通信安全设计方案 ………………………… 578
12.4 国密在车联网中的应用 …………………………………… 578
12.4.1 国密的基本原理 …………………………………… 578
12.4.2 国密在系统中的应用方案 ………………………… 580
12.5 数据中心安全方案 ………………………………………… 581
12.5.1 安全防护和管理 …………………………………… 581
12.5.2 典型网络安全设计方案 …………………………… 582
12.6 隐私数据保护 ……………………………………………… 585
12.6.1 个人信息安全规范 ………………………………… 585
12.6.2 车企和车主的保密约定 …………………………… 587
12.6.3 车企和公共平台的保密协议 ……………………… 587
12.6.4 公共平台 / 企业平台对外的数据服务……………… 587
第13章 基于智能网联技术的电动汽车应用
13.1 面向电动汽车应用的车联网架构 ………………………… 590
13.1.1 车联网含义及发展历史 …………………………… 590
13.1.2 电动汽车车联网的体系架构 ……………………… 592
13.2 车联网技术在电动汽车中的应用历史 …………………… 594
13.3 基于车联网技术的电动汽车典型应用 …………………… 597
13.3.1 电动汽车出行规划 ………………………………… 597
13.3.2 网联电动汽车的节能驾驶控制 …………………… 606
13.3.3 基于信息互联的电动汽车智能充电服务 ………… 612
参考文献 …………………………………………………………… 631
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