车联网白皮书(2018)
本白皮书从技术、产业和政策措施三个维度对车联网国内外发展现状及趋势进行分析。技术部分包括单车智能化相关汽车电子技术和 V2X 无线通信、多接入边缘计算、车路协同平台等网联化相关技术，以及信息安全等共性关键技术；产业部分从专利布局、产业链协同重点剖析产业发展新趋势，探索新生态和新模式等； 政策措施部分包括顶层设计规划、协同推进机制、法律法规等；最后总结全文，对车联网融合创新发展提出“1+3”举措建议，包括构建一个跨行业协调机制和技术创新、产业融合、安全管理三个发展体系。版权声明本白皮书版权属于中国信息通信研究院,并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的,应注明“来源:中国信息通信研究院”。违反上述声明者,本院将追究其相关法律责任。前言车联网涉及汽车、电子、信息通信、交通等多个产业,正处于加速发展的关键阶段。我国应以加快推进车联冈新技术产业化和构建“人-车一路一云”协同的智慧交通体系为切入点,促进跨部门协同,加强法规标准建设、共性技术突破、基础设施改造等重点工作,打造产业新生态,实现新的产业集聚。本白皮书从技术、产业和政策措施三个维度对车联网国内外发展现状及趋势进行分析。技术部分包括单车智能化相关汽车电子技术和V2X无线通信、多接入边缘计算、车路协同平台等网联化相关技术,以及信息安全等共性关键技术;产业部分从专利布局、产业链协同重点剖析产业发展新趋势,探索新生态和新模式等;政策措施部分包括顶层设计规划、协同推进机制、法律法规等;最后总结全文,对车联网融合创新发展提出“1-3”举拮建议,包括构建一个跨行业协调机制和技术创新、产业融合、安全管理三个发展体系目录第一章车联网应用发展需求(一)以用户体验为核心的信息服务类应用(二)以车辆驾驶为核心的汽车智能类应用.(三)以协同为核心的智慧交通类应用第二章车联网技术发展研判(一)汽车电子成为新的战略竞争高地(二)V2X无线通信技术发展进入快车道(三)多接入边缘计算助力车联网全面发展(四)“端-管-云”协同的发展模式初现雏形...(五)车联网安全技术亟待完善第三章车联网产业发展趋势14(一)车联网产业融合发展新趋势........14(二)车联网商业模式发展现状及趋势20第四章政策措施及发展建议...........,...........23(一)美欧日等发达国家普遍重视车联网发展(二)我国支持车联网产业发展的政策措施基础............,,,,24(三)我国车联网产业创新融合发展建议..26图表目录图1车联网专利布局变化趋势.16图2专利企业数量变化趋势图16图3汽车智能化、自动驾驶专利申请企业活跃排名图4谷歌自动驾驶专利布局图5车联网的基本价值链.20图6智慧交通类应用商业模式屮国信息通信研究院车联网白皮书(2018年)第一章车联网应用发展需求当前,车联网技术发展和服务能力不断提升,借助于人、车、路云平台之间的全方位连接和信息交互,催生了大量新的产品应用。狭义的车联网应用通常指车载信息服务类应用,即通过车辆把车主与各种服务资源整合在一起;广义的车联网应用还包括面向交通的安全效率类应用以及以自动驾驶为基础的协同服务类应用。新应月也对汽车交通的智能化与网联化水平提出了新的发展需求,引领车联网技术与产业发展,促进城市数字化与智能化发展。车联网应用从不同的视角有不同的分类方式。根据联网技术不同,可以分为车内网、车际网和车云网应用;根据车联网应用对象不同,可以分为单用户应用以及行业应用两大类,行业应用又进一步分为企业应用和政府应用等;根据需求对象不同,可以分为自动驾驶、安全出行、效率出行、交通管理、商业营运、涉车服务等应用。无论哪种应用分类方式,都基本涉及到以用户体验为核心的信息服务类应用、以车辆驾驶为核心的汽车智能化类应用和以协同为核心的智慧交通类应用。(一)以用户体验为核心的信息服务类应用此类应用既包括提高驾乘体验、实现欢乐出行的基础性车载信息类应用,也包括与车辆上路驾驶、车辆出行前或岀行后的涉车服务后市场服务、车家服务等应用。该类应用需要车辆具备基本的联网通信能力和必要的车辆基础状态感知能力。基础性车载信息类应用仍是当前车联网主要应用形态,主要涉及车联网白皮书(2018年)屮国信息通信研究院车主的前台式互动体验,包含导航、娱乐、通信、远程诊断和救援、资讯等。目前很多车辆三加装车载模块,用户可以通过车载网联化获得信息服务,包括在线导航、娱乐等多媒体服务。随着语音识别、人眼动作识别等技术的逐步发展,车载信息类应用将更加丰富。涉车服务主要与定位、支付相结合,包括共享汽车、网约车、网租车等应用。汽车后市场服务主要有汽车保险、车辆维护延保、车辆美容、二手车交易等应用,随着汽车保有量增速的放缓,后市场服务应用价值将获得更多关注。车家服务主要通过基于位置、时间、日期等信息来智能化判定车主行为习惯,创建相应规则为车主提供智能家居系统服务应用,包括家用电器远程遥控等(二)以车辆驾驶为核心的汽车智能类应用此类应用主要与车辆行驶过程中的智能化相关,利用车上传感器,随时感知衎驶中的周围环境,收集数据、动静态辨识、侦测与追踪,并结合导航地图数据,进行系统运算与分析,主要有安全类和效率类等各种应用。安全类应用与车辆行驶安全及道路通行效率息息相关,有助于避免交通事故的发生。目前,依靠单车感知的安全驾驶辅助系统等传统应用处于快速成长期,在中低端车型渗透率将会逐步提升。同时,随着网联技术的不断成熟和推广,出现了更多安全预警类应用。例如,通过网联技术,行驶在高速公路等快速路段的前车,在感知到事故后可提早通知后面车辆事詼信息,避免连环追尾事故。效翠类应用主要是通过车车、车路信息交互,实现车辆和道路基屮国信息通信研究院车联网白皮书(2018年)础设施智能协同,有助于缓解交通拥堵、降低车辆排放等。典型应用有交叉路口智能信号灯、自适应巡航增强、智能停车管理等。例如,交叉路口智能信号灯应用通过网联技术来收集周边车辆速度、位置等信息,对信号灯参数进行动态优化,提高交叉路口车辆通行效率。(三)以协同为核心的智慧交通类应用此类应用是在自动驾驶的基础上,与多车管理调度及交通环境等智慧交通相关,最终支持实现城市大脑智能处置城市运行和治理协同。智慧交通主要是基于无线通信、传感探测等技术,实现车、路、环境之间的大协同,以缓解交通环境拥堵、提高道路环境安全、达到优系统资源为目的。在实现高等级自动驾驶之后,应用场景将由限定区域向公共交通体系拓展。在相对封闭的环境或危险地带场景中,因物理空间有限,行驶路况、线路、行驶条件等因素相对稳定,重复性高,通过独立云端平台协同度管理,采用固定路线、低速运行、重复性操作的应用更容易成熟落地。典犁应用有对园区、景区、机场、校园等限定区域内的自动驾驶巴士进行调度、港口专用集装箱智能运输等。在公共交通系统场景下,车辆的路径规划和行为预测能力对车辆的智能化和网联化水平提出了更高要求,需要更完善的自动驾驶控制策略、行驶过程全覆盖的5GV2X网联技术以及云平台的高效衔接调度。该类应用除依赖技术突破,还涉及到伦理、法规等,距实际成熟应用尚需时日,如自动驾驶出租车、自动驾驶公交车、智能配送等。车联网白皮书(2018年)屮国信息通信研究院第二章车联网技术发展研判车联网发展的热点聚焦网联化和智能化,并由单车智能逐步转向多车办同、以及“智慧的车”与“智慧的路”协同发展,这对车联网技术创新和产品研发提出了新的发展需求。汽车电子、2X无线通信、多接入边缘计算、云平台以及安全等为车联网网联化、智能化、协同化发展提供了坚实的技术基础。近年来,全球汽车产业快速增长,汽车电子成为产业增长的重要引擎,通过人机交互、汽车功能提升等方式提升驾驶体验。此外,自动驾驶等协同应用成为汽车巳子发展的重要方向。V2X无线通信技术旨在将“人-车-路-云”等交通参与要素有机地联系在一起,不仅可以为交通安全和效率类应用提供通信基础,还可以将车辆与其他车辆、行人、路侧设施等交通元素有机结合,弥补了单车智能的不足,推动了协巨式应用服务发展。多接入边缘计算可以有效解决未来网络高带宽、低时延、高可靠需求以及大规模终端连接等要,支持多种终端接入方式,有效提升道路的智能化水平云平台能够为未来的协同交通体系提供统一的数据采集、智能决策及控制执行等基础支撑,继而将整个车联网要素连接成一个整体。车联网安全形势紧迫,需要在车载终端安全、数据交互安全、平台信息安全和隐私保护等方面开展关键技术攻关及产品研制,形成贯穿于车联风“端-管-云”全链条的综合安全体系。(一)汽车电子成为新的战略竞争高地全球汽车产业增速放缓,汽车电子成为产业增长的重要引擎。据
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全向轮运动平台pdf
全向轮，全向移动2,3,4轮小车，变换矩阵。设李雅普诺夫函数为V1=;(x2+y2+0)求其导数如下,当渐进稳定时导数小于0Ⅵ1=xx+yy+ade =-kxre, yeke8上式系数为正时,李雅普诺夫函数的导数小于零,系统渐进稳定代入微分方程得到控制律如下:+ vr cos日a+k-xea+ v sin 8e t kyy+ke022差动轮直角坐标运动学方程差动轮与全向轮的区别是,全向轮小车速度方向与四个轮子的共同朝向相同可为仼意方向,而差动轮小车的切向速度方向与X轴重合,故方程中v=0微分方程如下v+v cos 0PRxet vr sin221差动轮直角坐标下控制律设计选择 Lyapunov函数如下:V2=(x2+y2)+(1k(-cosee对上式沿求导+-。sin6e cea-v+ vr cos ee)+yec-xew+ vr sin ge)D sin 0rev+xe vr cos 8e+yevr sin Be+rwr sin 0e -- sin 8 e11-Xev+xevr cos Be year sin 0e +Wrsin eeksinbe选择如下速度控制输入s。+kxxOrt vr(kye t kosine e)将上式代入 Lyapunov函数导数得到esin 2 0当上式系数为正时,V2≤0,故以上 Lyapunov函数选择正确。由此得到堪于运动学模型的轨迹跟踪速度控制律为2:os 8+lcV(kye t resin其中,k,kx,k为控制器参数。22.2控制器参数选取将控制律代入微分方程得下式(rt vr (lye t))xeRyexe(ar+ vr(kye t kesinee))+ vr sin Be-v (kye t kesinee)上式在零点附近线性化,忽略高次项得PR= ApA0Vrky -vr ke系数值与角速度和速度指令值共同决定系统根,当系数为正是所有根为负数。23对比仿真与结果仿真系统结果图如下ct(pea qle)p(7)elrorxPe, qe)图3轨迹跟踪结构图图中q(yo),v、o分别为移动机器人的线速度和角速度,ε1=(xy0)r,对于差动机器人运动学方程可表示为:COS日0Stn图中 J-sine0:pR=y):qa对于全向轮机器人运动学方程可表示为60sine cose ov=R(O)1 vy对角速度为0.2和线速度为5的圆形轨迹进行跟踪,仿真结果如下图:35302501510-5图4圆形轨迹跟踪仿真图图中×点线为差动轮跟踪轨迹,O点线为全向轮跟踪轨迹。、全向轮平台的设计对全向轮采用如下图所示的结构时,进行系统分析与设计图5互补型全向轮( omni wheels31运动学模型X图6全向轮式移动机器人运动学模型移动坐标X-Y固定在机器人重心上,而质心正好位于几何中心上。机器人P点在全局坐标系的位置坐标为:(x2y,0),三个全向轮以3号轮中心转动轴反方向所为机器人的ⅹ轴。假设三个全向轮完全相同,三个全向轮中心到车体中心位置的距离L。在移动坐标X-Y的速度用 1xe 1表示。由文献[3可得三个全间轮的速度与其在移动坐标和全局坐标系下的速度分量之间的关系分别为以下二式sin(60)xeV)=(-s(60os60)()=011-21-213×3ysin(60-0)Cos(60-6)sin(60+6)cos(60+6)Lysinecose32动力学模型在移动坐标X-Y中,设机器人在沿轴X2和Y方向上收到的力分别为Fx和Fyc第1、2、3号驱动轮提供给机器人的驱动力分别为f1、卫、3,机器人惯性转矩为M,根据牛顿第二定律可得到如下的动力学方程:3√3cos(30)-cos(30)01fFre=sin(30) sin (30)1ML2LTb22/2在地理坐标系X一Y下的方程如下:mxcos(30+0)-cos(30-0) sing 1fiFr= sin(30+0)sin(30-0)-cosefzL33基于动力学模型的控制器设计如上式所示,基于机器人动力学模型的控制方案,直接根据机器人的动力学模型设讣运动控制器,控制器的输出为机器人上驱动电机的驱动电压。基于动力学模型的控制方案,不需对驱动电机进行底层的速度控制,消除了底层速度控制带来的延时。由功力学方程:nmx3×3M」可知在休坐标系中各个方向上的控制输入输出是独立的并且相互之间无耦合;于是可在体坐标中对各个控制量分别进行控制。当以各个电机电压作为控制量U时,对体坐标系中各个方向上的控制量UF经过Ta3×3变换后得到各个电机的控制量UUF先对输入UF到体坐标各个方冋上速度V的系统等效参数[m′门进行辨识,得到由控制量UF到体坐标速度Ⅴ的传递函数:然后设计UF的控制器,经过变换后得到各电机的电压U;速度控制指令 1xe vye (l由第2节控制律求得。34基于编码器的位姿推算圆弧模型在文献L4中介绍机器人里程计圆弧模型是把移动机器人在运动过程中的实际轨迹通过圆弧去逼近234图7平台样品示意图YAYR11B(x12+11Un-1XAA(r()图8采样期间的圆弧运动轨迹图中A(xmy,0n)和B(xnx+1,yn+1,On+1)分别为在采样时问间隔内起始点与终点的位姿坐标,AB为采样期间的圆弧轨迹,利用图中儿何关系可以得到运动轨迹为圆弧时的推算公式如下L(△SR+△S少sin△SR-△Sn+1xn+6n+2(△sinenR△SL(ΔSR+△S△SYn+1=ynCOS+
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