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编者的话：自动驾驶技术概论王健pdf

《自动驾驶技术丛书》是“十三五”期间国家重点图书出版规划项目。本系列所有书籍均已为您整理完毕。本书可作为高校车辆工程和交通工程项目使用。本专业学生教材也可供从事自动驾驶相关专业的工程技术人员使用和参考。欢迎下载

蒸汽机和蒸汽机车的发明

说到蒸汽机，历史上著名的“蒸汽机之父”应该是英国的詹姆斯·瓦特。他发明的“瓦特蒸汽机”，直接将人类推入了“第一次工业革命”时代，使人类踏入了机器时代的大门。事实上，蒸汽机出现在瓦特之前。

1712 年，英国人 Thomas Newcomen 发明了蒸汽机，用来驱动水泵将水从矿井中抽出。这种蒸汽机后来被称为“纽科门蒸汽机”。纽科门蒸汽机将蒸汽引入气缸，然后向气缸内喷水冷却，冷却后的气缸内压下降，

气缸内的活塞在大气压的推动下向上运动，带动水泵抽水。

活塞每分钟只能移动10次，但这大大提高了泵的效率。

1713 年，纽科门综合了前人的实验结果，成功制造了第一台实用的大气活塞式蒸汽机。蒸汽进入气缸后，活塞向上推动，然后向气缸内喷水使其冷凝，使气缸内产生真空，气缸外的大气压推动活塞向下，

然后水泵由杠杆、链条和其他机构驱动，以提升活塞做功。其缺点是热效率低，油耗大，主要用于矿山排水。

Watt 是一名木匠出身的工匠，1757 年被英国格拉斯哥大学聘为实验室技术员，并获得了纽科门蒸汽机的使用权。他对纽科门的蒸汽机产生了浓厚的兴趣。 1763年，他在修理蒸汽机的模型时，发现纽科门蒸汽机只利用了气压差，

蒸汽的张力没有得到利用，所以热效率低，油耗大。他决心改进纽科门蒸汽机。首先，他认为将汽缸内的蒸汽送入另一个容器进行冷却，不仅可以获得可以做功的真空，而且可以使汽缸内的温度下降不多，这样可以大大提高热效率。

另外，为了防止空气冷却气缸，必须利用空气的张力作为动力。 1769 年，瓦特与博尔顿合作发明了带有冷凝器的蒸汽机。与纽可门蒸汽机相比，热效率提高了60%，但在性能上还不能作为真正的动力发动机，一直没有引起社会的重视。这是瓦特蒸汽机的第一次技术创新。

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汽车发展趋势

汽车行业经过100多年的发展，经历了高速发展期，日趋成熟和稳定。在经历了一系列破产、并购等之后，世界汽车企业现已形成大众、通用、雷诺-日产、丰田、本田等巨头集团的格局。

国内汽车行业经过数十年的高速发展，已接近顶峰，市场接近饱和，整体汽车销量呈现稳步下滑的态势。

回顾近年来汽车的产销量和前沿技术的研究现状，未来汽车的发展方向主要呈现电动化、智能化。

1。电力

电动汽车是完全或部分由电动机驱动的汽车。根据技术路线，电动汽车分为传统（气电/气电）混合动力汽车（HEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）、纯电动汽车（EV）和燃油电动汽车

Funded Vehicles（FCV），后三者统称为新能源汽车。

2017年，全球电动汽车总销量约为333万辆，同比增长26.0%。世界上电动汽车的数量也在迅速增长。 2017年，新能源汽车保有量约426万辆，比上年增长49.2%；传统混合动力汽车保有量约1328万辆，比上年增长11.8%。近年来，纯电动汽车和插电式混合动力汽车的比例逐年上升，燃料电池汽车应运而生。随着电动汽车技术路线的变化，各类电动汽车的市场也发生了重新洗牌。欧洲国家、美国、日本、中国在电动汽车领域各有特色。未来，主要国家和地区电动汽车的推广目标均在百万以上，从传统混合动力汽车和插电式混合动力汽车向纯电动汽车和氢燃料电池汽车的方向快速转变。图1.11描绘了2008-2017年全球各类电动汽车的销售趋势。汽车电动化是未来世界汽车产业转型的方向。美国（加利福尼亚）、德国、法国、英国、荷兰、挪威、印度等多个国家或地区制定了燃油车禁售时间表，时间多为2025-2030年。 ，汽车动力也将发生革命性的变化。根据壳牌的研究预测，电力和氢能将从2030年左右开始逐步“接管”汽车能源市场，2040年和2060年消费占比将分别超过20%和60%，乘用车市场将2070年全面实现电动汽车摆脱对化石燃料的依赖，全面普及。

美国、日本、德国等世界主要汽车大国已将电动汽车发展提升到国家战略高度，制定发展目标，积极开发和应用以动力电池为核心的汽车电气化技术加快推广电动汽车。汽车工业化进程。从各国发布的推广目标来看，电动汽车的规模在百万级。美国原计划2015

新能源汽车年推广100万辆，变现率高，接近50%；德国计划到2020年和2030年分别推广100万和600万；日本计划2020年在整体乘用车中使用电动汽车汽车销量占50%；中国计划到2020年推广500万辆新能源汽车。

传统混合动力汽车凭借其技术成熟度、价格接受度、对充电设施依赖度低等优势，率先在全球推广。插电式混合动力汽车可以在全电动状态下工作，也可以作为传统燃油汽车使用。它们不完全依赖充电设施，更贴近用户需求。近年来进入市场后，在欧美等地越来越受到追捧。纯电动汽车完全靠电力驱动，动力系统比较简单，对充电设施的依赖度大。近年来，随着充电设施的联网，充电变得更加便捷。燃料电池汽车以氢气为燃料，氢气被公认为环保性能最好的汽车，具有更短的供油时间、更长的续航里程和更低的噪音。最重要的一点是，制氢的原料取之不尽用之不竭。 ，取之不尽。

传统的混合动力汽车和插电式混合动力汽车都有两套动力系统。增加车辆本身的重量是对资源的浪费，在使用过程中会部分消耗燃料。环保性能不如纯电动车，更别说燃油了。电瓶车。从全球电动汽车发展趋势来看，目前正从传统的混合动力汽车和插电式混合动力汽车向纯电动汽车发展，未来将向更清洁的燃料电池汽车方向发展。 2.智能

近年来，随着电子信息领域新技术的发展，物联网、云计算、大数据、移动互联网等新技术正在向传统行业渗透。在汽车行业，相关的智能汽车、车路协同、智能出行、便捷服务、车联网等已成为当前的技术热点，正在引发行业的巨大变革。以传统汽车技术为基础平台，融合汽车电子技术、新一代信息技术和智能交通技术的智能汽车正在成为现代交通发展的主要驱动力之一。

汽车作为一种重要的交通工具，通过车辆上的传感器、红外设备、视觉设备、控制器、执行器等电子设备，形成了一种可以随时随地访问任何信息的模式。为汽车提供智能环境支持，达到提高汽车安全的目的。安全辅助驾驶系统和车载信息服务系统，这两个系统现在已经成为汽车智能化的亮点和卖点。此外，随着专用短程通信技术、传感器技术、车辆控制技术的日趋成熟，自动驾驶和无人驾驶技术从实验室走向实际应用的步伐正在加快。特斯拉、谷歌、百度等公司相继进行了无人驾驶技术相关的测试，而奔驰、宝马、奥迪、本田等厂商已经拥有相对成熟的自动驾驶技术。在我国，国防科技大学和解放军军事交通学院分别顺利完成了长沙至武汉、北京至天津高速公路无人驾驶试验。

智能交通是我国交通领域发展的前沿方向之一。智能汽车的发展带动了智能交通产业的形成，正在推动交通产业的变革。因此，中国政府对智能汽车的关注度不断提高。 “十二五”期间，国家863计划部署了智能车路协同关键技术研发，取得了初步成果。基于车路交互技术的车路协同系统已经在实际道路上进行了测试。

具有自主知识产权的协同智能交通系统、专用短程通信等多项国家标准也在2014年正式发布。2015年，工信部发布的《中国制造2025》科技明确提出，到2025年，我国将掌握自动驾驶整体技术和关键技术，建立较为完善的智能网联汽车自主研发体系和生产配套体系。以及产业集群，要基本完成汽车产业的转型升级。因此，在政策和市场的共同作用下，我国智能汽车技术发展迅速，智能汽车领域相关系统和应用软件开发已初步形成。

智能汽车系统的开发和应用将为智能交通新技术提供首批应用场景，市场空间巨大。行业内主机厂、供应商、大中型科技公司和初创企业纷纷进入行业，跨界合作、跨行业融合、协同创新、创造实用价值、探索新商机。智能汽车的发展必将为公众提供便捷、高效、绿色、安全的出行环境，创造美好生活。