【教学素材】当汽车学会自己看路 自动驾驶的两种思路 一堂写在马路上的系统与控制课

想象一下这个场景：你用手机叫了一辆车，车门打开，你坐了进去——驾驶座上没有人。方向盘自己转了起来，车子平稳地汇入车流，遇到红灯会停下，看到行人会避让。

这不是科幻电影。在北京、上海、武汉、深圳……这样的无人驾驶出租车，已经在真实道路上载客运行了。

汽车怎么"看路"？

两种思路 · 同一个目标

思路一：让车自己"长眼睛"

特斯拉的做法是——给汽车装上8个高清摄像头，就像给它长了8只眼睛，能360度环顾四周。再用人工智能当"大脑"，把眼睛看到的画面直接变成驾驶动作：往左转一点、踩一下刹车、加速通过……

整个过程就像人开车一样——眼睛看路，大脑判断，手脚操作。

思路二：让车、路、云一起帮忙

中国的做法不太一样——不仅让车变聪明，还让"路"和"云"也变聪明。

打个比方：你一个人走在陌生城市里，只靠自己的眼睛找路（这是特斯拉方案）；但如果路边有人给你指路，手机地图提前告诉你前方堵车，头顶还有无人机帮你看看远处的情况——你走起来是不是轻松多了？

这就是"车路云一体化"：

三方协同感知，行驶自然更稳健。

中国方案：20个城市先行先试

车路云一体化 · 规模化试点

车路云一体化 · 关键数据

一句话总结：这些场景的核心思路都一样——车自己看不到的，路帮你看；车自己想不到的，云帮你想。中国率先提出并践行这条技术路线，为全球自动驾驶提供了中国方案。

自动驾驶也有"看不清"的时候

特斯拉FSD的短板 · 单车智能的局限

🌧️

暴雨天、浓雾天：摄像头和人眼一样，雨雾一遮就看不清了。就像你大雾天开车，连前方的红绿灯都模模糊糊。专业说法叫"致盲失效"。

🛤️

没有车道线的土路：高速公路上画着整整齐齐的车道线，AI跟着线走就行。但到了乡间小路、施工路段，地上没有线，AI就不知道该往哪开了。

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行人电动车乱窜的路段：城市里行人、自行车、电动车来来往往，随时可能有人冲出来。AI虽然反应快，但面对这种"不讲规则"的情况，经常需要人类接手。

🚧

被遮挡的盲区：路口停着一辆大货车，你根本看不到货车后面有没有人。摄像头也一样——它看不到被挡住的东西。

两种方案，谁更靠谱？

简单对比 · 各有长短

靠什么看路：8个摄像头靠什么判断：AI直接出决策需要改造马路吗：不需要优点：走到哪都能用，推广成本低缺点：雨雾天看不清，盲区看不到适合：天气好、路况清晰的高速公路

靠什么看路：车+路+云三重感知靠什么判断：多源信息协同决策需要改造马路吗：需要，投入大优点：安全性高，不怕恶劣天气缺点：基础设施投入大，标准统一难适合：全天候、全路况的城市道路

打个比方：特斯拉方案就像一个视力很好的人独自走夜路——视力好，但遇到大雾就受限；中国方案就像一个团队一起走夜路——有人照明前方，有人查看路线，有人在高处监测，虽然前期投入更多，但行驶更稳健。

以上这些现象，其实都藏着我们技术与工程课堂上的核心知识

让我们翻开课本——

教材关联一：技术的性质与设计过程

必修1 · 技术的性质 / 设计的一般过程

教材关联二：系统分析——两种路线的架构对决

必修2 · 第三单元《系统及其设计》

课堂要点：系统分析强调"整体大于部分之和"。车路云一体化之所以能实现更高安全性，正是因为路侧感知弥补了车辆在恶劣天气下的"盲区"，云端数据提供了超视距的预判能力——各子系统协同产生的整体效能，远超任何单车独立运行的效果。这就是系统的核心价值。

教材关联三：控制及其设计——闭环控制与干扰因素

必修2 · 第四单元《控制及其设计》

FSD闭环控制系统的五个环节

课堂要点：教材指出，降低干扰影响的方法包括提高系统抗干扰能力和引入补偿环节。车路云一体化本质上就是为单车智能系统引入了"路侧感知"和"云端数据"两个补偿环节，将原本单靠摄像头难以应对的干扰因素，通过多源信息融合加以化解——这是控制系统优化的经典范式。

教学使用建议

课堂实施 · 四大环节

环节一　新课导入在"控制及其设计""系统及其设计"章节导入中，播放央视网关于自动驾驶的实测视频片段，设置问题"自动驾驶汽车为什么能自主行驶？哪些因素会影响它的稳定运行？"，引发学生思考与讨论，快速切入核心知识点。

环节二　案例分析组织分组探究活动，围绕"特斯拉FSD单车智能方案"与"中国车路云一体化协同方案"展开对比分析。结合系统分析、闭环控制知识点，梳理两种方案的系统架构、控制逻辑、干扰因素应对能力，形成小组分析报告。

环节三　实践拓展结合实践课，让学生以"自动驾驶避障控制系统优化"为主题，设计简单的控制方案，针对常见干扰因素（障碍物遮挡、光线变化）提出优化措施，完成方案设计与原型搭建，实现理论与实践结合。

环节四　素养提升通过中国自动驾驶技术的自主创新与规模化落地，结合大国工程相关内容，培养学生的家国情怀与技术创新意识，引导学生理解技术对社会发展、国家竞争力的核心价值，落实学科核心素养培养目标。

课堂思考：你来当"系统设计师"

学以致用 · 拓展探究

思考1：画出特斯拉FSD的闭环控制方框图，标注输入量、控制器、执行器、被控对象和反馈环节。再想一想：如果要将它改成开环控制，会丢失什么能力？为什么自动驾驶必须采用闭环控制？

思考2：暴雨天FSD的摄像头"致盲"，属于控制系统中的哪类干扰因素？车路云一体化方案如何通过引入补偿环节来降低这一干扰的影响？请从系统优化的角度进行分析。

思考3：从系统特性的角度（整体性、相关性、目的性、环境适应性），对比分析FSD单车智能与车路云一体化两种方案。如果你是城市规划者，你会选择哪种方案？说明理由。

思考4：车路云一体化需要统一的技术标准（架构相同、标准统一、业务互通、安全可靠）。如果各城市各建各的、互不兼容，会带来什么问题？这与教材中"标准化"的思想有何联系？