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本书系统梳理了自动驾驶的核心技术框架，并以开源游戏 SuperTuxKart 为基础开发了一套虚拟环境，让读者可以跟随书中的理论讲解和配套的开源代码，零成本上手实战，在充满趣味性的赛车游戏中快速掌握和深刻理解自动驾驶算法的知识。本书内容包括自动驾驶的定义、技术发展历程以及主流技术架构；基础环境构建，打造端到端自动驾驶大模型；感知、预测、规划、控制等自动驾驶核心算法模块；自动驾驶的安全性、法律法规，对社会、经济、伦理的影响，以及行业展望和就业指南。本书适合车辆工程、自动化、计算机等相关专业的学生，以及工程师和行业研究者阅读。

第1章　自动驾驶概述	1
1.1　自动驾驶的定义	2
1.2　自动驾驶技术的发展历程	6
1.3　自动驾驶的应用场景	11
第2章　自动驾驶技术架构	15
2.1　车辆平台	19
2.2　传感器	21
2.3　车载计算机	23
2.4　操作系统和通信中间件	26
2.5　地图和定位	28
2.6　感知	30
2.7　预测	33
2.8　规划	35
2.9　控制	37
2.10　端到端自动驾驶大模型	39
2.11　离线基础设施	41
第3章　我们的“自动驾驶游乐场”	45
3.1　基础环境	48
3.2　通信中间件	53
3.3　传感器	55
3.4　线控	56
3.5　第一个自动驾驶算法	57
第4章　端到端自动驾驶大模型	59
4.1　使用Bazel进行Python项目管理	60
4.2　模型设计	62
4.3　数据收集	65
4.4　模型训练	67
4.5　模型部署	69
4.6　优化迭代	72
4.7　其他改进方向	78
第5章　感知模块详解	81
5.1　模块设计	82
5.2　代码实战	84
5.2.1　使用OpenCV进行BEV透视变换	84
5.2.2　使用OpenCV进行道路检测	92
5.2.3　使用YOLO进行障碍物识别	95
5.2.4　使用YOLO执行图像分割、目标跟踪等处理任务	99
5.2.5　完成感知模块	102
5.3　前沿研究	105
第6章　预测模块详解	109
6.1　模块设计	110
6.2　代码实战	111
6.2.1　路径估计	111
6.2.2　速度估计	113
6.2.3　完成预测模块	115
6.3　前沿研究	116
第7章　规划模块详解	119
7.1　模块设计	120
7.2　代码实战	122
7.2.1　选择路径规划器	122
7.2.2　可行性判定	126
7.2.3　选择最优轨迹	128
7.2.4　完成规划模块	129
7.3　前沿研究	130
第8章　控制模块详解	133
8.1　模块设计	134
8.2　代码实战	135
8.2.1　PID控制器	135
8.2.2　LQR控制器	136
8.2.3　MPC控制器	137
8.2.4　完成控制模块	139
8.3　前沿研究	142
第9章　自动驾驶中的其他问题	145
9.1　单车智能与车联网	146
9.1.1　多车协同（Vehicle to Vehicle，V2V）	146
9.1.2　车云协同（Vehicle to Cloud，V2C）	147
9.1.3　车路协同（Vehicle to Infrastructure，V2I）	148
9.2　安全	148
9.2.1　功能安全	149
9.2.2　网络安全	149
9.2.3　人工智能安全	150
9.3　法律法规	151
9.3.1　立法进展	151
9.3.2　标准化进展	152
9.4　社会与经济	153
9.5　伦理	154
第10章　自动驾驶行业就业指南	155
10.1　自动驾驶技术展望	156
10.2　自动驾驶行业的核心岗位	158
10.2.1　感知算法工程师	158
10.2.2　预测算法工程师	160
10.2.3　规划算法工程师	162
10.2.4　控制算法工程师	163
10.2.5　离线基础设施工程师	165
10.2.6　端到端自动驾驶大模型工程师	167
10.3　写在最后	169

序1
作为一名在自动驾驶行业深耕近十年的从业者，我曾有幸在百度 Apollo 和 Waymo 等顶尖团队中贡献自己的力量。如今，看到无人出租车服务在武汉（百度萝卜快跑）和美国旧金山（Waymo）等多个城市进入常态化运营，甚至在某些时段其订单量超过传统出租车，我感到无比欣慰。尽管这一切比我们当年的预期稍显延迟，但这无疑是对所有自动驾驶人多年的努力交出的一份答卷，也是对当年承诺的兑现。
我与本书作者肖祥全相识于百度 Apollo 自动驾驶团队。作为百度 Apollo 创始团队的成员，我们共同见证并推动了自动驾驶从 0 到 1 的壮阔历程。从闭源到开源，从最初的几辆路测车到打造中国第一款无人驾驶金龙小巴，再到无人驾驶出租车萝卜快跑落地国内多个城市，百度 Apollo 已成长为行业内的标杆，其开源平台从根本上改变了自动驾驶技术的发展轨迹与生态格局。这个平台不仅培养了大批技术人才，更催生出众多自动驾驶生态产品及相关企业，奠定了整个行业繁荣的基础。
在本书中，肖祥全基于其在百度 Apollo 和小鹏汽车多年丰富的从业经验，以深入浅出的方式，全面展示了自动驾驶技术的整体架构。更为难得的是，他通过开源赛车游戏这一生动的案例，手把手教读者如何搭建一个实际可用的自动驾驶系统平台，如何开发感知、预测、规划、控制等核心模块，以及如何训练所需的模型。本书不仅涵盖了自动驾驶技术的关键知识，还深入探讨了各领域的最新发展方向，让读者既了解当前的实践方法，又对未来行业的技术趋势有清晰的认知。
我坚信，这本书不仅会成为未来自动驾驶从业者的良师益友，也会为技术爱好者带来深刻的启发。它不仅为读者打开了通往自动驾驶领域的大门，也延续了百度Apollo开放平台的精神，为行业的繁荣与发展注入更多的活力。
愿本书能够成为自动驾驶领域的新起点，为更多的人点燃探索的热情，共同推动行业的持续进步。
曲宁  
蔚来公司技术副总裁

序2
自动驾驶是近十年来的热门研究领域。从美国国防高级研究计划局的DARPA Challenge开始，到中美两国科技公司纷纷入场，通过十多年的持续研发，以及巨量的人力和资金投入，这个领域逐步开花结果。无人驾驶出租车、高阶辅助驾驶等产品越来越普遍而深刻地影响着人们的生活。也正因为此，人们了解和学习自动驾驶技术的热情日渐高涨。 
自动驾驶系统是众多技术的集成。机器人领域的传统算法，以及现在流行的深度学习，在自动驾驶系统中都有着广泛的应用。这使得自动驾驶技术的学习门槛变得很高。即使是在自动驾驶行业深耕多年的从业者，也容易“只见树木，不见森林”，很难做到对这个领域有全面而系统化的了解。 
本书无疑是初学者学习自动驾驶技术的绝佳选择。本书深入浅出，以简洁、生动的语言从自动驾驶的研发历史开始，介绍自动驾驶系统的前世今生；以通俗易懂的方式对系统的各个模块进行阐述，使读者在轻松愉快的心境下来理解复杂系统。 
本书的一个特点是寓教于乐。寓教于乐是一种让知识在快乐中生根发芽的智慧方式。真正有效的学习，不是枯燥地灌输，而是让知识在趣味中悄然融入。自动驾驶系统本身复杂而庞大，怎样把这个复杂的系统以一种读者易于接受的方式呈现出来是一个难点。本书通过一个赛车游戏，将自动驾驶系统的感知、预测、规划、控制、中间件通信等各个模块串联起来，完整地呈现给读者。读者通过运行示例程序，亲手搭建和运行自动驾驶系统，在获得成就感的同时也加深了对系统的理解。 
对于自动驾驶行业的从业者来讲，本书是一份宝贵的参考资料。由于系统的复杂性，即使是相关从业者，也不见得对自动驾驶系统有深入的了解。我作为在自动驾驶领域做了近十年的工作者，在阅读本书的时候也受益颇丰，对自动驾驶系统有了更全面的了解。
张雅嘉
Rivian资深工程师，自动驾驶规划专家 

前言
自动驾驶技术是21世纪最具颠覆性的创新之一，它将人工智能、传感器技术、车辆工程甚至城市规划等学科融为一体，正以前所未见的速度改变着人类的出行方式。回望2015年，仅有几家公司能够把屈指可数的几台实验车放到公开道路上小心翼翼地测试，仅仅十年后，数以千万计的车辆已经具备了不同程度的自动驾驶能力。然而，从总行驶里程来看，自动驾驶车辆所占的比例仍然极低，并且全程需要人类驾驶员保持注意力，同时，在自动驾驶模式下发生交通事故也屡见不鲜。要最终实现全天候、全地域、安全的无人驾驶，仍然任重而道远。
令人欣喜的是，越来越多相关专业的学生和工程师正在进入这一行业。但面对庞杂的知识体系，初学者常感到无从下手，或只能进行枯燥的理论学习而没有练手的机会。本书旨在系统梳理自动驾驶的核心技术框架，并以开源游戏 SuperTuxKart 为基础开发了一套虚拟环境，让读者可以跟随书中的理论讲解和配套的开源代码，零成本上手实战，在充满趣味性的赛车游戏中快速掌握和深刻理解自动驾驶算法的知识。
本书写作目标
（1）系统性：从成熟、稳定的多模块自动驾驶技术，到新兴的端到端自动驾驶大模型技术，从感知、预测到规划、控制，本书旨在为读者提供较为完整的自动驾驶全景视野，避免“碎片化”的认知。
（2）趣味性：与枯燥的技术书籍不同，本书以赛车游戏为载体讲述严肃的技术，整个阅读过程既是学，也是玩，寓教于乐。
（3）实战性：消除硬件门槛，并配套全闭环的、开箱即用的自动驾驶系统，让读者可以实际体验每个模块的作用，学习到的知识和迸发的灵感也可随时在“赛场”中验证、改进。
本书内容结构
本书分为四部分。
（1）基础知识（第1、2章）：概述自动驾驶的定义、技术发展历程以及主流技术架构。
（2）端到端自动驾驶大模型（第3、4章）：构建基础环境，打造一个端到端自动驾驶大模型。
（3）多模块自动驾驶技术（第5~8章）：深入讲解感知、预测、规划、控制等自动驾驶核心算法模块。
（4）自动驾驶行业（第9、10章）：在算法之外，介绍自动驾驶的安全性、法律法规，对社会、经济、伦理的影响，以及行业展望和就业指南。
本书适合的读者
（1）车辆工程、自动化、计算机等相关专业的学生：具备基础的编程和数学知识，希望系统学习自动驾驶技术，为就业做准备。
（2）工程师：从事某一模块的开发，例如感知、规划、数据平台等，希望拓宽知识边界，了解系统全貌，以便更好地与上下游的同事协作。
（3）行业研究者：希望了解自动驾驶背后的工作原理，以更好地跟踪技术发展，分析商业前景等。
反馈与建议
尽管力求准确，但书中难免存在错漏之处，欢迎读者通过配套代码库所在的 GitHub 进行指正和交流。
希望本书能为您打开自动驾驶技术的大门。
肖祥全
2025年4月

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