自动驾驶的规划与控制模块,长期以来被视为两个独立环节。这种“先规划后控制”的范式在业内根深蒂固,但其背后的逻辑真的无懈可击吗?这篇内容从一个全新的视角剖析了该技术路线的演进历程与内在缺陷,指出了其可能只是特定历史阶段的过渡产物,并对未来“一段式”乃至端到端的发展趋势提出了独到见解。
智能速览
早期自动驾驶控制侧重消除误差,导致使用者忽略建模机理。
轨迹拼接方案是为制造误差而生的丑陋过渡方案。
控制本质上是一种趋近律的规划,与规划分离是毫无意义的。
“先规划平滑再控制”的多段式方案必将被淘汰。
未来技术趋势是规划控制一段式,甚至被端到端模型取代。
精华内容
自动驾驶规划控制的技术路线并非一成不变。从早期专注于消除误差,到后来人为制造误差的轨迹拼接,其背后反映了技术思路的演进与局限。
早期的误差消除
受限于早期算力,自动驾驶的控制律设计主要聚焦于如何消除误差,例如与车道中心线的偏差。PID、LQR和MPC等控制算法应运而生。
然而,这个阶段普遍存在一个问题:从业者过于关注方法本身,而忽视了模型的建立与背后的机理。这导致一个常见现象,当PID调参效果不佳时,开发者倾向于归咎于PID算法本身的局限性,而非反思自身对车辆动力学或环境的建模是否准确。
丑陋的轨迹拼接
随着技术发展,自动驾驶面对的参考路径日益复杂,已无法用简单的多项式来表达。这时,开发者们发现一个尴尬的局面:没有清晰的误差可以去消除了。
为了延续旧的控制思路,一种“轨迹拼接”的方案被创造出来。其本质是人为地制造出一条可追踪的、包含误差的轨迹,再让控制器去消除这个误差。这种做法被视作是一种为了适配旧框架而产生的、略显笨拙的过渡方案。
控制即规划
从根本上说,控制本身也是一种规划。在传统控制理论中,参考轨迹是可以用线性状态空间表达的,而控制的核心就是设计一种“趋近律”,让系统状态趋近于目标。
这与二次规划中的权重设计在理念上是相通的。然而,当场景切换到离散点路径时,很多人却忽略了这一点,固执地坚持“先做规划平滑,再做控制”的分离流程,实际上增加了不必要的复杂度,且意义不大。
一段式是未来
基于对控制本质的理解,可以预见,将规划与控制整合的“一段式”方法,必将淘汰当前这种多段式、冗余的处理流程。
更进一步看,即便是“一段式”的规划控制,也可能只是技术演进中的一个阶段。最终,它有可能被更彻底的“端到端”模型所完全取代,实现从感知到决策执行的直接映射,从而在根本上解决模块分离带来的信息损失与效率瓶颈问题。
透过对自动驾驶规划控制技术路线的回溯与审视,可以看到技术方案往往是特定算力和认知条件下的产物。打破传统“规划-控制”分离的惯性思维,拥抱“一段式”乃至端到端的新范式,或许将是行业迈向更高阶智能的关键一步。