http://softdown.elecfans.net/p/2017/09/無人駕駛的決策規(guī)劃控制技術(shù)2017

　　無人車作為一個(gè)復(fù)雜軟硬件結(jié)合系統(tǒng)，其安全可靠運(yùn)行需要車載硬件、傳感器集成、感知預(yù)測，以及控制規(guī)劃等多個(gè)模塊的協(xié)同配合工作。作者認(rèn)為最關(guān)鍵的部分是感知預(yù)測和決策控制規(guī)劃的緊密配合。狹義上的決策規(guī)劃控制部分，包含了無人車行為決策（Behavior Decision）、動作規(guī)劃（Motion Planning）， 以及反饋控制（Feedback Control）這三個(gè)模塊。而從更寬泛的概念來說，無人車的決策規(guī)劃控制模塊，緊密依賴于上游的路由尋徑（Routing）以及交通預(yù)測（Prediction）的計(jì)算結(jié)果，所以本文也對路由尋徑和交通預(yù)測模塊進(jìn)行介紹。

　　系統(tǒng)框架和模塊劃分

　　圖1展示了一種無人車軟件系統(tǒng)的典型功能模塊劃分。其中感知（Perception）模塊負(fù)責(zé)從傳感器數(shù)據(jù)中探測計(jì)算出周邊環(huán)境的物體及其屬性。這些物體信息經(jīng)過預(yù)測模塊的計(jì)算，生成預(yù)測軌跡傳遞給決策規(guī)劃控制系統(tǒng)中的行為決策模塊。決策規(guī)劃控制系統(tǒng)的另一個(gè)上游模塊是路由尋徑模塊，其作用在簡單意義上可以理解為無人車軟件系統(tǒng)內(nèi)部的導(dǎo)航，即在宏觀層面上指導(dǎo)無人車軟件系統(tǒng)的控制規(guī)劃模塊按照什么樣的道路行駛從而實(shí)現(xiàn)從起始點(diǎn)到目的地點(diǎn)。值得注意的是這里的路由尋徑雖然在一定程度上類似傳統(tǒng)的導(dǎo)航，但其細(xì)節(jié)上緊密依賴于專門為無人車導(dǎo)航繪制的高精度地圖，所以和傳統(tǒng)的導(dǎo)航還是有本質(zhì)的不同。一般來說，路由尋徑會作為單獨(dú)的模塊來進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，而交通預(yù)測部分，則既可以做為感知模塊的業(yè)務(wù)延伸，也可以看成是決策規(guī)劃控制模塊的外圍模塊而單獨(dú)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

　　圖1 無人車軟件系統(tǒng)模塊

　　決策規(guī)劃控制（Decision，Planning & Control）系統(tǒng)的任務(wù)，就是在對感知到的周邊物體的預(yù)測軌跡的基礎(chǔ)上，結(jié)合無人車的路由意圖和當(dāng)前位置，對車輛做出最合理的決策和控制。整個(gè)決策規(guī)劃控制軟件系統(tǒng)，可以按照解決問題的不同層面，如圖1所示自上而下劃分為行為決策（Behavioral Decision）、動作規(guī)劃（MotionPlanning），以及反饋控制（Feedback Control）這三個(gè)模塊。

　　其中行為決策模塊（Decision），可以直觀理解成無人車的“副駕駛”。行為決策接受路由尋徑的結(jié)果，同時(shí)也接收感知預(yù)測和地圖信息。綜合這些輸入信息，行為決策模塊在宏觀上決定了無人車如何行使。宏觀層面的決策包括在道路上的正常跟車，在遇到交通燈和行人時(shí)的等待避讓，以及在路口和其他車輛的交互通過等。例如，在路由尋徑要求無人車保持當(dāng)前車道（Lane）行駛，感知發(fā)現(xiàn)前方有一輛正常行駛的車輛，行為決策的決定便很可能是跟車行為。 動作規(guī)劃模塊，在圖1的劃分中，解決的是具體的無人車動作（Motion）的規(guī)劃問題。其功能可以理解為，在一個(gè)較小的時(shí)空區(qū)域內(nèi)，具體解決無人車從A點(diǎn)到B點(diǎn)如何行駛的問題。動作規(guī)劃模塊在這里解決的問題，相對行為決策，又更加具體了一步。動作規(guī)劃需要具體把一個(gè)短暫時(shí)間t內(nèi)從A到B的中間路徑點(diǎn)做出規(guī)劃，包括選擇途經(jīng)哪些具體的路徑點(diǎn)，以及到達(dá)每個(gè)路徑點(diǎn)時(shí)，無人車的速度，朝向，加速度等。不僅如此，動作規(guī)劃還需要保證兩點(diǎn)：一是在后續(xù)時(shí)間內(nèi)，生成從A到B的時(shí)空路徑需要保持一定的一致性；二是，這些生成的A到B之間的路徑點(diǎn)，包括到達(dá)每個(gè)點(diǎn)的速度朝向加速度等，都在下游的反饋控制的實(shí)際可操作的物理范圍之內(nèi)。決策規(guī)劃控制系統(tǒng)最下層的模塊是反饋控制模塊。這是一個(gè)直接和無人車底層控制接口CAN-BUS對接的模塊。其核心任務(wù)是消化上層動作規(guī)劃模塊的輸出軌跡點(diǎn)，通過一系列結(jié)合車身屬性和外界物理因素的動力學(xué)計(jì)算，轉(zhuǎn)換成對車輛Drive-By-Wire控制的油門，剎車，以及方向盤信號，從而盡可能地控制車去實(shí)際執(zhí)行這些軌跡點(diǎn)。反饋控制模塊主要涉及對車輛自身控制，以及和外界物理環(huán)境交互的建模。

　　上述模塊的劃分方法，非常有效地將無人車決策控制規(guī)劃這樣一個(gè)復(fù)雜問題，按照計(jì)算邏輯從抽象到具體的做出了非常合理的切分。這樣的劃分使得每個(gè)模塊可以各司其職專注解決本層次的問題，從而提升了整個(gè)復(fù)雜軟件系統(tǒng)的開發(fā)效率。

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