運(yùn)動(dòng)規(guī)劃是自動(dòng)駕駛技術(shù)棧中的關(guān)鍵一步，負(fù)責(zé)把上游的孤立、異構(gòu)、模糊的多方面信息整合成自洽的運(yùn)動(dòng)軌跡（trajectory）；好的軌跡需要滿足多方面的要求，其中最重要的方面包括安全性（safety）和舒適性（comfort）。對(duì)于車輛自動(dòng)駕駛來(lái)說(shuō)，車輛的控制是限制在地面這個(gè)二維世界里。但軌跡并不在這個(gè)空間中，因?yàn)檐壽E并不僅是簡(jiǎn)單的一個(gè)瞬時(shí)的狀態(tài)，也需要考慮時(shí)間這一維度。因此，它是一條在二維空間和一維時(shí)間組成的三維空間中的曲線。軌跡的時(shí)間跨度，稱為時(shí)域（horizon），通常要達(dá)到8-10秒這個(gè)范圍（這個(gè)時(shí)間也跟算法的優(yōu)化結(jié)果相關(guān)），才能滿足公開(kāi)道路產(chǎn)品級(jí)自動(dòng)駕駛的需求。

大方：「QBlog 03」運(yùn)動(dòng)軌跡僅僅是2D的？——論運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的維度?zhuanlan.zhihu.com為什么要在比較長(zhǎng)的時(shí)間跨度上規(guī)劃完整的運(yùn)動(dòng)，而不能只是簡(jiǎn)單地規(guī)劃當(dāng)前瞬間的動(dòng)作（油門(mén)、剎車、轉(zhuǎn)向）呢？目前很多基于端到端學(xué)習(xí)的規(guī)劃方法都是這么做的，畢竟人類司機(jī)駕駛時(shí)，很多時(shí)候也只考慮眼前需要的動(dòng)作而已。進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)程的完整規(guī)劃主要是為了保證未來(lái)的規(guī)劃問(wèn)題仍然可解。車輛從動(dòng)力學(xué)上來(lái)說(shuō)，慣性很大；從運(yùn)動(dòng)學(xué)上來(lái)說(shuō)，又屬于非完整系統(tǒng)（non-holonomic，即車輛不能瞬間改變朝向），所以如果只考慮當(dāng)前位姿，是不能作出有前瞻性的駕駛動(dòng)作的。缺乏前瞻性的駕駛動(dòng)作雖然目前看來(lái)不錯(cuò)，但很容易把自己開(kāi)進(jìn)死胡同，造成一段時(shí)間之后無(wú)解。如果觀察到路口的紅燈，無(wú)人車必須根據(jù)當(dāng)前速度提前剎車才能保證不闖紅燈；如果只考慮眼前，會(huì)發(fā)現(xiàn)在到達(dá)路口之前都沒(méi)有剎車的必要（不會(huì)立刻違反交通規(guī)則），而到了路口，再剎車就來(lái)不及了。這就是為什么模塊的名字叫做運(yùn)動(dòng)規(guī)劃（motion planning）——規(guī)劃就是計(jì)劃未來(lái)。端到端學(xué)習(xí)的方法只輸出當(dāng)前駕駛動(dòng)作，實(shí)際上相當(dāng)于把控制（control）也囊括在內(nèi)了，但通常模型內(nèi)部還是需要通過(guò)輔助損失函數(shù)（auxiliary loss）等方式對(duì)未來(lái)有一個(gè)預(yù)測(cè)和考量的（比如Waymo的ChauffeurNet）。在時(shí)空的三維空間中的軌跡，可以完整地描述未來(lái)一段時(shí)間之內(nèi)的運(yùn)動(dòng)的全貌。因此，對(duì)這個(gè)完整運(yùn)動(dòng)的最優(yōu)解算就可以實(shí)現(xiàn)有前瞻性的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。這就是為什么我們要在運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的時(shí)候考慮未來(lái)時(shí)間這個(gè)維度。為什么自動(dòng)駕駛運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的更新周期那么短，卻要規(guī)劃出那么長(zhǎng)的一段軌跡？?www.zhihu.com

總結(jié)如下：

• 駕駛感受：駕駛員的大腦在時(shí)刻的運(yùn)轉(zhuǎn)，我們每看一次道路其實(shí)就是重新做了一次規(guī)劃Replan，我們看的足夠遠(yuǎn)我們的規(guī)劃才足夠穩(wěn)定。如果我們的視線只盯著車前2m，車開(kāi)的大概率是左沖右撞的，因?yàn)橹挥械礁傲宋覀儾胖狼斑呌袀€(gè)障礙物，慌忙打方向或緊急剎車。
• 算法優(yōu)化：在簡(jiǎn)單靜態(tài)環(huán)境中，運(yùn)動(dòng)規(guī)劃完全可以使用初始時(shí)刻規(guī)劃好未來(lái)的一段路徑和對(duì)應(yīng)的速度，直到到達(dá)規(guī)劃的終點(diǎn)再重新規(guī)劃Replan。但現(xiàn)實(shí)環(huán)境是，1）場(chǎng)景很可能復(fù)雜，只使用一次規(guī)劃耗時(shí)長(zhǎng)，導(dǎo)致計(jì)算效率低；2）由于其他交通參與者的存在導(dǎo)致周圍環(huán)境是隨著時(shí)間變化的。所以在這樣的場(chǎng)景下，為了是規(guī)劃的路徑質(zhì)量更高，需要不斷迭代來(lái)適應(yīng)環(huán)境，規(guī)劃的路徑越長(zhǎng)，則越好地避免陷入局部最優(yōu)解，不影響規(guī)劃的整體質(zhì)量。

• 規(guī)劃的軌跡長(zhǎng)

是為了保證軌跡（位姿、速度）在較長(zhǎng)的時(shí)空內(nèi)盡可能穩(wěn)定+最優(yōu)；

對(duì)于橫向軌跡和縱向速度的跟隨控制而言，證明跟蹤的這一段是“正確的軌跡”。

• 更新的周期短

是為了保證將環(huán)境變化（位姿、速度）實(shí)時(shí)地更新到軌跡結(jié)果中，盡快用新的測(cè)量信息來(lái)修正之前的誤差。

對(duì)于控制而言，的確只用了dt的這一段信息

不考慮誤差的話，多周期規(guī)劃的軌跡在大地坐標(biāo)下應(yīng)是一致的。滿足這個(gè)一致性條件，就可以定周期規(guī)劃，更短周期去跟蹤，最終行駛出一條符合預(yù)期的軌跡（位置和速度）。

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運(yùn)動(dòng)規(guī)劃考慮空間和未來(lái)時(shí)間這三個(gè)維度，就夠了嗎？要回答這個(gè)問(wèn)題，繞不開(kāi)體感這個(gè)話題。體感也就是物理舒適度（physical comfort），是駕駛舒適度的一個(gè)重要方面，反映了車輛運(yùn)動(dòng)的不平滑性。體感與舒適度的其他方面一樣，比較主觀，評(píng)估需要從多種指標(biāo)考慮。常用的指標(biāo)包括橫向和縱向（lateral and longitudinal）的加速度（acceleration）和加加速度（jerk）等。從這些指標(biāo)可以看出，對(duì)于體感來(lái)說(shuō)，運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)是非常重要的，理想的運(yùn)動(dòng)軌跡在時(shí)間上必須足夠平滑。

圖：平滑的速度（v-t）曲線。軌跡的平滑性是舒適體感的核心。
上面說(shuō)到，在運(yùn)動(dòng)規(guī)劃給出的軌跡（對(duì)未來(lái)運(yùn)動(dòng)的規(guī)劃）里，可以清楚地評(píng)估和優(yōu)化未來(lái)運(yùn)動(dòng)的平滑性，但過(guò)去的運(yùn)動(dòng)軌跡則是另一番景象。過(guò)去是不可改寫(xiě)的，更重要的是，過(guò)去的軌跡是在過(guò)去每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的未來(lái)軌跡的初始段積累而成的，類似于控制中的滾動(dòng)時(shí)域優(yōu)化（receding horizon control）。過(guò)去某時(shí)刻對(duì)當(dāng)時(shí)的未來(lái)的規(guī)劃，也可以因時(shí)間推移，感知預(yù)測(cè)等信息的更新而更改；比如，兩秒鐘之前規(guī)劃的軌跡中預(yù)計(jì)行駛兩秒后到達(dá)的位置，可以不同于一秒前規(guī)劃的軌跡中預(yù)計(jì)行駛一秒后到達(dá)的位置，而二者又皆可不同于當(dāng)前實(shí)際所在位置。因此過(guò)去這個(gè)時(shí)間維度不僅僅是未來(lái)時(shí)間向相反方向的延伸。尤其是這兩個(gè)時(shí)間維度的接合處，也就是當(dāng)前時(shí)刻，是需要額外細(xì)致處理的。體感的效果，必須這些地方每一處都精心優(yōu)化，才能得以保證。

就縱向的速度規(guī)劃而言，時(shí)間維度是平衡橫縱向控制的關(guān)鍵因素。針對(duì)不同場(chǎng)景規(guī)劃出的軌跡線需要與之匹配出最優(yōu)的速度和加速度。例如，對(duì)于前方靜止障礙物，無(wú)人車需要實(shí)時(shí)地根據(jù)不同的當(dāng)前車速，規(guī)劃出減速曲線。其中，安全上能保證任何速度下，都能在障礙物前方幾米內(nèi)穩(wěn)定剎停或者跟停；舒適上開(kāi)始切入減速的沖擊度連續(xù)；另外最好不觸發(fā)AEB緊急制動(dòng)，這是在感知融合后識(shí)別前方靜止物后。

那么實(shí)際在縱向的速度規(guī)劃中，時(shí)間維度和速度位置維度需要進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化，相關(guān)的問(wèn)題如：

ACC自適應(yīng)巡航為什么不能識(shí)別靜止物體？?www.zhihu.com

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的实现运动轨迹_【自动驾驶】运动规划丨速度规划丨时间维度的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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