时空联合规划 vs 时空分离规划算法

心中u你

运动规划的本质是解一个复杂的优化问题，即寻找又安全又舒适的最优轨迹。时空联合规划（space-time joint planning）直接在三维时空下进行横纵联合决策和优化。时空联合规划的特点是路径和速度曲线同时作为优化问题的变量，所以得到的是二者的最优组合，而不仅仅是在某个给定速度曲线下的最优路径或某个给定路径下的最优速度。

• Step 1：将三维时空下的障碍物决策分为四类：follow，overtake，nudge left，nudge right。数值优化效果的重要决定因素是初始解的质量。
  

• Step 2：将时空联合决策结果提炼为凸可行域，作为时空联合优化的状态安全约束，通过ILQR方式求解
  

时空分离决策算法是把对轨迹的拆分分为两个子问题，即路径规划（path planning）和速度规划（speed planning）。

• 路径规划对应于横向控制（方向盘角度），表达形式通常是Frenet坐标系的横向偏移量l对弧长s的函数，也就是路径（path）；路径描述的是一个纯粹的空间形状，与时间无关。
  
• 速度规划对应于纵向控制（刹车/油门踏板开度），表达形式通常是s对时间t的函数，即速度曲线（speed profile）；速度曲线描述的是在路径上的进度，与路径的空间形状无关。
  

时空联合相比时空分离决策规划的优缺点如下：
优点：

• 时空联合考虑，可以实现更高的复杂场景下与动态障碍物交互的性能上界（理论上）
  
• 自车解空间完备性更好，时空分离在path生成时候丢失了一些解
  

缺点：

• 三维DP搜索复杂，调试不方便
  
• 软件架构更加复杂
  

参考资料：

• 扬奇直播课堂：《自动驾驶中的决策规划技术》轻舟智航_哔哩哔哩_bilibili
  
• 大方：「QBlog 07」时空联合规划技术在自动驾驶中的应用
  
• https://arxiv.org/pdf/2207.00198.pdf
  
• 深蓝学院：MARC：一种安全又高效的时空联合规划的方法
  

原文地址：https://zhuanlan.zhihu.com/p/692605942