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Apollo自动驾驶系统中Planning（路径规划）模块的架构设计和核心逻辑

news 2025/7/6 11:26:34

Planning模块是自动驾驶系统的核心部分之一，负责根据当前车辆状态（位置、速度、周围环境等）生成一条安全、合法的行驶路径。简单来说，它决定了车辆“应该往哪里开”。

Apollo的Planning模块采用三层结构来处理不同的驾驶场景，分别是：

Scenario（场景）
- 定义车辆当前所处的驾驶情境，例如：
  - Lane Follow（车道保持）：车辆在正常道路上行驶。
  - Intersection（路口）：车辆在无保护路口或有红绿灯的路口。
  - Pull Over（靠边停车）：车辆需要靠边停车。
  - Emergency Stop（紧急停车）：车辆遇到突发情况需要紧急停车。
- 每个场景由配置文件定义，并通过ScenarioManager管理场景的切换。
Stage（阶段）
- 每个场景下包含多个阶段（Stage），例如：
  - LaneFollowStage：车道保持阶段。
  - BareIntersectionUnprotectedStage：无保护路口阶段。
- 阶段是场景中的具体执行步骤，每个阶段会注册并执行一系列任务（Task）。
Task（任务）
- 每个阶段下包含多个任务，例如：
  - Decider（决策器）：决定是否需要变道、避障等。
  - Optimizer（优化器）：优化路径的平滑性、安全性。
- 任务是具体的逻辑实现，负责生成路径或调整车辆行为。

状态机（Finite State Machine）
- Apollo通过状态机动态切换场景和阶段。例如：
  - 车辆从正常行驶（LaneFollow）进入路口（Intersection）时，状态机会自动切换到路口场景。
  - 状态机的切换依赖于传感器数据（如地图信息、交通信号灯状态）和车辆状态（如速度、位置）。
配置文件
- 所有场景、阶段和任务的配置都存储在.proto文件中（例如planning_config.proto）。这些文件定义了：
  - 哪些场景可以切换到哪些场景。
  - 每个场景下包含哪些阶段。
  - 每个阶段下需要执行哪些任务。
- 通过修改配置文件，可以灵活调整规划逻辑，而无需修改代码。

以最常见的LaneFollow（车道保持）场景为例：

场景选择
- 车辆在普通道路上行驶时，ScenarioManager会激活LaneFollowScenario。
阶段执行
- LaneFollow场景下只有一个阶段LaneFollowStage。
任务执行
- LaneFollowStage会依次执行以下任务：
  - ReferenceLineProvider：提供参考路径（车辆需要跟随的道路中心线）。
  - PathDecider：根据障碍物和地图信息，调整参考路径。
  - SpeedOptimizer：计算车辆的速度曲线（如加速、减速）。
  - TrajectoryOptimizer：综合路径和速度，生成最终的行驶轨迹。

模块化设计
- 每个任务（Task）是独立的模块，可以单独开发和测试。例如，PathDecider只负责避障，而SpeedOptimizer只负责速度规划。
可扩展性
- 新增场景或任务时，只需在配置文件中添加定义，并实现对应的代码逻辑，无需修改现有模块。
实时性
- 所有任务通过线程池并发执行，确保在有限时间内完成规划。

如果你是刚接触自动驾驶或Apollo，可以从以下步骤入手：

理解基本概念
- 先熟悉自动驾驶的基本流程（感知 → 决策 → 规划 → 控制）。
- 了解Apollo的模块划分（如Planning、Control、Prediction等）。
学习场景切换逻辑
- 通过ScenarioManager和状态机的示例，理解如何根据车辆状态切换不同场景。
实践配置文件
- 修改planning_config.proto文件，观察不同配置对规划结果的影响。
阅读代码示例
- 从简单的任务（如LaneFollowStage）入手，逐步理解代码结构。