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AI 驱动自动驾驶新篇章|AI 算出行驶轨迹后,为什么离不开传统控制算法兜底?

  • 2026-09-06 13:52:12
AI 驱动自动驾驶新篇章|AI 算出行驶轨迹后,为什么离不开传统控制算法兜底?

智控时代社

AI驱动自动驾驶新篇章

自动驾驶AI模型的全景解析(上)

端到端规划+控制执行:传感器→输出未来轨迹;

再由传统控制器(PID/MPC等)跟踪执行(工程上常见、也易做安全约束)。

Unified Autonomous Driving

规划导向的端到端自动驾驶

(UniAD)

UniAD是一个"以规划为核心(planning-oriented)"的统一自动劝驾驶模型框架,把感知(跟踪/建图)、预测(运动/占用)和规划(自车未来轨迹)在一个端到端可联合优化的体系里串起来,最终输出自车未来vvaypoints(规划轨迹),并同时产出可解释的中间结果(目标轨迹、地图要素、未来占用等)供安全与调试使用。

1.1 UniAD: 规划导向的系统设计哲学

UniAD 端到端自动驾驶全栈架构

◆核心思想:

将“最终目标=规划”作为系统设计的中心,

打破传统感知-预测-规划的串行隔离。

◆解决痛点:

传统系统容易产生信息隔离与误差累积,

多任务学习常出现负迁移。

◆关键机制:

提出按规划需要重新排序任务,让检测、

跟踪、地图、预测等任务协同服务于规划。

◆统一接口:

使用基于Query的统一接口串联各模块,

实现全链路信息高效流转。

1.2 UniAD: 层次化Transformer结构

UniAD 核心组件OccFormer 结构细节

◆BEV特征提取:

输入多帧多相机序列,通过BEV编码器(如BEVFormer)将环视图像特征转换为统一的BEV空

间表征。

◆任务模块化设计:

包含TrackFormer(跟踪)、MapFormer(地图)、MotionFormer(预测)与OccFormer(占用空间预测)。

◆Planner 规划模块:

利用Ego Query预测未来路径点,并参考

Occupancy信号进行实时避碰与路径优化。

◆信息流转机制:

Query作为中间表征,在不同模块间传递场景实体、

时空上下文与复杂的交互关系。

1.3 UniAD: 协同优化与规划约束

UniAD 端到端自动驾驶全栈架构

◆Query表征优势:

相比传统的Bounding Box,Query表征更加灵活,能够编码复杂的交互关系与场景语义信息。

◆深度注意力机制:

通过Cross-Attention机制,实现Agent、Map、Ego与BEV特征之间的深度信息交换与对齐。

◆可微信号注入:

将规划目标与避碰信号作为学习目标,实现全链路的可微优化,提升系统整体安全性。

◆工程性能平衡:

在提升协同性的同时,通过Query设计有效控制计算量,建立可验证的端到端评估体系。

1.4 UniAD: 全栈研究基线与原型验证

UniAD 全栈感知与规划流水线概览

◆系统定位

作为自动驾驶全栈研究的强力基线,提供“感知+预测+占用+规划”的闭环链路。

◆基准评估

在nuScenes等公开数据集上构建评估体系,统一对齐各项任务指标。

◆控制对接

输出的Waypoints可直接对接轨迹跟踪控制器,Occupancy用于安全约束。

◆开源贡献

官方提供完整的Pipeline与模块组织方式,极大降低了全栈系统的开发门槛。

1.5 UniAD: 模块化拆解与灵活落地

UniAD 模块化组件拆解与任务流转示意

◆拆解用法

系统支持高度模块化,可根据工程需求仅提取OccFormer强化安全避障,或单独使用MotionFormer进行多模态轨迹预测。

◆感知前端

可仅保留TrackFormer与MapFormer作为Token化的感知输出,无缝对接下游的传统规则规划器或混合规划系统。

◆编码器兼容性

BEV编码器底座可灵活替换,支持从轻量化单帧版本到高性能长时序、多模态融合版本的平滑升级。

◆训练策略

建议采用分阶段训练:先稳定感知模块特征,再逐步引入预测与规划任务,确保全链路联合训练的收敛稳定性。

1.6 UniAD: 量产关注点与工程实践

算力挑战与优化:

  ■显存压力优化:

     多Decoder叠加导致显存占用极高,需采用

Token约简技术。

  ■推理加速:

    利用FP16/INT8量化及算子融合,降低端到

可解释性分析:

  ■显存压力优化:

   通过可视化Query与AttentionMap,分析影响规划的关键场景要素。

  ■因果溯源:

利用Token化表征,定位规划错误的具体来源(如预测偏差或地图错误)。

验证体系构建:

  ■双层监控

    建立“任务级指标+规划闭环指标”双层监

控,确保系统整体安全。

  ■鲁棒性测试

   针对子任务退化(如感知丢失)对最终规划的影响进行压力测试。

量产取舍策略:

  ■落地路径

   L2量产更偏向可验证的模块化链路,UniAD

目前多用于研究原型。

  ■算法启发

   利用UniAD的端到端思想,启发子模块(如Occ)的算法优化与迭代。

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技术文献 | 五十铃自動車自动驾驶专家

白东升

主编排版 | 软安科技联合安全解决方案

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