1. 课程导入
在自动驾驶系统中，预测、规划与控制是决定车辆“怎么想、怎么走、怎么稳”的三条核心链路。很多初学者会把它们拆开学习：预测只关心他车轨迹，规划只关心路径生成，控制只关心油门刹车。但在真实工程中，三者必须通过联调形成闭环，才能让车辆在动态交通中安全、平滑、合理地行驶。本课程围绕 Apollo 平台，带你从模块认知走向系统联调，建立“感知输入—预测推演—规划决策—控制执行—反馈修正”的完整工程视角。
本节核心问题：预测、规划、控制各自解决什么问题？它们之间的数据接口和时序关系是什么？为什么“单模块能跑”不等于“整车能开”？联调到底在调什么？
一、学习目标：从会看代码到会调系统
本课程的学习目标分为四个层次。第一，概念层：理解预测、规划、控制的基本定义、输入输出和典型算法族。第二，接口层：掌握 Apollo 中 Prediction、Planning、Control 三个模块的 topic 通信、消息格式和配置参数。第三，联调层：能够使用 Dreamview、Cyber Monitor、rosbag 回放等工具定位模块间数据断流、时序错位和参数不匹配问题。第四，工程层：具备场景化调试能力，例如跟车、换道、避障、红绿灯通行等典型场景下的联合调参和问题复盘。
换句话说，学完本课程，你不仅要能读懂 planning.conf 和 control_conf.pb.txt，还要能判断“为什么规划轨迹突然抖动”“为什么控制响应滞后”“为什么预测输出与规划预期不一致”。
二、核心概念：三条链路与一个闭环
预测负责回答“周围物体会怎么动”。它接收感知输出的障碍物信息，结合地图和交通规则，输出未来一段时间内他车的可能轨迹或意图概率。规划负责回答“自车应该怎么走”。它基于预测结果、地图、定位和路由信息，生成安全、舒适、可执行的轨迹。控制负责回答“如何让车精确跟随轨迹”。它接收规划轨迹和车辆状态，输出油门、刹车、转向等控制指令。
三者不是单向流水线，而是带反馈的闭环：控制执行后车辆状态变化，定位和感知更新，预测和规划随之重新计算。联调的价值就在于保证这个闭环在时序、精度和鲁棒性上都能满足实车要求。
三、整体框架：从模块到系统的分层理解
Apollo 的联调工程可以按“四层一闭环”来理解。数据层包括感知、定位、地图、底盘反馈；算法层包括预测、规划、控制的核心算法；通信层基于 Cyber RT 的 topic 和服务机制；工具层包括 Dreamview、Cyber Monitor、rosbag、日志系统。闭环则体现在车辆执行后状态回传，触发下一轮计算。
在联调中，最常见的不是算法本身写错，而是接口不一致：预测输出的坐标系与规划期望的不一致，规划轨迹的时间戳与控制周期不匹配，控制标定参数与车辆实际动力学差异过大。因此，联调工程师必须同时具备“看算法”和“看数据”的能力。
| 模块 | 核心输入 | 核心输出 | 典型联调问题 |
|---|---|---|---|
| Prediction | 感知障碍物、地图、定位 | 预测轨迹、意图概率 | 预测轨迹跳变、意图误判 |
| Planning | 预测结果、路由、定位 | 平滑轨迹、决策指令 | 轨迹抖动、避障保守或激进 |
| Control | 规划轨迹、车辆状态 | 油门、刹车、转向 | 响应滞后、跟踪超调 |
| Cyber RT | 各模块 topic 消息 | 数据分发与调度 | 丢帧、延迟、频率不匹配 |
四、案例场景：一个跟车场景的联调复盘
假设车辆在城市道路跟随前车行驶，前车突然减速。感知输出前车位置和速度，预测模块判断前车未来 3 秒可能减速至停止，规划模块据此生成减速轨迹，控制模块执行刹车。如果联调不到位，可能出现三种典型问题：
- 预测滞后：预测模块仍认为前车匀速，规划未及时减速，导致安全距离不足。
- 规划抖动：预测轨迹频繁跳变，规划在“跟车”和“换道”之间反复切换，轨迹不平滑。
- 控制超调：规划减速轨迹合理，但控制刹车标定过强，车辆顿挫明显。
联调排查顺序建议：先看 Cyber Monitor 确认 topic 频率和延迟，再看 rosbag 回放确认数据时间戳对齐，最后检查各模块配置文件中的坐标系、周期和阈值参数。不要一上来就改算法。
五、常见误区与学习建议
第一个误区是“单模块仿真通过就等于联调通过”。单模块仿真往往使用理想输入，而联调中输入带有噪声、延迟和丢帧。第二个误区是“只调参数不看数据流”。很多问题根源在 topic 断流或时间戳错位，而非参数本身。第三个误区是“忽视车辆动力学差异”。不同车型的转向比、制动响应和轮胎特性不同，控制参数必须结合实车标定。
# 联调常用检查命令示例
cyber_monitor # 查看 topic 频率与延迟
cyber_recorder info demo.record # 查看 rosbag 基本信息
cyber_recorder play -f demo.record # 回放数据
tail -f /apollo/data/log/planning.INFO # 查看规划日志
tail -f /apollo/data/log/control.INFO # 查看控制日志
注意：联调阶段务必先保证数据链路通畅，再讨论算法优化。数据链路问题会伪装成算法问题，浪费大量调试时间。
本课程后续将围绕预测、规划、控制的接口细节、配置参数、典型场景和排障方法逐步展开。你需要带着“系统闭环”的视角学习每一个模块，始终关注：它接收什么、输出什么、与谁通信、在什么时序下工作、出问题时如何定位。只有这样，才能真正掌握 Apollo 预测规划控制联调工程的核心能力。