2. 驾驶策略基础

在进入模仿学习驾驶策略的评测与泛化工程之前,必须先建立一套共同的语言:自动驾驶系统究竟分几级、每一级对“策略”的要求有什么不同、驾驶策略在系统架构中处于什么位置,以及模仿学习为什么适合承担这一层任务。只有把这些问题厘清,后续讨论数据采集、模型训练、闭环评测和泛化能力时,才不会把“感知问题”和“决策问题”混为一谈。

一、自动驾驶分级:策略责任的分界线

业界普遍采用 SAE J3016 的 L0–L5 分级。分级的核心并不是“车能开多好”,而是谁负责执行动态驾驶任务、谁负责监控、谁在失效时兜底。这条责任边界直接决定了驾驶策略的输入、输出与安全约束。

等级动态驾驶任务监控主体接管/兜底策略形态
L0 无自动化人类人类人类仅告警,无控制策略
L1 辅助驾驶人机共担人类人类纵向或横向单一控制
L2 部分自动化系统人类人类横纵向联合,人需持续监控
L3 有条件自动化系统系统(限定场景)人类响应接管需具备接管请求与最小风险策略
L4 高度自动化系统系统系统限定 ODD 内自主完成,含最小风险状态
L5 完全自动化系统系统系统无 ODD 限制的通用策略

从 L2 到 L3 是一次质变:L2 的策略只需“开得像人”,L3 及以上的策略还必须“知道自己什么时候开不了”,并主动请求接管或进入最小风险状态。这意味着策略输出不再只是油门、刹车、转向,还包括置信度、可运行域判断和风险动作。

二、驾驶策略的定义与系统定位

驾驶策略(Driving Policy)可以定义为:在给定观测与任务目标下,输出驾驶动作序列的映射函数。形式化地,若观测为 o_t(含自车状态、周围目标、地图与导航信息),动作为 a_t(加速度、曲率或轨迹),则策略为 π: o_t → a_t 或 π: o_{t-k:t} → a_{t:t+H}。前者是逐步决策,后者是轨迹级决策。

在典型自动驾驶架构中,驾驶策略位于感知与规控之间,承担“从世界状态到行为意图”的转换。它向下游输出轨迹或控制目标,向上游依赖感知与预测结果。下图给出驾驶策略在系统中的位置及其与模仿学习的关系。

驾驶策略在自动驾驶系统中的定位 感知 目标检测 / 车道线 自车定位 / 地图匹配 预测 他车轨迹预测 交互意图估计 驾驶策略 π 行为决策 + 轨迹生成 模仿学习 / 规则 / 优化 输出:轨迹 / 控制量 控制执行 油门 / 刹车 / 转向 底盘执行器 车辆动力学 模仿学习 从人类驾驶数据中学习 π 闭环反馈:车辆状态与场景变化重新进入感知

三、模仿学习在驾驶任务中的定位

模仿学习(Imitation Learning, IL)把驾驶策略学习建模为“从专家示范中学习映射”。最直接的方法是行为克隆(Behavior Cloning, BC):给定人类驾驶数据集 D = {(o_i, a_i)},最小化 L = Σ ||π_θ(o_i) − a_i||²。它实现简单、训练稳定,适合作为驾驶策略的基线。

但 BC 存在经典的分布偏移问题:训练时只见到专家状态分布,推理时一旦偏离,误差会累积放大。因此工程上常配合 DAgger 式在线纠偏、逆强化学习(IRL)或基于成本的规划器,把“学得像”与“开得安全”结合起来。

定位小结:模仿学习不是替代感知或控制,而是承担“从场景理解到行为决策”的策略层学习。它最适合处理规则难以穷举、交互密集、风格多样的驾驶行为,例如无保护左转、汇入车流、环岛通行和拥堵跟车。

四、典型应用场景与工程要点

  • 城市道路无保护左转:需要判断对向车流间隙,模仿人类“试探—等待—通过”的决策节奏。
  • 高速匝道汇入:需要与主路车流交互,策略要同时考虑加速、让行与并线时机。
  • 拥堵跟车:强调舒适性与时距保持,模仿学习可学到人类驾驶的平滑加减速风格。
  • 环岛与路口通行:多车博弈场景,适合用轨迹级模仿学习输出未来数秒轨迹。
  • 园区低速接驳:ODD 受限、规则清晰,是模仿学习策略落地与评测的常见起点。

在工程实现上,一个最小可用的行为克隆训练配置通常如下:

dataset:   nuScenes / 自采人类驾驶数据
input:     前视相机 + 自车状态 + 导航指令
output:    未来 3s 轨迹 (6 个航点) 或 加速度/曲率
model:     ResNet-34 骨干 + Transformer 时序编码
loss:      L2 轨迹回归 + 碰撞惩罚项
batch:     64
lr:        1e-4
epochs:    30
eval:      开环位移误差 + 闭环接管率

提示:开环指标(如 L2 位移误差)低,并不代表闭环表现好。评测模仿学习驾驶策略时,必须把闭环仿真、接管率和泛化场景作为核心指标,这也是后续章节的重点。

五、常见误区与复盘

第一个误区是把分级当成能力排名。L2 和 L3 的差别不在“谁开得更好”,而在责任与接管机制。第二个误区是把模仿学习等同于端到端。模仿学习可以只学策略层,也可以端到端学习,二者是不同维度。第三个误区是只看开环损失,忽略分布偏移与长尾场景。

复盘要点:驾驶策略的评测必须回到“分级责任 + ODD + 闭环表现”三要素。模仿学习提供了一条从数据到策略的高效路径,但它的泛化边界、失效模式和接管行为,才是工程落地真正需要回答的问题。

理解了分级、策略定义与模仿学习的定位之后,后续就可以围绕数据、模型、闭环评测和泛化工程逐层展开,把“开得像人”推进到“开得安全、可测、可泛化”。