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ProDrive:基于自车-环境共同进化的自动驾驶主动规划
ProDrive: Proactive Planning for Autonomous Driving via Ego-Environment Co-Evolution

作者: Chuyao Fu, Shengzhe Gan, Zhuoli Ouyang 等8人
arXiv: 2604.25329v1
分类: cs.RO
📝 论文摘要
端到端自动驾驶规划器通常仅根据当前观测生成轨迹。然而,真实世界的驾驶具有高度动态性,这种反应式规划无法预判场景的未来演变,常导致短视决策与安全关键性故障。本文提出ProDrive——一种基于世界模型的主动规划框架,实现了自动驾驶中自我-环境的协同演化。ProDrive联合端到端训练了以查询为中心的轨迹规划器与鸟瞰视角(BEV)世界模型:规划器生成多样化的候选轨迹及具备规划感知的自我令牌,而世界模型则基于这些条件预测未来场景的演化。通过将规划特征注入世界模型并并行评估所有候选方案,ProDrive保留了端到端的梯度传播路径,使未来结果评估能够直接塑造规划策略。这种双向耦合机制实现了超越当前观测驱动决策的主动规划。在NAVSIM v1上的实验表明,ProDrive在安全性与规划效率上均优于强基线模型,而消融实验验证了所提自我-环境耦合设计的有效性。

📊 核心分析

🎯 研究动机
- 现有的端到端自动驾驶规划通常仅基于当前观测生成轨迹,无法预测未来的场景演化,导致短视决策和安全隐患 - 真实世界驾驶高度动态, **反应式规划(reactive planning) ** 难以应对突发变化,亟需能够主动预判并调整行为的前瞻性规划方法 - 传统方法缺乏对** 自我-环境共同演化(ego-environment co-evolution)** 的建模,规划器与场景预测相互独立,无法形成闭环决策
🔧 核心方法
- 提出**ProDrive** 框架,联合训练一个**查询中心轨迹规划器(query-centric trajectory planner) ** 和一个** 鸟瞰图世界模型(bird's-eye-view world model) ** ,实现端到端的前瞻性规划 - 规划器生成多样化的候选轨迹和** 规划感知自我令牌(planning-aware ego tokens) ** ,世界模型根据这些令牌预测未来场景演化 - 将规划器特征注入世界模型,并行评估所有候选轨迹,保留完整的** 端到端梯度流(end-to-end gradient flow)** ,使未来结果评估直接反馈优化规划策略
💡 核心创新
- **首创性** :首次引入**自我-环境双向耦合(bidirectional coupling) ** 机制,使规划器的决策直接影响世界模型的预测,同时世界模型的评估结果反向调整规划,实现真正的** 前瞻性规划(proactive planning) ** - ** 结构设计**:通过** 查询中心(query-centric) ** 方式生成规划感知令牌,替代传统的观测驱动特征,让规划与预测紧密交互 - ** 效率提升**:并行评估所有候选轨迹,避免了逐一仿真或递归推理的开销,同时保持端到端可微性,简化训练流程
🏆 总体贡献
- 为自动驾驶规划领域提供了一种基于**世界模型(world model) ** 的前瞻性规划范式,解决了反应式规划的短视问题 - 在** NAVSIM v1**基准上超越多个强基线,在安全性和规划效率方面均取得显著提升 - 通过消融实验验证了** 自我-环境耦合设计**的有效性,为后续研究提供了可复现的架构和开源代码(推测)