交叉口的信号指示会对自动驾驶汽车产生什么影响？

[首发于智驾最前沿微信公众号]自动驾驶汽车在城市道路中行驶时，不同类型的交叉口对其感知、决策与控制系统都提出了各异的要求。信号指示交叉口（以下简称“信控交叉口”）和无信号指示交叉口（以下简称“无信交叉口”）作为城市道路中常见的两种交通场景，对自动驾驶系统的运行策略有着本质区别。作为人类驾驶员，无论是否有信号指示，都可以在交叉口灵活处理，但对于自动驾驶汽车来说，是否有信号灯将会自动驾驶系统的决策方式及结果有很大的影响。

在感知与环境建模阶段，信控交叉口与无信交叉口的输入信息显著不同。信控交叉口依赖于道路上方或路侧的交通信号灯，这些信号的物理特征（如颜色、形状、位置）相对固定，且其切换时序通常存在明确定义的周期与相位。自动驾驶车辆在此场景下会优先调用基于相机和激光雷达的信号灯检测算法，对信号灯的颜色状态进行实时识别，并结合高精地图中预先标注的信号灯位置进行确认。相比之下，无信交叉口缺乏统一的信号指示，车辆更多依赖对其他交通参与者（包括车辆、行人、自行车等）的动态检测，以及对交叉口几何形态和道路优先级规则的理解。此时，感知系统不仅要识别周边物体的运动轨迹，还要判断它们的意图——比如前方车辆是否有明显的减速或转向信号，从而推断出它们的通行意图和优先级。

在状态评估与风险判断阶段，信控交叉口的信号相位为自动驾驶车辆提供了结构化的“通行许可”。在绿灯周期内，车辆即可在满足安全距离和速度要求的前提下，按规划路径通过路口；在红灯或黄灯时，则必须在停止线前完成停车或减速等待。为了应对黄灯突变、信号灯故障或紧急变换（如特别的交通控制指令），自动驾驶系统通常会集成基于模型预测的黄灯补偿策略与故障检测模块。如果信号灯长时间不变化，视觉检测模块还要能判断其是否可能故障，并转入“失效模式”——此时车辆默认将信控交叉口当作无信交叉口处理，进入更为保守的通行策略。

无信交叉口的关键技术在于自动驾驶系统对“让行规则”的执行与对其他参与者意图的实时推断。如在我国，无信交叉口的典型规则包括“右转让左转，左转让直行，转弯让直行，下坡让上坡”等。自动驾驶系统在此阶段会综合高精地图中的道路等级信息与实时感知得到的交通流情况，动态计算自身与其他车辆的优先权。无信交叉口往往还伴随视线盲区或遮挡，系统必须利用多传感器融合，借助激光雷达、毫米波雷达及双目/鱼眼摄像头等硬件感知，尽可能覆盖各个方向的视野。即使如此，仍难免出现暂时的视线盲区，自动驾驶车需针对盲区内可能出现的行人或车辆进行速度预减或完全停车，以保障安全。

在决策与路径规划层面，信控交叉口因信号相位提供了明确的通行窗口，路径规划系统可以基于固定的相位时序生成平滑的加减速曲线。如当系统预测到前方信号灯将在若干秒后由绿转黄，就会提前调整车速，以保证在黄灯期间能够安全通过或在红灯时能够平稳停止。此时，规划系统主要关注最优舒适度与燃油经济性——减少急刹车和急加速带来的不适和能耗。而在无信交叉口环境下，规划系统需要实时评估多方来车的速度和加速度趋势，并在让行与通行之间不断权衡。常见的做法是将这一场景建模为一个博弈过程，通过确定性或随机博弈理论推断在不同冲突点的最优通行策略。路径规划系统最终会生成一个兼顾安全边际与通行效率的轨迹，但在预测不确定性较高的情况下，规划系统往往会偏向保守策略，如在进入路口前完全停下，再在观察清楚后启动通行。

在速度控制方面，信控交叉口往往会让自动驾驶系统进行周期性的停车与起步，这对车辆的动力学性能与能量管理提出了挑战。自动驾驶系统会结合车辆的驱动与制动模型，对信号周期内的加速和减速进行精细控制，以减少频繁起停造成的动力浪费并保证乘坐舒适度。此外，当车队行驶遇到交叉口时，多车编队的同步通过更需协调。此时，车与车之间通过车载侧信道或FCC（Functional Cluster Communication）模块，实现队列协同决策，确保同一信号周期内的车队能够按照优化的速度曲线通过路口，避免队尾车辆因前车急刹而造成追尾风险。

在无信交叉口场景，车辆则需随时准备停车礼让或利用微小空隙穿插。由于各方流量不均、优先级规则也可能因区域差异而不同，常见策略是按照“探路-确认-执行”的三阶段控制流程，首先进行高频率的探测与预判；然后在动态调整的决策模块中计算“最安全的通行时刻”；最后执行路径和速度指令。在探路阶段，车辆的传感器频率一般要保持在50Hz以上，以捕捉其他车辆的微小速度变化。在决策阶段，系统会评估多方运动的不确定性并计算风险度；如果风险度超出设定阈值，就会触发完全停止并轮流通行的极端保守策略，直到确定安全后才允许前行。

在极端场景与故障应对方面，信控交叉口和无信交叉口的系统鲁棒性要求同样不同。信控交叉口对信号灯检测系统、通信链路及地图数据的准确性要求极高；若信号灯被遮挡、损坏或通信延迟，就可能导致车辆误判通行时机。因此，系统必须具备故障检测与自适应的失效安全策略：在确认信号不可靠时，切换到基于路口规则的无信交叉口策略。反之，在无信交叉口场景中，若高精地图与定位系统出现较大偏差，就会影响车辆对路口几何形态的判断；此时系统要依靠短时内的数据冗余与在线地图校正算法，保持对路口形态的实时更新。

综上所述，信控交叉口与无信交叉口对自动驾驶汽车而言，两种截然不同的通行环境，也是自动驾驶技术在结构化与半结构化交通场景中的两种典型应用路径。前者依托可预见的信号时序、V2I通信和高精地图，实现基于相位预测的平滑通行；后者则在复杂的让行规则与极高的不确定性中，通过多传感器融合、博弈决策与V2V协调，完成安全而高效的动态礼让。随着自动驾驶技术的不断演进，两种策略也将进一步融合，未来的自动驾驶汽车既能在信控交叉口享受智能信号的红利，又能在无信交叉口自动切换到“社交式驾驶”模式，与人类驾驶员般平等协同，共同构建更安全、更流畅的道路交通生态。