基于控制障碍函数与模型预测控制的构造安全型自动驾驶车辆超车
系统与控制
2023-10-11 v1 系统与控制
摘要
确保车辆超车系统的安全性是自动驾驶中最基本且最具挑战性的任务之一。当车辆不仅必须安全超越其前方车辆，还需考虑其将临时占用的对向车道中潜在对向车辆的存在时，该任务尤为复杂。为应对此类挑战场景下的超车任务，我们提出了一种专为车辆超车机动设计的新型集成框架。我们的方法融合了变层级控制障碍函数（CBF）与时间最优模型预测控制（MPC）的理论。所提超车策略的主要特点是其构造安全性（safe-by-construction），从而能够对安全保证进行严格的数学证明与验证。我们表明，无论对向车辆为完全自动驾驶还是由人类驾驶员操控，所提框架均适用。为验证框架，我们在不同设置下对超车场景进行了一组仿真。仿真结果表明，与无安全保证的基于标准MPC的方法相比，我们的框架在确保无碰撞及取得更优安全性能方面具有优越性。
引用
@article{arxiv.2310.06553,
title = {Safe-by-Construction Autonomous Vehicle Overtaking using Control Barrier Functions and Model Predictive Control},
author = {Dingran Yuan and Xinyi Yu and Shaoyuan Li and Xiang Yin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.06553},
year = {2023}
}