Motion Planning and Control of Automated Vehicles in Critical Situations

Abstract

Vägtrafikmiljön är oförutsägbar. Autonoma vägfordon i en sådan miljö kommer tids nog att hamna i oförutsedda kritiska situationer, det vill säga situationer där risken för en trafikolycka är markant högre än vid nominell körning. Kritiska situationer kan orsakas av exempelvis interna fel eller prestandabegränsningar hos autonomisystemet, av plötsliga förändringar i operationella förhållanden eller av oförutsett agerande hos medtrafikanter. I kritiska situationer är passagerarkomfort inte längre en prioritet, utan fordonets fullständiga manöverförmåga kan utnyttjas för att minimera olycksrisken. Dessa omständigheter skiljer autonom körning i kritiska situationer från det nominella fallet.  

Forskningsinriktningen för denna avhandling är rörelseplanering och styrning av autonoma fordon i kritiska situationer. Vi presenterar en uppsättning egenskaper som kännetecknar detta specifika problem, i relation till ledande algoritmer för rörelseplanering och styrning. Vi presenterar också vår egen stegvis utvecklade metod för att angripa problemet. I sin nuvarande form består metoden av en kombination av optimeringsbaserad och samplingsbaserad trajektorieplanering med tidsvarierande dynamik och bivillkor. Metoden gör det möjligt att representera tidsvarierande dynamik och dynamiska begränsningar hos fordonet (till exempel till följd av varierande vägförhållanden) vid planering av en mängd olika manövertyper som kan minska olycksrisken i kritiska situationer. 

Resultaten i forskningsarbetet har genererats genom att testa metoden i ett flertal typer av kritiska situationer som har iscensatts genom en kombination av simuleringsmiljöer och experiment med fullskaliga autonoma testfordon. De huvudsakliga slutsatserna från forskningsarbetet är följande: (1) Att inkludera risknivån hos alternativa stoppositioner på den lokala planeringsnivån genererar tillfredsställande rörelsebeteende vid exempelvis interna fel hos autonomisystemet. Detta möjliggör en sammantagen riskbedömning för manöver och stopposition. (2) Väglagsanpassad rörelseplanering och styrning förbättrar autonoma fordons förmåga att reducera olycksrisk i kritiska situationer, både vid anpassning till försämrade och till förbättrade vägförhållanden. (3) Ledande metoder för skattning av vägfriktion har inte tillfredställande prestanda för väglagsanpassad rörelseplanering och styrning med avseende på kombinerade krav på precision, tillgänglighet och framsynthet, när de används var för sig. Dock är det möjligt att kombinera estimat från olika sensorslag till ett friktionsestimat som ger närmast optimalt rörelsebeteende då det används i kombination med väglagsanpassad rörelseplanering och styrning.

Vår förhoppning är att de sammanlagda forskningsbidragen från denna avhandling kan komma att bidra till fortsatta prestandaförbättringar hos system avsedda att minska olycksrisken i kritiska situationer, både för autonoma fordon och för förarstödsystem. Det finns dock mycket kvar att göra inom detta forskningsfält. Vi vill särskilt framhäva behovet av ytterligare forskningsinitiativ rörande experimentell utvärdering av nya koncept för rörelseplanering och styrning, med avseende på förmågan att minska olycksrisken i kritiska situationer.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-294257