Pre-crash Motion Planning for Autonomous Vehicles in Unavoidable Collision Scenarios

Abstract

Att förverkliga kommersiell drift av autonoma vägfordon (AV) på allmänna vägar är en utmaning för organisationer i vägfordonsdomänen i fråga om att utveckla personsäkerhetsstandarder och metoder samtidigt som kvardröjande antaganden relaterade till existensen av en mänsklig förare, och ökad komplexitet och hantering av komplexitet, beaktas. Det som gör utmaningarna speciellt svåra att hantera är att AV i största möjliga mån måste kunna garantera att de inte påverkar personsäkerheten för andra trafikanter negativt i olika trafikscenarios. Dessutom, trots dessa garantier kan farliga situationer uppstå på grund av osäkerheten i miljön som AV rör sig i. Dessa situationer kan uppstå på grund av oförutsett beteende från andra (t.ex. en aggressiv förare), sen upptäckt av hinder, och interna fel. Att undvika en kollision med andra fordon är därför inte alltid möjligt oavsett komplexiteten i den planerade akuta undanmanövern.

Den här avhandlingen syftar till att adressera problembilden runt rörelse-planering och -kontroll av AV i dessa unika situationer där en kollision är omöjlig att undvika. Åtskilliga faktorer som är viktiga för formuleringen av en problembild för rörelseplanering, som utförs innan en oundviklig kollision och är ämnad att reducera omfattningen av skador, identifieras och adresseras. Detta har resulterat i utvecklandet av ett ramverk som integrerar dessa faktorer och kombinerar rörelse-planering och -kontroll, fordonsdynamik, och analys av olyckor för att mildra kollisionsrisk, specifikt genom att reducera skadeomfattningen för passagerare i fordon, och öka personsäkerheten genom att ändra konfigureringen av oundvikliga kollisioner.

Den här avhandlingen föreslår att problembilden hanteras genom en algoritm som, i realtid, låter en AV välja den handling/bana, från flera föruträknade manövrar, som kan associeras med den minsta skadeomfattningen för fordonspassagerare. Metoden använder sig av ett angreppssätt som kombinerar ett bibliotek av banor med numerisk optimering och optimal kontrollteori. Valet av bana baseras i huvudsak på ett mått härlett ur analys av data från olyckor som relaterar skadeomfattning till var på fordonet en kollision inträffar. Genom att inkludera kollisionsrisk som en kombination av en kollisions skadeomfattning och sannolikhet, identifieras behovet av en konfigurerbar tröskel för kollisionssannolikhet som kan avgöra när ett system för att mildra effekterna av kollisioner bör aktiveras. Denna tröskel balanserar möjligheten att reducera omfattningen av skador orsakade av kollisioner med en relaterad, oönskad ökning av sannolikheten att kollisioner inträffar.

Studierna som lagts samman i den här avhandlingen visar att olika strategier för beslutsfattande, när en tröskel för kollisionssannolikhet används i ett system för att mildra effekterna av kollisioner, kan leda till statistiskt signifikanta skillnader i omfattningen av de skador som orsakas av kollisioner. Oobserverad heterogenitet kan dessutom uppstå när dessa system introduceras, t.ex. på grund av små variationer av parametrarna i algoritmerna de använder sig av. Problembilden runt rörelseplanering när en kollision inte kan undvikas utökas ytterligare genom att ett enhetligt system föreslås, vilket även kan hantera risker relaterade till de rörelser som kommer efter och beror på denna initiala kollision. Det utökade ramverket kan konfigureras för olika kontexter genom att dess kostnadsfunktion justeras utifrån de risker som är relevanta efter en initial kollision.

Resultaten som presenteras i den här avhandlingen syftar till att bidra till forskningsfältet runt rörelseplanering innan oundvikliga kollisioner och tillhandahålla vägledning för ytterligare förbättring av vägsäkerhet. Ytterligare forskning behövs för att helt utforska det här forskningsfältet och adressera utmaningarna för rörelse-planering och -kontroll i scenarier som involverar oundvikliga kollisioner.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-312398