Safe autonomous lane-switching controller using high-order control barrier and Lyapunov functions

Autor: Frauenfelder, Arno
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2023
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: With the rising interest in autonomous vehicles due to developments with electric cars and computer vision, controllers that provide safe, collision free manoeuvres are crucial for the advancement of this technology. In this thesis, a controller for autonomous vehicles for safe, collision-free lane switching on highways including adaptive cruise control is proposed. By solving a quadratic program (QP), where high-order control Lyapunov functions (HOCLF) and high-order control barrier functions (HOCBF) are used as conditions, the input is calculated. The forward invariance of the safe sets and, if the safety constraints allow it, stability of the reference values are guaranteed. The controller only relies on sensor measurements and does not require communication with other vehicles or a higher-level coordinator. Instead, the vehicles indicate their intention by their manoeuvres and influence each other’s safe sets. In contrast to other works, the controller is not rule-based and therefore no switching between control algorithms is required. A simulation validates the derived theoretic results. Furthermore, the common issue of implementing a CBF-based control algorithm in discrete-time is discussed.
Med det ökande intresset för autonoma fordon på grund av utvecklingen av elbilar och datorseende är styrenheter som ger säkra, kollisionsfria manövrar avgörande för utvecklingen av denna teknik. I den här avhandlingen föreslås en styrenhet för autonoma fordon för säkra, kollisionsfria körfältsbyten på motorvägar inklusive adaptiv farthållare. Genom att lösa ett kvadratiskt program (QP), där Lyapunov-funktioner för styrning av hög ordning (HOCLF) och barriärfunktioner för styrning av hög ordning (HOCBF) används som villkor, beräknas insatsen. Framåtriktad invarians hos de säkra uppsättningarna och, om säkerhetsbegränsningarna tillåter det, stabilitet hos referensvärdena garanteras. Kontrollen är endast beroende av sensormätningar och kräver ingen kommunikation med andra fordon eller en koordinator på högre nivå. I stället anger fordonen sin avsikt genom sina manövrer och påverkar varandras säkra uppsättningar. Till skillnad från andra arbeten är styrenheten inte regelbaserad och därför krävs ingen växling mellan styralgoritmer. En simulering bekräftar de teoretiska resultaten. Dessutom diskuteras det vanliga problemet med att genomföra en CBF-baserad kontrollalgoritm i diskret tid.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: