[論文レビュー] Towards Cooperative Motion Planning for Automated Vehicles in Mixed Traffic

Maximilian Naumann, Christoph Stiller|arXiv (Cornell University)|Aug 23, 2017

Autonomous Vehicle Technology and Safety被引用数 11

ひとこと要約

本稿は、V2X通信を活用せずに、交通参加者の予測を統合した共同コスト関数を用いる、自動運転車両の協調的運動計画フレームワークを提案する。このフレームワークにより、人間運転車両と双方向の協調が可能となり、相互の安全、快適性、交通ルールの順守を最適化する軌道集合を最適化することで、交差点や狭い区間などの複雑なシナリオにおいて、より安全で自然な挙動を実現する。シミュレーションによる評価では、リアルタイムの実行可能性とプランBの安全確認が確認された。

ABSTRACT

While motion planning techniques for automated vehicles in a reactive and anticipatory manner are already widely presented, approaches to cooperative motion planning are still remaining. In this paper, we present an approach to enhance common motion planning algorithms, that allows for cooperation with human-driven vehicles. Unlike previous approaches, we integrate the prediction of other traffic participants into the motion planning, such that the influence of the ego vehicle's behavior on the other traffic participants can be taken into account. For this purpose, a new cost functional is presented, containing the cost for all relevant traffic participants in the scene. Finally, we propose a path-velocity-decomposing sampling-based implementation of our approach for selected scenarios, which is evaluated in a simulation.

研究の動機と目的

• V2X通信に依存せずに、自動運転車両と人間運転車両の間で協調的運動計画を可能にすること。
• 他の車両を静的障害物として扱う反応型運動計画の限界を克服すること。
• 他の交通参加者の行動予測を、自車両の運動計画プロセスに統合すること。
• 予期しない行動が生じた場合の「プランB」フォールバック機構により安全を確保すること。
• 人間らしい協調的挙動を可能にすることで、社会的受容性と効率性を向上させること。

提案手法

• すべての関係する交通参加者に対して、位置、進行方向、曲率を時間パラメータ化されたパスとして表現する個々の軌道の集合（軌道アンサンブル）を定義する。
• 自車両と他の車両の個々のコストを組み合わせた複合コスト関数を導入し、快適性、非実行可能性、交通規則順守、近接による不快感を含む。
• コスト関数は相互影響を明示的にモデル化する：自車両の行動が他の車両のコストに影響を与え、逆に他の車両の行動も自車両のコストに影響を与える。これにより、双方向の協調が可能になる。
• 実行可能でない軌道（例：衝突領域に到達しないもの）を除外するため、パス・速度・分解型のサンプリングベースのアルゴリズムを用いて、実行可能な軌道アンサンブルを探索する。
• 安全は「プランB」チェックにより確保される：安全なフォールバック挙動を有する解のみが選択され、そうでない場合は緊急ブレーキが発動する。
• 本手法は、他の参加者が規則準拠の行動を取ると仮定し、交通ルールを制約として用いることで、避けるべき衝突リスクを排除する（避けられない場合を除く）。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 V2X通信なしで、自動運転車両が人間運転車両と協調して軌道を計画する方法は何か？
• RQ2 運動計画において、自車両の挙動が他の交通参加者に与える影響をどのようにモデル化できるか？
• RQ3 相互の安全、快適性、交通ルール順守を、協調的運動計画フレームワークでどのように同時に最適化できるか？
• RQ4 右折優先権のルールとその欠如が、協調的軌道選択に与える影響は何か？
• RQ5 協調的計画フレームワークにおいて、他のドライバーの予期しない行動のリスクをどのように軽減できるか？

主な発見

• 提案手法は、V2X通信を必要とせず、T字路と狭い区間の両シナリオで安全かつ快適な協調的軌道を生成できた。
• T字路シナリオでは、標識による右折優先権を正しく尊重し、交通ルールに基づいた適切な軌道を選択した。
• 右折優先権が明示されていない狭い区間シナリオでは、バッファに近い車両が先に通過し、自然な協調的挙動を示した。
• 衝突回避が避けられない場合、非実行可能性コストが優勢となり、交通ルールに違反しても安全な挙動が実現した。
• すべての選択された軌道に対して「プランB」フォールバックの検証が行われ、安全な実行が保証された。
• 衝突制約に違反するか、衝突領域の終点に到達しない軌道アンサンブルは、検討対象から除外された。