Autonomous racing has become a popular sub-topic of autonomous driving in recent years. The goal of autonomous racing research is to develop software to control the vehicle at its limit of handling and achieve human-level racing performance. In this work, we investigate how to approach human expert-level racing performance with model-based planning and control methods using the high-fidelity racing simulator Gran Turismo Sport (GTS). GTS enables a unique opportunity for autonomous racing research, as many recordings of racing from highly skilled human players can served as expert emonstrations. By comparing the performance of the autonomous racing software with human experts, we better understand the performance gap of existing software and explore new methodologies in a principled manner. In particular, we focus on the commonly adopted model-based racing framework, consisting of an offline trajectory planner and an online Model Predictive Control-based (MPC) tracking controller. We thoroughly investigate the design challenges from three perspective, namely vehicle model, planning algorithm, and controller design, and propose novel solutions to improve the baseline approach toward human expert-level performance. We showed that the proposed control framework can achieve top 0.95% lap time among human-expert players in GTS. Furthermore, we conducted comprehensive ablation studies to validate the necessity of proposed modules, and pointed out potential future directions to reach human-best performance.


翻译:近年来,自动赛事已成为自主驾驶的热门副主题。自主赛事研究的目标是开发软件,在机动赛的处理和达到人的赛事表现极限时控制汽车,在这项工作中,我们研究如何利用高不洁赛车模拟器Gran Turismo运动(GTS),以模型为基础的规划和控制方法来对待人类专家级赛事表现。GTS为自主赛研究提供了一个独特的机会,因为许多高技能人类球员的赛事记录可以作为专家演示。通过将自主赛软件的性能与人类专家比较,我们更好地了解现有软件的性能差距,并以有原则的方式探索新的方法。特别是,我们侧重于普遍采用的基于模型的赛车框架,包括一个离线轨道规划器和一个在线模型的预测控制追踪控制控制控制控制控制控制控制器。我们从三个角度,即车辆模型、规划算法和调度设计,彻底调查设计挑战,并提出新的解决方案,以改进人类专家级业绩的基线方法。我们表明,拟议的控制框架可以达到顶级的0.95升格时段时间,在人类行中达到未来的需要中,我们进行了一个最高级的进度。我们进行了一项研究。

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