Safety is an important topic in autonomous driving since any collision may cause serious damage to people and the environment. Hamilton-Jacobi (HJ) Reachability is a formal method that verifies safety in multi-agent interaction and provides a safety controller for collision avoidance. However, due to the worst-case assumption on the car's future actions, reachability might result in too much conservatism such that the normal operation of the vehicle is largely hindered. In this paper, we leverage the power of trajectory prediction, and propose a prediction-based reachability framework for the safety controller. Instead of always assuming for the worst-case, we first cluster the car's behaviors into multiple driving modes, e.g. left turn or right turn. Under each mode, a reachability-based safety controller is designed based on a less conservative action set. For online purpose, we first utilize the trajectory prediction and our proposed mode classifier to predict the possible modes, and then deploy the corresponding safety controller. Through simulations in a T-intersection and an 8-way roundabout, we demonstrate that our prediction-based reachability method largely avoids collision between two interacting cars and reduces the conservatism that the safety controller brings to the car's original operations.


翻译:安全是自主驾驶的一个重要议题,因为任何碰撞都可能对人和环境造成严重损害。汉密尔顿-贾科比(HJ)“可达性”是一个正式的方法,它核查多试剂相互作用的安全性,并为避免碰撞提供安全控制器。然而,由于对汽车未来行动的最坏假设,可达性可能造成过多的保守性,以致车辆的正常操作在很大程度上受到阻碍。在本文中,我们利用轨迹预测的力量,并为安全控制员提出一个基于预测的可达性框架。我们不总是假设最坏的情况,而是将汽车的行为集中到多种驾驶模式中,例如左转或右转。在每种模式下,基于可达性的安全控制器的设计都是基于较保守的一套行动。为了在线目的,我们首先利用轨预测和拟议模式分类器来预测可能的模式,然后部署相应的安全控制器。通过在T路口和8路环的模拟,我们证明我们基于预测的可达性方法在很大程度上避免了两部交互式汽车之间的碰撞,并减少安全控制器。

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