This paper presents a novel planning and control strategy for competing with multiple vehicles in a car racing scenario. The proposed racing strategy switches between two modes. When there are no surrounding vehicles, a learning-based model predictive control (MPC) trajectory planner is used to guarantee that the ego vehicle achieves better lap timing. When the ego vehicle is competing with other surrounding vehicles to overtake, an optimization-based planner generates multiple dynamically-feasible trajectories through parallel computation. Each trajectory is optimized under a MPC formulation with different homotopic Bezier-curve reference paths lying laterally between surrounding vehicles. The time-optimal trajectory among these different homotopic trajectories is selected and a low-level MPC controller with obstacle avoidance constraints is used to guarantee system safety-critical performance. The proposed algorithm has the capability to generate collision-free trajectories and track them while enhancing the lap timing performance with steady low computational complexity, outperforming existing approaches in both timing and performance for a car racing environment. To demonstrate the performance of our racing strategy, we simulate with multiple randomly generated moving vehicles on the track and test the ego vehicle's overtake maneuvers.


翻译:本文介绍了在汽车赛跑场上与多部车辆竞争的新式规划和控制策略。 提议的赛跑策略介于两种模式之间。 当没有环绕车辆时, 使用基于学习的模型预测控制(MPC)轨迹规划仪来保证自利车辆实现更好的驾驶时间。 当自利车辆与其他环绕车辆竞相超时, 一个基于优化的规划器通过平行计算产生多种动态可行的轨迹。 每条轨迹都是在多功能化的MPC配方下优化的,配有不同同质点的贝泽- 弯曲参考路径,在周围车辆之间横向分布。 选择了这些不同的同质轨迹的时最佳轨迹, 使用具有避免障碍限制的低级别MPC控制器来保证系统的安全性能。 拟议的算法具有生成无碰撞轨迹的能力,并通过稳定的低计算复杂性来跟踪这些轨迹, 优于汽车赛车环境的时间和性能两方面的现有方法。 为了展示我们的赛跑策略的性能, 我们用多部随机生成的机动车辆模拟模拟, 测试自利车辆的动作操法。

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