This paper describes a resilient navigation and planning system used in the Indy Autonomous Challenge (IAC) competition. The IAC is a competition where full-scale race cars run autonomously on Indianapolis Motor Speedway(IMS) up to 290 km/h (180 mph). Race cars will experience severe vibrations. Especially at high speeds. These vibrations can degrade standard localization algorithms based on precision GPS-aided inertial measurement units. Degraded localization can lead to serious problems, including collisions. Therefore, we propose a resilient navigation system that enables a race car to stay within the track in the event of localization failures. Our navigation system uses a multi-sensor fusion-based Kalman filter. We detect degradation of the navigation solution using probabilistic approaches to computing optimal measurement values for the correction step of our Kalman filter. In addition, an optimal path planning algorithm for obstacle avoidance is proposed. In this challenge, the track has static obstacles on the track. The vehicle is required to avoid them with minimal time loss. By taking the original optimal racing line, obstacles, and vehicle dynamics into account, we propose a road-graph-based path planning algorithm to ensure that our race car can perform efficient obstacle avoidance. The proposed localization system was successfully validated to show its capability to prevent localization failures in the event of faulty GPS measurements during the historic world's first autonomous racing at IMS. Owing to our robust navigation and planning algorithm, we were able to finish the race as one of the top four teams while the remaining five teams failed to finish due to collisions or out-of-track violations.


翻译:本文描述印地安自治挑战(IAC)竞赛中使用的有弹性的导航和规划系统。 IAC是一个竞赛,全规模的赛车在印地安那波利斯汽车高速公路(IMS)上自动运行,最多达290公里/小时(180米/小时)。赛车将经历剧烈震动,特别是高速。这些振动可以降低基于精确的GPS辅助惯性测量单位的标准本地化算法。在这项挑战中,降低本地化可能导致严重问题,包括碰撞。因此,我们提议一个有弹性的导航系统,使赛车在本地化失败时能够留在赛道内。我们的导航系统使用多传感器聚变的Kalman过滤器。我们用精确的方法检测导航解决方案的退化情况,以计算我们卡尔曼过滤器的校正步骤的最佳测量值。此外,提出了最佳路径规划方法来避免障碍。在这个挑战中,轨道上存在静态障碍。需要用最短的时间来避免赛程损失。通过使用原最佳的赛道、障碍和车辆动态进入轨道。我们建议,最终的马路路路路路段规划系统可以成功进行。在一次校正的轨道上进行。我们提出的车路路路路路路路路路路路路路路路变。我们进行。

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