With the increasing need for safe control in the domain of autonomous driving, model-based safety-critical control approaches are widely used, especially Control Barrier Function (CBF)-based approaches. Among them, Exponential CBF (eCBF) is particularly popular due to its realistic applicability to high-relative-degree systems. However, for most of the optimization-based controllers utilizing CBF-based constraints, solution feasibility is a common issue arising from potential conflict among different constraints. Moreover, how to incorporate uncertainty into the eCBF-based constraints in high-relative-degree systems to account for safety remains an open challenge. In this paper, we present a novel approach to extend an eCBF-based safe critical controller to a probabilistic setting to handle potential motion uncertainty from system dynamics. More importantly, we leverage an optimization-based technique to provide a solution feasibility guarantee in run time, while ensuring probabilistic safety. Lane changing and intersection handling are demonstrated as two use cases, and experiment results are provided to show the effectiveness of the proposed approach.


翻译:由于在自主驾驶领域日益需要安全控制,因此广泛采用基于模型的安全关键控制方法,特别是基于控制障碍功能(CBF)的方法,其中,CBF(eCBF)由于对高相对度系统的实际适用性而特别受欢迎,然而,对于大多数使用基于CBF的优化控制者来说,解决办法的可行性是各种制约因素之间潜在冲突的一个共同问题;此外,如何将不确定性纳入基于电子CBF的制约,以顾及安全仍然是一个公开的挑战;在本文件中,我们提出了一种新颖的办法,将基于ECB的安全关键控制器扩大到一种概率性环境,以处理系统动态中潜在的运动不确定性;更重要的是,我们利用基于优化的技术,在运行时提供可行性解决方案的保证,同时确保概率安全;用两种情况证明,换道和交叉处理方式,并提供实验结果,以显示拟议方法的有效性。

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