Decentralized Path Planning for Cooperating Autonomous Vehicles

Ein wesentlicher Bestandteil eines autonom fahrenden Fahrzeugs ist die automatisierte Pfadplanung. Die entstehenden Pfade müssen jedoch eine Kollisionsfreiheit garantieren, die in bestimmten Situationen, beispielsweise auf Parkplätzen, eine herausfordernde Aufgabe darstellt. In dieser Arbeit stellen wir einen dezentralen Pfadplanungs- und Verhandlungsalgorithmus für solche Szenarien vor. Die Pfadplanung basiert auf einer innovativen A*-Erweiterung, die auch dynamische Hindernisse sowie Geschwindigkeitsänderungen berücksichtigt. Außerdem umfasst das Framework einen dezentralen Pfadverhandlungsalgorithmus um sich kooperativ auf kollisionsfreie Pfade für alle relevanten Fahrzeuge zu einigen. ... mehrDer resultierende, iterative Prozess findet eine deterministische Lösung mit einer bekannten endlichen Anzahl von Iterationen und ist außerdem robust gegenüber begrenztem System- und Kommunikationsversagen. Abschließend zeigen Simulationsergebnisse anhand von zwei Testszenarien die Fähigkeit des Konzepts zur erfolgreichen Einigung auf kollisionsfreie Pfade.

A crucial part in autonomous driving is the automated path planning. The resulting paths need to collision-free which is challenge in certain free-space scenarios, e.g. a parking lot situation. In this work we propose a decentralized path planning and negotiation algorithm for such scenarios. The path planning is based on an innovative A* extension that incorporates dynamic obstacles and the abilities of participating vehicles to change their speed. Furthermore the framework includes a decentralized path negotiation approach to cooperatively agree on collision-free paths for all relevant vehicles. ... mehrThe resulting iterative process of calculating new paths and negotiating a feasible solution set for all vehicles is designed to yield a deterministic solution within a known finite number of iterations. The concept is also robust towards limited system or communication failure. Last we provide simulation results of two test scenarios that show the capabilities of the framework to reach an agreement in conflict-free paths.