一種新的車道變換算法,它允許無人車進(jìn)行更主動的車道變更

最近舉行的國際機(jī)器人與自動化會議（ICRA）上，來自麻省理工學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與人工智能實驗室（CSAIL）的研究人員介紹了一種新的車道變換允許無人車進(jìn)行更主動的車道變更，同時僅依賴于其他車輛的方向和速度的即時信息來做出決定。

在自動駕駛汽車領(lǐng)域，車道變換的算法是一個重要的研究課題。大多數(shù)現(xiàn)有的車道變換算法存在以下兩個缺點：1.它們依賴于駕駛環(huán)境的詳細(xì)統(tǒng)計模型，這些統(tǒng)計模型難以構(gòu)建并且太復(fù)雜以至于無法分析; 2.他們太簡單了，以至于只能做出過于保守的決策，比如永遠(yuǎn)不會改變車道。

當(dāng)馬路上出現(xiàn)多智能體交互時，這種算法是否存在懦夫博弈。

在最近舉行的國際機(jī)器人與自動化會議（ICRA）上，來自麻省理工學(xué)院計算機(jī)科學(xué)與人工智能實驗室（CSAIL）的研究人員介紹了一種新的車道變換算法，以區(qū)分這種差異。與簡單模型相比，它允許無人車進(jìn)行更主動的車道變更，僅依賴其他車輛的方向和速度的即時信息來做出決定。

CSAIL 博士后和論文第一作者 Alyssa Pierson 表示，該算法的設(shè)計思想是用盡可能少的信息做出變道決策——就像人類駕駛員那樣。

團(tuán)隊負(fù)責(zé)人 Rus 表示，最好的解決方法當(dāng)然是對從保守到主動的各種變道風(fēng)格建模，當(dāng)然還要考慮安全空間。

自動車輛避免碰撞的一種標(biāo)準(zhǔn)方法是計算環(huán)境中其他車輛周圍的緩沖區(qū)。緩沖區(qū)不僅描述車輛的當(dāng)前位置，還必須對它們將來的位置進(jìn)行短期預(yù)測。規(guī)劃車道變化則成為簡單地停留在其他車輛緩沖區(qū)之外的問題。

所有計算緩沖區(qū)的方法，都要檢驗變道算法是否有碰撞的可能性。這個問題證明比較復(fù)雜，因此通常會提前計算最佳緩沖區(qū)。然后在行使時，根據(jù)感知到的當(dāng)前環(huán)境，調(diào)用對應(yīng)的安全空間參數(shù)。

問題是，如果車流量足夠快并且密度足夠大，則預(yù)先計算的緩沖區(qū)可能過于嚴(yán)格。一輛自動駕駛車輛根本無法改變車道，而一名駕駛員會在車道周圍輕松變道。

MIT 新算法的改進(jìn)在于：如果當(dāng)前的默認(rèn)安全空間模型導(dǎo)致汽車的變道能力低于人類駕駛員，則系統(tǒng)會實時計算新的安全空間。

該算法的關(guān)鍵是設(shè)計足夠高效的算法來計算安全空間，否則無法應(yīng)對多變的路況。研究人員基于高斯分布，描述了車輛的當(dāng)前位置、車輛長度和其位置的不確定性。

接著，基于車輛速度方向和大小的估計，研究人員構(gòu)建了一個 logistic 函數(shù)。高斯分布和 logistic 函數(shù)的乘積，使得高斯分布的峰值向汽車的運動方向偏移，速度越快，偏移幅度越大。

偏斜分布定義了車輛的新安全空間。該數(shù)學(xué)描述足夠簡單，只有幾個變量，因此完全可以進(jìn)行實時計算。研究人員在有幾百輛汽車的模擬環(huán)境中，測試了 16 輛自動駕駛汽車的避撞性能。

該論文目前還未公布，但是智車科技在網(wǎng)絡(luò)上搜到一篇Alyssa Pierson 為第一作者，發(fā)表在2017Multi-Robot and Multi-Agent Systems (MRS) 研討會上的論文Distributed target tracking in cluttered environments with guaranteed collision avoidance。該論文提出了一個分布式在線算法，借助一組追蹤代理，通過混亂的環(huán)境跟蹤目標(biāo)。追逐著必須始終避免與障礙物發(fā)生碰撞。文章也介紹了Obstacle-Aware Voronoi Cell（OAVC），一種改進(jìn)的Voronoi鑲嵌模型，通過使用基于Voronoi的覆蓋控制工具，追蹤者只需對其位置進(jìn)行估計即可成功跟蹤目標(biāo)。跟MIT的這項研究有多大關(guān)系不得而知。

Pierson 表示：各輛自動駕駛汽車之間沒有通訊聯(lián)系，只依靠各自的算法進(jìn)行變道和避障。每輛自動駕駛汽車使用不同的風(fēng)險閾值，生成不同的駕駛風(fēng)格，相當(dāng)于保守和主動變道的人類司機(jī)。靜態(tài)算法的預(yù)先計算安全空間只能允許保守駕駛，而新算法對主動變道的支持程度大得多。

電子工程和計算機(jī)科學(xué)維特比教授 Daniela Rus 、航空學(xué)副教授 Sertac Karaman、電子工程和計算機(jī)科學(xué)研究生 Wilko Schwarting 也參與了該工作。豐田汽車研究所和海軍研究實驗室為該研究項目提供了部分資助。