An Autonomous System for Head-to-Head Race: Design, Implementation and Analysis; Team KAIST at the Indy Autonomous Challenge

要約

自動運転研究の大部分は日常の運転シナリオに集中していますが、自動運転車の安全性と性能をさらに向上させるには、極端な運転条件に焦点を当てる必要があります。
この文脈において、自動レースは、最近かなりの関心を集めている新しい研究分野です。
車両は、レース中の認識、計画、および制御の限界によって駆動されるという事実により、多くの研究開発上の問題が発生します。
このホワイト ペーパーでは、Indy Autonomous Challenge (IAC) のためにチーム KAIST によって構築された自律型レーシング システムの包括的な概要を説明します。
当社の自律スタックは、主にマルチモーダル認識モジュール、高速追い越しプランナー、回復力のある制御スタック、およびシステム ステータス マネージャーで構成されています。
アルゴリズム、実装、単体テストの結果など、オートノミー ソリューションのすべてのコンポーネントの詳細を示します。
さらに、この論文では、設計原理と体系的な分析の結果を概説します。
私たちの設計原則は、自律型レースの独自のアプリケーション ドメインから派生したものですが、安全性が重要で、失敗のコストが高いさまざまなロボット工学アプリケーションにも適用できます。
提案されたシステムは、フルスケールの自律型レースカー (Dallara AV-21) に統合され、広範なフィールド テストが行​​われました。
その結果、チーム KAIST は、アクシデントなしで公式の IAC レース イベントに参加し、資格を得た 3 つのチームの 1 つになりました。
私たちが提案した自律システムは、世界初の自律型 1 対 1 の直接対決レースである IAC@CES2022 で約 220 km/h$ の速度で追い越しを行うなど、すべてのミッションを成功裏に完了しました。

要約(オリジナル)

While the majority of autonomous driving research has concentrated on everyday driving scenarios, further safety and performance improvements of autonomous vehicles require a focus on extreme driving conditions. In this context, autonomous racing is a new area of research that has been attracting considerable interest recently. Due to the fact that a vehicle is driven by its perception, planning, and control limits during racing, numerous research and development issues arise. This paper provides a comprehensive overview of the autonomous racing system built by team KAIST for the Indy Autonomous Challenge (IAC). Our autonomy stack consists primarily of a multi-modal perception module, a high-speed overtaking planner, a resilient control stack, and a system status manager. We present the details of all components of our autonomy solution, including algorithms, implementation, and unit test results. In addition, this paper outlines the design principles and the results of a systematical analysis. Even though our design principles are derived from the unique application domain of autonomous racing, they can also be applied to a variety of safety-critical, high-cost-of-failure robotics applications. The proposed system was integrated into a full-scale autonomous race car (Dallara AV-21) and field-tested extensively. As a result, team KAIST was one of three teams who qualified and participated in the official IAC race events without any accidents. Our proposed autonomous system successfully completed all missions, including overtaking at speeds of around $220 km/h$ in the IAC@CES2022, the world’s first autonomous 1:1 head-to-head race.

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