Turning Circle-based Control Barrier Function for Efficient Collision Avoidance of Nonholonomic Vehicles

要約

このホワイトペーパーでは、非ホロノミック車両の衝突回避の効率を改善するために設計された新しい制御障壁機能（CBF）を提示します。
従来のCBFは通常、障害物まで最も短いユークリッド距離に依存しており、非ホロノミー車の限られた見出しの変化能力を見落としています。
これにより、多くの場合、操縦が急激に速度低下し、速度が低下します。これは望ましくなく、衝突回避の効率を低下させます。
私たちのアプローチは、非ホロノミーの制約によって課される車両の制限された操縦性を考慮して、ターニングサークルまでの距離を組み込むことにより、これらの制限に対処します。
提案されたCBFは、モデル予測制御（MPC）と統合されており、ユークリッドの距離ベースのCBFだけに依存する既存の方法と比較して、より効率的な軌道を生成します。
提案された方法の有効性は、一輪車の車両と不足していない地表車の実験に関する数値シミュレーションを通じて検証されます。

要約(オリジナル)

This paper presents a new control barrier function (CBF) designed to improve the efficiency of collision avoidance for nonholonomic vehicles. Traditional CBFs typically rely on the shortest Euclidean distance to obstacles, overlooking the limited heading change ability of nonholonomic vehicles. This often leads to abrupt maneuvers and excessive speed reductions, which is not desirable and reduces the efficiency of collision avoidance. Our approach addresses these limitations by incorporating the distance to the turning circle, considering the vehicle’s limited maneuverability imposed by its nonholonomic constraints. The proposed CBF is integrated with model predictive control (MPC) to generate more efficient trajectories compared to existing methods that rely solely on Euclidean distance-based CBFs. The effectiveness of the proposed method is validated through numerical simulations on unicycle vehicles and experiments with underactuated surface vehicles.

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