Driving with Style: Inverse Reinforcement Learning in General-Purpose Planning for Automated Driving

Behavior and motion planning play an important role in automated driving. Traditionally, behavior planners instruct local motion planners with predefined behaviors. Due to the high scene complexity in urban environments, unpredictable situations may occur in which behavior planners fail to match predefined behavior templates. Recently, general-purpose planners have been introduced, combining behavior and local motion planning. These general-purpose planners allow behavior-aware motion planning given a single reward function. However, two challenges arise: First, this function has to map a complex feature space into rewards. Second, the reward function has to be manually tuned by an expert. Manually tuning this reward function becomes a tedious task. In this paper, we propose an approach that relies on human driving demonstrations to automatically tune reward functions. This study offers important insights into the driving style optimization of general-purpose planners with maximum entropy inverse reinforcement learning. We evaluate our approach based on the expected value difference between learned and demonstrated policies. Furthermore, we compare the similarity of human driven trajectories with optimal policies of our planner under learned and expert-tuned reward functions. Our experiments show that we are able to learn reward functions exceeding the level of manual expert tuning without prior domain knowledge.Comment: Appeared at IROS 2019. Accepted version. Added/updated footnote, minor correction in preliminarie

Nachweislich sichere Bewegungsplanung für autonome Fahrzeuge durch Echtzeitverifikation

This thesis introduces fail-safe motion planning as the first approach to guarantee legal safety of autonomous vehicles in arbitrary traffic situations. The proposed safety layer verifies whether intended trajectories comply with legal safety and provides fail-safe trajectories when intended trajectories result in safety-critical situations. The presented results indicate that the use of fail-safe motion planning can drastically reduce the number of traffic accidents.Die vorliegende Arbeit führt ein neuartiges Verifikationsverfahren ein, mit dessen Hilfe zum ersten Mal die verkehrsregelkonforme Sicherheit von autonomen Fahrzeugen gewährleistet werden kann. Das Verifikationsverfahren überprüft, ob geplante Trajektorien sicher sind und generiert Rückfalltrajektorien falls diese zu einer unsicheren Situation führen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung des Verfahrens zu einer deutlichen Reduktion von Verkehrsunfällen führt

Design and validation of decision and control systems in automated driving

xxvi, 148 p.En la última década ha surgido una tendencia creciente hacia la automatización de los vehículos, generando un cambio significativo en la movilidad, que afectará profundamente el modo de vida de las personas, la logística de mercancías y otros sectores dependientes del transporte. En el desarrollo de la conducción automatizada en entornos estructurados, la seguridad y el confort, como parte de las nuevas funcionalidades de la conducción, aún no se describen de forma estandarizada. Dado que los métodos de prueba utilizan cada vez más las técnicas de simulación, los desarrollos existentes deben adaptarse a este proceso. Por ejemplo, dado que las tecnologías de seguimiento de trayectorias son habilitadores esenciales, se deben aplicar verificaciones exhaustivas en aplicaciones relacionadas como el control de movimiento del vehículo y la estimación de parámetros. Además, las tecnologías en el vehículo deben ser lo suficientemente robustas para cumplir con los requisitos de seguridad, mejorando la redundancia y respaldar una operación a prueba de fallos. Considerando las premisas mencionadas, esta Tesis Doctoral tiene como objetivo el diseño y la implementación de un marco para lograr Sistemas de Conducción Automatizados (ADS) considerando aspectos cruciales, como la ejecución en tiempo real, la robustez, el rango operativo y el ajuste sencillo de parámetros. Para desarrollar las aportaciones relacionadas con este trabajo, se lleva a cabo un estudio del estado del arte actual en tecnologías de alta automatización de conducción. Luego, se propone un método de dos pasos que aborda la validación de ambos modelos de vehículos de simulación y ADS. Se introducen nuevas formulaciones predictivas basadas en modelos para mejorar la seguridad y el confort en el proceso de seguimiento de trayectorias. Por último, se evalúan escenarios de mal funcionamiento para mejorar la seguridad en entornos urbanos, proponiendo una estrategia alternativa de estimación de posicionamiento para minimizar las condiciones de riesgo