Trajectory planning for emergency rear-end collision avoidance in highways using sets of feasible accelerations

The development of Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) is of particular interest for the research and the automotive industry, as road safety is on the agenda. Automatic emergency braking systems (AEB) as well as automatic emergency steering systems (AES) are included in this context. In this thesis, we want to create an autonomous collision avoidance system designed for a highway scenario, which is capable of considering the simultaneous use of steering and brakes. The project focuses in particular on the design of a trajectory planning, where it is paid attention to the fact that, at high speeds, the non-linearity of the vehicle dynamics cannot be neglected, if we want the vehicle to avoid the collision when it is necessary to exploit its physical limits. Nevertheless, it is known in the literature that to solve this issue by including a complex vehicle’s model in the trajectory planning stage introduces a very high computational cost. In this project it is proposed to build sets of feasible accelerations, based on the data collected from some offline simulations of the vehicle, performed on the CarMaker software. These sets will then be used instead of the dynamic model of the vehicle in order to check the feasibility of the planned geometrical trajectories, to the advantage of a reduction in the computational cost.

Lo sviluppo di sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS) risulta di particolare interesse per la ricerca e l’industria del settore automobilistico, essendo il tema della sicurezza stradale all’ordine del giorno. In questo contesto si inseriscono infatti i sistemi di frenata di emergenza automatica (AEB) così come quelli di sterzata automatica di emergenza (AES). In questa tesi si vuole realizzare un sistema anti-tamponamento automatico pensato per uno scenario autostradale, che sia capace di considerare l’utilizzo contemporaneo di sterzo e freni. Il progetto si focalizza in particolare sulla progettazione di un pianificatore di traiettoria, dove si pone attenzione sul fatto che, alle alte velocità, le non-linearità della dinamica del veicolo non possono essere trascurate, se si vuole che esso sia in grado di evitare la collisione quando occorre sfruttare al massimo i suoi limiti fisici. Tuttavia, è noto in letteratura che risolvere tale questione includendo un modello complesso del veicolo nella fase di pianificazione della traiettoria introduce un costo computazionale molto elevato. In questo progetto si propone di costruire degli insiemi di accelerazioni realizzabili, basati sui dati raccolti da alcune simulazioni offline del veicolo, eseguite sul software CarMaker. Tali insiemi verranno poi utilizzati al posto del modello dinamico del veicolo al fine di verificare la realizzabilità delle traiettorie geometriche pianificate, a vantaggio di una riduzione del costo computazionale.